Giáo trình điện kỹ thuật (nghề cốt thép hàn trung cấp)

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: ĐIỆN KỸ THUẬT NGHỀ: CỐT THÉP HÀN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm ng Bí, ngày tháng Người biên soạn năm 20 CHƯƠNG I: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU * Mục tiêu: Học xong chương người học có khả năng: - Nêu khái niệm mạch điện chiều; Định luật ôm; Định luật ôm cho đoạn mạch; Định luật ơm cho tồn mạch Những khái niệm mạch điện chiều 1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối với dây dẫn tạo thành vịng kín dịng điện chạy qua Mạch điện gồm ba phần tử nguồn điện, vật tiêu thụ điện, dây dẫn thiết bị phụ trợ như: thiết bị đóng cắt, đo lường, bảo vệ, tự động… Hình 1.1: Sơ đồ mạch điện gồm có nguồn điện, Ampe kế, Bóng đèn, Cơng tắc 1.2 Các phần tử mạch điện a Nguồn điện Các thiết bị để biến đổi dạng lượng khác thành điện gọi nguồn điện như: - Biến đổi hóa thành điện: Pin, Ăcquy… - Biến đổi thành điện: Máy phát điện… - Biến đổi nhiệt thành điện: Cặp nhiệt điện… - Biến đổi quang thành điện: Pin quang điện … Trên sơ đồ nguồn điện biểu thị sức điện động (s.đ.đ), ký hiệu E, có chiều từ cực âm (-) cực dương (+) nguồn điện trở r (còn gọi nội trở) b Dây dẫn Dây dẫn làm kim loại (Đồng, Nhơm…) để dẫn dịng điện (truyền tải điện năng) từ nguồn điện tới nơi tiêu thụ Trên sơ đồ dây dẫn biểu thị điện trở đường dây, ký hiệu r d c.Vật tiêu thụ điện (Phụ tải) Các thiết bị tiêu thụ điện biến đổi lượng điện thành dạng lượng khác, quang (Đèn điện), nhiệt (Bếp điện, Lò điện, Hàn điện…), (Nam châm điện, Động điện…), hố (bình điện phân, mạ điện… ) Công suất tiêu thụ điện vật tiêu thụ gọi phụ tải - gọi tắt tải Trên sơ đồ, phụ tải Đèn điện, Bếp điện, Lò điện… biểu thị điện trở R, phụ tải động điện, bình mạ điện, bình điện phân… biểu thị sức điện động E (còn gọi sức phản điện) điện trở r d Các thiết bị phụ trợ: - Đóng cắt điều khiển mạch điện như: Cầu dao, Máy cắt… - Đo lường đại lượng mạch như: Ampe mét, Vôn mét… - Bảo vệ mạch điện như: Cầu chì, Rơle… Định luật Ôm 2.1 Định luật Ôm cho đoạn mạch Dòng điện đoạn mạch tỷ lệ với điện áp hai đầu đoạn mạch tỷ lệ nghịch với điện trở đoạn mạch I= U R (1.1) Từ (1.1) rút ra: U = I.R (1.2) Vậy điện áp đặt vào điện trở (còn gọi sụt áp điện trở) tỷ lệ với trị số điện trở dòng điện qua điện trở Trong biểu thức (1.1), cho U = 1V, I = 1A R = Vậy Ôm điện trở đoạn mạch có dịng điện Ampe qua gây sụt áp (điện áp) Vôn điện trở 2.2 Định luật Ơm cho tồn mạch Giả sử có mạch điện khơng phân nhánh hình 1.2 Gồm nguồn điện có s.đ.đ E, nội trở r , cung cấp cho phụ tải có điện trở R, qua đường dây có điện trở R d , dòng điện mạch I Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch, ta có: - Sụt áp phụ tải: U = I R - Sụt áp đường dây: U d = I.R d - Sụt áp điện trở nguồn: U = I.r Muốn trì dịng điện I s.đ.đ E nguồn phải cân với sụt áp mạch: E = U + U d + U = I ( R+ R d + r ) = I.R Σ Trong đó: R Σ = R + R d + r Vậy: Dòng điện mạch tỷ lệ với s.đ.đ nguồn tỷ lệ nghịch với điện trở tồn mạch: I= Ví dụ 1.1: E E = RΣ r0 + R Mạch điện hình 1.2 có: E = 231V, r = 0,1 Ω R = 22 Ω , R d = Ω Hình 1.2 Hãy xác định dòng điện mạch, điện áp đặt vào phụ tải sụt áp đường dây, điện áp hai cực nguồn? Giải: Áp dụng định luật Ôm cho tồn mạch để tính dịng điện I= E E 231 = = = 10 A rΣ r0 + Rd + R 22 + 0.1 + Điện áp vào điện trở tính theo (1.2) Điện áp đặt vào tải: U = I.R = 10 22 = 220V Sụt áp đường dây: U d = I.R d = 10 = 10V Sụt áp điện trở trong: U = I.r = 10 0,1 = 1V Điện áp đầu đường dây điện áp phụ tải cộng với sụt áp đường dây: U = U + U d = 220 + 10 = 230V Giải mạch điện chiều phương pháp biến đổi điện trở Phương pháp biến đổi điện trở nhằm mục đích đưa mạch điện phức tạp dạng đơn giản Mạch điện mắc nối tiếp hay mắc song song ta đưa mach tương đương đơn giản sau áp dụng định luật Ơm để giải mạch điện tìm thơng số mạch Trường hợp mạch điện có nguồn đấu hỗn hợp phương pháp giải có ba bước sau: Bước 1: Đưa mạch điện phân nhánh mạch điện không phân nhánh cách thay nhánh song song nhánh có điện trở tương đương (như mạch mắc song song) Bước 2: Áp dụng định luật Ôm cho tồn mạch để tính dịng điện qua mạch (qua nguồn đoạn không phân nhánh) Bước 3: Tính dịng điện mạch nhánh song song sau: Ví dụ 1.2: Xác định dịng điện điện áp phần tử mạch điện hình Biết U = 120 V ; R = 0,12Ω ; R = 2Ω ; R = 10Ω ; R = 20Ω ; R = 50Ω Giải : Điện dẫn tương đương đoạn BC : g BC = 1 1 1 = 0,17 S = + + = + + R BC R3 R4 R5 10 20 50 Điện trở tương đương : R BC = = 5,88 Ω 0,17 Điện trở tương đương toàn mạch : R = R + R + R BC = 0,12 + + 5,88 = 8Ω Dịng điện mạch : I= U 120 = = 15 A R Điện áp phần tử : U = I.R = 15 0,12 = 1,8 V U = I.R = 15 = 30 V U = U = U = U BC = I.R BC = 15 5,88 = 88,2 V Dòng điện mạch rẽ : I5 = I3 = U BC 88,2 = 8,82 A = R3 10 I4 = U BC 88,2 = 4,41 A = 20 R4 U BC 88,2 = 1,76 A = R5 50 Câu hỏi ơn tập Hãy trình bày khái niệm mạch điện chiều? Hãy trình bày định luật ôm? CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN * Mục tiêu: Học xong chương người học có khả năng: - Nêu Định nghĩa - cách tạo dịng điện xoay chiều hình sin pha - Trình bày pha lệch pha, trị số hiệu dụng - Nêu mạch xoay chiều điện trở - Nêu mạch xoay chiều điện cảm - Nêu mạch xoay chiều điện dung - Nêu mạch điên R-L-C nối tiếp Những khái niệm vẻ mạch điện chiều Dòng điện xoay chiều dòng điện biến đổi chiều trị số theo thời gian Dòng điện xoay chiều thường dịng điện biến đổi tuần hồn, nghĩa sau khoảng thời gian định, lại lặp lại q trình biến thiên cũ Dịng điện xoay chiều biến thiên theo quy luật hình sin theo thời gian gọi dịng điện xoay chiều hình sin - Chu kỳ: khoảng thời gian ngắn để dòng điện lặp lại trị số chiều biến thiên cũ Chu kỳ ký hiệu T, đơn vị đo đơn vị thời gian (s) - Tần số: Số chu kỳ dòng điện thực giây gọi tần số, ký hiệu f f = ω = T 2π Đơn vị tần số héc, ký hiệu Hz Dịng điện có tần số Hz dòng điện thực chu kỳ giây Tần số lớn dịng điện biến thiên nhanh Nước ta phần lớn nước giới quy định tần số dịng điện cơng nghiệp 50Hz Một số nước Tây Âu dùng tần số 60Hz - Giá trị tức thời Trên đồ thị hình 2.1, ta thấy thời điểm t, dịng điện có hệ số tương ứng gọi giá trị tức thời dòng điện Hình 2.1 Dịng điện xoay chiều hình sin Từ định nghĩa dòng điện chiều, dòng điện biến thiên cơng thức tính dịng điện là: i= dq dt d q : lượng điện tích qua tiết diện dây thời gian dt thời điểm t - Giá trị biên độ Trong trình biến thiên, dòng điện đạt giá trị lớn nhất, gọi trị số cực đại hay biên độ dòng điện, ký hiệu I m Dòng điện xoay chiều đạt trị số cực đại phía dương phía âm Vậy chu kỳ khoảng thời gian hai cực đại dương liên tiếp hai cực đại âm liên tiếp Pha lệch pha, trị số hiệu dụng 2.1 Giá trị hiệu dụng Trị số hiệu dụng dòng điện xoay chiều giá trị tương đương với dòng điện chiều qua điện trở Trong chu kỳ, chúng toả lượng dạng nhiệt Ký hiệu giá trị hiệu dụng: I I= Im Vì quan hệ giá trị hiệu dụng với giá trị biên độ xét đến ý nghĩa động lực học trị hiệu dụng, nên dụng cụ đo lường điện hình sin chế tạo để giá trị hiệu dụng U, I không giá trị biên độ Do kỹ thuật điện nói đến trị số dịng điện, điện áp ta hiểu giá trị hiệu dụng Vì lượng hình sin thường đặc trưng cặp số hiệu dụng , pha đầu Ví dụ (I, ψ i ), (U, ψ u ) 1.2 Ký hiệu - Phân loại dụng cụ đo điện Đo dòng điện điện áp 2.1 Đo dòng điện Dụng cụ sử dụng để đo dòng điện gọi ampe kế hay ampemet Ký hiệu là: A Ampe kế có nhiều loại khác nhau, chia theo kết cấu ta có: + Ampe kế từ điện + Ampe kế điện từ + Ampe kế điện động + Ampe kế nhiệt điện + Ampe kế bán dẫn Hình 1.1: Đồng hồ số kim Nếu chia theo loại thị ta có: + Ampe kế thị số (Digital) + Ampe kế thị kim (kiểu tương tự /Analog) Hình bên hai loại đồng hồ vạn số kim Nếu chia theo tính chất đại lượng đo, ta có: + Ampe kế chiều + Ampe kế xoay chiều * Yêu cầu dụng cụ đo dòng điện là: - Công suất tiêu thụ nhỏ tốt, điện trở ampe kế nhỏ tốt lý tưởng - Làm việc dải tần cho trước để đảm bảo cấp xác dụng cụ đo - Mắc ampe kế để đo dòng phải mắc nối tiếp với dịng cần đo (hình dưới) Hình 4.1: Dùng đồng hồ số đo dòng điện 2.2 Đo điện áp là: V Dụng cụ dùng để đo điện áp gọi Vôn kế hay Vôn met (Voltmeter) Ký hiệu Khi đo điện áp Vơn kế Vơn kế mắc song song với đoạn mạch cần đo hình đây: Mạch đo điện áp Hình 4.2 Dùng đồng hồ số đo điện áp Đo công suất điện pha pha 3.1 Đo công suất Công suất đại lượng Vì việc xác định cơng suất phép đo phổ biến Việc nâng cao độ xác phép đo đại lượng có ý nghĩa to lớn kinh tế quốc dân, liên quan đến việc tiêu thụ lượng, đến việc tiết kiệm lượng a Công suất mạch chiều: đây: Cơng suất mạch chiều tính theo biểu thức sau P = U I P = I R P= U2 R P = k q Trong đó: I - dịng điện mạch U - điện áp rơi phụ tải với điện trở R P - lượng nhiệt toả phụ tải đơn vị thời gian 3.2 Công suất mạch điện xoay chiều pha Trong trường hợp dịng áp có dạng hình sin cơng suất tác dụng tính : P = U I cos ϕ Trong đó: cosφ gọi hệ số cơng suất Cịn đại lượng S = U.I gọi cơng suất tồn phần coi công suất tác dụng phụ tải điện trở tức là, cosφ = Khi tính tốn thiết bị điện để đánh giá hiệu chúng, người ta cịn sử dụng khái niệm cơng suất phản kháng Đối với áp dịng hình sin cơng suất phản kháng tính theo : Q = U I sin ϕ Trong trường hợp chung q trình có chu kỳ với dạng đường cong cơng suất tác dụng tổng cơng suất thành phần sóng hài ∞ ∞ k =1 k =1 P = ∑ Pk = ∑ U k I k sosϕ k Hệ số công suất trường hợp xác định tỉ số cơng suất tác dụng cơng suất tồn phần: kp = P hình sin k p = cos ϕ S 3.3 Đo công suất mạch điện pha Biểu thức tính cơng suất tác dụng công suất phản kháng : P = PA + PB + PC = U ΦA I ΦA cos ϕ A + U ΦB I ΦB cos ϕ B + U ΦC I ΦC cos ϕ C Q = Q A + Q B + QC = U ΦA I ΦA sin ϕ A + U ΦB I ΦB sin ϕ B + U ΦC I ΦC sin ϕ C Trong đó: U Φ , I Φ : điện áp pha dịng pha hiệu dụng ϕ : góc lệch pha dòng áp pha tương ứng Biểu thức để đo lượng điện tính sau: Wi = Pi t Trong đó: P: cơng suất tiêu thụ t: thời gian tiêu thụ Trong mạch pha có: W = W A + W B + WC Như công tơ đo lượng điện phải bao gồm phận chuyển đổi để đo công suất, tích phân Bộ chuyển đổi đo cơng suất thực theo nhiều công suất khác gồm: Phương pháp điện: phép nhân dựa cấu thị điện động, sắt điện động, tĩnh điện cảm ứng, góc quay α phần động hàm công suất cần đo Phương pháp điện: phép nhân thực mạch nhân tương tự nhân số điện tử, tín hiệu hàm cơng suất cần đo - Phương pháp nhiệt điện: sử dụng phương pháp biến đổi thẳng công suất điện thành nhiệt Phương pháp thường ứng dụng cần đo công suất lượng mạch tần số cao nguồn laze - Phương pháp so sánh: phương pháp xác thường sử dụng để đo công suất mạch xoay chiều tần số cao - CHƯƠNG V: MÁY BIẾN ÁP * Mục tiêu: Học xong chương người học có khả năng: - Nêu cấu tạo, phân loại nguyên lý làm việc máy biến áp - Trình bày chế độ làm việc máy biến áp Cấu tạo, phân loại nguyên lý làm việc máy biến áp Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh, hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ Với mục đích biến đổi hệ thống dịng điện xoay chiều điện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác, với tần số không thay đổi Định nghĩa theo cách khác Máy biến áp thiết bị điện dùng cảm ứng điện từ để truyền, đưa lượng tín hiệu điện xoay chiều mạch điện theo nguyên lí định 1.1 Phân loại, cấu tạo 1.1.1 cấu tạo Một máy biến áp cấu tạo phần chính: lõi thép, dây quấn vỏ máy a Lõi thép Lõi thép gồm có Trụ Gơng Trụ phần để đặt dây quấn Gông phần nối liền trụ để tạo thành mạch từ kín Lõi thép máy biến áp chế tạo từ nhiều sắt mỏng ghép cách điện với Chúng thường chế tạo vật liệu dẫn từ tốt b Dây quấn (Cuộn dây) Phần dây quấn thường chế tạo đồng nhôm bên bọc cách điện Nhiệm vụ dây quấn nhận lượng vào truyền lượng Cuộn dây có nhiệm vụ nhận lượng vào (nối với mạch điện xoay chiều) gọi cuộn dây sơ cấp (ký hiệu N1) Cuộn dây có nhiệm vụ truyền lượng (nối với nơi tiêu thụ) gọi cuộn dây thứ cấp (ký hiệu N2) Số vòng dây hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ máy mà số vịng cuộn dây khác Ví dụ N2> N1 gọi máy tăng áp, N2