Giáo trình điện kỹ thuật

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH SÓC TRĂNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SĨC TRĂNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN KỸ THUẬT Nghề: Điện tử cơng nghiệp, KTML&ĐHKK, CGKL, CNOT Trình độ: Cao đẳng Trung cấp Sóc Trăng TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc 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 LỜI GIỚI THIỆU Điện kỹ thuật mơn học sở có tính chất liên thơng, sử dụng chung cho cấp trình độ trung cấp Cao đẳng số nghề khối kỹ thuật Giáo trình Điện kỹ thuật biên soạn dựa kinh nghiệm thực tế đúc kết, chắt lọc từ số tài liệu khác với mong muốn mang lại cho người học kiến thức, phương pháp vận dụng hiệu Nội dung giáo trình gồm chương: Chương 1: Tĩnh điện Chương 2: Từ trường cảm ứng từ Chương 3: Mạch điện chiều Chương 4: Dịng điện xoay chiều hình Sin Chương 5: Mạch điện phi tuyến Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Cao đẳng nghề Sóc Trăng tạo điều kiện để biên sọan giáo trình, đồng thời xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo đồng nghiệp góp ý hồn thiện giáo trình Mặc dù cố gắng khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong muốn tiếp tục nhân đóng góp ý kiến quý đồng nghiệp em học sinh, sinh viên để giáo trình ngày hồn thiện Biên soạn Nguyễn Thanh Tùng MỤC LỤC Chương 1: TĨNH ĐIỆN .8 Điện trường 1.1 Định luật Cu-lông (CouLomb) .8 1.2 Khái niệm điện trường 1.2.1 Khái niệm điện trường 1.2.2 Vectơ cường độ điện trường .9 1.2.3 Vectơ cảm ứng điện (Vectơ điện cảm) 10 1.2.4 Đường sức điện 11 1.2.5 Điện thông định lý Oxtrograxki-Gauss (Định lý O-G) 11 Điện Hiệu điện .13 2.1 Công lực điện 13 2.2 Thế .13 2.3 Điên 14 2.4 Hiệu điện 14 2.5 Mặt đẳng 14 Tác dụng điện trường lên vật dẫn điện môi .15 3.1 Vật dẫn điện trường 15 3.2 Điện môi điện trường 15 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 16 Chương 2: TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 18 Khái niệm từ trường 18 Các đại lượng đặc trưng từ trường .18 2.1 Vectơ cảm ứng từ (Vectơ từ cảm) 18 2.2 Vectơ cường độ từ trường 19 2.3 Đường sức từ 19 2.4 Từ thông .20 Từ trường dòng điện 20 3.1 Từ trường dịng điện thẳng, dài vơ hạn 20 3.2 Từ trường dòng điện tròn .21 3.3 Từ trường dòng điện ống dây .22 Lực từ 22 Hiện tượng cảm ứng điện từ .24 5.1 Hiện tượng cảm ứng điện từ 24 5.2 Định luật Lenxơ 24 5.3 Định luật Fa-ra-đây cảm ứng điện từ .25 5.4 Suất điện động cảm ứng đoạn dây dẫn chuyển động 25 5.5 Dòng điện Fu-cô 25 Hiện tượng tự cảm hỗ cảm .26 6.1 Hiện tượng tự cảm 26 6.1.1 Hiện tượng tự cảm 26 6.1.2 Hệ số tự cảm 27 6.1.3 Suất điện động tự cảm 27 6.1.4 Năng lượng từ trường .27 6.2 Hiện tượng hỗ cảm .27 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 28 Chương 3: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 30 Khái niệm dòng điện chiều .30 Mạch điện phần tử mạch điện 30 2.1 Mạch điện .30 2.2 Các phần tử mạch điện 31 Các định luật biểu thức mạch điện chiều 31 3.1 Các định luật mạch điện .31 3.1.1 Định luật Ohm 31 3.1.2 Định luật Kirchhoff (Định luật nút) .32 3.1.3 Định luật Kirchhoff (Định luật vòng) 33 3.2 Các biểu thức mạch điện chiều 33 3.2.1 Điện tiêu thụ đoạn mạch (công dịng điện) cơng suất tiêu thụ điện 33 3.2.2 Công nguồn điện công suất nguồn điện 34 3.2.3 Nhiệt lượng tỏa R công suất tỏa nhiệt 34 Các phương pháp giải mạch chiều .34 4.1 Phương pháp biến đổi tương đương .34 4.1.1 Ghép điện trở: .34 4.1.2 Biến đổi (Y) thành tham giác ( ∆ ) ngược lại 34 4.1.3 Ghép nguồn .35 4.2 Phương pháp xếp chồng dòng điện 38 4.3 Phương pháp dòng điện nhánh .39 4.4 Phương pháp dòng điện vòng .41 4.5 Phương pháp điện áp nút 42 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 44 Chương 4: DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 49 Khái niệm dòng điện xoay chiều 49 1.1 Một số khái niệm dòng điện xoay chiều 49 1.1.1 Khái niệm dòng điện xoay chiều hình sin .49 1.1.2 Chu kỳ .49 1.1.3 Tần số 49 1.1.4 Tần số góc 49 1.2 Trị số tức thời .50 1.3 Góc lệch pha điện áp cường độ dòng điện .50 1.4 Trị số hiệu dụng 52 1.5 Phương pháp biểu diễn dịng điện hình sin 53 1.5.1 Biễu diễn vectơ 53 1.5.2 Biểu diễn số phức 55 Mạch điện xoay chiều pha .57 2.1 Mạch điện xoay chiều R, L, C 57 2.1.1 Mạch có điện trở R .57 2.1.2 Mạch có cuộn cảm L 58 2.1.3 Mạch có tụ điện C .60 2.1.4 Mạch RLC mắc nối tiếp 61 2.1.5 Công suất hệ số công suất 64 2.2 Mạch điện xoay chiều ba pha .67 2.2.1 Khái niệm 67 2.2.2 Cách nối mạch ba pha đối xứng .69 2.2.3 Công suất mạch điện ba pha .72 Phương pháp giải mạch xoay chiều không phân nhánh, phân nhánh 74 3.1 Phương pháp đồ thị vectơ .74 3.2 Phương pháp số phức 76 Ứng dụng mạch xoay chiều công nghiệp 78 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 78 Chương 5: MẠCH ĐIỆN PHI TUYẾN 82 Khái niệm mạch điện phi tuyến 82 1.1 Khái niệm .82 1.1.1 Mạch điện tuyến tính 82 1.1.2 Mạch điện phi tuyến 82 1.2 Một số phần tử phi tuyến đặc tuyến vôn – ampe .83 1.2.1 Điện trở phi tuyến .83 1.2.2 Cuộn dây phi tuyến: 83 1.2.3 Tụ điện phi tuyến 83 1.3 Các thông số đặc trưng cho phần tử phi tuyến 84 1.3.1 Điện trở 84 1.3.2 Cuộn dây 84 1.3.3 Tụ điện .84 1.4 Công suất .84 1.5 Các cách để biểu diễn đặc trưng phần tử phi tuyến 84 1.6 Các tính chất mạch phi tuyến: 85 Mạch có dịng điện khơng sin .88 Mạch lọc điện .88 Chương 1: TĨNH ĐIỆN Điện trường 1.1 Định luật Cu-lông (CouLomb) Lực tương tác hai điện tích điểm có phương nằm đường thẳng nối hai điện tích, có chiều tuỳ thuộc vào dấu điện tích (lực hút chúng ngược dấu lực đẩy chúng dấu), có độ lớn tỷ lệ với tích điện tích tỷ l ệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng F=k |q1 q 2| εr ⃗ F 12 Dạng vectơ: ⃗ F =k q1 q r⃗ q q2 ⃗ F =k r⃗ hay r εr εr q1q2 > ⃗ F12 q1q2 < - Trong công thức trên, k hệ số tỉ lệ tùy thuộc vào đơn vị đo Trong hệ SI, điện tích đo Culơng (C), độ dài đo mét (m), độ lớn lực đo Niutơn (N), đó: Nm k= =9 109 πε C ε0 = 8,86.10 -12C2/Nm2: Hằng số điện - Hằng số ε đại lượng tùy thuộc vào môi trường xung quanh (điện môi), ε ≥ cịn gọi số điện mơi môi trường Đối với chân không gần với khơng khí ε = Mơi trường Hằng số điện mơi (ε) Chân khơng Khơng khí 1,000594 Thủy tinh 5-10 Nước 81 Dầu hỏa 2,1 Cao su 2,3 Sứ 5,5 Êbônic 2,7 Lực tương tác tĩnh điện điện tích đặt điện mơi (mơi trường cách điện) giảm ε lần so với lực tương tác đặt chân khơng 1.2 Khái niệm điện trường 1.2.1 Khái niệm điện trường Theo quan điểm “Thuyết tương tác gần” (mà xem đắn) thì: - Điện trường mơi trường vật chất đặc biệt tồn xung quanh điện tích mà thơng qua lực điện trường thực - Tương tác truyền với vận tốc hữu hạn c (vận tốc ánh sáng chân khơng) - Khi có điện tích q mơi trường xung quanh điện tích có thay đổi, mơi trường có điện trường Như định nghĩa điện trường sau: Điện trường môi trường vật chất đặc biệt bao quanh điện tích gắn liền với điện tích Tính chất điện trường điện trường tác dụng lực điện lên điện tích đặt 1.2.2 Vectơ cường độ điện trường ⃗F Đại lượng q0 đặc trưng cho điện trường điểm xét mặt tác dụng lực gọi cường độ điện trường ký hiệu ⃗E Vậy Cường độ điện trường đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu điện trường phương diện tác dụng lực ⃗ ⃗E= F hay ⃗ F =q0 ⃗ E q0 q0 > : ⃗E chiều với ⃗F q0 < : ⃗E ngược chiều với ⃗F Đơn vị cường độ điện trường vôn mét (V/m) - Điện trường gây hệ điện tích điểm q 1, q2, : Điện tích điểm q gây điện trường: ⃗ ⃗E= F =k q r⃗ q εr r ⃗ E Độ lớn: E=k q > : ⃗E ⃗ E ⃗E q