Giáo trình điện cơ bản (nghề điện tử công nghiệp cđ)

QUÂN KHU TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SỐ 20 - - GIÁO TRÌNH ĐIỆN CƠ BẢN Nghề đào tạo: Điện tử cơng nghiệp Trình độ đào tạo: Cao đẳng nghề LƯU HÀNH NỘI BỘ Biên soạn: Đinh Văn Thắng Nm 2022 Lời nói đầu ! Ngày nay, kinh tế n-ớc ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân đ-ợc nâng cao nhanh chóng Nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt tăng tr-ởng không ngừng Vấn đề nắm bắt kiến thức điện ngày trở nên thiết yếu Cuốn "Giáo trình Điện bản" đ-ợc biên soạn dành cho học sinh Trung cấp nghề ng-ời muốn tự học nghề điện Mục tiêu chung giáo trình nhằm cung cấp kiến thức hình thành kỹ nghề điện Giáo trình đ-ợc chia thành phần, phần gồm ch-ơng Trong phần -u tiên dành thời gian cho việc hình thành kỹ lắp đặt vận hành mạch điện Do thời gian biên soạn có hạn nên không tránh khỏi thiếu xót Kính mong nhận đ-ợc góp ý đồng nghiệp bạn đọc! mục lục Lời nói đầu Phần một: vật liệu điện Ch-ơng 1: Khái niệm chung 1.1 Cấu tạo vật chất 1.2 Lý thuyết phân vùng l-ợng vật rắn Ch-ơng 2: Vật liệu dẫn điện 2.1 Khái niệm 2.2 Tính chất 2.3 Một số vật liệu dẫn điện thông dụng Ch-ơng 3: Vật liệu cách điện 3.1 Khái niệm 3.2 Phân loại 3.3 Một số vật liệu cách điện thông dụng Ch-ơng 4: Vật liệu từ 4.1 Khái niệm 4.2 Chu trình từ ho¸ cđa vËt liƯu tõ 4.3 Mét sè vËt liƯu từ thông dụng Ch-ơng 5: Dây dẫn điện 5.1 Ph-ơng pháp đo, kiểm tra, tính chọn dây dẫn điện 5.2 Các ph-ơng pháp nối dây Phần hai: Khí cụ điện Ch-ơng 1: Khái niệm chung 1.1 Khái niệm phân loại 1.2 Các yêu cầu khí cụ điện 1.3 Tiếp xúc điện 1.4 Hồ quang điện Ch-ơng 2: Khí cụ điện đóng cắt 2.1 Cầu dao 2.2 Contac 2.3 Aptomat 2.4 Contactor - Khởi động từ Ch-ơng 3: Khí cụ điện bảo vệ 3.1 Cầu chì 3.2 Role nhiệt 3.3 Role điện từ 3.4 Rơ le dòng ®iƯn Ch-¬ng 4: KhÝ ®iƯn ®iỊu khiĨn 4.1 Nót Ên 4.2 Bé khèng chÕ 4.3 Timer Ch-¬ng 5: Sư dụng khí cụ điện 5.1 Lắp đặt mạng điện sinh hoạt 5.2 Lắp đặt mạng điện công nghiệp Phần ba: Thiết bị điện gia dụng Ch-ơng 1: Thiết bị cấp nhiệt 1.1 Nguyên lý chung 1.2 Một số thiết bị cấp nhiệt thông dụng Ch-ơng 2: Máy biến áp 2.1 Khái niệm 2.2 Cấu tạo máy biến áp phase 2.3 Nguyên lý làm việc 2.4 Các máy biến áp phase thông dụng 2.4.1 Máy biến áp cách li 2.4.2 Survolteur 2.4.3 ỉn ¸p 2.5 TÝnh to¸n, thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p gia dơng 2.5.1 TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p c¸ch li 2.5.2 TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p tự ngẫu Ch-ơng 3: Động điện 3.1 Cấu tạo 3.2 Nguyên lý làm việc 3.2.1 Nguyên lý chung 3.2.2 Nguyên lý làm việc động phase kiểu điện dung 3.2.3 Nguyên lý làm việc động phase kiểu vòng ngắn mạch Ch-ơng 4: Thiết bị ®iƯn mét chiỊu 4.1 Kh¸i niƯm chung 4.2 Pin, acqui 4.3 Máy phát điện chiều 4.4 Động điện chiều Ch-ơng 5: Sử dụng sửa chữa thiết bị điện gia dụng 5.1 Thiết bị cấp nhiệt 5.2 Quạt điện 5.3 Động điện Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo: Nghề Điện Dân Dụng - NXB Giáo dục 1994 Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh, Trần Mai Thu Vật liệu Kỹ thuật ®iƯn - NXB Khoa häc vµ Kü tht 2001 Ngun Xuân Phú, Hồ Xuân Thanh Khí Cụ Điện - NXB Khoa học Kỹ thuật 2001 Nguyễn Xuân Phú, Tô Đằng Sửa chữa thiết bị điện gia dụng NXB Hải Phòng Bùi Văn Yên Tự học quấn quạt động điện - NXB Khoa học Kỹ thuật 1997 Đỗ Ngọc Long Kỹ thuật quấn dây máy biến áp, động vạn năng, động pha, 3pha NXB Đà Nẵng Tác giả: Trần Duy Phụng Sửa chữa, chế tạo máy biến áp dân dụng công nghiệp - NXB KH & KT Đỗ Ngọc Long Thiết kế cấp điện - NXB Khoa học Kỹ thuật 2001 Ngô Hồng Quang, Vũ Vă Tẩm Ch-ơng 1: Vật liệu điện I Khái niƯm chung CÊu t¹o vËt chÊt : Trong kü thuật điện đà rõ chất dòng điện chuyển dời có h-ớng điện tích điện tr-ờng Do vậy, nghiên cứu vật liệu điện cần phải nghiên cứu cấu tạo nó, khảo sát tồn hay không tồn điện tích vật liệu Trên sở đó, ta phân loại đ-ợc vật liệu điện, biết đ-ợc tính chất vật liệu dẫn điện, cách điện, dẫn từ hay bán dẫn đồng thời ta biết đ-ợc ứng dụng loại vật liệu lĩnh vực điện lĩnh vực khác a, Cấu tạo nguyên tử: - Khái niệm: Nguyên tử phần tử vật chất Nguyên tử đ-ợc cấu tạo hạt nhân mang điện tích d-ơng điện tử mang điện tích âm chuyển động quỹ đạo bao quanh hạt nhân Hạt nhân nguyên tử gồm hạt proton notron Proton mang điện tích d-ơng với số l-ợng điện tích là: z x q Trong đó: q = 1,6 x 10-19 culông điện tích điện tử z: số điện tử nguyên tử số thứ tự nguyên tố nguyên tử bảng tuần hoàn Menđinêep Nh- vậy, hạt nhân mang điện tích d-ơng số l-ợng điện tích proton Điện tử tích điện âm, khối l-ợng điện tử trạng thái tĩnh hay chun ®éng víi vËn tãc rÊt nhá, víi vËn tèc ¸nh s¸ng cã trÞ sè: M = 9,1 x 10-31 kg - Thí nghiệm cho thấy khối l-ợng hạt nhân gấp 1.850 lần khối l-ợng điện tử Khối l-ợng nguyên tử đ-ợc tập trung hạt nhân Bình th-ờng nguyên tử trạng thái trung hòa điện, số điện tích d-ơng hạt nhân số điện tích âm điện tử nguyên tử Nguyên tử bị vài điện tử tạo thành ion d-ơng Ng-ợc lại, nguyên tử nhận thêm điện tử tạo thành ion âm - Nguyên tử hay nhận thêm điện tử nguyên tử bị ion hóa bị kích thích Điều có nghĩa nguyên tử nhận thêm cho l-ợng - Mỗi điện tử nguyên tử t-ơng ứng với mức l-ợng định để di chuyển tới quỹ đạo xa phải cấp l-ợng cho điện tử - Khi di chuyển điện tử khỏi quỹ đạo với bán kính xa vô hao tốn l-ợng lực hút hạt nhân - Mức l-ợng cung cấp cho điện tử đạt giá trị để điện tử tách rời nguyên tử trở thành điện tử tự do, đồng thời thân nguyên tử biến thành ion d-ơng, mức l-ợng gọi mức l-ợng ion hóa nguyên tử gọi nguyên tử ion hóa - Năng l-ợng ion hóa t-ơng ứng với điện tử quỹ đạo khác nguyên tử khác Điện tử lớp vỏ ứng với mức l-ợng ion hóa thấp nhất, điện tử gọi điện tử hóa trị chóng thùc hiƯn liªn kÕt hãa häc víi nguyªn tư nguyên tố khác Khi điện tử nhận đ-ợc mức l-ợng nhỏ mức l-ợng ion hóa, ®ã ®iƯn tư sÏ di chun tíi q ®¹o xa hạt nhân Ta nói nguyên tử trạng thái bị kích thích, mức l-ợng gọi mức l-ợng kích thích Khi không bị kích thích nguyên tử quay trạng thái ổn định, điện tử nhanh chóng trở trạng thái ổn định ban đầu Kết luận: Khảo sát cấu tạo nguyên tử cho biết tồn xuất hay điện tử nguyên tử (kích thích, ion hóa) để hình thành ion d-ơng ion âm Đây yếu tố hình thành dòng điện vËt liƯu b, CÊu t¹o vËt chÊt : VËt chất đ-ợc cấu tạo phân tử, nguyên tử, ion theo dạng liên kết sau : - Liên kết đồng hóa trị: Phân tử đ-ợc tạo thành nguyên tử liên kết với điện tử góp chung Điều có nghĩa số điện tử tạo thành chung cho nguyên tử tham gia liên kết hình thành phân tử Ví dụ: Phân tử Clo đ-ợc hình thành mối liên kết nguyên tử clo, nguyên tử Clo có 17 điện tử (7 điện tử hóa trị) xếp thành lớp (chu kỳ III), lớp có điện tử (7 điện tử cộng hóa trị) Hai nguyên tử đ-ợc liên kết bền vững với cách sử dụng chung điện tử lớp vỏ cùng, nguyên tử đ-ợc bổ sung thêm điện tử nguyên tử kia: 0 Cl00 0 00 + 0 Cl00 00 Cl0 00 0 0 Cl00 00 - Liên kết ion: Liên kết đ-ợc xác lập lực hút ion âm ion d-ơng Vật rắn có cấu tạo ion đ-ợc đặc tr-ng tính chất bền vững học nhiệt độ nóng chảy t-ơng đối cao Ví dụ: Mối liên kết ion loại muối halogen kim loại kiềm - Liên kết kim loại: Dạng liên kết tạo nên tinh thể rắn Kim loại đ-ợc xem nh- hệ thống cấu tạo từ ion d-ơng nằm môi tr-ờng điện tử tự do, sức hút ion d-ơng điện tử tạo nên tính nguyên khối kim loại Đó kiểu liên kết d-ới dạng mạng tinh thể Sự tồn điện tích tự làm cho kim loại có tính óng ánh tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao Tính dẻo kim loại đ-ợc giải tích dịch chuyển tr-ợt lên lớp ion Lý thuyết phân vùng l-ợng vật rắn: a, Phân vùng l-ợng vật rắn: Lý thuyết phân vùng l-ợng vật rắn giúp cho giải thích, phân loại nhóm vật liệu cách điện, dẫn điện bán dẫn Nghiên cứu cấu tạo nguyên tử cho thấy: điện tử nguyên tử có mức l-ợng xác định Mặt khác, nghiên cứu quang phổ vạch phát xạ chất khác trạng thái khí rõ nguyên tử chất đ-ợc đặc tr-ng vạch quang phổ hoàn toàn xác định Điều chứng tỏ nguyên tử có mức l-ợng xác định Nguyên tử trạng thái bình th-ờng có mức l-ợng t-ơng ứng với mức l-ợng lớp điện tử hóa trị Khi điện tử hóa trị đ-ợc cung cấp l-ợng đủ để di chuyển tới quỹ đao xa hạt nhân nguyên tử trạng thái bị kích thích có mức l-ợng cao (mức kích thích) Khi l-ợng cung cấp cho điện tử cao nữa, nguyên tử bị ion hóa có mức l-ợng ion hóa (mức l-ợng max) Nh- nguyên tử có mức l-ợng khác nhau: Mức ion Vùng l-ợng Mức kích thÝch Møc b×nh th-êng 10