Giáo trình môn điện kỹ thuật trình độ cao đẳng nghề

2 Trờng Cao đẳng nghề công nghệ và nông lâm đông bắc Khoa chế biến gỗ môn học điện kỹ thuật (Trình độ Cao đẳng nghề) Chủ biên: Trần Minh Tới Tham gia: Nguyễn Hồng Nhiên Lạng sơn, tháng 3 năm 2010 Môn học: điện kỹ thuật Tổng số: 30 giờ (LT: 20 giờ, TH: 10 giờ) I - Vị trí, tính chất môn học Môn điện kỹ thuật là môn học cơ sở của nghề Mộc dân dụng, nó đợc dạy trớc các môn học chuyên môn II - Mục tiêu môn học - Nêu đợc tính năng, tác dụng của dòng điện. - Nêu đợc các đại lợng đặc trng cho dòng điện. - Mắc đợc mạch điện ba pha hình sao hoặc tam giác. - Sử dụng đợc các thiết bị điện đúng cách. - Cẩn thận, tỷ mỉ chấp hành an toàn về điện. III - Nội dung 1. Phân phối ch ơng trình Số TT Tên chơng mục Thời gian Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra* (LT hoặc TH) 1 Bài mở đầu 1 1 0 2 Dòng điện xoay chiều 10 7 3 3 Máy điện 11 6 5 4 Thiết bị bảo vệ và điều khiển 8 6 2 Tổng số 30 20 10 2 2. Nội dung ch ơng trình 3 Lêi nãi ®Çu Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu. Năng lượng điện ngày nay trở nên rất cần thiết và đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống và sản xuất của con người. Môn học Điện kỹ thuật được biên soạn dành cho học sinh, sinh viên chuyên ngành chế biến gỗ. Nội dung tài liệu gồm ba chương: Chương I: Dòng điện xoay chiều Gồm 02 bài: Dòng điện xoay chiều một pha và dòng điện xoay chiều ba pha Chương II: Máy điện Gồm 03 bài: Động cơ không đồng bộ ba pha, Động cơ không đồng bộ một pha và Máy biến áp Chương III: Thiết bị bảo vệ và điều khiển Trong quá trình biên soạn không thể tránh khỏi những thiếu sót rất mong sự đóng góp ý kiến của độc giả để lần tái bản sau được hoàn thiện hơn. Mọi thông tin xin liên hệ Khoa Chế biến gỗ trường Cao đẳng nghề Công nghệ và Nông Lâm Đông Bắc, xã Minh Sơn - Hữu Lũng - Lạng Sơn. 4 Bài mở đầu Giáo trình kỹ thuật điện nhằm trang bị cho ngời học những kiến thức cơ bản về ứng dụng năng lợng điện trong sản xuất và đời sống. So với các dạng năng lợng khác năng lợng điện có những u điểm hết sức to lớn sau đây: - Điện năng đợc sản xuất tập trung với nguồn công suất rất lớn - Dễ dàng biến đổi và truyền tải đi xa nhờ máy biến thế - Dễ dàng biến đổi sang các dạng năng lợng khác. - Nhờ điện năng có thể tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất cũng nh các dịch vụ kỹ thuật khác. Việt Nam có tiềm năng hết sức to lớn về các nguồn năng lợng, nhng do hậu quả chiến tranh kéo dài, ảnh hởng cơ chế quan liêu bao cấp làm cho nền sản xuất còn khá lạc hậu. Sản lợng điện năm 1975 cả nớc chỉ có 1,5 tỷ kWh. Sau giải phóng chúng ta đã củng cố và xây dựng thêm nhiều nhà máy điện lớn, Thủy điện Hòa Bình với công suất 1.920MW, thủy điện Trị an (440MW), Nhiệt điện Phả lại I (440MW), Nhiệt điện Phả Lại II (600MW), thủy điện Ialy (720MW), Hiện nay đang triển khai xây dựng nhà máy Thủy điện Sơn la, dự án nhà máy điện nguyên tử ở Bình Thuận. Năm 2003 sản lợng điện cả nớc đã đạt 41 tỷ kWh bình quân 500kW/ đầu ng- ời năm. Theo lộ trình phát triển tới năm 2010 sẽ đạt 70 tỷkWh, năm 2020 đạt 170 tỷ kWh. Để đáp ứng nhu cầu phụ tải điện đến năm 2015 Việt nam sẽ xây dựng 61 nhà máy điện với tổng công suất 21.658 MW, trong đó có 32 nhà máy thủy điện với tổng công suất 7.975MW, 17 nhà máy điện tuabin khí với tổng công suất 9.783 MW và 12 nhà máy nhiệt điện than với tổng công suất 3.900 MW. Hiện nay đờng truyền tải điện siêu cao áp 500 kV Bắc Nam đợc xem là huyết mạch chính của năng lợng điện Quốc gia. Tuyến 500 kV thứ hai đang đợc xây dựng. Tốc độ tăng trởng điện năng giai đoạn 2003-2010 là 15%. Vốn đầu t trung bình 2,16 tỷ USD mỗi năm. Ngành sản xuất thiết bị điện đang đợc đầu t phát triển. Các máy biến áp 110 kV, 25MVA và 63 MVA đã và đang đợc sản xuất hàng loạt. Máy biến áp 220 kV, 125 MVA đầu tiên đi vào sản xuất từ năm 2004 tại công ty thiết bị điện Đông Anh. Các động cơ điện công suất tới 1000 kW đã đợc chế tạo tại công ty chế tạo Việt Hung, công ty chế tạo điện cơ Hà Nội, Thủ Đức, Giáo trình kỹ thuật điện đợc biên soạn theo chơng trình khung đào tạo Cao đẳng nghề gia công và thiết kế sản phẩm mộc bắt đầu thực hiện từ năm 2010. Giáo trình đợc chia làm 03 phần, trong đó phần 1 cung cấp các kiến thức về dòng điện xoay chiều. Phần thứ 2 cung cấp các kiến thức về máy điện. Phần 3 cung cấp các kiến thức về Thiết bị bảo vệ và điều khiển. 5 Chơng 1: Dòng điện xoay chiều (Thời gian: 10 giờ; lý thuyết: 07; thực hành: 03) Bài 1: Dòng điện xoay chiều hình sin I. Mục tiêu Học xong bài này học sinh sẽ: - Trình bày đợc những khái niệm cơ bản về dòng điện xoay chiều hình sin. - Phân biệt đợc dòng điện xoay chiều hình sin và mạch điện một chiều. - Có tinh thần học tập tốt, hăng hái phát biểu xây dựng bài. II. Nội dung 1. Khái niệm về mạch dòng điện hình sin Dòng điện hình sin hay còn gọi là dòng điện xoay chiều đợc quan niệm là dòng điện có chiều và trị số biến đổi theo thời gian và theo quy luật của hàm số sin. Tơng tự nh dòng điện hình sin, điện áp hình sin hay điện áp xoay chiều cũng biến đổi theo quy luật hàm số sin, nó đợc biểu diễn dới dạng toán học nh sau: Hình 2.1 Đồ thị hình sin 6 i = I max sin(t + i ) u = U max sin(t + u ) Trong đó i, u : trị số tức thời của dòng điện, điện áp. I max , U max : trị số cực đại (biên độ) của dòng điện, điện áp. i , u : pha ban đầu của dòng điện, điện áp. Góc lệch pha giữa các đại lợng là hiệu số pha đầu của chúng. Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện thờng kí hiệu là : = u - i < 0 điện áp chậm pha so với dòng điện > 0 điện áp sớm pha so với dòng điện = 0 điện áp trùng pha với dòng điện 2. Các đại lợng đặc trng cho dòng điện hình Sin - Biên độ: Là trị số lớn nhất mà hàm số có thể đạt đợc trong quá trình vận động: I max ; U max ; E max - Pha ban đầu: là góc xác định vị trí khởi đầu của hàm số trong mối tơng quan với gốc toạ độ 0; i ; u ; e - Tần số: là số dao động mà hàm số có thể thực hiện đợc trong một đơn vị thời gian. KH: f (Hz) - Chu kỳ: là khoảng thời gian ngắn nhất để hàm số có thể lặp lại đợc trị số, phơng và chiều biến thiên T = 1/f. - Tần số góc: là tốc độ biến thiên của hàm số tính bằng radian (số đo của góc) trên một đơn vị thời gian (s) = 2f = 2/T 3. Trị số hiệu dụng của dòng điện hình Sin. Trị số tức thời của dòng điện xoay chiều hình sin biến đổi theo thời gian, vì vậy không dùng để tính toán, đo độ lớn của điện áp và cờng độ dòng điện xoay chiều. Trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều đợc xác định bằng hiệu ứng nhiệt của nó. 7 2 1 2 1 2 1 Giả sử ta lần lợt cho 1 dòng điện xoay chiều i và dòng điện 1 chiều I đi qua 2 điện trở R có trị số điện trở bằng nhau, nếu trong thời gian bằng 1 chu kỳ, chúng đều sản sinh ra trên điện trở 1 nhiệt lợng bằng nhau thì trị số của dòng điện 1 chiều đó là trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều. Căn cứ vào thực nghiệm và tính toán, ngời ta đã tính đợc trị số hiệu dụng của dòng điện, điện áp và sức điện động (I,U,E) của điện xoay chiều hình sin bằng (tức 0,707) lần trị số cực đại (Im; Um; Em) của chúng: I = I m . = 0,707I m U = U m . = 0,707U m E = E m . = 0,707 E m Trong mạch điện xoay chiều, đều dùng trị số hiệu dụng để tính toán. Ví dụ điện áp và dòng điện định mức của các máy điện và khí cụ điện, nh vôn - mét, ampemét xoay chiều v,v. . . đều biểu thị bằng trị sồ hiệu dụng. Trị số hiệu dụng của dòng điện hình sin là dòng một chiều I sao cho khi chạy qua cùng một điện trở R thì sẽ tạo ra cùng công suất. Dòng điện hình sin chạy qua điện trở R, lợng điện năng W tiêu thụ trong một chu kỳT: Công suất trung bình trong một chu kỳ: Với dòng điện một chiều ta có công suất P = I 2 R Trong thực tế, giá trị đọc trên các cơ cấu đo dòng điện I, đo điện áp U, đo công suất P của dòng điện hình sin là trị số hiệu dụng của chúng. Các giá trị U, I, P ghi nhãn mác của dụng cụ và thiết bị điện là trị số hiệu dụng. 8 = T dttRiW 0 2 )( dttRi T p T = 0 2 )( 1 4. Pha của mạch điện xoay chiều Mối quan hệ giữa các pha nh trên đã trình bày, trong 1 từ trờng đều nếu không phải chỉ có 1 cuộn dây mà có nhiều cuộn dây cùng quay đồng thời, thì do vị trí của các cuộn dây khác nhau, nên sự biến đổi của sức điện động cảm ứng cũng xảy ra sớm muộn khác nhau. Điều đó có thể dùng độ lệch pha để biểu thị. Trong (hình: 2.2) ta cho cuộn dây II ở vị trí nh (hình: 02a) và lấy đó làm điểm gốc của đờng cong, lúc này cuộn dây II không cắt đờng sức, sức điện động cảm ứng (e 2 ) bằng không, trong hình 2.2b ta có: t = 0, e 2 = 0. Còn cuộn dây I thì đang ở vị trí cắt đờng sức nhiều nhất, lúc này sức điện động cảm ứng (e1) lớn nhất, trong (hình: 2.2b) ta có: t= 0, e 1 cực đại. Hình 2.2: Sức điện động xoay chiều sản sinh ra trong 2 cuộn dây vuông góc với nhau Sau khi quay 2 cuộn dây 1 góc 90 0 thì e 1 = 0, e 2 cực đại, nh vậy e 2 luôn luôn muộn hơn e 1 1 góc90 0 , do đó ta nói 2 sức điện động đó lệch pha nhau 90 0 , và e 1 sớm pha hơn e 2 1góc 90 0 . Dòng điện xoay chiều có thể biểu thị bằng véc tơ: Chẳng hạn e 1 và e 2 là 2 véc tơ. Trong (hình 2.2) hai véc tơ đó vuông góc với nhau, và E 1 sớm pha hơn E 2 90 0 . Khi hai cuộn dây có vị trí ở trong không gian nh nhau, thì sức điện động cảm ứng sẽ đồng thời đạt đến 0 hoặc cực đại, cũng có nghĩa là pha của 2 sức điện động đó nh nhau và ta gọi là chúng đồng pha. Ví dụ: trong (hình 2.3), giữa các sức điện động đồng pha không có sự lệch pha. 9 e e 1 e 2 t 0 N S E 1 E 2 0 Hình 2.3: Sức điện động đồng pha 5. Dòng điện hình Sin trong nhánh thuần điện trở R Khi có dòng điện i = I max sint qua điện trở R , điện áp trên điện trở: u R = R.i =U Rmax sint, trongđó: U Rmax = R.I max Ta có: U R =R.I hoặc I = U R / R Hình 2.4 Nhánh thuần điện trở R Trong mạch điện thuần điện trở có trị số điện trở không đổi, khi điện áp bằng 0 thì cờng độ dòng điện cũng bằng 0, khi điện áp cực đại thì dòng điện cũng cực đại, dòng điện và điện áp biến đổi nh nhau, ta nói chúng đồng pha với nhau (hình 2.5). Hình 2.5: Dòng điện và điện áp trùng pha 6. Dòng điện hình Sin trong nhánh thuần điện cảm L Trong mạch điện thuần điện cảm L dòng điện chậm pha so với điện áp một góc 90 o , hay nói cách khác điện áp sớm pha hơn so với dòng điện một góc 90 o . 10 E 1 E 2 I U 0 U 2 t i,u,e I R U Đồ thị biến thiên u và i của cuộn dây và đồ thị véc tơ của mạch điện thể hiện qua hình sau: a) b) c) Hình 2.6 Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện cảm L a) Nhánh thuần điện cảm L b) Đồ thị biến thiên của U và I c) U sớm pha hơn I một góc 90 o 7. Dòng điện hình Sin trong nhánh thuần điện dung C 11 L U U L I L [...]... thì pha 1 của mạng điện vào pha 1 của động cơ, pha 2 của mạng điện vào pha 2 của động cơ, pha 3 của mạng điện vào pha 3 của động cơ - Khi đóng xuống dới thì pha 1 của mạng điện vào pha 2 của động cơ, pha 2 của mạng điện vào pha 1 của động cơ, pha 3 của mạng điện vào pha 3 của động cơ 29 Hình 3.13 Đảo chiều quay động cơ 5 Ưu nhợc điểm của việc sử dụng hai loại động cơ điện 5.1 Động cơ điện ba pha roto... mở máy giảm điện áp để hạn chế dòng mổ máy 4.2.1 Mở máy trực tiếp - Là cách đóng trực tiếp động cơ vào lới điện ( Hình: 3.10a) ở thời điểm đóng cầu dao: n = 0, độ trợt S =1, dòng điện qua động cơ tăng từ 4 - 7 lần dòng điện định 26 mức, dễ gây nên dao động điện áp lới Do đó, phơng pháp này chỉ áp dụng cho động cơ có công suất nhỏ - Sau khi đóng điện, tốc độ động cơ tăng dần, dòng điện qua động cơ cũng... mạch điện ba pha là: P= PA + PB + PC = 3PP = 3UP IP cosP P= 3 Ud Id cosP với cosP = RP ZP III Câu hỏi ôn tập 1 Trình bày sự sinh ra sức điện động ba pha? 2 Nêu cách nối dây quấn của máy phát điện theo hình sao và hình tam giác? 3 Trình bày mối quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha? Giữa cờng độ dòng điện dây và cờng độ dòng điện pha? 4 Trình bày công suất của mạch điện ba pha? 20 Chơng 2: Máy điện. .. sau : *.Mở máy dùng điện kháng: - Khi mở máy cầu dao (2) mở, đóng cầu dao (1) để đa điện áp vào động cơ Dòng điện Imm qua điện kháng sẽ tạo ra sụt áp, nên điện áp đặt vào động cơ chỉ là một phần của điện áp mạng điện Khi động cơ đã quay ổn định, đóng cầu dao (2) để loại điện kháng ra khỏi mạch động cơ, kết thúc quá trình mở máy, (Hình: 3.10b) - Nhợc điểm của phơng pháp mở máy bằng điện kháng là giảm... máy của động cơ - Quá trình mở máy động cơ là quá trình kể từ lúc đóng điện vào động cơ khi roto còn đứng yên tới khi động cơ đạt đợc tốc độ làm việc n Khi mới đóng điện, dòng điện mở máy Imm là dòng ngắn mạch có trị số rất lớn - Nếu lới điện không đủ công suất sẽ dẫn tới sụt áp lớn, ảnh hởng tới sự làm việc của lới điện và kéo dài sự mở máy do mô men mở máy nhỏ 4.2 Các phơng pháp mở máy -Động cơ lồng... trình mở máy động cơ kết thúc khi tốc độ động cơ đạt trị số làm việc bình thờng a) Sơ đồ mở máy trực tiếp b) Sơ đồ mở máy động cơ lồng sóc qua điện kháng Hình: 3.10 Mở máy trực tiếp và mở máy động cơ lồng sóc qua điện kháng 4.2.2 Mở máy bằng phơng pháp giảm điện áp đặt vào Stato - Là cách mở máy hạn chế điện áp U d đặt vào động cơ ở thời điểm đóng mạch nhằm hạn chế dòng điện mở máy Imm Để hạn chế điện. .. việc của động cơ điện không đồng bộ Khi đa dòng điện xoay chiều 3 pha vào 3 cuộn dây của stato của động cơ điện nó sẽ tạo ra một từ trờng quay đều với tốc độ vận tốc n1 từ trờng quay quét các thanh dẫn roto cảm ứng trong thanh dẫn roto sức điện động E 2 vì dây quấn roto khép kín nên E2 sẽ sinh ra dòng điện I2 Dòng điện I2 nằm trong từ trờng quay sẽ chịu tác dụng của lực từ Nh vậy roto của động cơ chịu...Trong mạch điện thuần điện dung C điện áp chậm pha so với dòng điện một góc 90o, hay nói cách khác dòng điện sớm pha hơn so với điện áp một góc 90o Đồ thị biến thiên u và i của tụ điện và đồ thị véc tơ của mạch điện thể hiện qua hình sau: C U a) b) IC UC c) Hình 2.7 Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện dung C a) Nhánh thuần điện dung C b) Đồ thị biến thiên của U và... dung C? 4 Trình bày công suất của dòng điện hình sin? 13 Bài 2: dòng điện xoay chiều ba pha I Mục tiêu Học xong bài này học sinh sẽ: - Trình bày đợc những khái niệm cơ bản về dòng điện xoay chiều ba pha - Phân biệt đợc dòng điện xoay chiều ba pha và dòng điện xoay chiều một pha - Có tinh thần học tập tốt, hăng hái phát biểu xây dựng bài II Nội dung 1 Sự sinh ra sức điện động ba pha Máy phát điện xoay... lực từ Nh vậy roto của động cơ chịu tác dụng một ngẫu lực điện từ làm cho nó quay theo chiều của từ trờng với tốc độ n nhỏ hơn tốc độ từ trờng quay một ít 3 Cách bố trí các đầu dây của 3 cuộn dây stato trong hộp đầu dây Để thuận tiện cho việc đa điện vào động cơ điện khi động cơ điện nối hình sao hay hình tam giác cho phù hợp với điện áp của mạng điện Ngời ta bố trí 6 đầu dây của 3 cuôn dây stato trong . Cao đẳng nghề công nghệ và nông lâm đông bắc Khoa chế biến gỗ môn học điện kỹ thuật (Trình độ Cao đẳng nghề) Chủ biên: Trần Minh Tới Tham gia: Nguyễn Hồng Nhiên Lạng sơn, tháng 3 năm 2010 Môn. 2010 Môn học: điện kỹ thuật Tổng số: 30 giờ (LT: 20 giờ, TH: 10 giờ) I - Vị trí, tính chất môn học Môn điện kỹ thuật là môn học cơ sở của nghề Mộc dân dụng, nó đợc dạy trớc các môn học chuyên môn II. thuần điện trở R Trong mạch điện thuần điện trở có trị số điện trở không đổi, khi điện áp bằng 0 thì cờng độ dòng điện cũng bằng 0, khi điện áp cực đại thì dòng điện cũng cực đại, dòng điện và điện