Bài giảng môn kỹ thuật điện (9 chương)

Bài giảng mơn kỹ thuật điện NỘI DUNG MÔN HỌC CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG Khái niệm chung Mạch Điện Mạch Điện hình sin Các phương pháp giải Mạch Sin Mạch Điện ba pha Khái niệm chung Máy Điện Máy Biến Áp Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha Máy Phát Đồng Bộ Ba Pha Máy Điện Một Chiều 3/3 NỘI DUNG CHI TIẾT Khái Niệm Chung Mạch Điện 1.1 Các Thành Phần Mạch Điện 1.2 Cấu Trúc Mạch Điện 1.3 Các Thông Số Chế Độ Phần Tử 1.4 Các loại Phần Tử Cơ Bản 1.5 Hai Đònh Luật Kirchhoff Mạch Điện Hình Sin 2.1 Khái Niệm Chung Hàm Sin 2.2 Áp Hiệu Dụng Dòng Hiệu Dụng 2.3 Biểu Diễn Áp Sin Dòng Sin Vectơ 2.4 Quan Hệ Áp - Dòng Tải 2.5 Tổng Trở Vectơ Tam Giác Tổng Trở Tải 2.6 Công Suất Tiêu Thụ Tải 2.7 Biểu Diễn Vectơ Áp, Dòng, Tổng Trở, Công Suất 2.8 Hệ Số Công Suất 2.9 Đo Công Suất Tác Dụng Watlkế 2.10 Số Phức 2.11 Biểu Diễn Mạch Sin Số Phức 3 Các Phương Pháp Giải Mạch Sin 3.1 Khái Niệm Chung 3.2 Phương Pháp Ghép Nối Tiếp Chia Áp 3.3 Phương Pháp Ghép Song Song Chia Dòng 3.4 Phương Pháp Biến Đổi Y ↔ ∆ 3.5 Phương Pháp Dòng Mắt Lưới 3.6 Phương Pháp Áp Nút 3.7 Nguyên Lý Tỷ Lệ 4 Mạch Điện Ba Pha 4.1 Nguồn Tải Pha Cân Bằng 4.2 Hệ Thống Pha Y - Y Cân Bằng 4.3 Hệ Thống Pha Y - ∆ Cân Bằng, Zd = 4.4 Hệ Thống Pha Y - ∆ Cân Bằng, Zd ≠ 4.5 Hệ Thống Pha Y - ∆ Không Cân Bằng, Zn = 4.6 Hệ Thống Pha Y - Y Không Cân Bằng, Zd = 4.7 Hệ Thống Pha Cân Bằng với Nhiều Tải // 4.8 Hệ Thống Pha Cân Bằng với Tải Động Cơ Pha 5 Khái Niệm Chung Máy Điện 5.1 Đònh Luật Faraday 5.2 Đònh Luật Lực Từ 5.3 Đònh Luật Ampère 5.4 Bài Toán Thuận: Biết Φ, Tìm F 6 Máy Biến Áp (MBA) 6.1 Khái Niệm Chung 6.2 Cấu Tạo MBA 6.3 MBA Lý Tưởng 6.4 Các MTĐ PT MBA Thực Tế 6.5 Chế Độ Không Tải MBA 6.6 Chế Độ Ngắn Mạch MBA 6.7 Chế Độ Có Tải MBA 7 Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha 7.1 Cấu Tạo ĐCKĐB3φ 7.2 Từ Trường Trong ĐCKĐB3φ 7.3 Nguyên Lý Làm Việc ĐCKĐB3φ 7.4 Các MTĐ1 Và PT ĐCKĐB3φ 7.5 CS, TH, HS ĐCKĐB3φ 7.6 Mômen ĐCKĐB3φ 8 Máy Phát Đồng Bộ Ba Pha 8.1 Cấu Tạo MPĐB3φ 8.2 Nguyên Lý Làm Việc MPĐB3φ 8.3 MTĐ PT MPĐB3φ 8.4 Phần Trăm Thay Đổi Điện Áp MPĐB3φ 8.5 CS, TH, HS MPĐB3φ 9 Máy Điện Một Chiều 9.1 Cấu Tạo MĐMC 9.2 Nguyên Lý Làm Việc MPMC 9.3 Sđđ MĐMC 9.4 MPMC Kích Từ Độc Lập 9.5 MPMC Kích Từ Song Song 9.6 Nguyên Lý Làm Việc ĐCMC 9.7 Vận Tốc ĐCMC 9.8 Mômen ĐCMC 9.9 ĐCMC Kích Từ Song Song 10 Chương Khái Niệm Chung Về Mạch Điện 1.1 Các Thành Phần Của Mạch Điện (H1.1) H 1.1 Nguồn Điện: Phát (Cung Cấp) Điện Năng Đường Dây: Dẫn (Truyền) Điện Năng Thiết Bò Biến Đổi: Biến Đổi Áp, Dòng, Tần Số… Tải Điện: Nhạân (Tiêu Thụ) Điện Năng 11 1.2 Cấu Trúc Của Mạch Điện H 1.2 Phần Tử Hai Đầu (PT) Phần Tử nhỏ mạch điện A B Đầu Ra, để nối với PT khác Mạch Điện tập hợp PT nối với (H 1.3) ! NÚT Điểm Nối n Đầu Ra (n ≥ 2) H 1.3 ! VÒNG Đường Kín gồm m PT (m ≥ 2) 12 1.3 Các Thông Số Chế Độ Của PT (H 1.4) DÒNG (tức thời) xác đònh bởi: a Chiều Quy Chiếu Dòng(CQCD)( ) H 1.4 b Cường Độ Dòng Qua PT: i = i(t) i > ⇔ Chiều Dòng Thực Tế Cùng CQCD i < ⇔ Chiều Dòng Thực Tế Ngược CQCD ÁP (tức thời) xác đònh bởi: a Chiều Quy Chiếu Áp (CQCA) (+, –) b Hiệu Điện Thế qua PT: u=u(t) u > ⇔ Điện Thế Đầu + Lớn Hơn Điện Thế Đầu – u < ⇔ Điện Thế Đầu + Nhỏ Hơn Điện Thế Đầu – 13 CÔNG SUẤT (tức thời) (CS) ! Nếu mũi tên ( ) hướng từ + sang – CS tức thời tiêu thụ PT p(t) = u(t)i(t) (1.1) p > ⇔ PT thực tế tiêu thụ CS p < ⇔ PT thực tế phát CS ĐIỆN NĂNG Điện Năng tiêu thụ PT từ t1 đến t2 Wtt2 = òt t2 p(t ) dt (1.2) 14 1.4 Các Loại PT Cơ Bản Nguồn Áp Độc Lập (NL) (H1.5) H 1.5 ! Áp không phụ thuộc Dòng u = -e, ∀i (1.3) Nguồn Dòng Độc Lập (NDĐL) (H1.6) H 1.6 ! Dòng không phụ thuộc Áp i = ig, ∀u (1.4) Phần Tử Điện Trở (Điện Trở) (H1.7) H 1.7 ! ! Áp dòng Tỷ Lệ Thuận với 15 u R = Ri R (1.5) R = Điện Trở (ĐT) PT Điện Trở (Ω) ! i R = Gu R (1.6) G = Điện Dẫn (ĐD) PT Điện Trở (S) G= 1 ; R= R G (1.7) (1.5) (1.6) gọi Đònh luật Ôm (ĐLÔ) ! CS tức thời tiêu thụ Điện Trở pR = u R i R = Ri R2 = Gu 2R (1.8) 16 PT Điện Cảm (Cuộn Cảm) (H1.8) uL = L i L (t ) = H 1.8 L di L dt t òtο uL (τ ) dτ + i L (tο ) (1.9) (1.10) L = Điện Cảm Cuộn Cảm (H) PT Điện Dung (Tụ Điện) (H1.9) duC dt (1.11) t i C (τ ) dτ + uC (tο ) C òtο (1.12) iC = C uC ( t ) = H 1.9 C = Điện Dung Tụ Điện (F) 17 1.5 Hai đònh luật Kirchhoff Đònh Luật Kirchhoff Dòng (ĐKD) å i đế n N ú t= (1.13) Tại nút A (H1.10): H 1.10 i1 - i + i - i = Đònh Luật Kirchhoff Áp (ĐKA) å u dọc theo Vò ng = (1.14) Trong vòng 1234 (ABCD) (H1.11): H 1.11 u1 - u2 + u3 - u4 = 18 Chương Mạch Điện Hình Sin 2.1 Khái Niệm Chung Về Hàm Sin Từ Chương 2, Áp Dòng qua PT H 2.1 có Dạng Sin u = Um si n(ω t + θ ) i = I m si n(ω t + α ) (2.1) H 2.1 ! ! pha Á ¸pp ®éộÁ ¸p p; u « (U m , θ ) ; Um = BiBiªn ê n Đ θ = Pha (2.2) Biªn ®éộ dßng i « ( I m , α ) ; I m = Biê n Đ D ò n g; α = PPha D ò ng dßng ϕ = θ - α = Pha Á p - Pha Dò ng (2.3) φ Góc Chạâm Pha Của Dòng So Với Áp 19 2.2 Áp Hiệu Dụng (AHD) Và Dòng Hiệu Dụng (DHD) Trò HD hàm x(t) tuần hoàn chu kỳ T T x (t ) dt T òο AHD DHD Áp Sin Dòng Sin (2.1) X = U = ! Um ; I = Im (2.4) (2.5) Chế độ làm việc PT mạch sin xác đònh cặp số (U, θ) (I, α) (H2.2) u = U si n(ω t + θ ) « (U , θ ) i = I sin(ω t + α ) « ( I , α ) H 2.2 (2.6) 20 10 2.3 Biểu Diễn Áp Sin Và Dòng Sin Bằng Vectơ (H2.3) Áp Vectơ vectơ U có: Độ lớn = U Hướng: tạo với trục x góc = θ Dòng Vectơ vectơ I có: Độ lớn = I Hướng: tạo với trục x 1góc = a H 2.3 ! Ta có Sự Tương Ứng – gióng – 1: u « (U , θ ) « U vài « ( I , α ) « I N ế u i1 « I vài2 « I ! t hì i1 ± i « I ± I (2.7) (2.8) 21 2.4 Quan Hệ Áp – Dòng Của Tải ! ! H 2.4 TẢI tập hợp PT R, L, C nối với có Đầu Ra (1 Cửa) Chế Độ Hoạt Động Tải xác đònh cặp số (U, theta) (I, anpha) U ( Z > 0) I ο ο Góc Của Tải = ϕ = θ - α (- 90 £ ϕ £ 90 ) Tổng Trở (TT) Tải = Z = (2.9) (2.10) ! Mỗi Tải đặc trưng CẶP SỐ (Z, phi) 22 11 Mạch a Sơ đồ đồ thò vectơ (H2.5) a) H 2.5 b TT góc b) R = Điện Trở PT Điện Trở ZR = UR = R; ϕ R = θ R - α R = 0ο IR Mạch R ↔ (R, 0o) (2.11) (2.12) (2.13) 23 Mạch L a Sơ đồ đồ thò vectơ (H2.6) a) b TT góc H 2.6 b) XL = wL = Cảm Kháng PT Điện Cảm U Z L = L = X L ; ϕ L = θ L - α L = + 90ο IL Mạch L ↔ (XL, 90o) (2.14) (2.15) (2.16) 24 12 Mạch C a Sơ đồ đồ thò vectơ (H2.7) H 2.7 a) b TT góc b) = D ung Khá n g củ a PT Đi ệ n Dung ωC U Z C = C = X C ; ϕC = θ C - α C = - 90ο IC XC = M ạch C « (X C , - 90ο ) (2.17) (2.18) (2.19) 25 Mạch RLC Nối Tiếp a Sơ Đồ Và Đồ Thò Vectơ (H2.8) a) H 2.8 b) b TT Góc X = X L - X C = Đ iệ nĐiK n g (Đ K ) củ a M ạch RL CN T (2.20) ệnhá Kháng Z= U = R + X ; ϕ = θ - α = t an I ch RL RLC ối itiếTiế p p « (Z, ϕ) MM ạcạh C nNố X R (2.21) (2.22) 26 13 Mạch RLC song song a Sơ đồ (H2.9) đồ thò vectơ (H 2.8b) b TT Góc G = 1/R = Điện Dẫn R (2.23) BL = 1/XL = Cảm Nạp L (2.24) BC = 1/XC = Dung Nạp C (2.25) H 2.9 B = BL – BC = Điện Nạp (ĐN) Mạch RLCSS Z= U = I G + B ; ϕ = θ - α = t an - (2.26) B G Y = 1/Z = I/U = Tổng Dẫn (TD) Mạch RLCSS (2.27) (2.28) 27 2.5 TT Vectơ Tam Giác TT(TGTT) Tải TT vectơ Z có độ lớn Z hướng ϕ TGTT có cạnh huyền S góc ϕ R = Zcosϕ = ĐT Tương Đương (ĐTTĐ) Tải (2.29) X = Zsinϕ = ĐK Tương Đương (ĐKTĐ) Tải (2.30) Tải Cảm (H 2.10a) < ϕ < 90ο R > v X > i chậ m pha ϕ so vớ iu H 2.10a (2.31) 28 14 Tải dung (H 2.10b) - 90ο < ϕ < R > vàX < i n hanh pha (- ϕ ) so vớ i u (2.32) H 2.10b Tải cộng hưởng (H 2.10c) ϕ= R > vàX = i cù n g pha vớ iu H 2.10c (2.33) 29 Tải Thuần Cảm (H 2.10d) ϕ = + 90ο R = vàX > (2.34) ο i ch ậ m ph a 90 so vớ i u H 2.10d Tải dung (H 2.10e) ϕ = - 90ο R = vàX < (2.35) ο i nh anh ph a 90 so vớ i u H 2.10e 30 15 2.6 CS Tiêu Thụ Bởi Tải (H 2.11) Tải tiêu thụ loại CS Tác Dụng P(W); Phản Kháng Q(var) Biểu Kiến S (VA) S = UI; P = Scosϕ; Q = Ssinϕ H 2.11 CS P Q tiêu thụ R, L, C là: PR = RI R2 , PL = 0, QR = 0, QL = X L I L2 , PC = QC = - (2.36) (2.37) X C I C2 Nếu tải gồm nhiều PT Rk, Lk, Ck thì: P = UI cos ϕ = å PRk = å Rk I Rk (2.38) Q = UI si n ϕ = å QL k + å QCk = å X L k I L2 k - å X Ck I Ck (2.39) 31 CS Vectơ Tam Giác CS (TGCS) Tải (H 2.12) CS vectơ S có độ lớn S hướng ϕ TGCS có cạnh huyền S góc ϕ ! TGCS đồ n g dạn g vớ i TGTT ! S = I Z; P = I R; Q = I X a) H 2.12 (2.40) b) Tải Cảm thực tế tiêu thụ P tiêu thụ Q (H 2.12a) Tải Dung thực tế tiêu thụ P phát Q (H 2.12b) 32 16 2.7 Biểu Diễn Vectơ Áp Dòng, TT, CS Tải (H 2.13) a) b) c) H 2.13 d) 33 2.8 Hệ Số Công Suất (HSCS) HSCS Tải Trên H 2.11 là: H SCS = P P = = cos ϕ S UI (2.41) ϕ = Góc HSCS Tải (= Góc Tải) ! Tải Cảm có HSCS trễ, Tải Dung có HSCS sớm Sự Quan Trọng HSCS Tải a) H 2.14 b) 34 17 Trên H 2.14a, Nguồn Áp có AHD Up cấp điện cho Tải có AHD U TGCS H 2.14b, qua Đường Dây có ĐT Rd Ta có: P (2.42) Dòng dây Id = Dòng tải I = U cos ϕ (2.43) Tổn Hao (TH) dây = Pth = Rd I CS phát = PP = P + Pth (2.44) P ´ 100 (2.45) P + Pth ! Nếu cos ϕ - I ¯ , Pth ¯ , PP ¯ η% Hiệu Suất (HS) tải điện = η% = ⇒ Phải tìm cách nâng cao HSCS tải 35 Nâng cao HSCS tải tụ bù b) H 2.15 Ta muốn nâng HSCS tải H 2.15 từ cosj lên cosϕ1 cách ghép tụ điện C // tải để tải (P1, Q1, cosj1) a) P1 = P + Pc ¹ P (2.46) Q1 = Q + Qc Þ Qc = Q1 - Q = P (t an ϕ1 - t an ϕ ) (2.47) C= P (t an ϕ - t an ϕ1 ) ωU (2.48) 36 18 2.9 Đo CSTD Bằng Watthế (H 2.16) M N hai MMC nối với nút A B Cuộn dòng cuộn áp W có đầu; đầu đánh dấu (+) H 2.16 ! Nếu chọn CQCD (→) vào đầu + W CQCA (+, –) có đầu + đầu + W Số W = P = UIcosj = CSTD tiêu thụ N = CSTD phát M (2.49) ! Tiêu Thụ CS âm ⇔ Phát Ra CS dương 37 2.10 Số Phức (SP) Đònh Nghóa Đơn vò ảo j: j2 = – (2.50) SP: A = a +jb (2.51) a = ReA = Phần thực A B = ImA H 2.17 = Phần ảo A A* = a – jb = SP liên hợp (SPLH) A (2.52) 38 19 [...]... đặc trưng bởi 1 CẶP SỐ (Z, phi) 22 11 1 Mạch a Sơ đồ và đồ thò vectơ (H2.5) a) H 2.5 b TT và góc b) R = Điện Trở của PT Điện Trở ZR = UR = R; ϕ R = θ R - α R = 0ο IR Mạch R ↔ (R, 0o) (2.11) (2.12) (2.13) 23 2 Mạch L a Sơ đồ và đồ thò vectơ (H2.6) a) b TT và góc H 2.6 b) XL = wL = Cảm Kháng của PT Điện Cảm U Z L = L = X L ; ϕ L = θ L - α L = + 90ο IL Mạch L ↔ (XL, 90o) (2.14) (2.15) (2.16) 24 12 3 Mạch... ối itiếTiế p p « (Z, ϕ) MM ạcạh C nNố 1 X R (2.21) (2.22) 26 13 5 Mạch RLC song song a Sơ đồ (H2.9) và đồ thò vectơ (H 2.8b) b TT và Góc G = 1/R = Điện Dẫn của R (2.23) BL = 1/XL = Cảm Nạp của L (2.24) BC = 1/XC = Dung Nạp của C (2.25) H 2.9 B = BL – BC = Điện Nạp (ĐN) của Mạch RLCSS Z= U = I 1 2 G + B 2 ; ϕ = θ - α = t an - (2.26) 1 B G Y = 1/Z = I/U = Tổng Dẫn (TD) của Mạch RLCSS (2.27) (2.28) 27... của Tải a) H 2.14 b) 34 17 Trên H 2.14a, Nguồn Áp có AHD Up cấp điện cho Tải có AHD U và TGCS trên H 2.14b, qua Đường Dây có ĐT Rd Ta có: P (2.42) Dòng dây Id = Dòng tải I = U cos ϕ (2.43) Tổn Hao (TH) trên dây = Pth = Rd I 2 CS phát = PP = P + Pth (2.44) P ´ 100 (2.45) P + Pth ! Nếu cos ϕ - thì I ¯ , Pth ¯ , PP ¯ và η% Hiệu Suất (HS) tải điện = η% = ⇒ Phải tìm cách nâng cao HSCS của tải 35 3 Nâng cao...Chương 2 Mạch Điện Hình Sin 2.1 Khái Niệm Chung Về Hàm Sin Từ Chương 2, Áp và Dòng qua PT trên H 2.1 có Dạng Sin u = Um si n(ω t + θ ) i = I m si n(ω t + α ) (2.1) H 2.1 ! ! pha Á ¸pp ®éộÁ ¸p p; u « (U m , θ ) ; Um... ¯ và η% Hiệu Suất (HS) tải điện = η% = ⇒ Phải tìm cách nâng cao HSCS của tải 35 3 Nâng cao HSCS của tải bằng tụ bù b) H 2.15 Ta muốn nâng HSCS của tải trên H 2.15 từ cosj lên cosϕ1 bằng cách ghép 1 tụ điện C // tải để được tải mới (P1, Q1, cosj1) a) P1 = P + Pc ¹ P (2.46) Q1 = Q + Qc Þ Qc = Q1 - Q = P (t an ϕ1 - t an ϕ ) (2.47) C= P (t an ϕ - t an ϕ1 ) ωU 2 (2.48) 36 18 2.9 Đo CSTD Bằng Watthế (H 2.16)