Giáo trình điện kỹ thuật th s bùi thanh giang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HỒ CHÍ MINH BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Ths Bùi Thanh Giang CHƯƠNG NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 Mạch điện,kết cấu hình học mạch điện Mạch điện : Mạch điện Mach la tập hợ hơp ïp cua cac thiet thiết bị điện đượ đươcc nố noii vớ vơii bằ bang ng cá cacc dây dẫn, tạo thành vòng kín có số nhánh Trong trình biến đổi lượng điện thể nhờ phân bố dòng điện,điện áp, công suất nhánh c qui Máy phat May phát điện Là thiết bị biến đổi lượng khác thành điện -Nhiệt điện -Thủ Thuyy điện -Mặt trời -Nguyên tử Điện trở Tải Động điện Nguồn Dây dẫn Đểå dẫãn điện từ nguồàn đếán tải nối thiết bị với -Dây đồng -Dây nhôm Là thiết bị hay phần tử để bien biế n nang lương lượng điện nh cá cacc dạng lượng khác -Nhiệ Nhiệt nă nang ng -Cơ -Quang năng… Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ Nhánh Kết cấu mạch : a Nhanh a Nhánh : Nhánh đoạn mạch gồm nhiều thiết bị điện mắc nối tiếáp, có dòng điện chạy qua b Nut Nút : Là điểm gặp ba nhánh trở lên Nút c Mạch vòng : Tảûi T Nguồn Nhánh I1 I3 I2 R1 R3 E2 E1 Loá oi đ khé ep p kín qua cac nhá a nh R2 1.2 Các phần tử mạch điện Nguồn điện : Là nơi tạo trì lượng điện cung cấp cho mạch _ Nguồn sức điện động : Là nơi tạo trì điện áp cung cấp cho mạch Nguồn chieu Nguon chiều _ Nguồn dòng : Là nơi tạo trì dòng điện cung cấp cho cap c o mach ạc có co gía g a trịị bằ ba ng dòng đ điệ ện ngắ ga n mạch hai đầu cực nguồn _ Công suất : Là khả phát thu lượng điện mạch - Nếu e,i chiều p >0 Nguồn phát - Nếu e,i ngược chiều p : điểm bắt đầu vẽ đồ thị biểu diễn từ bên trái gốc tọa độ cách gốc góc ϕ ϕ < : điểåm bắét đầàu vẽ đồà thị biểåu diễãn từ bên phảûi gốác tọa độ cách gốc góc ϕ i i i t t ϕ i Ima c, Chu kyø tần số : Là khoang khoảng thơi thời gian ngắ ngan n nhấ nhatt - Chu kỳ ky (T) : La để dòng điện lập lại chiều trị số ban đầu Là số chu kỳ giây - Biểu thức liên hệ : ϕ0 ϕ=0 - Tần số (f) : t ϕ f = 1/T x t ϕ T Ima x (Hz) 3.Trị hiệu dụng : a, Định nghóa : Trị hiệu dụng dòng điện xoay chiều gía trị tương đương với dòng điện chiều qua điện trở, khoảng thời gian sinh nhiệt lượng b, Biểu thức : i I t1 t2 R Q1 Q2 Neáu : t1 = t2 ma Neu mà Q1 = Q2 I gọi trị hiệu dụng i I = Imax / Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ U,i 4õ Hiện tượng lệch pha : u a Định nghóa : a, Là tương đại lượng không đạt gía trịị cựïc đạïi hayy cựïc tiểu mộät lúc g t ϕυ ϕι ϕ ϕ = u,i = ϕu - ϕi b, Góc lệch pha : N áu : Nế i _ ϕ = u cuøng pha i _ ϕ > u nhanh pha ( sớm pha, vượt trước ) i _ ϕ < u chậm pha ( trễ pha, chậm sau ) i U,i u U,i u i U,i i u i t t t ϕ> ϕ=0 ϕ< 2.2 Biểu diễn đại lượng hình sin : Biểu diễn véc tơ : a Cach a Cách biễ bieu dien diễn : Một đại lượng hình sin biểu diễn véc tơ : Một véc tơ xác định biết : - Điểm đặt - Phương, chiều - Độ lớn Tại gốc tọa độ Hợp với OX góc = pha ban đầu Bằng trị hiệu dụng i I sin(ωt + ϕ) i → I (I,ϕ) i = I b p dụng : Cộng trừ đại lượng hình sin có cung co tính chấ chatt va tan tần số so Ví dụ : i1 = I2 = sin(ωt + 300) sin(ωt ( - 600) i1 → I i2 → I i = I t ϕ i Tính : i = i1 + i2 I = I1 + I2 = I,ϕ sin(ωt - ϕ) Với I, ϕ xác định theo tỷ lệ vẽ I1 t ϕ I I2 Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ I Biểu diễn số phức : a Cách biễu diễn : Đ ëc trưng bở Đặ b ûi : Một số phức : Ż = a + j.b C = a + b2 ƒ Moâ đun : - a : phần thực ƒ Acrmun: ϕ = Arctg b/a - b : phần ảo Số phức viết dạng : Dạng đại số : Ż = C.cosϕ + j.C.sinϕ ϕ j =C C( + j.sinϕ) j i ) = C.e C jϕ D ng sốá mũõ : Ż = C.(cosϕ Dạ Khi biểu diễn mặt phẳng phức điểm ( , ) Neu M(a,b) mà vec véc tơ Nếu coi OM la vé vecc tơ ma có điểm đặt gốc tọa độ nên véc tơ biểu diễn đại lượng hình sin đại lương lượ ng hình sin có co the thể bieu biểu dien diễn bang số so phức có :•* Mô đun C = trị hiệu dụng •* Acrmun ϕ = pha ban đầu Í = I.cosϕ + j.I.sinϕ i = I sin(ωt + ϕ) j b M C O x a Í = C.ejϕ = I ϕ Ví dụ : Hãy biểu diễn dòng điện hình sin sang dạng phức i1 = sin(ωt + 300) I1 = 6.cos300 + j.6.sin300 Í1 = 6.0,86 + j.6.0,5 = 5,16 + j.3 = 300 i2 = sin(ωt - 600) Í2 = 8.cos(-600) + j.8.sin(-600) Í2 = 8.0,5 – j.8.0,86 = - j.6,88 600 = -60 b, p dụng : * Phép cộng, trừ : i1 i2 I1 ± i2 i1 = a1 + j.b1 Í i1 = a2 + j.b2 Í = (a1± a2 ) + j.(b j (b1 ± b2)I I = (a1 ± a2)2+(b1 ± b2)2 ϕ = Arctg(b1 ± b2)/(a1 ± a2) i = I sin(ωt + ϕ) * Tính i = i1 + i2 = (5,16 + 4) + j(3 – 6,88) = 9,16 - j.3,88 = 9,162 + 3,882 = 9,4 94 ϕ = Arctg -3,88/9,16 = - 22051/ i = 9,4 sin(ωt – 22051/) Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ b, Aùp duïng : * Phép nhân, chia : Ví dụ : i1 Í1 = Ì1 ϕ Í2 = Ì2 ϕ i2 I1.i2 Ì = I1.I2 ϕ1+ϕ2 i1/i2 Í = I1/I2 ϕ1-ϕ2 i1 = sin(ωt + 300) i2 = sin(ωt - 600) Í1 = 30 Í2 = -60 * Tính i = i1.i2 Í = I1.II2 = 6x8 ϕ I=Ì *Tính I = i1 / i2 Í = I1/I2 = 6/8 300+( +(-60 600) 300-(-60 ( 0) 900 Í = 0,75 Í = 48 -30 i = 0,75 75 sin(ωt i ( t + 900) i = 48 48 sin(ωt i ( t - 300) Biểu diễn phép đạo hàm số phức : i = I I sin(ωt + ϕ) di = I 2.ω.cos(ωt + ϕ) I = II.e ejϕ = I 2.ω.sin(ωt+ϕ+900) I/ = ω.I.ej(ϕ+90 ) = jω.I Bieu Biể dien diễn phep phép tích phan phân bằ bang ng số so phưc phức : i = I 2.sin(ωt + ϕ) idt = - I 2.cos(ωt + ϕ)/ω = I 2.sin(ωt + ϕ – 900)/ω I’ = ω.I.ej(ϕ-900) = I / jω Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ A A// ZA ZC O/ O C B C/ B/ ZA ZC O/ C Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ PHẦN MÁY Á ĐIỆN Ệ MÁY ĐIỆN MÁY ĐIỆN QUAY MAY MÁY ĐIỆN TĨNH MAY MAY MÁ Y ĐIỆN XOAY CHIỀU MÁÙY ĐIỆÄN K.Đ.B MÁY BIẾN BIEN ÁP ĐỘNGC Ơ K.Đ.BỘ MÁY PHÁT PHAT K.Đ.B MAY MÁ Y ĐIỆN MỘT CHIỀU MÁÙY ĐIỆÄN ĐỒNG BỘ ĐỘNG CƠ Đ.BỘ MÁY PHÁT PHAT Đ.BỘ ĐỘNG CƠ 1CHIỀU Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ MÁY PHÁT PHAT 1CHIỀU N N B v I B e F đt S Định luật cảm ứng điện từ S Định luật lực điện từ Các định luật thường dùng máy điện KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN I.CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN : Định luật cảm ứng điện từ : a,Cuộn dây : Khi từ thông qua cuộn dây thay đổåi cuộn dây cảm ứng sức điện động : e = dΦ/dt = - w.dΨ/dt với : Ψ = w.Φ Φ Vòng dây Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ e Các định luật bản: b, Thanh dẫn chuyển động từ trường : Khi dẫn chuyển động vuông góc với đường sức từ trương tư trường dan dẫn cảm ứng sức điện động e = B.l.v Trong : _ B : từ cảm (T) _ l : Chiềàu dài hiệu dụng dẫn (m) _ v :Toc :Tốc độ dẫ dan n (m/s) N B e v S Định luật cam m ưng ứng điện tư từ Nếu dẫn chuyển động nghiêng gó nghieng goc c vơi với đườ đương ng sứ sưc c từ trường súc điện dẫn : e = B.l.v.sinα Các định luật bản: Định luật lưc lực điện từ tư : Khi dẫn có dòng điện chạy qua đặt thẳng I góc với đường sức từ trường dẫn chịu tác dụ tac dung ng lự lưc c điện tư từ : Fđt Fđt = B.i.l ( N ) * chiều đượïc xác định ị theo q qui tắc bàn tay trái Trong : _ B : ttừø cảûm (T) _ I : Dòng điện _ l : chieu chiều dai dài hiệu dung dụng (m) N B S Định luật lực điện từ Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ II Caùc vật liệu chế tạo máy điện : Vật liệu dẫ 1.Vậ dan n điện: Vật liệu chủ yếu sử dụng đồng hay nhôm Các dây dẫn bên bọc lớp cách điện : sợi vải,sợi thủy tinh,giấáy,nhựa hoá học, sơn êmay Vật liệu dẫn từ : Thường dung Thương dùng la cac la thep thép Ky Kỹ thuật điện có co chieu chiều dà dayy tư từ : 0.1 – 0,5mm gép lại Vậät liệäu cách điệän : Dùng để cách điện phận dẫn điện không dẫn điện.Các vật liệu có cường độ cách nhiệt cao,chịu nhiệt tốt chống am tot,chong ẩm va ben bền ve hoc học Vật liệu kết cấu : Dùng để Dung đe che chế tạ tao o cá cacc chi tiet tiết chịu tac tác dung dụng họ hocc.No Nó thương thường gang,thép,kim loại màu Chương MÁY BIẾN ÁP 5.1.Khái niệm chung : Định nghóa : Máy bien May biến ap áp la thiet thiết bị điện tư từ tónh, tónh có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều từ cấp náy sang g cấp khác,,có tần số U1,f MBA U2,f Vai trò máy biến áp : Máy biến áp đóng vai trò quan trọng hệ thống truyền tải,cung cấp,phân phối sử dụng lượng điện Nó nhằm bi án đổ biế đ åi cáùc cấáp điệän áùp thí thích hh hợp phù h øh hợp vớùi mục đí đích h vàø yêâu cầu sử dụng Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ Sơ đồ hệ thống truyền tải điện : Nhà máy điệän 50Hz 18KV/220KV F1 Máy phát điện Trạïm biến áp Trạïm biến áp 110KV/20KV 220KV/110KV Đường dây 20KV/0.38KV 220KV 110KV 20KV 220/380 Cao áp Cao áp trung thê Hạ 50Hz 220KV 50Hz 50Hz 50Hz T A i F2 Máy phá p t 18KV/220KV điện 3, Cấu tạo : a, Mạch từ : Mạch từ hay gọi lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn,nó làm l ù thep la th ù ky k õ thuậ th ät điệ än có chieu hi day d ø tư từ 0,1 – 0,5 mm ghép lại g, thước,trọ , ïng lượïng p phụï Hình dạïng,kích thuộc vào công suất máy Lá thép Mạch từ Dây quấn sơ cấp Dây quấn Thứ cấp b,Dây quấn : Day quan Dâ q ấn thườ thương ng lam m bang đồ đong ng nhôm bên phủ lớp chất cách điện quấn mạch tư tư C Cóù h haii cuộän d dâây Cuộn sơ cấp : Là cuộn nhận lượng vào ( än nốái vớùi nguồàn ) (cuộ u1,i1,W1,r1,x1,P1 Hình dạng mạch từ Cuộn thứ cấp : Là cuộän đưa lượïng (cuộn nối với tải) u2,i2,W2,r2,x2,P2 Tài liệu lưu trữ http://tailieuxd.com/ C, Vỏ : Vo cua Vỏ may máy biế bien n ap áp thương thường đượ đươcc lam làm bang lam làm nhưa nhựa,banggo,bang bằnggỗ thep, thép gang tôn mỏng Trong máy biến áp có công suất lớn vỏ máy đượïc chế tạïo có dạïng bình kín,trong , g đượïc đổ đầy cách điệän Bên có thêm tản nhiệt nhiều trường hợp phải la Φc mát cưỡng quạt 4, Nguyên lý làm việc : U1 I2 I1 Khi đặt điện áap p xoay chieu chiều hình e2 e1 sin U1 vào dây quấn W1 dòng điện i1 sinh từ móc vong vòng vơi với ca dâ dayy quan quấn W1, W2 thông Φc chạ thong chayy mạch ttừø moc U2 cảm ứng cuộn dây s.đ.đ e1 , e2 Khi thứ thư cap cấp co có tai, tải s.đ.đ s đ đ E2 se sinh dò dong ng điện i2 đưa tả taii vơi với điện áap p U2 Nếu điện áp U1 đặt vào sơ cấp có dạng hình sin từ thông sinh có dạïng hình sin: Φ = Φmax.sinωt Theo định ị luậät cảm ứng điệän từ, sức điện động cảm ứng dây quấn sơ cấp thứ cấp là: e1 = - W1.dΦ/dt e1 = - W2.dΦ/dt Người ta gọi : Nếu : Neu Trị hiệu dụng : E1 = 4,44.f.W1.Φmax E2 = 4,44.f.W2.Φmax K = E1/E2 = W1/W2 = U1/U20 _K >1 _K