Kỹ thuật điện, điện tử công nghiệp lê viết thành

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ QUỐC TẾ VABIS HỒNG LAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP MÃ SỐ: MH11 NGHỀ: HÀN Trình độ Cao đẳng nghề Vũng tàu – 2012 Giáo trình lưu hành nội TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ QUỐC TẾ VABIS HỒNG LAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP MÃ SỐ: MH11 NGHỀ: HÀN Trình độ Cao đẳng nghề Giáo viên soạn Khoa Điện – Điện lạnh Lê Viết Thành Nguyễn Văn Vụ Vũng tàu – 2012 Giáo trình lưu hành nội Môn học: Kỹ thuật điện – điện tử cơng nghiệp MỤC LỤC Nghề: Hàn GIỚI THIỆU MƠN HỌC CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU CHƯƠNG 2: ĐIỆN TỪ 21 CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 37 CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA 61 CHƯƠNG 5: MÁY BIẾN ÁP 72 CHƯƠNG 6: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 77 CHƯƠNG 7: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 106 CHƯƠNG 8: MẠCH CHỈNH LƯU .132 TÀI LIỆU THAM KHẢO 152 Mục lục Trang Môn học: Kỹ thuật điện – điện tử cơng nghiệp Nghề: Hàn GIỚI THIỆU MƠN HỌC I VỊ TRÍ , TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC - Vị trí mơn học: Mơn học bố trí sau học xong chương trình chung trước mơn học/ mơ-đun đào tạo nghề - Tính chất mơn học: Là môn học lý thuyết sở bắt buộc II MỤC TIÊU MƠN HỌC Học xong mơn học người học có khả năng: - Giải thích định luật ôm mạch điện xoay chiều, chiều - Trình bày đầy đủ cấu tạo, nguyên lý làm việc máy biến áp, động điện xoay chiều, loại thiết bị chỉnh lưu - Giải toán mạch điện đơn giản - Sử dụng an toàn thiết bị điện, thiết bị có sử dụng nguồn điện III Số TT NỘI DUNG MÔN HỌC Tên chương, mục Tổng số Thời gian (giờ) Lý Thực hành, thuyết BT 2 Kiểm tra* I Mạch điện chiều II Điện từ 2 III Mạch điện xoay chiều hình sin pha IV Mạch điện xoay chiều pha V Máy biến áp 2 VI Động không đồng VII Linh kiện điện tử VIII Mạch chỉnh lưu 1 Cộng 35 18 14 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết tính vào lý thuyết, kiểm tra thực hành tính vào thực hành IV ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MÔ ĐUN Vật liệu: - Các linh kiện điện tử - Dây xúp dẫn điện Dụng cụ trang thiết bị: Giới thiệu môn học Trang - Các vẽ mạch điện - Các mơ hình máy điện, máy biến áp - Máy chiếu OVERHEAD - Máy chiếu PROJECTOR Học liệu - Phim, giấy - Đĩa hình - Máy vi tính - Tranh, áp phích treo tường - Giáo trình điện kỹ thuật - Tài liệu hướng dẫn người học Nguồn lực khác - Các xưởng thực tập nghề điện - Các sở chế tạo thiết bị điện - Các nhà máy sản xuất điện V.PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ Kiến thức: Bằng phương pháp kiểm tra trắc nghiệm tự luận đạt yêu cầu sau: - Trình bày khái niệm dòng điện xoay chiều, chiều đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều hình sin - Trình bày đầy đủ cấu tạo nguyên lý hoạt động máy điện chiều, xoay chiều, máy biến áp - Giải mạch điện đơn giản định luật Ôm Kỹ năng: Bằng quan sát có bảng kiểm, người học cần đạt yêu cầu sau: - Nhận biết xác ký hiệu dòng điện xoay chiều, chiều - Giải xác mạch điện pha - Đọc thành thạo cấu tạo, nguyên lý làm việc linh kiện điện tử Giới thiệu môn học Trang Môn học: Kỹ thuật điện – điện tử công nghiệp Nghề: Hàn Thái độ: Đánh giá trình học tập đạt u cầu sau: - Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm công việc, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn - Tham giá đầy đủ thời gian học tập - Cẩn thận, tỉ mỉ, xác cơng việc VI HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH Phạm vi áp dụng chương trình: - Mơn học kỹ thuật sử dụng để giảng dạy cho trình độ TCN, trình độ CĐN cho đối tượng học nghề ngắn hạn 2.Hướng dẫn số điểm phương pháp giảng dạy môn học: - Khi giảng dạy cần sử dụng chuẩn bị loại tranh treo tường thiết bị máy chiếu mô tả cấu tạo, nguyên lý làm việc máy phát điện chiều, máy phát điện xoay chiều pha, máy biến áp, linh kiện điện tử, vẽ mạch điện, mô hình máy điện, máy biến áp - Nêu vấn đề, gợi ý để học sinh giải toán mạch điện - Sử dụng mô hình, trực quan vật thật để làm rõ vấn đề nêu lý thuyết - Bố trí thời gian thực hành môn học theo chương kết thúc phần lý thuyết tuỳ vào điều kiện thực tế trường xưởng thực hành 3.Những trọng tâm chương trình cần ý: - Các khái niệm dòng điện chiều, dòng điện xoay chiều, máy phát điện chiều, máy phát điện xoay chiều 3pha, máy biến áp, thiết bị chỉnh lưu - Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện, định luật ơm, định luật cảm ứng điện từ, giải mạch điện pha đối xứng Tài liệu cần tham khảo [1] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh- Kỹ thuật điện (lý thuyết 100 giải)[2] NXBKHKT 1995 [3] Hoàng Hữu Thận-Đo lường máy điện khí cụ điện – NXBKHKT 1982 [4] Trần Minh Sở- Kỹ thuật điện – NXBGD 2001 [5] Đỗ Xuân Thụ- Kỹ thuật điện tử- NXBGD 2004 Giới thiệu môn học Trang CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU (Lý thuyết: 2h; Bài tập: 2h; Kiểm tra: 0h) Mục tiêu: - Phân tích nhiệm vụ, vai trò phần tử cấu thành mạch điện như: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường, đóng cắt ; - Hiểu vận dụng biểu thức tính tốn định luật Ôm Nội dung: 1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Dòng điện chiều dòng điện có trị số chiều khơng thay đổi theo thời gian cho đồng dạng dòng điện với nước chảy từ cao xuống thấp, nên lúc người ta cho dòng điện chảy từ cực dương cực âm Sau biết dòng điện chảy mạch dòng electron, người ta gọi dòng điện chảy từ cực dương cực âm dòng điện quy ước Và gọi dòng electron dòng điện thực hay dòng vật lý Trong ngành điện, có nhiều dạng dòng điện, hiểu sau: • Dòng điện electron, electron tự khơng gắn với nguyên tử nào, tập trung lại chảy thành dòng, có dòng điện tử Đây dạng dòng điện thực chảy mạch điện tử Do electron mang điện tích âm, nên bị hút chảy cực dương nguồn • Dòng điện ly tử, phân tử cân điện tích trở thành ion, có ion dương ion âm Khi chịu tác động điện trường, ly tử chảy mạch, ion dương chảy hướng cực âm ion âm chảy hướng cực dương, chảy ion chậm, nặng có qn tính lớn Dòng điện chảy ống đèn huỳnh quang dòng ion • Dòng điện lỗ Trong chất bán dẫn, chổ kết nối nguyên tử điện tử nối để lỗ trống, nhờ có lỗ trống mà điện tử nối lân cận dời chuyển tạo ta dòng điện, người ta gọi dòng điện dòng lỗ, dòng lỗ chuyển động biểu kiến, chảy hướng cực âm • Dòng điện tốn học Trong tính toán mạch điện, nút mạch điện, chọn chiều dòng chảy tuỳ ý Và giải tốn, dòng điện có dấu âm chiều chảy phải chiều ngược lại, có dấu dương chiều chảy với chiều chọn • Dòng điện quy ước, gọi dòng Franklin, chiều chảy dạng dòng điện cho chảy từ cực dương cực âm Vì lúc người ta tương đồng dòng điện dòng nước, nước chảy từ cao xuống thấp dòng điện chảy từ cực dương, mức cao, cực âm, mức thấp Tuy chiều chảy dòng khơng với chất dòng điện thật, dùng quen nên ưa dùng Bạn nhớ đời, lượng tạo công Cả nhân loại tìm dạng lượng mới, lượng Năng lượng có dạng: * Khi vật thể nằm yên, năng, năng lượng xác định theo tư nó, mức cao hay mức thấp, nằm cao có lượng lớn * Khi vật thể chuyển động, có động năng, động năng lượng xác định theo tốc độ chuyển động Động tính lớn, lượng mạnh Vậy điện áp thật gì? Điện áp sức ép điện (áp đè, ép Khí áp sức ép hơi, hồ nước để cao gọi cột thủy áp), nguồn điện tạo sức ép điện, Bạn gắn nguồn điện vào mạch điện kín tạo dòng chảy mạch Người ta đo điện áp đơn vị Volt Bạn xem hình vẽ minh họa nguồn điện áp cảm ứng phát từ cuộn dây tạo dòng chảy mạch đóng kín Chương 1: Mạch điện chiều Trang 10 So sánh với chỉnh lưu nửa chu kỳ, ta thấy dòng điện chạy tải toàn chu kỳ nguồn điện đầu vào mà khơng có nửa chu kỳ lại khơng có dòng điện chạy qua Và mà điện áp dòng điện trung bình tải trường hợp chỉnh lưu chu kỳ lần so với chỉnh lưu nửa chu kỳ trung bình thời gian Hình 13 – Điện áp trung bình chỉnh lưu chu kỳ Các câu hỏi tự kiểm tra 10 Xem mạch điện hình 14 Chỉnh lưu cầu Hình 14 (a) Hãy vẽ đường dòng điện bút chì màu đỏ (b) Có điốt cho dòng điện chạy qua chúng nửa chu kỳ nguồn điện? Sử dụng hình 14, xác định điện áp dòng điện đỉnh trung bình tải Cho biết tất điốt lý tưởng nghĩa điện áp rơi điốt 0V Điện áp đỉnh thứ cấp, Điện áp đỉnh tải Điện áp trung bình tải Các dòng điện đỉnh trung bình sử dụng định luật Ôm (Ohm): Câu hỏi tự kiểm tra 11 Đối với mạch điện hình 15, xác định điện áp đỉnh tải, điện áp trung bình tải dòng điện trung bình tải Cho biết tất điốt lý tưởng, nghĩa sụt áp 0V điốt chúng đấu thuận Hình 15 – Kết nối tải với chỉnh lưu chu kỳ Chỉnh lưu chu kỳ kiểu trích (trích từ cuộn dây) Cả chu kỳ điện áp chỉnh lưu đạt điốt biến áp thích hợp sử dụng Biến áp hình 16 có cuộn dây thứ cấp giống hệt nhau, chúng nối với pha điện nguồn hình vẽ Điểm nối nằm hai cuộn dây điểm thường điểm tâm mạch Tất điện áp đo so với điểm tâm c) thời gian thời gian điểm nối điểm nối Hình 16 – Chỉnh lưu chu kỳ kiểu trích Vết chấm màu đen sơ đồ hiển thị điểm cuối cuộn dây điểm có tên gọi “đầu cuộn dây – in phase” Khi cuộn dây V1 V2 có cực tính hình 16 (a), điốt D1 dẫn điện điốt D2 ngăn khơng cho dòng điện qua (đấu ngược) Khi cực tính đầu vào đảo ngược lại, kết điốt D2 dẫn điện điốt D1 trở thành đấu ngược, hình 16 (b) Cực tính tải giống nửa chu kỳ nguồn điện đầu vào chỉnh lưu chu Các dòng điện điện áp tải tính tốn theo thức giống với chỉnh lưu nửa chu kỳ chỉnh lưu cầu chu kỳ Sóng tín hiệu điện áp nguồn điện áp tải thể hình 16 (c) Chương 8: Mạch chỉnh lưu Trang 150 Hình 17 – Chỉnh lưu chu kỳ kiểu trích cuộn dây Câu hỏi tự kiểm tra 12 Trong kiểu chỉnh lưu chu kỳ kiểu trích cuộn dây, có điốt dẫn điện nửa chu kỳ? 13 Nếu điện áp đỉnh V1 V2 mạch điện hình 17 40V, điện áp đỉnh tải vơn? Xem hình 18, xác định điện áp đỉnh điện áp trung bình tải dòng điện đỉnh dòng trung bình qua điốt điốt = 0,65V Hình 18 – Chỉnh lưu chu kỳ kiểu trích cuộn dây có tải Điện áp đỉnh thứ cấp, Điện áp đỉnh tải, Chú ý nửa tổng cuộn dây thứ cấp sử dụng để xác định điện áp tải Bởi nửa mạch thứ cấp dẫn điện nửa chu kỳ nguồn điện Dòng điện đỉnh Tóm tắt ➢ Q trình biến đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành chiều (DC) gọi q trình chỉnh lưu ➢ Có ba mạch chỉnh lưu điốt thường dùng là: • Chỉnh lưu nửa chu kỳ • Chỉnh lưu cầu chu kỳ • Chỉnh lưu chu kỳ kiểu trích cuộn dây ➢ Điện áp đinht thứ cấp xác định công thức: Vp = 1,414 x Vrms ➢ Điện áp đỉnh tải nhỏ điện áp đỉnh cuộn thứ cấp Điện áp đỉnh bị giảm sụt áp điốt có mạch điện ➢ Điện áp trung bình tải xác định công thức: Vav = 0,318 x Vpk Vav = 45 x VRMS chỉnh lưu nửa chu kỳ, và: Vav = 0,637 x Vpk Vav = 0,9 x VRMS chỉnh lưu chu kỳ ➢ Ở đây, Vpk hai trường hợp điện áp đỉnh tải ➢ Dòng điện trung bình qua tải Iav = Vav/RL dòng điện đỉnh qua tải Ipk = Vpk/RL ➢ Dòng điện qua điốt với dòng điện chạy qua tải ➢ Điện áp đỉnh theo chiều ngược điốt, theo kinh nghiệm, với điện áp đỉnh cuộn thứ cấp chỉnh lưu nửa chu kỳ chỉnh lưu cầu chu kỳ Điện áp đỉnh theo chiều ngược điốt trường hợp chỉnh lưu chu kỳ kiểu trích cuộn dây, theo kinh nghiệm, với điện áp đỉnh tất cuộn thứ cấp CHỈNH LƯU PHA CHỈNH LƯU NỬA CHU KỲ PHA (nối kiểu sao) Chỉnh lưu nửa chu kỳ pha nguồn điện đấu kiểu cần đến dây (3 dây pha: L1, L2, L3) dây trung hòa biến áp tải Bằng việc nối điốt dây pha tải, nối pha, ta mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ pha Ba điốt nối với dây pha pha thể hình Từng pha nguồn điện pha đạt giá trị cực đại (max) sau 120o pha lân cận trước Điốt pha dẫn điện điện áp pha dương, so sánh điện anốt điện thể catốt điốt Chú ý catốt điốt nối với cực dương tải, điện áp đầu từ điốt bị sụt điện áp đầu điốt tăng lên Khi điện áp giống điốt đóng điốt khác mở Do điện áp đầu khơng giảm xuống tới 0, mà lớn điện áp DC trung bình đầu Như có xung chu kỳ nguồn điện, tần số gợn sóng đầu gấp lần nguồn cung cấp đầu vào Tần số gợn sóng đầu = x Fs (tần số nguồn cung cấp) Điện áp đỉnh điốt ngược giá trị đỉnh điện áp pha (RMS), điện áp pha điện dây pha dây trung hòa CHỈNH LƯU CẢ CHU KỲ PHA (đấu tam giác) Lợi ích mạch chỉnh lưu chu kỳ pha chúng vận hành với hệ thống dây pha (L1, L2 & L3), biến áp nối kiểu tam giác đầu biến áp tải thời gian thời gian Hình 5-5 Thời gian dẫn điện điốt chỉnh lưu cầu pha Từng cặp điốt nối với pha tạo thành chỉnh lưu chu kỳ Từng điốt dẫn điện đấu thuận Một điốt đóng vai trò chỉnh lưu điốt khác đóng vai trò điốt dẫn hướng Nếu nói điốt phía phải điốt chỉnh lưu điốt phía trái điốt dẫn hướng, điốt chỉnh lưu dẫn điện gấp lần điốt dẫn hướng dẫn điện gấp lần chu kỳ pha Điốt chỉnh lưu dẫn điện điện anốt dương so với điện catốt Điốt dẫn hướng dẫn điện điện catốt âm so với điện anốt nó, so sánh tưng tự cho điốt dẫn hướng khác Điện áp DC trung bình đầu (Vdc) 1,35 lần lớn so với giá trị pha điện áp I/P (VL-Lac) Nếu hệ thống đấu kiểu (4 dây) sử dụng điện áp tải xác định: (điện áp dây pha dây trung hòa) Bởi điốt dẫn điện gấp lần nửa chu kỳ nguồn điện đầu vào, nên tần số gơn sóng gấp lần so với tần số nguồn điện đầu vào Tần số gợn sóng = x Fs Điện áp đỉnh điốt đấu ngược (PIV) giá trị đỉnh điện áp dây pha dây RMS PIV = 1,414 x VL-L RMS Dòng điện danh nghĩa điốt cần 1/3 dòng điện cực đại chạy qua tải, nghĩa điốt dẫn điện 1/3 thời gian Ví dụ, dòng điện chạy qua tải 100A, điốt mang khoảng 33A CHỈNH LƯU PHA CẢ CHU KỲ Ví dụ: từ hình vẽ thể đây: Thứ cấp biến áp đấu kiểu tam giác (a) điện áp tải: (b) dòng điện tải: (c) PIV điốt: (d) điện áp gợn sóng: (e) tần số gợn sóng: Các vấn đề chỉnh lưu pha Đầu biến áp đấu kiểu 200 / 115V 50 Hz, nối với chỉnh lưu nửa chu kỳ tải trở 100Ω (a) Hãy vẽ mạch điện hiển thị tất mức điện áp kể (b) Hãy tính: (i) Điện áp trung bình tải (ii) Dòng điện trung bình qua tải (iii) PIV điốt (iv) Tần số gợn sóng (c) Hiệu ứng tải sử dụng để mắc tụ điện nối ngang qua tải trở nêu trên? Ghi chú: Thể tất công việc Giả thiết tất điốt lý tưởng (khơng có sụt áp điốt) Đầu vào biến áp pha 415V, 50Hz Sơ cấp đấu kiểu tam giác thứ cấp đấu kiểu với điện áp dây pha dây trung hòa 50V Nếu đầu biến áp đấu với chỉnh lưu cầu chu kỳ tải trở 7,5Ω, hoàn thiện công việc sau đây: (a) Vẽ mạch điện hiển thị tất mức điện áp kể (b) Hãy tính: (i) Điện áp trung bình tải (ii) Dòng điện trung bình qua tải (iii) PIV điốt (iv) Tần số gợn sóng (c) Hiệu ứng tải sử dụng để mắc tụ điện nối ngang qua tải trở nêu trên? Ghi chú: Thể tất công việc Giả thiết tất điốt lý tưởng (khơng có sụt áp điốt) Thứ cấp biến áp pha đấu kiểu nối với chỉnh lưu chu kỳ để cung cấp điện áp chiều 75VDC cho động điện chiều, động kéo dòng điện cực đại 36A, hồn thành cơng việc sau đây: (a) Vẽ mạch điện hiển thị tất mức điện áp kể (b) Hãy tính: (i) Điện áp dây pha (ii) Dòng điện đỉnh cung cấp (iii) PIV điốt (iv) Tần số gợn sóng (c) Hiệu ứng tải sử dụng để mắc tụ điện nối ngang qua tải trở nêu trên? Ghi chú: Thể tất công việc Giả thiết tất điốt lý tưởng (không có sụt áp điốt) Nguồn điện pha, 50 Hz, mắc chỉnh lưu chu kỳ để nạp điện cho ắc qui 50V dòng điện 156A, hồn thiện cơng việc sau đây: (a) Điện áp thứ cấp biến áp đấu kiểu (b) Hãy vẽ mạch điện hiển thị tất mức điện áp kể (c) Hãy tính: (i) Điện áp trung bình tải (ii) Dòng điện trung bình qua tải (iii) PIV điốt (iv) Tần số gợn sóng (d) Hiệu ứng tải sử dụng để mắc cuộn cảm nối nối tiếp với tải trở nêu trên? Ghi chú: Thể tất công việc Giả thiết tất điốt lý tưởng (khơng có sụt áp điốt) Chương 8: Mạch chỉnh lưu Trang 160 Nguồn điện pha, 50 Hz, có dây cung cấp với điện áp pha 41,5V, dùng để cung cấp cho chỉnh lưu cầu pha nối với tải trở 7Ω (a) Hãy vẽ mạch điện hiển thị tất mức điện áp kể (b) Hãy tính: (i) Điện áp trung bình tải (ii) Dòng điện trung bình qua tải (iii) PIV điốt (iv) Điện áp gợn sóng (v) Tần số gợn sóng Ghi chú: Thể tất cơng việc Giả thiết tất điốt lý tưởng (khơng có sụt áp điốt) Điện áp gợn sóng gì? Môn học: Kỹ thuật điện – điện tử công nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Nghề: Hàn Đặng Văn Đào – Kỹ thuật điện – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Văn Điềm – Giáo trình mạch điện tử Sở Giáo Dục Và Đào Tạo Hà Nội Trương Văn Tám – Giáo trình Linh kiện điện tử - ĐH Cần Thơ Trương Văn Tám – Giáo trình Mạch điện tử - ĐH Cần Thơ www.phuclanshop.com www.hocnghetructuyen.com Tài liệu tham khảo Trang 162 ... qua điện trở 320 Ω mạch điện Môn học: Kỹ thuật điện – điện tử công nghiệp 19 Xác định giá trị điện trở R5 mạch điện Nghề: Hàn 20 Xác định tổng trở cường độ dòng điện tổng công suất tiêu thụ điện. .. đồng theo → sau: → B → → hướng khác nhau), quan hệ H → Môn học: MônKỹ học: thuật Kỹ điện thuật điện điện–t điện công tử công nghiệpnghiệp Trong đó: B = µ (1 + χ m ) H =µ H Nghề:Nghề: Hàn Hàn (2.3)... VABIS HỒNG LAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP MÃ SỐ: MH11 NGHỀ: HÀN Trình độ Cao đẳng nghề Giáo viên soạn Khoa Điện – Điện lạnh Lê Viết Thành Nguyễn Văn Vụ