Kỹ thuật điện

+ ô ;ớ n , •• vv-'- : •„ •■•, ' • • • • •-'■ ■'■»;■ •"■■ •••■ •••.■ ,.■ ,.•^ •' ■■ ■ •■•;' \ í’’ ’••’ ■■'-1 ' > ■•, s, >• '•- ’ ,'í i -■’••-■•' - -„ ■ | .ì.-'".-.'-í ■ - ■■ ■ ĩ- '■ ■•'•V ;Ặ^ •• I., vi;- V::' •■ ■■ ■.-' Ur: V / • ■-■ ■■ ^V ì l l lí?" ỉ??ếíí^rV> h';-'- ■-.i.- Đ Ặ N G VÃN ĐÀO (chủ biên) - LÊ VẤN D O A N H KĨ THUẬT ĐIỆN Dã dược H ội d ò n g môn học Bộ Giáo dục Dào tạo thông qua dùng làm tài liệu giảng dạy trường dại học k ĩ thuật (T lần thứ mười hai) N H À X U Ấ T BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM Chịu tnicii Ịìhiệiìì xiỊ Nin: Chu ĩỊclì HĐỌT kiêm TổHLĩ Giám ổõc N(ÌỊ ĨRÂN ÁI Plio Tong Giám dóc kỉcm Tổn^ hiẽn tập NCỈUYẺN Ql'Ý !ỈA() Biên tập đầu : TRẦN CAO QUANG Biên tập tải bàn : TRẦN VÃN THẮNG TRẦN TRỌNG TIẾN Biên tập kỉ thuật : BÙI CHÍ HIẾU F’HỊNG CHH BAN (NXỈỈ GIÁO DỤC' TẠI HA NỊI) Cơng ty cổ phẩn Sách Đại học, Dạy nghề - Nhà xuất Giáo dục Việt Nam giữ quyền công bố tác phẩm 04 - 0 / C X B / 0 - 17/GD Mã số ; B y - DAI LỊ I N Ĩ I đ X Kỉ thuật điện ngành khoa học ứng dụng tượng điện từ để biến đổi nảng lượng, gia công vật liệu, truyển tải thông tin v.v bao gồm việc tạo ra, biến đổi sử dụng điện nãng hoạt động thực tiễn người Ngày điện nâng sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp, giao thông vận tải, nông lâm nghiệp, thông tin liên lạc dịch vụ v.v cd ưu điểm dạng lượng khác : sản xuất điện tập trung với nguổn công suất lớn, truyén tải điện xa phân phối đến tận nơi tiêu thụ với tổn hao nhỏ, tương đói dễ dàng biến đổi sang dạng lượng khác Điện quan trọng cho khỉ hóa tự động hda nguổn náng lượng "cao cấp" tác động lên tài ngun khống sản khơng kim loại (các loại đá, cát, muối v.v ), kim loại (bơ xít, thiếc, đổng, sát, đất v.v ) để tạo cải vật chất cho xả hội, cho phát triển nến kinh tế quốc dân Hiện tượng điện từ biết từ xa xưa, song đến nâm 1600 bắt đấu nghiên cứu : Nám 1831 M Faraday phát minh định luật cảm ứng điện từ, năm 1837 D.K Maxwell đưa lý thuyết vể tượng điện từ Sau hàng loạt thiết bị điện đời : đẩu kỉ 19 nguổn điện hda học, năm 1870 máy phát điện xnột chiễu, cd kết cấu gẩn giống ; nâm 1876 máy phát điện pha, máy biến áp pha i năm 1882 máy phát điện hai pha công suất llõkV A ; năm 1888 động không hai pha kW ; năm 1889 máy biến áp pha, động không ba pha rôto lổng sdc ; năm 1890 động không rôto dây quấn, mạch điộn pha day J nảm 1891 máy p h t thùy điện pha 230 kVA, 150 v/ph, 40 Hz, = 95 V, đường dây tải điện pha ba dài 175 km ; nám 1899 máy phát tuabin 1000 kVA Thời gian đấu điện náng sử dụng chủ yếu để tháp sáng, sau dẩn dần phục vụ cho ngành kinh tế quốc dân Kĩ thuật điện đâ phát triển nhanh chóng, ngày máy phát điện công suất đạt đến hàng nghỉn MVA, đường dây tài điện hàng nghỉn km với điện áp 600 kV mức độ tự động hda cao Nhiểu loại máy thiết bị khác nhau, đa dạng đá thâm nhập vào ngành sản xuất đời sống Trong năm vừa qua ngành điện Việt Nam đă đạt thành tựu to lớn, đáp ứng nhu cầu điện nên kinh tế quốc dân với tốc độ tảng trưởng bỉnh quân 15% năm Sản lượng điện năm 2001 đạt tới 30 tỉ kWh, bỉnh quân đầu người 370 kWh/ng.nảm Theo dự báo sàn lượng điện đạt tới 50 tỉ kWh vào năm 2005 vào 80 tl kWh vào năm 2010 với binh quân đẩu người khoảng 900 kWh/ng.năm Chúng ta chế tạo máy biến áp 110 kV chuẩn bị chế tạo máy biến áp 220 kV, 125 MVA Các động không chế tạo hàng loạt Giáo trỉnh kĩ thuật điện biên soạn theo kế hoạch đào tạo chương trình mơn học giai đoạn I trường Đại học khối Kĩ thuật công nghiệp Bộ Giáo dục Đào tạo ban hành nám 1990 Giáo trinh soạn sà người học môn Kĩ thuật điện, môn Vật lý phổ thông, phấn điện môn Vật lý đại cương đại học, nên không sâu vào mật lý luận tượng vật lý mà ý nhiểu đến tính tốn ứng dụng kỉ thuật, phục vụ cho môn chuyên ngành giai đoạn II hoạt động khoa học kỉ thuật liên quan đến kỉ thuật điện Giáo trình kĩ thuật điện gổm phấn : Phán I cung cấp kiến thức mạch điện (thồng số, mơ hỉnh, định luật), tính tốn mạch điện, đậc biệt dòng điện hỉnh sin pha pha Phẩn II cung cấp nguyên lý, cấu tạo, tính nảng ứng dụng loại máy điện bản, sở đo hiểu đưỢc máy điện đa dạng gặp sản xuất đời sống Phấn III cung cấp khái quát vể đo lường điều khiển máy điện, dẫn số phương pháp đo đại lượng điện không điện, số sơ đổ điều khiển bản, sở đđ cd thể vận dụng để giải vấn đễ gặp thực tế Giáo trình gỗm 12 chương : Lời ndi đầu, chương 1, 2, 3, 4, 5, , 7, , (phán tự chọn) PGS TS Đặng Vân Đào viết ; Chương 10, 11, 12 1, 2, (phẩn tự chọn) PGS TS Lê Ván Doanh viết PGS TS Đặng Vãn Đào chủ biên Các tác giả chân thành cảm ơn Bộ môn KI thuật điện trường DH GTVT ; Bộ môn Thiết bị điện - điện tử trường ĐHBK Hà Nội, GS TS Nguyễn Mạnh Duy chủ nhiệm môn Thiết bị điện “ điện tử trường ĐHBK Hà Nội, PGS TS Hoàng Ngọc Thái chủ nhiệm Bộ môn KTĐ Viện Kỉ thuật Quân cd nhiểu đdng gdp quý báu nội dung giáo trình Các tác giả xin chân thành cảm ơn Nhà xuất Giáo dục đả cổ nhiều đdng góp cơng sức việc xuăt giáo trinh Các ý kiến đống gdp cho giáo trỉnh xin gửi vể Nhà xuất Giáo dục C ác tá c g iả PHẰN I MẠCH ĐIỆN » • Chương I NHỮNG KHÁI NIỆM BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN § - MẠCH DIỆN , KẾT CẤU HÌNH HỌC CỦA MẠCH ĐIỆN M ạch d iệ n Mạch điện tập hợp thĩết bị điện nối với bầng dây dẫn tạo thành vòng kín đd dòng điện cd thể chạy qua Mạch điện thường gổm loại phấn tử sau ; nguổn điện, phụ tải (tải), dâydẫn, Hình - ví dụ vể mạch điện, đd ; nguỗn điện máy phát điện MF, tài gổm động điện ĐC bdng đèn Đ, dây dẫn truyển tải điện nâng từ nguổn đến tải a) Nguồn điện Nguón điện thiết bị phát điện náng Vé nguyên lý, nguỗn điện thiết bị biến đổi dạng lượng náng, hda nâng, nhiệt V V thành điện năng, v í dụ : pin, ac quy biến đối hđa thành điện năng, máy phát điện biến đổi náng thành điện năng, pin mặt trời biến đổi lượng xạ mật trời thành điện nâng v.v b) Tài Tầi thiết bị tiêu thụ điện náng biến đổi điện náng thành Hì n h - dạng lượng khác năng, nhiệt năng, quang v.v Ví dụ : động điện tiêu thụ điện biến điện thành năng, bàn là, bếp điện biến điện thành nhiệt năng, bđng điện biến điện thành quang nâng V.V c) Dãy dán Dây dẫn làm bàng kim loại (đổng, nhôm v.v ) dùng để truyén tài điện từ nguổn đến tải K ết c ấ u h ìn h h ọ c c ủ a m c h đ iệ n a) Nhảnh Nhánh đoạn mạch gổm phấn tử ghép nói tiếp nhau, dó có dòng điện chạy từ đẩu đến đáu bí S u t r Xũt ỉà điổni gap từ ba nhánh trở lơn Voriíĩ Vòng lồi khép kin qua nhánh Mach điơĩi trơn hình “ ì có nhánh 1, 2, ; nút A, B vòng a, b c s l - C’Ả(^ DẠI LƯỢNC D ặ c t r n g q u TRÌNĨỈ NẢNG LƯƠN(; TRONG MẠCH DIỆN Ị)ế (iiu- trư ng cho trình nang iượng nhánh phán tử cua niach điõn ta áùng hai đại lượng : dòng điện i điện áp u Cơng suílỉt nhánh ihoạt' í ' u a phán lửi (hỉnh - 2» lã : p - ui I ĩ ) ò n ^ d i ệ n Dòng điôn i võ trị sổ báng tổr đô biến thiên lượng điên tich q qua tiốt diơn n^ang lìuM vàt dàn dq dt í 1-1 ) Ỡ ƠA8 Chiổu dòng điện quy ước chiểu chuyến động điên tK.’h diícmg điện trường ỉ)iện p Tai điểm mạch điện có điện t h ế Hiêu điên (hiệu thế) hai điếm gọi ỉà điên áp Như điện áp giừa hai điể m A B : ^AB = ‘ - ) Chiếu điên áp quy ước ìà chiểu từ điểm cd điện th ế cao đến điểm có điện thấp1 í^hiéu d n g d ò n g d iệ n d iệ n áp Đối với mach điện đơn giản, iheo quy ước ta dề dàng xác định dược chiéu dòng điện điện áp mơt nhánh Ví dụ niach điện gốm nguổn điên chiều tải (hình - ) Trên hình - đà vẽ chiểu điện áp đáu cực nguổn điện, chiều điõn áp nh nh tải chiểu dòng điện mạch _ _ — 1uw Tuy nhiên tinh tốn ph ân tích mạch điện phức tap, ta không th ể dễ d àn g xác định chiéu dòng điện điện áp nhánh, đặc biệt dòng điên xoay chiểu, chiéu c h ú n g thay đổi theo thời gian Vi giải mạch điện, ta tùy ý vẽ chiểu dòng điên điên íip nhánh gọi chiểu dương Trên sờ chiểu thiôt lâp hệ phương t n n h giải mạch điện Kết tinh tốn : dòng điện (điện mơt thời điếm có t r i số d a pg chiều dòng điẽn (điẽn áp) trong~nĩiẫnĩi ẩy với chiỗu vẽ, ngươc lại, dòng đ iên (điện áp) cót r L s ổ â m chiều ngược với chiều vẽ ^ đă võ, áp) trùng chúng C ôn g s u ấ t Trong mạch điện, nhánh, phẩn tử nhận lượng phát nâng lượng Khi chon_chiều dòng diên diện áp trẽn nhánh trùng (hlnh “ 2), sau tính tốn cơng suất p nhánh ta cổ kết luận sau vẽ trỉnh lượng nhánh, thời điểm : p = ui > nhánh nhận nảng ìượng (1 " 3) p = ui < nhánh phát lượng (1 “ 4) Nếu chọn chiều dòng diện điện áp trẽn nhánh ngược ta cd kết luận ngược lại Trong hệ đơn vị SI đơn vị dòng điện ỉà A (ampe), đơn vị điện áp V (vơn), đơn vỊ cơng suẩt w (ốt) §1 - MƠ ỈIÌNH MẠCH DIỆN CÁC TH ƠNG số Mạch điện gồm nhiéu thiết bị điện Khi^ìàm việc, nhiều tượng điện từ xảy thiết bị mạch điện Khi tính tốn người ta thay th ế mạch điện thực mơ hình mạch Mơ hình mạch gỗm thông số sau : nguốn điện áp u(t), nguổn dòng điện j(t), điện trở R, điện cảm L điện dung c Đd phần tử lí tưởng đặc trưng cho q trình điện từ mạch điện Ta xét N g u ổ n đ iệ n áp u (t) Nguổn điện áp đậc trưng cho khả tạo nên trỉ m ột điện áp hai cực nguổn Nguồn điện áp kí hiệu hinh “ 4a Nguổn điện áp biểu diễn sức điện động e(t) (hỉnh - 4b) Chiểu e(t) từ điểm điện th ế thấp đến điểm điện cao Chiểu điện áp theo quy ước từ điểm ctí điện cao đến điểm cđ điện thăp, vl chiẽu điện áp đâu cực nguốn ngược với chiểu sức điện động (hỉnh - 4b) Diện áp đẩu cực u(t) sỗ bàng sức điện động : u(t) = e(t) ỏ ơ) ultì u(t) tì) ũ) Hình -4 l - 5) N g u ổ n d ò n g d iệ n j(t) Nguổn dòng điện j(t) đậc trưng cho khà nguốn điện tạo nơn trì m ột dòng điện cung cấp cho mạch ngồi Nguốn dòng điện kí hiệu hỉnh - Ki) Đ iệ n trở R Điện trở R đậc trưng cho trỉnh tiêu thụ điên náng biến đổi điện sang dạng nâng lượng khác nhiệt náng, quang nâng, v,v Hình -5 Quan hệ dòng điện điện áp điện trở ; Uị^ = R.i (1 - 6) " “ gọi điện áp rơi điện trở H ình - Điện trở đo đơn vị Q (ơm) ký hiệu hình “ Công suất điện trở tiêu thụ : p = Ri2 (1 - 7) Đ iện cảm L Khi cđ dòng điện i chạy cuộn dây cuộn dây V' = Wự>, (p từ thông w vòng sinh từ thơng mđc vòng với Điện cảm cuộn dây định nghỉa ụ, Ì Sức điện động v/