Giáo trình kỹ thuật điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN TRỌNG THẮNG GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐIỆN NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******************* NGUYỄN TRỌNG THẮNG GIÁO TRÌNH NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LỜI NĨI ĐẦU Mơn học Kỹ thuật điện môn học sở sinh viên khối ngành kỹ thuật khơng điện Để giải thích giải đƣợc tƣợng việc thông thƣờng lĩnh vực liên quan đến điện, sinh viên phải nắm vững kiến thức mơn học Giáo trình trình bày kiến thức mạch điện, phƣơng pháp tính tốn mạch điện chiều, dịng điện xoay chiều hình sin pha ba pha, kiến thức cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính ứng dụng loại máy điện có kèm theo nhiều ví dụ cụ thể tập đƣợc biên soạn theo chƣơng nhằm giúp ngƣời học củng cố lý thuyết giải đƣợc tốn thực tế sản xuất Giáo trình Kỹ thuật điện đƣợc biên soạn sở đề cƣơng chi tiết môn học đƣợc giảng dạy cho SV ngành không điện Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM sở ngƣời học học mơn Tốn Vật lý bậc phổ thông, phần Điện môn Vật lý đại cƣơng bậc đại học Do đó, giáo trình khơng sâu mặt lý luận mà chủ yếu trình bày phƣơng pháp tính tốn ứng dụng kỹ thuật tƣợng điện từ mạch điện máy điện Giáo trình gồm chƣơng: Chƣơng I: Các khái niệm mạch điện Chƣơng II: Các phƣơng pháp giải mạch điện chiều Chƣơng III: Mạch điện xoay chiều hình sin pha Chƣơng IV: Mạch điện xoay chiề u ba pha Chƣơng V: Máy biến áp Chƣơng VI: Máy điện không đồng Chƣơng VII: Máy điện đồ ng bô ̣ Chƣơng VIII: Máy điện mơ ̣t chiề u Chƣơng IX: An tồn điện Sách đƣợc biên soạn với tham khảo tài liệu ngồi nƣớc, đóng góp ý kiến đồng nghiệp kinh nghiệm giảng dạy tác giả Tuy khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý gảng viên, sinh viên bạn đọc quan tâm đến giáo trình Tác giả MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU MỤC LỤC Chƣơng I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN MẠCH ĐIỆN 1.2 CẤU TRÚC MẠCH ĐIỆN 10 1.3 CÁC ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 10 1.4 CÁC LOẠI PHẦN TỬ MẠCH 11 Chƣơng II: CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 15 2.1 ĐỊNH LUẬT KIRCHOFF 15 2.2 PHƢƠNG PHÁP DÒNG ĐIỆN NHÁNH 21 2.3 PHƢƠNG PHÁP DÒNG ĐIỆN VÒNG 23 2.4 PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN ÁP HAI NÚT 28 2.5 PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI ĐẲNG TRỊ 34 2.6 PHƢƠNG PHÁP XẾP CHỒNG 39 Chƣơng III: MẠCH ĐIỆN HÌNH SIN MỘT PHA 51 3.1 THƠNG SỐ MẠCH ĐIỆN HÌNH SIN 51 3.2 MẠCH ĐIỆN ĐƠN GIẢN 52 Chƣơng IV: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 87 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 87 4.2 CÁCH ĐẤU MẠCH BA PHA 89 4.3 CÁCH GIẢI MẠCH BA PHA 91 Chƣơng V: MÁY BIẾN ÁP 119 5.1 ĐINH ̣ NGHĨA 119 5.2 CẤU TẠO - NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 120 5.3 CÁC ĐẠI LƢỢNG ĐỊNH MỨC 125 5.4 TỔ NỐI DÂY CỦ A MÁ Y BIẾN ÁP 126 5.5 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP 127 5.6 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP 129 5.7 QUÁ TRÌNH NĂNG LƢỢNG TRONG MÁ Y BIẾN ÁP 131 5.8 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ MÁY BIẾN ÁP 132 5.9 MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG 141 Chƣơng VI: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 151 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG 151 6.2 CẤU TẠO 152 6.3 NGUYÊN LÝ TƢ̀ TRƢỜNG QUAY 154 6.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 157 6.5 CÁC ĐẠI LƢỢNG ĐỊNH MỨC CỦA ĐỘNG CƠ KĐB 159 6.6 ĐỘNG CƠ KĐB LÀM VIỆC KHI ROTOR ĐỨNG YÊN (n = 0) 160 6.7 ĐỘNG CƠ KĐB LÀM VIỆC KHI ROTOR QUAY (n  0) 161 6.8 QUÁ TRÌNH NĂNG LƢỢNG TRONG ĐỘNG CƠ KĐB 163 6.9 MOMENT TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 165 6.10 MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 166 Chƣơng VII: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 183 7.1 CẤU TẠO 184 7.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 186 7.3 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 187 7.4 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 189 7.5 ĐẶC TÍNH GĨC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC LỒI 190 7.6 GHÉP CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC SONG SONG 191 7.7 ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ 194 Chƣơng VIII: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 205 8.1 CẤU TẠO 206 8.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 207 8.3 CÁC ĐẠI LƢỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 209 8.4 PHÂN LOẠI 210 8.5 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 217 8.6 QUÁ TRÌNH NĂNG LƢỢNG – CÁC PHƢƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP 220 Chƣơng IX: AN TOÀ N ĐIỆN 227 9.1 TỔNG QUAN 227 9.2 TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ NGƢỜI 227 9.3 TAI NẠN VỀ ĐIỆN 234 9.4 CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN CHO NGƢỜI 235 9.5 DỤNG CỤ, PHƢƠNG TIỆN AN TOÀN ĐIỆN 242 9.6 CỨU NGƢỜI BỊ TAI NẠN VỀ ĐIỆN 246 Chƣơng I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mục tiêu chương I: Sau học xong chương này cać sinh viên cókhả năng: Đi ̣nh nghiã được các phầ n tử bả n và các thuật ngữ về cấ u trúc mạch điện; Nhận biế t được các ký hiê ̣u mạch điê ̣n; Giải thích được các đại lượng bản và các loại phần tử mạch của mạch điện Vận dụng được các kiế n thức đã học để xác ̣nh đư ợc cấu trúc mạch điện thực tế NỘI DUNG Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối với dây dẫn tạo thành vịng kín có dịng điện chạy Mạch điện thƣờng gồm loại phần tử sau: nguồn điện, phụ tải, dây dẫn khí cụ đóng ngắt, bảo vệ mạch điện 1.1 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN MẠCH ĐIỆN Nguồn điện Các thiết bị để biến đổi dạng lƣợng khác thành điện năng: - Cơ thành điện năng: máy phát chiều, xoay chiều; - Quang thành điện năng: pin mặt trời; - Nhiệt thành điện năng: nhiệt ngẫu; - Hoá thành điện năng: accu, pin Tải (phụ tải) Là thiết bị biến đổi điện thành dạng lƣợng khác: - Điện thành năng: động điện; - Điện thành nhiệt năng: bàn ủi; - Điện thành quang năng: bóng đèn - Điện thành hóa năng: accu, pin Dây dẫn Làm đồng(Cu) nhôm(Al) Để cứu nạn nhân cao cần ngƣời (Hình 9.16) Hình 9.16 Đối với mạng điện cao áp: Báo cho điện lực khu vực gần để cắt điện kịp thời cứu chữa Khi tách nạn nhân khỏi mạch điện cần ý: Ở điện áp cao phải chờ cắt điện; Không đƣợc dùng tay không tiếp xúc với phần để trần nạn nhân; Không tiếp xúc với vật dẫn hay dây dẫn gần ngƣời bị nạn 9.6.2 Làm hô hấp nhân tạo Nếu nạn nhân mê man bất tỉnh, chờ đợi thầy thuốc đến, ta phải nhanh chóng làm hơ hấp nhân tạo để hồi tỉnh họ Có ba phƣơng pháp làm hô hấp nhân tạo: 9.6.2.1 Phương pháp (áp dụng có ngƣời cứu) (a) (b) Hình 9.17 248 Đặt nạn nhân nằm sấp, đầu nghiêng sang bên cho miệng mũi không chạm đất Cậy miệng, kéo lƣỡi để họng nạn nhân mở Ngƣời cứu quỳ gối hai bên đùi nạn nhân, đặt hai lòng bàn tay vào hai mạng sƣờn (chỗ xƣơng sƣờn cụt), ngón lƣng, hƣớng phía xƣơng sống Động tác đẩy (Hình 9.17a) Nhơ tồn thân phía trƣớc, dùng sức nặng ấn xuống lƣng nạn nhân bóp ngón tay vào chỗ xƣơng sƣờn cụt để hồnh cách mô dồn lên, nén phổi đẩy Động tác hút khí vào (Hình 9.17b) Nới tay, ngả ngƣời phía sau nhấc lƣng nạn nhân lên để lồng ngực giãn rộng, phổi nở hút khơng khí vào Để động tác đặn nhƣ nhịp thở (khoảng 12 lần/ phút) nén thả tay (2 đến giây) miệng đếm nhẩm một- hai – ba, bốn – năm – sáu 9.6.2.2 Phương pháp (áp dụng có hai ngƣời cứu) (a) (b) Hình 9.18 Đặt nạn nhân nằm ngửa, dƣới lƣng kê cuộn quần áo cho ngực ƣỡn lên - Một ngƣời ngồi bên cạnh lấy hai ngón tay kéo nhẹ lƣỡi nạn nhân để mở họng - Một ngƣời quỳ phía đầu nạn nhân, hai tay nắm lấy chỗ gần khuỷu tay nạn nhân gập ép nhẹ lên hai bên lồng ngực để dồn khơng khí ra, miệng đếm nhẩm – hai - ba (Hình 9.18a) Rồi sau kéo hai cánh tay duỗi ra, vƣơn lên đầu nạn nhân để mở rộng lồng ngực, hít khơng khí vào phổi miệng đếm nhẩm bốn- năm – sáu (Hình 9.18b) Các động tác lập lại khoảng 12 lần/phút 249 Làm hô hấp nhân tạo đúng, có tiếng gió nhẹ luồng khơng khí qua khí quản vào phổi lồng ngực phồng lên, xẹp xuống Cần phải làm hô hấp nhân tạo nạn nhân thở đƣợc bình thƣờng 9.6.2.3 Phương pháp hà thổi ngạt (a) (b) Hình 9.19 Phƣơng pháp có hiệu cứu sống cao, tiến hành nhƣ sau: Đặt nạn nhân nằm ngửa, ngƣời cấp cứu quỳ bên cạnh sát ngang vai, mắt nhìn nạn nhân (hình 9.19a) Một tay giữ cằm, tay đặt trán, ngửa đầu nạn nhân để mở đƣờng hô hấp Mở miệng nạn nhân, đặt lót miếng gạc mỏng miệng Ngƣời cứu hít dài, áp kín miệng vào miệng nạn nhân thổi mạnh Trong phải bóp kín mũi nạn nhân để khơng khí vào phổi làm phồng ngực lên Ngƣời cứu ngẩng đầu lên hít khác, lúc ngực nạn nhân xẹp xuống tự thở Tiếp tục thực nhƣ với nhịp độ 10-12 lần/phút liên tục nạn nhân hồi tỉnh hẳn Có thể kết hợp phƣơng pháp hà thổi ngạt ấn tim nhƣ hình 9.19a hình 9.19b CÂU HỎI Vì điện giật lại nguy hiểm? Mức độ nguy hiểm điện giật phụ thuộc vào yếu tố nào? Tại phải sử dụng vật lót cách điện dụng cụ phải có chi cách điện? Trình bày biện pháp bảo vệ an tồn cho ngƣời Khi có tai nạn điện ngƣời ta phải làm gì? Trình bày phƣơng pháp làm hô hấp nhân tạo nạn nhân bị mê man bất tỉnh điện giật 250 Giáo trình KỸ THUẬT ĐIỆN ThS Nguyễn Trọng Thắng NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Khu phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TPHCM Số Công trường Quốc tế, Quận 3, TP HCM ĐT: 38 239 172 - 38 239 170 Fax: 38 239 172 E-mail: vnuhp@vnuhcm.edu.vn  Chịu trách nhiệm xuất TS HUỲNH BÁ LÂN Tổ chức thảo chịu trách nhiệm tác quyền TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM Biên tập NGUYỄN ĐỨC MAI LÂM Sửa in THÙY DƯƠNG Thiết kế bìa TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM GT.01.KT (V) ĐHQG.HCM-13 155-2012/CXB/575-08/ĐHQGTPHCM KT.GT 82-13 (T) In 300 khổ 16 x 24cm, Công ty TNHH In Bao bì Hưng Phú Số đăng ký kế hoạch xuất bản: 155-2012/CXB/57408/ĐHQGTPHCM Quyết định xuất số: 16/QĐ-ĐHQGTPHCM/ cấp ngày 23/1/2013 Nhà xuất ĐHQGTPHCM In xong nộp lưu chiểu Quí I năm 2013 ISBN: 978-604-73-1298-6 786047 312986 ... thông, phần Điện môn Vật lý đại cƣơng bậc đại học Do đó, giáo trình khơng sâu mặt lý luận mà chủ yếu trình bày phƣơng pháp tính tốn ứng dụng kỹ thuật tƣợng điện từ mạch điện máy điện Giáo trình gồm... Kỹ thuật điện môn học sở sinh viên khối ngành kỹ thuật không điện Để giải thích giải đƣợc tƣợng việc thông thƣờng lĩnh vực liên quan đến điện, sinh viên phải nắm vững kiến thức mơn học Giáo trình. .. giải đƣợc toán thực tế sản xuất Giáo trình Kỹ thuật điện đƣợc biên soạn sở đề cƣơng chi tiết môn học đƣợc giảng dạy cho SV ngành không điện Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM sở ngƣời học học