Đang tải... (xem toàn văn)
Kỹ thuật điện là môn học dành cho sinh viên ngành cơ điện tử. Trong tài liệu này sẽ trình bày các vấn đề cơ bản về dòng điện như phân tích các định luật Ohm, định luật Kirhoof trong mạch điện 1 chiều. Giải thích được mối quan hệ qua lại giữa các đại lượng điện áp, dòng điện, công suất qua các biểu thức trong mạch điện xoay chiều từ đó sẽ đưa ra các phương pháp để tính toán các thông số dòng điện, điện áp, công suất trong mạch. Mời các bạn cùng tham khảo.
UBND TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ GIÁO TRÌNH MƠN HỌC : KỸ THUẬT ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTCN ngày…….tháng….năm Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR – VT) BÀ RỊA-VŨNG TÀU, NĂM 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Nhằm đáp ứng nhu cầu học tập nghiên cứu cho giảng viên sinh viên nghề Điện tử công nghiệp trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu Chúng thực biên soạn tài liệu kỹ thuật điện Tài liệu biên soạn thuộc loại giáo trình phục vụ giảng dạy học tập, lưu hành nội nhà trường nên nguồn thông tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Kỹ thuật điện môn học dành cho sinh viên ngành điện tử Trong tài liệu trình bày vấn đề dịng điện phân tích định luật Ohm, định luật Kirhoof mạch điện chiều Giải thích mối quan hệ qua lại đại lượng điện áp, dịng điện, cơng suất qua biểu thức mạch điện xoay chiều từ đưa phương pháp để tính tốn thơng số dịng điện, điện áp, cơng suất mạch Giáo trình mơn học gồm chương: Chương 1: Các khái niệm mạch điện Chương 2: Mạch điện chiều Chương 3: Dịng điện xoay chiều hình Sine Chương 4: Mạng điện pha Trong trình biên soạn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp ý kiến từ thầy bạn học sinh- sinh viên để hồn thiện sách Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 30 tháng năm 2020 Tham gia biên soạn Hà Thị Thu Phương MỤC LỤC NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mạch điện mơ hình 1.1 Mạch điện 1.2 Kết cấu hình học mạch điện Các đại lượng đặc trưng mạch điện 2.1 Dòng điện 2.2 Điện áp 2.3 Công suất Các thông số mạch điện CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN CHIỀU Các phép biến đổi định luật mạch chiều 1.1 Các phép biến đổi tương đương 1.2 Định luật Ohm 1.3 Định luật Kirhooff Một số phương pháp giải mạch điện 2.1 Giải mạch điện phương pháp biến đổi điện trở 2.2 Giải mạch điện chiều sử dụng định luật Kirhoof CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN Khái niệm dịng điện xoay chiều 1.1 Khái niệm 1.2 Các đại lượng đặc trưng Một số phương pháp giải mạch điện xoay chiều 2.1 Giải mạch điện xoay chiều không phân nhánh 2.2 Giải mạch điện xoay chiều phân nhánh CHƯƠNG 4: MẠNG ĐIỆN BA PHA Tổng quan mạng điện pha Mạng điện pha phụ tải nối hình Mạng điện pha phụ tải nối hình tam giác Cơng suất mạng điện pha TÀI LIỆU THAM KHẢO TRANG 4 6 7 11 11 11 15 16 19 19 23 30 30 30 31 34 34 49 57 57 59 61 62 63 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Kỹ thuật điện Mã mơn học : MH11 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học thuộc khối kiến thức sở, phải học trước mô đun chuyên ngành đo lường điện- điện tử, kỹ thuật cảm biến, lập trình vi điều khiển, trang bị điện - Tính chất: Là mơn học bắt buộc bổ trợ kiến thức cần thiết lĩnh vực điện tử công nghiệp cho người học Trung cấp Cao đẳng - Ý nghĩa vai trò môn học/mô đun: Mục tiêu môn học: - Kiến thức: + Trình bày khái niệm dịng điện, điện áp, công suất mạch điện + Phân tích định luật Ohm, định luật Kirhoof mạch điện chiều + Giải thích mối quan hệ qua lại đại lượng điện áp, dòng điện, công suất qua biểu thức mạch điện xoay chiều + Phân tích sơ đồ đấu dây mạng điện pha - Kỹ năng: + Giải mạch điện chiều vận dụng phép biến đổi tương đương + Tính tốn thơng số dịng điện, điện áp,công suất sử dụng phương pháp giải mạch điện chiều + Tính tốn thơng số mạch điện xoay chiều khơng phân nhánh + Tính tốn cơng suất mạng pha đơn giản - Về lực tự chủ trách nhiệm: Người học có khả làm việc độc lập làm nhóm, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn học tập rèn luyện, có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm công việc Nội dung môn học: CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Giới thiệu: Các định luật phép biến đổi tương đương quan trọng việc giải toán mạch điện, ứng dụng nhiều lĩnh vực điện, điện tử Bài học cung cấp kiến thức trọng tâm định luật phép biến đổi cho người học Mục tiêu: - Giải thích vai trị, nhiệm vụ phần tử cấu thành mạch điện - Trình bày khái niệm dịng điện, điện áp, cơng suất mạch điện - Nhận dạng ký hiệu phần tử điện trở, cuộn cảm, tụ điện, nguồn áp, nguồn dịng mạch điện Nội dung chính: Mạch điện mơ hình 1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối với dây dẫn (phần tử dẫn) tạo thành vòng kín dịng điện chạy qua Mạch điện thường gồm loại phần tử sau: nguồn điện, phụ tải (tải), dây dẫn Rd + E _ I Rt ro Hình 1.1: Cấu trúc mạch điện Nguồn điện: Nguồn điện thiết bị phát điện Về nguyên lý, nguồn điện thiết bị biến đổi dạng lượng năng, hóa năng, nhiệt thành điện Hình 1.2 dạng nguồn điện Tải: Tải thiết bị tiêu thụ điện biến đổi điện thành dạng lượng khác năng, nhiệt năng, quang v…v Hình 1.3: Một số ví dụ tải Dây dẫn: Dây dẫn làm kim loại (đồng, nhôm ) dùng để truyền tải điện từ nguồn đến tải Ngoài ra, mạch điện bao gồm thiết bị đóng cắt cầu dao, aptomat thiết bị bảo vệ (cầu chì, áp tơ mát ), thiết bị đo lường (ampe kế, vôn kế ) 1.2 Kết cấu hình học mạch điện - Nhánh: Nhánh đoạn mạch gồm phần tử ghép nối tiếp nhau, có dịng điện chạy từ đầu đến đầu - Nút: Nút điểm gặp từ ba nhánh trở lên - Vòng: Vịng lối khép kín qua nhánh - Mắt lưới : vịng mà bên khơng có vịng khác Hình 1.4: Nút, nhánh, vịng mạch điện Các đại lượng đặc trưng mạch điện Để đặc trưng cho trình lượng cho nhánh phần tử mạch điện ta dùng hai đại lượng bản: dòng điện i điện áp u Công suất nhánh: p = u.i 2.1 Dòng điện Dưới tác dụng lực điện trường, điện tích dương (+) di chuyển từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp hơn, cịn điện tích âm (-) chuyển động theo chiều ngược lại, từ nơi có điện thấp đến nơi có điện cao hơn, tạo thành dịng điện Dịng điện dịng điện tích (các hạt tải điện) di chuyển có hướng 2.1.1 Chiều qui ước dịng điện Chiều quy ước dòng điện chiều dịch chuyển có hướng điện tích dương (Chiếu quy ước I) Dịng điện có: - tác dụng từ (đặc trưng) -tác dụng nhiệt, tác dụng hoá học tuỳ theo mơi trường Trong kim loại: dịng điện dịng điện tử tự chuyển dời có hướng Trong dung dịch điện ly: dịng điện tích chuyển dời có hướng ion dương âm chuyển dời theo hai hướng ngược Trong chất khí: thành phần tham gia dịng điện ion dương, ion âm electron 2.1.2 Cường độ mật độ dòng điện Cường độ dòng điện đại lượng cho biết độ mạnh dịng điện tính bởi: i dQ dt (1.1) q: điện lượng di chuyển qua tiết diện thẳng vật dẫn t: thời gian di chuyển (t0: I cường độ tức thời) Dịng điện có chiều cường độ khơng thay đổi theo thời gian gọi dịng điện khơng đổi (cũng gọi dòng điệp chiều) Cường độ dịng điện tính bởi: I q t I A Trong q điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng vật dẫn thời gian t Ghi chú: - Cường độ dịng điện khơng đổi đo ampe kế (hay miliampe kế, ) mắc xen vào mạch điện (mắc nối tiếp) - Với chất dòng điện định nghĩa cường độ dòng điện ta suy ra: + cường độ dịng điện có giá trị điểm mạch không phân nhánh +cường độ mạch tổng cường độ mạch rẽ 2.1.3 Mật độ dòng điện Mật độ dòng điện trị số dịng điện đơn vị diện tích - Ký hiệu: J Đơn vị: A/ mm2 2.2 Điện áp Hiệu điện (hiệu thế) hai điểm gọi điện áp Điện áp hai điểm A B: uAB = uA - uB Chiều điện áp quy ước chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp 2.3 Cơng suất Trong mạch điện, nhánh, phần tử nhận lượng phát lượng p = u.i > nhánh nhận lượng p = u.i < nhánh phát nănglượng Đơn vị đo công suất W (Oát) KW Các thông số mạch điện Mạch điện thực bao gồm nhiều thiết bị điện có thực Khi nghiên cứu tính tốn mạch điện thực, ta phải thay mạch điện thực mô hình mạch điện Mơ hình mạch điện gồm thơng số sau: nguồn điện gồm : nguồn áp u (t) e(t) nguồn dòng điện J (t), điện trở R, điện cảm L, điện dung C, hỗ cảm M 3.1 Nguồn điện Nguồn điện thiết bị tạo trì hiệu điện để trì dịng điện Mọi nguồn điện chiều có hai cực, cực dương (+) cực âm (-) Nguồn áp: Nguồn điện áp độc lập phần tử hai cực mà điện áp khơng phụ thuộc vào giá trị dịng điện cung cấp từ nguồn sức điện động nguồn: u(t)=e(t) Kí hiệu nguồn điện áp độc lập: + - i( t) + u e u( t) i Hình 1.4 : ký hiệu nguồn điện áp độc lập Kí hiệu nguồn điện áp phụ thuộc: u2 = R.I1 u2 = α u1 Hình 1.5: ký hiệu nguồn điện áp phụ thuộc Dịng điện nguồn phụ thuộc vào tải mắc vào Nguồn dịng Nguồn dịng độc lập phần tử hai cực mà dịng điện khơng phụ thuộc vào điện áp hai cực nguồn: i(t)=j(t) Kí hiệu nguồn độc lập: u + i u - i i lập Hình 1.6 : ký hiệu nguồn dịng độc Kí hiệu nguồn phụ thuộc: β i2 = gu1 i = i1 Hình 1.7: ký hiệu nguồn dòng phụ thuộc - Sử dụng động đồng thay cho động KĐB - Thay MBA làm việc non tải MBA có dung lượng nhỏ làm việc chế độ định mức - Sử dụng chấn lưu điện tử chấn lưu sắt từ hiệu suất cao thaycho chấn lưu thông thường b Nhóm biện pháp bù cos nhân tạo: Là giải pháp dùng thiết bị bù (tụ bù máy bù) Các thiết bị bù phát Q để cung cấp phần toàn nhu cầu Q xí nghiệp 2.2 Giải mạch điện xoay chiều phân nhánh 2.2.1 Biểu diễn đại lượng hình sin số phức Trong mạch điện hình sin, tần số tần số góc chung cho đại lượng hình sin nên đại lượng hình sin đặc trưng hai thơng số: biên độ góc pha ban đầu Do đó, dùng số phức để biểu diễn đại lượng hình sin: i I sin t i I I i I e j i u U sin t u Ví dụ : i 15 sin t 6 u 320 sin t 30 U U u I e ju j 15 I I e 6 U 320 30 I e j 30 a Định luật Ohm dạng phức Cho mạch điện có trở kháng R, X đặt vào điện áp u U sin t u dịng điện mạch i I sin t i Chuyển dạng phức: i I sin t i I I i I e ji u U sin t u U U u U e j u U U e ju U j u i e Z Suy ra: I I e j i I U Định luật Ohm dạng phức: I Z Ví dụ : Một nhánh R = 3, X = XL= 3, đặt vào điện áp u 20 sin 314 t 80 Tìm dịng điện nhánh Giải: u 20 sin 314 t 80 U 20 80 20 e j 80 Phức tổng trở: Z R jX j 49 (3.41) Z a b 32 b 4 tg arctg 53,130 a 3 Z e j 53,13 0 U 20 e j 80 j 26 , 87 e Phức dịng điện tính: I Z e j 53,13 Dòng điện nhánh: i sin314 t 26,87 b Định luật Kirchhoff dạng phức: Các định luật Kirchoff viết dạng phức Muốn vậy, từ sơ đồ thực mạch điện, ta chuyển sơ đồ phức với thông số đại lượng dạng phức Với cách chuyển đó, định luật Kirchoff phát biểu sau: Định luật Kirchoff I: Tổng đại số phức dòng điện nút (3.42) I nut Định luật Kirchoff II: Đi theo vịng kín, tổng đại số phức sức điện động tổng đại số phức điện áp đặt vào phức tổng trở nhánh (3.43) E ZI vong vong Ví dụ : Xét dịng điện điện nhánh hình vẽ: I1 I2 A I3 L1 R2 R3 R1 C3 E1 E2 B I1 A I2 I3 E1 Z2 Z3 Z1 E2 B Hình 3.24 :Minh họa ví dụ Chuyển từ sơ đồ thực tế sơ đồ phức, phương trình 50 Phương trình Kirchhoff 1: I1 I2 I3 Phương trình Kirchhoff 2: 0 I1 R1 jL1 I3 R3 j C I Z I Z E 1 3 Tương tự: I2 Z I3 Z E Trong đó: Z R1 j L1 R1 jX Z R2 Z R3 j C 2.2.2 Giải mạch điện phương pháp dòng điện vòng Các bước tiến hành: - Thành lập sơ đồ phức, chọn ẩn số dòng điện vòng Ia , Ib , Ic … thường chọn vòng mắt lưới - Thành lập phương trình Kirchhoff có kể đến sụt áp dòng điện vòng khác tham gia nhánh - Giải hệ phương trình để tìm dịng vịng - Dịng nhánh tổng đại số dịng vịng qua nhánh Ví dụ minh họa: Cho mạch điện hình vẽ Tính I1 , I2 , I3 phương pháp dòng vòng I1 j1 2 -j2 1 A I2 I3 j2 E1=10 < Ia -j1 B Giải: Ta có: Z 11 j1 j j1 j Z 22 j j1 j j1 Z 12 Z 21 j j1 j1 51 Ib E2=5
