TLHT KTD 2020_2021 (chỉnh sửa)

LỜI NÓI ĐẦU Tài liệu học tập Kỹ thuật điện biên soạn theo kế hoạch đào tạo chương trình mơn học Kỹ thuật điện sinh viên khối ngành kỹ thuật, trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật công nghiệp Nội dung tài liệu gồm phần chính: Phần 1: Mạch điện: Cung cấp kiến thức mạch điện, phương pháp tính tốn, phân tích mạch dịng điện hình sin pha ba pha Phần 2: Máy điện: Cung cấp kiến thức nguyên lý, cấu tạo, đặc tính ứng dụng loại máy điện: Máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ, máy điện chiều Nhóm tác giả chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật công nghiêp, Khoa Điện, Bộ môn Điện công nghiệp động viên tạo điều kiện thuận lợi để nhóm tác giả viết tài liệu học tập Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi cịn nhiều sai sót, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp bạn đồng nghiệp đọc giả để sách hoàn thiện Địa chỉ: Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp, 456 Minh Khai, Hai Bà Trưng, Hà nội Website: khoadien.uneti.edu.vn Email: khoadien@uneti.edu.vn Ngày tháng năm 2020 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 MẠCH ĐIỆN VÀ KẾT CẤU HÌNH HỌC CỦA MẠCH 1.1.1 Định nghĩa mạch điện 1.1.2 Kết cấu hình học mạch 1.2 CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG NHÁNH 1.3 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MẠCH 10 1.3.1 Những tượng lượng xảy mạch 10 1.3.2 Các thông số đặc trưng cho tượng nguồn 11 1.3.3 Thông số đặc trưng cho tượng tiêu tán - Điện trở R 11 1.3.4 Thông số đặc trưng cho tượng tích phóng lượng từ trường - Điện cảm L 12 1.3.5 Thơng số đặc trưng cho tượng tích phóng lượng điện trường - Điện dung C 13 1.3.6 Sơ đồ mạch điện 13 1.5 CÁC LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 15 1.5.1 Luật Kirhof 15 1.5.2 Luật Kirhof 16 1.6 PHÂN LOẠI CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN 16 CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN CĨ DỊNG HÌNH SIN 28 2.1 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MỘT ĐẠI LƯỢNG HÌNH SIN 28 2.1.1 Các thơng số đặc trưng lượng hình sin 28 2.1.2 Mạch điện có dịng hình sin 29 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN ĐẠI LƯỢNG HÌNH SIN 31 2.2.1 Khái niệm biểu diễn véc tơ 31 2.2.2 Biểu diễn lượng hình sin véc tơ quay 31 2.2.3 Biểu diễn véc tơ quay thành lượng hình sin 31 2.2.4 Ưu điểm việc biểu diễn hàm điều hoà véctơ 32 2.3 PHẢN ỨNG CỦA NHÁNH VỚI KÍCH THÍCH HÌNH SIN 32 2.3.1 Phản ứng nhánh trở 32 2.3.2 Phản ứng nhánh cảm 33 2.3.3 Phản ứng nhánh dung 35 2.3.4 Phản ứng nhánh R - L - C nối tiếp với kích thích hình sin 37 a Phản ứng nhánh-Tam giác điện áp 37 b Tổng trở-Tam giác tổng trở 37 2.4 CÔNG SUẤT TRONG NHÁNH R- L- C NỐI TIẾP 38 2.5 HỆ SỐ CÔNG SUẤT COS VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 39 2.5.1 Hệ số công suất cos 39 2.5.2 Các biện pháp cao hệ số công suất cos 40 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP SỐ PHỨC ĐỂ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 50 3.1 BỔ TÚC VỀ SỐ PHỨC 50 3.1.1 Định nghĩa 50 3.1.2 Các dạng biễu diễn số phức 50 3.1.3 Các số phức cần ý 51 3.1.4 Các phép tính số phức 51 3.2 BIỂU DIỄN CÁC CẶP THÔNG SỐ CỦA MẠCH BẰNG SỐ PHỨC 52 3.2.1 Biểu diễn hàm điều hoà số phức 52 3.2.2 Biểu diễn tổng trở tổng dẫn số phức 52 3.2.3 Biểu diễn quan hệ điện áp với dòng điện nhánh số phức 53 3.2.4 Biểu diễn loại công suất mạch số phức 53 3.3 BIỂU DIỄN ĐẠO HÀM VÀ TÍCH PHÂN HÀM ĐIỀU HỒ BẰNG SỐ PHỨC 54 3.3.1 Biểu diễn phép đạo hàm hàm điều hoà số phức 54 3.3.2 Biểu diễn phép tích phân hàm điều hồ số phức 54 3.3.3 Phương trình dạng phức sơ đồ phức 54 3.4 PHƯƠNG PHÁP DÒNG ĐIỆN CÁC NHÁNH 57 3.4.1 Nội dung 57 3.4.2 Các bước giải 57 3.5 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ CÁC NÚT 59 3.5.1 Định luật Ôm nhánh 59 3.5.2 Xây dựng hệ phương trình điện điểm nút 60 3.5.3 Các bước giải phương pháp điện điểm nút 61 3.6 PHƯƠNG PHÁP DÒNG ĐIỆN MẠCH VÒNG 64 3.6.1 Khái niệm dòng điện vòng 64 3.6.2 Nội dung phương pháp dòng điện vòng 64 3.6.3 Các bước giải 64 3.7 PHƯƠNG PHÁP XẾP CHỒNG 67 3.7.1 Tính chất xếp chồng 67 3.7.2 Nội dung phương pháp 67 3.8 PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG 68 3.8.1 Biến đổi tổng trở nối nối tiếp: 68 3.8.2 Biến đổi tổng trở (tổng dẫn) nối song song: 68 3.8.3 Biến đổi tương đương Y- 69 CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA 75 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH BA PHA 75 4.1.1 Định nghĩa 75 4.1.2 Cách tạo hệ sức điện động ba pha 75 4.1.3 Cách nối nguồn tải 76 4.1.4 Định nghĩa pha 77 4.1.5 Các lượng dây pha 77 4.1.6 Mạch pha đối xứng 77 4.2 ĐẶC ĐIỂM MẠCH PHA ĐỐI XỨNG 78 4.2.1 Mạch pha đối xứng nối 78 4.2.2 Mạch pha nối tam giác 80 4.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH PHA ĐỐI XỨNG 81 4.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH PHA KHƠNG ĐỐI XỨNG 83 4.5 CÔNG SUẤT TRONG MẠCH PHA 84 4.5.1 Mạch pha không đối xứng 84 4.5.2 Mạch pha đối xứng 85 CHƯƠNG 91 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 91 5.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 91 5.1.1 Định nghĩa 91 5.1.2 Phân loại 91 5.2 CÁC ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 92 5.2.1 Định luật cảm ứng điện từ 92 5.2.2 Định luật lực điện từ 93 5.3 CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN 94 5.3.1 Vật liệu dẫn điện 94 5.3.2 Vật liệu dẫn từ 94 5.3.3 Vật liệu cách điện 94 5.3.4 Vật liệu kết cấu 94 CHƯƠNG 6: MÁY BIẾN ÁP 97 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG 97 6.1.1 Định nghĩa 97 6.1.2 Các đại lượng định mức 97 6.1.3 Công dụng máy biến áp 98 6.2 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP 98 6.2.1 Lõi thép máy biến áp 98 6.2.2 Dây quấn MBA 99 6.2.3 Các phần phụ khác 99 6.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP 100 6.4 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN VÀ TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP 101 6.5 SƠ ĐỒ THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP 103 6.6 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP 105 6.7 MÁY BIẾN ÁP BA PHA 113 6.8 SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP 116 CHƯƠNG 7: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 125 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG 125 7.1.1 Định nghĩa: 125 7.1.2 Phân loại: 125 7.1.3 Ứng dụng: 125 7.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA 125 7.2.1 Stato(phần tĩnh) 126 7.2.2 Rôto (phần động) 127 7.3 TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 127 7.3.1 Từ trường quay dòng điện dây quấn ba pha 127 7.3.2 Từ trường quay dòng điện dây quấn hai pha 130 7.3.3 Từ trường đập mạch 130 7.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 131 7.4.1 Nguyên lý làm việc động điện không đồng 131 7.4.2 Nguyên lý làm việc máy phát điện không đồng 132 7.5 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN VÀ TỪ TRONG STATO VÀ RÔTO CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 132 7.6 SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA ĐỘNG CƠ 134 7.7 MƠ MEN QUAY VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KĐB 136 7.8 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 138 ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 143 CHƯƠNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 151 8.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG 151 8.1.1 Định nghĩa 151 8.1.2 Công dụng 151 8.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 151 8.2.1 Stato 152 8.2.2 Rôto 152 8.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 153 8.4 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 154 8.5 PHƯƠNG TRÌNH ĐIỆN ÁP CỦA MÁY ĐIỆN CỰC LỒI 155 8.6 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC LỒI 156 8.6.1 Công suất tác dụng 156 8.6.2 Công suất phản kháng 157 8.7 ĐẶC TÍNH NGỒI VÀ ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH 158 8.7.1 Đặc tính máy phát điện đồng 158 8.7.2 Đặc tính điều chỉnh 159 8.8 SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 159 8.9 ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ 160 CHƯƠNG 164 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 164 9.1 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 164 9.1.1 Stato 165 9.1.2 Rôto 165 9.1.3 Cổ góp chổi điện 166 9.2 PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 167 9.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 167 9.3.1 Nguyên lý làm việc phương trình cân điện áp máy phát điện chiều 167 9.3.2 Nguyên lý làm việc phương trình cân điện áp động điện chiều 169 9.4 TỪ TRƯỜNG VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 169 9.4.1 Từ trường máy điện chiều 169 9.4.2 Sức điện động phần ứng 171 9.5 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ MÔMEN ĐIỆN TỪ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 172 9.6 TIA LỬA ĐIỆN TRÊN CỔ GÓP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 172 9.7 MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 173 9.7.1 Máy phát điện chiều kích từ độc lập 173 9.7.2 Máy phát kích từ song song 174 9.7.3 Máy phát điện kích từ nối tiếp 175 9.7.4 Máy phát điện kích từ hỗn hợp 176 9.8 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 177 9.8.1 Sức điện động mômen điện từ 177 9.8.2 Mở máy động điện chiều 177 9.8.3 Điều chỉnh tốc độ 178 9.8.4 Động điện chiều kích từ song song 178 9.8.5 Động điện chiều kích từ nối tiếp 180 9.8.6 Động điện chiều kích từ hỗn hợp 181 TÀI LIỆU THAM KHẢO 184 CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG - Cung cấp cho sinh viên kiến thức mạch điện: yếu tố hình học mạch điện; thông số trạng thái, thông số đặc trưng cho trình lượng mạch điện - Các định luật mạch điện dạng tức thời biết cách vận dụng để viết phương trình mơ tả trạng thái phần tử riêng biệt trạng thái mạch điện 1.1 MẠCH ĐIỆN VÀ KẾT CẤU HÌNH HỌC CỦA MẠCH 1.1.1 Định nghĩa mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối ghép với dây dẫn tạo thành vịng kín q trình truyền đạt lượng điện từ thực nhờ phân bố dịng áp nhánh 1.1.2 Kết cấu hình học mạch + Nhánh: Là đoạn mạch gồm phần tử ghép nối tiếp có dịng điện chạy qua, khơng biến thiên theo tọa độ không gian mà biến thiên theo thời gian t (hình 1.1a) Ký hiệu số nhánh chữ m + Nút: Là điểm gặp nhánh trở lên (hình 1.1b) Số nút thường ký hiệu n + Vịng: Là lối khép kín qua nhánh (hình 1.1c) Ký hiệu số vịng chữ v i1 i(t) i3 i(t) r a, V1 V2 i2 V4 b, V3 m=4 n=2 v=6 (3 vịng độc lập) c, Hình 1.1 Kết cấu hình học mạch điện 1.2 CÁC THƠNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA Q TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG NHÁNH Các thơng số trạng thái q trình lượng nhánh dòng i(t), điện áp u(t) công suất điện từ p(t) Các thông số liên hệ với thơng qua phương trình đại số p(t) = u(t) i(t) Chúng đại lượng vô hướng cần phải xác định chiều cho chúng + Dịng điện i(t): Là dịng chuyển dời có hướng hạt điện tích tác dụng điện trường Chiều dương dòng điện chọn tuỳ ý Ví dụ nhánh ab hình 1.2 ta quy ước dòng chạy từ a đến b dương dịng chảy từ b đến a âm (iba < 0) + Điện áp u(t): uab hiệu điện hai điểm Tương tự dòng điện, chiều điện áp tuỳ chọn Chiều dương quy ước từ điểm có điện cao tới điểm có điện thấp u(t) a i(t) b p(t) Hình 1.2 Điện áp u (t) Nếu uab = a - b > uba = b - a < Thông thường, chiều dương điện áp chọn trùng với chiều dương dòng điện + Cơng suất điện từ hay cịn gọi công suất tiếp nhận lượng p(t) định nghĩa: p(t) = u(t) i(t) Cơng suất điện từ dương âm tuỳ thuộc vào việc quy ước chiều giá trị điện áp dòng điện nhánh: - Nếu u i chiều p > ta nói nhánh thu lượng, p < ta nói nhánh phát lượng - Ngược lại u i ngược chiều p > ta nói nhánh phát lượng, p < ta nói nhánh nhận lượng Chú ý: Trong mạch điện có m nhánh thơng số uk(t), ik(t) đặc trưng cho trình lượng mạch Lúc cơng suất tiếp nhận lượng tính: p(t) = u1i1 + u2i2 + + ukik + … + umim 1.3 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MẠCH Tuỳ theo điều kiện cụ thể nguồn kích thích chắp nối phần tử nhánh mà điện áp u(t), dòng điện i(t) cơng suất điện từ có trị số khác Do chúng khơng thể đặc trưng cho nhánh Sau ta tìm thơng số đặc trưng nhánh 1.3.1 Những tượng lượng xảy mạch Các trình lượng xảy mạch điện phân thành hai loại chính: + Hiện tượng chuyển hố: q trình chuyển lượng từ dạng đến dạng khác, phân làm hai loại: 10