GIÁO TRÌNH MÔN HỌC ĐIỆN KĨ THUẬT

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC ĐIỆN KĨ THUẬT TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ............................................................................................1 LỜI GIỚI THIỆU............................................................................................................2 MỤC LỤC......................................................................................................................3 CHƯƠNG 1: TĨNH IỆN ............................................................................................6 1. Khái niệm về điện trường............................................................................................6 2. iện thế Hiệu điện thế ..............................................................................................8 3. Tác dụng c a điện trường lên v t dẫn và điện môi.....................................................9 CHƯƠNG 2: MẠCH IỆN MỘT CHIỀU ................................................................11 1. Khái niệm về mạch điện một chiều...........................................................................11 2. Mô hình mạch điện....................................................................................................12 3. Các định lu t và các biểu th c c ản trong mạch điện một chiều...........................13 4. Các phư ng pháp giải mạch một chiều.....................................................................18 CHƯƠNG 3: TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG IỆN TỪ .........................................26 1. ại cư ng về từ trường...........................................................................................26 2. Từ trường c a dòng điện.........................................................................................27 3. Các đại lượng đặc trưng c a từ trường..................................................................27 4. L c từ .......................................................................................................................28 5. Hiện tượng cảm ng điện từ...................................................................................30 6. Hiện tượng t cảm và h cảm ................................................................................33 CHƯƠNG 4: DÒNG IỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN ..........................................38 1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều..........................................................................38 2. Giải mạch điện xoay chiều không phân nhánh .........................................................40 3. Mạch xoay chiều 3 pha .............................................................................................51 4. Giải mạch xoay chiều phân nhánh ............................................................................56 CHƯƠNG 5 : MẠCH IỆN PHI TUYẾN................................................................69 1. Mạch điện phi tuyến..................................................................................................69 2. Mạch c dòng điện không sin ...................................................................................73 3. Mạch lọc điện............................................................................................................74 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................80 1 hái i về đi trườ g 1 1 i n tích iện tích là một đại lượng v hướng, đặc trưng cho tính chất c a một v t hay một hạt về mặt tư ng tác điện và gắn liền với hạt hay v t đ . ịnh luật Coulomb: Hình 1.1 l c tư ng tác gi a 2 điện tích điểm q1; q2 đặt cách nhau một khoảng r trong m i trường có hằng s điện m i ε là 12 21 F F; có: iểm đặt: Tr n 2 điện tích. Phư ng: ường n i 2 điện tích. Chiều: + Hướng ra xa nhau nếu q1.q2 > 0 (q1; q2 cùng dấu) + Hướng vào nhau nếu q1.q2 < 0 (q1; q2 trái dấu) ộ lớn: 2 1 2 . . . r q q F k   Trong đ : k là hệ s k = 9.109 2 2 N m. C       n vị: q : Coulomb (C) r : mét (m) F : Newton (N) Ý ghĩ ịnh lu t Coulomb là một định lu t c ản c a tĩnh điện học, nó giúp ta hiểu rõ thêm khái niệm điện tích. Nếu các hạt c ản hoặc các v t thế tư ng tác với nhau theo định luạt Coulomb thì ta biết rằng chúng c mang điện tích ịnh luật bảo to đi n tích: Trong 1 hệ cô l p về điện (hệ kh ng trao đổi điện tích với các hệ khác) thì tổng đại s các điện tích trong hệ là 1 hằng s 1.2. Khái ni m về đi trường + Khái niệm: Là m i trường tồn tại ung quanh điện tích và tác dụng l c lên điện tích khác đặt trong nó. + Cường độ điện trường: Là đại lượng đặc trưng cho điện trường về khả n ng tác dụng l c. F q E q F E        . n vị: E(Vm) q > 0 : F  cùng phư ng, cùng chiều với E  . q < 0 : F  cùng phư ng, ngược chiều với E  . O N TỬ TR ỜN O N N Ề N T 7 + Đường sức điện trường: Là đường được vẽ trong điện trường sao cho hướng c a tiếp tư ến tại bất kỳ điểm nào tr n đường c ng trùng với hướng c a véc t cường độ điện trường tại điểm đ . Tính chất của đường sức: Qua m i điểm trong điện trường ta chỉ có thể vẽ được 1 và chỉ 1 đường s c điện trường. Các đường s c điện là các đường cong không kín,nó xuất phát từ các điện tích dư ng,t n cùng ở các điện tích âm. Các đường s c điện không bao giờ cắt nhau. N i nào c cường độ điện trường lớn h n th các đường s c ở đ vẽ mau và ngược lại Hình 1.1: Đường sức điện trường + i trườ g đều: C véc t cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau. Các đường s c c a điện trường đều là các đường th ng song song cách đều nhau + Véctơ cường độ điện trường E do 1 điện tích điểm Q gây ra tại một điểm M cách Q một đoạn r có: iểm đặt: Tại M. Phư ng: ường n i M và Q Chiều: Hướng ra xa Q nếu Q > 0 Hướng vào Q nếu Q 0 gây ra tại D có: phư ng AD, hướng ra a điểm A độ lớn: 2 9 1 9.10 . a q E  E2  do q < 0 gây ra tại D có: phư ng BD, hướng từ D về B ộ lớn: 2 9 2 9.10 . a q E  ABC GocABD E E        0 2 1 60 là tam giác đều 2 ED E1 E       O N TỬ TR ỜN O N N Ề N T 8 ED  có : Phư ng song song AB Chiều từ trái sang phải ộ lớn là ED   2.10 ( ) 3.10 2.10 9.10 . 9.10 . 7 2 2 6 9 2 9 1 V m a q ED  E      2 i thế i u đi thế 2.1. Công của lự đi trường Công củ đi trường: Khi điện trường tác dụng l n các điện tích, có thể làm cho các điện tích di chuyển trong điện trường, khi đ l c th c hiện một công gọi là công c a l c điện trường. Xét 1 điện tích điểm q > 0 thì q gây ra l c F trong điện trường ặt vào trong điện trường 1 điện tích thử q0 > 0 Di chuyển điện tích q0 từ điểm M đến N thì l c tĩnh điện F  sẽ th c hiện một công (Hình 1.4): Công c a l c điện trường:           M N MN r r q q A k . 1 1 . 0  Hình 1.2. Di chuyển điện tích q0 từ điểm M đến N Như v : “C ng c a l c điện làm di chuyển điện tích điểm q0 trong điện trường c a điện tích q đi theo 1 đường cong bất kỳ, không phụ thuộc vào dạng đường cong dịch chuyển, mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đ u và điểm cu i c a đường dịch chuyển”. Thế ă g ủ đi tí h tro g đi trường: Khi A = 0, theo c học trường có tính chất trên gọi là trườ

O N TỬ TR ỜN LỜ Ớ T O N N Ề NT U i thuật nh ng m n học c sở c a nghề iện tử công nghiệp i n soạn d a theo chư ng tr nh khung đ d ng an hành n m 2017 c a trường Cao đ ng nghề C n Th dành cho nghề iện tử c ng nghiệp hệ Trung cấp Giáo tr nh i n soạn làm tài liệu học t p, giảng n n giáo tr nh đ d ng m c độ đ n giản d hiểu, m i ài học c thí dụ ài t p tư ng ng để áp dụng làm sáng t ph n l thu ết Khi i n soạn, nh m i n soạn đ d a tr n kinh nghiệm th c tế giảng , tham khảo đồng nghiệp, tham khảo giáo tr nh c c p nh t nh ng kiến th c có liên quan để phù hợp với nội dung chư ng tr nh đào tạo phù hợp với mục ti u đào tạo, nội dung i n soạn gắn với nhu c u th c tế Nội dung c a môn học gồm c chư ng: Chư ng MH08-01: Tĩnh điện Chư ng MH08-02: Mạch điện chiều Chư ng MH08-03: Từ trường cảm ng điện từ Chư ng MH08-04: Dòng điện oa chiều h nh sin Chư ng MH08-05: Mạch điện phi tu ến Giáo tr nh c ng tài liệu giảng tham khảo t t cho nghề điện tử d n dụng, c điện tử, điện c ng nghiệp điện d n dụng Mặc dù đ c gắng tổ ch c biên soạn để đáp ng mục ti u đào tạo không tránh nh ng thiếu s t Rất mong nh n s đ ng g p kiến c a th y, cơ, bạn đọc để nhóm biên soạn điều chỉnh hoàn thiện h n C n Th , ngày tháng n m 2018 Tham gia biên soạn Ths Chủ biên u ậu Ths Ngu Tu h h O N TỬ TR ỜN MỤ O N N Ề NT LỤ Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TĨNH IỆN Khái niệm điện trường iện - Hiệu điện Tác dụng c a điện trường lên v t dẫn điện môi CHƯƠNG 2: MẠCH IỆN MỘT CHIỀU 11 Khái niệm mạch điện chiều 11 Mơ hình mạch điện 12 Các định lu t biểu th c c ản mạch điện chiều 13 Các phư ng pháp giải mạch chiều 18 CHƯƠNG 3: TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG IỆN TỪ 26 ại cư ng từ trường 26 Từ trường c a dòng điện 27 Các đại lượng đặc trưng c a từ trường 27 L c từ 28 Hiện tượng cảm ng điện từ 30 Hiện tượng t cảm h cảm 33 CHƯƠNG 4: DÒNG IỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 38 Khái niệm dòng điện xoay chiều 38 Giải mạch điện xoay chiều không phân nhánh 40 Mạch xoay chiều pha 51 Giải mạch xoay chiều phân nhánh 56 CHƯƠNG : MẠCH IỆN PHI TUYẾN 69 Mạch điện phi tuyến 69 Mạch c dòng điện không sin 73 Mạch lọc điện 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 O N TỬ TR ỜN O TR N O N N Ề NT MÔN HỌC T họ N KỸ THUẬT M họ M 08 Vị trí, tính ch t, ý ghĩ v vai trị mơn học: - Vị trí c a m n học: Là m n học c sở trí nga từ đ u kh a học, trước học m n chu n m n nghề - Tính chất c a m n học: Là m n học kỹ thu t c sở - nghĩa c a m n học: Trang ị kiến th c c ản mạch điện, điện trường, cảm ng điện từ, điện tích… - Vai trị c a m n học: Là c sở để học nghi n c u m n học chu n m n nghề Mục tiêu môn học: - Về kiến th c: + Tr nh định lu t c ản điện học, ng dụng kỹ thu t điện + Tr nh khái niệm c ản điện áp, dòng điện chiều, oa chiều, định lu t c ản mạch điện chiều oa chiều + Tr nh khái niệm c ản từ trường, v t liệu từ, m i li n hệ gi a từ trường đại lượng điện, ng dụng mạch từ kỹ thu t - Về kỹ n ng: + V n dụng iểu th c để tính tốn th ng s kỹ thu t mạch điện chiều, oa chiều, mạch a pha trạng thái ác l p + Ph n tích s đồ mạch đ n giản, iến đổi mạch ph c tạp thành mạch điện đ n giản - Về n ng l c t ch trách nhiệm: + C khả n ng t định hướng, chọn l a phư ng pháp tiếp c n thích nghi với ài học + C n ng l c đánh giá kết học t p nghi n c u c a + T học t p, tích l kiến th c, kinh nghiệm để n ng cao tr nh độ chu n m n + Sinh vi n c thái độ nghi m túc, tỉ mỉ, ác học t p Nội dung mơn học: Thời gian (giờ) Tổng Lý Thực hành, Số T hươ g, ục số thuyết thí nghi m, TT thảo luận, tập hươ g Tĩ h n 3 Khái niệm điện trường 0.5 iện - hiệu điện 1.5 Tác dụng c a điện trường lên v t dẫn điện môi hươ g Mạ h n chiều 12 6 1.Khái niệm mạch điện chiều 0.5 0.5 Mơ hình mạch điện 0.5 0.5 Các định lu t biểu th c c ản 2 mạch điện chiều Các phư ng pháp giải mạch điện 3 Kiểm tra O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT chiều hươ g Từ trường cảm ứng n từ ại cư ng từ trường Từ trường c a dòng điện Các đại lượng đặc trưng c a từ trường L c từ Hiện tượng cảm ng điện từ Hiện tượng t cảm h cảm hươ g Dò g n xoay chiều hình sin 1.Khái niệm dịng điện xoay chiều 2.Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 3.Mạch xoay chiều pha Giải mạch xoay chiều phân nhánh Ứng dụng c a mạch điện xoay chiều công nghiệp hươ g Mạ h n phi tuyến Mạch điện phi tuyến Mạch điện c dòng điện không sin Mạch lọc điện Cộng 1 0.5 0.5 0.5 16 45 0.5 1 0.5 0.5 0.5 1.5 1 2 1 25 1 18 O N TỬ TR ỜN N 1: TĨN O N N Ề NT N M hươ g MH08-01 Giới thi u: Hiện tượng nhi m điện, dẫn điện tư ng tác điện từ trường di n th c tế phổ biến với s ng dụng c a tượng đ vào th c tế, để hiểu rõ h n điều ta nghiên c u tĩnh điện, điện tích, cơng c a l c điện trường, tác dụng c a điện trường lên v t dẫn điện m i… Mục tiêu: - Tr nh khái niệm c ản điện trường, điện tích, điện thế, hiệu điện - Tr nh s ảnh hưởng c a điện trường lên v t dẫn điện môi - Rèn luyện tính tư du , tinh th n trách nhiệm cơng việc Nội dung chính: hái i trườ g 11 i n tích iện tích đại lượng v hướng, đặc trưng cho tính chất c a v t hay hạt mặt tư ng tác điện gắn liền với hạt hay v t đ ịnh luật Coulomb: Hình 1.1 l c tư ng tác gi a điện tích điểm q1; q2 đặt cách khoảng r m i trường có s điện m i ε F12 ; F21 có: - iểm đặt: Tr n điện tích - Phư ng: ường n i điện tích - Chiều: + Hướng xa q1.q2 > (q1; q2 dấu) + Hướng vào q1.q2 < (q1; q2 trái dấu) - ộ lớn: F  k q1 q  r Trong đ : k hệ s k = 9.10  N m     C  n vị: q : Coulomb (C) r : mét (m) F : Newton (N) Ý ghĩ ịnh lu t Coulomb định lu t c ản c a tĩnh điện học, giúp ta hiểu rõ thêm khái niệm điện tích Nếu hạt c ản v t tư ng tác với theo định luạt Coulomb ta biết chúng c mang điện tích ịnh luật bảo to n tích: Trong hệ cô l p điện (hệ kh ng trao đổi điện tích với hệ khác) tổng đại s điện tích hệ s 1.2 Khái ni m trường + Khái niệm: Là m i trường tồn ung quanh điện tích tác dụng l c lên điện tích khác đặt + Cường độ điện trường: Là đại lượng đặc trưng cho điện trường khả n ng tác dụng l c   F   E   F  q.E n vị: E(V/m) q   q > : F phư ng, chiều với E   q < : F phư ng, ngược chiều với E O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT + Đường sức điện trường: Là đường vẽ điện trường cho hướng c a tiếp tư ến điểm tr n đường c ng trùng với hướng c a véc t cường độ điện trường điểm đ Tính chất đường sức: - Qua m i điểm điện trường ta vẽ đường s c điện trường - Các đường s c điện đường cong khơng kín,nó xuất phát từ điện tích dư ng,t n điện tích âm - Các đường s c điện không cắt - N i c cường độ điện trường lớn h n th đường s c đ vẽ mau ngược lại Hình 1.1: Đường sức điện trường + i trườ g đều: - C véc t cường độ điện trường điểm - Các đường s c c a điện trường đường th ng song song cách + Véctơ cường độ điện trường E điện tích điểm Q gây điểm M cách Q đoạn r có: - iểm đặt: Tại M - Phư ng: ường n i M Q - Chiều: Hướng xa Q Q > Hướng vào Q Q q gây l c F điện trường ặt vào điện trường điện tích thử q0 >  F Di chuyển điện tích q0 từ điểm M đến N l c tĩnh điện th c cơng (Hình 1.4): Cơng c a l c điện trường: AMN  k q q0  1       rM rN  Hình 1.2 Di chuyển điện tích q0 từ điểm M đến N Như v : “C ng c a l c điện làm di chuyển điện tích điểm q0 điện trường c a điện tích q theo đường cong bất kỳ, không phụ thuộc vào dạng đường cong dịch chuyển, mà phụ thuộc vào vị trí điểm đ u điểm cu i c a đường dịch chuyển” * Thế ă g ủ tí h tro g trường: Khi A = 0, theo c học trường có tính chất gọi trường Trường tĩnh điện trường nên công c a l c trường cường độ giảm n ng c a điện tích q0 dịch chuyển từ điểm M đến điểm N c a trưòng AMN  q q0  q q0 C    rM q q0    rM  WM  WN Trong đ : WM     rM WN  q q0    rN C Trong đ : C s tuỳ ý i n Giả sử c điện tích q di chuyển từ điểm M cho trước đến điểm vô Từ biểu th c: 22 AM  q.q0 q.q0 q.q0   4   rM 4   r 4   rM Chia hai vế c a biểu th c cho q0 O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT AM q  q0 4   rM Vế phải c a biểu th c không phụ thuộc vào q0 mà phụ thuộc vào điện tích q gây điện trường phụ thuộc vào vị trí đặt điện tích q0 AM Thư ng s : q đặc trưng cho điện trường ta ét n n gọi điện c a điện trường M M  AM  q0  q    rM Cho q0 = +1 đ n vị điện tích   M  AM V : “ iện điểm đ điện trường có giá trị công c a l c tĩnh điện dịch chuyển đ n vị điện tích dư ng từ điểm đ a v cùng” 2.3 Hi u n AMN AM AN q q       M   N  U MN q0 q0 q0 4   rM 4   rN Hiệu s (M - N) gọi hiệu điện gi a điểm M N AMN q0 Nếu lấy q0 = +1 đ n vị điện tích  M   N  AMN  M  N  V : ại lượng đo ằng công di chuyển đ n vị điện tích từ M đến N gọi điện áp c a điện trường Ký hiệu: U iện áp gi a hai điểm c a trường hiệu điện gi a hai điểm đ V thế, điện áp gọi hiệu điện Tá dụ g ủ trườ g l vật dẫ v i 3.1 Vật dẫ tro g trường Khi v t dẫn đặt điện trường mà kh ng c dòng điện chạy v t ta gọi v t dẫn cân điện (vdc đ) B n vdc đ cường độ điện trường khơng Mặt ngồi vdc đ: cường độ điện trường c phư ng vuông góc với mặt ngồi iện điểm tr n vdc đ ằng iện tích phân b mặt c a v t, s phân b kh ng (t p trung ch lồi nhọn) 32 i i tro g trường Khi đặt kh i điện m i điện trường nguyên tử c a chất điện m i kéo dãn chút chia làm đ u mang điện tích trái dấu (điện mơi bị phân cực) Kết kh i điện mơi hình thành nên điện trường phụ ngược chiều với điện trường NỘ DUN VÀ P N P P N N 1 Nội dung: - Về kiến th c: + Một s định lu t điện trường + Công th c tính l c tĩnh điện cơng th c tính cường độ điện trường + iện hiệu điện thế, điều kiện tồn du tr dòng điện + Một s v t dẫn điện m i điện trường - Về kỹ n ng: O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT + Giải t p c ản l c tĩnh điện, cường độ điện trường, điện hiệu điện - Về n ng l c t ch trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn th n, xác Phư ng pháp: - Kiến th c: ược đánh giá ằng hình th c kiểm tra viết, trắc nghiệm - Kỹ n ng: ánh giá kỹ n ng tính tốn ài t p - Về n ng l c t ch trách nhiệm: ánh giá phong cách học t p BÀ TẬP Bài tập 1: Cho hai điện tích điểm +q –q ( hình sau) đặt hai điểm A B, cách khoảng a chân không a) Xác định cường độ điện trường điểm C với C trung điểm c a đoạn AB ) Xác định cường độ điện trường điểm D Với D điểm nằm tr n đường trung tr c c a AB, cách A khoảng a E' Cho q = 2.10-6C, a = 3cm ED D A C E'2 E1 E2 B EC Hướng dẫn giải: a) Tại C, ta có: q q 4q  9.10 Ta có E1  E2  k  9.10 r a a / 2  E1 gây điện tích +q điểm C: C phư ng A, hướng a điểm A  E gây điện tích –q điểm C: C phư ng AC, hướng từ C B   Như v y, E1 E c độ lớn hướng    (1.4) ta có EC  E1  E2 EC  E1  E  F1  2.9.10 ộ lớn: EC  9.10 8.2.10 6 3.10  2 4q 8q  9.10 2 a a  16.10 (V / m) Bài tập 2: Tính l c tư ng tác gi a hai điện tích điểm c điện tích nhau, q = 10 C, đặt cách đoạn d = 1cm, d u (  =2) nước (  =6) Hướng dẫn giải: q q L c tư ng tác gi a hai điện tích điểm: F  9.109 22  r 6 6 10 10  4,5.10 N  45 N Ở d u (  =2):  F  9.109 2.10 4 6 6 10 10  1,5.10 N  15 N Ở nước (  =6):  F  9.10 6.10 4 10 O N TỬ TR ỜN N C 2: MẠ N MỘT O N N Ề NT ỀU M hươ g MH08-02 Giới thi u: Mạch điện chiều ng dụng nhiều lĩnh v c điện, điện tử, dòng điện chiều tư ng đ i ổn định việc nghiên c u để giải mạch điện chiều c sở để chuyển đổi giải mạch điện biến đổi khác dạng mạch điện chiều cách biến đổi Mục tiêu: - Tr nh khái niệm dòng điện chiều, khái niệm mạch điện - Ph n tích nhiệm vụ, vai trò c a ph n tử cấu thành mạch điện như: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường - Giải thích cách xây d ng mơ hình mạch điện, ph n tử mạch điện - Phát biểu định lu t c ản mạch điện chiều, phư ng pháp giải toán mạch điện chiều - Có khả n ng học t p độc l p, chun c n cơng việc Nội dung chính: Khái ni m mạ h n chiều 1 Dò g v dò g n chiều Dưới tác dụng c a l c điện trường, điện tích dư ng (+) di chuyển từ n i c điện cao đến n i c điện thấp h n, cịn điện tích âm (-) chuyển động theo chiều ngược lại, từ n i c điện thấp đến n i c điện cao h n, tạo thành dòng điện Dòng điện dịng điện tích (các hạt tải điện) di chuyển c hướng 1.2 Chiều qui ước củ dò g n Chiều qu ước c a dòng điện chiều dịch chuyển c hướng c a điện tích dư ng  Dịng điện có: * tác dụng từ (đặc trưng) (Chiều qu ước I) * tác dụng nhiệt, tác dụng hoá học tuỳ theo m i trường  Trong kim loại: dòng điện dòng điện tử t chuyển dời c hướng  Trong dung dịch điện l : dịng điện tích chuyển dời c hướng c a ion dư ng m chu ển dời theo hai hướng ngược  Trong chất khí: thành ph n tham gia dịng điện ion dư ng, ion m electron ườ g độ mật độ dò g n Cường độ dòng điện đại lượng cho biết độ mạnh c a dịng điện tính bởi: I dQ dt q: điện lượng di chuyển qua tiết diện th ng c a v t dẫn t: thời gian di chuyển (t0: I cường độ t c thời) Dòng điện có chiều cường độ kh ng tha đổi theo thời gian gọi dòng điện kh ng đổi (c ng gọi dòng điệp chiều) Cường độ c a dịng điện tính bởi: q I t Trong đ q điện lượng dịch chuyển qua tiết diện th ng c a v t dẫn thời gian t 11 O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT + Giải t p c ản mạch điện điện xoay chiều pha + Giải t p c ản mạch điện xoay chiều ba pha - Về n ng l c t ch trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn th n, xác Phư ng pháp: - Kiến th c: ược đánh giá ằng hình th c kiểm tra viết, trắc nghiệm - Kỹ n ng: ánh giá kỹ n ng tính tốn ài t p - Về n ng l c t ch trách nhiệm: ánh giá phong cách học t p BÀ TẬP Bài Cho nguồn pha cân có Ud = 200V cung cấp điện cho tải song song Tải 1: n i có trở kháng pha Z1 = 6+8j Tải 2: n i tam giác có cos   0,8 (sớm), S = 24 KVA Tính dịng điện tr n đường dây? ướng dẫn giải Z1   8j  1053 Ω Tải : P1  3R I p  200    2400W  3.6  3.10   200    3200 Var  3.8  3.10  Q  3X I p Tải : P2 = S2.cos  =24000.0.8 =19200 W Q2 = S2.sin  =-24000.0,6 =-14400 Var P =P1 +P2 =21600 W Q =Q1+Q2 =-11200 Var S  P  Q  24331 VA Id  S 3U d  70.24 A Bài Một nguồn áp a pha đ i x ng cung cấp điện cho hai tải song song, Tải đấu h nh đ i x ng với tổng trở pha: Z1= 8-8j, Tải đấu hình tam giác đ i tổng trở pha: Z2 = 24+24j iện áp dây c a nguồn 240V B qua tổng trở đườngdây Tính dịng điện tr n đường dây ướng dẫn giải Z1   8j  2 - 45 Ω Tải : P1  3R I p  240    3600W  3.8  3.8   240    3600 Var Q1  3X I  3.8  3.8  Z  24  24j  24 245 Ω p Tải P1  3R I  240    3600W  3.24  24  Q1  3X I  240    3600 Var  3.24  24  p 2 p 66 O N TỬ TR ỜN P =P1 +P2 =7200 W Q =Q1+Q2 =0 Var S  P  Q  7200 VA Id  S 3U d  17.32 A Bài Cho mạch a pha đ i x ng h nh vẽ : Tính dịng điện dây,dịng pha, cơng suất tác dụng tải ? ướng dẫn giải U Z  U d  U P  100 V Z    10Ω U Z 100   10 (A) Z 10  I d  I P  3.10  30(A) IP  P =3.6.(10 )2 =5400 W Bài Cho mạch điện h nh vẽ: Tính cơng suất tiêu thụ tải 1, tính Id1 Tính cơng suất tiêu thụ tải 2, tính Id2 Tính cơng suất tồn mạch dịng dây ướng dẫn giải Biến đổi tải từ tam giác sang h nh sao, ta cĩ h nh đ i x ng Zp = +2j -5j = -3j Id = 25,4A ; IP = 14,66A ∆P = 7741,92W QC = -9671,2 VAR Ptm = 7741,92W ; Qtm = -5806,44 VAR Bài Cho mạch điện h nh vẽ: 67 O N N Ề NT O N TỬ TR ỜN Tính: Ii , Zi , Pi ướng dẫn giải Ap dụng phư ng pháp iến đổi tư ng đư ng ta c : 1000  2.33 22 A 43  22 40,1.2,33 Pi   108 W Ii  68 O N N Ề NT O N TỬ TR ỜN N : MẠ NP O N N Ề NT TUYẾN M hươ g: MH08-05 Giới thi u: Bài trước đ ét mạch điện xoay chiều xác l p điều hòa, nhiên th c tế c ng c nhiều mạch điện khơng tuyến tính, chư ng nà nghiên c u mạch điện phi tuyến, để thấ nguyên nhân phi tuyến, đề cách biến đổi, giải mạch điện phi tuyến nghiên c u s mạch lọc thông dụng Mục tiêu: - Tr nh khái niệm dòng điện phi tuyến chiều xoay chiều - N u s linh kiện phi tuyến tuyến thường gặp - Tr nh nguyên nhân sinh tư ng phi tu ến mạch điện - Tr nh mạch lọc điện thông dụng kỹ thu t điện - Rèn luyện tính tư du , cẩn th n xác Nội dung chính: Mạ h phi tu ế 1.1 Khái ni m Thông số phi tuyến thông s c đặc tuyến đặc trưng hàm khơng tuyến tính (hàm phi tuyến)- khơng phải hàm b c nhất.Ví dụ: ặc tuyến Von –Ampe c a diot phân c c thu n ặc tuyến Von-Ampe c a cuộn dây lõi thép làm việc chế độ bão hoà từ - Quan hệ gi a điện dung c a diot biến dung varicap điện áp ngược đặn lên C(u)-một hàm phi tuyến Mạch có từ thông s phi tuyến trở lên-mạch phi tuyến 1.2 Một số linh ki n phi tuyế thường gặp i n trở phi tuyến Ký hiệu: Hình 5.1: Điện trở phi tuyến iện trở phi tuyến ác định quan hệ gi a dòng điện điện áp: u = fR(i) hay I = φR(u) đ fR, φR hàm liên tục khoảng (–∞, +∞) φR = f-1R (hàm ngược) Các đặc tuyến mô tả phư ng tr nh tr n qua g c tọa độ nằm góc ph n tư th th ba Hình 5.2: Đặc tuyến điện trở phi tuyến Nếu điện trở c đặc tuyến (1) mà khơng có (2), ta gọi ph n tử phụ thuộc dòng (R tha đổi theo i) Nếu điện trở phi tuyến c đặc tuyến (2) mà khơng có (1), ph n tử phụ thuộc áp (R thay đổi theo v) Trong trường hợp ph n tử phi tuyến có 69 O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT hai đặc tuyến (dòng hàm đ n trị c a áp ngược lại) th đ ph n tử phi tuyến không phụ thuộc Các điện trở không tuyến tính th c tế thường gặp ng đèn d t c, diode điện tử bán dẫn … i n cảm phi tuyến (cuộn dây phi tuyến) Ký hiệu: Hình 5.3: Điện cảm phi tuyến iện cảm phi tuyến cho đặc tuyến quan hệ gi a từ th ng dịng điện có dạng: Ф = fL(i) u=dФ/dt Trong đ fL hàm li n tục khoảng (–∞, +∞), qua g c tọa độ (Ф, i) nằm góc ph n tư th th ba Hình 5.4: Đặc tuyến điện cảm phi tuyến i n dung phi tuyến Ký hiệu: Hình 5.5: Điện dung phi tuyến iện dung phi tuyến đặc trưng ởi quan hệ phi tuyến gi a điện tích điện áp tụ điện q = fc(u) i=dq/dt Trong đ fc hàm li n tục khoảng (–∞, +∞), c đạo hàm liên tục khắp n i, qua g c tọa độ (q, u) nằm góc ph n tư th th ba Hình 5.6: Đặc tuyến điện dung phi tuyến Tùy thuộc vào điều kiện làm việc, người ta phân biệt đặc tuyến c a ph n tử phi tuyến thành loại sau: - ặc tuyến tĩnh ác định đo lường ph n tử phi tuyến làm việc với trình biến thiên ch m theo thời gian 70 O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT - ặc tuyến động đo lường ph n tử phi tuyến làm việc với tr nh điều hòa - ặc tuyến ung ác định ph n tử làm việc với tr nh đột biến theo thời gian 1.3 Mạch xoay chiều phi tuyến 1.3.1 Mơt số tính chất mạch phi tun - Mạch phi tu n kh ng c tính p chồng nghi m - Mạch phi tu n c tính tạo (điều ch ) t n s - Các tính chất khác Cho mạch n Hình 5.7 Với u(t) = u1(t) + u2(t) ph n tử phi tu n c tính chất: i = 2.u2 Xác định dòng n chạ mạch n tr n N u áp dụng ngu n lí p chồng, ta c : Hình 5.7 Dịng n nguồn u1(t) gây i1(t): i1 = 2.u12 Dòng n nguồn u1(t) gây i1(t): i2 = 2.u22 Như v dòng n tổng i(t) = i1(t) + i2(t) = 2(u12 + u22) Th c t , dòng n mạch i(t) = 2.u2 = 2(u1 + u2)2 Nêu u(t) = Umsin(ωt) i = 2.u2 = 2.Um2sin2(ωt) = Um2[1-cos(2ωt)] Có thể th y tần số củ dò g lần tần số nguồn áp 1.3.2 Các phương pháp phân tích mạch có phần tử phi tuyến Vấn đề đ u tiên c n quan tâm phân tích mạch phi tuyến vấn đề tiệm cận đặc tuyến theo s liệu th c nghiệm ể l p quan hệ giải tích c a đặc tuyến đ theo s liệu th c nghiệm thường sử dụng phư ng pháp nội suy đoạn h u hạn c a đặc tuyến.Hàm nội suy sử dụng nhiều dạng hàm thông dụng đa th c luỹ thừa Để phân tích phổ c a tín hiệu trình biến đổi phi tuyến thường sử dụng phư ng pháp đồ thị 3,5,7 toạ độ để ác định i n độ sóng hài Phư ng pháp đồ thị - Hình 5.8 Cách 1: Hình 5.9 từ thơng s ph n tử (I = f(u) (5.4)) quan h c từ s đồ mạch Sử dụng đồ thị: 71 O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT Hình 5.9: Ngiệm hệ phương trình phi tuyến iểm B nghiêm c a h phư ng tr nh Cách 2: PTPT Hình 5.10 Cho s đồ mạch: Hình 5.10 Có thể dùng phư ng pháp đồ thị sau: Hình 5.11: Đồ thị nghiệm phương trình phi tuyến cách Cách n i ghép ph n tử phi tuyến (PTPT) n i tiếp: qui tắc cộng áp hình 5.12, hình 5.13 Hình 5.12 Hình 5.13 u = u + u2 ặc tuyến c a ph n tử phi tuyến cho sau: 72 O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT Hình 5.14: Đặc tuyến phần tử phi tuyến nối tiếp Nối song song: Qui tắc cộng dịng Hình 5.15, hình 5.16 Hình 5.15 Hình 5.16 i= i1 + i2 (5.7) ặc tuyến c a ph n tử phi tuyến cho sau: Hình 5.17: Đặc tuyến phần tử phi tuyến song song Mạ h ó dị g h g si 2.1 Khái ni m Th c tế có nhiều dịng n iến thi n c chu k kh ng theo qui lu t h nh sin, gọi chung dòng n kh ng sin 2.2 Nguyên nhân Ngu n nh n g n n dòng n kh ng sin: Nguồn pha kh ng sin (đặc tính má phát n đồng bộ: mạch từ, khe hở khơng khí, dạng từ trường, dây quấn, ) S biến dạng dạng s ng dòng n qua ộ chỉnh lưu, nghịch lưu, iến t n, S biến dạng dạng s ng dòng n qua linh ki n án dẫn; thiết bị, mạch n c khả n ng điều khiển, 73 O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT Hình 5.18 Đồ thị sóng khơng sin Mạ h lọ 3.1 Khái ni m Trong kỹ thu t vi n th ng ta thường hay gặp dạng sóng hài g tác động khơng t t tới s làm việc c a thiết bị, để s làm việc c a thiết bị ổn định ác ta thường dùng phư ng pháp lọc, Lọc điện mạng b n c c th c biến đổi phổ c a tín hiệu theo quy lu t toán học trình biến đổi phi tuyến (biến đổi phổ c a tín hiệu) thường gặp tạo dao động h nh sin, điều i n,điều t n, biến t n, tách sóng 3.2 Các dạng mạch lọc thơng dụng Mạch lọc điện th c biến đổi phổ c a tín hiệu theo quy lu t toán học Mạch lọc thông dụng thất mạch lọc kháng LC Mạch lọc LC lại chia thành loại “k” loại “m”.L thu ết mạch lọc thu n kháng thường xuất phát từ hình 5.19a) ể nh n cơng th c có dạng tốn học thu n tiện, người ta ký hiệu trở kháng nhánh ngang Z1 , nhánh dọc Z2 Từ mạch lọc hình 5.19a) tạo mạch loc đ i x ng hình Thình 5.19b) lọc đ i x ng hình  hình 5.19c) Hình 5.19 iều kiện có lọc Z1và Z2 phải khác tính Trường hợp tích tổng trở hai nhánh lọc lọc loại k Lúc đ Z1Z2=R02=K2=const Trong đ Z1 Z có th nguyên c a điện trở, gọi điện trở danh định c a mạch lọc, ký hiệu R0 K +Lọc thông thấp (hay lọc tần số thấp) loại K c nhánh ngang điện cảm, nhánh dọc điện dung hình 5.20 (dải thơng 0C, dải chặn C) Hình 5.20 74 O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT Các cơng th c để tính thông s c a mạch lọc thông thấp: R0  iện trở danh định: C  T n s cắt: L1 C2 ; fC  L 1C C  2  L C Tổng trở đặc tính: Z CT  R Z C       c R0      c    2  f   R     fc R0  f      fc     +Lọc thông cao (hay lọc tần số cao) loại K c nhánh ngang điện dung, nhánh dọc điện cảm hình 5.21 (dải thơng C , dải chặn  C ) Hình 5.21 Các cơng thức để tính thông số mạch lọc thông cao: R0  iện trở danh định: T n s cắt: C  L 1C L2 C1 ; fC  C  2 4 L C Tổng trở đặc tính: Z CT Z C   f   R0   c   R0   c    f  R0 R0   2  c   fc  1  1      f  +Lọc thông dải(hay lọc dải thông) loại K có nhánh ngang khung cộng hưởng n i tiếp, nhánh dọc khung cộng hưởng song song, hai nhánh có t n s cộng hưởng 0 (Hình 5.22) (dải thông C1C2, dải chặn  C1, C2   ) Hình 5.22 75 O N TỬ TR ỜN O N N Ề NT Các công th c để tính thơng s c a mạch lọc thơng dải loại k: R0  iện trở danh định: L1 L2  C2 C1 T n s cắt: C1 R  R  R R             02 L1 L 1C L1  L1   L1  R  R R C        L1 L 1C L1  L1  2R Dải thông: =C2-C1= L1 1   C1C T n s trung tâm 0  L 1C L 2C R0 Tổng trở đặc tính: Z CT  R  F ; Z C  1 F2 X1  F2 4X  R0   L1    02  +Lọc chặn dải (hay lọc chặn dải hay lọc dải chắn) loại K có nhánh ngang khung cộng hưởng song song, nhánh dọc khung cộng hưởng n i tiếp –hình 5.23 (dải thơng 0C1 C2, dải chặn C1C2) Các cơng thức để tính thơng số mạch lọc chặn dải loại K: Hình 5.23 L1 L2 R0   C2 C1 iện trở danh định: T n s cắt (gi ng lọc thông dải) : C1   C  R R0   L1  L1 Dải chặn: =C2-C1= T n s trung tâm 0  R  R  R0 R           02 L1 L 1C L1  L1   L1  2R L1 L 1C   R R      L 1C L1   L1 L 2C  C1C 76    02  O N TỬ TR ỜN Tổng trở đặc tính: Z CT  R  F2 O N N Ề NT R0 ; Z C  1 F2 Mạch lọc RC Lọc RC thơng thấp (hình 5.24) T n s cắt: C  RC Hình 5.24 Lọc RC thơng cao (hình 5.25) T n s cắt: C  4RC Hình 5.25 NỘ DUN VÀ P N P P N N Nội dung: - Về kiến th c: + Một s ph n tử mạch phi tuyến + Mạch điện phi tuyến đ n giản + Mạch lọc thông dụng - Về kỹ n ng: + Giải t p c ản mạch phi tuyến, mạch lọc điện thông dụng - Về n ng l c t ch trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn th n, xác Phư ng pháp: - Kiến th c: ược đánh giá ằng hình th c kiểm tra viết, trắc nghiệm - Kỹ n ng: ánh giá kỹ n ng tính tốn ài t p - Về n ng l c t ch trách nhiệm: ánh giá phong cách học t p BÀI TẬP Mạch lọc thơng thấp có t n s cắt 15Khz, điện trở tải 500 H ác định: a) Vẽ s đồ h nh “Γ”, h nh “T” h nh “” c a mạch lọc, điền hình vẽ trị s thơng s v t lý c a mạch b) Tổng trở đặc tính t n s Khz, 10 Khz ướng dẫn 77 O Vì N TỬ fC  TR ỜN  L 1C C2  L1 C2 , Rt  R0  O N nª n 1   42,44.10 9 F  42,44 nF fC R .15.10 500 L  R 02 C  0,0106 H  10,6 mH Hình 5.26 a) S đồ mạch lọc trình bày Hình 5.26 b) Tổng trở đặc tính: t n s Khz, 10 Khz ZCT : t n s 5Khz: Z CT 5Khz t n s 10Khz: Z CT ZC :  R0 10 Khz  R0 t n s 5Khz: Z CT t n s 10Khz: Z CT 10 Khz  f    fC  f    fC Khz 2   10    500     372,7   15   R0 500    530,33  2  f  5 1       15   fC  R0   5   500     471,4   15    f    fC    2 500   10  1    15  2.Cho mạch lọc hình Hình 5.27.H ác định: a) T n s cắt c a mạch lọc ) iện trở danh định R0 c a mạch lọc c) Tổng trở đặc tính t n s 500 Hz Hình 5.27 ướng dẫn a) L1=66,8.2=133,7 mH C2=0,485 F fC  b)  L 1C R0   1250 Hz L1  525  C2 78  670,8  N Ề NT O N TỬ TR ỜN c) Z CT 500 Hz  500   525     481   1250  Hình 5.28 79 O N N Ề NT O N TỬ TR ỜN TÀ L UT M O N N Ề NT ẢO [1] iện kỹ thu t Nguy n Viết Hải - Nhà xuất lao động Xã Hội – Hà Nội – N m 2004 [2] C sở kỹ thu t điện Hoàng H u Th n Nhà xuất kỹ thu t Hà Nội – N m 1980 [3] Giáo trình kỹ thu t điện Vụ trung học chuyên nghiệp dạy nghề - Nhà xuất Giáo Dục –N m 2005 [4] Mạch điện Phạm Thị Cư (ch biên) - Nhà Xuất Giáo dục - 1996 [5] C sở lý thuyết mạch điện Nguy n Bình Thành - ại học Bách khoa Hà Nội - 1980 [6] Kỹ thu t điện đại cư ng Hoàng H u Th n - Nhà Xuất ại học Trung học chyên nghiệp - Hà Nội - 1976 [7] Bài t p Kỹ thu t điện đại cư ng Hoàng H u Th n - Nhà Xuất ại học Trung học chyên nghiệp - Hà Nội - 1980 80 ... mạch điện, điện trường, cảm ng điện từ, điện tích… - Vai trị c a m n học: Là c sở để học nghi n c u m n học chu n m n nghề Mục tiêu môn học: - Về kiến th c: + Tr nh định lu t c ản điện học, ng... Khi điện trường tác dụng l n điện tích, làm cho điện tích di chuyển điện trường, đ l c th c công gọi công c a l c điện trường Xét điện tích điểm q > q gây l c F điện trường ặt vào điện trường điện. .. trường, tác dụng c a điện trường lên v t dẫn điện m i… Mục tiêu: - Tr nh khái niệm c ản điện trường, điện tích, điện thế, hiệu điện - Tr nh s ảnh hưởng c a điện trường lên v t dẫn điện mơi - Rèn luyện