(NB) Giáo trình Mạch điện cơ bản trang bị những kiến thức, kỹ năng cơ bản về mạch điện; phát biểu được các khái niệm, định luật, định lý cơ bản trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha.
Trang 1TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ
GIÁO TRÌNH
MÔ ĐUN: MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN NGHỀ: LẮP ĐẶT THIẾT BỊ ĐIỆN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định số:205/QĐ-CĐDK ngày 1 tháng 3 năm 2022
của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)
Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022
(Lưu hành nội bộ)
Trang 3LỜI NÓI ĐẦU
Giáo trình Mạch điện cơ bản được biên soạn nhằm phục vụ đào tạo cho học sinh, sinh viên nghề Lắp đặt thiết bị điện Sau khi học giáo trình này người học có thể hiểu các khái niệm cơ bản về từ trường và các đại lượng cơ bản trong mạch điện Giáo trình này bao gồm
2 chương:
Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ
Chương 2: Các đại lượng cơ bản trong mạch điện
Giáo trình Mạch điện cơ bản được biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy của giáo viên và là tại liệu học tập của sinh viên Trường Cao đẳng Dầu khí
Do chuyên môn và thời gian có hạn nên không tránh khởi những thiếu sót, vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và bạn đọc để cuốn sách có chất lượng cao hơn
Trang 4
MỤC LỤC
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC: MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN 5
5.1 Chương trình khung: 5
5.2 Chương trình chi tiết môn học: 7
CHƯƠNG 1: TỪ TRƯỜNG – CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 1
1.1 TỪ TRƯỜNG - KHÁI NIỆM TỪ TRƯỜNG 2
1.2 CÁCH TẠO RA TỪ TRƯỜNG 2
1.3 CẢM ỨNG TỪ 3
1.4 LỰC TỪ 4
1.5 TỪ THÔNG – KHÁI NIỆM VỀ TỪ THÔNG 7
1.6 HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG DIỆN TỪ 7
1.7 CHIỀU DÒNG DIỆN CẢM ỨNG – ĐỊNH LUẬ LENZ – SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG 8
CHƯƠNG 2: CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN 10
2.1 ĐIỆN THẾ 11
2.2 CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN 11
2.3 ĐIỆN TRỞ 12
2.4 Công suất 12
2.5 Điện dung 13
2.6 Điện cảm 13
TÀI LIỆU THAM KHẢO 15
Trang 5CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC: MẠCH ĐIỆN CƠ BẢN
1 Tên môn học: Mạch điện cơ bản
2 Mã môn học: ELEI52033
Thời gian thực hiện môn học: 30 giờ; (Lý thuyết: 27 giờ; Thực hành (bài tập): 1 giờ;
Kiểm tra: 2 giờ)
Số tín chỉ: 2
3 Vị trí, tính chất của môn học:
dạy trước các môn học, mô đun chuyên môn nghề và sau các môn học, mô đun chung
+ Rèn luyện tính kiên nhẫn, chính xác tỉ mỉ trong công việc
5 Nội dung môn học:
Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập
Trang 63 COMP51007 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 0 2
II.1 Các môn học, mô đun
kỹ thuật cơ sở 12 240 112 116 8 4
Trang 720 ELEC55126 Lắp đặt hệ thống điều
Tổng cộng: 65 1545 443 1030 32 40 5.2 Chương trình chi tiết môn học:
Số
TT Nội dung tổng quát
Thời gian (giờ)
Tổng
số
Lý thuyết
Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập
6 Điều kiện thực hiện môn học
+ Cẩn thận, nghiêm túc trong học tập và trong công việc
+ Rèn luyện tính kiên nhẫn, chính xác tỉ mỉ trong công việc
7.2 Phương pháp đánh giá kết thúc môn học theo một trong các hình thức sau:
Kiểm tra thưởng xuyên:
Trang 8- Số lượng bài: 01
- Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện tại thời điểm bất kỳ trong quá trình học thông qua việc kiểm tra vấn đáp trong giờ học, kiểm tra viết với thời gian làm bài bằng hoặc dưới 30 phút, kiểm tra một số nội dung thực hành, thực tập, chấm điểm bài tập
Kiểm tra định kỳ:
giờ kiểm tra được quy định trong chương trình môn học ở mục III có thể bằng hình thức kiểm tra viết từ 45 đến 60 phút, chấm điểm bài tập lớn, tiểu luận, làm bài thực hành, thực tập Giáo viên biên soạn đề kiểm tra lý thuyết kèm đáp án và đề kiểm tra thực hành kèm biểu mẫu đánh giá thực hành theo đúng biểu mẫu qui định, trong đó:
nhà máy nhiệt điện, vận hành thiết bị chế biến Dầu khí, Sửa chữa thiết bị chế biến Dầu khí, Cắt gọt kim loại trình độ Cao đẳng, Trung cấp
+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết với bài học Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy
+ Tổ chức giảng dạy: theo lớp
+ Thiết kế các phiếu học tập
+ Tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ
+ Hoàn thành các bài tập
+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập
Trang 9+ Tuân thủ qui định giờ giấc
[1] Phạm Thị Cư (chủ biên), Mạch điện 1, NXB Giáo dục, năm 2000
[2] Hoàng Hữu Thận, Cơ sở Kỹ thuật điện , NXB Giao thông vận tải, năm 2000
Trang 10Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 1
CHƯƠNG 1: TỪ TRƯỜNG – CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1
Chương 1 là chương giới thiệu cơ bản về từ trường, hiện tượng cảm ứng điện từ, từ thông, lực từ
MỤC TIÊU CHƯƠNG 1:
- Trình bày được các khái niệm cơ bản về từ trường, cường độ từ cảm, cường độ từ trường, từ thông
- Trình bày được hiện tượng cảm ứng điện từ
- Trình bày được cách xác định chiều dòng điện cảm ứng trong vòng dây hoặc trong thanh dẫn chuyển động trong từ trường
- Tính được lực điện từ
- Rèn luyện được đức tính cẩn thận, tỷ mỉ, chính xác
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1
- Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm)
- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống chương 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định
ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Không
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan
- Các điều kiện khác: Không có
KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1
- Nội dung:
Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Trang 11Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 2
Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng
Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập
Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1
NỘI DUNG CHƯƠNG 1
1.1 TỪ TRƯỜNG - KHÁI NIỆM TỪ TRƯỜNG
Nam châm điện, nam châm vĩnh cửu, dây dẫn mang dòng điện tạo ra xung quanh chúng từ trường Từ trường được biểu diễn bởi các đường sức từ trường (đường cảm ứng từ), đi từ cực bắc (N) tới cực nam (S) và trở về cực bắc qua lõi nam châm (hình 1.1)
Từ trường là một dạng của vật chất tồn tại xung quanh dòng điện hay các hạt mang điện chuyển động và tác dụng lực từ lên dòng điện hay hạt mang điện chuyển động khác trong đó
1.2 CÁCH TẠO RA TỪ TRƯỜNG
1.2.1 Nam châm vĩnh cửu
Quy tắc “Ra Bắc vào Nam”
1.2.2 Quy tắc “ Vặn đinh ốc”
a Đường sức từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng:
Hình 1.1 Đường sức của nam châm vĩnh cửu
Trang 12Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 3
Quy tắc “Vặn đinh ốc 1: Chiều của dòng điện là chiều tiến của đinh ốc, chiều của
quay của đinh ốc là chiều của từ trường” (hình 1.2)
b Đường sức từ trường của cuộn dây có dòng điện:
Quy tắc “Vặn đinh ốc 2: Chiều quay của đinh ốc là chiều của dòng điện trong cuộn
dây, chiều tịnh tiến của đinh ốc là chiều của từ trường”
1.3 CẢM ỨNG TỪ
Từ trường trong không gian biểu diễn bằng các đường sức từ trường, nó là các đường cong khép kín, tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với phương từ trường tại điểm ấy Mật độ đường sức lớn hay nhỏ cho biết từ trường mạnh hay yếu
Trị số của B⃗⃗ : cho biết từ trường mạnh hay yếu, đơn vị là Tesla (T)
Chiều của B⃗⃗ : là chiều của từ trường (chiều của các đường sức từ trường)
từ trường H⃗⃗ (đơn vị là Ampe trên mét, A/m), để đặc trưng cho từ trường trong môi trường vật chất
Hình 1.2 Quy tắc vặn đinh ốc 1
Hình 1.3 Quy tắc vặn đinh ốc 2
Trang 13Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 4
B
⃗⃗ =μ0(1+m)H⃗⃗ =μH⃗⃗
Trong đó:
m: độ từ thẩm của môi trường vật chất đặc trưng ảnh hưởng của môi trường
: hệ số (độ) từ thẩm của môi trường vật chất
Do hệ số từ thẩm của vật liệu dẫn từ lớn gấp hàng nghìn lần của chân không nên người ta đưa ra khái niệm hệ số từ thẩm tương đối:
μr= μ
μ0
Trong kỹ thuật điện, các vật liệu sắt từ có μr rất lớn (từ vài trăm cho đến vài vạn)
vì vậy sắt từ thường được sử dụng để chế tạo các mạch từ cho các thiết bị điện
Trong phần thép:
B = H = B =μ0μrH
1.4 LỰC TỪ
1.4.1 Lực từ giữa các cực của nam châm
Hai cực khác tên của 2 nam châm đặt gần nhau sẽ hút nhau (hình 1.4) Ngược lại 2 cực cùng tên để gần nhau sẽ đẩy nhau (hình 1.5)
Hình 1.4 Lực hút giữa 2 cực khác tên của 2 nam châm
Trang 14Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 5
1.4.2 Lực tác dụng của từ trường lên thanh dẫn mang dòng điện
Khi thanh dẫn mang dòng điện nằm trong từ trường, thanh dẫn sẽ chịu lực điện từ tác dụng có trị số là:
Khi thanh dẫn đặt vuông góc với từ trường (α = 900) lực điện từ là: F = BIl
Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc “bàn
tay trái”: “Đặt bàn tay trái sao cho long bàn tay
hứng các đường cảm ứng từ, chiều từ cổ tay đến
các ngón tay là chiều của dòng điện, chiều ngón tay
cái choãi ra 90 độ là chiều của lực điện từ”
Ví dụ: Một thanh dẫn l = 2m có dòng điện I
= 150 mA chạy qua, đặt vuông góc với từ trường
đều B = 1,2 T Chiều dòng điện như hình vẽ (hình
1.7)
Hình 1.5 Lực đẩy giữa 2 cực cùng tên của 2 nam châm
Hình 1.6 Xác định chiều lực điện từ
Trang 15Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 6
Tình trị số và chiều lực điện từ tác dụng lên thanh dẫn
Giải:
Trị số lực điện từ:
F = BIl = 1,2.150.10-3.2 = 0,36 N
Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều
lực điện từ hướng xuống dưới
1.4.3 Lực tác dụng lên hai thanh dẫn đặt song song
a Hai thanh dẫn có cùng chiều dòng điện
Xét đoạn CD = l trên dây dẫn thứ 2 (d2), cảm ứng từ B1 do dây thứ nhất (d1) gây ra
trên l
Chiều của B1 được xác định theo quy tắc vặn đinh ốc 1
Lực từ F12 tác dụng lên dây đoạn CD (d2):
Chiều F12 xác định theo quy tắc bàn tay trái
Tương tự cho dây dẫn thứ nhất đoạn AB
Như vậy nếu dòng điện trong 2 dây dẫn cùng chiều thì chúng hút nhau
b Hai thanh dẫn ngược chiều dòng điện
Xét tương tự dòng điện trong 2 dây dẫn ngược chiều thì thì chúng đẩy nhau
Hình 1.8 Lực tác dụng giữa hai thanh dẫn mang dòng điện đặt song
Hình 1.7
Trang 16Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 7
1.5 TỪ THÔNG – KHÁI NIỆM VỀ TỪ THÔNG
Thông lượng của vectơ B⃗⃗ xuyên qua một bề
mặt S được gọi là từ thông (hình 1.9) Khi vectơ B⃗⃗
thẳng góc với bề mặt S và có trị số bằng nhau trên
toàn mặt phẳng ấy thì từ thông dược tính là:
= BS Đơn vị của từ thông là Vêbe, kí hiệu Wb
Diện tích mặt cực S = 10 dm2 Tính từ thông của mỗi cực từ
1.6 HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG DIỆN TỪ
Nhà bác học người Anh, Faraday, là người đầu tiên phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ Ông đã tìm ra được mối liên hệ giữa điện trường và từ trường
Với các thí nghiệm, đưa nam châm vĩnh cửu lại gần một dây dẫn điện thì làm dòng
điện biến đổi, thay đổi dòng điện trong ống dây thì sẽ tạo ra dòng điện trong vòng dây dẫn kín đặt trong từ trường, đó chính là biểu hiện của hiện tượng cảm ứng điện từ
Như vậy, trong mạch kín sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng, khi từ thông (hay số
đường cảm ứng từ) qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên theo thời gian
Hình 1.9 Từ thông trong lõi thép
Trang 17Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 8
1.7 CHIỀU DÒNG DIỆN CẢM ỨNG – ĐỊNH LUẬ LENZ – SỨC ĐIỆN ĐỘNG
CẢM ỨNG
1.7.1 Chiều của dòng điện cảm ứng – Định luật Lentz
Qua phân tích các thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ, nhà bác học
Lentz, người Nga, đã tìm ra được quy tắc xác định chiều của dòng điện cảm ứng: Dòng
điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường do dòng điện ấy sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó (từ thông ban đầu qua mạch)
1.7.2 Sức điện động cảm ứng
Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín chứng tỏ trong mạch đã xuất hiện
sức điện động cảm ứng Sức điện động cảm ứng chỉ phụ thuộc vào sự biến thiên của
từ thông gửi qua mạch Nếu mạch không kín thì nếu từ thông biến thiên vẫn làm xuất hiện sức điện động cảm ứng nhưng không có dòng điện trong mạch
1.7.3 Định luật cảm ứng điện từ
Mỗi khi từ thông qua diện tích giới hạn bởi một mạch nào đó biến thiên thì làm xuất hiện trong mạch một sức điện động cảm ứng Nếu mạch khép kín sẽ có dòng điện trong mạch
Chiều của dòng điện trong mạch sẽ tuân theo định luật Lentz
Faraday đã tìm ra Định luật cảm ứng điện từ:
ec = -d
Sức điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch bằng về trị số nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch
TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG 1
Trang 18Chương 1: Từ trường – Cảm ứng điện từ Trang 9
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CỦNG CỐ CHƯƠNG 1
1 Trình bày khái niệm từ trường
2 Nêu các phương pháp xác định chiều đường sức từ trường
3 Hãy viết biểu thức quan hệ giũa cường độ từ cảm B và từ trường H và đơn vị của chúng
5 Phát biểu định luật lực từ
6 Nêu định nghĩa từ thông
7 Trình bày thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ
8 Phát biểu chiều của dòng điện cảm ứng
phân bố đều trên diện tích S Tính cường độ từ cảm B
Đáp số: B = 1,2 T
Trang 19Chương 2: Các đại lượng cơ bản trong mạch điện Trang 10
CHƯƠNG 2: CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN
GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2:
Chương 2 là giới thiệu về các đại lượng cơ bản trong mạch điện gồm: Điện thế, cường độ dòng điện điện trở, điện cảm, điện dung và cách tính toán công suất
MỤC TIÊU CHƯƠNG 2:
- Trình bày được khái niệm một số đại lượng cơ bản trong mạch điện
- Giải được một số bài tập về các đại lượng cơ bản trong mạch điện
- Phát huy tính tích cực, chủ động và sáng ta ̣o trong học tâ ̣p
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 2
- Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm)
- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 2) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống chương 2 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định
ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 2
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Không
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan
- Các điều kiện khác: Không có
KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 2
- Nội dung:
Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng
Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
Trang 20Chương 2: Các đại lượng cơ bản trong mạch điện Trang 11
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập
Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1 bài
NỘI DUNG CHƯƠNG 2
2.1 ĐIỆN THẾ
Tại mỗi điểm trong mạch điện có một điện thế Hiệu điện thế giữa 2 điểm gọi là điện áp U: UAB=φA-φB
Đơn vị của điện áp là Volt, kí hiệu là V
Chiều của điện áp quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp
2.2 CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN
a Khái niệm
Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện dưới tác dụng của điện trường
Người ta quy ước chiều của dòng điện là chiều chuyển dịch của các điện tích dương
Như vậy trong vật dẫn, chiều dòng điện hướng từ cực dương (+) về cực âm (-) của
nguồn (từ nơi có điện thế cao về nơi có điện thế thấp hơn)
Đại lượng đặc trưng cho độ lớn của dòng điện là cường độ dòng điện hay dòng
điện, ký hiệu là I Cường độ dòng điện bằng lượng điện tích (hay điện lượng) q qua tiết
diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian t
∆tĐơn vị của dòng điện là Ampe, kí hiệu là A
1A = 1C/1s
1kA = 103A ; 1mA = 10-3A ;1µA = 10-6A