Đề cương bài giảng thực tập kỹ thuật điện – điện tử trường cđ kinh tế kỹ thuật vinatex tp hcm

ĐCBG TT KT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 1 | P a g e TRƯỜNG CAO KINH TẾ KỸ THUẬT VINATEX TP HCM ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG THỰC TẬP KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Thành Phố Hồ Chí Minh – 2017 ĐCBG TT KT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2 | P a g e[.]

TRƯỜNG CAO KINH TẾ - KỸ THUẬT VINATEX TP.HCM

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG

THỰC TẬP KỸ THUẬT

ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Thành Phố Hồ Chí Minh – 2017

PHẦN A: LÝ THUYẾT

Chương I: KỸ THUẬT ĐIỆN

I MẠCH ĐIỆN:

1 Khái niệm chung:

 Mạch điện: là một hệ gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại trong đó xảy ra các

quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ đo bởi các đại lượng dòng điện, điện áp Mạch điện có 2

loại phần tử chính là nguồn và phụ tải

được nối với nhau bằng dây dẫn theo

một cách thức nhất định thông qua

các thiết bị phụ trợ (hình 1-1)

 Nguồn điện: là các phần tử dùng để cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện

cho mạch, ví dụ như máy phát điện, ắc quy, cảm biến nhiệt … Nguồn điện có thể là nguồn một chiều hoặc xoay chiều

- Nguồn một chiều: Pin, acquy, máy phát điện một chiều

- Nguồn xoay chiều: Lấy từ lưới điện, máy phát điện xoay chiều

 Phụ tải: là các thiết bị nhận năng lượng điện hay tín hiệu điện để chuyển hóa thành

một dạng năng lượng khác, như dùng để thắp sáng (quang năng), chạy các động cơ điện (cơ năng), dùng để chạy các lò điện (nhiệt năng) , ký hiệu bằng điện trở R hoặc bằng trở kháng Z

 Các thiết bị phụ trợ: như các thiết bị đóng cắt (cầu dao, công tắc ), các máy đo

(ampemet, vônmet, wattmet …), các thiết bị bảo vệ (cầu chì, aptômát )

Một mạch điện phức tạp bao gồm nhiều nhánh kết nối với nhau tạo thành các mạch vòng khép kín (mắt) giao kết tại các nút:

- Nhánh: là một phần của mạch điện, trong đó

các phần tử mạch mắc nối tiếp với nhau sao

cho có cùng một dòng điện chạy qua

- Nút: là chỗ giao nhau của các nhánh

- Mắt: là một mạch vòng khép kín liên kết nhờ

các nhánh

Ví dụ: Mạch điện trên (hình 1-2) gồm 5

nhánh AB, AC, CB, CD và BD kết nối với nhau

tạo thành 4 nút A, B, C và D Các mạch vòng

khép kín tạo thành các mắt (ACBA), (BCDB) và

(ACDBA)

Hình 1.1

Hình 1.2

2 Các định luật cơ bản:

2.1 Định luật Ohm:

R

Z



2.2 Định luật Kirchhoff 1:

Định luật Kirchhoff 1 còn gọi là định luật Kirchhoff về dòng điện, được phát

biểu như sau : Tổng đại số các dòng điện tại một nút bất kỳ bằng không:

ú

0

k

n t

 

trong đó, nếu qui ước dòng điện đi đến nút mang dấu dương (+) thì dòng điện rời khỏi nút phải mang dấu âm (-) và ngược lại

Ví dụ : Áp dụng định luật Kirchhoff 1, viết tại nút K ở hình 1.3 Ta có:

2.3 Định luật Kirchhoff 2:

Định luật này còn gọi là định luật Kirchhoff về điện áp, được phát biểu như sau:

Tổng đại số các điện áp trên các phần tử dọc theo tất cả các nhánh trong một vòng kín với chiều tùy ý bằng không:

ò

0

k

v ng

u

 



Nếu chiều mạch vòng đi từ cực + sang - của một điện áp thì điện áp đó mang dấu +,

còn ngược lại mang dấu -

Ví dụ: Như trên hình 1.4, áp dụng định luật Kirchhoff về điện áp viết phương trình

điện áp cho hai mạch vòng I và II, như sau :

u1 - u2 + e2 - e1 = 0

u1 - u3 + e3 - e1 = 0

3 Các biến đổi tương đương: Hai phần mạch được gọi là tương đương nếu quan hệ

giữa dòng điện và điện áp trên các cực của hai phần mạch là như nhau

3.1 Các nguồn sức điện động mắc nối tiếp: sẽ tương đương với một nguồn sức điện

1.5a)

Hình 1.5a: Các nguồn áp nối tiếp Hình 1.5b: Các nguồn dòng song song

3.2 Các nguồn dòng điện mắc song song: sẽ tương đương với một nguồn dòng

duy nhất có trị số bằng tổng đại số các nguồn dòng đó: jtđ =   jk ( hình 1.5b)

3.3 Các phần tử điện trở mắc nối tiếp: sẽ tương đương với một phần tử điện trở

1.6a)

Hình 1.6a: Điện trở ghép nối tiếp Hình 1.6b: Điện trở ghép song

3.4 Các phần tử điện trở mắc song song: sẽ tương đương với một phần tử điện trở

1.6b)

3.5 Nguồn sức điện động mắc nối tiếp với một điện trở: sẽ tương đương với một

nguồn dòng mắc song song với điện trở đó và ngược lại ( hình 1.7)

Hình 1-7

3.6 Phép biến đổi sao – tam giác ( Y  ): ( hình 1.8)

Hình 1-8

4 Các phương pháp phân tích mạch điện 1 chiều:

4.1 Phương pháp dòng điện nhánh:

 Các bước thực hiện:

Phương pháp này có ẩn số trực tiếp là các dòng điện nhánh:

- Bước 1: Xác định số nhánh n và số nút d của mạch Chọn chiều tùy ý dòng điện trong các nhánh và chiều mắt lưới độc lập (nếu bài toán chưa cho)

- Bước 2: Lập hệ phương trình mạch điện:

luật Kirhhoff 2 (K2)

- Bước 3: Giải hệ phương trình mạch điện trên để tìm trị số dòng điện trong các nhánh (Chú ý: nếu dòng điện tìm được có giá trị âm thì kết luận chiều của dòng điện đó trong mạch là chiều ngược lại)

Ví dụ : Tìm dòng điện trong các nhánh của mạch điện sau đây:

Giải: B1: Mạch điện trên có 5 nhánh, 3 nút Chiều dòng điện trong các nhánh đã cho sẵn

Chọn chiều mắt lưới như hình 1.9

B2: Lập hệ 5 phương trình mạch điện:

- Vòng ACBA: 4I3 – 2I4 – I5 = 0 (4)

B3: Giải hệ 5 phương trình trên, ta được:

I1 = 4,5 (A); I2 = 0,5 (A); I3 = 1,5 (A); I4 = 3,5 (A); I5 = -1 (A)

4.2 Phương pháp thế nút:

 Các bước thực hiện:

- Bước 1: Xác định số nút d của mạch Chọn chiều tùy ý dòng điện trong các nhánh (nếu bài toán chưa cho) Nếu trong mạch có chứa nguồn áp mắc nối tiếp với một trở kháng thì cần thay chúng bằng nguồn dòng tương đương

- Bước 2: Chọn tùy ý 1 nút (nút gốc) có điện thế bằng 0 Viết phương trình thế các nút còn lại (mạch có n nút thì viết n-1 phương trình)

- Bước 3: Giải hệ phương trình thế nút trên để tìm ra các thế nút

- Bước 4: Suy ra dòng trong từng nhánh theo định luật Ohm trong từng đoạn mạch

 Chú ý:

- Nút gốc có thể chọn tuỳ ý, thường ta chọn nút có nhiều nhánh nối tới nhất làm nút gốc

- Điện thế (gọi tắt là thế) của một nút được định nghĩa là điện áp của nút đó so với nút gốc

- Trở kháng của nguồn áp bằng 0, trở kháng của nguồn dòng bằng 

Trong trường hợp tổng quát đối với mạch có d nút, người ta chứng minh được hệ phương trình đối với (d-1) thế nút có dạng sau:

 

Y  Y   Y     J (Phương trình viết cho nút 1)

 

Y  Y   Y     J (Phương trình viết cho nút 2)

………

d 1 1  1 d 1 2  2 d 1 d 1  d 1 đ d 1 

Y   Y    Y      J  (Phương trình viết cho nút d-1) trong đó:

o Yii (i = 1 ÷ d-1) = tổng các dẫn nạp của các nhánh nối tới nút i

o Yij = Yji (i = 1 ÷ d-1, j = 1 ÷ d-1, i  j ) = - (tổng các dẫn nạp của các nhánh nối giữa

2 nút i và j)

vào nút I, ngược lại mang dấu “-”

4.3 Phương pháp dòng mắt lưới:

 Các bước thực hiện:

- Bước 1: Xác định số nhánh n, số nút d của mạch  số mắt lưới (n-d+1) Chọn chiều tùy ý dòng điện trong các nhánh, các dòng điện mắt lưới (nếu bài toán chưa cho) Nếu trong mạch có nguồn dòng mắc song song với một trở kháng thì cần thay chúng bằng nguồn áp tương đương

- Bước 2: Viết hệ phương trình (n-d+1) dòng mắt lưới bằng định luật Kirchhoff 2

- Bước 3: Giải hệ phương trình trên, ta tìm được giá trị của các dòng mắt lưới

- Bước 4: Tìm ra các dòng nhánh theo nguyên tắc:

dòng nhánh

o Nếu có nhiều dòng mắt lưới chạy qua cùng 1 nhánh thì xếp chồng tất cả các dòng mắt lưới đó lại, ta sẽ có dòng nhánh

Trong trường hợp tổng quát đối với mạch có d nút, n nhánh, số mắt lưới L = n – d + 1, người ta chứng minh được hệ phương trình đối với L dòng mắt lưới có dạng sau:

21 m1 22 m2 2L mL m2

………

L m L m LL mL mL

trong đó:

giữa 2 mắt lưới i và j), lấy dấu “+” nếu trên các nhánh chung hai dòng mắt lưới chảy cùng chiều nhau, lấy dấu “-” trong trường hợp ngược lại Nếu ta chọn tất cả các dòng mắt lưới có cùng chiều với nhau thì trên nhánh chung giữa hai mắt lưới hai dòng điện mắt lưới luôn chảy ngược chiều nhau, do đó luôn lấy dấu “-”

cực – đến cực + của một nguồn sức điện động thì nguồn sức điện động đó mang dấu

“+”, ngược lại lấy dấu “-”

4.4 Phương pháp xếp chồng:

Nguyên lý xếp chồng như sau: Đáp ứng tạo bởi nhiều nguồn kích thích tác động

đồng thời thì bằng tổng các đáp ứng tạo bởi mỗi nguồn kích thích tác động riêng rẽ

Mạch có 2 nguồn kích thích là nguồn dòng độc lập J1 và nguồn áp độc lập E2

1 , , 2 3

I I I Nếu chỉ cho một mình J1 tác động còn E2 triệt tiêu thì ta có mạch hình

1 , , 2 3

I I I

Hình 1.10

I I I

II TỪ TRƯỜNG:

1 Khái niệm chung:

- Từ trường là một dạng vật chất bao xung quanh hạt mang điện chuyển động và tác dụng lực từ lên hạt mang điện khác chuyển động trong đó

- Đường sức từ trường: là đường cong mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó trùng với trục kim nam châm đặt tại điểm đó Chiều của đường sức từ trường là chiều từ cực nam sang cực bắc của kim nam châm đó

2 Các đại lượng từ cơ bản của từ trường:

2.1 Cường độ từ cảm (cảm ứng từ): B

- Cường độ từ cảm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường

đó, có chiều cùng chiều đường sức từ và có độ lớn:

sin

F B Il





trong đó: F : Lực từ tác dụng lên dây dẫn [N]

I : Cường độ dòng điện qua dây [A]

l : Chiều dài dây dẫn [m]

2.2 Từ thông: 

Từ thông qua mặt S là tổng các đường sức từ xuyên vuông góc qua mặt S đó (còn

trong đó: B : Cảm ứng từ [T]

S : Diện tích mặt giới hạn [m2]

 : Từ thông [Wb]

2.3 Hệ số từ thẩm tương đối: 

Là tỉ số giữa cảm ứng từ trong môi trường chân không và cảm ứng từ trong môi

0

B

B B B

2.4 Cường độ từ trường: H

Là đại lượng đặc trưng cho khả năng gây từ của dòng điện Nó chỉ phụ thuộc vào dòng điện luyện từ mà không phụ thuộc vào môi trường

2.5 Hệ số từ thẩm tuyệt đối (a ): a B

H

 

   a 0 (0 = 4.10-7 H/m)

3 Định luật cảm ứng điện từ:

3.1 Trường hợp từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên:

Khi từ thông  = (t) xuyên qua vòng dây biến thiên, trong vòng dây sẽ cảm ứng suất điện động e(t) Suất điện động đó có chiều sao cho dòng điện do nó sinh ra tạo ra từ thông chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó

Hình 2.1 Chiều dương sđđ cảm

ứng phù hợp với từ thông theo

qui tắc văn nút chai

- Suất điện động cảm ứng trong một vòng dây được tính theo công thức Maxwell:

d e dt



- Nếu cuộn dây có N vòng, suất điện động cảm ứng là:

d d

e N

dt dt

trong đó:  = N [Wb] gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây

3.2 Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường:

Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức

từ trường (là trường hợp thường gặp nhất trong máy điện), trong thanh dẫn cảm ứng suất điện động có trị số:

trong đó: B : Cường độ từ cảm [T]

l : chiều dài tác dụng của thanh dẫn [m]

v : tốc độ dài của thanh dẫn [m/s]

Chiều suất điện động cảm ứng xác định theo qui tắc bàn tay phải (hình 2.2)

4 Định luật lực điện từ:

Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:

trong đó: I : dòng điện chạy trong thanh dẫn [A]

B : cường độ từ cảm [T]

F : lực điện từ [N]

Chiều của lực điện từ được xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 2.3)

5 Dòng điện xoáy:

- Khi từ thông qua khối vật dẫn bằng kim loại biến thiên thì sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng Suất điện động này sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng chạy quanh trong vật dẫn: đó là dòng điện xoáy hay dòng điện Phu-cô

- Tác hại: dòng điện xoáy làm nóng máy do đó làm giảm hiệu suất của máy

- Để giảm nhỏ dòng điện xoáy, các máy điện có mạch từ được ghép bằng các lá thép

kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau Dòng điện xoáy sinh ra chỉ chạy trong từng

là thép mỏng (thường làm bằng tôn silic)  cường độ dòng điện xoáy bị giảm nhỏ

- Lợi ích: dòng điện xoáy được dùng để nấu chảy kim loại (trong lò điện cảm ứng), tôi kim loại (trong lò điện cao tần) và dùng trong công-tơ điện

Hình 2.2 Xác định sđđ cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải

Hình 1.13

Hình 1.11

Hình 1.11

Hình 2.3 Xác định sđđ cảm ứng theo qui tắc bàn tay trái

III KHÍ CỤ ĐIỆN:

1 Khái niệm chung:

Khí cụ điện là thiết bị dùng để đóng cắt, bảo vệ, điều khiển, điều chỉnh các lưới điện, mạch điện, các loại máy điện và các máy trong quá trình sản xuất

1.1 Phân loại: để thuận tiện cho việc nghiên cứu sử dụng và sửa chữa khí cụ điện,

người ta phân loại như sau:

 Theo công dụng:

- Khí cụ điện dùng để đóng cắt lưới điện, mạch điện: Cầu dao, máy cắt, aptomat …

- Khí cụ điện dùng để mở máy: Contactor, khởi động từ, bộ khống chế, biến trở …

- Khí cụ điện dùng để duy trì tham số điện ở giá trị không đổi: thiết bị tự động điều chỉnh điện áp, dòng điện, tần số, tốc độ, nhiệt độ …

- Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện: Rơle, aptomat, cầu chì …

- Khí cụ điện đo lường: Máy biến dòng, máy biến điện áp

- Theo điện áp: có khí cụ điện cao thế (U  1000 V), khí cụ điện hạ thế ( U < 1000 V)

 Theo loại dòng điện: Khí cụ điện trong mạch điện 1 chiều và xoay chiều

 Theo nguyên lý làm việc: có khí cụ điện loại điện từ, cảm ứng, nhiệt, có tiếp điểm, không tiếp điểm …

 Theo điều kiện làm việc và bảo vệ: Khí cụ điện làm việc ở vùng nhiệt đới, vùng rung động, vùng mỏ có khí nổ, môi trường có chất ăn mòn kim loại …

1.2 Các yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện:

- Phải đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật ở định mức, dòng điện qua vật dẫn không được vượt quá trị số cho phép vì nếu không sẽ làm nóng khí cụ điện

và chóng hỏng

- Phải ổn định nhiệt và điện động, vật liệu phải chịu nóng tốt và có cường độ cơ khí cao vì khi quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn có thể làm khí cụ điện bị hư hỏng hay biến dạng

- Vật liệu cách điện phải tốt để khi xảy ra quá điện áp trong phạm vi cho phép, khí

cụ điện không bị chọc thủng

- Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc được chính xác, an toàn song phải gọn nhẹ, rẻ tiền và dễ gia công, dễ lắp ráp, dễ kiểm tra và sửa chữa

- Phải làm việc ổn định ở các điều kiện khí hậu và môi trường yêu cầu

2 Cầu chì:

2.1 Định nghĩa – Đặc điểm:

- Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh sự cố ngắn mạch, thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng

- Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi

2.2 Các tính chất và yêu cầu của cầu chì:

- Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có dòng điện mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua

- Đặc tính A-s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo vệ

- Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc

- Việc thay thế cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian

2.3 Cấu tạo:

Cầu chì bao gồm các thành phần sau:

- Phần tử ngắt mạch: đây chính là thành phần chính của cầu chì, phần tử này phải có khả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng của dòng điện qua nó Phần tử này có giá trị điện trở suất rất bé (thường bằng bạc, đồng, hay các vật liệu dẫn có giá trị điện trở suất nhỏ lân cận với các giá trị nêu trên ) Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn), dạng băng mỏng

- Thân của cầu chì: thường bằng thủy tinh, ceramic (sứ gốm) hay các vật liệu khác tương đương Vật liệu tạo thành thân của cầu chì phải đảm bảo được hai tính chất:

đột ngột mà không hư hỏng

- Vật liệu lấp đầy (bao bọc quanh phần tử ngắt mạch trong thân cầu chì): thường bằng vật liệu silicat ở dạng hạt, nó phải có khả năng hâp thu được năng lượng sinh

ra do hồ quang và phải đảm bảo tính cách điện khi xảy ra hiện tượng ngắt mạch

- Các đầu nối: Các thành phần này dùng định vị cố định cầu chì trên các thiết bị đóng ngắt mạch ; đồng thời phải đảm bảo tính tiếp xúc điện tốt

2.4 Phân loại cầu chì và phạm vi sử dụng:

Cầu chì có thể được chia thành hai dạng cơ bản, tùy thuộc vào nhiệm vụ:

- Cầu chì loại g: cầu chì dạng này có khả năng ngắt mạch, khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải

- Cầu chì loại a: cầu chì dạng này chỉ có khả năng bảo vệ duy nhất trạng thái ngắn mạch trên tải

Cầu chì dùng trong lưới điện hạ thế có nhiều hình dạng khác nhau, trong sơ đồ nguyên lý ta thường ký hiệu cho cầu chì theo một trong các dạng sau ( hình 3.1& 3.2):

Hình 3.1 Các ký hiệu cầu chì