BÀI GIẢNG Điện kỹ thuật

Với nội dung ngắn gọn, nhiều bài tập để vận dụng dễ hiểu các bạn hãy xem nhé

CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆN

BÀI 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

MỤC TIÊU CỦA BÀI:

Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được nội dung và biểu thức của định luật Ôm, định luậtKiecshop, định luật Junlenxo

- Phân tích được mạch điện, vận dụng giải được các mạch điện mộtchiều phù hợp với yêu cầu

- Tích cực tham gia đóng góp ý kiến xây dựng bài

I Khái niệm về mạch điện

Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫntạo thành những vòng khép kín trong đó dòng điện có thể chạy qua Mạchđiện thường gồm các phần tử:

- Nguồn điện: là thiết bị biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng,hoá năng, nhiệt năng… thành điện năng

- Tải: là các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng thành cácdạng năng lượng khác như cơ năng, hoá năng, nhiệt năng, quang năng…

1 Kết cấu hình học của mạch điện

- Nhánh: Nhánh là bộ phận của mạch điện gồm các phần tử nối tiếpnhau trong đó có cùng dòng điện chạy qua

- Nút: Nút là chỗ gặp nhau của từ ba nhánh trở lên

- Vòng: Vòng là lối đi khép kín qua các nhánh

2 Nguyªn lý s¶n sinh ra dßng ®iÖn mét chiÒu

Xét nguyên lí làm việc của máy phát điện một chiều, trong đó dây quấnphần ứng chỉ có một phần tử nối với hai phiến đổi chiều để tạo ra dòng điệnmột chiều

- Dùng một động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấnphần ứng cắt từ trường của cực từ, cảm ứng các suất điện động Chiều suất điệnđộng xác định theo quy tắc bàn tay phải, từ trường hướng từ cực N đến S

- Suất điện động của phần tử bằng hai lần suất điện động của thanh dẫn.Nếu nối hai chổi điện A và B với tải, trên tải sẽ có dòng điện chiều từ A đến B.Điện áp của máy phát điện có cực dương ở chổi A và âm ở chổi B

- Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của phần tử thay đổi, thanh ab

ở cực S, thanh dc ở cực N, suất điện động trong thanh dẫn đổi chiều Nhờ có

chổi điện đứng yên, chổi điện A vẫn nối với phiến góp phía trên, chổi B nối vớiphiến góp phía dưới nên chiều dòng điện ở mạch ngoài không đổi Ta có máyphát điện một chiều với cực dương ở chổi A, cực âm ở chổi B.

- Ở chế độ máy phát, dòng điện phần ứng Iư cùng chiều với suất điện độngphần ứng Eư

Phương trình điện áp là: U = Eư - RưIư

Trong đó: RưIư: là điện rơi trong dây quấn phần ứng

Rư: là điện trở của dây quấn phần ứng

U: là điện áp đầu cực máy

Eư: là suất điện động phần ứng

II Các định luật và đại lượng đặc trưng của dòng điện một chiều

1 Định luật Ôm

a Định luật Ôm cho đoạn mạch

* Thành lập công thức và phát biểu định luật Ôm:

- Thành lập công thức: Xét đoạn mạch AB có điện áp U, chiều dài l,tiết diện s: I  U R(A)

- Định luật Ôm: Dòng điện trong mạch tỉ lệ thuận với điện áp hai đầu đoạn

mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch.

b Định luật Ôm cho toàn mạch

Giả sử một đoạn mạch không phân nhanh như hình vẽ:

U là điện áp ngoài: U = I.R

U0 là điện áp rơi trong nguồn: U0 = I.r0,

Ud là điện áp trên đường dây: Ud = I.Rd

Theo định luật Ôm:







0

* Định luật Ôm: Dòng điện chạy trong

mạch tỉ lệ thuận với suất điện động của

nguồn và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn mạch.

E1

I2 R2 A

B

-U

2 Định luật Kiecshop

a Định luật Kiecshop1

Định luật Kiecshop1 phát biểu cho một nút:

Tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng không: I = 0

Trong đó: Nếu quy ước các dòng điện đi tới nút mạng dấu dương, thì các dòng điện rời khỏi nút mang dấu âm hoặc ngược lại

Ví dụ: Tại nút A trên hình vẽ định luật Kiecshop1 được viết:

I1 + I2 + I3 – I4= 0

Từ phương trình trên có thể viết lại

I1 + I2 + I3 = I4

b Định luật Kiecshop2

Định luật Kiecshop2 được phát biểu như sau:

Đi theo một vòng khép kín, theo một chiều tuỳ ý, tổng đại số các điện

áp rơi trên các phần tử bằng tổng đại số các sức điện động trong vòng.

E I.R

Để viết được phương trình Kiecshop2, ta phải chọn chiều dương cho cácvòng Những sức điện động và dòng điện có chiều trùng với chiều đi vòng sẽlấy dấu dương, ngược lại mang dấu âm

3 Định luật Joule - Lenz

Nhiệt lượng toả ra trên một vật dẫn khi có dòng điện không đổi chạy qua, tỷ lệthuận với điện trở của vật, với bình phương cường độ dòng điện và với thời giandòng điện chạy qua vật

t R I

Q 2

III Công và công suất của dòng điện, nguồn điện trong mạch một chiều

1 Công và công suất của dòng điện

- Công của dòng điện : A=q.U=U.I.t (J)

- Công suất của dòng điện: U I

t

UIt t

A

Trong ngành kỹ thuật điện người ta dùng đơn vị là Wh; KWh; MWh

2 Công và công suất của nguồn điện

- Công của nguồn điện: Ang = E.q = EIt (J)

- Công suất của nguồn điện: Pf = E I

t

Ang

 (W)

BÀI 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

MỤC TIÊU CỦA BÀI:

Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được nội dung các bước để giải mạch điện một chiều theophương pháp xếp chồng dòng điện, phương pháp dòng điện nhánh, phương phápdòng điện vòng, phương pháp điện áp hai nút

- Lực chọn được phương pháp giải mạch đơn giản và phù hợp nhất, giải đượccác mạch điện một chiều phù hợp với yêu cầu

- Tích cực tham gia đóng góp ý kiến xây dựng bài

I Giải mạch điện một chiều bằng định luật Ôm

1 Đấu nối tiếp và song song nguồn điện một chiều

a Đấu nối tiếp nguồn điện

Nguồn điện đấu nối tiếp là cách đấu cực dương

của phần tử này nối với cực âm của phần tử trước

Ebộ=nE0

rbộ = n.r0

Ibộ=I0

b Đấu song song nguồn điện

Nguồn đấu song song là cách đấu cực dương của

các phần tử với nhau, cực âm với nhau, làm thành

hai cực dương và âm của cả bộ

c Đấu hỗn hợp nguồn điện

Nguồn điện đấu hỗn hợp là cách đấu nối tiếp

và song song các phần tử để đạt được điện áp và

dòng điện yêu cầu Số phần tử nối tiếp n cần bảo đảm suất điện động cả bộ bằnghoặc lớn hơn điện áp U, còn số nhánh song song m cần đảm bảo dòng điện phóng

cả bộ bằng hoặc lớn hơn dòng điện yêu cầu I

2 Đấu nối tiếp, song song điện trở

a Đấu nối tiếp điện trở

Vậy điện trở toàn phần của đoạn mạch mắc nối tiếp bằng tổng điện trở của từng phần cuả đoạn mạch.

b Đấu song song điện trở

U= U1 = U2 = = Un

I = I1 + I2 +….+ In

n

R R

R

R

1

1 1

1

2 1

3 Biến đổi sao - tam giác

a Điều kiện biến đổi

+ Dòng điện đến các nút IA, IB, IC là không đổi

+ Điện thế các nút A,B,C là không đổi, tức là UAB, UBC, UCA không đổi

Với điều kiện đó thì chỉ có phần mạch điện bên trong các điểm A, B,

C là thay đổi, còn phần mạch từ các điểm A, B, C trở ra là không chịu ảnhhưởng của sự biến đổi sao – tam giác

b Công thức biến đổi

+ Biến đổi hình sao thành hình tam giác:

C

B A B A AB

R

R R R R

R    . ;

A

C B C B BC

R

R R R R

R    . ;

B

A C A C CA

R

R R R R

R    .

+ Biến đổi hình tam giác thành hình sao:

CA BC

CA BC AB

BC AB B

R R R

R R R

CA BC C

R R R

R R R

Vậy dòng điện chạy qua điện trở R4 có trị số là 20A.

II Phương pháp xếp chồng dòng điện

Trong mạch điện tuyến tính nhiều nguồn, dòng điện qua mỗi nhánh bằng tổngđại số các dòng điện qua nhánh do tác động riêng rẽ của từng suất điện động (lúc

đó các suất điện động khác coi như bằng không)

Nguyên lý xếp chồng được ứng dụng nhiều để nghiên cứu mạch điện có nhiềunguồn tác dụng

Khi tính toán bằng phương pháp xếp chồng thì thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Thiết lập sơ đồ mạch điện chỉ có một nguồn tác động.

Bước 2: Tính dòng điện và điện áp trong mạch chỉ có một nguồn tác động.

Bước 3: Thiết lập sơ đồ mạch điện cho các nguồn tiếp theo, lập lại các bước 1

và 2 cho mỗi nguồn tác động

Bước 4: Xếp chồng (cộng đại số) các kết quả tính dòng điện, điện áp ở mỗi

4 4

3 2

3 2

R R R

) ( 4 2 2

20 R

U I

4 2

2 1

2 1 12

R R

R R R

) ( 3 3 , 5

3 3

) ( 1 4

III Phương pháp dòng điện nhánh

Phương pháp dòng điện nhánh dựa vào hai định luật Kiếchốp để viết cácphương trình nút và vòng, biểu diễn mối tương quan giữa các dòng nhánh chọnlàm ẩn số với các đại lượng kết cấu của mạch ( suất điện động của nguồn, điện trởcủa nhánh…) Vì thế, phương pháp này còn gọi là phương pháp phương trình nút

và mạch vòng

Các bước giải mạch điện một chiều bằng phương pháp dòng nhánh:

Bước1: Chọn các dòng điện nhánh làm ẩn số, chiều đã chọn trước Việc

chọn chiều các dòng điện nhánh là tùy ý Nếu kết quả tính ra là số âm thìchiều thực của dòng điện ngược với chiều đã chọn, có giá trị bằng giá trịtuyệt đối của kết quả tính được

Xác định số nút n và số nhánh N của mạch điện

Bước 2: Thành lập hệ phương trình dòng nhánh như sau:

- Chọn (n-1) nút để viết phương trình cho điểm nút (phương trìnhKiếchốp 1)

- Chọn m=N-(n-1) mạch vòng để viết

phương trình vòng (phương trình Kiếchốp 2) Nếu

không có gì đặc biệt thì các vòng nên chọn các

mắt để tiện lợi cho việc thành lập phương trình

Bước 3: Giải hệ m phương trình dòng điện

nhánh, tìm được N ẩn chính là các dòng điện ở các

nhánh

Nhược điểm của phương pháp dòng điện nhánh

là giải hệ nhiều phương trình với nhiều ẩn số

R3 = 68ΩΩ

Tính dòng điện I1, I2, I3 ?

Bài giải

- Mạch điện có hai nút (A, B), có 3 nhánh (n=2, N=3)

- Chọn chiều dòng điện như hình vẽ

- Số phương trình cần viết Kiếchốpl là:

I1 = 138Ω (mA); I2 = 160 (mA); I3 = 22 (mA)

IV Phương pháp dòng điện vòng

Ở phương pháp này, số ẩn trong hệ phương trình không phải là dòng điện cácnhánh mà là một dòng điện mạch vòng mang ý nghĩa về toán học, vì nếu biết đượcchúng có thể dễ dàng tính được dòng điện các nhánh

Các bước giải theo phương pháp dòng điện mạch vòng như sau:

Bước 1: Xác định (m - n + 1) mạch vòng độc lập và tuỳ ý, vẽ chiều dòng điện

mạch vòng, thông thường nên chọn chiều các dòng điện mạch vòng giống nhau,thuận tiện cho lập hệ phương trình (m là số nhánh, n là số nút)

Bước 2: Tùy ý chọn chiều dòng điện nhánh và dòng điện vòng Viết phương

trình Kiếchốp 2 cho mỗi mạch vòng theo các dòng điện mạch vòng đã chọn

Bước 3: Giải hệ phương trình vừa thiết lập tìm các dòng điện vòng

Bước 4: Từ các dòng điện vòng suy ra các dòng điện nhánh: Dòng điện mỗi

nhánh bằng tổng đại số các dòng điện vòng chạy trên nhánh đó

Phương pháp dòng điện vòng có ưu điểm là giải hệ ít phương trình, ít ẩn

số hơn phương pháp dòng điện nhánh, thường được sử dụng để giải bài toán mạch điện phức tạp

Bài tập áp dụng:

Cho mạch điện như hình 1.17Ω,a có: E1 = 100V, E3 = 8Ω0V, R1 = 2Ω, R2 = 5Ω,

R3 = 6Ω Tính dòng điện I1, I2, I3 ?

Bài giải:

Bước 1: Số mạch vòng độc lập: (m - n + 1) = 3 - 2 + 1 = 2 mạch vòng

Bước 2: Chọn chiều dòng điện mạch vòng như hình 1.17Ω,b

Viết phương trình Kiếchốp 2 cho mỗi mạch vòng

V Phương pháp điện áp hai nút

Phương pháp điện áp hai nút là một trong những phương pháp giải mạchkhá ưu điểm, vì phương pháp này sẽ giúp người giải giảm số phương trình khigiải mạch Phương pháp này không tính trực tiếp với ẩn số dòng điện các nhánh

mà qua ẩn số trung gian là điện thế của các nút Phương pháp này chỉ áp dụngcho mạch có hai điểm nút như hình vẽ

Khi giải mạch người ta sẽ chọn một nút trong mạch gọi là nút gốc có điện thếbằng không

 (d)(Đối với nhánh không nguồn, ta áp dụng định luật Ôm thông thường)

Áp dụng định luật Kiếchốp1 cho điểm A:

I1 + I2 + I3 - I4 =0Hay: (E1 - U) g1 + (E2 - U) g2 + (E3 - U) g3 – U.g4 =0 (e)

3 3 2 2 1 1

Các bước giải như sau:

Bước 1: Xác định điểm nút âm và điểm nút dương Điểm nút nào có nhiều

suất điện động hướng về sẽ là nút dương, điểm còn lại là nút âm Sau đó, quy địnhchiều dòng điện ở các nhánh như sau: Ở nhánh có

nguồn, cho chiều dòng điện hướng đến nút dương,

còn nhánh không có nguồn, cho chiều dòng điện

hướng đến nút âm

Bước 2: Áp dụng công thức (*) tính điện áp

giữa hai nút, trong đó các tích Eg có dấu dương hay

âm tuỳ thuộc và suất điện động E hướng đến nút

dương hay âm Nếu kết quả tính ra U có giá trị âm

thì chứng tỏ đã chọn sai hai nút âm và dương, cần hiểu chiều thực của điện ápngược lại với chiều đã chọn

Bước 3: Áp dụng công thức (a, b, c) để tính dòng điện trong các nhánh có

nguồn và công thức (d) để tính dòng điện trong các nhánh không nguồn Nếunhánh nào tính ra dòng điện âm thì ta hiểu chiều thực của dòng điện ngược vớichiều đã chọn

Bài tập áp dụng

Cho mạch điện như hình vẽ 1.19 có:

g A

Điện dẫn các nhánh có nguồn:

05 , 0 1

Áp dụng biểu thức (1.20) tính điện áp giữa hai nút Áp dụng định luậtKiếchốp1 cho nút A

Ta có: I1 - I2 + I3 =0

(E1 - U).g1 - U.g2 + (E3 - U).g3 =0

U=

3 2 1

3 3 1 1

g g g

g E g E

1 , 0 20 05 , 0 40

I   

Bài 3: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

MỤC TIÊU CỦA BÀI:

Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được khái niệm dòng điện xoay chiều hình sin, các đại lượngđặc trưng của dòng điện xoay chiều hình sin

- Xác định được trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều, biểu diễnđược các đại lượng xuay chiều theo đồ thị véc tơ

- Tích cực tham gia đóng góp ý

kiến xây dựng bài

I Nguyên lý sản sinh ra sức điện động

xoay chiều hình sin

1 Định nghĩa dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có

chiều và cường độ biến đổi (hay còn gọi là

I m

t T

T/2

i

+

-I m

-I m

biến thiên) theo thời gian, dòng điện xoay chiều thường biến đổi tuần hoàn, cứsau mỗi khoảng thời gian nhất định, nó lại lặp lại quá trình biến thiên cũ, khoảngthời gian ngắn nhất để dòng điện lặp lại quá trình biến thiên cũ gọi là chu kỳ củadòng điện xoay chiều.

Dòng điện xoay chiều hình sin là dòng điện biến thiên tuần hoàn theo thêigian theo quy luËt của hàm sin hay côsin

Phương trình tổng quát: i=Imaxcos( t+) (A)

Hoặc: i=Imaxsin( t+) (A)

2 Nguyên lý sản sinh ra sức điện động xoay chiều hình sin

Suất điện động xoay chiều hình sin được tạo ra trong máy phát điện xoaychiều một pha hoặc ba pha

Về nguyên tắc, máy phát điện xoay chiều một pha gồm có hệ thống cực từgọi là phần cảm đặt ở stato và một bộ dây đặt trên roto gọi là phần ứng

Xét máy phát điện xoay chiều đơn giản Cho một khung dây quay trong từtrường của nam châm vĩnh cửu N-S, khung dây sẽ cắt các đường sức từ trường

và cảm ứng trong khung dây một sức điện động cảm ứng xoay chiều hình sin.Dòng điện cung cấp cho tải thông qua vòng trượt và chổi than Nối đầu ra củakhung dây với tải thì sẽ có dòng điện xoay chiều chạy qua tải

II Các đại lượng đặc trưng

i: Trị số tức thời của dòng điện xoay chiều hình sin

Im: Trị số cực đại (biên độ) của dòng điện xoay chiều hình sin

14

(t+): Góc pha đặc trưng cho sự biến thiên của dòng điện xoay chiềuhình sin.

 : Pha đầu của lượng hình sin ở thời điểm khi t = 0 Pha đầu phụthuộc vào việc chọn toạ độ thời gian, pha đầu có thể bằng không, âmhoặc dương

b Sự lệch pha

Do đặc tính các thông số của mạch, các đại lượng dòng điện, điện ápthường có sự lệch pha với nhau Góc lệch pha giữa các đại lượng là hiệu

số pha đầu của chúng Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện ký hiệu là

, được định nghĩa như sau: =u-i

Góc  phụ thuộc các thông số của mạch:

 > 0: điện áp vượt trước dòng điện

 < 0: điện áp chậm sau dòng điện

 = 0: điện áp và dòng điện trùng pha nhau

3 Trị số hiệu dụng của dòng điện hình sin

Trị số hiệu dụng của dòng điện hình sin được xác định bằng thương sốtrị số cực đại (biên độ) chia cho 2

III Biểu diễn các đại lượng xoay chiều bằng đồ thị Véctơ

- Với cách biểu diễn đại lượng xoay chiều hình sin bằng biểuthức tức thời và bằng đường cong trị số thức thời, thì việc biều diễnkhông thuận tiện khi cần so sánh hoặc thực hiện phép tính cộng, trừdòng điện, điện áp

- Trong kỹ thuật điện thường hay biểu diễn các đại lượng hình sinbằng véc tơ có độ lớn (môđun) bằng trị số hiệu dụng và góc tạo vớitrục Ox bằng góc pha đầu của các đại lượng ấy

Ví dụ, trong hình vẽ véc tơ dòng điện i biểu diễn dòng điện: i=10

2sin( t+200) và vec tơ điện áp u biểu diễn điện áp: u=20 2sin(t-450)

Dựa vào cách biểu diễn các đại lượng và hai định luật Kiếchốp bằng véc tơ,

ta có thể giải mạch điện trên đồ thị, gọi là phương pháp đồ thị véc tơ

Bài 4: TÍNH CHẤT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA

MỤC TIÊU CỦA BÀI:

Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được nội dung và biểu thức của định luật Ôm đối với mạchthuần trở, thuần cảm, thuần dung và mạch R-L-C mắc nối tiếp

- Vẽ được đồ thị véc tơ biểu diễn mối quan hệ giữa dòng và áp trongcác mạch thuần trở, thuần cảm, thuần dung và mạch R-L-C mắc nối tiếp.Giải được các bài toán liên quan

- Tích cực tham gia đóng góp ý kiến xây dựng bài

I Mạch điện xoay chiều thuần trở

1 Quan hệ dòng điện, điện áp

Khi đặt vào hai đầu điện trở R một điện áp u

sẽ làm xuất hiện dòng điện xoay chiều i chạy qua điện

trở

16

y

x 0

i

Như vậy: Trong nhánh thuần trở, dòng điện và điện áp cùng tần số

và trùng pha nhau

2 Định luật Ôm: I= U

R Trong nhánh thuần trở, trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều tỉ

lệ thuận với trị số hiệu dụng của điện áp đặt vào nhánh, tỉ lệ nghịch với điện trở của nhánh.

3 Công suất: P = URI = RI2

Trong mạch thuần trở công suất tác dụng bằng tích hiệu dụng dòng điện vàđiện áp hay bằng tích của bình phương dòng điện và điện trở

của đoạn mạch, đơn vị công suất là W, kW

II Mạch điện xoay chiều thuần cảm (L)

1 Quan hệ dòng điện, điện áp

Giả sử đặt vào hai đầu mạch thuần cảm một điện áp xoay

chiều u làm xuất hiện dòng điện i trong mạch có dạng:

i=ImsintDòng điện i biến thiên đi qua cuộn dây L làm xuất

hiện suất điện động tự cảm eL có dạng:

Như vậy: Trong nhánh thuần cảm, dòng điện và điện áp có cùng tần số

song lệch pha nhau một góc

Trong nhánh thuần cảm, trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều tỉ

lệ thuận với trị số hiệu dụng của điện áp đặt vào nhánh, tỉ lệ nghịch với cảm kháng của nhánh.

3 Công suất:

L

U X I UI

vôn-III Mạch điện xoay chiều thuần điện dung (C)

1 Quan hệ dòng điện, điện áp

Khi có dòng điện i Imax sin t qua tô điện C t¹o thµnh m¹ch thuÇn ®iÖndung th× điện áp rơi trên điện dung là:

) 2 sin(

cos 1

sin 1

1 )

C



I X

C gọi là dung kháng, đơn vị là 

Như vậy : Trong nhánh thuần dung, dòng điện và

điện áp có cùng tần số, song lệch pha nhau một góc





Trong nhánh thuần dung, trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều tỉ lệ thuận với trị số hiệu dụng của điện áp đặt vào nhánh, tỉ lệ nghịch với dung kháng của nhánh.

Đơn vị đo công suất phản kháng là VAr

IV Mạch R-L-C mắc nối tiếp

1 Quan hệ dòng điện, điện áp

Giả sử khi đặt vào hai đầu nhánh điện

áp u, dòng điện trong nhánh có công thức:

Z gọi là tổng trở của nhánh R-L-C nối tiếp, đơn vị 

Đặt X = XL - XC gọi là điện kháng của nhánh

b)

- Nếu XL - XC = 0 thì tg =0, góc  = 0: Dòng điện trùng pha với điện

áp, lúc này có hiện tượng cộng hưởng điện áp, dòng điện trong nhánh I = U

3 Cộng hưởng điện áp

Khi cộng hưởng, X = 0 nên Q = 0 (mạch không phóng, tích năng lượng vớimạch ngoài, mà chỉ nhận vừa đủ công suất tác dụng để bù tổn hao bên trongmạch)

Khi X = 0 dẫn đến góc lệch pha φ = 0 (dòng và áp cùng pha)

Tần số cộng hưởng: 0  LC1

Điện áp rơi trên các phần tử:

UR = U = I.R

UL = UC = I.ZL = I.ZC

Bài 5: HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA

Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được định nghĩa và vẽ dạng đồ thị của mạch điện xoay chiều 3 pha,cách đấu nối cuộn dây máy phát điện hình sao, đấu nối phụ tải hình sao và hình tam giác

- Phân tích được nguyên lý hoạt động cuả

máy phát điện xoay chiều 3 pha, các ưu

nhược điểm của các cách đấu dây hình sao và

1 Định nghĩa

Mạch ba pha là mạch điện mà nguồn điện năng của nó gồm ba sức điện động hình sin cùng tần số nhưng lệch nhau một góc α nào đó Trong thực tế thường dùng nguồn điện năng ba pha gồm ba sức điện động hình sin cùng tần số,cùng biên độ và lệch nhau một góc 1200 Nguồn ba pha như vậy được gọi là nguồn ba pha đối xứng

Mạch ba pha đối xứng bao gồm nguồn điện ba pha đối xứng, đường dâytruyền tải và các phụ tải ba pha cân bằng

2 Nguyên lý máy phát điện xoay chiều ba pha

Để tạo nguồn điện ba pha, ta dùng máy phát điện đồng bộ ba pha Sau đây

ta xét cấu tạo và nguyên lý của máy phát điện đồng bộ ba pha đơn giản

a Cấu tạo máy phát điện xoay chiều ba pha

Gồm hai phần: stato và rôto

- Stato (phần tĩnh): Lõi thép hình trụ, bên trong có sáu rãnh, trên mỗi cặprãnh ta đặt các dây quấn AX, BY, CZ có cùng số vòng dây và lệch nhau một góc

1200 trong không gian Mỗi dây quấn là một pha Dây quấn AX là pha A, BY làpha B và CZ là pha C - Rôto (phần quay): Cũng là lõi thép hình trụ, đặt bêntrong stato và có thể quay quanh trục Nó chính là nam châm điện N-S được

từ hóa bằng dòng điện một chiều lấy từ nguồn kích thích bên ngoài

b Nguyên lý làm việc

Dùng một động cơ sơ cấp kéo rôto máy phát quay, từ trường phần cảm quaytheo, đường sức từ lần lượt cắt các cuộn dây sinh ra sức điện động cảm ứngtrong mỗi cuộn dây, sức điện động cảm ứng biến thiên theo quy luật hình sin Vì

3 cuộn dây đặt lệch nhau 1200 trong không gian nên các sức điện động cũng lệchnhau 1200 về thời gian

Khi quay rôto, từ trường sẽ lần lượt quét qua các dây quấn stato, và cảm ứngvào dây quấn stato các sức điện động sin cùng biên độ, cùng tần số và lệch nhaumột góc 2π/3 Nếu chọn pha đầu của sức điện động eA của dây quấn AX bằngkhông thì thì các pha B, C lần lượt lệch nhau 1200 ta có biểu thức của suất điệnđộng ba pha là:

Sức điện động pha A: eA= Emsin t

Sức điện động pha B: eB= Emsin ( t-1200) = Emsin ( t-23 )

Sức điện động pha C: eC= Emsin ( t-2400) = Emsin ( t-43 )

II Cách đấu dây hệ thống điện xoay chiều 3 pha

1 Đấu các cuộn dây máy phát thành hình sao

Đấu các cuộn dây máy phát điện thành hình sao là đấu 3 điểm cuối X, Y, Zthành điểm chung và gọi là điểm trung tính (hay điểm không) ký hiệu là O, còncác đầu dây A, B, C nối với các dây dẫn

+ Dây dẫn nối với điểm trung tính gọi là dây trung tính;

+ Dây dẫn trong mạch nối với các đầu dây A, B, C goi là 3 dây pha;

+ Mạch điện có 3 dây pha và dây trung tính gọi là mạch 3 pha 4 dây;

+ Mạch điện chỉ có 3 dây pha gọi là mạch ba pha 3 dây;

+ Dòng điện pha: Dòng chạy trong các pha của nguồn hoặc phụ tải Ký hiệu: Ip + Dòng điện dây: Dòng chạy trong các dây pha Ký hiệu: Id

+ Điện áp pha: Điện áp của điểm đầu và điểm cuối của một pha nào đó(hoặc giữa một dây pha với dây trung tính) Ký hiệu: Up

+ Điện áp dây: điện áp giữa hai điểm đầu của các pha (hoặc giữa hai dâypha với nhau) Ký hiệu: Ud

2 Nối phụ tải thành hình sao

a Cách nối dây

Để nối tải hình sao ta nối ba điểm cuối của các pha với nhau tạo thành điểmtrung tính, ba điểm cuối được nối với nhau tạo thành trung tính O của tải Sơ đồmạch ba pha sẽ có thể là mạch nối sao 3 dây ( không dây trung tính ) hoặc sao 4dây (có dây trung tính )

b Quan hệ giữa đại lượng dây và đại lượng pha

Căn cứ vào mạch điện ta thấy quan hệ giữa dòng điện dây Id và dòng điệnpha Ip như sau: Id = Ip

Muốn nối hình tam giác ta lấy đầu pha này nối với cuối pha kia: A nối với Z; B nốivới X; C nối với Y và tượng tự đối với tải A’ nối với Z’; B’ nối với X’; C’ nối với Y’

b Quan hệ giữa đại lượng dây và pha

Căn cứ vào mạch điện ta thấy quan hệ giữa dòng điện dây Id và dòng điệnpha Ip như sau: I d  3 I p

C C C B B B A A A C B

P

P     cos   cos   cos 

Khi mạch ba pha đối xứng: P 3U P I P cos   3U d I d cos 

b Công suất phản kháng của 3 pha

Công suất phản kháng Q (đơn vị VAr)

C C C B B B A A A C B

Q

Q    sin   sin   sin 

Khi ba pha đối xứng ta có: Q 3U P I Psin   3U d I d sin 

c Công suất biểu kiến

2 2 2

2 2

2 A; B B B ; C C C

A

A P Q S P Q S P Q

Khi ba pha đối xứng ta có: SΣ = 3.Up Ip = 3.Ud .Id

Hệ số công suất của hệ thống ba pha:

P

d d

3

CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP BÀI 1: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA

Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được khái niệm và cấu tạo của máy biến áp một pha,

- Phân tích được nguyên lý hoạt động cuả máy biến áp một pha, xácđịnh được một máy biến áp là loại tăng áp hay giảm áp trong thực tế

- Tích cực tham gia đóng góp ý kiến xây dựng bài

I Cấu tao, phân loại máy biến áp

1 Khái niệm

Để biến đổi điện áp (dòng điện) xoay chiều từ giá trị cao đến giá trị thấp

hoặc ngược lại ta dùng máy biến áp

Máy biến áp một pha là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảmứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều một pha từ điện áp này sangđiện áp khác với tần số không đổi.

Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện được gọi là sơ cấp Đầu ranối với tải gọi là thứ cấp Các đại lượng và các thông số sơ cấp có chỉ số 1 Cácđại lượng và thông số thứ cấp có chỉ số 2

Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp là máy tăng áp ngược lại là máy giảm áp

2.

Cấu tạo của máy biến áp một pha

- Lõi thép máy biến áp:

Dùng để dẫn từ thông, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường là các lá

thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0.35 đến 1mm được ghép cách điện với nhau Đểgiảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng lá thép kỹ thuật điện, hai mặt

có sơn cách điện ghép lại với nhau thành lõi thép Lõi thép gồm 2 phần là trụ vàgong: trụ để đặt dây quấn; còn gông nối liền giữa các trụ để khép kín mạch từ

- Dây quấn máy biến áp

Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bênngoài dây dẫn có bọc cách điện Dây quấn được lồng vào trụ thép Giữa các vòngdây, giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với vỏ đều có cách điện Máy biến ápthường có hai hay nhiều cuộn dây:

+ Dây quấn nối với nguồn (cuộn dây sơ cấp) thường có tiết diện dây nhỏ và

số vòng dây lớn

+ Dây quấn nối với tải (cuộn dây thứ cấp) thường có tiết diện dây lớn, sốvòng dây ít

Máy biến áp có công suất nhỏ thì làm mát bằng không khí

Máy có công suất lớn thì làm mát bằng dầu, vỏ thùng có cánh tản nhiệt

3 Phân loại máy biến áp

24

~

Máy phát điện

MBA tăng áp

MBA giảm áp

Hộ tiêu thụ điện Đường dây

tải điện

- Theo nhiệm vụ của máy biến áp: máy biến áp điện lực, máy biến áp đolường, máy biến áp hàn, máy biến áp chuyên dụng, máy biến áp thí nghiệm ;

- Theo số cuộn dây quấn: Máy biến áp một hay nhiều dây quấn;

- Theo lõi thép: máy kiểu bọc, kiểu trụ, vừa bọc vừa trụ, kiểu hình xuyến

II Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Xét nguyên lý của máy biến áp một pha có hai dây quấn W1 và W2 Khinối cuộn dây sơ cấp vào điện áp xoay chiều u1, trong dây quấn W1 sẽ có dòngđiện i1 chạy qua, sinh ra từ trường B biến thiên theo qui luật của dòng điện i1.Từtrường B có từ thông chính  chạy trong lõi thép, móc vòng qua hai dây quấn

W1 và W2 và biến thiên theo i1



Trong đó: W1, W2 là số vòng của dây quấn sơ cấp và thứ cấp

Khi máy biến áp không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện i2 = 0, từthông chính  trong lõi thép chỉ do dòng sơ cấp io sinh ra

Khi máy biến áp có tải Zt, trong mạch thứ cấp có dòng điện i2, khi đó từ thôngchính do cả hai dòng sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra Điện áp U1 hình sin nên từthông cũng biến thiên hình sin

E = 4,44fW 

E1, E2 là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp, thứ cấp.

Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, thì có thể coi gần đúng

hoặc:

Bài 2: MÁY BIẾN ÁP BA PHA

Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được khái niệm và cấu tạo của máy biến áp ba pha, nêuđược các cách đấu dây máy biến áp ba pha

- Phân tích được nguyên lý làm việc cuả máy biến áp ba pha, xác địnhđược các đầu dây của máy biến áp ba pha

- Tích cực tham gia đóng góp ý kiến xây dựng bài

I Khái quát chung

1 Khái niệm

Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện ba pha, ta có thể dùng

ba máy biến áp một pha, hoặc dùng máy biến áp ba pha

26

2 Cấu tạo

- Cấu tạo gồm các bộ phận chính là lõi thép, dây quấn và vỏ máy

+ Lõi thép của máy biến áp ba pha gồm ba trụ

+ Dây quấn: Dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng các chữ in hoa: AX, BY, CZ Dây quấnthứ cấp ký hiệu bằng các chữ in thường: ax, by, cz Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nốihình sao hoặc hình tam giác Nếu sơ cấp nối hình sao, thứ cấp nối hình sao có dây trungtính thì ta ký hiệu Y/YN

+ Vỏ máy được chế tạo kiểu gấp sóng, có khả năng chịu được sự giãn nởcủa dầu máy biến áp Trên nắp thùng dầu máy biến áp có gắn sứ cao áp và hạ

áp, bình dầu phụ, ống bảo hiểm, rơle hơi, bộ điều chỉnh điện áp

3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha

Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha tương tự như nguyên lý làmviệc của máy biến áp một pha

Gọi w1 là số vòng dây pha một pha sơ cấp

Gọi w2 là số vòng dây một pha thứ cấp

Tỷ số điện áp pha giữa sơ cấp và thứ cấp sẽ là

2

1 2

1

w

w U

U k

U

U U w