Kỹ thuật điện lê viết thành, 109 trang

Những trọng tâm cần chú ý: - Phương pháp giải mạch, tính toán các thông số trong mạch điện xoay chiều L-C; R-- Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy phát điện 3 pha; - Cấu tạo, nguyên lý

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH

MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN

MÃ SỐ: MH09 NGHỀ: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trình độ Cao đẳng nghề

Vũng tàu – 2012

Giáo trình lưu hành nội bộ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ QUỐC TẾ VABIS HỒNG LAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH

MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN

MÃ SỐ: MH09 NGHỀ: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trình độ Cao đẳng nghề

Vũng tàu – 2012

Giáo trình lưu hành nội bộ

MỤC LỤC

Contents

MỤC LỤC 1

GIỚI THIỆU MÔN HỌC 2

CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 4

CHƯƠNG 2: ĐIỆN TỪ 20

CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 36

CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA 60

CHƯƠNG 5: MÁY BIẾN ÁP 71

CHƯƠNG 6: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

GIỚI THIỆU MÔN HỌC I.VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔN HỌC:

- Vị trí môn hoc: Môn Kỹ thuật điện là một trong các môn kỹ thuật cơ sở, được

bố trí học trước các môn học/mô đun chuyên môn nghề

- Tính chất môn học: Môn Kỹ thuật điện là môn cơ sở hỗ trợ kiến thức cho các môn khác, đồng thời giúp cho học viên có điều kiện tự học, nâng cao kiến thức nghề nghiệp

II MỤC TIÊU MÔN HỌC

Trang bị cho người học những kiến thức cơ bản về mạch điện một chiều, xoay chiều và các loại máy điện

Giúp cho người học hiểu được cấu tạo, nguyên lý làm việc của các dụng cụ đo lường điện và các loại máy điện

Thực hành,

BT

Kiểm tra*

* Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết được tính vào giờ lý thuyết, kiểm tra

thực hành được tính vào giờ thực hành

IV ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH:

- Máy chiếu vật thể ba chiều

V PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ:

Có thể áp dụng hình thức kiểm tra viết hoặc kiểm tra trắc nghiệm Các nội dung trọng tâm cần kiểm tra tập trung ở chương 2, chương 5 và chương 6 là:

Chương 2:

- Các Định luật, biểu thức cơ bản;

- Giải mạch xoay chiều R-L-C nối tiếp

Chương 3:

- Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy phát điện 3 pha;

- Các nối phụ tải hình sao, tam giác

Chương 5:

- Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp;

- Chế độ làm việc của máy biến áp

Chương 6:

- Cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ điện xoay chiều;

- Các thông số kỹ thuật của động cơ điện xoay chiều

VI HƯỚNG DẪN CHƯƠNG TRÌNH :

1 Phạm vi áp dụng chương trình:

Chương trình môn học này được sử dụng để giảng dạy cho trình độ Trung cấp nghề Kỹ thuật xây dựng

2 Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy môn học:

- Trước khi giảng dạy, giáo viên cần căn cứ vào nội dung của từng bài học để chuẩn bị đầy đủ các điều kiện cần thiết nhằm đảm bảo chất lượng giảng dạy;

- Nên áp dụng phương pháp đàm thoại để người học ghi nhớ kỹ ;

- Nên bố trí thời gian giải bài tập hợp lý mang tính minh họa để người học hiểu bài sâu hơn;

3 Những trọng tâm cần chú ý:

- Phương pháp giải mạch, tính toán các thông số trong mạch điện xoay chiều L-C;

R Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy phát điện 3 pha;

- Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp, động cơ điện xoay chiều;

4 Tài liệu cần tham khảo:

- Kỹ thuật điện đại cương - Hoàng Hữu Thận - NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp - Hà Nội – 1976;

- Bài tập Kỹ thuật điện đại cương - Hoàng Hữu Thận - NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp - Hà Nội – 1980;

- Giáo trình Điện kỹ thuật, Điện công trình – NXB Xây dựng 2007

CHƯƠNG 1

(Lý thuyết: 2h; B

Mục tiêu:

- Phân tích được nhiệm vụ, vai tr

nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo l

- Hiểu và vận dụng được các biểu thức tính toán c

CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

ết: 2h; Bài tập: 2h; Kiểm tra: 0h)

ợc nhiệm vụ, vai trò của các phần tử cấu thành m

ồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường, đóng cắt ;

ợc các biểu thức tính toán cơ bản của định luật Ôm

ỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

à dòng điện có trị số và chiều không thay đổi theo thời

:

cho đồng dạng dòng điện với nước chảy từ cao xuống thấp, nên lúc đó người ta cho là dòng điện cũng chảy từ cực dương về cực âm Sau này khi biết dòng điện chảy trong mạch chính là dòng electron, người ta gọi dòng điện chảy từ cực dương về cực âm là dòng điện quy ước Và gọi dòng electron là dòng điện thực hay dòng vật lý

Trong ngành điện, có nhiều dạng dòng điện, được hiểu như sau:

trung lại và chảy thành dòng, chúng ta có dòng điện tử Đây là dạng dòng điện thực chảy trong các mạch điện tử Do electron mang điện tích âm, nên nó sẽ bị hút và chảy về cực dương của nguồn

• Dòng điện ly tử, các phân tử mất cân bằng điện tích sẽ trở thành các ion, có ion

dương và ion âm Khi chịu tác động của điện trường, các ly tử sẽ chảy trong mạch, ion dương chảy về hướng cực âm và ion âm chảy về hướng cực dương, sự chảy của các ion rất chậm, vì nó nặng và có quán tính lớn Dòng điện chảy trong các ống đèn huỳnh quang là dòng ion

• Dòng điện lỗ Trong các chất bán dẫn, trên các chổ kết nối giữa các nguyên tử

khi mất điện tử nối sẽ để ra lỗ trống, nhờ có các lỗ trống này mà các điện tử nối ở lân cận có thể dời chuyển tạo ta dòng điện, người ta gọi dòng điện này là dòng lỗ, dòng lỗ là một chuyển động biểu kiến, nó chảy về hướng cực âm

• Dòng điện toán học Trong khi tính toán các mạch điện, trên các nút của mạch

điện, chúng ta có thể chọn chiều dòng chảy tuỳ ý Và khi giải toán, nếu được dòng điện có dấu âm thì chiều chảy phải là chiều ngược lại, nếu là có dấu dương chiều chảy đúng với chiều đã chọn

• Dòng điện quy ước, còn gọi là dòng Franklin, chiều chảy của dạng dòng điện

này là cho chảy từ cực dương về cực âm Vì lúc đó người ta tương đồng dòng điện như dòng nước, nước chảy từ cao xuống thấp thì dòng điện cũng chảy từ cực dương, mức cao, về cực âm, mức thấp Tuy chiều chảy của dòng này không đúng với bản chất của dòng điện thật, nhưng do dùng quen nên hiện vẫn còn được ưa dùng

Bạn nhớ trên đời, năng lượng là cái tạo ra công Cả nhân loại đang đi tìm những dạng năng lượng mới, năng lượng sạch Năng lượng có 2 dạng:

* Khi một vật thể nằm yên, nó có thế năng, thế năng là năng lượng xác định theo

tư thế của nó, nó ở mức cao hay ở mức thấp, nằm càng cao có năng lượng càng lớn

* Khi vật thể chuyển động, nó có động năng, động năng là năng lượng xác định theo tốc độ chuyển động của nó Động tính càng lớn, năng lượng càng mạnh

Vậy điện áp thật sự là gì?

Điện áp là chỉ sức ép của điện (áp là đè, là ép Khí áp là sức ép của hơi, hồ nước

để trên cao gọi là cột thủy áp), một nguồn điện năng sẽ tạo ra sức ép điện, khi Bạn gắn một nguồn điện vào một mạch điện kín nó sẽ tạo ra dòng chảy trong mạch Người ta

đo điện áp bằng đơn vị Volt Bạn xem hình vẽ minh họa một nguồn điện áp cảm ứng phát ra từ cuộn dây và tạo dòng chảy trong một mạch đóng kín

Khi Bạn đặt một nam châm ở gần một cuộn dây, các đường từ lực phát ra từ nam châm này sẽ đi qua cuộn dây và tạo ra lượng từ thông, nếu Bạn quay nam châm, các đường từ lực đi qua cuộn dây sẽ biến đổi Lúc này ở hai đầu cuộn dây sẽ xuất hiện điện áp ứng, điện áp này sẽ tạo ra dòng biến đổi chảy trong một mạch điện đóng kín

Đó là phát hiện của Faraday và cũng là nguyên lý của tất cả các máy phát điện điện từ hiện dụng

Trong cuộc sống, người ta tạo ra các máy phát điện xoay chiều có biến đổi theo dạng sin, điện áp danh định thường là 220V (hiệu dụng), và tần số công nghiệp là 50Hz

Điện áp cũng có thể tạo ra từ một phản ứng hóa học, người ta dùng các phản ứng này để chế tạo các nguồn điện DC, chúng ta có các nguồn pin, điện áp của pin thường

là 1.5V, 9V, 12V, 24V

Hình vẽ bên đây cho thấy nguồn pin tạo ra sức ép điện và tạo ra dòng điện chảy trong mạch, dòng này làm nóng sợi nung trong đèn, khi dây kim loại bị đốt nóng nó sẽ phát ra ánh sáng Đó là nguyên lý vận hành của loại đèn nhiệt quang

Một mạch điện thường ở 3 trạng thái:

* Trạng thái mạch đang hoạt động, lúc này trên các đường mạch có mức áp V, trên các nhánh có dòng chảy I và các linh kiện chịu tác động của công suất W

* Trạng thái mạch đang tắt Lúc này trong mạch vẫn còn có nguồn nhưng không

có dòng chảy Mạch sẽ hoạt động lại khi đóng khóa điện

* Trạng thái mạch chết, mạch đã tháo pin

Trong một mạch điện có 2 tham số trạng thái quan trọng mà chúng ta luôn muốn biết, đó là: Mức áp V trên các đường mạch và cường độ dòng điện I chảy qua các linh kiện Để đo điện áp chúng ta dùng Volt kế cho mắc song song vào hai điểm đo để biết

áp, do khi đo áp dùng cách mắc song song nên để máy đo ít ảnh hưởng vào hoạt động của mạch Bạn phải dùng máy đo Volt có nội trở lớn, càng lớn càng tốt Khi đo dòng chúng ta dùng Ampere kế cho mắc nối tiếp vào mạch, do khi đo dòng dùng cách mắc nối tiếp nên để máy đo ít ảnh hưởng vào hoạt động của mạch Bạn phải dùng máy

đo Ampere có nội trở nhỏ, càng nhỏ càng tốt

1.2 ĐỊNH LUẬT OHM

1.2.1 Luật Ohm cho đoạn mạch

Luật Ohm cho thấy các mối quan hệ giữa 4 tham số P, V, R, I Trong một mạch điện khi biết R, I, chúng ta sẽ tính đượcV Phát biểu cơ bản của luật Ohm là: “Khi có dòng điện I chảy qua 1 điện trở R, thì trên 2 đầu của điện trở sẽ xuất hiện điện áp V, và

và trị sức cảng Ohm của điện trở

Để nhớ mối quan hệ của 3 tham số này, Bạn có thể dùng hình vẽ trên Nếu biết trước 2 tham số thì luôn tính được tham số thứ 3 Bạn lấy ngón tay che chữ V sẽ thấy IxR, Bạn lấy ngón tay che chữ I sẽ thấy V/R và Bạn lấy ngón tay che chữ R sẽ thấy V/I

Trong một mạch điện, các phép toán thường được tính theo các công thức được liệt kê theo bảng sau:

Các tính toán cơ bản trong một mạch điện chỉ lòng vòng với 4 tham số, đó là:

* Công suất P tính bằng Watt

Thí dụ: Bạn có một nguồn pin V=9V cấp dòng cho một điện trở là R=1K, vậy dòng

chảy trong mạch là bao nhiêu Ampere? và công suất đốt nóng điện trở là bao nhiêu Watt?

Tra bảng chúng ta thấy, lấy áp V chia cho trở R sẽ biết cường độ dòng chảy trong mạch

Tra bảng chúng ta thấy, lấy bình phương áp V và chia cho trở R sẽ biết công suất đốt nóng trở

1.2.2 Luật Ohm cho mạch kín

Vậy : U = ( ∑R)I - ∑E (1.9)

Trong biểu thức (1.9), quy ước dấu như sau : Sức điện động E và dòng điện I có chiều trùng với chiều điện áp U sẽ lấy dấu dương, ngược lại sẽ lấy dấu âm

Biểu thức tính dòng điện :

R

E U

I

∑

∑ +

=

(1.10) Trong biểu thức (1.10), quy ước dấu như sau : Sức điện động E và điện áp U có chiều trùng với chiều dòng điện I sẽ lấy dấu dương, ngược lại sẽ lấy dấu âm

Ví dụ: Cho mạch điện như hình 1 – 11

Biết E1 = 100V; R1 = 2Ω; I1 = 5A Tính UAB ?

E1 I1 R1

UAB Hình 1 - 11

Lời giải: Điện áp UAB : UAB = E1 – R1 x I1 = 100 – 2 x 5 = 90V

1.2.3 Điện trở trong mạch một chiều

Điện trở là một linh kiện rất phổ dụng, có 3 tham số luôn gắn với một điện trở,

đó là: Điện áp V đo trên hai đầu của một điện trở, cường độ dòng điện I chảy qua điện trở và sức cản dòng Ω của chính điện trở Luật Ohm cho thấy mối quan hệ của 3 tham

Hình 2 cho thấy, khi cho mắc 2 điện trở song song, chúng ta sé có một điện trở đẳng hiệu R = R1xR2/ (R1+R2) Vậy khi cho nhiều điện trở mắc theo kiểu song song, trị nghịch đảo của điện trở đẳng hiệu sẽ bằng tổng của các nghịch đảo của các điện trở song song Nếu muốn có điện trở nhỏ, có thể dùng nhiều điện trở lớn cho mắc theo kiểu song song

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

1 Nêu khái niệm mạch điện, các thành phần của mạch điện?

2 Phát biểu định luật Ôm

3 Cho E = 100V; R = 10Ω; I = 5A Tính điện áp U trong hai sơ đồ sau:

5 Một tải có điện trở R = 5Ω đấu vào nguồn điện một chiều có E = 100V, điện trở trong Rtr = 1Ω Tính dòng điện I điện áp U và công suất P của tải

8 Xác định tổng trở của mạch mắc nối tiếp các điện trở 20Ω, 75 Ω và 5Ω

9 Các điện trở 6 ohm, 7 ohm và 12 ohm được mắc nối tiếp với nhau vào nguồn điện 100V, xác định cường độ dòng điện và công suất tiêu thụ của điện trở 7 ohm

10 Tính tổng trở của mạch tổ hợp nối tiếp sau đây và công suất tiêu thụ trên từng đoạn mạch song song

11 Xác định tổng trở của mạch điện dưới đây và cường độ dòng điện qua điện trở

56 Ω

12 Xác định điện áp rơi trên từng điện trở trong mạch điện dưới đây

13 Xác định cường độ dòng điện tổng của mạch điện và công suất tiêu thụ của điện trở 5 Ω

14 Xác định điện áp của nguồn điện và cường độ dòng điện qua điện trở 24 Ω trong mạch điện dưới đây

15 Trong mạch diện dưới đây, xác định cường độ dòng điện tổng và công suất tiêu thụ của điện trở 32 Ω

16 Xác định cường độ dòng điện tổng và điện áp rơi trên điện trở 50 Ω trong mạch điện dưới đây

17 Xác định điện áp nguồn điện và cường độ dòng điện qua điện trở 3 Ω trong mạch điện dưới đây

18 Xác định điện áp rơi trên điện trở 24 Ω, 36 Ω và 72 Ω cường độ dòng điện qua điện trở 320 Ω trong mạch điện dưới đây

19 Xác định giá trị của điện trở R5 trong mạch điện dưới đây

20 Xác định tổng trở và cường độ dòng điện tổng và công suất tiêu thụ của điện trở 128 Ω trong mạch điện dưới đây

21 Xác định điện áp của nguồn điện và công suất tiêu thụ của đoạn mạch song song đầu tiên trong mạch điện dưới đây

CHƯƠNG 2: ĐIỆN TỪ (Lý thuyết: 2h; Bài tập: 2h; Kiểm tra: 0h)

2.1 Những khái niệm cơ bản về từ trường

Nam châm vĩnh cửu, nam châm điện, dây dẫn dẫn điện tạo ra xung quanh nó một

từ trường Từ trường được biểu diễn bởi những đường sức từ trường (gọi là các đường cảm ứng từ) đi từ cực bắc (N) đến cực nam (S) và trở về cực bắc (N) qua lõi nam châm (Hình 2 – 1 a,b)

Đối với dây dẫn thẳng dài mang điện, chiều từ trường được xác định theo quy tắc

vặn nút chai: “Nếu chiều dòng điện trùng với chiều tiến của cái vặn nút chai thì

chiều quay của cái vặn nút chai xác định cho ta chiều từ trường ở mỗi điểm” (Hình

2 – 2a)

Ta cũng có thể sử dụng quy tắc bàn tay phải (Hình 2 – 2b): “Ngón tay cái hướng

theo chiều dòng điện, bốn ngón tay còn lại chỉ hướng đường sức từ trường”

Đối với cuộn dây gồm một số vòng dây có dòng điện ta cũng dùng quy tắc vặn

nút chai để xác định chiều đường sức từ trường: “Nếu chiều quay cái vặn nút chai

trùng với chiều dòng điện thì chiều tiến của cái vặn nút chai là chiều đường sức từ trường” (Hình 2 – 3)

Sự có mặt của từ trường trong không gian đặc trưng bằng các biểu hiện sau:

2.1.1 Lực từ giữa các cực nam châm

Hai cực khác tên của nam châm đặt gần nhau sẽ hút nhau, ngược lại hai cực cùng tên đặt gần nhau sẽ đẩy nhau

2.2 Cường độ từ cảm - Cường độ từ trường - Từ thông

Từ trường phân bố trong không gian được biểu diễn bằng các đường sức từ trường, nó là đường cong khép kín, tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với phương của từ trường tại điểm ấy, mật độ đường sức lớn hay nhỏ cho ta biết từ trường mạnh hay yếu Các biểu diễn bằng đường sức cho ta thấy một cách tường minh sự phân bố của từ trường tuy nhiên trong tính toán nguyên cứu, để đặc trưng cho từ trường người ta dùng khái niệm véc tơ từ cảm

2.2.1 Vectơ cường độ từ cảm :

Từ trường được đặc trưng bởi đại lượng vật lý là vectơ cường độ từ cảm (gọi là vectơ từ cảm, vectơ cảm ứng điện từ) Trị số của vectơ từ cảm cho ta biết từ trường mạnh hay yếu Chiều của vectơ từ cảm là chiều của từ trường (chiều của đường sức

Người ta đã chứng minh được rằng cảm ứng từ của một dòng điện chạy trong ống dây dẫn đặt trong không khí được tính bằng công thức:

(2.2) Với n là số vòng dây trên mỗi mét chiều dài của ống, I là dòng điện chạy trong dây dẫn

Chiều của được xác định theo quy tắc cái đinh ốc 1

2.2.2 Vectơ cường độ từ trường :

Trong chân không, vectơ từ cảm đủ để mô tả trạng thái của từ trường Nhưng trong vật chất, ta phải xét đến ảnh hưởng của chúng lên từ trường

Khi đặt vật liệu như giấy, thủy tinh, nhựa vào trong từ trường của một nam châm, đường sức từ không bị biến dạng Ngược lại, khi ta đặt vào đó một tấm sắt, đường sức

từ sẽ tập trung đi vào tấm sắt, từ trường bị biến dạng Để xét đến ảnh hưởng này của

môi trường vật chất, người ta dùng vectơ cường độ từ trường

Trong môi trường đẳng hướng (môi trường có tính chất vật lý đồng nhất theo mọi hướng khác nhau), quan hệ giữa và như sau:

(2.3) Trong đó:

χm : độ từ thẩm của môi trường vật chất, đặc trưng ảnh hưởng của môi trường

µ0 : hệ số (độ) từ thẩm của chân không

µ : hệ số từ thẩm của môi trường vật chất

Đơn vị của cường độ của hệ số từ thẩm là Henry trên mét, kí hiệu Hm Đơn vị của cường độ từ trường là Ampe trên met, kí hiệu là Am Trong thực tế hệ số từ thẩm của vật liệu điện từ lớn gấp hàng nghìn lần đối với chân không, để so sánh người ta đưa ra một khái niệm hệ số từ thẩm tương đối µr:

(2.4) Trong kỹ thuật điện, các vật liệu sắt từ dẫn từ rất tốt có µr từ vài trăm đến vài vạn

vì thế vật liệu sắt từ được sử dụng để chế tạo các mạch từ cho các thiết bị điện

Biểu thức (6.1), khi áp dụng vào cho các bộ phận của thiết bị điện ta có:

Trong các khe hở không khí hoặc các bộ phận không sắt từ:

B = µ0H (2.5) Trong đó:

µ0 = 4π.10 -7 (Hm ) Trong phần thép:

B = µH = µ0µrH (2.6)

2.2.3 Từ thông φφφ

Khi nghiên cứu, thiết kế các thiết bị điện, ngoài khái niệm và , người ta còn sử dụng khái niệm từ thông

“Từ thông là thông lượng của vectơ xuyên qua một bề mặt S”

Khi vectơ thẳng góc với mặt S và có trị số bằng nhau trên mặt phẳng ấy thì từ thông φ được tính như sau:

φ = B.S (2.7) Đơn vị của từ thông là Vêbe, kí hiệu là Wb

Biểu thức (3.8) có thể viết:

B = φS (2.8) Vậy cường độ từ cảm B chính là mật độ từ thông trên diện tích S

Trong việc tính toán mạch từ thì dùng đường cong trung bình B = f(H) Phụ thuộc vào loại thép sẽ có các đường cong từ hóa khác nhau

Hình 2-5 : Đường khép kín từ trễ của sắt

2.4 Định luật cảm ứng điện từ

2.4.1 Sức điện động cảm ứng khi từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên

Hiện tượng cảm ứng điện từ do Faraday phát hiện năm 1831 sau đó năm 1893 Lentz phát hiện ra quy tắc về chiều Nội dung định luật như sau:

“Khi từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên, trong dây sẽ cảm ứng ra sức điện động, sức điện động ấy có chiều sao cho dòng điện nó sinh ra có xu hướng chống lại sự biến thiên của từ thông”

Nếu chọn chiều dương của sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông φ theo quy tắc vặn nút chai (Hình 2 - 6) Sức điện động cảm ứng trong mỗi vòng dây được viết theo công thức Macxoen như sau:

e = - dφdt (2.9)

Nếu cuộn dây có W vòng dây,

sức điện động cảm ứng của cuộn dây sẽ là:

Trong các công thức trên từ thông đo bằng Vêbe (Wb), sức điện động đo bằng Vôn (V)

2.4.2 Sức điện động cảm ứng trong thanh dẫn chuyển động trong từ trường

Khi một thanh dẫn chuyển động cắt đường sức của từ trường, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng một sức điện động e có trị số là:

e = Blvsinα (2.11) Trong đó:

B là độ từ cảm đo bằng T

l là chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (phần thanh dẫn nằm trong từ trường) đo bằng mét

v vận tốc của thanh dẫn đo bằng m/s

α là góc hợp bởi chiều vận tốc và chiều từ trường

Khi chuyển động vuông góc với chiều từ trường (thường gặp trong máy điện, α

= 900 ) thì sức điện động cảm ứng là:

e = Blv (2.12) Chiều của sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải và được phát biểu như sau:

“Cho đường sức từ trường đi vào lòng bàn tay phải, chiều chuyển động của thanh dẫn theo chiều ngón tay cái xòe ra, thì chiều 4 ngón tay còn lại là chiều của sức điện động cảm ứng” (Hình 2-7)

Khi thanh dẫn chuyển động song song với từ trường, trong thanh dẫn sẽ không có sức điện động cảm ứng

sin I l B

F đt =

Trong đó:

B - Cường độ từ cảm đo bằng T

I - Dòng điện đo bằng A

l - Chiều dài hiệu dụng thanh dẫn đo bằng m

α - Góc giữa chiều dòng điện và chiều từ trường

Fđt - Lực điện từ đo bằng N

Khi thanh dẫn đặt vuông góc với từ trường, lực điện từ là:

Fđt = B.I.l

Chiều lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái "Cho chiều đường sức

từ trường xuyên vào lòng bàn tay trái, chiều dòng điện trùng với chiều bốn ngón tay, thì chiều ngón tay cái xòe ra là chiều lực điện từ"

Tóm tắt

Độ từ thẩm (µ) là đại lượng thể hiện khả năng vật liệu có thể được từ hóa Để đưa ra được giá trị của độ từ thẩm của vật liệu, người ta phải căn cứ vào độ từ thẩm của không khí có giá trị là 4π x 10-7.

µ = µr.µo trong đó: µ là độ từ thẩm thực tế

µr là độ từ thẩm tương đối

µo là độ từ thẩm của không khí

Ví dụ Một lõi từ có tiết diện ngang hình vuông 20mm x 25mm có chiều dài 110mm, nếu có

độ từ thẩm tương đối (µr ,) là 810, xác định từ trở của lõi từ

Khả năng của một cuộn dây tọa ra từ thông được gọi là Suất từ động (Fm) và được xác định

qua đơn vị Ampe-vòng (A/t)

Fm = IN trong đó Fm là suất từ động với đơn vị là amp-vòng

I là cường độ dòng điện (A)

N là số vòng dây của cuộn dây (vòng)

Ví dụ Xác định suất từ động tạo ra bởi cuộn dây có 960 vòng khi có dòng điện 0,25A chạy qua Fm = I.N = 0.25 x 960 = 240 A/t

Lực từ hóa (H)

Đọc “Electrical Principles for Electrical Trades - 4th Edition”, trang.102, phần 5.5.2

Lực từ hóa (H) là đại lượng thể hiện khả năng của suất từ động từ hóa vật liệu khi tính đến

chiều dài của vật liệu được từ hóa Do đó việc tính toán có thể thực hiện bằng cách chia suất

từ động cho chiều dài của mạch từ Nếu diện tích mặt cắt ngang của mạch dẫn từ là không thay đổi thì có thể áp dụng công thức:

H = IN / l

trong đó: H là lực từ hóa với đơn vị amp-vòng/mét

IN với đơn vị amp-vòng

1 là chiều dài của mạch từ (m)

Ví dụ Lực từ hóa tọa ra trên lõi có chiều dài 150mm ở ví dụ trên có thể tính toán được như sau:

Mật độ từ thông (B)

Mật độ từ thông (B) được xác định thông quan lượng từ thông tổng và diện tích mà từ thông

đi qua:

B = Φ/A trong đó: B là mật độ từ thông với đơn vị Tesla (wb/m2)

Φ là tổng lượng từ thông với đơn vị Vêbe (Wb)

A là diện tích với đơn vị m2

Ví dụ Một mạch từ với diện tích mặt cắt ngang là 120mm2 dẫn dòng từ thông 0.24 Wb Xác

định mật độ từ thông trong lõi dẫn B = Φ/A

= 0.24/ 120 x 10 -6

= 2x10 -9 T

Từ trở (Rm)

Từ trở (Rm) là đại lượng đặc trưng cho khả năng cản trở sự đi qua của từ thông trong vật liệu

Từ trở có ảnh hưởng tương tự như điện trở trong mạch điện và phụ thuộc vào chiều dài của mạch từ (l), diện tích mặt cắt ngang của mạch dẫn từ (A) và độ từ thẩm của vật liệu

l

Rm = µA

trong đó: Rm là từ trở với đơn vị amp-vòng/Vêbe

1 là chiều dài của mạch từ với đơn vị mét

µ là độ từ thẩm thực của lõi vật liệu dẫn từ

A là diện tích mặt cắt ngang của lõi dẫn từ với đơn vị m2

Mạch từ

Mạch từ có thể so sánh với mạch điện như thể hiện trong bảng dưới đây:

Truật ngữ Mạch điện Mạch từ

Sự cản trở Điện trở (R) Từ trỏ (F m )

Áp suất/Lực Suất điện động (emf) Suất từ động (mmf)

Dòng Cường độ dòng điện (I) - Từ thông (ø)

• Suất từ động (mmf) là được hình thành bởi một cuộn dây solenoid với (N) vòng có

cường độ dòng điện (I) đi qua Đơn vị của suất từ động là ampe – vòng (At)

mmf = NI (ampe – vòng)

• Từ thông là chùm các đường sức từ đi vào và đi ra khỏi bất kỳ mọi nam châm vĩnh

cửu hay nam châm điện Đơn vị của từ thông là Vêbe (Wb) và được ký hiệu bằng ký

tự Hy lạp Φ (phi)

• Từ trở là đại lượng của mạch từ thể hiện sự ngăn cản dòng từ thông và có thể xác

định được thông qua đơn vị ampe-vòng / Vêbe (At/Wb)

• Lực từ hóa (H) tạo ra trong mạch từ được xác định thông qua suất từ động (mmf) của

cuộn dây sonlenoid và chiều dài (l) của phần mà từ thông đi qua

H = mmf/1 At/m

• Độ từ thẩm tuyệt đối (µ) là đặc trưng cho phép các đường sức từ đi qua của vật chất

và được so sánh với độ từ thẩm của không khí để đưa ra độ từ thẩm tương đối (pr)

• µ = µo µr (Chú ý: độ từ thẩm của không khí (µo) = 4π x 10¯7)

•

Mật độ từ thông (B) là sự phân bố của từ thông (Φ)trên một diện tích (A).

• Mật độ từ thông của một từ trường phụ thuộc vào lực từ hóa (H) và độ từ thẩm tuyệt

đối của môi trường từ tính

B = µH (Tesla)

• Từ thông thất thoát là một phần của lượng từ thông tổng không thực hiện theo mục

đóch mong muốn Từ thông thất thoát được đánh giá thông qua hệ số thất thoát và thường có giá trị tuqf 1,1 đến 1,3 đối với các trang thiết bị điện

hệ số thất thoát = tổng từ thông tạo ra / từ thông hữu ích

• Phân tán từ xảy ra khi từ thông đi qua khe hở không khí và có khuynh hướng phân

tách Hiệu ứng này dẫn đến làm giảm mật độ từ thông qua khe hở không khí (có nghĩa

là khe hở càng lớn thì sự phân tán càng xảy ra mạnh hơn)

• Khe hở không khí: không xảy ra sự gián đoạn của mạch từ với vật liệu là sắt từ ngay

cả khi có sự phân tách bằng không khí, đồng, gỗ hay mọi loại vật liệu không có từ tính khác

mmf = suất từ động theo ampe vòng (At)

F m = suất từ động theo ampe vòng (At)

I = cường độ dòng điện (A)

N = số vòng quấn của cuộn dây

µµr = độ từ thẩm tương đối của vật liệu lõi

µµo = độ từ thẩm của không gian tự do (H/m)

ρ = từ trở

L = độ tự cảm – Henry E’ = suất điện động phản kháng

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2

1 Xác định lực tác động lên dây dẫn có chiều dài 0.2032m đặt trong từ trường 1.395T với cường độ dòng điện đi qua là 50 A

2 Xác định lực tác động lên đoạn dây dẫn có chiều dài 0,15m đặt trong từ trường 2,5T và có dòng điện chạy qua là 20A

3 Xác định chiều dài cần thiết của dây dẫn của cuộn dây đặt trong từ trường có cường độ 8 Tesla, mang dòng điện 5A có lực tác động là 10N

4 Xác định cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn có chiều dài 0,2m đặt trong từ trường 0,3T và tạo ra lực tác động 10N

Hiệu điện thế cảm ứng

Định luật Faraday thể hiện rằng hiệu điện thế cảm ứng tăng nếu:

• tăng số vòng dây của cuộn dây

• tăng cường độ từ trường

• tăng tốc độ chuyển động tương đối giữa dây dẫn và từ trường

5 Một nam châm được kéo nhan ra khỏi một cuộn dây có 800 vòng Từ thông tổng thay đổi trong cuộn dây là 0.2 Wb và với thời gian kéo nam châm ra là 20

ms Xác định hiệu điện thế cảm ứng

Kết quả _

6 Nếu nam châm được kéo ra khỏi cuộn dây tương tự trong khoảng thời gian 2ms

và tăng tốc độ đó lên 10 lần thì hiệu điện thế cảm ứng sẽ là:

Kết quả _

7 Một nam châm di chuyển vào trong một cuộn dây có 200 vòng trong khoảng thời gian 20ms và hình thành một hiệu điện thế cảm ứng 25V Vậy để hình thành hiệu điện thế cảm ứng 50V với cùng tốc độ di chuyển của nam châm thì cuộn dây phải có bao nhiêu vòng quấn?

Kết quả

8 Một nam châm di chuyển vào trong một cuộn dây có 200 vòng quấn trong khoảng thời gian 20ms và hình thành hiệu điện thế cảm ứng 25V Vậy nếu muốn hình thành hiệu điện thế cảm ứng là 50V trong khi không thay đổi số vòng dây thì tốc độ di chuyển của nam châm phải tay đổi như thế nào?

Kết quả

9 Một nam châm di chuyển vào trong một cuộn dây có 200 vòng quấn trong khoảng thời gian 20ms và hình thành hiệu điện thế cảm ứng 25V Nếu không thay đổi cuộn dây hoặc tốc độ di chuyển của nam châm thì cường độ từ trường của nam châm phải thay đổi như thế nào để hình thành hiệu điện thế cảm ứng là 100V?

Kết quả ………

10 Một bộ phận cảm điện có độ tự cảm là 5H có cường độ dòng điện bên trong là 15A carries a current of 15 amps Cường độ dòng điện giảm xuống 0 với khoảng thời gian là 2ms Xác định hiệu điện thế cảm ứng

Kết quả

11 Từ trường của một bộ phận cảm ứng điện bị mất đi trong khoảng thời gian 10 giây và sinh ra hiệu điện thế cảm ứng 100V Nếu từ trường mất đi trong thời gian 1 giây thì hiệu điện thế cảm ứng sẽ có giá trị như thế nào?

Kết quả _

12 Một cuộn cảm có độ tự cảm là 5H mang dòng điện 3A nếu cường độ dòng điện giảm về 0 với với khoảng thời gian là 1ms thì sẽ hình thành hiệu điện thế cảm ứng bằng bao nhiêu

15 Nếu cường độ dòng điện đi qua một cuộn cảm 2mH để hình thành hiệu điện thế cảm ứng là 20V khi tăng dòng điện từ 1A lên 5A thì thời gian diễn ra sự thay đổi cường độ dòng điện như vậy sẽ là bao lâu

Kết quả

16 Một cuộn dây thảng có 100 vòng quâne, Xác định hiệu điện thế cảm ứng tương ứng với các trường hợp sau:

a từ thông không đổi 106 Wb

b từ thông thay đổi với tốc độ 2 Wb/s

c từ thông thay đổi với tốc độ 0.01 Wb/s

CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA

(Lý thuyết: 3h; Bài tập: 2h; Kiểm tra: 1h)

Mục tiêu:

- Giải thích được các khái niệm cơ bản trong mạch xoay chiều 1 pha như: chu

kỳ, tần số, pha, sự lệch pha, trị biên độ, trị hiệu dụng Phân biệt các đặc điểm cơ bản giữa dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều;

- Biểu diễn được lượng hình sin bằng đồ thị vectơ;

- Tính toán các thông số (tổng trở, dòng điện, điện áp ) của mạch điện AC một pha không phân nhánh và phân nhánh; Giải được các bài toán cộng hưởng điện áp, cộng hưởng dòng điện;

Nội dung:

3.1 Cách tạo ra sức điện động xoay chiều hình sin

Để tạo ra dòng điện xoay chiều hình sin, người ta tác động lực cơ học vào khung dây, làm cho khung dây quay cắt đường sức từ trường của nam châm Khung dây sẽ cảm ứng một sức điện động xoay chiều hình sin Dòng điện cung cấp cho tải thông qua vòng trượt và chổi than Khi công suất điện lớn, cách lấy điện như vậy gặp nhiều khó khăn ở chỗ tiếp xúc giữa vòng trượt và chổi than

Hình 3-1 Nguyên lý tạo ra dòng điện xoay chiều

Trong công nghiệp, máy phát điện xoay chiều được chế tạo như sau: dây quấn đứng yên trong các rãnh của lõi thép là phần tĩnh, còn nam châm là phần quay Khi tác dụng lực cơ học vào làm nam châm quay, trong dây dẫn ở phần tĩnh sẽ cảm ứng ra sức điện động xoay chiều hình sin Dây quấn đứng yên nên việc cung cấp cho tải rất an toàn và thuận lợi

Hình 3-2 Máy phát điện trong công nghiệp

Cấu tạo của máy phát điện sẽ được trình bày kĩ ở học phần máy điện