Kỹ thuật điện bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng

Kỹ thuật điện bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)

ng TƠi li u nƠy đ c s d ng cho sinh viên các l p đ i h c tín ch v i th i l ng

30 ti t Tôi hy v ng đơy s lƠ tƠi li u thi t th c cho các b n sinh viên

Trong quá trình biên so n, ch c ch n tƠi li u không tránh kh i có nh ng sai sót

M i góp ý xin g i v đ a ch Ph m V n Anh - Khoa K Thu t Công Ngh - Tr ng

ai h c Ph m V n ng ho c th đi n t : pvanh@pdu.edu.vn Xin chơn thƠnh c m

n

Tác gi

CH NG 1 NH NG KHÁI NI M C B N V M CH I N

M c tiêu

M c tiêu c a ch ng nƠy giúp sinh viên n m đ c các khái ni m c b n v

m ch đi n, k t c u hình h c c a m t m ch đi n, các thông s c b n khi xem xét m t

m ch đi n Ph n cu i c a ch ng giúp sinh viên n m đ c hai đ nh lu t Kirchoff, đơy lƠ nh ng đ nh lu t c b n vƠ lƠ công c đ gi i các bƠi toán v m ch đi n các

ch ng ti p theo

1.1 Nh ng khái ni m c b n v m ch đi n

1.1.1 M ch đi n: lƠ t p h p các thi t b đi n n i v i nhau b ng các dơy d n (ph n t

d n) t o thƠnh nh ng vòng kín trong đó dòng đi n có th ch y qua M ch đi n th ng

g m các lo i ph n t sau: ngu n đi n, ph t i (t i), dơy d n Ví d m t m ch đi n trong hình 1.1 M ch đi n bao g m m t ngu n đi n AC, m t bóng đèn, m t đ ng c

đi n vƠ dơy d n

1.1.2 Ngu n đi n: Ngu n đi n lƠ thi t b phát ra đi n n ng V nguyên lý, ngu n

đi n lƠ thi t b bi n đ i các d ng n ng l ng nh c n ng, hóa n ng, nhi t n ng thƠnh

đi n n ng

1.1.3 T i: T i lƠ các thi t b tiêu th đi n n ng vƠ bi n đ i đi n n ng thƠnh các d ng

n ng l ng khác nh c n ng, nhi t n ng, quang n ng v…

1.1.4 Dơy d n: Dơy d n lƠm b ng kim lo i (đ ng, nhôm ) dùng đ truy n t i đi n

n ng t ngu n đ n t i

1.2 K t c u hình h c c a m ch đi n

1.2.1 Nhánh: Nhánh lƠ m t đo n m ch g m các ph n t ghép n i ti p nhau, trong

đó có cùng m t dòng đi n ch y t đ u nƠy đ n đ u kia

1.2.2 Nút: Nút lƠ đi m g p nhau c a t ba nhánh tr lên

1.2.3 Vòng: Vòng lƠ l i đi khép kín qua các nhánh

1.2.4 M t l i: Vòng mà bên trong không có vòng nào khác

Ví d : M ch đi n trên hình 1.1 có 3 nhánh, 2 nútA, B vƠ 3 vòng a, b, c

1.3 3 Chi u d ng dòng đi n vƠ đi n áp

Khi gi i m ch đi n, ta tùy ý v chi u dòng đi n vƠ đi n áp trong các nhánh g i

lƠ chi u d ng K t qu tính toán n u có tr s d ng, chi u dòng đi n (đi n áp) trong

nhánh y trùng v i chi u đư v , ng c l i, n u dòng đi n (đi n áp) có tr s ơm, chi u

c a chúng ng c v i chi u đư v

1.3.4 Ngu n đi n áp vƠ ngu n dòng đi n

Ngu n đi n áp đ c tr ng cho kh n ng t o nên vƠ duy trì m t đi n áp trên hai

c c c a ngu n Ngu n đi n áp đ c ký hi u nh trong hình 12a Ngu n đi n áp còn

` i n tr R đ c tr ng cho quá trình tiêu th đi n n ng vƠ bi n đ i đi n n ng sang

d ng n ng l ng khác nh nhi t n ng, quang n ng, c n ng v… n v c a đi n tr

lƠ Ω (ôm)

R

uR(t) i(t)

Hình 1.3

i n d n G: G = 1/R n v đi n d n lƠ Simen (S) i n n ng tiêu th trên

đi n tr trong kho ng th i gian t

dtRipdtA

n v đi n c m lƠ Henry (H) i n c m đ c ký hi u nh trong hính 1.4

N u dòng đi n i bi n thiên thì t thông c ng bi n thiên vƠ theo đ nh lu t c m

ng đi n t trong cu n dơy xu t hi n s c đi n đ ng t c m:

L

Ldi e

dt

e L

u R (t) i(t)

Công su t t c th i trên cu n dơy:

t C

i n dung C đ c tr ng cho hi n t ng tích l y n ng l ng đi n tr ng (phóng tích đi n n ng) trong t đi n n v c a đi n dung là F (Fara)

N u ch n chi u dòng đi n vƠ đi n áp trên nhánh ng c nhau thì ta có k t lu n

ng c l i Trong h SI đ n v c a đi n áp lƠ V (vôn), đ n v dòng đi n lƠ A (Ampe),

đ n v đo c a công su t là W (oát)

Trong đó th ng quy c các dòng đi n có chi u đi t i nút mang d u d ng, vƠ

các dòng đi n có chi u r i kh i nút thì mang d u ơm ho c ng c l i

Ví d : T i nút trên hình 1.1, đ nh lu t Ki ch p 1 đ c vi t nh sau:

5 4 3 2

I     ho c I1I2 I3I4I5

i theo m t vòng khép kín, theo m t chi u d ng tùy ý, t ng đ i s các đi n áp

r i trên các ph n t R, L, C b ng t ng đ i s các s c đi n đ ng có trong vòng; trong

đó nh ng s c đi n đ ng vƠ dòng đi n có chi u trùng v i chi u d ng c a vòng s mang d u d ng, ng c l i mang d u ơm

Ví d 2: i v i m ch vòng kín trong hình 1.7, đ nh lu t Kirchhoff 2 đ c vi t nh sau:

2

3 3 3 2 1 1 1 2 3

Câu 3 Vi t ph ng trình t ng quát c a đ nh lu t Kirchoff 1 vƠ 2

Câu 4 Cho m ch đi n nh hình 1.8 Bi t: E1 100V, E2 130V, I 8A, R1  3,

C H NG 2 DÒNG I N HÌNH SIN

M c tiêu

Ch ng nƠy giúp sinh viên t ng k t các ki n th c v khái ni m, các

đ i l ng c b n c a dòng đi n hình sin, cách bi u di n các đ i l ng nƠy thông qua s ph c, cách tính toán các thƠnh ph n công su t vƠ hi n t ng

c ng h ng trong m ch đi n hình sin

2.1 Khái ni m v dòng đi n xoay chi u hình sin

Dòng đi n xoay chi u có th đ c mô t d i d ng hƠm s sin, ho c qui v

d ng hƠm s sin đ c g i lƠ dòng đi n hình sin

2.1.1 Các đ i l ng đ c tr ng cho dòng đi n hình sin

Bi u th c c a dòng đi n, đi n áp hình sin:

  : pha ban đ u c a dòng đi n, đi n áp

Góc l ch pha gi a các đ i l ng lƠ hi u s pha đ u c a chúng Góc l ch pha

gi a đi n áp vƠ dòng đi n th ng kí hi u là :    u i (2.3)

N u :  0 : đi n áp s m phá dòng đi n

0

 : đi n áp ch m pha so v i dòng đi n

0

2 2

0

2

)

(

1

)(

Vect đi n áp U bi u di n đi n áp Ví d : u t  140 2.sin(t  45 )o

T ng hay hi u c a các hƠm sin đ c bi u di n b ng t ng hay hi u các véc t

t ng ng

nh lu t Kirchoff 1 d i d ng véc t : I  0 (2.8)

nh lu t Kirchoff 2 d i d ng véct :U 0 (2.9)

D a vƠo cách bi u di n các đ i l ng vƠ 2 đ nh lu t Kirchhoff b ng vect , ta

có th gi i m ch đi n trên đ th b ng ph ng pháp đ th vect

2.3 Bi u đi n đ i l ng xoay chi u hình sin b ng nh ph c

Cách bi u di n vect g p nhi u khó kh n khi gi i m ch đi n ph c t p Khi gi i

m ch đi n hình sin ch đ xác l p m t công c r t hi u qu lƠ bi u di n các đ i

).()).(

(

)).(

(

dc

dabcjbdcadjcdjc

djcbjadj

I

Ue

I

eUI

j

z   (2.24)

T ng d n Y:

Z

Khi có dòng đi n i = Imaxsin t qua đi n tr R , đi n áp trên đi n tr :

uR= R.i =URmax sin t (2.29)

Trongđó: URmax = R.Imax (2.30)

Ta có : UR=R.I ho c I = UR/ R (2.31)

Bi u di n véct dòng đi n i vƠ đi n áp uR

Dòng đi n i = Imaxsin t bi u di n d i d ng dòng đi n ph c :

0 ejI

i n áp uR = Umaxsin t bi u di n d i d ng đi n áp ph c :

R

UIIR

jeU

Ta th y pR(t) > 0 t i m i th i đi m, đi n tr R luôn tiêu th đi n n ng c a ngu n vƠ bi n đ i sang d ng n ng l ng khác nh quang n ng vƠ nhi t n ng v

Công su t tác d ng P lƠ tr s trung bình c a công su t t c th i pRtrong m t chu k

dttI

UTdttpTP

T R T

R 



0 0

)

2cos1.(

1)(

n v c a công su t tác d ng lƠ W (oát)

2.5 M ch đi n thu n đi n c m

Hình 2.3Khi dòng đi n i = Imaxsin t qua đi n c m L, đi n áp trên đi n c m:

uL(t) = L di/dt = ULmax sin( t + /2 ) (2.37) Trong đó : ULmax = XLImax (2.38)

UL = XLI ; I = UL/ XL (2.39)

XL = L g i lƠ c m kháng

Dòng đi n i = Imaxsin t bi u di n d i d ng dòng đi n ph c : 0

ejI

I  

i n áp uL = ULmax sin( t + /2 ) bi u di n d i d ng đi n áp ph c :

L L

j L L

X j

U I j I X e

U U

.

Công su t tác d ng c a nhánh thu n c m:

0)(1

0



TP

n v công su t ph n kháng lƠ Var

2.6 M ch đi n thu n đi n dung

I  

Bi u di n đi n áp uC = UCmax sin( t ậ /2) d i d ng đi n áp ph c :

j I X e

U

U C  C. j.(90)  C  (2.47)

K t lu n: U C XC  I j (2.48)

Công su t t c th i c a nhánh thu n dung:

pC = uC iC = - UC IC sin2 t (2.49)

M ch thu n dung không tiêu tán n ng l ng:

Công su t ph n kháng c a đi n dung:

U  R2 ( L C)2  2 ( L C)2  (2.52)

) ( XL XCR

X I j X I j R I U U U

U   R L C     L  C    L C   (2.54)

T ng tr ph c c a nhánh:

.

j zejX

R

2.8 Công su t trong m ch đi n hình sin

Xét m t m ch đi n g m ba ph n t R, L, C n i ti p Dòng đi n xoay chi u có

ba lo i công su t

Hình 2.5

2.8.1 Công su t tác d ng P

Cho m ch đi n (hình 2.8) g m các thông s R, L,C đ c đ t vƠo đi n áp

u = Umaxsin( t + ) vƠ dòng đi n i = Imaxsin t ch y qua m ch

Công su t tác d ng P:

dttiuTdttpTP

T T

)(

1)(1

0

Công su t t c th i p(t) = u.i = UI[ cos - cos(2 t + )] (2.57)

Ta có: 1 UI[cos -cos(2t +)]( ) cos

0

IUdttT

Công su t tác d ng đ c tr ng cho hi n t ng bi n đ i đi n n ng sang các d ng

i

k Lk C

L Q X I X I Q

Q

1

2 1

U

Công su t bi u ki n còn đ c g i lƠ công su t toƠn ph n P, S, Q có cùng 1

th nguyên, nh ng đ nv c a P lƠ W, c a Q lƠ VAR vƠ c a S lƠ VA

2.9 C ng h ng đi n áp vƠ nơng cao h s cos

Trong m ch g m các ph n t R, L, C m c n i ti p Ta có

2 2

2 2

) (

)

R U U I R X X U

Khi UL =UC t c XL=XC thì U  UR2 ( UL UC)2  I R (2.64)

Giá tr đi n áp hi u d ng trong m ch đ t giá tr c c đ i M ch x y ra hi n t ng

c ng h ng đi n áp

Trong công th c P=U.I.cos , cos đ c g i lƠ h s công su t

Nơng cao h s cos c a t i s nơng cao kh n ng s d ng công su t ngu n

đi n M t khác n u c n 1 công su t P nh t đ nh trên đ ng dơy 1 pha thì dòng đi n

ch y trên đ ng dây là:

cos

PI

Khi ta nơng h s cos thì dòng đi n I s gi m, d n đ n gi m chi phí đ u t cho

đ ng dơy vƠ t n hao đi n n ng trên đ ng dây

nơng cao cos ta dùng t đi n n i song song v i t i

T m c C v i thông s nh sau:

) ( 1

kháng c a m ch

Câu 2 Cho m ch đi n nh hình 2.2 XL  26, XC  6 , R 10, U 400ej6V

I

Hình 2.7

C H NG 3 CÁC PH NG PHÁP GI I M CH I N

M c tiêu

M c tiêu c a ch ng nƠy lƠ cung c p cho sinh viên các ph ng pháp tính toán

m ch đi n xoay chi u b ng ph ng pháp s C th lƠ ph ng pháp bi n đ i m ch

đi n, ph ng pháp dòng đi n nhánh, ph ng pháp dòng đi n vòng, ph ng pháp đi n

1 U U I Z I Z I Z I Z Z Z U

td I Z U

Z

U

I   ;

2 2

Z

U

I   ;

3 3

1 Z

UZ

UZ

UZ

Suy ra

3 2 1

1 1 1 1

Z Z Z

td Y Y

1

(3.8)

3.1.3 Bi n đ i sao - tam giác (Y - ∆) vƠ tam giác – sao ( ∆ -Y)

a Bi n đ i t hình sao sang tam giác (Y - ∆):

3

2 1 2 1 12

Z

Z Z Z Z

1

3 2 3 2 23

Z

Z Z Z Z

2

3 1 3 1 31

Z

Z Z Z Z

N u Z1 =Z2 = Z3 = ZY thì Z12 =Z23 = Z31 =3.Zy (3.10)

b Bi n đ i t hình tam giác sang sao ( ∆-Y):

31 23 12

31 12 1

Z Z Z

Z Z Z







31 23 12

23 12 2

Z Z Z

Z Z Z





31 23 12

31 23 3

Z Z Z

Z Z Z







N u Z12 = Z23 = Z31 = Z∆ thì Z1 =Z2 = Z3 = Z∆/3 (3.12)

+ T các dòng đi n vòng suy ra các dòng đi n nhánh (Dòng đi n nhánh b ng

t ng đ i s các dòng đi n vòng ch y trên nhánh đó) m lƠ s nhánh, n lƠ s nút c a

m ch đi n

K t lu n:

Dòng đi n vòng lƠ dòng đi n m ch vòng t ng t ng ch y khép kín trong các vòng đ c l p

M ch đi n có 2 nút (n = 2) vƠ có 3 nhánh (m =3) Ch n chi u dòng đi n nhánh

I1, I2, I3, chi u hai dòng đi n vòng Ia, Ib vƠ chi u d ng cho vòng a, b

Dòng đi n trên các nhánh 1

) 1 (

3

50

2  I  I  j 

I  b a (A) Dòng đi n trên các nhánh 3

) 1 (

Ph ng pháp dòng đi n vòng có u đi m lƠ gi i h ít ph ng trình, ít n s

h n ph ng pháp dòng đi n nhánh, th ng đ c s d ng đ gi i bƠi toán m ch đi n

ph c t p

3.4 Ph ng pháp đi n th hai nút

a Ph ng pháp

+ Tùy ý ch n chi u dòng đi n nhánh vƠ đi n áp hai nút

+ Tìm đi n áp hai nút theo công th c t ng quát:

Y

Y E U

Trong đó có quy c các s c đi n đ ng Ek có chi u ng c chi u v i đi n áp

UAB thì l y d u d ng vƠ cùng chi u l y d u ơm

+ Tìm dòng đi n nhánh b ng cách áp d ng đ nh lu t Ôm cho các nhánh

UE

UE

I    AB    AB

Áp d ng đ nh lu t Kirchoff 1 t i nút A: I 1 I 2 I 3 0

Ta có: E 1Y1 E 2Y2 E 3Y3 U AB( Y1 Y2 Y3)

3 2 1

3 3 2 2 1 1

YYY

YEYEYE

Công th c t ng quát n u m ch có n nhánh vƠ ch có hai nút A,B:

Y

Y E U

I    AB    AB   (A)

3

50)

2

2

2    E U Y  jZ

UE

3

25)

Ti p t c v i các ng n 2,3, n., ta tìm đ c các thƠnh ph n I2,I3, .Inc a I Khi

c n ngu n cùng lƠm vi c, dòng I c n tìm lƠ: I = I1 +I2 +I3 +I4+…In

R3

I3 A

B

Hình 3.5

Câu 3 M t cu n dơy có đi n tr R, L m c n i ti p:R10 vƠ L=35mH đ c đ t vƠo đi n áp:

tt

t

u59.6sin 10.7sin3 1.97sin7

srad /314

4.1 Khái ni m chung v m ch đi n 3 pha

Vi c truy n t i đi n n ng b ng m ch đi n ba pha ti t ki m đ c dơy d n h n

vi c truy n t i b ng dòng đi n m t pha đ ng th i h th ng đi n ba pha có công su t

l n h n ng c đi n ba pha có c u t o đ n gi n vƠ đ c tính t t h n đ ng c m t

pha

Vàng Xanh

Dây trung tính - en

3 pha/380V cung

c p cho đ ng c

vƠ các thi t b công nghi p

Các pha đ n

220V, cung c p

ánh sáng, thi t b dơn d ng

Pha đ n

380V

B o v t

Hình 4.1 S đ đ ng dâỔ cung c p đi n ba pha (380V/3pha/50Hz)

t o ra ngu n đi n ba pha ta dùng máy phát đi n đ ng b ba pha Ta xét c u

t o c a máy phát đi n đ ng b ba pha đ n gi n:

Ph n t nh g m 6 rưnh, trong các rưnh đ t ba dơy qu n AX, BY, CZ có cùng s vòng dơy vƠ l ch nhau m t góc 2 /3 trong không gian

Dơy qu n AX g i lƠ pha A, dơy qu n BY g i lƠ pha B, dơy qu n CZ lƠ pha C

Ph n quay lƠ nam chơm v nh c u có 2 c c N ậ S

Nguyên lí lƠm vi c c a máy phát đi n đ ng b ba pha:

Khi quay rôto quay ng c chi u kim đ ng h , t tr ng l n l t quét các dơy

qu n stato vƠ c m ng vƠo trong dơy qu n stato các s c đi n đ ng hình sin cùng biên

đ , cùng t n s vƠ l ch pha nhau m t góc 2 /3

S c đi n đ ng pha A: eA = Emaxsin t (4.1)

S c đi n đ ng pha B: eA = Emaxsin( t-2 /3) (4.2)

S c đi n đ ng pha C: eA = Emaxsin( t+2 /3) (4.3)

Ngu n đi n g m ba s c đi n đ ng hình sin cùng biên đ , cùng t n s , l ch pha

nhau 2 /3 g i lƠ ngu n ba pha đ i x ng

i v i ngu n đ i x ng ta có EA EB EC  0 (4.4)

N u t ng tr ph c c a các pha t i b ng nhau ZA = ZB =ZCthì ta có t i đ i x ng

M ch đi n ba pha g m ngu n, t i vƠ đ ng dơy đ i x ng g i lƠ m ch đi n ba pha đ i

x ng N u không thoư mưn m t trong các đi u ki n đư nêu g i lƠ m ch ba pha không

đ i x ng

i v i m ch ba pha đ i x ng bao g m ngu n đ i x ng, t i vƠ các dơy pha đ i

x ng Khi gi i m ch ba pha đ i x ng ta ch c n tính toán trên m t pha r i suy ra các

pha kia

4.2 M ch đi n 3 pha đ i x ng n i sao sao (Y-Y)

A

B C

4.2.1 Cách n i

Mu n n i hình sao ta n i ba đi m cu i pha v i nhau t o thƠnh đi m trung tính

4.2.2 Các quan h gi a đ i l ng dơy vƠ pha

a Quan h gi a dòng đi n dơy vƠ pha: Id = Ip (4.5)

b Quan h gi a đi n áp dơy vƠ đi n áp pha:

. j

p AO

A U U e

120

. j

p BO

B U U e

120

. j

p CO

C U U e

30 120

0

.

3 2

) 3 ( 3

p OB AO

AB U U U e U e U j U e

90 120

120

.

3

p OC BO

BC U U U e U e U e

210 0

120

.

3

p OA CO

4.2 3 Gi i m ch đi n ba pha t i n i hình sao đ i x ng

1 Khi không xét t ng tr đ ng dây pha

i n áp trên m i pha t i:

3

d p

U

p p

p R X

Trong đó Rp, Xp lƠ đi n tr vƠ đi n kháng m i pha t i, UdlƠ đi n áp dây

Dòng đi n pha c a t i:

2 2

d p

p p

XR

Uz

UI

) (

) (

.

d p

p p d

X X R

R

U z

U I I

Trong đó: Rd , XdlƠ đi n tr vƠ đi n kháng đ ng dơy

4.3 M ch đi n 3 pha đ i x ng n i tam giác - tam giác (-)

4.3.2 Các quan h gi a đ i l ng dơy vƠ đ i l ng pha

a Quan h gi a đi n áp dơy vƠ đi n áp pha Ud = Up

b Quan h gi a dòng đi n dơy vƠ pha áp d ng đ nh lu t Kirchoff 1 t i các nút

4.3.3 Gi i m ch đi n ba pha t i n i tam giác

1 Khi không xét t ng tr đ ng dây pha

Dòng đi n pha t i Ip: 2 2

p p

d p

p p

X R

U z

U I

33

p p

d p

d

XR

UI

I





2 Khi có xét t ng tr c a đ ng dây pha

T ng tr m i pha lúc n i tam giác: Z Rp  j X p (4.27)

T ng tr bi n đ i sang hình sao:

3

3

p p

Y

X j R Z

