Bài giảng môn điện kỹ thuật cao đẳng

a. Định nghĩa: Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn (phần từ dẫn) tạo thành những vòng kín trong đó dòng điện có thể chạy qua. b. Nguồn điện: Bao gồm tất cả các thiết bị điện để biến đổi các dạng năng lượng khác nhau như: Cơ năng, hoá năng, nhiệt năng, thuỷ năng... thành điện năng.

h¹ ¸p vµ Cung cÊp ®iÖn

t.gia n

Tµi liÖu tham kh¶o

- S¸ch, gi¸o tr×nh chÝnh.

- Gi¸o tr×nh Kü ThuËt §iÖn/ §Æng V¨n

§µo & Lª V¨n Doanh/ NXB Khoa häc vµ

Ch ¬ng I:

M¹ch ®iÖn

M¹ch ®iÖn xoay chiÒu h×nh sin 3 pha

M¹ch ®iÖn xoay chiÒu h×nh sin 1 pha

Các khái niệm

chung

1.1 Các khái niệm chung.

1.1.1 Mô hình mạch điện.

a Bản chất dòng điện trong kim loại.

Là dòng chuyển dời có hướng của các điện tử tự do dưới tác dụng của điện trường

b Bản chất dòng điện trong chất điện phân.

Là dòng chuyển dời có hướng của các ion dưới tác dụng của điện trường

c Bản chất dòng điện trong chất điện khí.

Là dòng chuyển dời có hướng của các ion và điện tử

tự do dưới tác dụng của điện trường

ch ¬ng 1: m¹ch ®iÖn

r R

E I





3 2

1

3 2

1

R R

R R

U U

U U

I I

I I

1

3 2

1

3 2

1

1 1

1

1

R R

R R

U U

U U

I I

I I

c GhÐp hçn hîp: KÕt hîp c¶ nèi tiÕp vµ song song

E1 E2 En

1.1.5 C¸ch m¾c c¸c nguån ®iÖn thµnh mét bé nguån

a GhÐp nèi tiÕp

0 n.r R

1.1.6 Công, công suất và định luật Jun –

c Định luật Jun – Len xơ.

) (

I t I 2 R t J U

Định luật: Nhiệt l ợng toả ra từ một dây dẫn khi có dòng

điện chạy qua tỷ lệ thuận với bình ph ơng c ờng độ dòng

điện, với điện trở dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua

) (

24 , 0 24

, 0

1J  Cal  Q  I 2Rt Cal

1.2 M¹ch ®iÖn xoay chiÒu mét pha.

1.2.1 Kh¸i niÖm vÒ dßng ®iÖn xoay chiÒu

1 pha.

a §Þnh nghÜa:

Dßng ®iÖn xoay chiÒu h×nh sin lµ dßng

®iÖn cã chiÒu vµ trÞ sè biÕn thiªn theo quy luËt h×nh sin

Im

i

i

T

b Nguyên lý tạo ra sức điện động xoay

a

M+

b c

d

M+

a

M+

b c

d

M+

M¸Y PH¸T §IÖN XOAY CHIÒU MéT PHA

1.2.2 Các đại l ợng đặc tr ng của dòng điện

xoay chiều

a Chu kỳ, tần số, vận tốc góc.

- Chu kỳ( T ): Là khoảng thời gian ngắn để

dòng điện lặp lại quá trình biến thiên cũ Đơn vị: s

- Tần số( f ): là số chu kỳ thực hiện đ ợc trong một giây Đơn vị: Hz

b Trị số tức thời, trị số cực đại, trị số

hiệu dụng.

- Trị số tức thời (i, u, e): là trị số của dòng

điện, điện áp, sđđ ở thời điểm bất kỳ nào

đó

- Trị số cực đại( Im, Um, Em ): Là trị số tức thời lớn nhất của dòng điện, điện áp,

H×nh d¹ng thùc tÕ vµ ký hiÖu cña ®iÖn trë:

1.2.4 M¹ch ®iÖn xoay chiÒu thuÇn

trë.

a Kh¸i niÖm.

Lµ m¹ch xoay chiÒu mµ t¸c dông lín nhÊt

lµ cña ®iÖn trë thuÇn R

b Quan hệ dòng -

áp.

t U

u  m sin

Khi đặt điện áp: vào 2 đầu mạch điện thuần trở

thì trong mạch có dòng điện:

) ( sin

sin

A t

I R

t

U R

ồ thị véc

t

ơ

Giản đồ biểu diễn quan hệ dòng áp trong

mạch xoay chiều thuần trở

1.2.5 M¹ch ®iÖn xoay chiÒu

b Quan hệ dòng -

áp

)

( 2

sin t V U

Trong mạch xoay chiều thuần cảm điện áp sớm pha hơn

so với dòng điện 1 góc 90 độ

u i

eL

u, i

0 T/4

П T/2

1.2.6 M¹ch ®iÖn xoay chiÒu thuÇn dung.

H×nh d¹ng vµ ký hiÖu tô ®iÖn:

a Kh¸i niÖm.

Lµ m¹ch xoay chiÒu mµ t¸c dông chñ yÕu

lµ cña ®iÖn dung cßn c¸c thµnh phÇn kh¸c rÊt nhá cã thÓ bá qua

) ( sin t V U

u  m 

)

( 2

sin t A I

u

u,i

i u

(A X

U I

1.2.7 M¹ch ®iÖn xoay chiÒu cã ®iÖn trë,

®iÖn c¶m, ®iÖn dung m¾c nèi tiÕp.

u R  Rm 

)

( 2

sin t V U

sin t V U

b §Þnh luËt ¤m, tæng trë, tam gi¸c

tæng trë.

X R



C

L X

X 

Trong m¹ch xoay chiÒu RLC nèi tiÕp, trÞ sè hiÖu dông

dßng ®iÖn tû lÖ thuËn víi trÞ sè hiÖu dông ®iÖn ¸p, tû lÖ nghÞch víi tæng trë Z cña m¹ch

• §Þnh luËt ¤m:I  U Z (A)

c C«ng suÊt, tam gi¸c

S



- ViÖc n©ng cao hÖ sè c«ng suÊt cos

sÏ tËn dông ® îc kh¶ n¨ng lµm viÖc cña m¸y

®iÖn vµ thiÕt bÞ ®iÖn

- ViÖc n©ng cao hÖ sè cos sÏ tiÕt kiÖm ® îc vèn ®Çu t x©y dùng ® êng d©y

vµ gi¶m tæn thÊt ®iÖn n¨ng truyÒn t¶i

c Biện pháp nâng cao hệ số cos  .

Muốn tăng hệ số cos phải giảm công suất phản kháng Q.

- Biện pháp tự nhiên:

Khi thiết kế, chế tạo, vận hành thiết bị phải

quan tâm đến việc giảm Q.

- Biện pháp nhân tạo:

+ Dùng tụ bù.

+ Dùng máy bù sản xuất ra công suất phản kháng cung cấp trực tiếp cho các thiết bị.

1.3 M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 3 pha.

1.3.1 Kh¸i niÖm vÒ dßng ®iÖn xoay chiÒu

3 pha.

a §Þnh nghÜa.

HÖ thèng m¹ch ®iÖn 3 pha lµ tËp hîp 3 m¹ch ®iÖn

mét pha nèi víi nhau t¹o thµnh mét hÖ thèng

. t V E

e A  m 

))(

120sin(

E

) )(

120 sin(

E

e C  m  

+ +

+ +

c Biểu diễn sđđ 3 pha bằng đồ thị hình

Mối quan hệ giữa các l ợng dây và pha:

1.3.2 Mạch điện 3 pha đấu sao (Y).

1.3.3 Mạch điện 3 pha đấu tam giác.

Mối quan hệ giữa các l ợng dây và pha:

Z B

A

B C

A’

B’ C’

1.3.4 Công suất của mạch 3 pha.

• Mạch ba pha không đối xứng:

3

cos

3

) (

sin 3

sin 3

Q  P P  P P   d d 

) (

3

.

3

2

2 Q U I U I VA P

S    P P  d d

Câu 5:

Trình bầy mạch xoay chiều thuần dung

(Nêu khái niệm, viết ph ơng trình dòng - áp,

vẽ đồ thị véc tơ, nêu biểu thức định luật ôm

và công suất)?

Câu 6:

Thế nào là tam giác trở kháng? Vẽ và giải

thích các thành phần của tam giác trở kháng? Phát biểu, viết biểu thức của định luật ôm

áp dụng cho đoạn mạch xoay chiều?

chiÒu 220V, f = 50 Hz T×m dßng ®iÖn qua

m¹ch? C¸c thµnh phÇn cña tam gi¸c ®iÖn ¸p vµ tam gi¸c c«ng suÊt?

C©u 10:

Mét ®o¹n m¹ch R-L-C cã ®iÖn trë thuÇn R =

200  Khi ®iÖn ¸p ë hai ®Çu ®o¹n m¹ch lµ U = 220V th× I = 0,8A TÝnh tæng trë cña ®o¹n m¹ch

vµ c«ng suÊt cña dßng ®iÖn ch¹y trong ®o¹n

m¹ch?

Câu 11:

Một cuộn dây có điện cảm L = 100 mH mắc vào nguồn điện áp xoay chiều có U= 220 (V), f = 50 Hz Tìm dòng qua mạch? vẽ đồ thị

TỔNG KẾT

TểM TẮT CHƯƠNG 1

Mạch điện xoay chiều hình sin 3 pha

Mạch điện xoay chiều hình sin 1 pha

Mạch điện một chiều

1 Bản chất dũng điện trong cỏc mụi trường

2 Điện trở của vật dẫn.

3 Cỏc định luật cơ bản

4 Cách ghép các điện trở

5 Cách mắc các nguồn điện thành một bộ nguồn

6 Công, công suất và định luật Jun – Len xơ.

1 Khái niệm về dòng điện XC hình sin 1 pha

2 Các đại l ợng đặc tr ng của dòng điện XC

3 Mạch điện xoay chiều thuần trở

4 Mạch điện xoay chiều thuần cảm

5 Mạch điện xoay chiều thuần dung

6 Mạch điện xoay chiều cú R-L-C mắc nối tiếp

7 Hệ số công suất

1 Khái niệm về dòng điện xoay chiều 3 pha

2 Mạch điện 3 pha đấu sao (Y).

3 Mạch điện 3 pha đấu tam giác

4 Công suất của mạch 3 pha.

M¸y ®iÖnmét chiÒu

Ch ơng 2: máy điện.

2.1 Máy biến áp.

2.1.1 Khái niệm về máy biến áp.

a Định nghĩa: Máy biến áp là thiết bị điện

từ tĩnh làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng

điện từ dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác với tần số không đổi

b Công dụng:

- Dùng để truyền tải, phân phối điện năng

- Dùng trong các thiết bị nh lò nung (máy biến áp lò), trong hàn điện (máy biến áp hàn)

b C«ng dông:

- Lµm nguån cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn, ®iÖn

tö cÇn nhiÒu cÊp ®iÖn ¸p kh¸c nhau

- Trong lÜnh vùc ®o l êng (m¸y biÕn ®iÖn

¸p TU, m¸y biÕn dßng TI) v.v

c Ph©n lo¹i.

- Theo c«ng dông

- Theo sè pha

- Theo c¸ch lµm m¸t

2.1.2 Máy biến áp 1 pha.

-Lõi thép gồm hai phần:

+ Trụ từ: Để đặt dây quấn + Gông từ: Để khép kín mạch từ

G«ng

copyright@TMLTCS_Khoa Điện

* Dây quấn:

Dây quấn th ờng làm bằng dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện

Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép Giữa các vòng dây, giữa các lớp dây có cách điện với nhau và các cuộn dây đ ợc cách

điện rất tốt với lõi thép

- Dây quấn đ ợc chia ra dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp (Dây quấn sơ cấp để nối với nguồn điện vào, dây quấn thứ cấp nối với tải

đầu ra)

e1 và e2 trong hai cuộn sơ cấp và thứ cấp.

Dây quấn thứ cấp có sức điên động e2 sẽ sinh ra dòng điện i2 đ a ra tải với điện áp u2

Nh vậy năng l ợng của nguồn điện xoay chiều đã đ ợc truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp

)(

.44

,

4 1

E  m E2  4 , 44W2. f m(V )

* Tû sè m¸y biÕn ¸p (K):

2

1 2

1 2

1

44 , 4

44 ,

4

W

W f

W

f

W E

E K

1

U

U E

E

K  

1

2 2

1

2 2 1

1 2

I

I U

U K

I U I

U P

t

S

S P

P I

I K

2

2 2

2 2

2  



Khi Kt = 1: Máy có tải định mức

Khi Kt < 1: Máy non tải Khi Kt > 1: Máy quá tải

c Các trạng thái làm việc của MBA.

• Trạng thái không tải:

Là trạng thái mà cuộn sơ cấp đ ợc nối với nguồn còn cuộn thứ cấp để hở mạch Lúc này máy biến áp coi nh một cuộn dây điện cảm, lõi thép có tổng trở Z rất lớn, vì vậy dòng không tải bên phía sơ cấp I10 rất nhỏ:

I10 = (310)%I1đmKhi máy biến áp làm việc không tải do thành phần điện cảm lớn nên làm hệ số công suất cos giảm thấp ảnh h ởng không tốt đến l ới điện

• Trạng thái ngắn mạch:

Là trạng thái mà cuộn sơ cấp đ ợc đặt

điện áp định mức nh ng phía thứ cấp bị nối tắt

Trong thực tế có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố này Khi đó dòng ngắn mạch rất lớn:

In = (1020)IđmDòng lớn có thể sinh ra nhiệt đốt cháy dây quấn, làm sôi dầu và nổ máy biến áp, biến dạng lõi thép và cuộn dây

2.1.3 M¸y biÕn ¸p ba pha

Mét sè h×nh ¶nh cña biÕn ¸p ba pha

3 trô:

b Ký hiệu các đầu dây và cách đấu nối.

* Ký hiệu các đầu dây:

Đầu đầu các cuộn dây sơ cấp ký hiệu là chữ in hoa: A, B, C Đầu cuối các cuộn dây là X,

Cách đấu dây máy biến áp ba pha

A B C

a b c

o

a) ( Nối Y/Y0 )

o

A B C

a b c

c) ( Nối Yo/ )

A B C

a b c

b) ( Nối Y/ )

)(sin t A I

i A  m 

))(

120sin( t 0 A I

i B  m  

) )(

120 sin( t 0 A I

2.1.4 Máy biến áp đặc biệt.

a Máy biến áp tự ngẫu.

W

W U

U

K

U W

W U

1

2 1

2  

Hay:

• Công dụng:

- Sử dụng trong phòng thí nghiệm

- Dùng làm máy tăng giảm điện áp trong gia đình

- Dùng để mở máy động cơ KĐB công suất lớn

b Máy biến áp hàn hồ quang

Sơ đồ nguyên lý

Vật hàn

Que hàn

Khe hở không khí

U 1

U 2

MBA 1 pha Cuộn kháng

b M¸y biÕn ¸p hµn hå quang

* CÊu t¹o: M¸y biÕn ¸p hµn hå quang gåm 2

phÇn chÝnh:

- Mét m¸y biÕn ¸p mét pha ®iÖn ¸p s¬ cÊp 380V hoÆc 220V, ®iÖn ¸p thø cÊp 60 – 70 V

- Mét cuén kh¸ng CK thùc chÊt lµ mét cuén

®iÖn c¶m cã lâi thÐp vµ ®iÒu chØnh ® îc hÖ sè

®iÖn c¶m L th«ng qua khe hë kh«ng khÝ

Để điều chỉnh dòng điện hàn, ng ời ta thay đổi điện kháng ngoài bằng cách thay đổi khe hở không khí của cuộn kháng CK

Lõi thép Stato Lõi thép Rôto

2.2 Động cơ điện không đồng bộ.

2.2.1 Cấu tao của động cơ không đồng bộ

3 pha

R«to lång sãc

Vßng ng¾n

m¹ch

Thanh dÉn

R«to d©y quÊn

D©y quÊn

Trôc

2.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha.

a Sự hình thành từ tr ờng quay của hệ thống dòng điện xoay chiều 3 pha

c y

B

t = 0

Đ a thứ tự hệ thống dòng 3 pha:

iA vào cuộn dây AX, iB vào cuộn dây BY, iC vào

cuộn dây CZ của Stato động cơ

c y

a x

b z

c y

iA vào cuộn dây AX, iB vào cuộn dây BY, iC vào

cuộn dây CZ của Stato động cơ

Z

X B

Sơ đồ nguyên lý

Dây quấn stato đấu sao Dây quấn stato đấu tam giác

copyright@TMLTCS_Khoa Điện

2.2.4 Các ph ơng pháp khởi động của động cơ không đồng bộ 3 pha.

Mở máy động cơ rôto dây quấn

c b

cd a

Rmở

Vành tr ợt Chổi than

K

CD CC

2.2.5 Động cơ điện không đồng bộ một pha. a Động cơ không đồng bộ một pha có

tụ điện

A O

X

BY

2.3 M¸y ®iÖn mét chiÒu

2.3.1 CÊu t¹o cña m¸y ®iÖn mét chiÒu.

a Stato (phÇn c¶m)

Cùc tõ chÝnh

Cùc tõ phô D©y quÊn phô

D©y quÊn kÝch tõ

G«ng tõ

h

c Phần đổi điện.

Cổ góp

Chổi than

S

A B

a

a Nguyên lý làm việc.

* Sơ đồ nguyên lý

1

c

b a

d

* Hoạt động:

* M¸y ph¸t mét chiÒu kÝch tõ song song.

ckt

R®c

¦

* M¸y ph¸t mét chiÒu kÝch tõ nèi

tiÕp.

ckt

R®c

¦

S

A B

a

a Nguyên lý làm việc.

* Sơ đồ nguyên lý:

S

A B

2

1

b

c d

S

A B

1

2

c

b a

d

+ -

I

Fcd

Fab

* Nguyªn lý lµm viÖc

Câu 6:

Nêu cách đấu dây và đảo chiều quay

động cơ không đồng bộ 3 pha ?

Câu 7:

Trình bày cấu tạo vànguyên lý làm việc của

động cơ KĐB một pha dùng tụ điện ?

TỔNG KẾT

TểM TẮT CHƯƠNG 2

Máy điệnmột chiều

Động cơ

điện không

đồng bộ

Máy biến áp

1 Khái niệm về máy biến áp

2 Máy biến áp 1 pha.

3 Máy biến áp ba pha

4 Máy biến áp đặc biệt

1 Cấu tao của ĐC không đồng bộ 3 pha

2 Nguyên lý làm việc của ĐC KĐB 3 pha

3 Cách đấu dây và đảo chiều quay của ĐC

4 Các PP khởi động của ĐC KĐB 3 pha

5 Động cơ điện không đồng bộ một pha

1 Cấu tạo của máy điện một chiều.

2 Cấu tạo của máy điện một chiều.

3 Động cơ điện một chiều

Ch ¬ng 3:

KhÝ cô ®iÖn h¹ ¸p vµ

cung cÊp ®iÖn

Kh¸i niÖm vÒ s¶n xuÊt vµ truyÒn t¶i ®iÖn n¨ng

Ch ¬ng 3: khÝ cô ®iÖn h¹ ¸p vµ cung cÊp ®iÖn

3.1.1 CÇu dao, nót Ên, cÇu ch×

1 L ìi dao chÝnh

2 M¸ kÑp

3 L ìi dao phô

4 Lß xo bËt nhanh

6.Tay cÇm

1

* CÊu t¹o:

Ký hiÖu cÇu

dao

Nút bấm

b Nút ấn.

Công dụng: Dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau, các dụng cụ báo hiệu và để chuyển đổi các mạch điều

khiển Phân loại:

+ Nút ấn đơn

+ Nút ấn kép

Nút ấn đơn Nút ấn kép

3.1.2 Công tắc tơ.

* Công dụng: Công tắc tơ là thiết bị

đóng ngắt điện áp thấp, truyền động bằng lực điện từ, th ờng dùng cho mạch một chiều và xoay chiều cần đóng, cắt th ờng xuyên

* Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

Fe: Sắt a, b, c: Hệ thống tiếp

điểmC: Cần 1: Tiếp điểm th ờng mởLx: Lò xo 2: Tiếp điểm th ờng

đóngK: Cuộn hút điện từ

* CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc.

4

2 1

5 6

7

4 8

R¬ le

nhiÖt

* CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc.

4

- K2: TiÕp ®iÓm cña c«ng t¾c t¬ K

- RN1, RN2: R¬le nhiÖt b¶o vÖ qu¸ t¶i vµ mÊt pha

RN D

Một số máy gia công cắt gọt sử dụng động cơ điện

không đảo chiều quay

Một số máy gia công cắt gọt sử dụng động cơ điện

không đảo chiều quay

Một số máy gia công cắt gọt sử dụng động cơ điện

không đảo chiều quay

M T

§

CD C

T

N T3

N3 T2

Sơ đồ nguyên lý mạch điện khởi động từ kép

Sơ đồ mạch động lực

CD C

N3 T2

CD C

N3 T2

N3 T2

MN

§

CD C

N3 T2

M T D

M N

§

CD C

N3 T2

M T D

N

M N

T3

N3 T2

N2

N1

§

CD C

M T D

M T D

N T3

RN

Sơ đồ nguyên lý mạch điện khởi động từ kép

Đ

M T D

N T3

RN

Sơ đồ nguyên lý mạch điện khởi động từ kép

Đ

M T D

N T3

RN

Sơ đồ nguyên lý mạch điện khởi động từ kép

Đ

M T D

N T3

RN

Sơ đồ nguyên lý mạch điện khởi động từ kép

M T D

N T3

RN

Sơ đồ nguyên lý mạch điện khởi động từ kép

M T D

N T3

RN

Sơ đồ nguyên lý mạch điện khởi động từ kép

Đ

M T D

N T3

MTD

MTD

Một số máy gia công cắt gọt sử dụng động cơ điện có

đảo chiều quay

Đề 1 (Câu 1): Vẽ hình, trình

bày cấu tạo và nguyên lý làm

bày cấu tạo và nguyên lý làm

việc của động cơ điện không

đồng bộ xoay chiều 3 pha Rôto lồng sóc?

bày cấu tạo và nguyên lý làm

bày cấu tạo và nguyên lý làm

việc của động cơ điện một

chiều?

Đề 1 (Câu 2): Mạch điện gồm R=10 nối tiếp với

tụ điện có điện dung C=320F, được đặt vào điện

áp xoay chiều có U =141V, f=50Hz Tính dòng

điện trong mạch? Tính các thành phần của tam

giác công suất? Nếu mắc thêm vào mạch cuộn

dây có XL=10 thì dòng điện trong mạch là bao nhiêu?

mắc nối tiếp đặt vào điện áp xoay chiều

có:U=220V Biết R = 6, XL= 20, XC = 12

- Xác định dòng điện trong mạch?

- Tính các thành phần của tam giác công suất?

- Nếu đặt mạch trên vào điện áp một chiều có U

= 24 V thì dòng điện trong mạch là bao nhiêu?

BẢNG TỔNG KẾT

TểM TẮT CHƯƠNG 3

Khái niệm về sản xuất và truyền tải điện năng

Mạch điều khiển

và bảo vệ

động cơ

Thiết bị điều khiển