Bài giảng kỹ thuật điện

Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích dưới tác dụng của lực điện trường. Quy ước: Chiều dòng điện là chiều chuyển dời của các điện tích dương. Cường độ dòng điện ( Ký hiệu là I ): là đại lượng dùng để đo mức độ mạnh yếu của dòng điện. Biểu thức:

1.1 Kh¸i niÖm vÒ dßng ®iÖn

- Dßng ®iÖn lµ dßng chuyÓn dêi cã h íng cña c¸c h¹t mang ®iÖn tÝch d íi t¸c dông cña lùc ®iÖn

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

Giíi­thiÖu­mét­sè­phÇn­tö­trong­thùc­tÕ

1 §iÖn trë

2 Điện cảm

Hình dạng và ký hiệu cuộn cảm trên sơ đồ

3.Tô ®iÖn.

H×nh d¹ng vµ ký hiÖu tô ®iÖn

U(t)= - e(t)

động cơ điện

Đ

Động cơ điện không đồng bộ 1 pha

cÇu­dao

cÇu ch×

Ampe mÐt

A

V

o¸t mÐt

W

1.6 Tæn thÊt ®iÖn ¸p trªn ® êng d©y

Ud = I.Rd

U = U® ® d - I.Rd

1.7 Công và công suất.

- Công của dòng điện( A ): Là công của lực điện là dịch chuyển các điện tích trong mạch điện

A = q.U = U I t

- Đơn vị: Jun ký hiệu: J

- Công suất của dòng điện( P ): Là công của dòng điện thực hiện trong một đơn vị thời gian

- Đơn vị: Oát Ký hiệu: W

1.8 Gi¶i m¹ch ®iÖn mét chiÒu

1.8.2 Định luật Kirrhof

*Kết cấu mạch điện

Nhánh: là 1 đoạn mạch trong đó

chỉ có 1 dòng điện chạy qua

Nút: là nơi giao nhau của 3 dòng

điện trở lên

Vòng: các nhánh khép kín tạo thành vòng

Vòng độc lập: là vòng mà trong đó không có sự phân nhánh

1.1.8.1 Hai định luật cơ bản của mạch điện (ĐL

Kirrchof)

a)ưĐịnhưluậtưkirrchoffư1

Tổng các dòng điện đi đến một nút bằng tổng các dòng điện đi ra khỏi nút

Hoặc “Tổng đại số các dòng tại một nút bằng không”

Biểu thức định luật : i = 0

Quy ớc: Nếu dòng điện đi đến nút thi mang dấu d ơng (+) ng ợc lại thi mang dấu âm (-).

Ví dụ: Cho điểm nút nh hình vẽ

Tại nút 0 ta có:

i1 + i2 = i3 + i4 Hoặc i1 + i2 - i3 - i4 = 0

b)ưĐịnhưluậtưKirrchoffư2: ư

Đi theo một vòng kín tổng đại số các sụt áp bằng tổng đại số các sức điện động

Biểu thức định luật: ir = e Hoặc Ir =

E Quy ớc: Chọn chiều d ơng cho vòng, nếu dòng điện(i) hay sức điện động (e) nào cùng

chiều với chiều vòng thì mang dấu d ơng (+) và ng ợc lại thì mang dấu âm(-).

Ví dụ: Xét mạch vòng nh hình vẽ:

Chọn chiều d ơng cho vòng nh hình vẽ thì định

2 1

3 3

3 2

2

1

1

1

i dt E E

C

i r i

r dt

di

luật kiêchốp 2 đ ợc viết:

H·y viÕt ph ¬ng tr×nh kiÕcshèp I cho c¸c ®iÓm nót cña

H·y viÕt ph ¬ng tr×nh kiÕcshèp I cho c¸c ®iÓm nót cña

H·y viÕt ph ¬ng tr×nh kiÕcshèp I cho c¸c ®iÓm nót cña m¹ch

H·y viÕt ph ¬ng tr×nh kiÕcshèp II cho c¸c m¹ch

VD1: H·y t×m dßng ®iÖn trong c¸c nh¸nh cña m¹ch ®iÖn mét chiÒu sau.

1.1.8.3 c¸c Ph ¬ng ph¸p gi¶I m¹ch ®iÖn

a) Ph ¬ng ph¸p dßng ®iÖn c¸c nh¸nh

b) Ph ơng pháp dòng điện vòng

Các b ớc giải bài tập

Bướcư1:ưPhân tích mạch

Chọn chiều dòng điện vòng trùng với chiều d

ơng của mạch vòng tuỳ ý, mỗi dòng điện

vòng là một ẩn số

Bướcư2: Thành lập hệ M ph ơng trình dòng vòng

Đối với mỗi vòng cần xét tất cả các sụt áp do

tất cả các dòng vòng đó đi qua một phần tử hay toàn bộ sơ đồ gây ra.Bướcư3: Giải hệ M ph ơng trình dòng vòng trên

Sau đo sếp chồng kết quả tìm ra ẩn số là

Câu hỏi ôn tập

Câu 1: Phát biểu, viết biểu thức tổng quát của hai định luật

Kirrchof? Lấy ví dụ minh hoạ?

Ch ¬ng 2: Tõ tr êng

Chương 2: Từ trường

2.1 Đại cương về từ trường.

2.1.1 Khái niệm

a Thí nghiệm

I N

S

a ThÝ nghiÖm

và phân tử tạo ra Nh vậy, xung quanh các

điện tích chuyển động luôn tồn tại một từ tr ờng

Ng ợc lại, từ tr ờng chỉ tồn tại xung quanh các điện tích chuyển động

→ Định nghĩa: Từ tr ờng là dạng vật chất tồn tại xung quanh các điện tích chuyển động và biểu hiện đặc tr ng là tác dụng lực từ lên các hạt mang điện tích chuyển động khác đặt trong nó

2.1.2 Đường sức từ

Đường sức từ là những đường cong vẽ trong từ trường

mà tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với phương kim nam châm đặt tại điểm đó

Chiều các đường sức từ được xác định bởi cực bắc của kim Đường sức từ của nam châm vĩnh cửu đi từ cực Bắc (N)đến cực Nam (B)

N

2.1.2 § êng søc tõ

s

2.2 Từ trường của dòng điện

2.2.1 Từ trường của dây dẫn thẳng mang dòng điện

- Đường sức từ của dây dẫn thẳng mang dòng điện là những vòng tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn

- Chiều các đường sức từ: Xác định theo quy tắc vặn nút chai

2.2.2 Từ trường của vòng dây điện

Đường sưc từ của vòng dây điện là các đường cong kín bao quanh dây dẫn nằm trong mặt phẳng pháp tuyến đi qua tâm vòng dây

Đường sức từ đi qua tâm vòng dây là đường thẳng trùng với trục của dây

2.2.3 Từ trường của ống dây hình trụ mang dòng điện

Đường sức từ trong ống dây là những đường thẳng song song cách đều, bên ngoài là những đường cong kín

2.3 Các đại lượng đặc trưng cho từ trường.

2.3.1 Cảm ứng từ (B)

Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường

Cảm ứng từ là đại lương véc tơ B có:

+ Phương: Trùng với phương tiếp tuyến đường sức

từ tại điểm xét

+ Chiều: Trùng với chiều đường sức từ

l I

F B

.



+ Trị số:

Đơn vị: Tesla (T)

2.3.2 Từ thông ( )

 = B.S cos (Wb)

n  B

2.3.3 Cường độ từ trường (H)

Cường độ từ trường đặc trưng cho độ mạnh yếu của

từ trường tại mỗi điểm

Cường độ từ trường là đại lượng vộctơ cú:

+ Phương trựng tiếp tuyến đường sức từ tại điểm xột+ Chiều là chiều đường sức từđi qua điểm xột

+ Về trị số: H = F/I ( ampe/ mét)

+ C ờng độ từ tr ờng tại một điểm cách trục dây dẫn thẳng có dòng điện I một khoảng R là:

) /

(

2 R A m

I H





) / (

.

m

A L

W I

H 

+ C ờng độ từ tr ờng trong ống dây có chiều dài

L, số vòng dây W và dòng điện I chạy qua ống dây là:

+ Hệ số từ thẩm đo bằng tỷ số c ờng độ từ

cảm B và c ờng độ từ tr ờng H:

H

B H

B

2.3.4.Hệ số từ thẩm(độ từ thẩm)

Hệ số từ thẩm t ơng đối cho biết khi đặt vào

môi tr ờng vật chất c ờng độ từ cảm mạnh lên  so với khi đặt trong chân không

Tr êng hîp vect¬ c¶m øng tõ hîp víi thanh dÉn

mét gãc 

B



H

  S  

a Xác định ph ơng , chiều của lực điện từ biết

thanh dẫn có chiều dòng điện đi từ ngoài vào

trong ( ký hiệu bằng dấu cộng) nh hình vẽ 1.1:

b Xác định chiều dòng điện khi biết lực F và

chiều của cảm ứng từ B nh hình vẽ 1.2

c Xác định tên cực từ (ph ơng chiều của vectơ

cảm ứng từ B) khi biết chiều dòng điện và lực F nh hình vẽ 1.3

  S  

S

B I

S

B I

F

HIỆN TƯỢNG CẢM­ ỨNG ĐIỆN­TỪ

2.5.­

HIỆN TƯỢNG CẢM­

ỨNG ĐIỆN­TỪ

MICHAEL­FARADAY­(1791­–­1867)

Dòng điện Foucault.

Trong các máy biến thế và động cơ điện v.v lõi sắt của chúng chịu tác dụng của từ trường biến đổi Vì vậy, trong lõi có các dòng điện Foucault xuất hiện Do hiệu ứng Joule-Lenz, năng lượng của các dòng Foucault ấy bị mất đi dưới dạng nhiệt làm máy mau bị nóng Do đó một phần năng lượng

bị hao phí đi một cách vô ích, hiệu suất của máy bị giảm

Ðể giảm tác hại này, người ta không dùng cả khối sắt lớn làm lõi mà dùng nhiều lá sắt mỏng sơn cách điện ghép lại với nhau sao cho các nhát cắt song song với chiều của từ trường Như vậy, dòng điện Foucault chỉ chạy được trong từng lá mỏng Vì từng lá một có kích thước nhỏ, do đó có điện trở lớn, nên cường độ dòng điện Foucault trong các lá đó bị giảm đi nhiều so với cường độ dòng Foucault trong cả khối sắt lớn Vì vậy, năng lượng điện

bị hao phí cũng giảm đi Trong kỹ thuật, người ta thường dùng các lá sắt làm lõi biến thế có điện trở suất rất cao gọi là Ferit để hạn chế tối đa dòng Foucault.

Tác hại của dòng Foucault.

Trong các máy điện kể trên, sự toả nhiệt của dòng Foucault là có hại Trái lại, trong các lò điện cảm ứng, nhiệt lượng toả ra đó lại được sử dụng để nấu chảy kim loại, đặc biệt là nấu chảy kim loại trong chân không để tránh tác dụng của không khí xung quanh

Muốn vậy, người ta đặt kim loại vào trong một

lò có chỗ để hút không khí bên trong ra; xung quanh lò ta quấn dây điện Cho dòng điện có tần số lớn chạy qua cuộn dây đó Dòng điện này sẽ tạo nên trong khối kim loại một từ trường biến đổi nhanh, làm xuất hiện một dòng điện Foucault mạnh nấu chảy được kim loại

Dòng điện Foucault còn được dùng để hãm dao động Thực vậy, muốn hãm dao động của kim chỉ thị trong một máy đo điện chẳng hạn, người ta gắn vào kim một đĩa kim loại (đồng hoặc nhôm) và đặt đĩa ấy trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu Khi kim dao động, đĩa kim loại cũng dao động theo Từ thông qua đĩa thay đổi làm xuất hiện trong đĩa những dòng điện Foucault Theo định luật Lenz, dòng điện Foucault phải có chiều sao cho tác dụng của nó chống lại sự biến thiên của từ thông gửi qua đĩa kim loại, tức là chống lại sự dao động của đĩa kim loại Kết quả là dao động của kim bị tắt

đi nhanh chóng. 

Trong các thiết bị sau, thiết bị nào là động cơ điện ?

Động cơ điện

Câu 3: Nêu khái niệm hiện t ợng hỗ

cảm, hệ số hỗ cảm, sức điện động hỗ cảm?

Ch ơngIII: Mạch điện xoay chiều một pha

T

3.1 Khái niệm

Dòng điện xoay chiều hình sin là dòng

điện có chiều và trị số biến đổi theo quy luật hàm số sin.VD:

Đồ thị:

Em

-Emo



Nguyªn lý t¹o dßng ®iÖn xoay chiÒu mét pha

CHIỀU­MỘT­PHA

) 6

π t

314 (

Sin 2

:

đồ thị hình sin dòng điện xoay chiều hình sin một pha

Phép cộng véctơ

Đèn dùng cho hàng hải

u R

i

M¹ch­®iÖn­xoay­chiÒu­ thuÇn­trë

t p

5 C«ng suÊt

Một bóng đèn sợi đốt, trên vỏ

có ghi 100W-220V Mắc vào

mạch xoay chiều (V)

tiếp các đèn

?

KÝ hiÖu vµ h×nh d¹ng cuén c¶m

L

i

§å thÞ h×nh sin

Cuộn dây có hệ số tự cảm

L = 318,4mH, đặt vào điện áp xoay chiều có

C¸c tô ®iÖn

Tô­®iÖn­ph©n­cùc

Tô­®iÖn­kh«ng­ ph©n­cùc

u C

i

M¹ch­®iÖn­xoay­chiÒu­thuÇn­dung

u,i,p

p

i u

5 C«ng suÊt

0

220 2 sin100

R

i

M¹ch­®iÖn­xoay­chiÒu­R-L-C­nèi­ tiÕp

L

C

3.6

M¹ch­xoay­chiÒu­cã­R-L-C­m¾c­nèi­tiÕp

1

Mối quan hệ giữa các đại l ợng trong mạch RLC nối tiếp

3.10 HiÖn t îng céng h ëng ®iÖn ¸p

§iÒu kiÖn céng h ëng

Xl = Xc

3.11 mạch dao động- cộng h ởng dòng điện

Điều kiện cộng h ởng

Xl = Xc

Câu 1: Nêu khái niệm mạch xoay chiều thuần trở, quan hệ

dòng - áp, vẽ đồ thị véc tơ, nêu biểu thức định luật ôm và công suất trong mạch?

Câu 2: Nêu khái niệm mạch xoay chiều thuần cảm, quan hệ

dòng - áp, vẽ đồ thị véc tơ, nêu biểu thức định luật ôm và công suất trong mạch?

Câu 3: Nêu khái niệm mạch xoay chiều thuần dung, quan

hệ dòng - áp, vẽ đồ thị véc tơ, nêu biểu thức định luật ôm

và công suất trong mạch?

Câu 4: Cách thành lập tam giác trở kháng? Vẽ và giải thích

các cạnh của tam giác trở kháng? Phát biểu, viết biểu thức của định luật ôm áp dụng cho đoạn mạch xoay chiều R-L-C nối tiếp?

Câu 5: Cách thành lập tam giác công suất? Vẽ tam giác công

suất, giải thích các thành phần của tam giác công suất, và ý nghĩa các loại công suất trong mạch R-L-C nối tiếp?

Câu 6: Thế nào là mạch dao động? Nêu điều kiện và tính

chất của mạch cộng h ởng dòng điện?

Câu 7: Thế nào là cộng h ởng điện áp? Nêu điều kiện và

tính chất của mạch cộng h ởng điện áp?

CÊu t¹o:

- Stato:

+ Lâi thÐp h×nh trô rçng

Máy phát điện kéo bằng Tua bin hơi nước

Rotor của một máy phát điện tua bin khí sau khi được rút ra ngoài

điện­dùng­động­cơ­

đốt­trong

Đập­xả­ nước­của­ một­nhà­ máy­thuỷ­

điện

Các­tua­bin­

máy­phát­

thuỷ­điện

đang­hoạt­

động

Một­nhà­ máy­điện­ hạt­nhân

Giản đồ điện áp mạch 3 phaNguyên lý làm việc:

Id

B’ C’

G

1200

A A’

B’ C’

Mạch 3 pha đấu tam giác

Mối quan hệ giữu các l ợng dây và pha:

4.4 C«ng suÊt m¹ch 3 pha.

Câu hỏi ôn tập

Câu 1: Vẽ sơ đồ ba pha mắc sao - sao? Nêu cách

mắc, định nghĩa các đại l ợng dây-pha trên sơ đồ, nêu biểu thức quan hệ giữa các đại l ợng dây, pha? Nêu tác dụng của dây trung tính trong

mạch ba pha nối sao? Khi nào bỏ đ ợc dây trung

tính? Hãy giải thích?

Câu 2: Vẽ sơ đồ mạch 3 pha mắc tam giác – tam

giác? Nêu cách mắc và chỉ ra các đại l ợng dây và pha trên sơ đồ, nêu biểu thức quan hệ giữa các đại

l ợng dây và pha?

Câu 2 : Phụ tải ba pha đối xứng có trở kháng mỗi

pha là: R = 10, XL = 10 đấu sao Đặt vào điện

Bài 1: Phụ tải 3 pha đối xứng có trở kháng mỗi pha là: R

= 10 , XL= ư10  đấu sao Đặt vào điện áp ba pha cân

bằng có: Ud= 380v.

+ Vẽ sơ đồ mạch điện? Xác định dòng điện chạy trên dây pha?

+ Tính các thành phần công suất của mạch?

Bài 2: L ới điện 380/220v

+ Vẽ sơ đồ mắc đèn vào l ới điện trên trong các tr ờng hợp sau:

Bài 3: Phụ tải chiếu sáng nối sao đặt vào nguồn điện

áp Ud = 380v Biết pha A và B mỗi pha mắc 2 bóng 220v – 100W, pha C mắc 1 bóng 220v – 100W.

Tính dòng điện qua mỗi pha?

Câu 4 :ưBa cuộn dây giống nhau, mỗi cuộn có: R = 8 , XL =

6 đấu hình tam giác Đặt vào nguồn điện áp ba pha cân bằng có Ud = 380V.

a, Vẽ sơ đồ mạch điện?

b,Xác định dòng điện chạy trên dây pha?(Id=?)

c, Tính các thành phần công suất của mạch?(P3p,Q3p,S3p).

d, Nếu ba cuộn dây trên chuyển sang đấu sao thì

dòng điện qua mỗi cuộn dây và công suất của mạch có thay

đổi không?

Câu 5:ưưMột động cơ ba pha đấu tam giác đặt vào điện áp

ba pha đối xứng với Ud=380V Động cơ tiêu thụ công suất là P

= 5,28KW Biết hệ số công suất cos = 0,8.

a, Tính dòng điện chạy qua mỗi pha (Ip)? Tính dòng

điện chạy trên dây pha (Id)?

b, Tính công suất phản kháng Q3p và công suất biểu kiến S3p của động cơ?

Câu 6: Giải thích ký hiệu của l ới điện 380V/220V Vẽ sơ đồ

mắc đèn vào l ới điện trên trong các tr ờng hợp sau:

- 6 bóng 110V-70W

- 9 bóng 220V-100W

Chú ý phân phối đều tải cho các pha.