GIÁO TRÌNH kỹ THUẬT điện

Giáo trình gồm: Chương 1: Khái niệm cơ bản về mạch điện Chương 2: Dòng điện sin Chương 3: Các phương pháp giải mạch Chương 4: Mạch điện ba pha Chương 5: Máy biến áp Chương 6: Động

Trang 1

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐIỆN

CHỦ BIÊN: T.S BÙI VĂN THI

Hà Nội, năm 2017

Trang 2

2

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình Kỹ thuật điện biên soạn dựa trên đề cương môn học Kỹ thuật điện

do Viện đại học mở Hà nội xây dựng Nội dung được biên soạn cơ bản dựa theo nội dung môn học Kỹ thuật điện dùng cho các trường đại học kỹ thuật do Bộ giáo dục và đào tạo lựa chọn, thẩm định

Giáo trình được bổ sung kiến thức, đồng thời tinh gọn, dễ hiểu, trong quá trình giảng dạy nhiều năm, ở các trường đại học, nhất là Viện đại học mở Hà nội Các kiến thức trong giáo trình có mối liên hệ logic, chặt chẽ Để giúp sinh viên hệ thống hóa kiến thức, cuối chương có tổng hợp các vấn đề trọng tâm và câu hỏi, bài tập

Giáo trình Kỹ thuật điện cung cấp kiến thức cơ bản kỹ thuật điện Nhờ kiến thức cơ bản đó, sinh viên tiếp thu tốt các môn học chuyên ngành khác và có thể khai thác, vận hành các thiết bị điện, điện tử, tính toán và thiết kế mạng điện đơn giản Giáo trình biên soạn trên cơ sở sinh viên đã học xong phần điện môn Vật lý đại cương ở bậc đại học Giáo trình biên soạn với 2 tín chỉ, trong đó có 30 tiết trên lớp, kết hợp với thảo luận nhóm và bài tập Giáo trình gồm:

Chương 1: Khái niệm cơ bản về mạch điện

Chương 2: Dòng điện sin

Chương 3: Các phương pháp giải mạch

Chương 4: Mạch điện ba pha

Chương 5: Máy biến áp

Chương 6: Động cơ không đồng bộ

Chương 7: Máy điện đồng bộ

Chương 8: Máy điện một chiều

Chương 9: Điện tử công suất

Trong quá trình biên soạn giáo trình đã nhận được nhiều sự động viên, góp

ý của các đồng nghiệp Bộ môn Thiết bị điện – Điện tử ,trường Đại học Bách khoa

Hà nội Đặc biệt PGS.TS Phạm Văn Bình – nguyên Phó Hiệu trưởng trường Đại học Bách khoa Hà nội và PGS TS Lê Văn Doanh - nguyên Trưởng khoa Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Viện Đại học mở Hà nội, Phòng Nghiên cứu Khoa học và Hợp tác Quốc tế, Khoa công nghệ sinh học Viện Đại học mở Hà nội, đã giúp đỡ, động viên để xuất bản giáo trình này

Trang 3

3

Măc dù đã dành nhiều công sức để xuất bản này,nhưng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót Tác giả rất mong nhận được những ý kiến của các bạn đọc gần xa Các ý kiến gửi về tác giả TS Bùi Văn Thi, số điện thoại 0913239068

TÁC GIẢ

Trang 4

4

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT – THUẬT NGỮ

C - Điện dung

e - Giá trị tức thời sức điện động

E,𝐸⃗ , 𝐸̇ – Sức điện động (sđđ),véc tơ sđđ, số phức sđđ

n – Tốc độ quay (vòng/phút)

p – Công suất tức thời hay Số đôi cực

P – Công suất tác dụng (W)

Q – Công suất phản kháng (VAr)

Trang 6

6

MỤC LỤC

Lời nói đầu 2

Danh sách chữ viết tắt – thuật ngữ 4

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 10

1.1 Mạch điện và các đại lượng đặc trưng cho quá trình năng lượng 10

1.2 Mô hình mạch điện và kết cấu mạch 12

1.3 Hai định luật Kirchhoff 16

1.4 Các loại bài toán, phân loại và chế độ làm việc của mạch điện Error! Bookmark not defined. Tóm tắt chương 1 20

Câu hỏi chương 1 21

Bài tập chương 1 22

CHƯƠNG 2: DÒNG HÌNH SIN 24

2.1 Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện sin 24

2.2 Trị số hiệu dụng 26

2.3 Các phương pháp biểu diễn dòng điện sin 27

2.4 Dòng điện sin trong một nhánh 30

2.5 Dòng điện sin trong nhánh R-L-C nối tiếp 35

2.6 Công suất của dòng điện sin 36

2.7 Nâng cao hệ số công suất 39

Tóm tắt chương 2 20

CHƯƠNG 3:CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN 53

3.1 Khái niệm chung 53

3.2 Phương pháp dòng điện nhánh 53

3.3 Phương pháp điện áp hai nút 54

3.4 Phương pháp biến đổi tương đương 56

Trang 7

7

CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA 64

4.1 Khái niệm về mạch điện ba pha 64

4.2 Mạch điện ba pha nối Y và ∆ 65

4.3 Công suất của mạch điện ba pha 68

4.4 Tính mạch điện ba pha đối xứng 69

4.5 Tính mạch điện ba pha không đối xứng 71

CHƯƠNG 5: MÁY BIẾN ÁP 80

5.2 Cấu tạo máy biến áp 81

5.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 82

5.4 Mô hình toán của máy biến áp 84

5.5 Mạch điện thay thế máy biến áp 86

5.6 Hai thí nghiệm máy biến áp 89

5.7 Độ biến thiên điện áp và đặc tính ngoài của máy biến áp 92

5.8 Tổn hao và hiệu suất máy biến áp 95

5.9 Máy biến áp ba pha 96

5.10 Máy biến áp làm việc song song 98

5.11 Máy biến áp đặc biệt 99

CHƯƠNG 6: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 111

6.2 Cấu tạo máy điện không đông bộ 111

6.3 Từ trường của máy điện không đồng bộ 114

6.4 Nguyên lý làm việc của đông cơ không đồng bộ 118

6.5 Mô hình toán của động cơ không đồng bộ 119

6.6 Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ 122

6.7 Mô men quay và đặc tính cơ của động cơ 125

Trang 8

8

6.8 Giản đồ năng lượng và đặc tính hiệu suất, cosφ của động cơ 128

6.9 Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha 130

6.10 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 134

6.11 Động cơ không đồng bộ một pha 136

CHƯƠNG 7: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 147

7.1 Khái niệm 147

7.2 Cấu tạo máy điện đồng bộ 147

7.3 Nguyên lý làm việc của máy điện đông bộ 149

7.4 Phản ứng phần ứng trong máy điện đồng bộ 151

7.5 Mô hình toán máy điện đồng bộ 154

7.6 Công suất và mô men điện từ của máy điện đồng bộ 155

7.7 Máy phát đồng bộ 158

7.8 Động cơ đồng bộ 159

CHƯƠNG 8: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 165

8.1 Cấu tạo máy điện một chiều 165

8.2 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều và tác dụng vành đổi chiều 168

8.3 Phản ứng phần ứng trong máy điện một chiều 169

8.4 Sức điện động phần ứng và mô men điện từ 170

8.5 Nguyên nhân sinh ra tia lửa điện và biện pháp khắc phục 172

8.6 Phân loại máy điện một chiều 173

8.7 Máy phát điện một chiều 175

8.8 Đông cơ điện một chiều 179

CHƯƠNG 9: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN 190

Trang 9

9

9.1 Các linh kiện bán dẫn công suất 190

9.2 Các sơ đồ chỉnh lưu 192

9.3 Bộ băm điện áp một chiều 197

9.4 Điều khiển máy điện 198

TÀI LIỆU THAM KHẢO 205

Trang 10

10

CHƯƠNG 1

KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

1.1 Mạch điện và các đại lượng đặc trưng cho quá trình năng lượng

Trong phần này ta cần biết mạch điện là gì, các đại lượng đặc trưng cho quá

dây dẫn tạo thành mạch kín trong đó diễn ra quá trình năng lượng điện từ

Phần tử cơ bản mạch điện:

a Nguồn điện: ví dụ pin, ắc qui, máy phát điện

Nguồn điện là thiết bị điện biến đổi các dạng năng lượng khác thành điện

năng

b Phụ tải: ví dụ động cơ điện, bóng đèn, bếp điện

Phụ tải là thiết bị điện biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác

1-1.2 Các đại lượng đặc trưng điện năng

Để đặc trưng cho điện năng ta dùng các đại lượng: dòng điện, điện áp và công suất

Trang 11

φA, φB là điện thế tại điểm A, B

Chiều quy ước của điện áp là chiều từ điện thế cao đến điện thế thấp

c- Công suất

Công suất:

p = u.i Nếu chọn chiều dương u, i trùng nhau và p > 0 nhánh nhận công suất

p < 0 nhánh phát công suất

d- Chọn chiều dương dòng điện và điện áp

Khi tính toán mạch điện ta chưa biết chiều dòng điện và điện áp Để viết biểu thức hay các phương trình ta phải chọn chiều dương cho dòng điện và điện

áp

Trong một nhánh ta chọn một chiều nào đó làm chiều dương và ký hiệu

bằng mũi tên hình 1-2

Khi tính toán ra, nếu kết quả dòng điện (điện áp) dương thì chiều ta chọn

và chiều quy ước trùng nhau, nếu kết quả âm thì chúng ngược nhau

Thông thường phụ tải nhận công suất ta chọn u, i cùng chiều p > 0

Nguồn điện phát công suất ta chọn u, i ngược nhau p > 0

Trang 12

12

1.2 Mô hình mạch điện và kết cấu mạch

Trong mạch điện gồm tập hợp các thiết bị điện ghép nối với nhau có các hiện tượng năng lượng:

- Biến đổi các dạng năng lượng khác thành điện năng

- Biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác

- Hiện tượng tích lũy năng lượng dưới dạng từ trường

- Hiện tượng tích lũy năng lượng dưới dạng điện trường

Để phân tích mạch điện thuận tiện, ta thay mạch điện đó bằng mô hình mạch

trưng cho một quá trình hay một hiện tượng mà ta xét sau đây

1-2.1 Nguồn điện

Hiện tượng biến đổi năng lượng khác thành điện năng được đặc trưng bởi nguồn điện áp u(t) hay nguồn dòng j(t)

a Nguồn điện áp u(t)

Nguồn điện áp u(t) là nguồn có khả năng duy trì một điện áp trên hai cực

của nó, ký hiệu như trên hình 1-3

Nguồn dòng j(t) là nguồn có khả năng duy trì một dòng điện cung cấp cho

mạch ngoài, được ký hiệu như hình 1 – 4

Trang 13

Hình 1 – 5 Theo định luật Ôm ta có:

Trang 14

14

i

ψ

Hình 1 – 6 Điện áp trên cuộn dây

Vậy điện cảm đặc trưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng từ trường

Đơn vị của điện cảm là Henry (H)

b- Hỗ cảm M

Hiện tượng hỗ cảm là do dòng điện chạy trong một cuộn dây, tạo ra từ trường

móc vòng lấy cuộn dây khác

1 tạo ra từ thông móc vòng lấy cuộn 2

M là hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn dây

Nếu dòng điện biến thiên thì từ thông biến thiên và cảm ứng sức điện động

𝑑𝑡 = M 𝑑𝑖1

Trang 15

Chiều từ thông và dòng điện sinh ra từ thông, tuân theo quy tắc vặn nút chai

cuộn 2 là cực cùng tên và được ký hiệu dấu (*)

Cũng như điện cảm L đơn vị của hỗ cảm M là Henry (H)

Năng lượng tích lũy trong điện trường:

Trang 16

16

1-2.5 Mô hình mạch điện

Ta biết mạch điện gồm tập hợp các thiết bị điện ghép nối với nhau Trong thiết bị điện có những quá trình và hiện tượng ta đặc trưng bởi các thông số e(t) hay j(t) và R, L, C Sơ đồ gồm các phần tử e(t) hay j(t) và R, L, C ghép nối với nhau theo kết cấu mạch điện thực gọi là sơ đồ thay thế hay mô hình mạch điện

Mô hình mạch điện mô tả được đầy đủ quá trình năng lượng của mạch điện nên

ta thường gọi mô hình là mạch điện

Để lập mô hình mạch điện, ta phải phân tích trong từng thiết bị điện đó có

hiện tượng năng lượng gì và thay thế bằng các phần tử tương ứng

Ví dụ: Mô hình mạch của mạch điện hình 1 – 1 Máy phát điện MF được thay thế bởi eF nối tiếp RF và LF Đường dây d thay thể bởi Rd, Ld Động cơ điện

ĐC thay bởi R và L ta có mô hình mạch điện cũng gọi là mạch điện Hình 1 – 9

Từ hình 1-9 ta thấy mạch điện kết cấu bởi các yếu tố:

a- Nhánh Nhánh là một bộ phận của mạch điện gồm một hay nhiều phần tử

nối tiếp nhau trong đó chỉ có một dòng điện chạy qua Ví dụ nhánh 1, 2,

3 trên hình 1 – 9

b- Nút Nút là chỗ gặp nhau của ba nhánh trở lên, nút a, b hình 1 – 9

c- Vòng Trên mạch điện ta thấy có lối đi khép kín qua cách nhánh gọi là

vòng Mạch điện hình 1 – 9 có ba vòng ký hiệu A, B, C

d- Mạch điện phức tạp có nhiều nhánh, nút, vòng

1.3 Hai định luật Kirchhoff

Định luật Kirchhoff 1 và 2 là định luật cơ bản để giải các bài toán mạch

1.3.1 Định luật Kirchhoff 1

Trang 17

Thông thường khi giải mạch điện dòng điện là ẩn số ta chuyển sang một vế

nên định luật Kirchhoff 1 có thể phát biểu cách khác

“Tại một nút tổng đại số các dòng điện bằng 0”

∑ 𝑖 = 0 Trong đó dòng điện vào nút mang dấu dương, ra khỏi nút mang dấu âm

Ví dụ nút a hình 1 – 10

i1 - i2 - i3 = 0

1.3.2 Định luật Kirchhoff 2

Định luật phát biểu “Đi theo một vòng kín theo chiều bất kỳ trở về vị trí cũ,

tổng đại số các điện áp rơi trên các phần tử bằng 0”

Trong đó điện áp các phàn tử nào cùng chiều với chiều đi vòng mang dấu

dương và ngược chiều mang dấu âm

Định luật Kirchhoff 2 nói lên tính chất thế của mạch điện

Ví dụ: Mạch điện hình 1-11

Trang 18

𝑘=1

vòng mang dấu dương, ngược lại mang dấu âm

Dựa vào hai định luật Kirchhoff ta có thể giải bài toán mạch phức tạp bất

kỳ

1.4 Các loại bài toán và chế độ làm việc của mạch điện

1-4.1 Bài toán về mạch điện

Có hai loại bài toán:

a) Bài toán phân tích: Nội dung bài toán phân tích là biết kết cấu và thông

số của mạch điện, tìm dòng điện, điện áp các nhánh

Trang 19

19

b) Bài toán tổng hợp: bài toán tổng hợp ngược lại bài toán phân tích Biết

phân bổ năng lượng ở một số nhánh tìm kết cấu và thông số mạch điện thích hợp

Đây là bài toán tổng hợp có nhiều phương án, ta phải tìm phương án tối ưu

đảm bảo kỹ thuật và kinh tế

Cơ sở để giải quyết hai loại bài toán trên là hai định luật Kirchhoff

1-4.2 Phân loại mạch điện

Có nhiều cách phân loại mạch điện

a) Phân loại theo dòng điện:

- Mạch điện một chiều: Mạch điện mà dòng điện trong mạch là dòng một

chiều gọi là mạch điện một chiều

- Mạch điện xoay chiều: Mạch điện mà dòng điện trong mạch là dòng

điện xoay chiều là mạch điện xoay chiều

b) Phân loại theo tính chất của các phần tử R, L, C

- Mạch điện tuyến tính: Mạch điện mà tất cả các phần tử của mạch là tuyến tính Phần tử R, L, M, C mà trị số của nó không phụ thuộc vào dòng điện

hay điện áp trên chúng là phần tử tuyến tính

- Mạch điện phi tuyến: Mạch điện phi tuyến là mạch điện chứa ít nhất

áp các nhánh cũng là một chiều

b Chế độ quá độ:

Khi mạch điện có chứa L, C làm việc ở chế độ xác lập này muốn chuyển

Mạch điện làm việc trong thời gian quá độ gọi là chế độ quá độ

Ví dụ: nguồn một chiều nhưng dòng điện và điện áp các nhánh không phải

là một chiều

Trong giáo trình này ta chủ yếu xét bài toán phân tích, mạch điện tuyến tính

và chế độ xác lập

Trang 21

CÂU HỎI CHƯƠNG 1

1 Các thông số để đo quá trình năng lượng trong mạch điện, ý nghĩa của

chúng

2 Các phần tử R, L, M, C đặc trưng cho quá trình hay hiện tượng gì trong

mạch điện

3 Sơ đồ thay thế mạch điện, cách lập sơ đồ thay thế

4 Phát biểu hai định luật Kirchhoff và ý nghĩa của nó

Trang 22

1.2- Khi dòng điện i(t) = 14,1.sin314t chạy qua điện cảm L = 0,032 H

Xác định điện áp u(t) trên điện cảm đó ?

Trang 23

Trong đó R là điện trở tổng của dây quấn máy phát và động

công suất tiêu thụ trên E2

Trang 24

24

CHƯƠNG 2

DÒNG HÌNH SIN

Dòng điện hình sin được dùng rộng rãi trong các ngành công, nông nghiệp

và trong đời sống vì những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế

2.1 Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện sin

Dòng điện sin là dòng điện xoay chiều biến thiên theo qui luật hình sin theo thời gian, hình 2.1

i = Imsin( ωt + ψi ) ( 2.1 )

Góc pha lại kết hợp bởi yếu tố:

ω - Tần số góc của dòng , nói lên tốc độ biến thiên của dòng điện sin, đơn

vị Rad/s

Dòng điện sin biến thiên một cách có chu kỳ

- Chu kỳ T là khoảng thời gian ngắn nhất để dòng điện lặp lại trị số và chiều biến thiên

Trang 25

25

- Tần số f là số chu kỳ của dòng điện trong một giây

𝑇 ( 2.2 ) Đơn vị của tần số là Hz – Héc

Quan hệ giữa ω , T , f

Trong khoảng thời gian T ,góc pha là ωT = 2π Ta có:

𝑇 = 2𝜋 𝑓 ( 2.3 ) Tần số của dòng điện xoay chiều trong công nghiệp f = 50 Hz, ω = 2πf = 2π.50 = 314 Rad/s

Sự lệch pha được đo bởi góc lệch pha φ

Góc lệch pha φ là hiệu của hai góc pha ban đầu của hai đại lượng hình sin Góc lệch pha giữa u và i

φ = ψu – ψi ( 2.4 )

Nếu φ > 0 điện áp vượt trước dòng điện

Trang 26

26

Nếu φ < 0 điện áp chậm sau dòng điện

Nếu φ = 0 điện áp và dòng điện trùng pha nhau

Nếu φ = ±π điện áp và dòng điện ngược pha nhau

Ở chế độ xác lập dòng điện i, điện áp u biến thiên cùng tần số góc ω với nguồn Vì vậy chúng chỉ cần đặc trưng bởi (biên độ, góc pha đầu) tức là biết biên

độ và góc pha đầu của chúng, chúng hoàn toàn xác định

i = 14,1 sin( 314t + 360 ) A

2.2 Trị số hiệu dụng

Trị số tức thời của dòng điện xoay chiều thay đổi theo thời gian t Việc dùng trị số tức thời để tính điện năng gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, dòng điện hình sin cũng tác dụng nhiệt, cơ… như dòng một chiều Do đó ta đưa ra trị số hiệu dụng, bằng cách so sánh với dòng một chiều về mặt tác dụng như tác dụng nhiệt trong cùng thời gian chu kỳ T Trên cơ sở đó ta tìm được biểu thức trị số hiệu dụng

Cũng trên nhánh R đó ta cho dòng một chiều chạy qua

Năng lượng tiêu thụ trong thời gian T :

A = P.T = R.I2T

Cân bằng năng lượng

𝑅 𝐼2𝑇 = 𝑅 ∫ 𝐼𝑇 2

0 𝑑𝑡 Trị số hiệu dụng của dòng chu kỳ

Trang 27

27

𝑇 0

𝑑𝑡 ( 2.5 )

𝐼 = 𝐼𝑚

√2 ( 2.6 ) Tương tự ta có trị số hiệu dụng của điện áp, sức điện động:

√2 ( 2.7 )

√2 ( 2.8 ) Xét về ý nghĩa trị số hiệu dụng, các dụng cụ đo đều đo trị số hiệu dụng Các đại lượng hình sin biến thiên cùng tần số được đặc trưng bởi (Trị số hiệu dụng, góc pha đầu)

2.3 Các phương pháp biểu diễn dòng điện sin

Ở trên ta đã thấy, nếu biết được trị số hiệu dụng và góc pha đầu của dòng điện sin, thì dòng điện sin đó hoàn toàn xác định Để đơn giản việc tìm trị số hiệu dụng và góc pha đầu của dòng điện, ta biểu diễn dòng điện sin bằng véc tơ hay số phức, mặc dù chúng không phải là đại lượng véc tơ và số phức

2.3.1 Biểu diễn dòng điện sin bằng véc tơ

Véc tơ được đặc trưng bởi độ dài và góc, do đó ta có thể dùng véc tơ để biểu diễn dòng điện sin

Độ dài véc tơ biểu diễn trị số hiệu dụng của dòng

Góc véc tơ với trục OX biểu diễn góc pha đầu

Ví dụ: Dòng điện i1 = 10√2sin( ωt + 36050/ ) A ;

i2 = 10√2sin( ωt – 53010/ ) A

Véc tơ biểu diễn chúng: 𝐼 1(10, 36050′ ) 𝐴

𝐼 2(10, −53010′ ) 𝐴

Trang 28

Đơn giản phép cộng trừ các đại lượng sin

Ví dụ: i = i1 + i2, nếu ta cộng bằng gía trị tức thời và biến đổi lượng giác để thấy được trị số hiệu dụng, góc pha đầu rất khó khăn

Ta cộng bằng véc tơ 𝐼 = 𝐼 1+ 𝐼 2 , được véc tơ 𝐼 (10√2 ; −8010′ ), ta có dòng điện tổng

+1a

𝑐ủ𝑎 𝑠ố 𝑝ℎứ𝑐

Trang 29

29

b- Cách biểu diễn

Số phức cũng được đặc trưng bởi mô đun và góc acgument ,nên ta có thể dùng số phức để biểu diễn dòng điện sin

Mô đun biểu diễn trị số hiệu dụng

Acgument biểu diễn góc pha đầu của dòng

Trang 30

𝑛 𝑘=1

Trang 31

c)

Hình 2.5 Dòng điện và điện áp trên nhánh thuần trở trùng pha nhau, φ = 0 Về trị số hiệu dụng :

UR = R.I ( 2.11 )

Công suất tức thời trên nhánh thuần trở :

p = uR.i = UR√2sinωt.I√2sinωt

= 2UR.I.sin2ωt = UR.I( 1 – cos2ωt )

Đường cong i ,uR , p, trên hình 2.5.c

Từ đường cong p ta thấy p ≥ 0 Như vậy nhánh thuần trở luôn tiêu thụ công suất Việc dùng công suất tức thời để tính năng lượng rất khó khăn Vì vậy ta đưa

ra khái niệm công suất tác dụng P

Công suất tác dụng P là công suất trung bình của công suất tức thời trong một chu kỳ

𝑇 0

= 1

𝑇 0

Trang 32

32

P = UR.I = R.I2 ( 2.12 )

Đơn vị của công suất tác dụng P là W, kW, Mw

2.4.2 Dòng điện sin trong nhánh thuần điện cảm

U L

I b)

c)

Hình 2.6 Điện áp trên điện cảm:

𝑑𝑡 Biểu diễn bằng số phức:

Trang 33

33

Về trị số UL = XL.I

Véc tơ biểu diễn điện áp và dòng điện trên hình 2.6.b

Công suất trên điện cảm:

2 ) = 2UL.I.sinωt.cosωt = UL.I.sin2ωt

tiêu thụ công suất tác dụng

𝑃𝐿 = 1

𝑇 0

= 0

chu kỳ 2 ,4 , pL<0 phóng năng lượng

Để đánh giá độ lớn tích phóng ta đưa ra khái niệm công suất phản kháng

Q

Công suất phản kháng Q là biên độ tích phóng

QL= UL.I = XL.I2 ( 2.17 )

Đơn vị của công suất phản kháng là VAr , kVAr , MVAr

2.4.3 Dòng điện sin trong nhánh thuần điện dung

Khi cho dòng điện i = I√2sinωt qua nhánh thuần điện dung C ,hình 2.7.a, điện áp trên điện dung :

Trang 34

với tần số f của nguồn

Biểu diễn u ,i , bằng véc tơ hình 2.7.b

Từ biểu thức ( 2.18 ) , ( 2.19 ) ,ta thấy trong nhánh thuần điện dung, điện

b)

c)

Hình 2.7

Công suất tức thời của điện dung

pC = i.uC = I√2sinωt.UC√2sin( ωt – π/2 )

= -2UC.I.sinωt.cosωt = -UC.I.sin2ωt

trong nhánh thuần dung không tiêu thụ công suất tác dụng,

𝑃𝐶 = 1

𝑇 0

= 0

Trang 35

35

mà chỉ tích phóng năng lượng Biên độ tích phóng ,tức là công suất phản

QC = - UC.I = - XC.I2 ( 2.22 )

2.5 Dòng điện sin trong nhánh R-L-C nối tiếp

2.8.a , điện áp u của nhánh:

R

φ

UX = UL - UC

URI

Trang 36

36

z, R, X, lập thành tam giác vuông gọi là tam giác tổng trở, hình 2.8.b Như vậy

Nếu XL> XC, φ>0, mạch có tính chất điện cảm

Nếu XL< XC, φ<0, mạch có tính chất điện dung

cộng hưởng điện áp, dòng điện đạt cực đại I = U/R

Trong kỹ thuật ta có thể thay đổi giá trị của tụ điện để có điểm cộng hưởng

Ba thành phần UR , UX = UL – UC , U= √𝑈𝑅2+ 𝑈𝑋2 lập thành tam giác điện

áp Tam giác điện áp đồng dạng với tam giác tổng trở

2.6 Công suất của dòng điện sin

Ta xét trường hợp tổng quát, công suất của một nhánh, một thiết bị điện hay mạch điện gồm nhiều thiết bị điện Trong mạch điện đó có cả hai quá trình:

Trang 37

37

Quá trình tiêu thụ điện năng để biến thành năng lượng khác, được đặc bởi công suất tác dụng P và quá trình tích phóng năng lượng điện, được đặc trưng bởi công suất phản kháng Q

= 1

𝑇 0

𝑑𝑡 Kết quả P = U.Icosφ ( 2.26 )

Mạch điện có nhiều nhánh

P = ΣPk = ΣUk.Ik.cosφk = Σzk.𝐼𝑘2.cosφk = Σ 𝐼𝑘2.Rk ( 2.27 )

Dương khi φk > 0 , âm khi φk < 0

Qk = Uk.Ik.sinφk = 𝐼𝑘2zk.sinφk

= 𝐼𝑘2.Xk = 𝐼𝑘2( XLk – XCk ) ( 2.29 )

2.6.3 Công suất biểu kiến S

Mỗi một thiết bị điện có một điện áp nhất định và dòng điện nhất định gọi

là định mức Để đánh giá dung lượng thiết bị điện ta đưa ra khái niệm công suất biểu kiến S

Công suất biểu kiến S

Trang 38

φ

Hình 2.9

2.6.4 Đo công suất

Để đo công suất tác dụng P,người ta thường dùng oát mét điện động Oát mét kiểu điện động gồm có hai cuộn dây.Cuộn dây ở phần tĩnh có tiết diện lớn,ít vòng dây mắc nối tiếp với phụ tải gọi là cuộn dòng điện Cuộn dây ở phần động

có tiết diện nhỏ,nhiều vòng dây mắc song song với phụ tải cần đo công suất gọi

* *

Hình 2.10 Khi sử dụng oát mét phải chú ý cực tính của các cuộn dây dòng I, điện áp

U có đánh dấu (*) Nếu oát mét chỉ ngược phải đổi lại đầu dây một trong hai cuộn dây

𝑆 = √𝑃2+ 𝑄2 ( 2.31 )

Trang 39

39

2.7 Nâng cao hệ số công suất

Công suất tác dụng P tỷ lệ với cosφ: P = U.I.cosφ, vì vậy cosφ gọi là hệ số công suất

Việc nâng cao hệ số cosφ mang ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật rất lớn

Đối với một máy phát có điện áp U và dòng điện I nhất định, gọi là định mức Nếu cosφ càng cao, công suất máy phát P = U.I.cosφ, phát ra càng lớn như vậy tận dụng được công suất của máy phát

Đối với đường dây truyền tải điện có điện áp U nhất định, khi truyền tải cùng công suất P, nếu cosφ càng cao thì dòng điện

𝑈 𝑐𝑜𝑠𝜑 chạy trên đường dây càng nhỏ và tổn thất ∆P trên đường dây càng nhỏ

Cosφ chỉ phụ thuộc vào thông số tải, các hộ tiêu thụ điện như nhà máy, xí nghiệp cần nâng cao hệ số cosφ, gọi là bù cosφ

Phụ tải phần lớn mang tính chất điện cảm Để nâng cao hệ số cosφ của phụ tải có tính chất điện cảm, ta nối song song với phụ tải đó điện dung C, hình 2.11.a

điện áp và dòng điện là φ tương ứng với cosφ của tải Đồ thị véc tơ hình 2.11.b

Khi bù K đóng

Trang 40

40

𝐼 / = 𝐼 𝑡+ 𝐼 𝐶

φ/ < φ, nên cosφ/ > cosφ

Như vậy khi nối song song với phụ tải có tính chất điện cảm với điện dung

C, hệ số cosφ tăng

Giả sử phụ tải tiêu thụ công suất P không đổi Khi chưa bù công suất phản

kháng phụ tải lấy từ lưới điện vào

𝑈2 𝜔( 𝑡𝑔𝜑 − 𝑡𝑔𝜑/) ( 2.34 ) Như vậy mỗi phụ tải có công suất P và điện áp U xác định, muốn nâng cosφ

Định dạng
Số trang	205
Dung lượng	2,35 MB