Nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm về cơ sở lý thuyết mạch điện phục vụ công tác đào tạo của trường đại học công nghiệp hà nội

Tính cấp thiết của đề tài Qua quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội, đặc biệt là quá trình hướng dẫn của PGS.TS Kim Ngọc Linh về đề tài luận văn thạc sỹ

ĐỖ TRUNG HIỆP

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO CỦA TRƯỜNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS KIM NGỌC LINH

HÀ NỘI – 2013

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Đỗ Trung Hiệp

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined.

Chương 1 Tổng quan về trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

1.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined 1.2 Giới thiệu hệ thống phòng thí nghiệm hiện tại Error! Bookmark not defined.

1.3 Đánh giá thực trạng hệ thống phòng thí nghiệm hiện tại và xu thế phát triển của

Nhà trường Error! Bookmark not defined.

Chương 2 Nghiên cứu xây dựng một số bài thí nghiệm về Cơ sở Lý thuyết mạch

2.1 Thí nghiệm về mạch điện ba pha tải đấu sao Error! Bookmark not defined 2.2 Thí nghiệm về mạch điện ba pha tải đấu tam giác Error! Bookmark not

defined.

2.3 Thí nghiệm về mạng một cửa (2 cực) Error! Bookmark not defined 2.4 Thí nghiệm về mạng hai cửa Error! Bookmark not defined 2.5 Thí nghiệm về hỗ cảm M Error! Bookmark not defined 2.6 Thí nghiệm khảo sát quá trình quá độ trong mạch tuyến tính Error! Bookmark

not defined.

Chương 3

Mô phỏng một số bài thí nghiệm trên máy tính bằng phần mềm

Electronics Workbench 5.12

3.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng Electronics Workbench 5.12 Error!

Bookmark not defined.

3.3 Thực hành trên EWB Error! Bookmark not defined.

3.4 Các kí hiệu linh kiện trong EWB Error! Bookmark not defined.

3.5 Thí nghiệm mô phỏng mạch ba pha 68

3.6 Thí nghiệm mô phỏng mạng một cửa, hai cửa 69

3.7 Thí nghiệm mô phỏng quá trình quá độ mạch tuyến tính Error! Bookmark not defined

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

1 Kim Ngọc Linh (2000), Hướng dẫn thí nghiệm Lí thuyết mạch, Đại học Mỏ - Địa

chất, Hà Nội

2 Kim Ngọc Linh - Hướng dẫn thí nghiệm môn Cơ sở Kĩ thuật điện; Trường Đại

học Mỏ - Địa chất, Hà Nội

3 Kim Ngọc Linh, Đào Đắc Tuyên, Uông Văn Quang, Nguyễn Thạc Khánh

(2003), Cơ sở Kỹ thuật điện (Giáo trình dùng cho các ngành Điện hệ Cao đẳng)

Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội

4 Đặng Văn Hoàng (2000), Tự thiết kế mạch điện tử với Workbench for Doc &

Windows, Nxb Thống kê, TP Hồ Chí Minh

5 Lê Minh Cường (1996), Hướng dẫn thí nghiệm Mạch điện, Đại học kỹ thuật TP

Hồ Chí Minh

6 Lê Văn Bảng (2005), Lý thuyết mạch điện (Giáo trình dùng cho các trường Cao đẳng), Nxb Giáo dục, Hà Nội

7 Nguyễn Bá Khá (2006), Kỹ thuật điện- điện tử, Đại học công nghiệp Hà Nội

8 Elettronica Veneta & NEL (2003), Basic Electricity, Module MCM1/EV

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2-2 Đồ thị véc tơ dòng và áp (tải đối xứng hình a, không đối

xứng hình b)

Trang 14

Hình 2-29 Sơ đồ thí nghiệm nối bc của hai cuộn dây có hỗ cảm Trang37

Hình 3-4 Sắp xếp linh kiện trên Workbench Trang64

Hình 3-9 Đo điện áp trong mạch khi nối tiếp đồng hồ vạn năng với

Bulb

Trang66

Hình 3-16 Mô phỏng mạch r-L khi hắng số thời gian nhỏ và đồ thị

Bảng 2-2 Kết quả thí nghiệm Trang14

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Qua quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội, đặc biệt là quá trình hướng dẫn của PGS.TS Kim Ngọc Linh về đề tài luận văn thạc sỹ của tác giả, tác giảnhận thấy cần phải nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm về môn Cơ sở lý thuyết mạch phục vụ cho công tác giảng dạy của khoa Điện trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, nơi mà tác giả đang tham gia công tác

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội là một Trường có quy mô lớn Trong

đó hệ thống phòng thí nghiệm Điện của khoa còn chưa đầy đủ, chưa đáp ứng đủ cho sinh viên, học sinh nghiên cứu và thực nghiệm các phần lý thuyết đã học của môn học để củng cố kiến thức lí thuyết cho sinh viên chuyên ngành được chuyên sâu hơn

Với nhu cầu phát triển của khoa Điện và Nhà trường về chất lượng đào tạo, quy mô nghiên cứu đòi hỏi khoa Điện và Nhà trường cần phải có một hệ thống các phòng thực hành thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu chung cũng như các tài liệu về thực hành thí nghiệm môn học là cần thiết

Vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm về Lý thuyết mạch cho Nhà trường sẽ giải quyết được một phần những hạn chế cần khắc phục của khoa và Nhà trường nhằm đáp ứng một nhu cầu đào tạo bậc Đại học, tiến tới đào tạo Sau đại học của khoa nói riêng và Nhà trường nói chung về tài liệu học tập cho sinh viên, học viên của trường

2 Mục đích của đề tài

Xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm về Cơ sở Lý thuyết mạch phù hợp với điều kiện thực tế của trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận văn là nội dung môn học Cơ sở Lý thuyết mạch điện và các bài thí nghiệm phục vụ môn học này dùng cho trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Do hạn chế về thời gian và khuôn khổ bản luận văn thạc sỹ, căn cứ vào điều kiện thực tế hiện nay của trường đề tài chỉ tập trung nghiên cứu xây dựng một số bài thí nghiệm sau:

- Khảo sát mạch điện tải ba pha đấu sao

- Khảo sát mạch điện tải ba pha đấu tam giác

- Khảo sát mạng một cửa và hai cửa tuyến tính

- Khảo sát mạch điện có hỗ cảm

- Khảo sát quá trình quá độ mạch tuyến tính

Các bài thí nghiệm về kiểm nghiệm các định luật của mạch điện, mạch điện một pha hiện tại phòng thí nghiệm trường đã có nên trong luận văn không đề cập đến

4 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá tổng quan về hệ thống phòng thí nghiệm Điện của khoa Điện Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

- Nghiên cứu xây dựng một số bài thí nghiệm phục vụ giảng dạy và học tập môn học Cơ sở Lý thuyết mạch

- Nghiên cứu mô phỏng các bài thí nghiệm bằng phần mềm thích hợp

5 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng bằng phần mềm kỹ thuật

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài đã xây dựng và mô phỏng được một số bài về Cơ sở Lý thuyết mạch phù hợp với điều kiện thực tế của trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Kết quả của

đề tài góp phần nâng cao chất lượng khâu thực hành, thí nghiệm của sinh viên, đồng thời đóng góp vào việc xây dựng thư viện các bài thí nghiệm ảo về Cơ sở Lý thuyết mạch

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm Phần mở đầu, Kết luận và ba chương:

Chương I : Tổng quan về trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Chương II : Nghiên cứu xây dựng một số bài thí nghiệm về Cơ sở Lý thuyết mạch

Chương III : Mô phỏng một số bài thí nghiệm trên máy tính bằng phần mềm Electronics Workbench

Trong quá trình làm luận văn tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới

PGS.TS Kim Ngọc Linh Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy, các Cô

trong bộ môn, cũng như các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình

Mặc dù đã nỗ lực hết sức nhưng chắc chắn bản luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp chân thành của các thầy, cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn chỉnh hơn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Vị trí địa lí

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội có trụ sở chính thuộc xã Minh khai-Từ Liêm-Hà Nội nằm trênQuốc lộ 32, là đơn vị trực thuộc Bộ Công Thương

Cơ sở 2 thuộc xã Tây tựu – Từ liêm – Hà Nộinằm trên đường 70

Cơ sở 3 thuộc Phủ lý –Hà Nam nằm trên đường Phủ lý

Trường được xây dựng với tổng diện tích khoảng 50 hécta

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Trường được Pháp thành lập từ 10-8-1898 với tên Trường chuyên nghiệp Hà Nội Năm 1956 Trường đổi tên thành Trường Công nhân kỹ thuật I đặt tại Hải Phòng đến năm 1986 chuyển về xã Minh Khai-Từ Liêm- Hà Nội

Năm 1991 Trường Kỹ nghệ thực hành Hà Nội chuyển về xã Tây Tựu- Minh -Khai -Từ Liêm - Hà Nội

Năm 1997 Hợp nhất hai trường đổi tên thành Trường Trung học công nghiệp

I trực thuộc Bộ công nghiệp

Tháng 5 năm 1999 Trường được nâng cấp và đổi tên thành Trường Cao đẳng Công nghiệp Hà Nội

Tháng 12 năm 2005 Trường được nâng cấp và đổi tên thành Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội trực thuộc Bộ Công thương

1.1.3 Chức năng, nhiệm vụ, tổ chức quản lý

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội là đơn vị hành chính sự nghiệp trực thuộc Bộ Công Thương

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội cung cấp dịch vụ giáo dục đào tạo, khoa học - công nghệ, nhiều ngành, nhiều loại hình và một môi trường học tập thuận lợi tạo cơ hội tiếp cận cho mọi đối tượng, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước và hội nhập quốc tế

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đào tạo nguồn, bồi dưỡng nhân lực ở trình độ Cao học;Đại học;Cao đẳng; Trung cấp chuyên nghiệp; Cao đẳng nghề gồm các chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật cơ khí; Công nghệ kỹ thuật điện-điện tử; Tự động hoá; Công nghệ thông tin;Công nghệ kĩ thuật điện tử; Điện tử viễn thông;Công nghệ ô tô;Cơ điện; Cơ điện tử;Quản trị kinh doanh;Hạch toán kế toán;Tài chính ngân hàng… phục vụ nhu cầu nhân lực cho phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa, kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đem lại cho xã hội và cộng đồng các lợi ích với chất lượng tốt nhất từ các hoạt động đào tạo, nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ và dịch vụ, góp phần đắc lực vào công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, giữ gìn an ninh quốc phòng và phát triển Hệ thống Giáo dục bậc Đại học ở Việt Nam

Bộ máy lãnh đạo của Nhà trường tổ chức theo mô hình trực tuyến chức năng một cách gọn gàng,hoạt động tốt, việc điều hành hoạt động thông qua các khoa và các phòng chức năng, đồng chí Hiệu trưởng nhà trường chịu trách nhiệm điều hành trực tiếp

Nhà trường gồm hai bộ phận chính:

Các khoa,trung tâm gồm: Khoa Điện; khoa Kinh tế; khoa Công nghệ thông tin

khoa Điện tử; khoa Khoa học cơ bản; khoa Mác - Lênin; khoa Cơ khí; khoa Công nghệ may và thời trang; khoa Công nghệ ôtô;khoa Công nghệ hóa; khoa Ngoại ngữ; khoa Sư phạm kỹ thuật; khoa Đào tạo hợp tác quốc tế; khoa Giáo dục thể chất quốc phòng; khoa Tại chức; Trung tâm Việt-Nhật; Trung tâm Việt-Hàn;Trung tâm sửa chữa và bảo trì thiết bị công nghiệp; Trung tâm đào tạo sau đại học

Các phòng chức ban năng gồm: Ban giám hiệu; phòng Đào tạo; phòng Tổ chức

hành chính;phòng Quản lý chất lượng; phòng Thanh tra giáo dục; phòng Tài chính

kế toán; phòng Khoa học công nghệ; phòng Hợp tác quốc tế; phòng Công tác học sinh; phòng Quản trị đời sống…

Tổng số khoảng 1200 cán bộ viên chức, trong đó có hơn 1000 giảng viên cơ hữu, có 80% trên đại học, trong đó có nhiều giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ đang công

tác giảng dạy, nghiên cứu tại trường và nước ngoài

Cơ cấu tổ chức quản lý của nhà trường như hình 1-1

Hiệu trưởng nhà trường

Phó hiệu trưởng 4 Phó hiệu trưởng 2

P Ctác HSSV

Phòng QTĐS

Phòng HTQT

Phòng KHCN

Khoa CNTT

Khoa

Kế toán

Khoa Mác-Lê

Khoa QLKD

Khoa SPKT

K.ĐT HTQT

Khoa N.Ngữ

Khoa

CNM

Kh.GD TCQP

Khoa QTKD

Khoa

Cơ khí

Khoa T.chức

Khoa

CNH

TT Việt - Hàn

TT Việt - Nhât HS-SV

TT QLCL

TTDV Nhà ăn

TTĐT SĐH

TTĐT Foxconn

TT NN-TH

TT.Thư viện

nghiệp và dạy nghề ở một số tỉnh trong khu vực, đào tạo nghề và nghiên cứu khoa học

Khoa hiện nay có tổng 82 cán bộ giảng dạy có năng lực, chuyên môn vững vàng đã có nhiều đóng góp cho sự phát triển nền giáo dục của nhà trường và xã hội bằng các kết quả đào tạo và nghiên cứu khoa học Các thế hệ sinh viên, học sinh của khoa sau khi tốt nghiệp đã và đang có nhiều cống hiến quan trọng

Để đạt được mục tiêu trên và đáp ứng nhu cầu giảng dạy, học tập của giáo viên và sinh viên trong và ngoài khoa trong Trường, khoa xây dựng mảng thực hành thí nghiệm điện

Do số lượng học sinh-sinh viên lớn nên số lượng Phòng thí nghiệm, thực tập điện của khoa Điện hiện đang chưa đủ đáp ứng việc học tập giảng dạy và nghiên cứu đăc biệt là phòng thí nghiệm Cơ sở lý thuyết mạch Hệ thống phòng thí nghiệm điện bao gồm phòng thí nghiệm PLC, phòng khí nén, phòng thí nghiệm hệ thống điện, phòng thí nghiệm truyền động điện, phòng thí nghiệm đo lường,phòng thực hành trang bị điện phục vụ cho các môn học PLC,Truyền động điện, kỹ thuật đo, máy điện… Tuy nhiên phòng thí nghiệm cho môn học Cơ sở lý thuyết mạch hiện đang chỉ dừng lại ở dạng mô phỏng trên máy tính, chưa sử dụng nhiều mô hình thí nghiệm thực tế

Các mô hình, thiết bị ở đây được lắp đặt nhằm giới thiệu, làm thí nghiệm và thực hành cho học sinh-sinh viên các hệ từ đại học,cao đẳng…đến trung cấp nghề Tuy nhiên do quy mô của trường tiến tới đào tạo từ bậc cao học trở xuống từ đó đòi hỏi phải xây dựng và hoàn thiện các phòng thí nghiệm có chiều sâu cả về mặt đào tạo và nghiên cứu

Phòng thí nghiệm điện đảm trách nhiệm vụ dạy thực tập cơ điện cho các sinh viên chính quy, sinh viên tại chức, học sinh nghề và học sinh các lớp địa phương, các lớp cạnh xí nghiệp của các ngành cơ điện, điện dân dụng và điện xí nghiệp, tự động hóa, kỹ thuật nhiệt lạnh… Các phòng nằm trên các tầng 5 của nhà A7 và A10 của Trường bao gồm các phòng thí nghiệm:

+ Phòng thí nghiệm kỹ thuật điện gồm có các mô hình về các môn học: Đo

lường, trang bị điện, máy điện, cơ cấu đo, máy đo

+ Phòng thí nghiệm PLC có các mô hình thực tế như mô hình đèn đường giao thông, thang máy, băng tải, trục tải

+ Phòng thí nghiệm khí nén có các mô hình thực tế

+ Phòng thí nghiệm nhiệt lạnh gồm các máy lạnh dân dụng và công nghiệp

+ Phòng thí nghiệm truyền động điện do siemens tài trợ

+ Ngoài ra sinh viên thường xuyên được trải nghiệm thực tế trên các máy công cụ hiện đại ở tại trường để hiểu sâu sắc hơn sự liên kết giữa điện và cơ khí

1.3 Đánh giá thực trạng hệ thống phòng thí nghiệm hiện tại và xu thế phát triển của nhà trường

1.3.1 Thực trạng hệ thống phòng thí nghiệm khoa Điện

Theo quy hoạch phát triển chung của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

từ nay đến năm 2015, dự kiến số cán bộ viên chức của Khoa Điện sẽ là khoảng 10 tiến sĩ, 3 giáo sư, phó giáo sư và hoàn thiện toàn bộ giảng viên của khoa có trình độ thạc sĩ trở lên Yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu khoa học đòi hỏi

số cán bộ trẻ của Khoa phải không ngừng học tập, nâng cao trình độ về mọi mặt Do

đó thực trạng số lượng phòng thí nghiệm chưa đủ đáp ứng cho sinh viên,học sinh và cán bộ giảng dạy nghiên cứu cũng như mức độ chuyên sâu của các phòng thực hành, thí nghiệm

Tăng cường xây dựng cơ sở vật chất của Khoa và trang thiết bị của phòng thí nghiệm, trang thiết bị của xưởng thực hành điện từ mọi nguồn có thể Tìm cơ hội để các hãng sản xuất thiết bị thí nghiệm điện, các doanh nghiệp trong và ngoài nước chọn Khoa là đối tác

Tăng cường về quy mô đào tạo với việc duy trì đào tạo liên tục các hệ đại học cao đẳng chính quy, tiến tới đào tạo hệ sau đại học vào năm 2015

Với mục tiêu đào tạo theo hướng nghề nghiệp ứng dụng đa cấp, đa lĩnh vực, đặc biệt đào tạo các ngành nghề phục phụ ngành điện và công cuộc công nghiệp hoá

- hiện đại hoá đất nước, Trường phải không ngừng mở rộng giao lưu liên kết với các trường cùng lĩnh vực trong khu vực nhằm giúp sinh viên, học sinh chuyên ngành có

thể được tiếp cận và được thực hành thao tác trên các loại máy móc và trang thiết bị hiện đại Để sau khi ra trường sinh viên có nhiều cơ hội xin việc làm và tiếp xúc với công việc một cách thành thạo hơn

Trong thời gian tới, trường sẽ mở rộng công tác đào tạo, đồng thời tiếp tục nghiên cứu thị trường lao động để xây dựng thêm các chương trình cho các ngành đào tạo mới, phát triển đội ngũ giáo viên cả về số lượng và chất lượng phù hợp với nhu cầu phát triển cuả ngành điện nói riêng và nền kinh tế nói chung Nhà trường cần luôn luôn cố gắng để có những chương trình phù hợp, cái tiến tài liệu, giáo trình cho phù hợp với xu thế phát triển chung của giáo dục cao đẳng, đại học, sau đại học

Để đáp ứng những thử thách trong thời đại phát triển nhanh về công nghệ, mục tiêu hoạt động của Khoa là phát triển và duy trì môi trường đào tạo cao đẳng, đại học với chất lượng tốt, nỗ lực cập nhật, cải tiến chương trình đào tạo theo hướng gắn liền với ứng dụng thực tiễn và đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn về nguồn nhân lực chất lượng cao cho các doanh nghiệp phía Bắc nói riêng và cả nước nói chung

Với mục tiêu đẩy mạnh hơn nữa sự nghiệp đào tạo và nghiên cứu khoa học, từng bước hoà nhập vào nền giáo dục của các trường trong khu vực thì tập thể ban lãnh đạo và cán bộ công nhân viên khoa Điện nói riêng và Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội nói chung cần được hỗ trợ từ các tổ chức Nhà nước, cần học hỏi nâng cao trình độ chuyên môn để đưa ra được các biện pháp tối ưu nhằm đáp ứng được nhu cầu phát triển chung

Tuy nhiên, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội có xuất phát điểm là một trường công nhân dạy nghề chất lượng cao có quy mô lớn, nên tất cả các cơ sở vật chất phục phụ cho việc học tập cần phải tăng cường hơn nữa để đáp ứng nhu cầu dạy, học và nghiên cứu khoa học Ví như, phòng thí nghiệm điện của Trường còn chưa đầy đủ Khoa Điện hiện có chín phòng thí nghiệm và mười xưởng thực hành trong đó hai phòng thí nghiệm tự động hóa, hai phòng PLC, hai phòng thí nghiệm khí nén, một phòng thí nghiệm hệ thống điện, một phòng thí nghiệm kỹ thuật nhiệt với một số mô hình thí nghiệm của các môn học đo lường, máy điện, trang bị điện, một phòng thí nghiệm kỹ thuật điện-điện tử Nhận thấy hiện trạng về trang thiết bị,

dụng cụ thí nghiệm, thực hành của phòng thí nghiệm cho môn cơ sở lý thuyết mạch,

kỹ thuật điện điện tử chưa đủ đáp ứng việc dạy và học cũng như các tài liệu hướng dẫn thí nghiệm, thực hành phục phụ những ham muốn, tìm tòi của giáo viên

và học sinh sinh viên Phòng thí nghiệm điện chưa cân xứng với quy mô, ngành nghề đào tạo, chất lượng đào tạo của hệ thống dạy và học

1.3.2 Xu thế phát triển của nhà trường

Đất nước bước vào thời kì công nghiệp hóa-hiện đại hóa và hội nhập kinh tế quốc tế, yêu cầu cán bộ có trình độ cao đòi hỏi phải có các trường có năng lực và kinh nghiệm đào tạo ở bậc cao Vì vậy, ngày 02/12/2005, trường được nâng cấp thành Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, mô hình đào tạo khá đa dạng: Đại học, Cao đẳng chính quy, Trung cấp chuyên nghiệp, Cao đẳng nghề với quy mô 50.000 đến 55.000 sinh viên, học sinh năm 2010 – 2015

Những năm tới, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội tiếp tục đổi mới toàn diện và mở rộng quy đào tạo, bậc đào tạo, năng cao chất lượng đào tạo, xứng đáng

là một trường Đại học đẳng cấp trong nước và quốc tế

1.4 Nhận xét, đánh giá

Qua tìm hiểu hệ thống các phòng thí nghiệm và thực hành về điện của trường Đại học Công nghiệp Hà Nội cho thấy:

Hầu hết các mô hình thí nghiệm điện có trong phòng thí nghiệm và các thiết

bị điện trong các phòng thực hành hiện tại trong khoa Điện của trường đều chưa đủ đáp ứng việc học tập và nghiên cứu của sinh viên và giáo viên đặc biệt là phòng thí nghiệm Lý thuyết mạch Mô hình để làm thí nghiệm và thực hành còn thiếu chưa đáp ứng được quy mô đào tạo cũng như chất lượng đào tạo của khoa Điện nói riêng

và trường Đại học Công nghiệp Hà Nội nói chung

Mặc dù một số mô hình thí nghiệm và thực hành có ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật công nghệ mới vào sản xuất được bổ sung trong vài năm gần đây, song vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu tìm hiểu, thực hành, làm thí nghiệm về một số ứng dụng của thiết bị điện tử và bán dẫn trong máy sản xuất của sinh viên để nghiên cứu và thực nghiệm

Đối với sự phát triển khoa học kỹ thuật hiện nay các hệ thống trang bị điện của của các máy sản xuất đã và đang thay đổi sâu sắc Đặc trưng cơ bản của nó là ứng dụng các thiết bị điện tử - bán dẫn, và cũng nhờ đó mà nâng cao mức độ tự động hoá Vì thế, thực tế đòi hỏi đội ngũ kỹ sư, cử nhân kỹ thuật ra trường phải nắm bắt được những kiến thức cần thiết không những để khai thác các máy sẵn có mà còn có thể tính toán, thay thế sửa chữa những hệ thống cũ, nắm bắt được công nghệ mới và các phương thức điều khiển mới áp dụng thực tế vào sản xuất có như vậy sản phẩm làm ra mới được nhiều và giá thành hạ

Để đáp ứng được những yêu cầu trên Nhà trường cần quan tâm hơn nữa tới việc đầu tư thêm các hệ thống trang thiết bị điện, các mô hình thí nghiệm và thực hành về điện của trường Đặc biệt là các mô hình thí nghiệm, các bài thí nghiệm và thực hành về lĩnh vực ứng dụng các thiết bị điện tử và bán dẫn mới, hiện đại đang được ứng dụng rộng rãi trong máy sản xuất hiện nay

Với những lý do nêu ở trên và đáp ứng phần nào yêu cầu đó, nhiệm vụ của đề tài

là:"Nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm về Cơ sở Lý Thuyết

Mạch phục vụ công tác đào tạo của trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.’’

Chương 2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM

VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠCH 2.1 Thí nghiệm về mạch điện ba pha tải đấu sao

2.1.1.Mục đích thí nghiệm

Nghiệm lại các quan hệ giữa các đại lượng dòng điện và điện áp dây với dòng điện và điện áp pha trong mạch ba pha đấu sao và đấu tam giác Thấy được tác dụng của dây trung tính trong mạch ba pha bốn dây

2.1.2 Cơ sở lí thuyết

Mạch điện ba pha là tập hợp ba mạch điện xoay chiều một pha, trong đó suất điện động mỗi pha đều là điều hoà cùng tần số và biên độ nhưng lệch pha nhau 1/3 chu kì, nối thành hệ thống năng lượng chung

t E t

E

)120sin(

2)120sin(

)120sin(

2)120sin(

Hình 2-1: Hệ thống ba pha nguồn và tải đấu sao

Trong hệ thống điện pha ba người ta gọi dòng và áp trên các pha của tải và nguồn là các đại lượng pha kí hiệu If, Uf, dòng điện chạy trên dây dẫn từ nguồn đến tải và điện áp giữa các dây đó là các đại lượng dây, kí hiệu Id, Ud

Khi nối sao có Id = If và mối quan hệ giữa áp dây và pha:

   

Đồ thị vectơ dòng và áp trong một số trường hợp:

- Trường hợp tải thuần trở, có dây trung tính:

+ Khi tải thuần trở, đối xứng và không đối xứng:

Hình 2-2: Đồ thị vectơ dòng và áp a) Tải đối xứng; b) Tải không đối xứng

+ Khi tải thuần trở và đứt dây pha A:

Hình 2-3: Đồ thị vectơ khi bị đứt dây pha A

Nhận xét:

Khi không có dây trung tính, nếu tải không đối xứng sẽ xuất hiện điện áp lệch trung tính (điện áp di điểm trung tính)

 0

ba pha bốn dây quy định không được đặt cầu chì trong dây trung tính

Công suất tác dụng trong trường hợp chung có thể tìm được bằng tổng công suất tác dụng của ba pha:

Hình 2-4: Sơ đồ thí nghiệm mạch điện ba pha tải đấu sao

Bước 2: Đóng mạch KA, Ko và cầu dao CD cấp nguồn cho mạch thí nghiệm Bước 3: Đọc số chỉ của các dụng cụ đo, dòng ampekế, điện áp vônkế, oátmet Số liệu thí nghiệm ghi vào bảng 2-2 (chế độ a)

Bước 4: Theo kết quả thí nghiệm tính điện trở tải các pha và công suất mạch tiêu thụ Sử dụng các công thức sau:

A A A

U r I

B B

U r I

C C

U r I

Số liệu tính toán ghi vào bảng 2-2 (chế độ a)

Bước 5: Thay đổi số liệu bảng trên (2-1)tạo tải không đối xứng Lặp lại thí nghiệm theo trình tự trên và ghi kết quả vào bảng 2-2 (chế độ b)

Bước 6: Ngắt khóa K1 để tạo trường hợp mất một pha Lặp lại thí nghiệm và ghi kết quả vào bảng 2-2 (chế độ c)

Bước 7: Ngắt khóa K0 (tạo trường hợp đứt dây trung tính) và lặp lại các bước

từ 3 đến 6 Kết quả đo và tính toán ghi vào bảng 2-2

Bước 8: Theo kết quả thí nghiệm, xây dựng giản đồ véctơ dòng và áp cho tất

cả các trường hợp

Kết quả thí nghiệm được thống kê trong bảng 2-2

W A

W A

2.2.2 Tóm tắt lí thuyết

Khác với mạch ba pha đấu sao có thể sử dụng hệ ba pha ba dây hay bốn dây Trong mạng ba pha đấu tam giác chỉ sử dụng ba dây dù tải đối xứng hay không đối xứng Khi đấu tam giác hệ thống điện áp dây bằng điện áp pha:

Hệ thống ba pha nguồn và tải đều đấu tam giác như hình 2-5

Hình 2-5: Hệ thống ba pha nguồn và tải đấu tam giác

Đồ thị vectơ khi tải thuần trở, đối xứng và không đối xứng

- Đồ thị vectơ khi tải đối xứngr AB r BC r CAnhư hình 2-6

Hình 2-6: Đồ thị vecto dòng và áp khi tải đối xứng

- Đồ thị vectơ khi tải không đối xứng, đứt dây pha AB:

Trường hợp mạch đối xứng:P 3U I f f cos  3U I d dcos (2-20)

A

I = -I CA

I BC

Hình 2-7: Đồ thị vectơ khi tải không đối xứng và đứt dây pha AB

Để đo công suất tác dụng mạch ba pha đấu tam giác có thể sử dụng ba oatmet đo công suất từng pha hoặc phương pháp hai oatmet

Bước 1: Mắc sơ đồ thí nghiệm như hình 2-8

Bước 2: Đóng cầu dao cấp điện cho mạch thí nghiệm

Bước 3: Tạo tải đối xứng, đo các dòng dây, dòng pha, các điện áp và công suất bằng hai oatmet Ghi kết quả vào bảng 2-4 (chế độ a)

Bước 4: Tạo tải không đối xứng và lặp lại các phép đo Ghi kết quả vào bảng 4(chế độ b)

2-Bước 5: Khảo sát chế độ làm việc của mạch khi không có tải một pha Lần

lượt bỏ tải pha A, pha B, pha C Kết quả thí nghiệm ghi vào bảng 2-4 (chế độ c)

C B A

Hình 2-8: Sơ đồ thí nghiệm mạch điện ba pha tải đấu tam giác

Kết quả thí nghiệm được thống kê trong bảng 2-4

U r I

BC BC

U r I

CA CA

U r I

2.3.1 Mục đích thí nghiệm

Nắm được cách nhận biết mạng một cửa có nguồn và không nguồn Biết làm thí nghiệm xác định các thông số sơ đồ tương đương của mạng một cửa không nguồn có kết cấu hộp đen

2.3.2 Tóm tắt lý thuyết

+ Xét mạng một cửa không nguồn hình 2.9

trong đó: U, I là các thông số trạng thái trên cửa

Phương trình trạng thái của mạng một cửa không nguồn:

I

Z

Phương trình (4.1) là phương trình định luật Ôm

Kết luận: Ta có thể thay thế mạng một cửa không nguồn bằng một tổng trở phức Z tương đương, là tổng trở vào của nó

Sơ đồ tương đương hình 2.10

Từ sơ đồ hình 2.10 ta có: UZ I cũng chính là phương trình trạng thái của mạng không nguồn (2.24)

+ Xét mạng một cửa tuyến tính có nguồn như hình 2.11

Phương trình trạng thái trên cửa có mối quan hệ tuyến tính, viết dưới dạng:

B I

Từ (2.25) suy ra: Uh A.0B BUh (điện áp trên cửa khi hở mạch)

Phương trình (2.25) viết lại:U A IUh (2.27)

I

U A U I

Vậy ta có phương trình trạng thái:

U





 0

Từ (2.29) suy ra: Ing C.0DDIng (dòng điện ngắn mạch trên cửa)

Phương trình (2.29) được viết lại: IC UIng (2.30)

Từ (2.30) suy ra: v

v h

ng ng

Z U

I C I U

Vậy ta có phương trình trạng thái: IY v UIng (2.31)

+ Định lý Thevenin , sơ đồ Thevenin

Phương trình trạng thái: UZ v IUh (2.32)

Có thể biến đổi tương đương mạng một cửa tuyến tính có nguồn bằng một

nguồn áp có sức điện động bằng điện áp trên cửa khi hở mạch (E 0 Uh) mắc nối tiếp với tổng trở bằng tổng trở vào của mạng (Z=Zv)

Sơ đồ Thevenin và Norton là 2 sơ đồ tương đương của cùng một mạng một cửa tuyến tính có nguồn Hai sơ đồ này tương đương nhau, và có các thông số quan hệ với nhau:

U

I   hay

ng

h v I

U Z





+Ứng dụng sơ đồ Thevenin và Norton

Khi cần tìm dòng hoặc áp riêng một nhánh của một mạch tuyến tính phức tạp, ta có thể sử dụng sơ đồ Thevenin hoặc Norton để phân tích

Sơ đồ tương đương hình 2.14:

Theo sơ đồ hình 2.14a:

I Z U Z

+Các bước tính:

Tìm sơ đồ Thevenin: Tìm sơ đồ Thevenin thực chất là tìm : Zv và E 0 Uh

Cách tìm Zv: Để đơn giản tìm theo phương pháp tìm tổng trở: Nhìn từ cửa của mạng, nếu trong mạch có nguồn áp (E) thì ngắn mạch, nguồn dòng (J) thì hở mạch, tính tổng trở tương đương của mạng (thực chất đưa mạng 1 cửa có nguồn về mạng

1 cửa không nguồn)

Tính E 0 Uh: Tính điện áp trên cửa khi hở cửa của mạng: Sử dụng các phương pháp số phức như dòng nhánh, thế đỉnh, tìm điện áp trên cửa khi hở mạch

Sau khi tìm được sơ đồ Thevenin, tìm được sơ đồ Norton theo (2.15)

+ Điều kiện đưa công suất lớn nhất đến tải

Xét mạng một cửa tuyến tính có nguồn hình 2.15a, ta có thể đưa về sơ đồ tương đương Thevenin hình 2.15b

Khi tải nhận được từ mạng một cửa tuyến tính có nguồn đã cho trị số công suất tác dụng cực đại được gọi là tải hoà hợp của mạng một cửa có nguồn

Giả sử thông số của mạng: Zv = Rv+jXv , Uh U h u

Để công suất trên tải (Zt) đạt giá trị lớn nhất thì:

v v

R

U P

Thiết bị thí nghiệm được thống kê trong bảng 2-5

2.3.4 Trình tự tiến hành thí nghiệm

Bước 1 : Mắc sơ đồ thí nghiệm như hình 2-16

Hình 2-16: Sơ đồ thí nghiệm mạng một cửa không nguồn

Bước 2 : Kết quả thí nghiệm và tính toán ghi vào bảng 2-6

- R = tb R i /4 ; X = tb X i/4 (2.40)

- Để xác định dấu của X ta làm như sau: b

Điều chỉnh biến áp tự ngẫu để U = 150V, mở khóa K, đọc trị số của ampemet là I Sau đó đóng khóa K, lại đọc trị số của ampemet được là /

I + Nếu /

I < I, suy ra mạch có tính chất điện cảm (X lấy dấu +) b

+ Nếu /

I > I, suy ra mạch có tính chất điện dung (X lấy dấu -) b

- Từ kết quả trên tính L hoặc C

Biết cách nhận biết mạng hai cửa có nguồn và không nguồn Làm thí nghiệm

để xác định các thông số đặc trưng, từ đó thành lập được sơ đồ tương đương hình T hoặc hình πcủamột mạng hai cửa không nguồn có kết cấu hộp đen Biết phương pháp thí nghiệm để xác định các đặc tính tần số của mạng hai cửa

Để xác định có nguồn hay không nguồn người ta làm thí nghiệm hở mạch hoặc

ngắn mạch

Thí nghiệm hở mạch: Làm hở mạch các cửa 1-1’ và 2-2’ khi đó dòng điện

trên các cửa bằng không, đo hoặc tính điện áp trên 2 cửa, nếu cả hai cửa có điện áp

bằng không thì ta có một mạng 2 cửa không nguồn, nếu ít nhất một trong hai cửa có

điện áp khác không thì ta có một mạng 2 cửa có nguồn

Thí nghiệm ngắn mạch: Làm ngắn mạch các cửa 1-1’ và 2-2’ khi đó điện áp

trên các cửa bằng không, đo hoặc tính dòng điện trên 2 cửa, nếu cả hai cửa có dòng

điện bằng không thì ta có một mạng 2 cửa không nguồn, nếu ít nhất một trong hai

cửa có dòng điện khác không thì ta có một mạng 2 cửa có nguồn

+Hệ phương trình trạng thái dạng A của mạng hai cửa tuyến tính không nguồn

Xét mạng 2 cửa tuyến tính không nguồn hình 2.18

Hệ phương trình trạng thái dạng A của mạng hai cửa tuyến tính không nguồn viết

21

1

2 12 2

11

1

I A U

A

I

I A U

2 22 21

12 11 1

1

I

U A I

U A A

A A I

trong đó bộ số A gồm: A11, A12, A21, A22 – thông số đặc trưng của mạng

Tính chất tương hỗ của bộ số [A]

Trong 4 thông số Aik có 3 thông số độc lập, vì giữa chung luôn có quan hệ nội tại:

Cách xác định bộ số A

Theo hệ phương trình trạng thái ()

Mạng 2 cửa không nguồn

 khi U2 0 thí nghiệm ngắn mạch cửa 2

Xét mạng 2 cửa tuyến tính không nguồn hình 2.18

Hệ phương trình trạng thái dạng Z của mạng hai cửa tuyến tính không nguồn viết dưới dạng:

2 12 1 11 1

I Z I Z U

I Z I Z U

Sơ đồ tương đương hình T

Zd2

;

n Z

21

1

1

n n d n

Z Z

TT Loại dụng cụ Số lượng

2.4.4 Trình tự tiến hành thí nghiệm

+ Sơ đồ thí nghiệm hở mạch cửa 2

- Để hở mạch cửa 2, sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ 2.21

Hình 2.21: Sơ đồ thí nghiệm hở mạch cửa 2

- Dùng máy biến áp tự ngẫu đưa điện áp đầu vào mạng hai cửa, ghi kết quả vào bảng 2-8

Từ kết quả thực nghiệm tính được:

+ Nếu /

I < I thì 1holấy dấu (+)

+ Nếu /

I > I thì 1holấy dấu (-)

+ Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch cửa 2

- Nối ngắn mạch cửa 22’, sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ 2.22

V

C K

Hình 2.22: Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch cửa 22’

- Dùng biến áp tự ngẫuđưa một điện áp nhỏ vào cửa 11’ Ghi kết quả thí

nghiệm vào bảng sau:

- Từ kết quả thí nghiệm tính được:

ng

Z1 = Z1ng. J ng

e 1

, Ω (2.53)

Trong đó: dấu của 1ngđược xác định nhờ khóa K

+ Nếu I/< I thì 1nglấy dấu (+)

+ Nếu /

I > I thì 1nglấy dấu (-) Kết quả thí nghiệm được ghi trong bảng 2-9

+ Sơ đồ thí nghiệm hở mạch cửa 11’ :

- Để hở mạch cửa 1, sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ 2.23