Bài giảng Kỹ thuật điện (Mới nhất)

Bài giảng mơn kỹ thuật điện NỘI DUNG MÔN HỌC CHƯƠNG 1. Khái niệm chung về Mạch Điện CHƯƠNG 2. Mạch Điện hình sin CHƯƠNG 3. Các phương pháp giải Mạch Sin CHƯƠNG 4. Mạch Điện ba pha CHƯƠNG 5. Khái niệm chung về Máy Điện CHƯƠNG 6. Máy Biến Áp CHƯƠNG 7. Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha CHƯƠNG 8. Máy Phát Đồng Bộ Ba Pha CHƯƠNG 9. Máy Điện Một Chiều. 1 3/3 NỘI DUNG CHI TIẾT 1 Khái Niệm Chung về Mạch Điện 1.1 Các Thành Phần của Mạch Điện 1.2 Cấu Trúc của Mạch Điện 1.3 Các Thông Số Chế Độ của 1 Phần Tử 1.4 Các loại Phần Tử Cơ Bản 1.5 Hai Định Luật Kirchhoff 2 Mạch Điện Hình Sin 2.1 Khái Niệm Chung về Hàm Sin 2.2 Áp Hiệu Dụng và Dòng Hiệu Dụng 2 1 2.3 Biểu Diễn Áp Sin và Dòng Sin bằng Vectơ 2.4 Quan Hệ Áp - Dòng của Tải. 2.5 Tổng Trở Vectơ và Tam Giác Tổng Trở của Tải 2.6 Công Suất Tiêu Thụ bởi Tải. 2.7 Biểu Diễn Vectơ của Áp, Dòng, Tổng Trở, và Công Suất 2.8 Hệ Số Công Suất 2.9 Đo Công Suất Tác Dụng bằng Watlkế 2.10 Số Phức 2.11 Biểu Diễn Mạch Sin bằng Số Phức 3 3. Các Phương Pháp Giải Mạch Sin 3.1 Khái Niệm Chung 3.2 Phương Pháp Ghép Nối Tiếp. Chia Áp 3.3 Phương Pháp Ghép Song Song. Chia Dòng 3.4 Phương Pháp Biến Đổi Y ↔ ∆ 3.5 Phương Pháp Dòng Mắt Lưới 3.6 Phương Pháp Áp Nút 3.7 Nguyên Lý Tỷ Lệ 4 2 4. Mạch Điện Ba Pha 4.1 Nguồn và Tải 3 Pha Cân Bằng 4.2 Hệ Thống 3 Pha Y - Y Cân Bằng 4.3 Hệ Thống 3 Pha Y - ∆ Cân Bằng, Zd = 0 4.4 Hệ Thống 3 Pha Y - ∆ Cân Bằng, Zd ≠ 0 4.5 Hệ Thống 3 Pha Y - ∆ Không Cân Bằng, Zn = 0 4.6 Hệ Thống 3 Pha Y - Y Không Cân Bằng, Zd = 0 4.7 Hệ Thống 3 Pha Cân Bằng với Nhiều Tải //. 4.8 Hệ Thống 3 Pha Cân Bằng với Tải là Động Cơ 3 Pha 5 5. Khái Niệm Chung về Máy Điện 5.1. Định Luật Faraday. 5.2. Định Luật Lực Từ 5.3. Định Luật Ampère 5.4. Bài Toán Thuận: Biết Φ, Tìm F 6 3 6. Máy Biến Áp (MBA) 6.1 Khái Niệm Chung 6.2 Cấu Tạo của MBA 6.3 MBA Lý Tưởng 6.4 Các MTĐ và PT của MBA Thực Tế 6.5 Chế Độ Không Tải của MBA 6.6 Chế Độ Ngắn Mạch của MBA 6.7 Chế Độ Có Tải của MBA 7 7. Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha 7.1. Cấu Tạo của ĐCKĐB3 φ 7.2. Từ Trường Trong ĐCKĐB3 φ 7.3. Nguyên Lý Làm Việc của ĐCKĐB3 φ 7.4. Các MTĐ1 Và PT của ĐCKĐB3 φ 7.5. CS, TH, và HS của ĐCKĐB3 φ 7.6. Mômen của ĐCKĐB3 φ 8 4 8. Máy Phát Đồng Bộ Ba Pha 8.1. Cấu Tạo của MPĐB3 φ 8.2. Nguyên Lý Làm Việc của MPĐB3 φ 8.3. MTĐ và PT của MPĐB3 φ 8.4. Phần Trăm Thay Đổi Điện Áp của MPĐB3 φ 8.5. CS, TH, và HS của MPĐB3 φ 9 9. Máy Điện Một Chiều 9.1. Cấu Tạo của MĐMC 9.2. Nguyên Lý Làm Việc của MPMC 9.3. Sđđ của MĐMC 9.4. MPMC Kích Từ Độc Lập 9.5. MPMC Kích Từ Song Song 9.6. Nguyên Lý Làm Việc của ĐCMC 9.7. Vận Tốc của ĐCMC 9.8. Mômen của ĐCMC 9.9. ĐCMC Kích Từ Song Song 10 5 Chương 1 Khái Niệm Chung Về Mạch Điện 1.1. Các Thành Phần Của Mạch Điện (H1.1) H 1.1 1. Nguồn Điện: Phát (Cung Cấp) Điện Năng 2. Đường Dây: Dẫn (Truyền) Điện Năng. 3. Thiết Bị Biến Đổi: Biến Đổi Áp, Dòng, Tần Số 4. Tải Điện: Nhạân (Tiêu Thụ) Điện Năng. 11 1.2 Cấu Trúc Của Mạch Điện 1. Phần Tử Hai Đầu (PT) là Phần Tử nhỏ nhất của mạch điện. H 1.2
A và B là 2 Đầu Ra , để nối với các PT khác. 2. Mạch Điện là 1 tập hợp PT nối với nhau (H 1.3) ! NÚT là Điểm Nối của n Đầu Ra (n ≥ 2) ! VÒNG là Đường Kín gồm m PT (m ≥ 2) H 1.3 12 6 1.3 Các Thông Số Chế Độ Của 1 PT (H 1.4) 1. DÒNG (tức thời) xác định bởi: a. Chiều Quy Chiếu Dòng(CQCD)( ) H 1.4 b. Cường Độ Dòng Qua PT: i = i(t)
i > 0 ⇔ Chiều Dòng Thực Tế Cùng CQCD.
i < 0 ⇔ Chiều Dòng Thực Tế Ngược CQCD. 2. ÁP (tức thời) xác định bởi: a. Chiều Quy Chiếu Áp (CQCA) (+, –). b. Hiệu Điện Thế qua PT: u=u(t).
u > 0 ⇔ Điện Thế Đầu + Lớn Hơn Điện Thế Đầu –.
u < 0 ⇔ Điện Thế Đầu + Nhỏ Hơn Điện Thế Đầu –. 13 3. CÔNG SUẤT (tức thời) ( CS ). ! Nếu mũi tên ( ) hướng từ + sang – thì CS tức thời tiêu thụ bởi PT là p(t) = u(t)i(t) (1.1)
p > 0 ⇔ PT thực tế tiêu thụ CS
p < 0 ⇔ PT thực tế phát ra CS 4. ĐIỆN NĂNG Điện Năng tiêu thụ bởi PT từ t1 đến t2 là t2 Wt2 = ptdt( ) t1 (1.2) ịt1 14 7 1.4. Các Loại PT Cơ Bản 1. Nguồn Áp Độc Lập (NAĐL) (H1.5) ! Áp không phụ thuộc Dòng H 1.5 u = -e, ∀i (1.3) 2. Nguồn Dòng Độc Lập (NDĐL) (H1.6) ! Dòng không phụ thuộc Áp H 1.6 i = ig, ∀u (1.4) 3. Phần Tử Điện Trở (Điện Trở) (H1.7) ! Áp và dòng Tỷ Lệ Thuận với nhau H 1.7 15 ! (1.5) uR= Ri R
R = Điện Trở (ĐT) của PT Điện Trở (Ω) ! iR= Gu R (1.6)
G = Điện Dẫn (ĐD) của PT Điện Trở (S) 1 1 G=; R = (1.7) R G
(1.5) và (1.6) gọi là Định luật Ôm (ĐLÔ) ! CS tức thời tiêu thụ bởi Điện Trở là 2 2 pR= ui RR = Ri R = Gu R (1.8) 16 8 4. PT Điện Cảm (Cuộn Cảm) (H1.8) di u= L L L dt (1.9) 1 t itL()=ị udit L ()τ τ + L ()ο (1.10) L tο H 1.8
L = Điện Cảm của Cuộn Cảm (H) 5. PT Điện Dung (Tụ Điện) (H1.9) du i= C C (1.11) C dt 1 t (1.12) utC()=ị idut C ()τ τ + C ()ο C tο H 1.9
C = Điện Dung của Tụ Điện (F) 17 1.5. Hai định luật Kirchhoff 1. Định Luật Kirchhoff Dòng (ĐKD) åi đếnNút = 0 (1.13)
Tại nút A (H1.10): H 1.10 i1- i 2 + i 3 - i 4 = 0 2. Định Luật Kirchhoff Áp (ĐKA) åu dọctheo Vòng = 0 (1.14)
Trong vòng 1234 (ABCD) (H1.11): u1- u 2 + u 3 - u 4 = 0 H 1.11 18 9 Chương 2. Mạch Điện Hình Sin 2.1 Khái Niệm Chung Về Hàm Sin Từ Chương 2, Áp và Dòng qua PT trên H 2.1 có Dạng Sin u= Usin(ω t + θ ) m (2.1) i= Im sin(ω t + α ) H 2.1 u«(,); Uθ U =BiênĐộÁpBiªn ®é ¸p ; θ = PhaÁppha ¸p ! m m (2.2) i«(,); Imα I m =BiênĐộDòngBiªn ®é dßng ; α = PhaDòngPha dßng ! ϕ=-= θ α Pha Áp - Pha Dòng (2.3)
φ là Góc Chạâm Pha Của Dòng So Với Áp 19 2.2 Áp Hiệu Dụng (AHD) Và Dòng Hiệu Dụng (DHD) 1. Trị HD của 1 hàm x(t) tuần hoàn chu kỳ T. 1 T X= xtdt2 ( ) (2.4) T ịο 2. AHD và DHD của Áp Sin và Dòng Sin (2.1) Um I m U=; I = (2.5) 2 2 Chế độ làm việc của 1 PT trong mạch sin được xác định ! bởi 2 cặp số (U, θ) và (I, α) (H2.2) uU=2sin(ω t + θ ) « (,) U θ (2.6) iI=2sin(ω t + α ) « (,) I α 20 H 2.2 10 2.3. Biểu Diễn Áp Sin Và Dòng Sin Bằng Vectơ (H2.3) 1. Áp Vectơ là vectơ U có:
Độ lớn = U
Hướng: tạo với trục x 1 góc = θ 2. Dòng Vectơ là vectơ I có:
Độ lớn = I
Hướng: tạo với trục x 1góc = a H 2.3 ! Ta có Sự Tương Ứng 1 – gióng – 1: u«(,) Uθ « U vài « (,) I α « I (2.7) Nếui1« I 1 vài 2 « I 2 ! (2.8) thìi1± i 2 « I 1 ± I 2 21 2.4. Quan Hệ Áp – Dòng Của Tải TẢI là 1 tập hợp PT R, L, C nối với nhau ! và chỉ có 2 Đầu Ra . ( 1 Cửa) Chế Độ Hoạt Động của Tải xác định ! bởi 2 cặp số (U, theta) và (I, anpha) H 2.4 U Tổng Trở (TT) của Tải = Z = (Z > 0) (2.9) I Góc Của Tải = ϕθα=-(90 -ο ££ ϕ 90) ο (2.10) ! Mỗi Tải được đặc trưng bởi 1 CẶP SỐ (Z, phi) 22 11 1. Mạch. a. Sơ đồ và đồ thị vectơ (H2.5) a) b) H 2.5 b. TT và góc R = Điện Trở của PT Điện Trở (2.11) U R ο (2.12) ZR= = R ;ϕ RRR =-= θ α 0 I R (2.13) Mạch R ↔ (R, 0 o) 23 2. Mạch L a. Sơ đồ và đồ thị vectơ (H2.6) a) b) H 2.6 b. TT và góc XL = wL = Cảm Kháng của PT Điện Cảm (2.14) U L ο ZL= = X LLLL;ϕ =- θ α =+ 90 (2.15) I L o Mạch L ↔ (X L, 90 ) (2.16) 24 12 3. Mạch C a. Sơ đồ và đồ thị vectơ (H2.7) a) H 2.7 b) b. TT và góc 1 X = = Dung Kháng củaPT ĐiệnDung (2.17) C ωC U C ο ZC= = X CCCC;ϕ =- θ α =- 90 (2.18) I C ο (2.19) Mạch C« (XC , - 90 ) 25 4. Mạch RLC Nối Tiếp a. Sơ Đồ Và Đồ Thị Vectơ (H2.8) a)H 2.8 b) b. TT và Góc X= XL - X C = ĐiệnKhángĐiện Kháng (ĐK) củaMạch RL CNT (2.20) U X Z== R2 + X 2;ϕ =-= θ α tan - 1 (2.21) I R MạchMạch RLC RLC n NốiTiếpối ti ếp « (Z,ϕ ) (2.22) 26 13 5. Mạch RLC song song a. Sơ đồ (H2.9) và đồ thị vectơ (H 2.8b) b. TT và Góc
G = 1/R = Điện Dẫn của R (2.23)
BL = 1/X L = Cảm Nạp của L (2.24)
BC = 1/X C = Dung Nạp của C (2.25) H 2.9 B = B L –BC = Điện Nạp (ĐN) của Mạch RLCSS (2.26) U1 - 1 B Z ==;ϕ =-= θ α tan (2.27) IG2+ B 2 G Y = 1/Z = I/U = Tổng Dẫn (TD) của Mạch RLCSS (2.28) 27 2.5 TT Vectơ và Tam Giác TT(TGTT) của Tải
TT vectơ Z có độ lớn Z và hướng ϕ
TGTT có cạnh huyền S và 1 góc bằng ϕ
R = Zcos ϕ = ĐT Tương Đương (ĐTTĐ) của Tải (2.29)
X = Zsin ϕ = ĐK Tương Đương (ĐKTĐ) của Tải (2.30) 1. Tải Cảm (H 2.10a) 0<ϕ < 90 ο R>0 và X > 0 (2.31) ichậmp ha ϕ so vớiu H 2.10a 28 14 2. Tải dung (H 2.10b) - 90ο <ϕ < 0 R> 0 và X < 0 (2.32) inhanh pha (- ϕ ) sovới u H 2.10b 3. Tải cộng hưởng (H 2.10c) ϕ = 0 R>0 vàX = 0 (2.33) icùng pha vớiu H 2.10c 29 4. Tải Thuần Cảm (H 2.10d) ϕ = + 90 ο R=0 và X > 0 (2.34) ich ậmph a 90 ο so với u H 2.10d 5. Tải thuần dung (H 2.10e) ϕ = - 90 ο R=0 và X < 0 (2.35) inh anh ph a 90 ο sovới u H 2.10e 30 15 2.6. CS Tiêu Thụ Bởi Tải (H 2.11) 1. Tải tiêu thụ 3 loại CS là Tác Dụng P(W); Phản Kháng Q(var) và Biểu Kiến S (VA). S = UI; P = Scos ϕ; Q = Ssin ϕ (2.36) H 2.11 2. CS P và Q tiêu thụ bởi R, L, C là: 2 PRIPRRL=, = 0, P C = 0 (2.37) 2 2 QR=0, QXIQ L = LLC , =- XI CC 3. Nếu tải gồm nhiều PT Rk, Lk, C k thì: 2 PUI=cos ϕ =å PRk =å RI kRk (2.38) 2 2 QUI=sin ϕ =å QL k +å Q Ck =å XI L k L k -å XI Ck Ck (2.39) 31 4. CS Vectơ và Tam Giác CS (TGCS) của Tải (H 2.12)
CS vectơ S có độ lớn S và hướng ϕ
TGCS có cạnh huyền S và 1 góc bằng ϕ ! TGCS đồng dạng với TGTT ! S=I2 Z; P = IRQ 2 ; = IX 2 (2.40) a)H 2.12 b) Tải Cảm thực tế tiêu thụ P và tiêu thụ Q (H 2.12a) Tải Dung thực tế tiêu thụ P và phát ra Q (H 2.12b) 32 16 2.7 Biểu Diễn Vectơ của Áp Dòng, TT, và CS của Tải (H 2.13) a) b) c)H 2.13 d) 33 2.8 Hệ Số Công Suất (HSCS) 1. HSCS của Tải Trên H 2.11 là: P P HSCS = = = cos ϕ (2.41) S UI
ϕ = Góc HSCS của Tải (= Góc của Tải) ! Tải Cảm có HSCS trễ, Tải Dung có HSCS sớm. 2. Sự Quan Trọng của HSCS của Tải. a)H 2.14 b) 34 17 Trên H 2.14a, Nguồn Áp có AHD U p cấp điện cho Tải có AHD U và TGCS trên H 2.14b, qua Đường Dây có ĐT R d. Ta có: P
Dòng dây I = Dòng tải I = (2.42) d U cos ϕ 2
Tổn Hao (TH) trên dây = Pth = R d I (2.43)
CS phát = P P = P + Pth (2.44) P
Hiệu Suất (HS) tải điện = η%= ´ 100 (2.45) P+ P th ! Nếu cos ϕ-thìI ¯¯¯, Pth , P P và η % - ⇒ Phải tìm cách nâng cao HSCS của tải. 35 3. Nâng cao HSCS của tải bằng tụ bù a) H 2.15 b) Ta muốn nâng HSCS của tải trên H 2.15 từ cosj lên cos ϕ1 bằng cách ghép 1 tụ điện C // tải để được tải mới (P 1, Q 1, cosj 1).
P1 = P + Pc ¹ P (2.46)
Q1=+Þ=-= QQc Q c QQP 1(tanϕ 1 - tan ϕ ) (2.47) P(tanϕ- tan ϕ ) C = 1 (2.48) ωU 2 36 18 2.9 Đo CSTD Bằng Watthế (H 2.16)
M và N là hai MMC nối với nhau tại 2 nút A và B.
Cuộn dòng và cuộn áp của W có 2 đầu; 1 đầu đánh dấu (+). H 2.16 ! Nếu chọn CQCD ( →) đi vào đầu + của W và CQCA (+, –) có đầu + là đầu + của W thì Số chỉ của W = P = UIcosj (2.49) = CSTD tiêu thụ bởi N = CSTD phát ra bởi M ! Tiêu Thụ CS âm ⇔ Phát Ra CS dương 37 2.10 Số Phức (SP) 1. Định Nghĩa
Đơn vị ảo j: j2 = – 1 (2.50)
SP: A = a +jb (2.51)
a = Re A = Phần thực của A
B = Im A H 2.17 = Phần ảo của A A* = a – jb = SP liên hợp (SPLH) của A (2.52) 38 19