Giáo Trình Điện Kỹ Thuật Nghề Xây Dựng Trình Độ Cao Đẳng

Giáo trình điện kỹ thuật nghề xây dựng trình độ cao đẳng trung cấp cung cấp kiến thức chuyên sâu và kỹ năng thực hành cho sinh viên.

• Trường học: Trường Cao Đẳng Nghề Xây Dựng
• Chuyên ngành: Điện Kỹ Thuật
• Đề tài: Giáo Trình Điện Kỹ Thuật Nghề Xây Dựng Trình Độ Cao Đẳng Trung Cấp
• Loại tài liệu: Giáo Trình

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN
• 1.1. Mạch điện một chiều
• 1.1.1. Những khái niệm cơ bản
• 1.1.2. Các phần tử cơ bản của mạch điện
• 1.1.3. Kết cấu mạch điện
• 1.1.4. Mô hình mạch điện và phân loại, các chế độ làm việc của mạch điện
• 1.1.5. Những định luật cơ bản của mạch điện
• 1.1.5.1. Định luật Ohm
• 1.1.5.2. Định luật Kirchhoff
• 1.1.6. Công, công suất và tác dụng nhiệt của dòng điện
• 1.1.7. Giải mạch điện 1 chiều
• 1.1.8. Bài tập chương 1
• 1.2. Mạch điện xoay chiều một pha
• 1.2.1. Dòng điện xoay chiều hình sin và các đại lượng đặc trưng cho dòng hình sin
• 1.2.2. Mạch xoay chiều chỉ có thành phần điện trở
• 1.2.3. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần cảm
• 1.2.4. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần dung
• 1.2.5. Dòng điện hình sin trong nhánh R-L-C mắc nối tiếp
• 1.2.6. Định luật Ohm – tổng trở – tam giác trở kháng
• 1.2.7. Công suất của dòng hình sin

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình điện kỹ thuật nghề xây dựng

Giáo trình điện kỹ thuật nghề xây dựng trình độ cao đẳng và trung cấp là tài liệu quan trọng giúp học viên nắm vững kiến thức cơ bản về mạch điện. Môn học này không chỉ cung cấp lý thuyết mà còn thực hành, giúp học viên áp dụng kiến thức vào thực tế. Nội dung giáo trình bao gồm các khái niệm cơ bản về điện, các loại mạch điện và ứng dụng của chúng trong ngành xây dựng.

1.1. Mục tiêu của giáo trình điện kỹ thuật

Mục tiêu chính của giáo trình là trang bị cho học viên kiến thức về mạch điện một chiều và xoay chiều. Học viên sẽ hiểu được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các dụng cụ đo lường điện, từ đó nâng cao kỹ năng nghề nghiệp.

1.2. Vị trí và tính chất của môn học

Môn điện kỹ thuật là môn học cơ sở, đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ kiến thức cho các môn học chuyên môn khác. Tính chất của môn học giúp học viên tự học và nâng cao kiến thức nghề nghiệp.

II. Thách thức trong việc giảng dạy điện kỹ thuật nghề xây dựng

Việc giảng dạy môn điện kỹ thuật gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc truyền đạt kiến thức lý thuyết và thực hành. Học viên thường gặp khó khăn trong việc áp dụng lý thuyết vào thực tế. Để khắc phục, cần có phương pháp giảng dạy hiệu quả và tài liệu hỗ trợ phù hợp.

2.1. Khó khăn trong việc tiếp cận kiến thức

Nhiều học viên gặp khó khăn trong việc hiểu các khái niệm cơ bản về mạch điện. Điều này đòi hỏi giáo viên phải có phương pháp giảng dạy linh hoạt và dễ hiểu.

2.2. Thiếu thiết bị thực hành

Việc thiếu thiết bị thực hành cũng là một thách thức lớn. Học viên cần có cơ hội thực hành để củng cố kiến thức lý thuyết đã học.

III. Phương pháp giảng dạy hiệu quả cho giáo trình điện kỹ thuật

Để nâng cao hiệu quả giảng dạy môn điện kỹ thuật, cần áp dụng các phương pháp giảng dạy hiện đại. Việc kết hợp lý thuyết và thực hành sẽ giúp học viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết.

3.1. Sử dụng công nghệ trong giảng dạy

Việc sử dụng công nghệ như mô phỏng và phần mềm hỗ trợ sẽ giúp học viên hình dung rõ hơn về các mạch điện và cách hoạt động của chúng.

3.2. Tổ chức các buổi thực hành

Tổ chức các buổi thực hành thường xuyên sẽ giúp học viên áp dụng kiến thức vào thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng nghề nghiệp.

IV. Ứng dụng thực tiễn của giáo trình điện kỹ thuật trong ngành xây dựng

Giáo trình điện kỹ thuật không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành xây dựng. Học viên có thể áp dụng kiến thức để thiết kế và lắp đặt các hệ thống điện trong công trình.

4.1. Thiết kế mạch điện cho công trình

Học viên sẽ được hướng dẫn cách thiết kế mạch điện cho các công trình xây dựng, đảm bảo an toàn và hiệu quả.

4.2. Lắp đặt và bảo trì hệ thống điện

Kiến thức từ giáo trình giúp học viên có khả năng lắp đặt và bảo trì các hệ thống điện trong công trình xây dựng, từ đó nâng cao chất lượng công việc.

V. Kết luận về tương lai của giáo trình điện kỹ thuật nghề xây dựng

Giáo trình điện kỹ thuật nghề xây dựng có vai trò quan trọng trong việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành xây dựng. Tương lai, cần tiếp tục cập nhật và cải tiến nội dung giáo trình để đáp ứng nhu cầu thực tế.

5.1. Cập nhật nội dung giáo trình

Cần thường xuyên cập nhật nội dung giáo trình để phù hợp với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu thị trường.

5.2. Đào tạo giáo viên chất lượng

Đào tạo giáo viên có trình độ chuyên môn cao sẽ giúp nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập trong lĩnh vực điện kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1 Bài 1.1 Cho biết hình 1.11 có bao nhiêu nhánh, bao nhiêu nút và bao nhiêu mạch vòng? Hãy nêu ra các nhánh gồm những phần tử nào? Các vòng qua các nhánh nào và các nút là điểm gặp nhau của các nhánh nào? 13 Bài 1.2 Cho mạch điện như hình vẽ: Dùng định luật Ôm và Kiêckhôp 1 tính I và UAB.3 Cho mạch điện như hình vẽ: Dùng định luật Ôm và Kiêckhôp tính I1 , I2 và u.4 Cho mạch điện như hình vẽ: Dùng định luật Ôm và Kiêckhôp tính I và u.5 Cho mạch điện như hình vẽ: 14 Viết hệ phương trình vi phân để tính i1, i2.6 Viết hệ phương trình vi phân để tính i1, i2, i3.7 Viết hệ phương trình vi phân để tính u1, u2. Mạch điện xoay chiều một pha 2. Dòng điện xoay chiều hình sin và các đại lượng đặc trưng cho dòng hình sin Định nghĩa Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và trị số thay đổi theo thời gian. Dòng điện xoay chiều biến thiên theo quy luật hình sin theo thời gian được gọi là dòng điện xoay chiều hình sin, được biểu diễn bằng đồ thị hình sin.

Nguyên lý tạo ra sức điện động xoay chiều hình sin Từ thông qua khung dây biến thiên sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng trong khung dây theo định luật Len _xơ. Pha – sự lệch pha Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện Giả sử cho dòng điện và Trong đó: là biên độ và góc pha của điện áp. là biên độ và góc pha của dòng điện. Biểu diễn góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện.

Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện Góc phụ thuộc thông số của mạch. Khi: điện áp vượt trước dòng điện; điện áp chậm sau dòng điện u u u, i u ,0 i điện áp trùng pha dòng điện; i điện áp ngược pha với dòng điện i 0 16 ϕ>0 ϕ<0 u u , u , u i i i i 0 0 ϕ=0 φ=π Hình 1.13 Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện Trị số hiệu dụng của đại lượng hình sin Trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là giá trị tương đương của dòng điện một chiều khi chúng đi qua cùng một điện trở trong thời gian một chu kỳ thì toả ra cùng một năng lượng dưới dạng nhiệt như nhau. Kí hiệu bằng chữ in hoa: I, U, E … - Trị số hiệu dụng của dòng điện, hiệu điện thế và sức điện động hình sin: (1.28) Chú ý: Để phân biệt, cần chú ý các ký hiệu: i, u: Trị số tức thời, kí hiệu chữ thường. I, U: Trị số hiệu dụng, kí hiệu chữ in hoa Imax ,Umax: Trị số cực đại (biên độ).

Biểu diễn đại lượng xoay chiều dưới dạng đồ thị. Đồ thị hình sin 17 Cho dòng điện tức thời có biểu thức (A) đồ thị có dạng: Hình 1. Đồ thị hình sin Đồ thị vectơ Cho dòng điện tức thời có biểu thức (A) ta biểu diễn dòng điện bằng vec tơ sau: i φ φ=0 Hình 1. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần trở Mạch xoay chiều chỉ có thành phần điện trở không có điện cảm và điện dung gọi là mạch xoay chiều thuần trở.

Ví dụ : mạch của đèn sợi đốt , bếp điện , bàn ủi …… coi là mạch thuần trở .16 Điện trở thuần Từ biểu thức chia cả hai vế cho ta có Định luật: dòng điện hiệu dụng trong mạch thuần trở tỉ lệ với điện áp hiệu dụng và tỉ lệ nghịch với điện trở của mạch. Quan hệ dòng điện – điện áp Giả sử đặt điện áp xoay chiều U vào hai đầu đoạn mạch thuần trở : (1) Như vậy trong mạch sẽ xuất hiện dòng điện I. Ở mỗi thời điểm theo định luật Ohm ta có : (1.30) Công suất Dòng điện xoay chiều đi qua điện trở R sẽ tiêu tán năng lượng dưới dạng nhiệt .Công suất trung bình đặc trưng cho sự tiêu hao năng lượng trong mạch xoay chiều nên được gọi là công suất tác dụng. Ký hiệu là P ta có :.

Đơn vị là oát, kilo óat (W , kW). Dòng điện hình sin trong nhánh thuần cảm Mạch xoay chiều có cuộn dây có hệ số từ cảm L khá lớn và điện trở không đáng kể được gọi là mạch thuần cảm .17 Cuộn thuần cảm Qua chứng minh ta có (1.32) XL được gọi là cảm kháng hay còn gọi là trở kháng điện cảm có nhiệm vụ giống như điện trở R trong mạch thuần trở. Định luật: Dòng điện hiệu dụng trong mạch thuần cảm tỉ lệ với điện áp hiệu dụng và tỉ lệ nghịch với cảm kháng của mạch. Quan hệ dòng điện – điện áp Giả sử đặt điện áp xoay chiều U vào hai đầu của mạch thuần cảm làm xuất hiện dòng điện i trong mạch.

Bằng thực nghiệm chứng minh điện áp nhanh pha trước dòng điện một góc hay 900 (1.33) Công suất Qua chứng minh ta thấy mạch thuần cảm không tiêu thụ năng lượng, công suất tác dụng bằng không .Trong mạch chỉ có sự trao đổi năng lượng giữa nguồn và từ trường. Để đặc trưng cho mức độ trao đổi năng lượng giữa nguồn và từ trường ta dùng khái niệm công suất phản kháng , ký hiệu Q ta có : (1.34) Đơn vị là Vôn Ampe phản kháng VAR 1kVAR = 103 VAR 1MVAR = 106 VAR Công suất phản kháng còn gọi là công suất vô công. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần dung Mạch điện chỉ có tụ điện điện dung C, tổn hao không đáng kể gọi là mạch xoay chiều thuần dung.18 Giản đồ mạch thuần dung Qua chứng minh ta có: (1.36) XC được gọi là dung kháng Định luật: dòng điện hiệu dụng trong mạch thuần cảm tỉ lệ với điện áp hiệu dụng và tỉ lệ nghịch với dung kháng của mạch. Quan hệ dòng điện – điện áp Nếu đặt điện áp xoay chiều u vào hai đầu tụ điện thì trong mạch xuất hiện dòng điện Bằng thực nghiệm chứng minh ta thấy điện áp trễ pha sau dòng điện một góc hay 900 (1.37) Công suất Trong mạch xoay chiều thuần dung, dung kháng không tiêu thụ năng lượng điện, công suất tác dụng bằng không .Trong mạch chỉ có sự trao đổi năng lượng giữa nguồn và điện trường.

Để đặc trưng cho mức trao đổi năng lượng giữa nguồn và điện trường ta dùng khái niệm công suất phản kháng Q. Dòng điện hình sin trong nhánh R- L- C mắc nối tiếp Hình 1.19 Mạch R, L, C mắc nối tiếp Quan hệ dòng điện – điện áp Giả sử dặt vào hai đầu mạch điện một điện áp xoay chiều u thì trong mạch xuất hiện dòng điện Dòng điện này đi qua điện trở, điện cảm, điện dung và tạo nên các thành phần điện áp tương ứng : - Điện áp trên điện trở: UR = IR đồng pha với I. - Điện áp trên điện cảm là UL = I.XL sớm pha trước I một góc - Điện áp trên tụ điện : UC = I.XC trễ pha sau I một góc Như vậy điện áp toàn phần bằng tổng ba điện áp thành phần : U = U R + UL + Uc Hay cộng véc tơ 22 UL UC U  O UR i UC Hình 1.20 Giản đồ mạch R, L, C mắc nối tiếp Véctơ điện áp tổng U bằng tổng ba véctơ điện áp thành phần và là cạnh huyền của tam giác vuông OAB , hai cạch góc vuông là : - Cạch OA = IR = UR là thành phần tác dụng .X = Ux là thành phần phản kháng. Tam giác vuông OAB có ba cạnh là ba thành phần điện áp gọi là tam giác điện áp của mạch điện xoay chiều.

Từ tam giác điện áp ta có: (1.38) Như vậy trong mạch xoay chiều có trở kháng tổng hợp dòng điện và điện áp lệch pha nhau một góc là. Biểu thức hình sin điện áp có dạng : (1.39) Nếu UL> Uc  điện áp sớm pha trước dòng điện một góc. Mạch có tính chất điện cảm. Nếu UL < Uc  Điện áp trễ pha sau dòng điện một góc.

Mạch có tính chất điện dung. Định luật Ohm – tổng trở – tam giác trở kháng 23 Từ tam giác điện áp ta có : (1.40) Trong đó được gọi là tổng trở của mạch. Định luật: dòng điện trong mạch RLC nối tiếp tỉ lệ với điện áp hiệu dụng và tỉ lệ nghịch với tổng trở của mạch. Từ tam giác điện áp nếu chia cả ba cạnh cho dòng điện I ta được một tam giác mới đồng dạng với tam giác điện áp có ba cạch là ba thành phần trở kháng được gọi là tam giác tổng trở.

- Cạnh góc vuông điện trở tác dụng. - Cạnh góc vuông (trở kháng ) - Cạnh huyền là tổng trở. Từ tam giác tổng trở ta có : (1.41) Ngược lại nếu biết Z và góc ta có : , 2. Công suất của dòng hình sin Công suất – tam giác công suất B S Q φ 24 O A P Hình 1.21 Tam giác công suất Trong trường hợp tổng quát ,mạch xoay chiều có RLC nối tiếp có hai loại công suất: - Công suất tác dụng P = I2R là công suất trung bình trên điện trở R nghĩa là trong mạch có tiêu thụ năng lượng dưới dạng nhiệt trên điện trở.

- Công suất phản kháng: Q = I2 (XL – XC) đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa nguồn với từ trường và điện trường, nhưng hai công suất này chưa đặc trưng cho khả năng làm việc của thiết bị điện .Ta biết mỗi thiết bị điện chỉ làm việc an toàn với một giới hạn của dòng điện và điện áp. Cùng một giới hạn đó nếu góc lệch pha giữ chúng thay đổi thì P và Q sẽ thay đổi theo. Do đó, người ta dùng khái niệm công suất mới là công suất biểu kiến. - Công suất biểu kiến S đặc trưng cho khả năng chứa công suất của thiết bị điện.

S = UI =I2Z đơn vị là Vôn Ampe(VA) 1KVA = 103 VA 1MVA = 106 VA Nếu ta nhân cả ba cạch của tam giác tổng trở với bình phương dòng điện thì ta được một tam giác đồng dạng với tam giác tổng trở có ba cạnh là ba thành phần công suất - Cạnh góc vuông OA, I2 = RI2 = P là công suất tác dụng. - Cạnh góc vuông AB, I2 = (XL – Xc) I2 = Q là công suất phản kháng. - Cạnh huyền OB, I2 = ZI2 = S là công suất biểu kiến. Từ tam giác công suất ta có: (1.42) Nếu biết S và góc ta có: ; 3.

Mạch điện xoay chiều ba pha 3. Khái niệm chung Định nghĩa Nguồn điện xoay chiều ba pha là một hệ thống gồm 3 sức điện động một pha có cùng biên độ cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 120 0 hay 2/3 chu kỳ.