TRƢỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI II KHOA KHAI THÁC MÁY GIÁO TRÌNH ĐIỆN KỸ THUẬT MÃ SỐ: MĐ 08 NGHỀ: CHẾ TẠO VỎ TÀU THỦY HỆ: TRUNG CẤP (Lưu hành nội bộ) GIÁO VIÊN: BÙI KIM HẢI TP HỒ CHÍ MINH - 2021 1 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu. Năng lượng điện sử dụng trở nên rất phổ biến và cần thiết, đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống và sản xuất. Giáo trình môn học Kỹ thuật điện được biên soạn dành cho sinh viên các ngành kỹ thuật không chuyên về Điện thuộc trường Cao đẳng Hàng hải II. Nội dung Giáo trình gồm 4 phần chính: Phần 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN TRONG MAÏCH ÑIEÄN Cung cấp các kiến thức cơ bản về mạch điện (thông số, mô hình, các định luật cơ bản), các phép biến đổi tương đương của mạch điện.
Phần 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Trình bày các định luật cơ bản, phương pháp giải các mạch điện một chiều thường gặp. Phần 3: DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU HÌNH SIN Trình bày nguyên lý của dòng điện xoay chiều hình sin, phương pháp giải mạch điện xoay chiều phân nhánh và không phân nhánh. Phần 4: MAÏCH ÑIEÄN BA PHA Trình bày nguyên lý, cách đấu nối mạch điện xoay chiều 3 pha, tính toán công suất mạch điện xoay chiều 3 pha. Tác giả xin chân thành cảm ơn Khoa Khai thác máy tàu thủy – Trường Cao đẳng Hàng hải II đã quan tâm và tạo mọi điều kiện cho tác giả hoàn thành giáo trình này.
Bùi Kim Hải 2 MUÏC LUÏC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN TRONG MAÏCH ÑIEÄN 1.1 Moâ hình Mạch điện.2 Caùc khaùi nieäm cô baûn trong maïch ñieän.3 Caùc pheùp bieán ñoåi töông ñöông. 12 CHÖÔNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1 Các định luật và biểu thức cơ bản 18 2.2 Caùc phöông phaùp giaûi maïch ñieän moät chieàu 24 OÂn tập Chöông 1 – 2 42 CHÖÔNG 3: DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU HÌNH SIN 3.2 Giaûi maïch ñieän xoay chieàu khoâng phaân nhaùnh 48 3.3 Giaûi maïch ñieän xoay chieàu phaân nhaùnh 57 OÂn taäp Chöông 3 80 CHÖÔNG 4: MAÏCH ÑIEÄN BA PHA 4.1 Khaùi nieän chung 81 4.2 Sô ñoà ñaáu daây trong maïch ñieän ba pha caân baèng 82 4.3 Coâng suaát maïch ba pha 88 4.4 Phöông phaùp giaûi maïch ñieän ba pha caân baèng 91 Taøi lieäu tham khaûo 100 3 Chƣơng 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN TRONG MAÏCH ÑIEÄN Bài 1.1: MOÂ HÌNH MAÏCH ÑIEÄN 1. Maïch ñieän laø taäp hôïp caùc thieát bò ñieän noái vôùi nhau bôûi daây daãn taïo thaønh nhöõng voøng kín ñeå doøng ñieän chaïy qua. Maïch ñieän goàm ba phaàn cô baûn: Nguoàn ñieän, phuï taûi vaø daây daãn.
Ví duï: Sô ñoà maïch ñieän ñôn giaûn.R d + E _ I Rt ro Hình 1-1 * Nguoàn ñieän: Laø thieát bò bieán ñoåi caùc daïng naêng löôïng nhö cô naêng, hoùa naêng, … thaønh ñieän naêng. Ví duï: Maùy phaùt ñieän, pin, aéc qui v.v… - Kyù hieäu: + E E _ + _ r0 r0 Hình 1-2 Trong ñoù: - E laø söùc ñieän ñoäng cuûa nguoàn ñieän, coù chieàu ñi töø (-) nguoàn veà (+) nguoàn. - ro laø ñieän trôû trong cuûa nguoàn (noäi trôû). - Doøng ñieän do nguoàn ñieän taïo ra coù chieàu truøng vôùi chieàu söùc ñieän ñoäng E.
* Daây daãn: Ñeå daãn doøng ñieän töø nguoàn tôùi nôi tieâu thuï, thöôøng laø daây ñoàng hoaëc nhoâm. 4 * Phuï taûi: Laø caùc thieát bò tieâu thuï ñieän naêng, bieán ñoåi ñieän naêng thaønh caùc daïng naêng löôïng khaùc nhö cô naêng, nhieät naêng, quang naêng,… Ví duï: Ñoäng cô ñieän, ñeøn ñieän, baøn laø ñieän,… Khi tính toaùn, caùc phuï taûi nhö ñeøn ñieän, baøn laø ñieän,… ñöôïc bieåu dieãn baèng ñieän trôû thuaàn R (Hình 1-3.a), coøn caùc phuï taûi nhö ñoäng cô ñieän ñöôïc bieåu dieãn bôûi ñieän trôû trong ro noái tieáp vôùi söùc ñieän ñoäng E coù chieàu ngöôïc vôùi chieàu doøng ñieän I chaïy trong maïch (Hình 1-3. * Ngoaøi ra maïch ñieän coøn coù phaàn töû phuï trôï laø caùc thieát bò ñoùng caét (Caàu dao, rô le…), thieát bò baûo veä( Caàu chì, aùp toâ maùt…), thieát bò ño löôøng (Voân keá, Ampe keá…) + E _ R r0 I a b Hình 1-3 1.2: Caùc hieän töôïng caûm öùng ñieän töø. Caùc hieän töôïng caûm öùng ñieän töø raát nhieàu veû, nhö hieän töôïng chænh löu, bieán aùp, khueách ñaïi… Tuy nhieân xeùt theo quan ñieåm naêng löôïng thì quaù trình ñieän töø trong maïch ñieän coù theå quy veà hai hieän töôïng naêng löông cô baûn : -Hieän töôïng bieán ñoåi naêng löôïng.
-Hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng ñieän töø………………………………… 1.3: Hieän töôïng bieán ñoåi naêng löôïng. Hieän töôïng bieán ñoåi naêng löôïng coù theå chia laøm hai loaïi 2 loaïi: -Hieän töôïng nguoàn : laø hieän töôïng bieán ñoåi töø caùc daïng naêng löôïng khaùc nhö cô naêng, hoùa naêng, nhieät naêng … thaønh naêng löôïng ñieän töø. 5 -Hieän töôïng tieâu taùn: laø hieän töôïng bieán ñoåi naêng löôïng ñieän töø thaønh caùc daïng naêng löôïng khaùc nhö nhieät, cô, quang, hoùa naêng …tieâu taùn ñi khoâng hoaøn trôû laïi trong maïch nöõa.4: Hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng ñieän từ Hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng ñieän từ laø hieän töôûng naêng löôïng ñieän töø ñöôïc tích vaøo moät vuøng khoâng gian coù toàn taïi tröôøng ñieän töø hoaëc ñöa töø vuøng ñoù trôû laïi beân ngoaøi. Ñeå thuaän tieän cho vieäc nghieân cöùu ngöôøi ta coi söï toàn taïi cuûa moät tröôøng ñieän töø thoáng nhaát goàm hai maët theå hieän: + Tröôøng ñieän vaø tröôøng töø.
Vì vaäy hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng ñieän töø cuõng goàm hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng trong tröôøng töø vaø hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng trong tröôøng ñieän. Bôûi vì doøng ñieän vaø tröôøng ñieän coù lieân quan chaët cheõ vôùi nhau neân trong baát kì thieát bò ñieän naøo cuõng ñeàu xaåy ra caû hai hieän töôïng bieán ñoåi vaø tích phoùng naêng löôïng .nhöng coù theå trong moät thieát bò thì hieän töôûng naêng löôïng naøy xaåy ra raát maïch hôn so vôùi hieän töôûng naêng löôïng kia. + Ví duï: Trong tuï ñieän , hieän töôïng naêng löôïng chuû yeáu xaåy ra laø hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng ñieän. ngoaøi ra do ñieän moâi giöõa hai cöïc tuï coù ñoä daãn höõu haïn naøo ñoù neân trong tuï xaûy ra hieän töôïng tieâu taùn bieán ñieän naêng thaønh nhieät naêng.
Trong cuoân daây xaûy ra chuû yeáu laø hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng töø. Ngoaøi ra, doøng ñieän daãn cuõng gaây ra toån hao nhieät trong daây daãn cuûa cuoän daây neân trong cuoän daây cuõng xaûy ra hieän töôïng tieâu taùn. Trong cuoän daây cuõng xaûy ra hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng ñieän nhöng thöôøng raát yeáu vaø coù theå boû qua neáu taàn soá laøm vieä c (vaø do ñoù toác ñoä bieán thieân cuûa tröôøng ñieän töø ) khoâng lôùn laém. Trong ñieän trôû thöïc, hieän töôïng chuû yeáu xaûy ra laø hieän töôïng tieâu taùn bieán ñoåi naêng löôïng tröôøng töø thaønh ñieän naêng.
Neáu tröôøng ñieän töø bieán thieân khoâng lôùn laém, coù theå boû qua doøng ñieän dòch (giöõa caùc voøng daây quaán hoaëc giöõa caùc lôùp ñieän trôû ) so vôùi doøng ñieän daãn vaø boû qua söùc ñieän ñoäng caûm öùng so vôùi suït aùp treân ñieän trôû, noùi caùch khaùc boû qua hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng ñieän töø. Trong AÉcqui xaûy ra nguoàn bieán ñoåi töø hoùa naêng sang ñieän naêng, ñoàng thôøi cuõng xaûy ra hieän töôïng tieâu taùn.5: Moâ hình maïch ñieän: Moâ hình maïch duøng trong lyù thuyeát maïch ñieän, ñöôïc xaây döïng töø caùc phaàn töû maïch lyù töôûng sau ñaây: 6 1.1: Phaàn töû ñieän trôû: Laø phaàn töû ñaëc tröng cho hieän töôïng tieâu taùn naêng löôïng ñieän töø Kí hieäu cuûa phaàn töû ñieän trôû R i + u - H ình 1-4 Quan heä giöõa doøng vaø aùp treân hai cöïc vaø phaàn töû ñieän trôû ôû daïng u=Ri trong ñoù R laømoät thoâng soá cô baûn cuûa maïch ñieän ñaëc tröng cho hieän töôïng tieâu taùn naêng löôïng, goïi laø ñieän trôû.2: Phaàn töû ñieän caûm : Laø phaàn töû ñaëc tröng cho hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng töø Kí hieäu: L i + u - H ình 1-5 Quan heä giöõa doøng vaø aùp treân phaàn töû ñieän caûm thöôøng coù daïng di uL trong ñoù L laø moät thoâng soá cô baûn cuûa maïch ñieän ñaëc tröng cho hieän dt töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng töø goïi laø ñieän caûm.3: Phaàn töû ñieän dung: Laø phaàn töû ñaëc tröng cho hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng ñieän C i + u - -- - H ình 1-6 Quan heä giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp thöôøng coù daïng i=Cdu/dt trong ñoù C goïi laø ñieän dung laø moät thoâng soá cô baûn cuûa maïch ñieän ñaëc tröng cho hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng ñieän.4: Phaàn töû nguoàn: Laø phaàn töû ñaëc tröng cho hieän töôïng nguoàn. Phaàn töû nguoàn goàm 2 loaïi. Phaàn töû nguoàn aùp vaø phaàn töû nguoàn doøng.
Phöông trình traïng thaùi cuûa phaàn töû nguoàn aùp coù daïng u(t) = e(t), trong ñoá e(t) khoâng phuï thuoäc doøng i(t) chaûy qua phaàn töû vaø ñöôïc goïi söùc ñieän ñoäng. Phöông trình traïng thaùi cuûa phaàn töû nguoàn doøng coù daïng i(t) = j(t0 trong ñoù j(t) khoâng phuï thuoäc aùp u(t) treân 2 cöïc cuûa phaàn töû e(t) vaø j(t) laø 2 thoâng soá cô 7 baûn cuûa maïch ñieän ñaëc tröng cho hieän töôïng nguoàn, ño khaû naêng phaùt cuûa nguoàn. R, L, C, e, j laø caùc thoâng soá cô baûn cuûa maïch ñieän, ñaëc tröng cho baûn chaát cuûa quaù trình ñieän töø ( tieâu taùn, tích phoùng naêng löôïng ñieän tröôøng hoaëc töø tröôøng hoaëc hieän töôïng nguoàn) Caùc phaàn töû ñieän trôû, ñieän caûm, ñieän dung, nguoàn aùp, nguoàn doøng laø caùc phaàn töû lyù töôûng cô baûn cuûa maïch ñieän. Chuùng laø caùc phaàn töû 2 cöïc, ngoaøi ra ñeå tieän lôïi vaø chính xaùc hôn khi moâ hình caùc phaàn töû thöïc coù nhieàu cöïc nhö: transistor, khueách ñaïi thuaät toaùn, bieán aùp….
Ngöôøi ta coøn xaây döïng theâm caùc phaàn töû lyù töôûng nhieàu cöïc nhö: caùc phaàn töû nguoàn phuï thuoäc, phaàn töû coù Z hoã caûm, maùy bieán aùp lyù töôûng… 1.5: Phaàn töû thöïc: Moät phaàn töû thöïc cuûa maïch ñieän coù theå ñöôïc moâ hình gaàn ñuùng bôûi moät hay taäp hôïp nhieàu phaàn töû maïch lyù töôûng ñöôïc gheùp noái vôùi nhau theo moät caùch naøo ñoù ñeå moâ taû gaàn ñuùng hoaït ñoäng cuûa phaàn töû thöïc teá. Hình laø moâ hình cuûa caùc phaàn töû thöïc ñieän trôû, tuï ñieän, cuoän daây. Caùc phaàn töû lyù töôûng ñieän caûm L, ñieän dung C, ñieän trôû R theo thöù töï phaûn aùnh quaù trình ñieän töø cô baûn xaûy ra trong cuoän daây, tuï ñieän, ñieän trôû thöïc. Ngoaøi ra trong caùc ñieàu kieän cuï theå phaûi löu yù ñeán caùc quaù trình phuï xaûy ra trong phaàn töû thöïc baèng caùch boå sung theâm vaøo caùc moâ hình caùc phaàn töû phuï töông öùng .