Giáo Trình Lý Thuyết Khí Cụ Điện Phần 1 Tại Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM

Giáo trình lý thuyết khí cụ điện phần 1 cung cấp kiến thức cơ bản cho sinh viên trường ĐH Công nghiệp TP Hồ Chí Minh. Tìm hiểu ngay!

• Tác giả: Bạch Thanh Quy
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM
• Chuyên ngành: Điện
• Đề tài: Giáo Trình Lý Thuyết Khí Cụ Điện - Phần 1
• Loại tài liệu: giáo trình
• Năm xuất bản: 2004
• Địa điểm: TP HCM

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: LỰC ĐIỆN ĐỘNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
• 1.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰC ĐIỆN ĐỘNG
• 1.2. TÍNH TOÁN LỰC ĐIỆN ĐỘNG GIỮA CÁC DÂY DẪN SONG SONG
• 1.3. TÍNH TOÁN LỰC ĐIỆN ĐỘNG LÊN VÒNG DÂY, GIỮA CÁC CUỘN DÂY
• 1.4. LỰC ĐIỆN ĐỘNG TRONG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU - CỘNG HƯỞNG CƠ KHÍ
• 2. CHƯƠNG 2: PHÁT NỔNG KHÍ CỤ ĐIỆN
• 2.1. KHAI NIỆM
• 2.2. TÍNH TOÁN TOÀN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
• 2.3. CÁC CHẾ ĐỘ PHÁT NỔNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN
• 3. CHƯƠNG 3: TIẾP XÚC ĐIỆN – HÒA QUANG ĐIỆN
• 3.1. TIẾP XÚC ĐIỆN
• 3.1.1. Khái niệm
• 3.1.2. Phân loại tiếp xúc điện
• 3.1.2.1. Tiếp xúc cố định
• 3.1.2.2. Tiếp xúc động mồi
• 3.1.2.3. Tiếp xúc trượt
• 3.2. HÒA QUANG ĐIỆN
• 3.2.1. Khái niệm
• 3.2.2. Tính chất cơ bản của phóng điện hòa quang
• 3.2.2.1. Quá trình phát sinh hòa quang điện
• 3.2.2.2. Quá trình dập tắt hòa quang điện
• 4. PHÀN 2: TÌM HIỂU ĐẶC TÍNH, KẾT CẤU, TÍNH TOÁN LỰA CHỌN SỬ DỤNG KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP
• 4.1. CHƯƠNG 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG NGẮT – BẢO VỆ MẠCH ĐIỆN A - CB (CIRCUIT BREAKER)
• 4.1.1. KHAI NIỆM VÀ YÊU CẦU
• 4.1.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Lý Thuyết Khí Cụ Điện Phần 1

Giáo trình Lý thuyết khí cụ điện - Phần 1 cung cấp kiến thức cơ bản về các loại khí cụ điện, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của chúng trong thực tiễn. Nội dung giáo trình được biên soạn nhằm giúp sinh viên nắm vững lý thuyết và áp dụng vào thực tế. Việc hiểu rõ về khí cụ điện là rất cần thiết trong ngành điện, đặc biệt trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại.

1.1. Khái niệm cơ bản về khí cụ điện

Khí cụ điện là thiết bị dùng để điều khiển, bảo vệ và phân phối điện năng. Các loại khí cụ điện phổ biến bao gồm cầu dao, công tắc, và máy biến áp. Mỗi loại khí cụ có chức năng và ứng dụng riêng trong hệ thống điện.

1.2. Tầm quan trọng của giáo trình trong đào tạo

Giáo trình này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ lý thuyết mà còn trang bị kỹ năng thực hành cần thiết. Việc nắm vững lý thuyết khí cụ điện sẽ giúp sinh viên tự tin hơn khi bước vào môi trường làm việc thực tế.

II. Vấn đề và thách thức trong lĩnh vực khí cụ điện

Trong quá trình học tập và ứng dụng khí cụ điện, sinh viên thường gặp phải nhiều thách thức. Những vấn đề này có thể liên quan đến việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động, cách tính toán và lựa chọn khí cụ phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.

2.1. Khó khăn trong việc hiểu nguyên lý hoạt động

Nhiều sinh viên gặp khó khăn trong việc nắm bắt nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện. Điều này có thể dẫn đến việc áp dụng sai trong thực tế, gây ra sự cố trong hệ thống điện.

2.2. Thách thức trong việc lựa chọn khí cụ phù hợp

Việc lựa chọn khí cụ điện phù hợp với từng ứng dụng là một thách thức lớn. Sinh viên cần phải hiểu rõ các thông số kỹ thuật và tính năng của từng loại khí cụ để đưa ra quyết định đúng đắn.

III. Phương pháp tính toán lực điện động trong khí cụ điện

Tính toán lực điện động là một phần quan trọng trong việc thiết kế và ứng dụng khí cụ điện. Có nhiều phương pháp khác nhau để tính toán lực điện động, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng.

3.1. Phương pháp dựa trên tác dụng giữa dòng điện và từ trường

Phương pháp này sử dụng định luật Faraday để tính toán lực điện động sinh ra khi có dòng điện chạy qua dây dẫn trong từ trường. Đây là phương pháp phổ biến và dễ hiểu cho sinh viên.

3.2. Phương pháp dựa trên năng lượng điện từ

Phương pháp này tính toán lực điện động dựa trên năng lượng điện từ trong hệ thống. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng phức tạp hơn, yêu cầu kiến thức sâu hơn về điện từ học.

IV. Ứng dụng thực tiễn của khí cụ điện trong ngành công nghiệp

Khí cụ điện có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của ngành công nghiệp. Chúng được sử dụng để điều khiển, bảo vệ và phân phối điện năng, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong sản xuất.

4.1. Ứng dụng trong hệ thống điện công nghiệp

Trong các nhà máy, khí cụ điện được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện, bảo vệ hệ thống khỏi sự cố. Việc sử dụng đúng loại khí cụ sẽ giúp nâng cao hiệu suất làm việc.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống điện dân dụng

Khí cụ điện cũng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện dân dụng, từ công tắc, ổ cắm đến cầu dao. Chúng giúp đảm bảo an toàn cho người sử dụng và tiết kiệm năng lượng.

V. Kết luận và tương lai của khí cụ điện

Khí cụ điện sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của ngành điện. Với sự tiến bộ của công nghệ, các loại khí cụ mới sẽ được phát triển, mang lại hiệu quả cao hơn và an toàn hơn cho người sử dụng.

5.1. Xu hướng phát triển của khí cụ điện

Trong tương lai, khí cụ điện sẽ ngày càng được cải tiến về tính năng và hiệu suất. Các công nghệ mới như IoT sẽ được tích hợp vào khí cụ điện, giúp nâng cao khả năng điều khiển và giám sát.

5.2. Tầm quan trọng của việc cập nhật kiến thức

Sinh viên và kỹ sư cần thường xuyên cập nhật kiến thức về khí cụ điện để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp. Việc này không chỉ giúp nâng cao năng lực cá nhân mà còn góp phần vào sự phát triển chung của ngành điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN BOÄ COÂNG NGHIEÄP TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC COÂNG NGHIEÄP TP. HOÀ CHÍ MINH TTTN – TH ÑIEÄN Boä moân : THIEÁT BÒ ÑIEÄN GIAÙO TRÌNH LYÙ THUYEÁT Bieân soaïn: BAÏCH THANH QUYÙ – VAÊN THÒ KIEÀU NHI – NINH VAÊN TIEÁN Löu haønh noäi boä THAÙNG 09/ 2004 Lyù Thuyeát Khí Cuï Ñieän Trang 1/ 103 TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN LÔØI NOÙI ÑAÀU Ñaát nöôùc Vieät Nam trong coâng cuoäc coâng nghieäp hoùa - hieän ñaïi hoùa, neàn kinh teá ñang treân ñaø phaùt trieån, vieäc söû duïng caùc thieát bò ñieän, khí cuï ñieän vaøo trong xaây laép caùc khu coâng nghieäp, khu cheá xuaát - lieân doanh, khu nhaø cao taàng ngaøy caøng nhieàu. Vì vaäy vieäc tìm hieåu ñaëc tính, keát caáu, tính toaùn löïa choïn söû duïng raát caàn thieát cho sinh vieân - hoïc sinh ngaønh Ñieän. Ngoaøi ra caàn phaûi caäp nhaät theâm nhöõng coâng ngheä môùi ñang khoâng ngöøng caûi tieán vaø naâng cao caùc thieát bò ñieän, khí cuï ñieän ñöôïc caùc haõng saûn xuaát lôùn nhö: Merlin Gerin, Teùleùmeùcanique, General Electric, Siemens….

Quyeån giaùo trình naøy ñöôïc bieân soaïn goàm boán phaàn: - Phaàn 1 : Lyù thuyeát cô baûn cuûa khí cuï ñieän. - Phaàn 2 : Tìm hieåu ñaëc tính, keát caáu, tính toaùn löïa choïn söû duïng khí cuï ñieän haï aùp. - Phaàn 3 : Giôùi thieäu ñaëc tính, keát caáu khí cuï ñieän cao aùp. - Phaàn 4 : Moät soá sô ñoà caên baûn veà nguyeân lyù ñieàu khieån, vaän haønh.

Trong moãi phaàn ñöôïc trình baøy cuï theå hình daïng thöïc teá vaø ví duï tính toaùn choïn löïa cuï theå cho caùc khí cuï ñieän nhaèm giuùp cho sinh vieân - hoïc sinh coù theå öùng duïng vaøo thöïc teá. Trong quaù trình bieân soaïn chaéc chaén coù sai soùt, kính mong ñöôïc uûng hoä vaø goùp yù chaân thaønh töø quyù ñoäc giaû. BIEÂN SOAÏN Lyù Thuyeát Khí Cuï Ñieän Trang 2/ 103 TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN PHAÀN 1 : LYÙ THUYEÁT CÔ BAÛN CUÛA KHÍ CUÏ ÑIEÄN Lyù Thuyeát Khí Cuï Ñieän Trang 3/ 103 TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN CHÖÔNG 1: LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG TRONG KHÍ CUÏ ÑIEÄN Khi löôùi ñieän xaûy ra söï coá ngaén maïch, doøng ñieän söï coá gaáp chuïc laàn doøng ñieän ñònh möùc. Döôùi taùc duïng cuûa töø tröôøng, caùc doøng ñieän naøy gaây ra löïc ñieän ñoäng laøm bieán daïng daây daãn vaø caùch ñieän naâng ñôõ chuùng.

Nhö vaäy khí cuï ñieän coù khaû naêng chòu löïc taùc ñoäng phaùt sinh khi coù doøng ñieän ngaén maïch chaïy qua laø moät tieâu chuaån khoâng theå thieáu cuûa khí cuï ñieän. ñöôïc goïi laø tính oån ñònh ñieän ñoäng. PHÖÔNG PHAÙP TÍNH TOAÙN LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG Coù theå söû duïng moät trong hai phöông phaùp sau ñeå tính löïc ñieän ñoäng: 1. Phöông phaùp döïa treân söï taùc duïng giöõa doøng ñieän ñaët trong töø tröôøng vaø caûm öùng töø cuûa töø tröôøng ñoù.

Goïi : i laø doøng ñieän chaïy qua daây daãn (A). l laø chieàu daøi daây daãn ñieän. dl laø moät nguyeân toá cuûa chieàu daøi daây daãn ñieän. B laø caûm öùng töø (do doøng ñieän khaùc taïo ra).

laø goùc giöõa daây daãn 1 vaø caûm öùng töø B. F laø löïc ñieän ñoäng.  Khi coù doøng ñieän i chaïy qua moät nguyeân toá daây daãn dl ñaët trong töø tröôøng coù caûm öùng töø B thì seõ sinh ra löïc ñieän ñoäng taùc duïng leân nguyeân toá naøy: dF = i.sin
 Khi xeùt löïc treân caû ñoaïn daây l: l l F  dF  i.sin
0 0  Khi daây daãn ñaët vuoâng goùc vôùi caûm öùng töø thì
= 90 o :PP PP F = i. Phöông phaùp döïa treân söï caân baèng naêng löôïng cuûa heä thoáng daây daãn.

Goïi : W laø naêng löôïng ñieän töø. x laø ñoaïn ñöôøng dòch chuyeån theo höôùng taùc duïng cuûa löïc. Lyù Thuyeát Khí Cuï Ñieän Trang 4/ 103 TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN F laø löïc ñieän ñoäng caàn tính. Nhö vaäy löïc ñieän ñoäng ñöôïc tính qua naêng löôïng ñieän töø: W F  x  Heä thoáng goàm hai maïch voøng: Naêng löôïng ñieän töø cuûa heä thoáng laø: 1 1 W  .i2 2 2 Trong ñoù: L 1 , L 2 laø ñieän caûm cuûa caùc maïch voøng.

BB BB BB BB i 1 , i 2 laø doøng ñieän chaïy trong caùc maïch voøng. BB BB BB BB M laø ñieän caûm töông hoã.  Heä thoáng laø maïch voøng ñoäc laäp: 1 1  2 1 1 W  A  .i 2 2 i 2 2 Trong ñoù: L laø ñieän caûm cuûa maïch voøng ñoäc laäp i laø doøng ñieän chaïy trong maïch voøng. BB BB  laø töø thoâng moùc voøng.

n laø soá voøng daây trong maïch voøng. Löïc taùc duïng trong maïch voøng seõ höôùng theo chieàu sao cho ñieän caûm, töø thoâng moùc voøng vaø töø thoâng khi bieán daïng maïch voøng döôùi taùc duïng cuûa löïc naøy taêng leân II. TÍNH TOAÙN LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG GIÖÕA CAÙC DAÂY DAÃN SONG SONG Khi hai daây daãn ñaët song song, löïc ñieän töø sinh ra ñöôïc tính theo coâng thöùc: l2   o l1  x x F  .i 2   dx 4a 0  (1  x ) 2  a 2 x 2  a 2   Trong ñoù: - l 1 , l 2 laø chieàu daøi cuûa hai daây daãn song song. BB BB BB BB - i 1 , i 2 laø doøng ñieän qua hai daây daãn song song.

BB BB BB BB Lyù Thuyeát Khí Cuï Ñieän Trang 5/ 103 TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN -  o laø ñoä daãn töø cuûa khoâng khí,  o =4. BB BB BB BB PP PP - a laø khoaûng caùch giöõa hai daây daãn. - x laø ñoaïn ñöôøng dòch chuyeån theo höôùng taùc duïng cuûa löïc. Lyù Thuyeát Khí Cuï Ñieän Trang 6/ 103 TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN 1.

Hai daây daãn song song coù cuøng chieàu daøi - l1 = l2 = l BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB i i - Löïc ñieän sinh ra: l BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB 1 2 2l  a a 2 o  F .  1      4 a  l  l a BB BB BB BB   Khi khoaûng caùch giöõa daây daãn beù ñaùng keå so vôùi chieàu daøi cuûa chuùng: o 2l F . Hai daây daãn song song khoâng cuøng chieàu daøi B1 BB BB BB BB C1 BB BB BB BB Trong ñoù: C 1 , C 2 laø khoaûng caùch ñöôøng cheùo BB BB BB BB i i cuøa hai daây daãn. l l BB BB BB BB BB BB BB BB B 1 , B 2 laø khoaûng caùch ñöôøng cheùo BB BB BB BB BB BB BB BB 1 2 C2 BB BB BB BB 1 2 cuøa hai daây daãn.

BB BB BB BB B2 Löïc ñieän ñoäng sinh ra: BB BB BB BB a 2 l C  C 2  B1  B2  BB BB BB BB o F  . 1  4 a  a  Lyù Thuyeát Khí Cuï Ñieän Trang 7/ 103 TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN III. TÍNH TOAÙN LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG LEÂN VOØNG DAÂY, GIÖÕA CAÙC CUOÄN DAÂY 1. Tính toaùn löïc trong voøng daây: R laø baùn kính cuûa voøng daây daãn. 2r laø ñöôøng kính cuûa daây daãn.

I laø doøng ñieän chaûy trong daây daãn. R Löïc taùc ñoäng: o  8R  F F. Tính toaùn löïc trong voøng daây: F F 2R BB BB BB BB 1 cBB BB BB BB h BB BB BB BB F F 2R BB BB BB BB 2 R2 > R1 BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB BB Löïc taùc ñoäng: R1.i2 h2  c2 Lyù Thuyeát Khí Cuï Ñieän Trang 8/ 103 TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN IV. LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG TRONG DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU- COÄNG HÖÔÛNG CÔ KHÍ.

Löïc ñieän ñoäng trong doøng ñieän xoay chieàu moät pha: Doøng ñieän xoay chieàu moät pha bieán ñoåi theo quy luaät: i = I m .sint BB BB trong ñoù: I m laø bieân ñoä cuûa doøng ñieän,  laø taàn soá goùc. BB BB Neáu caùc doøng ñieän trong caùc daây daãn coù cuøng chieàu thì caùc daây daãn bò huùt vaøo nhau vôùi löïc: 1  cos 2 t Fm Fm F  c. cos 2 t 2 2 2 o 2l c laø haèng soá =. 4 a F m laø trò soá löïc cöïc ñaïi.

Löïc ñieän ñoäng trong doøng ñieän xoay chieàu ba pha: Doøng ñieän xoay chieàu ba pha bieán ñoåi theo quy luaät: i 1 = I m .sint BB BB BB BB  2  i2  I m.sin  t     3  Löïc taùc duïng leân daây daãn cuûa pha 1: F 1 = F 12 + F 13 BB BB BB BB BB BB F 12 laø löïc ñieän ñoäng giöõa caùc daây daãn cuûa pha 1 vaø 2. BB BB F 13 laø löïc ñieän ñoäng giöõa caùc daây daãn cuûa pha 1 vaø 3.sin  t    sin  t      3  2  3  Töông töï, ta coù: Lyù Thuyeát Khí Cuï Ñieän Trang 9/ 103 TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN  2  1  4  F 2 = F 21 + F 23 = c.sin  t  sin  t    BB BB BB BB BB BB 3   2 3  2   2  1  4  F3 = - F1 = c.sint  3 2sint  3      BB BB BB BB 3. Coäng höôûng cô khí: Trong tröôøng hôïp khi taàn soá cuûa thaønh phaàn bieán thieân cuûa löïc gaàn vôùi taàn soá rieâng cuûa dao ñoäng cô khí seõ sinh ra hieän töôïng coäng höôûng. Hieän töôïng naøy coù khaû naêng phaù hoûng khí cuï ñieän.

Thoâng thöôøng, ngöôøi ta choïn taàn soá rieâng cuûa caùc dao ñoäng cô khí lôùn hôn gaáp ñoâi taàn soá cuûa löïc. OÅN ÑÒNH LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG. Ñoä beàn cô khí cuûa vaät lieäu phuï thuoäc khoâng chæ vaøo ñoä lôùn cuûa löïc maø coøn phuï thuoäc vaøo chieàu, ñoä daøi thôøi gian taùc ñoäng vaø ñoä doác taêng leân. Khí cuï ñieän oån ñònh löïc ñieän ñoäng phaûi thoûa maõn: - Vieäc tính toaùn löïc ñieän ñoäng: tính theo doøng ñieän xung cuûa hieän töôïng ngaén maïch.

- Vieäc tính toaùn ñoä beàn ñoäng hoïc khi coù hieän töôïng coâng höôûng. Lyù Thuyeát Khí Cuï Ñieän Trang 10/ 10/ 103 TRÖÔØNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ÑIEÄN CHÖÔNG 2: PHAÙT NOÙNG KHÍ CUÏ ÑIEÄN I. KHAÙI NIEÄM Khi khí cuï ñieän laøm vieäc laâu daøi trong caùc maïch daãn ñieän, nhieät ñoä cuûa khí cuï ñieän taêng leân gaây toån thaát ñieän naêng döôùi daïng nhieät naêng vaø ñoát noùng caùc boä phaän daãn ñieän vaø caùch ñieän cuûa khí cuï.