Bài giảng Kỹ thuật điện - Cù Văn Thanh

Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 1 ĐÀI TIẾNG NÓI VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG PTTH 1. KỸ THUẬT ĐIỆN HỆ CAO ĐẲNG Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 2 TỔNG QUAN VỀ MÔN HỌC. 1.Nội dung: Chương1:Những khái niệm cơ bản về mạch điện. Chương2: Dòng điện sin. Chương3: Mạch điện ba pha. Chương4:Máy điện. 2.Mục đích yêu cầu của môn học. +Cung cấp một số kiến thức cơ bản nhất về mạch điện, máy điện. +Sinh viên có thể thiết kế tính toán một bài toán về mạch điện và máy điện. 3.Thời gian thực hiện: 30-45 tiết. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 3 CHƯƠNG1 : NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 4 CHƯƠNG1 : NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN. 1. Mạch điện, kết cấu hình học của mạch điện. 2. Các đại lượng đặc trương cho quá trình năng lượng trong mạch điện. 3. Mô hình mạch điện , các thông số. 4. Hai định luật Kiếchốp. 5. Bài toán áp dụng định luật Kiêchốp. 6. Câu hỏi và bài tập. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 5 1.1.Mạch điện,kết cấu hình học của mạch điện. • 1.1.1.Mạch điện. 1. Định nghĩa về mạch điện. Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng dây dẫn, trên đó có dòng điện. 2. Nguồn điện. Nguồn điện là thiết bị phát ra điện năngVD: Máy phát điện, ác quy, pin.v.v. 3. Tải. Là thiết bị tiêu thụ điện năng , biến điện năng thành các dạng năng lượng khác. • 1.1.2.Kết cấu của mạch điện. 1. Nhánh: Gồm các phần tử nối tiếp nhau trên đó có dòng điện. 2. Nút:Là chỗ giao nhau của ba nhánh trở lên. 3. Vòng: Các nhánh hợp nhau tạo thành một vòng kín trên có dòng chạy qua. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 6 1.2.Các đại lượng đặc trưng quá trình năng lượng trong mạch điện. • 1.2.1.Dòng điện. • I=dq/dt., đơn vị A. • 1.2.2. Điện áp. • Uab=(φa-φb)., đơn vị V • 1.2.3.Chiều dương dòng và điện áp. • Ta tuỳ ý quy ước chiều dòng điện , điện áp, nếu kết quả có giá trị âm thì chiều dòng, chiều áp ngược với chiều đã quy ước. • 1.2.4.Công suất. • P= u.i >0 nhánh nhận năng lượng. • P=u.i<0 nhánh phát năng lượng. • Đơn vị W. U U U I Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 7 1.3.Mô hình mạch điện, các thông số. • 1.3.1.Khái niệm về mô hình mạch điện: • Khi tính toán ta thay các phần tử mạch điện bằng các phần tử lý tưởng đặc chưng cho quá trình điện từ trong mạch điện. • 1.3.2.Nguồn điện áp U(t). • Đặc trưng cho mạch về khả năng tạo ra và duy trì một điện áp trên hai cực của nguồn. • 1.3.3.nguồn dòng điện J(t). • Đặc trưng cho mạch về khả năng tạo ra và duy trì một dòng điện trên tải. U(t) > > J(t)U(t)e(t) Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 8 1.3.Mô hình mạch điện, các thông số. • 1.3.4. Điện trở. • Đặc trưng cho sự cản trở dòng điện và tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt, đơn vị là Ôm . • Điện áp trên điện trở:U=i.R • Công suất trên điện trở:P=R.i.i. • Điện năng tiêu thụ trên điện trở:A= • 1.3.5. Điện cảm. • Điện cảm của cuộn dây :L=(w.Ø)/I , đơn vị Henry.(H). • Suất điện động trên cuộn dây:E=- Ldi/dt. • Điện áp trên cuộn dây: U(t)=-e=Ldi/dt. • Cong suất trên cuộn dây:P=U.i=L.idi/dt. • Năng lượng tĩch luỹ trên cuộn dây:Wm= U I R 2 0 0 2. RidtiRpdt t t   2/.. 2 00 iLidiLPdtt t   Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 9 1.3.Mô hình mạch điện, các thông số. • 1.3.5. Hỗ cảm. • Hai cuộn đay đặt gần nhau, đặc trưng cho sự xuất hiện từ trường trong một cuộn dây khi có dòng điện chạy trong cuộn dây kia, Ký hiệu M. • Điện áp hỗ cảm trên cuộn dây 2 do dòng điện i1 gây ra là : U21=M.di1/dt. • Điện áp hỗ cảm trên cuộn dây 1 do dòng điện i2 gây ra là : U12=M.di2/dt • 1.3.6. Điện dung. • Đặc trưng cho khả năng tích luỹ năng lượng dưới dạng điện trường. • Điện dung của vật dẫn:C=q/U. • Đơn vị Fhara (F). • Dòng điện chạy qua tụ c : i=C.dUc/dt. • Điện áp trên tụ c: • Công suất trên c: • Năng lượng tích luỹ của tục:  t c idtU 0 2 1 dt dU UcIUP cccc ...  2 00 e . 2 1 ..W cc u c t c UCdUUCdtP   Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 10 1.4. Hai định luật Kiêchốp. • 1.4.1. Định luật1: • Tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng không. • Ví dụ: • 1.4.2. Định luật 2: • Đi theo một vòng kín, theo một chiều tuỳ ý , tổng đại số các điện áp rơi trên các phần tử bằng tổng đại số cá sức điện động trong vòng;Trong đó những dòng điện, suất điện động có chiều cùng chiều với chiều dòng điện vòng thì mang dấu dương, ngược lại thì mang dấu âm. 0 I I1 I2 I3 312 321 0 III III   Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 11 1.5.Giải bài toán bằng định luật Kiếchốp. • 1.5.1.Bài toán: • Cho mạch điện như hình vẽ , hãy tính dòng điện trong các nhánh. • R1=6, R2=12 • R3=24 , E1=9v • E2=12V ,E3=24V. • Bài giải: • Bước1: • Quy ước chiều dòng điện trong các nhánh và dòng điện trong các vòng. • Bước 2: Viết phương trình K1 cho nút: I1-I2-I3=0. • Bước 3:Viết phương trình K2 cho mắt vòng: • -I1R1-I2R2= E2-E1 • I3R3-I2R2= E3+E2 • Bước4: Thay số vào và giải hệ phương trình. • Bước 5:Biện luận kết quả.    I2 E 1 R 1 R2 R3 E 2 E 3 I 1 I3 Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 12 1.6. Câu hỏi & bài tập cuối chương. 1. Trình bầy các đại lượng đặc trưng về năng lượng của dòng điện. 2. Một máy phát điện một chiều khi không tải điện áp trên tải U0=220V. Khi dòng tải I=10A, điện áp trên 2cực là 210V.Lập sơ đồ thay thế.Tính công suất nguồn phát ra?Công suất tiêu thụ trên tải?Công suất tổn hao? 3. Một lò điện có công suất P=3kw, điện ápU=220V.Lập sơ đồ thay thế cho lò điện.Tính dòng điện của lò? Điện năng tiêu thụ trong một tháng?,biết hệ số sử dụng là 0,5. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 13 CHƯƠNG 2 : DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 14 CHƯƠNG 2 : DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN 1. Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện hình sin. 2. Trị hiệu dụng của dòng điện sin. 3. Dòng điện sin trong nhánh thuần trở. 4. Dòng điện sin trong nhánh thuần cảm. 5. Dòng điện sin trong nhánh thuần dung. 6. Dòng điện sin trong nhánh R-L-C nối tiếp. 7. Công suất của dòng sin. 8. Biểu diễn dòng sin bằng số phức. 9. 10.câu hỏi và bài tập cuối chương. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 15 2.1.Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện sin. • 2.1.1.Biên độ dòng , điện áp tức thời. • u,i là trị số tức thời . • Um,Im Trị cực đại. • 2.1.2.Pha của dòng, áp: • Pha đàu của dòng, áp: • 2.1.3.Chu kỳ của dòng sin. • Là khoảng thời gian ngắn nhất để dòng điện lặp lại trị số và chiều biến thiên. • 2.1.4.Tần số của dòng điện sin. • Số chu kỳ của dòng điện trong một giây. • Quan hệ giữa tần số góc và tần sô f: )( )( um im tSinUu tSinIi     )(),( ui tt   ui  ,  2T T f 1  f 2 Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 16 2.2.Trị hiệu dụng của dòng điện sin. • 2.2.1.Khái niệm về trị hiệu dụng. • Để đánh giá tác động hiệu quả của dòng sin tương đương với tác động của dòng một chiều khi sinh nhiệt . • Các đại lượng hiệu dụng của dòng sin thường được viết hoa như :I,U,E,P. • 2.2.2.Giá trị của các đại lượng hiệu dụng: • Địên áp hiệu dụng: • Dòng điện hiệu dụng: • Suất điện động hiệu dụng: 2 Um U  2 Im I 2 Em E  Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 17 2.3.Dòng điện sin trong nhánh thuần trở. • 2.3.1.Khái niệm : • Nhánh chỉ có duy nhất một phần tử điện trở, trên đó có dòng và áp đồng pha. • 2.3.2.Quan hệ năng lượng trong nhánh R. R U i U tSinIi m  tSinUu m  )2cos1(.Sin.)( 2 tIUtIUIUtP m   )2cos1(. 1 )( 1 00 tIU T dttP T P tt   t P,U,I P U I Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 18 2.4.Dòng điện sin trong nhánh thuần cảm. • 2.4.1.Khái niệm: • Nhánh chỉ có một cuộn cảm, trên có dòng và áp tác động.Góc pha lệch nhau 90 độ. • 2.4.2.Quan hệ năng lượng trong mạch thuần cảm: P I U P,U,I 2 0 . L .. .0)( 1 .2.2 2 . ) 2 tSin(..)( . ,.)(U tSin)( ) 2 () 2 ( t)Sin(Im )( IXIUQ dttP T P tSinIUtSin IU IUIUtP LX IXt ItI tSinUtLSin dt d L dt di LtU LLL t LL L mLm mLmLL L LL m lmL                   I UI U L Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 19 2.5.Dòng điện sin trong nhánh thuần dung. • 2.5.1.Khái niệm về nhánh thuần dung. • Nhánh chỉ có một phần tử điện dung , trên đó dòng nhanh pha hơn áp 90 độ. • 2.5.2.Quan hệ năng lượng. I U C I U U P I U P,U,I t 2 . 0 0 0 c . .0)( 1 .2..) 2 -tSin(.)( 1 . 2 .. 1 ) 2 -tSin() 2 -tSin( C 1 tdtSin 11 )(U t.Sin IXIUQ dttP T P tSinIUIUIUtP C X IX U U IXI C U UII C idt C t Ii CCC t CC cmCmCC C C Cm C mCmCm Cmm t t m m                        Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 20 2.6.Dòng điện sin trong nhánh R-L-C nối tiếp. • 2.6.1.Khái niệm về nhánh R-L-C nối tiếp. • Nhánh có các phần tử R,L,C nối tiếp , trên đó dòng và áp phân bố tương tự như trên từng phần tử. • 2.5.2.Quan hệ năng lượng. I UL LR UR Uc C uL uc φ uR uL- ucu TC TL CH R X U UU Z ZIIUUUU CL CL          00X-X .00X-X .00X-X )( tg ).X-(XX .)X-(XR .)X-(XR)( CL CL CL R CL 2 CL 2 2 CL 22 R 2     Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 21 2.7.Công suất của dòng hình sin. • 2.7.1.Công suất biểu kiến. • Là công suất toàn phần của mạch điện. • Công thức xác định: • Đơn vị: • Quan hệ với các công suất khác. • 2.7.2.Công suất tác dụng. • Đặc trưng cho tác dụng điện năng như :tác dụng nhiệt, cơ năng, quang năng..vv. • Công thức sác định: • Đơn vị. • 2.7.3Công suất phản kháng. • Đặc trưng cho quá trình trao đổi điện từ trường . • Công thức xác định. • Đơn vị: 22. QPIUS  ArV W CnCnLnLnCL IXIXQQQ 22 S.SinQ     VA S Q P   2 nRnIP .S.CosP  Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 22 2.8.Biểu diễn dòng sin bằng số phức. • 2.8.1.Một số phép toán số phức. • Cộng trừ: • Nhân chia: • Nhân với số mũ. • 2.8.2.Biểu diễn dòng điện sin bằng số phức. • Dạng đại số phức: • Dạng hàm mũ: )()()()( ).()()()( dbjcajdcjba dbjcajdcjba   22 )()( ))(( ))(( )( )( )()()).(( dc adbcjbdac jdcjdc jdcjba jdc jba adbcjbdacjdcjba          )J(J ...    eAeeA J ii ii UjUu IjIi   sin.cos sin.cos   .. . i i J J i i UeUu IeIi         Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 23 2.9. Câu hỏi và bài tập cuối chương. 1. Trình bầy các đại lượng đặc trưng cho dòng sin? 2. Thế nào là trị hiệu dụng của dòng sin? 3. Có bao nhiêu loại công suất của dòng sin? Mối quan hệ giữa chúng? 4. Cho mạch điện gồm có 3 phần tử R,L,C nối tiếp, biết U=220v,tần số 50Hz,R=10ôm,L=26,5mH,C=265µF. • Hãy tính dòng điện, điện áp trên các phần tử. • Trị số cosφ? • Xác định tần số cực đại? Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 24 Chương3:Dòng điện ba pha. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 25 Chương3:Dòng điện ba pha. 1. Tổng quan về dòng ba pha. 2. Cách nối hình sao. 3. Cách nối hình tam giác. 4. Công suất mạch ba pha. 5. Cách nối nguồn và tải trong mạch ba pha. 6. Cách giải bài toán về mạch điện ba pha. 7. Câu hỏi và bài tập cuối chương. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 26 3.1.Tổng quan về dòng điện ba pha. • 3.1.1.Khái niệm về dòng ba pha. • Dòng ba pha là tổng hợp ba dòng điện một pha nhưng lệch nhau về pha tuần tự là 120 độ. • Dòng ba pha được sử dụng nhiều trong sản suất: Cho công suất lớn,dễ toạ từ trường quay,truyền tải điện năng tết kiệm dây dẫn. • 3.1.2.Cách tạo ra dòng ba pha. • Dòng điện ba pha được tạo ra trong máy phát điện ba pha. • Phần stato chứa 3 cuộn dây giống hệt nhau, được bố trí phân cách nhau về không gian là 120 độ. • Phần roto là nam châm vĩnh cửu được làm quay bằng sức nước, gió, nhiệt.v.v. • Khi roto quay thì trên các cuộn dây suất hiện các suất điện động có giá trị như nhau nhưng lệch nhau về pha là 120 độ. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 27 3.1.Tổng quan về dòng điện ba pha. • 3.1.3.Cách biểu diễn dòng điện ba pha. 1. Suất điện động của các pha: 2. Dạng sóng của dòng ba pha. 3. Dạng véc tơ của dòng ba pha. ) 3 2 (2 ) 3 2 (2 2         tESine tESine tESine C B A ) 3 2 J( ) 3 2 ( J0 E.e.2 2 2 0       C J B A E EeE EeE t EA, EB, EC t Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 28 3.2. Cách nối hình sao & quan hệ giữa dòng , áp. • 3.2.1.Cách nối hình sao. • Đối với nguồn, đấu 3 đầu cuối X,Y,Z thành điểm trung tính O. • Đối với tải, đấu 3 đầu cuối thành điểm trung tính. • 3.2.2.Các quan hệ dòng , áp. • Quan hệ giữa dòng điện dây và pha. • Quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha. ZYX  ,, O pII  pdpd ACCA CBBC BAAB UUUOAUAB OAOAOAAB UUU UUU UUU .3~;~ .3 2 3 ..230cos.2 0         A C B O O/ B/ A/ C/ IA=Id IB IC IO Ud UP IP A B C UAc UAB UBC 300 O UC Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 29 3.3.Cách nối tam giác & quan hệ dòng, áp. • 3.3.1.Cách nối tam giác. • Nối đầu pha này với cuối pha kia • .A nối với z, B nối với x, C nối với y • 3.3.2.Quan hệ dòng , áp. pd UU  A C B A B C IA=Id Ud IAB IBC ICA Ec EA EB IP UP IB=Id IC=Id pdP BCCAC ABBCB CAABA IIIOEE OEE III III III 3~;I~F 3. 2 3 2.OE.F d         E F OICA IBC IAB IA -ICA 300 Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 30 3.4.Công suất mạch 3 pha. • 3.4.1.Công suất biểu kiến. • Là công suất toàn phần của mạch 3 pha,nó là tổng công suất của 3 mạch một pha ,được xác định theo công thức sau: • S=SA+SB+SC=3.UP.Ip • Công suất tác dụng: • Bằng tổng công suất tác dụng của các pha thành phần. • Công suất phản kháng. • Bằng tổng của công suất phản kháng thành phần. dd IUQPS 3 22  ddpp PPCBACBA CCBBAACBA IUIRS IUSSSS SSSPPPS 33 .cos3coscoscoscos,. cos.cos.cos. 2      ddpp PPCBACBA CCBBAACBA IUIXQ IUSSSQ SSSQQQQ 33 .sin3sinsinsinsin,. sinsin.sin. 2      S Q P φ Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 31 3.5.Cách nối nguồn và tải trong mạch 3 pha. • 3.5.1.Cách nối nguồn điện. • Các nguồn điện dùng trong sinh hoạt thường nối thành hình sao có dây trung tính. • Ưu điểm của cách nối này là có thể cung cấp 2 điện áp khác nhau: • +Điện áp pha. • +Điện áp dây. • 3.5.2.Cách nối động cơ ba pha. • Mỗi động cơ 3 pha thường thiết kế với 2 mức điện áp:Pha/Dây. • Khi nối hình sao thì động cơ sẽ làm việc với điện áp dây. • Khi nối hình tam giác thì động cơ sẽ làm việc với điện áp pha. • Ví dụ:Trên mác của động cơ có ghi ký hiệu: /Y~220/380 V. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 32 3.6.Cách giải bài toán mạch điện 3 pha • 3.6.1.Cách giải mạch 3 pha đối xứng. • Mạch 3 pha đối xứng thì dòng điện hay điện áp có trị số giống nhau và lệch nhau một góc 120 độ, ta tách ra một pha để tính. A.Khi nguồn nối sao thì: • Điện áp pha đầu nguồn là : Up=EA • Điện áp dây phía đầu nguồn là: B.Khi nguồn nối tam giác thì: • Điện áp pha đầu nguồn là : Up=EA • Điện áp dây phía đầu nguồn là: Pd EU .3 PPd EUU  Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 33 3.6.Cách giải bài toán mạch điện 3 pha • 3.6.1.Cách giải mạch 3 pha đối xứng. • Mạch 3 pha đối xứng thì dòng điện hay điện áp có trị số giống nhau và lệch nhau một góc 120 độ, ta tách ra một pha để tính. C.Khi tải nối hình sao: D.Khi tải nối hình tam giác: pd p p pp d p p p ppp d II R X arctg XR U Z U I XRZ U U       . 3 3 22 22  pd p p pp d p p p ppp dp II R X arctg XR U Z U I XRZ UU 3 . 22 22        A B C IP=Id Zp Zp Ud A Zp B C Id Ip Ud Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 34 3.6.Cách giải bài toán mạch điện 3 pha • 3.6.2.Cách giải mạch 3 pha Không đối xứng. • Khi tải không đối xứng thì dòng điện và điện áp các pha là không giống nhau. A.Khi tải nối hình sao, có dây trung tính với tổng trở Z0: A ZO B C O ZA ZB ZC IA IB IC IO . OO O 120 O 120 O O . ... ;. ).; 1 (;.; ).; 1 (;.; ); 1 (;.; 0 0 CBAO CBA CCBBAA OOO O O O J PC C CCC C C COCC J PB B BBB B B BOBB PA A AAA A A AOAA IIII YYY YUYUYU UYU Z U I eUU Z YYU Z U IUUU eUU Z YYU Z U IUUU UU Z YYU Z U IUUU                                  Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 35 3.6.Cách giải bài toán mạch điện 3 pha • 3.6.2.Cách giải mạch 3 pha Không đối xứng. • Khi tải không đối xứng thì dòng điện và điện áp các pha là không giống nhau. B.Khi tải nối hình tam giác không đối xứng: BCCAC CA CA CA ABBCB BC BC BC CAABA AB AB AB III Z U I III Z U I III Z U I    ; ; ;       A ZcA B C ZA ZAB ZBC IAB IBc IcA Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 36 3.7.Câu hỏi và bài tập cuối chương. 1. Trình bầy đặc điểm vai trò của dòng ba pha? 2. Cách tạo ra dòng ba pha? 3. Cách nối hình sao?các đại lượng dòng, áp? 4. Cách nối hình tam giác?các đại lượng dòng, áp? 5. Muốn cho động cơ 3 pha hoạt động ở điện áp 220v,380 v ta làm như thế nào? 6. Bài tập:Cho mạch điện 3 pha đối xứng có Ud=220v cung cấp cho 2 tải: Tải 1 đấu sao, có R1=4ôm,X1=3 ôm. tải 2 là động cơ có P2=7kW,cosφ=0,6, hiệu suất = 0,9 ;nối tam giác. Tính: 1)Dòng điện trong các pha tải? 2)Dòng điện trên các đường dây? 3)Công suất S,P,Q của toàn mạch? Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 37 Chương4:Tổng quan về máy điện. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 38 Chương 4:Tổng quan về máy điện. 1. Định nghĩa và phân loại. 2. Các định luật điện từ cơ bản dùng trong máy điện. 3. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện. Tính thuận nghịch của máy điện. 4. Định luật mạch từ.Tính toán mạch từ. 5. Các vật liệu chế tạo máy điện. 6. Phát nóng và phương pháp làm mát máy điện. 7. Câu hỏi và bài tập cuối chương? Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 39 4.1. Định nghĩa và phân loại. • 4.1.1. Định nghĩa: • Máy điện là thiết bị điện tử.Nguyên lý hoạt động của chúng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. • Máy điện gồm có 2 phần cơ bản: • +Phần mạch từ( Lõi thép kỹ thuât). • +Phần mạch điện( Các cuộn dây). • Máy điện có khả năng biến đổi năng lượng từ điện năng sang các dạng khác như cơ , quang, nhiệt, điện năng khác. • 4.1.2.Phân loại: • Căn cứ vào các tiêu chí kỹ thuật khác nhau nguời ta đưa ra nhiều kiểu phân loại cho máy điện.Nếu căn cứ vào nguyên lý biến đổi năng lượng thì có 2 loại sau: • Máy tĩnh điện.(Máy biến áp) • Máy điện có phần quay.(Các loại máy phát điện và động cơ điện) Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 40 4.2.Các định luật điện từ cơ bản dùng trong máy điện. • 4.2.1. Định luật cảm ứng điện từ. • A.Trường hợp từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây. • Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây thì trong vòng dây sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng,nó được xác định bởi công thức sau: • Chiều của sđđcư được xác định bằng quy tắc vặn nút trai • W là số vòng dây dẫn,Ølà từ thông. • B.Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường. • Khi thanh dẫn chuyển động vuông góc với đường sức của từ trường thì trong thanh dẫn cũng sẽ xuất hiện một suất điện động cảm ứng & được xác định như sau: • B~cảm ứng từ đo bằng T(Tesla). • L~chiều dài của thanh dẫnnằm trong từ trường đo bằng m. • V~ tốc độ thanh dẫn chuyển động, đo bằng m/s. • Chiều của sđđcư được xác định theo quy tắc bàn tay phải. )(;   w dt wd dt d e  Blve  Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 41 4.2.Các định luật điện từ cơ bản dùng trong máy điện. • 4.2.2. Định luật lực điện từ. • A.Phát biểu định luật. • Khi cho thanh dẫn có dòng điện đặt vuông góc với đường sức của từ trường thì nó sẽ bị từ trường tác dụng một lực.Lực này gọi là lực điện từ.Nó được xác định bởi công thức sau: • Trong đó: B Từ cảm đo bằng T. • i dòng điện đo bằng A. • L chiều dài hiệu dụng đo bằng m. • Fđt đo bằng N (Niu Tơn). • B. Chiều của lực điện từ: • Chiều của lực điện từ được xác định bằng quy tắc bàn tay trái: • Cho đường sức hướng vào lòng bàn tay, chiều dòng điện từ cổ tay tới ngòn tay thì chiều của lực điện từ là chiều ngón cái choãi vuông góc. BilFdt  Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 42 4.3.Nguyên lý của máy phát điện và động cơ điện. • 4.3.1.Chế độ máy phát điện. • Cho thanh dẫn chuyển động trong từ trường của nam châm vĩnh cửu với vận tốc v, khi đó trên thanh sẽ xuất hiện sđđcư, nếu 2 đầu thanh dẫn có nối với tải thì trên đó có dòng và điện áp. Khi máy quay với vận tốc không đổi thì lực điện từ sẽ cân bằng với với lực cơ của động cơ: Fcơ=Fđt. v. Fcơ=v. Fđt=Bilv=e.i=u.i=P. Như vậy công suất cơ năng đã biến thành công suất của điện năng. N S Fđt Fcơ U I Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 43 4.3.Nguyên lý của máy phát điện và động cơ điện. • 4.3.1.Chế độ động cơ điện. • Cho thanh dẫn có dòng điện, chuyển động trong từ trường. • Từ trường tác dụng một lực điện từ:Fđt=B.i.L.lên thanh dẫn. • Thanh dẫn chuyển động với vận tốc v. • Công suất điện đưa vào thanh dẫn: Pđ=u.i=e.i=B.L.v.i=Fđt.v • Công suất cơ làm thanh dẫn chuyển động với vận tốc v:Pcơ=Fđt.v. • Như vậy công suất điện đưa vào thanh dẫn đã biến thành công suất cơ. N S Fđt Fcơ U I Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 44 4.4. Định luật mạch từ, tính toán mạch từ. • 4.4.1. Định luật mạch từ. • A.Khái niệm mạch từ: • Lõi thép kỹ thuật của máy điện là mạch từ. • Mạch từ là mạch khép kín dùng để dẫn từ thông. • B. Định luật mạch từ: • H.L=w.i • H- cường độ từ trường trong mạch từ : A/m. • L- chiều dài trung bình của mạch từ :m. • W- số vòng của cuộn dây. • i-Dòng điện tạo ra từ thông trong mạch gọi là dòng điện từ hoá. • H.L: gọi làTừ áp rơi trong mạch từ; W.i: gọi là sức từ động. Mạch từ gồm n đoạn và m cuộn dây thì định luật mạch từ dạng tổng quát như sau: L i W j m j k n k k iIH    1 j 1 w Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 45 4.4. Định luật mạch từ, tính toán mạch từ. • 4.4.2. Tính toán mạch từ. • A.Bài toán thuận. • Cho biết từ thông tính dòng điện từ hoá hoặc số vòng dây. • B.Bài toán ngược: • Cho dòng điện từ hoá, xác định từ thông. • Áp dụng công thức : • Trong đó : Bk cảm ứng từ đoạn mạch từ k. • Sk diện tích thiết diện ngang đoạn mạch tù k. • Øk từ thông của đoạn mạch từ k. • Hk từ trương đoạn mạch tù k. k k k k k nnk S B B H IHIHIHIH     ; ...2211 Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 46 4.4. Định luật mạch từ, tính toán mạch từ. • 4.4.2. Tính toán mạch từ. • Ví dụ:cho mạch từ như hình vẽ. • Đoạn1 bằng thép có chiều dài L1, đoạn 2 là khe không khí có chiều dài là L2.Cuộn dây có số vòng là w, dòng điện là i.tính từ cảm của khe hở không khí. • Áp dụng định luật mạch từ: L2 L1 w i )/10..4( ; . .. );0(;0 . 7 0 2 020222 1 1 1 11.1 221.1 mH L iw HBiwLH B HLH iwLHLH         Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 47 4.5.Các vật liệu chế tạo máy điện. • 4.5.1.Vật liệu dẫn điện. • Vật liệu dẫn điện như đồng , sắt, nhôm • Dùng để chế tạo các bọ phận dẫn điện như các cuộn dây,vòng góp, lồng sóc. • 4.4.2.Vật liệu dẫn từ. • Vật liệu dẫn từ như sắt từ, thép đúc. • Đoạn từ thông biến đổi thì dùng lá thép kỹ thuật điện dầy0,35~0,5mm. • Đoạn từ thông không đổi thì dùng thép đúc, thép rèn, thép lá. • 4.4.3.Vật liệu cách điện. • Vật liệu cách điện như:giấy, vải lụa, amiăng, sợi thuỷ tinh, các chất tổng hợp, các loại men, sơn cách điện. • Dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện, hoặc các bộ phận dẫn điện cần cách ly. • Phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, chống ẩm, độ bề về cơ cao. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 48 4.6.Phát nóng và làm mát máy điện. • 4.6.1.Phát nóng máy điện. • Các nguyên nhân gây nóng máy điện: • Tổn hao sắt từ.(Do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy) • Tổn hao do ma sát. • Tổn hao trong điện trở dây quấn. • 4.6.2.Cách làm mát máy điện. • Chế tạo vỏ máy có cánh toả nhiệt. • Hệ thống quạt gió mát kèm theo. Bài giảng :KTĐ. Gv:Ths Cù Văn Thanh. 49 4.7.câu hỏi và bài tập cuối chương4. 1. Thế nào gọi là máy điện? Máy biến áp , máy phát điện và động cơ 3 pha thì đâu là máy điện? 2. Hãy trình bầy nguyên lý hoạt động của máy điện? 3. Thế nào là mạch từ ? Cho ví dụ? 4. Trong máy biến áp thì đâu là phần điện? Đâu là mạch từ? 5. Nêu các loại vật liệu dùng để chế tạo máy điện? 6. Bài toán:Cho mạch từ như hình vẽ: L1=44mm,L2=1,2mm. i=1,2A,Tính từ cảm đoạn khe hở không khí? L 2 L1 w i