Giáo trình Kỹ thuật điện (Nghề: Cắt gọt kim loại - CĐ/TC) - Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình được biên soạn nhằm cung cấp cho người đọc các kiến thức cơ bản về lý thuyết mạch điện và các phương pháp phân tích mạch điện. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật điện (Nghề: Cắt gọt kim loại - CĐ/TC) - Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp

TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP KHOA CƠ KHÍ – XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN NGHỀ: CẮT GỌT KIM LOẠI TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số:……, ngày……, tháng……, năm 2017 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
LỜI GIỚI THIỆU Nghề công nghệ ôtô dạy tại trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp đào tạo các kiến thức cơ bản về động cơ xăng, động cơ dầu, gầm ôtô, điện động cơ, điện thân xe, điện điều khiển động cơ. Giáo trình được biên soạn nhằm cung cấp cho người đọc các kiến thức cơ bản về lý thuyết mạch điện và các phương pháp phân tích mạch điện. Nội dung giáo trình chủ yếu dựa vào giáo trình kỹ thuật điện của trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, và trường ĐH Đà Lạt. Cuốn giáo trình này được viết thành 05 chương: Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch Điện. Chương 2: Mạch điện một chiều. Chương 3: Dòng điện xoay chiều hình sin. Chương 4: Mạch ba pha Chương 5: Sử dụng dụng cụ đo Vì trình độ và thời gian có hạn, giáo trình không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong được sự đóng góp quý báu từ Quý Thầy cô và bạn đọc …............, ngày…..........tháng…........... năm 2017 Tham gia biên soạn ThS. Trần Thanh Toàn 3
MỤC LỤC  LỜI GIỚI THIỆU .......................................................................................... 3 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN ............................................................. 5 Chương 1: CÁc khÁi niệm cơ bản về mạch Điện ........................................... 6 Chương 2: Mạch điện một chiều .................................................................... 17 Chương 3: Dòng điện xoay chiều hình sin .................................................... 26 Chương 4: Mạch ba pha ................................................................................ 41 Chương 5: Sử dụng dụng cụ đo ..................................................................... 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 60 4
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN Tên mô đun: Kỹ thuật điện Mã mô đun: MH12 I. Vị trí, tính chất của môn học: - Vị trí: Môn học kỹ thuật điện được bố trí học trước các môn học, mô đun chuyên môn nghề: CMH 17; CMĐ 24; CMH 13. - Tính chất: Là môn học kỹ thuật cơ sở, làm nền tảng cho các môn học: CMH 17; CMH 13 và các mô đun: CMĐ 24. II. Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Phát biểu được các khái niệm, định luật, định lý cơ bản trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha. + Giải thích được một số ứng dụng đặc trưng theo quan điểm của kỹ thuật điện. - Kỹ năng: + Tính toán được các thông số kỹ thuật trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha ở trạng thái xác lập. + Vận dụng các phương pháp phân tích, biến đổi mạch để giải các bài toán về mạch điện hợp lý. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: R n luyện tính c n thận, chính xác, ham học hỏi. III. Nội dung môn học: 5
CHƢƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mã chƣơng: MH 12 - 01 Giới thiệu Bài này cung cấp cho học sinh các kiến thức về mạch điện, các đại lượng vật lý cơ bản trong một mạch điện, các phần tử cơ bản trong mạch điện. Mục tiêu của bài: Kiến thức; - Phân tích được nhiệm vụ, vai trò của các phần tử cấu thành mạch điện như: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường, đóng cắt... - Giải thích được cách xây dựng mô hình mạch điện, các phần tử chính trong mạch điện. - Phân tích và giải thích được các khái niệm cơ bản trong mạch điện, hiểu và vận dụng được các biểu thức tính toán cơ bản. K năng: - Phân biệt được phần tử lý tưởng và phần tử thực. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: - R n luyện tính c n thận, tỉ mỉ trong tính toán. * Nội dung chƣơng: 6
1. Mạch điện và mô hình: 1.1. Mạch điện Mạch điện: là một hệ thống gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại. Trong đó xảy ra các quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ đo bởi các đại lượng dòng điện, điện áp. 1.2 Các hiện tƣợng điện từ. 1.2.1. Hiện tƣợng biến đổi năng lƣợng a. Hiện tượng cảm ứng điện từ là sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch đó biến đổi. Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín là suất điện động cảm ứng. b. Hiện tƣợng lực điện từ Khi dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường và không song song với đường sức từ thì chịu tác dụng của lực điện từ. c. Hiện tượng hóa điện Một phản ứng hóa học xảy ra khi có dòng điện chạy qua, hay qua phản ứng hóa học có một hiệu điện thế, đây là những quá trình điện hóa. 1.2.2. Hiện tƣợng tích phóng năng lƣợng. a. Tĩnh điện Là hiện tương hai vật rắn cọ sát vào nhau, một vật sẽ bị mất electron sẽ mang điện tích dương và một vật được nhận electron sẽ mang điện tích âm. Do vật nhận electron có nhiều khoảng trống trong lớp vỏ ngoài cùng của nó, còn vật bị mất electron thì có các electron liên kết yếu, do đó mà electron có thể di chuyển từ vật này sang vật kia tạo ra sự mất cân bằng điện tích. b. Tích điện Là hiện tượng xãy ra khi các điện tích, tích tụ trên bề mặt 2 tấm kim loại khi đặt vào mỗi tấm kim loại mỗi cực của nguồn điện một chiều. 7
1.3. Mô hình mạch điện. 1.3.1. Phần tử điện trở. Đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng Ký hiệu: R Hình 1.1: ký hiệu điện trở R trong mạch điện Hoặc Hình 1.2: ký hiệu điện trở R trong mạch điện uR = Ri (1.1) Đơn vị:  (ohm) 1.3.2. Phần tử điện cảm. Ký hiệu: Hình 1.3: Ký hiệu cuộn cảm trong mạch điện L: Điện cảm của cuộn dây Đơn vị: Henry (H) 1mH=10-3H Điện cảm L: đặc trưng cho khả năng tạo nên từ trường của phần tử mạch điện 8
Tính chất: gọi I là dòng điện đi qua cuộn dây u: là điện áp đặt giữa 2 đầu cuộn dây ta có: (1.2) di/dt: chỉ sự biến thiên của dòng điện theo thời gian  Tính chất: từ công thức  Điện áp giữa 2 đầu cuộn dây tỉ lệ với sự biến thiên của dòng điện theo thời gian. Lưu ý: Trong mạch điện 1 chiều thì điện áp giữa 2 đầu mạch điện bằng 0. Trong mạch điện 1 chiều nếu đặt cuộn dây thì coi như mạch bị nối tắt 1.3.3. Phần tử điện dung Tụ điện: đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng điện trường. Hình 1.4: tụ điện Ký hiệu: C C: điện dung của tụ điện Đơn vị: Farad (F) 1F = 10-6F 1nF = 10-9F 1pF = 10-12F Gọi u là điện áp đặt giữa 2 đầu của tụ điện Ta có: 9
Q = C.U (1.3) Trong đó: q: điện tích trên tụ Mà Kết quà là (1.4) Tính chất dòng điện đi qua tụ tỉ lệ với sự biến thiên của điện áp trên tụ 1.3.4. Phần tử nguồn a. Nguồn áp [1] Nguồn áp u(t) hay máy phát điện áp còn được gọi là nguồn sức điện động e(t) đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì một điện áp không đổi trên hai cực của nguồn. Hình 1.5 : nguồn điện U = - e(t) (1.5) 10
b. Nguồn dòng [1] Nguồn dòng điện i(t) hay máy phát dòng đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì một dòng điện không đổi trong mạch. Đặc tính quan trọng của nguồn dòng là có nội trở r =∞ và giá trị của dòng điện trong mạch không phụ thuộc vào phụ tải. Hình 1.6: nguồn dòng U = - e(t) (1.5) 1.3.5. Phần tử thật a. Nguồn áp thật Trong thực tế, các bộ nguồn đều có một điện trở nội hữu hạn nào đó. Do vậy, khi thay thế trong mô hình mạch chúng được biểu diễn ở dạng một nguồn sức điện động e(t) mắc nối tiếp với một một điện trở r (hình 1.7), Hình 1.6: nguồn áp thật hoặc ở dạng một nguồn dòng điện i (t) mắc song song với một điện trở r (hình 1.8). 11
Hình 1.7: nguồn dòng thật 2. Các khái niệm cơ bản trong mạch điện 2.1. Dòng điện và chiều qui ƣớc của dòng điện Định nghĩa: Dòng điện là dòng các điện tích chuyển dời có hướng dưới tác dụng của điện trường. Qui ước: Chiều dòng điện hướng từ cực dương về cực âm của nguồn hoặc từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp. 2.2. Cƣờng độ dòng điện. là đại lượng đặc trưng cho độ lớn của dòng điện. Cường độ dòng điện được tính bằng lượng điện tích chạy qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong một đơn vị thời gian. (1.6) Hoặc I=U/R (1.7) Đơn vị của dòng điện là ampe (A). Bản chất dòng điện trong các môi trường: 2.3. Mật độ dòng điện Mật độ dòng điện (ký hiệu là δ) là dòng điện chạy qua 1 mm2 tiết diện dây dẫn. 12
(1.8) 3. Các phép biến đổi tƣơng đƣơng 3.1. Nguồn áp ghép nối tiếp Hình 1.8: Nguồn áp ghép nối tiếp • Bộ nguồn nối tiếp: (1.9) 3.2. Nguồn dòng ghép song song nguồn hiệu thế nối tiếp và nguồn dòng điện song song Hình 1.9: Nguồn dòng ghép song song i = i1 + i2 (1.10) 3.3. Điện trở ghép nối tiếp, song song. Đối với đoạn mạch gồm 2 điện trở R1, R2 mắc nối tiếp,hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở tỉ lệ thuận với điện trở đó. 13
Hình 1.10:điện trở nối tiếp (1.11) Trong đoạn mạch gồm hai điện trở R1, R2 mắc song song, cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở tỉ lệ nghịch với điện trở đó. . Hình 1.11: điện trở mắc song song (1.12) 3.4. Biến đổi ∆ - Y và Y - ∆ Ba tổng trở gọi là nối hình sao nếu chúng có một đầu nối chung. Ba tổng trở gọi là nối hình tam giác nếu chúng tạo nên mạch vòng kín mà chỗ nối là nút của mạch. Ta thường cần biến đổi từ hình sao sang hình tam giác tương đương và ngược lại. Để tìm các công thức biến đổi sao tam giác ta xuất phát từ các điều kiện biến đổi tương đương. 14
Hình 1.12: biến đổi sao – tam giac, tam giac - sao 3.5. Biến đổi nguồn tƣơng đƣơng nguồn hiệu thế song song với điện trở và nguồn dòng điện nối tiếp điện trở : có thể bỏ điện trở mà không ảnh hưởng đến mạch ngoài. (a) (b) Hình 1.13: R mắc song song nguồn áp (a), R mắc nối tiếp nguồn dòng (a), Bài tập: 1. Cho mạch điện như hình vẽ: 15
VA = 0V , VB = 12, R=12ohm a. Tính hiệu điện thế 2 đầu AB. b. Xác định dòng điện chạy trong mạch. 2. Cho mạch điện như hình vẽ: Biết VA = 0V , VB = 12, C=10 mFara, tính điện tích trên tụ. 3. Tính tổng trở của mạch điện, biết R1 = 1ohm, R2=3ohm, R3=9ohm a. b. 16
CHƢƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Mã chƣơng: MH 12 - 02 Giới thiệu Bài này cung cấp cho học sinh các kiến thức về các định luật cơ bản trong mạch điện và phương pháp tính toán dòng điện và điện áp trên mạch điện 1 chiều. Mục tiêu của bài: Kiến thức; - Trình bày, giải thích và vận dụng linh hoạt các biểu thức tính toán trong mạch điện DC (dòng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng...). K năng: - Tính toán được các thông số (điện trở, dòng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng) của mạch DC một nguồn, nhiều nguồn từ đơn giản đến phức tạp. - Phân tích được sơ đồ và chọn phương pháp giải mạch hợp lý. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: - R n luyện tính c n thận, tỉ mỉ trong tính toán. * Nội dung chƣơng: 17
1. Khái niệm cơ bản về mạch điện một chiều Mạch điện: là một hệ thống gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại. Trong đó xảy ra các quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ mà trong quá trình đó dòng điện chạy qua mạch không có sự đảo chiều theo thời gian. 2. Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch một chiều 2.1. Định luật Ohm. Cường độ dòng điện đi qua 2 điểm của một vật dẫn điện luôn tỷ lệ thuận với hiệu điện thế ở 2 điểm đó và tỉ lệ nghịch với điện trở của 2 điểm đó: Hình 2.1: định luật ôm trong đoạn dây dẫn thuần trở (2.1) 2.2 Công suất và điện năng trong mạch một chiều. Công suất P của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát năng lượng của nguồn điện trong một đơn vị thời gian là 1s (2.2) Công suất của phụ tải (thiết bị tiêu thụ điện) P = RI2 (2.3) Điện năng tiêu thụ sau khoảng thời gian T E = P.T (2.4) 18
2.3 Định luật Joule -Lenz (định luật và ứng dụng). Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua. (2.5) 2.4 Định luật Faraday (hiện tƣợng; định luật và ứng dụng). Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín, nó tỉ lệ với độ biến thiên từ thông qua mạch và tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian của sự biến thiên ấy (tức là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông): ξC=−ΔΦΔt (2.6) Nếu mạch kín có N vòng dây thì ξC=−NΔΦΔt (2.7) Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong một đoạn dây dẫn chiều dài l chuyển động với vận tốc trong từ trường có cảm ứng từ bằng ξC=Blνsinα (2.8) trong đó ν và B cùng vuông góc với đoạn dây và α là góc giữa B và ν Hình 2.2: Suất điện động cảm ứng trong khung dây 19
2.5 Hiện tƣợng nhiệt điện (hiện tƣợng và ứng dụng). Là hiện tượng sản sinh ra nhiệt lượng, khi một dòng điện I chạy qua một vật dẫn có giá trị R sau khoảng thời gian T (2.9) 3. Các phƣơng pháp giải mạch điện một chiều 3.1. Định luật kitchoff a. Định Luật Kirchhoff 1: (Định Luật Nút) Tổng đại số dòng điện tại 1 nút bằng 0:  i  0 (2.10) Ví dụ : Cho mạch điện hình Hình 2.3: Các dòng điện đi ra hoặc đi vào từ nút A xét tại nút A: theo định luật Kirchhoff 1 ta có: I1 + I2 + I3 = 0 Ghi chú: Nếu ta qui ước dòng điện đi vào nút A mang dấu cộng (+), thì dòng điện đi ra nút A mang dấu trừ (-) hoặc ngược lại. b. Định luật Kirchhoff 2: Tổng đại số điện áp của các phần tử trong 1 vòng kín bất kỳ thì bằng 0 u0 (2.11) 20