Giáo trình Kỹ thuật điện và điện tử công nghiệp (Nghề: Hàn - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2019)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Kỹ thuật điện và điện tử công nghiệp (Nghề: Hàn - Cao đẳng) cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Khái niệm về dòng điện, Các định luật cơ bản để giải mạch điện xoay chiều một pha; Máy phát điện một chiều; Máy biến áp; điện tử công nghiệp;... 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 và điện tử công nghiệp (Nghề: Hàn - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2019)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: QĐ-CĐCG-KT&KĐCL ngày tháng năm 2019 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng cơ giới. Quảng Ngãi, năm 2019 (Lưu hành nội bộ)
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 Kỹ thuật điện-điện tử công nghiệp là một trong những môn học cơ sở được biên soạn dựa trên chương trình khung, chương trình dạy nghề do Bộ Lao động- Thương binh và Xã hôi và Tổng cục dạy nghề ban hành dành cho hệ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề Hàn. Kỹ thuật điện điện tử công nghiệp là một môn học rất quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại. Môn học này giúp các sinh viên hiểu về cách hoạt động của các thiết bị điện tử và các hệ thống điện trong các ứng dụng công nghiệp. Đối với các sinh viên trung cấp nghề hàn, môn học này sẽ giúp họ có thể nắm bắt những kiến thức cơ bản về điện tử và ứng dụng trong công nghiệp, đồng thời phát triển kỹ năng để có thể tham gia thiết kế và xây dựng các hệ thống điện tử đơn giản. Những kiến thức này sẽ giúp các sinh viên nâng cao khả năng tìm kiếm việc làm và cơ hội thăng tiến trong công việc sau này. Ở Việt Nam cho đến nay đã có khá nhiều giáo trình, tài liệu tham khảo, sách hướng dẫn bài tập về môn học Kỹ thuật điện điện tử công nghiệp đã được biên soạn và biên dịch của nhiều tác giả, của các chuyên gia đầu ngành về điện tử công nghiệp. Tuy nhiên nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong quá trình đào tạo của nhà trường phải bám sát chương trình khung vì vậy giáo trình Kỹ thuật điện điện tử công nghiệp được biên soạn bởi sự tham gia của các giảng viên của trường Cao đẳng Cơ giới dựa trên cơ sở chương trình khung đào tạo đã được ban hành, trường Cao đẳng Cơ giới với các giáo viên có nhiều kinh nghiệm cùng nhau tham khảo các nguồn tài liệu khác nhau để thực hiện biên soạn giáo trình Kỹ thuật điện điện tử công nghiệp vụ cho công tác giảng dạy. Giáo trình này được thiết kế theo môn học thuộc hệ thống Môn học( MH11) của chương trình đào tạo nghề Hàn ở cấp trình độ trung cấp nghề và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo, sau khi học tập xong mô đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp các môn học, mô đun khác của nghề. Quảng Ngãi, ngày 18 tháng 12 năm 2019 Tham gia biên soạn 1. Cao Thị Thanh Bình Chủ biên 2. ………….............. 3. ……….............…. 3
MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Chương 1:Khái niệm về dòng điện, Các định luật cơ bản để giải mạch điện xoay chiều một pha 1. Khái niệm về dòng điện một chiều, xoay chiều ................................................... 6 1.1 Khái niệm về dòng điện một chiều ...................................................................... 6 1.2 Khái niệm về dòng điện xoay chiều .................................................................... 7 2. Các đại lượng đặc trưng cho mạch điện .............................................................. 9 2.1 Dòng điện .................................................................................................. 9 2.2 Điện áp....................................................................................................... 9 2.3 Chiều dòng điện điện áp ..................................................................................... 10 3. Công suất ............................................................................................................ 10 4. Định luật Ôm và các đại lượng đặc trưng ............................................................ 10 1.1. Định luật Ôm ...................................................................................................... 10 1.2. Các đại lượng có trong định luật Ôm: I, R, U ...................................................... 10 1.3. Giair các mạch điện xoay chiều 1 pha bằng định luật Ohm ................................. 10 4.1 Chương 2:Mạch điện xoay chiều ba pha.................................................... 18 1. Khái niệm chung về mạch điện xoay chiều 3 pha ....................................... 18 1.1. Khái niệm chung ........................................................................................ 18 1.2. Các thông số đặc trưng ............................................................................... 18 1.3. Cách nối mạch ba pha ................................................................................ 18 1.4. Cách giải mạch ba pha đối xứng ................................................................ 22 2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều .................................. 23 2.1. Cấu tạo ............................................................................................................... 23 2.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................................. 24 3. Động cơ điện một chiều ...................................................................................... 24 3.1. Cấu tạo ............................................................................................................... 24 3.2. Nguyên tắc hoạt động................................................................................. 25 Chương 3:Máy phát điện một chiềù 1. Khái niệm chung về máy phát điện một chiều ..................................................... 26 1.1. Khái niệm về máy phát điện................................................................................ 26 1.2. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập............................................................. 26 1.3. Máy phát điện một chiều kích từ song song ........................................................ 28 1.4. Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp ............................................................ 28 1.5. Máy phát điện một chiều kích từ hổn hợp ........................................................... 29 2. Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện một chiều, xoay chiều ............................ 30 2.1. Sức điện động phần ứng...................................................................................... 30 4
2.2. Mô men ...................................................................................................... 31 3. Giải các mạch điện một chiều .................................................................... 31 Chương 4:Máy biến áp 1. Khái niệm chung về máy biến áp ........................................................................ 34 1.1. Định nghĩa ................................................................................................. 34 1.2. Các đại lượngđịnh mức .............................................................................. 34 1.3. Công dụng của máy biến áp ....................................................................... 35 2. Các định luật cảm ứng điện từ .................................................................... 36 2.1. Định luật cảm ứng điện từ................................................................................... 36 2.2. Định luật lực điện từ ........................................................................................... 36 2.3. Định luật Jun-lenxơ ............................................................................................ 36 3. Các loại máy biến áp........................................................................................... 37 3.1. Máy biến áp 1 pha ...................................................................................... 37 3.2. Máy biến áp 3 pha .............................................................................................. 38 3.3. Các máy biến áp đặc biệt............................................................................ 39 Chương 5:Điện tử công nghiệp 1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại linh kiện điện tử............................... 41 1.1 Phân lọai ............................................................................................................. 41 1.2 Diode .................................................................................................................. 41 1.3 Transistor BJT............................................................................................ 44 1.4 Transistor MOSFET ........................................................................................... 46 1.5 Transistor IGBT .................................................................................................. 48 1.6 Thyristor SCR ............................................................................................ 49 1.7 Triac ................................................................................................................... 50 1.8 Gate turn off thyristor GTO ................................................................................ 51 2. Công dụng của các loại linh kiện điện tử, phạm vi ứng dụng .............................. 52 2.1. Diode ......................................................................................................... 52 2.2. Transistor BJT .................................................................................................... 52 2.3. Transistor MOSFET ........................................................................................... 52 2.4. Transistor IGBT .................................................................................................. 53 2.5. Thyristor SCR..................................................................................................... 53 2.6. Triac ................................................................................................................... 53 2.7. Gate Turn off Thyristor GTO .............................................................................. 53 Chương 6:Các thiết bị chỉnh lưu 1. Khái niệm chung về các loại chỉnh lưu 54 4 5
1.1. Khái niệm về chỉnh lưu .................................................................................. 54 1.2. Khái niệm về chỉnh lưu một pha .............................................................……54. 1.3. Khái niệm về chỉnh lưu ba pha ....................................................................... 55 1.4. Các bộ chỉnh lưu chứa diode - qui tắc phân tích mạch bộ chỉnh lưu tổng quát 55 2. Chỉnh lưu một pha .......................................................................................... 55 2.1. Cấu tạo ........................................................................................................... 55 2.2. Nguyên tắc hoạt động ..................................................................................... 56 3. Chỉnh lưu ba pha ............................................................................................ 58 3.1. Cấu tạo ........................................................................................................... 58 3 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Kỹ thuật điện-điện tử công nghiệp Mã mô đun: MH11 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của Môn học: - Vị trí: Mô đun này được bổ trí sau khi học xong môn Cơ kỹ thuật và học song song với môn học Kỹ thuật an toàn và bảo hộ lao động và học trước các môn học , mô đun chuyên môn khác. - Tính chất: Là môn học Kỹ thuật cơ sơ , thuộc các môn học đào tạo nghề bắt buộc. - Ý nghĩa, vai trò: Môn học Kỹ thuật điện điện tử công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong quá trình học tập và nghiên cứu trong lĩnh vực điện tử. Nó cung cấp cho học viên những kiến thức và kỹ năng cần thiết. Trong khóa học này, sinh viên sẽ học về các phương pháp cơ bản để thiết kế, vận hành và bảo trì các hệ thống điện tử, bao gồm các phần cứng, phần mềm và các linh kiện điện tử. Các chủ đề sẽ được trình bày dưới hình thức lý thuyết và thực hành, giúp các sinh viên có cơ hội tiếp cận với các thiết bị điện tử thực tế và các công nghệ tiên tiến. - Đối tượng: Áp dụng cho học sinh trình độ trung cấp nghề Hàn. + kiến thức: A1. Trình bày được các tiêu chuẩn hình thành bản vẽ kỹ thuật; A2. Trình bày được các nội dung cơ bản của hình học hoạ hình; + kỹ năng: B1. Rèn luyện kỹ năng các phương pháp vẽ cơ bản B2. Vẽ và đọc được các dạng sơ đồ điện như: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ lắp đặt, sơ đồ nối dây, sơ đồ đơn tuyến... + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Chủ động, nghiêm túc trong học tập và công việc. 6
C2. Giữ gìn vệ sinh công nghiệp, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. 1. Chương trình khung nghề Hàn. MÃ Thời gian đào tạo (giờ) MH, MĐ Tên môn học, mô đun Trong đó Tín Tổng chỉ số Lý Thực Kiểm thuyết hành tra I Các môn học chung 12 255 94 148 13 MH 01 Chính trị 2 30 15 13 2 MH 02 Pháp luật 1 15 9 5 1 MH 03 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 2 MH 04 Giáo dục quốc phòng - An ninh 2 45 21 21 3 MH 05 Tin học 2 45 15 29 1 MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) 4 90 30 56 4 II Các môn học, mô đun chuyên 66 1650 468 1047 135 môn ngành, nghề MH 07 Vẽ kỹ thuật cơ khí 4 60 20 35 5 Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ MH 08 3 45 24 14 7 thuật MH 09 Vật liệu cơ khí 3 45 25 13 7 MH 10 Cơ kỹ thuật 4 60 40 12 8 Kỹ thuật điện – Điện tử công MH 11 3 45 27 11 7 nghiệp MH 12 Kỹ thuật an toàn và bảo hộ lao động 2 30 13 11 6 MH 13 Quy trình hàn 5 75 30 41 4 Kiểm tra và đánh giá chất lượng MĐ 14 2 60 20 36 4 mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế MĐ 15 Chế tạo phôi hàn 4 90 20 62 8 MĐ 16 Gá lắp kết cấu hàn 2 60 15 38 7 MĐ 17 Hàn hồ quang tay cơ bản 8 240 64 162 14 MĐ 18 Hàn hồ quang tay nâng cao 6 180 20 151 9 MĐ 19 Hàn khí 2 60 15 41 4 MĐ 20 Hàn MIG/MAG cơ bản 4 120 21 90 9 MĐ 21 Hàn TIG cơ bản 3 90 18 64 8 MĐ 22 Hàn ống 4 120 19 90 11 7
Hàn hồ quang dây lõi thuốc MĐ 23 3 90 24 58 8 (FCAW) cơ bản MĐ24 Thực tập sản xuất 4 180 53 118 9 Tổng số: 78 1905 562 1195 148 2. Chương trình chi tiết môn học: Thời gian Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành, thí tra* Số Tên chương mục nghiệm, (LT TT thảo hoặc luận, bài TH) tập 1 Mở đầu. 1 1 0 0 2 Chương1: Khái niệm về dòng điện, các định luật cơ bản để giải 5 4 1 0 mạch điện xoay chiều một pha. 1. Khái niệm về dòng điện một chiều, xoay chiều. 1 1 0 2. Các đại lượng đặc trưng cho mạch điện. 1 1 0 0 3. Định luật Ôm và các đại lượng đặc trưng. 1 1 0 4. Giải các mạch điện xoay chiều một pha bằng định luật 2 1 1 Ôm. 3 Chương2:Mạch điện xoay chiều 3 5 4 1 0 pha. 1. Khái niệm chung về mạch 1 1 0 0 điện xoay chiều 3 pha. 2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc 2 2 0 0 của máy phát điện một chiều. 3. Động cơ điện một chiều. 2 1 1 0 4 Chương3:Máy phát điện một 7 4 2 1 chiều 1. Khái niệm chung về máy 1 1 0 0 phát điện một chiều 2. Các đại lượng đặc trưng cho 3 2 1 0 dòng điện một chiều, xoay chiều. 3. Giải các mạch điện xoay 3 2 1 1 chiều 3 pha đối xứng. 8
5 Chương4:Máy phát điện xoay 5 3 2 0 chiều. 1. Khái niệm chung về máy 1 1 0 0 phát điện xoay chiều 3 pha. 2. Động cơ điện xoay chiều. 2 1 1 0 3. Phương pháp khởi động, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc 2 1 1 0 độ. 6 Chương5:Máy biến áp. 7 4 2 1 1. Khái niệm chung về máy 1 1 0 0 biến áp. 2. Các định luật cảm ứng điện 2 2 0 0 từ. 3. Các loại máy biến áp. 4 1 2 1 7 Chương6:Điện tử công nghiệp. 5 4 1 0 1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại linh kiện điện 2 2 0 0 tử. 2. Công dụng của các loại linh 3 2 1 0 kiện điện tử, phạm vi ứng dụng. 8 Chương7:Các thiết bị chỉnh lưu. 6 3 2 1 1. Khái niệm chung về các 1 1 0 loại chỉnh lưu. 2. Chỉnh lưu một pha. 2 1 1 0 3. Chỉnh lưu ba pha. 3 1 1 1 9 Kiểm tra kết thúc 4 4 Cộng 45 27 11 7 + Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành và được tính vào giờ thực hành. 3. Điều kiện thực hiện môn học: 3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2. Trang thiết bị dạy học:,máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ.... 3.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình thực hành, bộ dụng cụ nghề điện, điện tử, hàn … 3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các mạch điện tử công suất trong nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. 4. Nội dung và phương pháp đánh giá: 4.1. Nội dung: 9
- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 4.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 4.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 4.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột điểm kiểm tra Thường Viết/ Tự luận/ A1, C1, C2 1 Sau 5 giờ. xuyên Thuyết trình Trắc nghiệm/ Báo cáo Định kỳ Viết và Tự luận/ A2, B1, C1, C2 7 Sau 12 thực hành Trắc nghiệm/ giờ thực hành Kết thúc môn Vấn đáp và Vấn đáp và A1, A2, A3, B1, 1 Sau 45 học thực hành thực hành B2, C1, C2, giờ trên mô hình 4.2.3. Cách tính điểm 10
- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo 5. Hướng dẫn thực hiện môn học 5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp nghề Hàn 5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 5.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm…. * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra. - Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học. - Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả - Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. 11
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc môn học. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 6. Tài liệu tham khảo: [1] . Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh- Kỹ thuật điện (lý thuyết và 100 bài giải)- [2] . NXBKHKT 1995. [3] . Hoàng Hữu Thận-Đo lường máy điện và khí cụ điện - NXBKHKT 1982 [4] . Trần Minh Sở- Kỹ thuật điện - NXBGD 2001. [5] . Đỗ Xuân Thụ- Kỹ thuật điện tử- NXBGD 2004. Bài 1:Khái niệm về dòng điện, Các định luật cơ bản để giải mạch điện xoay chiều một pha Mã bài: MH 11-01 Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm về dòng điện một chiều, xoay chiều, định luật ôm và các đại lượng đặc trưng. - Giải đúng các bài toán mạch điện xoay chiều một pha bằng định luật ôm. - Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập. Nội dung: Ạ Ạ Ạ .Khái niệm về dòng điện một chiều, xoay chiều. 1.1. Khái niệm và nguyên lý sản sinh ra dòng điện 1 chiều 1.1.1. Khái niệm Mạch điện gồm các thiết bị điện ghép lại với nhau tạo thành vòng kín nhờ các dây dẫn Các phần tử chính của mạch điện: - Nguồn điện: là các thiết bị điện phát ra năng lượng để cấp cho các thiết bị khác trong mạch Một số nguồn điện dân dụng cơ bản: pin, ắcquy, máy phát điện ... - Phụ tải: là các thiết bị tiêu thụ điện năng Một số loại thiết bị tiêu thụ điện: quạt, bàn là, đèn ... 12
- Dây dẫn: nối nguồn với phụ tải hoặc các tải với nhau *) Cấu trúc của mạch điện - Nhánh: là một đoạn mạch gồm các phần tử ghép nối tiếp với nhau, trong đó có cùng một dòng điện chạy qua - Nút: là chỗ gặp nhau của các nhánh (từ 3 nhánh trở lên) - Mạch vòng: là một lối đi khép kín qua các nhánh Từ sơ đồ trên hình vẽ ta thấy: - Số nhánh của mạch điện là 3(m= 3) - Số điểm nút của mạch điện là 2 (n=2 ) - Số vòng của mạch điện là 3 1.1.2. Nguyên lý sản sinh ra dòng điện một chiều Nguồn điện là thiết bị duy trì dòng điện trong đoạn mạch, muốn vậy ta cần duy trì điện áp ở hai đầu nguồn điện Nguồn điện nào cũng có hai cực, là cực dương (+) và cực âm (-), giữa hai cực đó luôn có một hiệu điện thế được duy trì. Để tạo ra các điện cực như vậy trong nguồn điện phải có lực thực hiện công để tách các electron ra khỏi các phần tử trung hòa rồi chuyển các electron hoặc các iôn dương được tạo thành như thế ra khỏi mỗi cực Khi nối hai cực của nguồn điện bằng một vật dẫn, tạo thành mạch kín thì trong mạch đó có dòng điện 1.2. Các khái niệm cơ bản về dòng điện xoay chiều 13
1.2.1 Định nghĩa và sự sản sinh ra sức điện động xoay chiều hình sin. Hiện nay ở nước ta nguồn điện xoay chiều thường được tạo ra từ các nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện trên cả nước, trong đó nhà máy thuỷ điện đóng một vai trò rất lớn đối với nền kinh tế quốc dân. Mạch điện xoay chiều hình sin một pha là mạch điện trong đó có một hoặc một số nguồn điện xoay chiều có cùng tần số và góc pha ban đầu. Dòng điện xoay chiều thường biến đổi tuần hoàn, nghĩa là sau một khoảng thời gian nhất định nó sẽ lặp lại quá trình biến thiên như cũ, quá trình biến thiên này theo hàm số sin được gọi là dòng điện xoay chiều hình sin. Như vậy: Dòng điện xoay chiều hình sin là dòng điện có chiều và trị số thay đổi theo thời gian, theo quy luật hàm số sin nhưng vẫn giữ nguyên tần số. 1.2.2 Cách tạo ra dòng điện xoay chiều a. Nguyên lí máy phát điện xoay chiều một pha Cấu tạo: Gồm phần cảm là nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện, phần ứng là khung dây thống vòng tiếp xúc chổi than Nguyên lí làm việc +) Cho khung dây ( a, b, c, d) quay trong từ trường, lúc đó trong khung dây xuất hiện suất điện động cảm ứng ( theo định nghĩa cảm ứng điện từ ), chiều của sức điện động này xác định theo quy tắc bàn tay phải ( như hình vẽ). Nếu nối tải ta có dòng điện + Nếu quay khung dây 1800 thì sức điện động trong khung dây đổi chiều dòng điện qua phụ tải cũng đổi chiều Kết luận: Với nguyên lí làm việc trên dòng điên qua phụ tải là dòng điện xoay chiều b. Thành lập biểu thức sức điện động xoay chiều Cách thành lập Sức điện động hình sin được tạo ra trong một máy phát điện xoay chiều một pha kí hiệu la E. Để tính toán sức điện động này ta giả thiết như sau: + Hệ thống cực từ ở phần cảm được chế tạo sao cho cảm ứng từ B phân bố theo quy luật hình sin Biểu thức: B = Bm . sin® t + Khi máy phát điện làm việc khung dây quay với vận tốc V ta có biểu thức: e = 2 Bm. l. sin® t. Nếu khung dây quay với w vòng thì 14
e = 2 Bm. l. w.sin® t.^ e = Em sin®t. Như vậy nếu phần cảm B biến thiên theo quy luật hàm số sin thì 2 đầu khung dây cũng được một sức điện động biến thiên theo quy luật hàm số sin Biểu diễn bằng đồ thị Để biểu diễn hàm số sức điện động bằng đồ thị ta xét một số giá trị tại các thời điểm đặc biệt ®t — 0 —— 6t — 0 _ _ n ®t — — et — Em 2 t m ®t — n — e t — 0 ® — 3^ e — - E ®t — — t m 2 at = 2.n ^ et = 0 Đồ thị trên trên được gọi là đồ thị dạng sóng 15
UR 2. Các đại lượng đặc trưng cho mạch điện. 2.1. Dòng điện Dòng điện i có trị số bằng tốc độ biến thiên của điện lượng Q qua tiết diện ngang của vât dẫn I = — đơn vị là Ampe, A dt 0 (.-)-=> I < ---------- Ị Người ta quy định chiều của dòng điện chạy trong vât dẫn ngược chiều với chiều chuyển động của điện tử (hình vẽ) 2.2. Điện áp Tại mỗi điểm trong mạch điện có một điện thế ẹ. Hiệu diện giữa hai điểm gọi là điện áp U, đơn vị vôn, V A B •- > UA Điện áp giữa hai điểm A và B trên hình vẽ là: U AB = V A -Ọ B Chiều điện áp quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp Điện áp giữa hai cực của nguồn điện khi hở mạch ngoài (dòng điện I = 0) được gọi là sức điện động E 3. Công suất. Công suất của nguồn sức điện động là: P = E.I Công suất của mạch ngoài là: P = U.I Đơn vị công suất là óat, W . Sức điện động E Sức điện động E là phần tử lí tưởng, có trị số bằng điện áp U đo được giữa hai cực của guồn khi hở mạch ngoài. Chiều của sức điện động quy ước từ điện thế thấp đến điện thế cao ( từ cực âm tới cực dường ) 16
Kí hiệu nguồn sức điện động Chiều của điện áp quy ước từ điện thế cao đến điện thế thấp, do đó nếu theo hình vẽ thì ta có: U=E 4. Định luật Ôm và các đại lượng đặc trưng. * Định luật Ôm cho đoạn mạch Cho đoạn mạch như hình vẽ 1 A z3 B U Ta có R là điện trở của vật dẫn, I là cường độ dòng điện, U là hiệu điện thế Nếu hai đầu vật dẫn có một hiệu điện thế thì có dòng điện chạy qua vật dẫn. Cường độ dòng điện I trong vật dẫn phụ thuộc vào hiệu điện thế 2 đầu vật dẫn đó Định luật : Cường độ dòng điện chạy qua một đoạn mạch tỉ lệ thuận với điện áp ở 2 đầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở trên đoạn mạch đó * Định luật Ôm cho đoạn mạch khép kín Mạch điện kín đơn giản nhất gồm một nguồn điện (pin, ắcquy hoặc máy phát điện) và một điện trở R, là diện trở tương đương của mạch ngoài bao gồm các vật dẫn nối liề hai cực của nguồn điện gọi là điện trở ngoài. Nguồn điện có suất điện động E và điện trở trong r Định luật Ôm đối với toàn mạch được phát biểu như sau: Cường độ dòng điện trong mạch tỉ lệ thuận với sức điện động của nguồn và tỉ lệ nghịch với tổng trở của mạch Biểu thức: E I ( r là điện trở trong của nguồn điện) R+ E với R I = rR+r+ d Rd Nếu kể đến đến điện trở dây thì dòng điện p điện trở suất của vật dẫn Chú ý: Hiện tượng đoản mạch: Nếu điện trở mạch ngoài không đáng kể R « 0 thì theo công thức trên cường độ dòng điện sẽ lớn nhất và chỉ phụ thuộc vào sức điện động E và r của nguồn điện: I = EE r 1 = - (A) R Công thức trên có thể viết dưới dạng: R =U / I (Q) Định luật này giúp ta xác định điện trở R của một vật dẫn nếu biết cường độ dòng điện I đi qua vật dẫn, khi hiệu điện thế ở hai đầu vật dẫn là U 17
Ta nói nguồn điện bị đoản mạch * Định luật Ôm với mạch có chứa nguồn Xét nhánh mạch có E và R như hình vẽ U4 Ui U2 U3 o -o U Biểu thức tính điện áp U: U = Ul + U 2 + U 3 + U 4 = Rl.1 - E1 + R2I - E2 = (R1 + R2)I - (E1 + E2) Vậy: U = (X R).I-Z E Từ đây ta có biểu thức để tính cường độ dòng điện: U +ỵ E XR . „ 5. Giải các mạch điện xoay chiều một pha bằng định luật Ôm. 5.1 Mạch điện thuần điện trở Mạch điện xoay chiều thuần trở là mạch điện mà phụ tải của nó là các điện trở thuần tuý (hay điện trở lí tưởng ) Giả sử ta đặt vào 2 đầu đoạn mạch 1 điện áp có phương trình: U = Umax. sin( C t + ọ u ) thì trong mạch cũng có dòng điện xoay chiều có dạng I = Imax. sin( C t + ọi) m- U R Vậy theo định luật Ôm ta có I = U / R Um. sin(c + O) R ^ i = Imax. sin( C t + ọ ) 18
Kết luận: Trong mạch điện xoay chiều thuần trở thì điện áp và dòng điện cùng pha nhau và có trị số U R = I. R. Như vậy điện năng trên biến trở biến thành nhiệt năng và công suất tiêu thụ trênn điện trở đựơc gọi là công suất tác dụng P = U. I = 12. R (W) 5.2 Mạch điện thuần điện cảm Định nghĩa Mạch điện xoay chiều thuần cảm là mạch điện duy nhất chỉ có một điện cảm L thuần tuý, còn các thành phần khác R và C coi như bằng 0 Tính chất *Ta xét mạch điện có L : Giả sử đặt vào 2 đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có phương trình U = Umax.sin (ct + ọ + 900) thì trong mạch có dòng điện xoay chiều có phương trình I= Imax.sin (ct + ọi) và lúc này dòng điện biến thiên qua cuộn dây L lại xuất hiện sức điện động cảm ứng Ai _ T Am.sinat 'T T _ LT -T e L = —- = - L. —^------ . Vậy ta có U + I = I L g At At Theo định luật kiếchôp2 cho mạch kín thì U + E = 0 ^ U = E Kết luận: Trong mạch thuần cảm thì điện áp của nguồn luôn luôn cân bằng với sức điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây, nghĩa là về trị số bằng nhau nhưng đối pha nhau * Quan hệ U,I Điện áp vượt pha so với dòng điện một góc n / 2 Về trị số: U, = I. X, Vậy X, = a . L = 2.n.f, L iì 19
I n/2 —► 0 t 5.3 Mạch điện thuần điện dung * Đối với mạch điện xoay chiều thuần dung Với dòng một chiều chỉ bỏ qua tụ lúc nạp và phóng, ở mạch xoay chiều dòng điện tồn tại lâu dài, vì mạch chưa có tụ điện nên toàn bộ điện áp của nguồn được đặt vào tụ Utụ = U Ở 1/4 chu kì đầu tiên của điện áp trị số tăng từ 0 đến giá trị cực đại (+), tụ điện bắt đầu nạp điện, điên áp trên tụ tăng dần, dòng điện giảm dần từ cực đại về 0, i = e = d v /d T Như vậy, đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của tụ điện được gọi là dung kháng. Điện dung lớn thì sự cản trở nhỏ và ngược lại điện dung nhỏ thì có sự cản trở lớn Xc=—=— o.c 2—.l.c Khi tần số tăng,dung kháng giảm dung lượng tăng Nếu U = Umax.sin(ot + ọ) ^ i = e. d v / d = e.Umax.sinot i(+) = e.o. U.sin(coi + — ) =Imax.sin (ot + — ) Trong đó: I m ax= a , ..C ^ I m = U m ax/ X c = U m U, x o ax.1/o..C *Kết luận: Trong mạch điện xoay chiều thuần dung dòng điện nhanh pha hơn điện áp 1 góc 90 0 Công suất trên mạch thuần dung là quá trình biến đổi năng lượng giữa nguồn với tụ điện dưới dạng năng lượng điện trường được gọi là công suất phản kháng Kí hiệu Q c, Qc= I 2 . X c = I c . U c ^ I c = -X - X c 20