Xem mẫu

  1. UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: ĐIỆN KỸ THUẬT NGÀNH, NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số: 257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 7 năm 2017 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 1
  2. 2
  3. 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. 3
  4. LỜI GIỚI THIỆU thu t điện là một trong những môn học c s c a nghề Điện tử công nghiệp đã được biên soạn d a th o chư ng trình khung đã y d ng và ban hành năm 20 c a trư ng Cao đ ng nghề Đồng Tháp trước đ y dành cho nghề Điện tử công nghiệp hệ Cao đ ng và Trung cấp. Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học t p, giảng dạy trình độ Cao đ ng nên tài liệu đã được y d ng m c độ đ n giản và d hiểu, trong m i bài học đều có thí dụ và bài t p tư ng ng để áp dụng và làm sáng t ph n l thuyết. hi biên soạn, ngư i viết đã d a trên kinh nghiệm th c tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình hiện có và c p nh t những kiến th c mới có liên quan để phù hợp với nội dung chư ng trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu c u th c tế. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng th i gian đào tạo 45 tiết gồm có: Chư ng MH09-01: Các khái niệm c bản về mạch điện. Chư ng 2 MH09-02: Mạch điện một chiều Chư ng 3 MH09-03: Từ trư ng và cảm ng điện từ Chư ng 4 MH09-04: Dòng điện oay chiều hình sin Chư ng 5 MH09-05: Mạch điện phi tuyến Giáo trình c ng là tài liệu tham khảo t t cho các nghề Công nghệ k thu t Điện – Điện tử, Điện tử d n dụng, Điện công nghiệp, thu t máy lạnh ĐH . Mặc dù đã c gắng t ch c biên soạn để đáp ng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những thiếu sót. Rất mong nh n được s đóng góp kiến c a u th y, cô, các bạn sinh viên để l n tái bản sau sẽ điều ch nh hoàn thiện h n. Đồng Tháp, ngày tháng 10 năm 2017 Tham gia biên soạn Phạm Bảo Nhân 1
  5. MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN…………………………………………………………1 Chư ng . CÁC HÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN. 6 1.1. Mạch điện và mô hình .............................................................................. 6 1.1.1. Mạch điện ......................................................................................... 6 1.1.2. Các hiện tượng điện từ ..................................................................... 6 1.1.3. Mô hình mạch điện .......................................................................... 7 1.2. Các khái niệm c bản trong mạch điện .................................................... 9 1.3. Các phép biến đ i tư ng đư ng ............................................................. 10 1.3.1. Biến đ i điện tr n i tiếp, song song ............................................. 10 1.3.2. Biến đ i nguồn ............................................................................... 11 1.3.3. Phép biến đ i sao - tam giác .......................................................... 11 Chư ng 2. MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 14 2.1 Các định lu t và biểu th c c bản trong mạch điện một chiều .............. 16 2.1.1 Định lu t Ohm ................................................................................ 16 2.1.2 Công suất và điện năng trong mạch điện một chiều ...................... 17 2.1.3 Định lu t Joul -Lenz ...................................................................... 17 2.1.2.1 Định lu t Joul _L nz dạng thư ng .............................................. 17 2.1.2.2 Định lu t Joul _L nz dạng vi ph n .............................................. 18 2.1.4 Định lu t Faraday......................................................................... 18 2.1.5 Hiện tượng nhiệt điện (Ứng dụng c a hiện tượng nhiệt điện) ....... 19 2.1.6 Định lu t irchhoff ( ) ............................................................ 20 2.1.7 Định lu t irchhoff 2 ( 2) ............................................................ 20 2.2 Các phư ng pháp giải mạch điện một chiều .................................. 21 2.2.1. Phư ng pháp biến đ i điện tr ....................................................... 21 2.2.2. Phư ng pháp ếp chồng ................................................................. 21 2.2.3. Phư ng pháp ng dụng định lu t irchhoff .................................. 22 2.2.4. Phư ng pháp dòng điện nhánh....................................................... 23 2.2.5. Phư ng pháp dòng điện mạch vòng ............................................... 24 2.2.6. Phư ng pháp điện áp nút............................................................... 25 2.2.7. Phép biến đ i mạng một cửa (hai c c) không nguồn .................... 27 2.2.8. Phép biển đ i Th v nin – Norton .................................................. 28 Chư ng 3. TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 37 3.1. Đại cư ng về từ trư ng........................................................................... 37 3.2. Từ trư ng c a dòng điện ........................................................................ 38 3.3 Các đại lượng đặc trưng c a từ trư ng ................................................... 39 3.4. L c từ............................................................................................40 2
  6. 3.5. Hiện tượng cảm ng điện từ............................................................42 3.6 Hiện tượng t cảm và h cảm............................................................45 Chư ng 4. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 51 4.1. hái niệm về dòng điện oay chiều ....................................................... 51 4.2. Giải mạch điện oay chiều không ph n nhánh....................................... 55 4.3. Mạch oay chiều 3 pha ........................................................................... 72 4.4. Giải mạch oay chiều ph n nhánh.......................................................... 81 Chư ng 5. MẠCH ĐIỆN PHI TUYẾN 109 5.1 Mạch điện phi tuyến....................................................................................108 5.2. Mạch điện có dòng điện không sin.....................................................112 5.3. Mạch lọc điện....................................................................................114 3
  7. GIÁO TRÌNH MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số môn học: MH 09 I.Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: Môn học được b trí sau khi học sinh học ong các môn học chung, trước các mô đun nghề. Đ y là môn học l thuyết c s giúp cho học sinh có khái niệm ban đ u về chuyên ngành điện và điện tử. Môn học cung cấp những kiến th c c bản về các bộ ph n cấu thành mạch điện một chiều và oay chiều, những phư ng pháp biểu di n và giải mạch điện từ đ n giản đến ph c tạp bằng các phư ng pháp khác nhau d a trên những c s l thuyết khác nhau. Học t t môn học này, học sinh sẽ có c s để tiếp thu t t h n các môn học c s và chuyên ngành khác c a chư ng trình đào tạo chuyên ngành điện tử công nghiệp. I. Vị trí, tính chất của môn học: - Vị trí: Là môn học c s được b trí dạy ngay từ đ u khóa học, trước khi học các môn chuyên môn. - Tính chất: Là môn học bắt buộc II. Mục tiêu môn học: - Về kiến th c: + Trình bày được định lu t c bản về điện học, ng dụng trong k thu t điện. + Trình bày được khái niệm c bản về điện áp, dòng điện một chiều, oay chiều, các định lu t c bản trong mạch điện một chiều và oay chiều. + Trình bày được các khái niệm c bản về từ trư ng, v t liệu từ, các m i liên hệ giữa từ trư ng và các đại lượng điện, ng dụng các mạch từ trong k thu t. - k năng: + V n dụng được các biểu th c để tính toán các thông s k thu t trong mạch điện một chiều, oay chiều, mạch ba pha trạng thái ác l p. + Ph n tích được s đồ mạch đ n giản, biến đ i được mạch ph c tạp thành các mạch điện đ n giản - Về năng l c t ch và trách nhiệm: + Có năng l c đánh giá kết quả học t p và nghiên c u c a mình + T học t p, tích l y kiến th c, kinh nghiệm để n ng cao trình độ chuyên môn + Sinh viên có thái độ nghiêm túc, t m , chính ác trong học t p III. Nội dung môn học: 1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian: 1
  8. Thời gian (giờ) Tổng Lý Thực hành, Kiểm Số Tên chương, mục số thuyết thí nghiệm, tra(thường TT thảo luận, bài xuyên tập định kỳ ) 1 Chương 1: Các khái niệm cơ bản 4 3 1 về mạch điện. . Mạch điện và mô hình: 2. Các khái niệm c bản trong mạch điện: 3. Các phép biến đ i tư ng đư ng: 2 Chương 2: Mạch điện một 16 14 2 chiều . hái niệm về mạch điện một chiều. 2. Mô hình mạch điện. 3. Các định lu t và biểu th c c bản trong mạch điện một chiều. 4. Các phư ng pháp giải mạch điện một chiều. 3 Chương 3: Từ trường và cảm 6 5 1 ứng điện từ . Đại cư ng về từ trư ng. 2. Từ trư ng c a dòng điện. 3. Các đại lượng đặc trưng c a từ trư ng. 4. L c từ. 5. Hiện tượng cảm ng điện từ 6. Hiện tượng t cảm và h cảm iểm tra 1 1 4 Chương 4: Dòng điện xoay 7 6 1 chiều hình sin . hái niệm về dòng điện oay 2
  9. chiều 2.Giải mạch oay chiều không phân nhánh 3.Mạch oay chiều 3 pha 4. Giải mạch oay chiều ph n nhánh 5. Ứng dụng c a mạch điện oay chiều trong công nghiệp iểm tra 1 1 5 Chương 5: Mạch điện phi 8 7 1 tuyến . Mạch điện phi tuyến 2. Mạch điện có dòng điện không sin 3. Mạch lọc điện Ôn t p 1 1 Thi kết thúc môn 1 1 Cộng 45 37 6 2 3
  10. 4
  11. GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã môn học: MH09 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: - Vị trí: Môn học k thu t điện được b trí học trước các môn học, mô đun MĐ ; MĐ 2; MĐ 3; MĐ 4. - Tính chất: Là môn học k thu t c s bắt buộc, làm nền tảng cho các môn học: MĐ ; MĐ 2; MĐ 3 . - Ý nghĩa và vai trò c a môn học/mô đun: Trang bị kiến th c c bản về mạch điện, điện trư ng, cảm ng điện từ, điện tích; là c s để học và nghiên c u các môn học chuyên môn khác. Mục tiêu của môn học/mô đun: - iến th c : + Phát biểu được các khái niệm, định lu t, định l c bản trong mạch điện một chiều, oay chiều, mạch ba pha. + Giải thích được một s ng dụng đặc trưng th o quan điểm c a k thu t điện. - năng : + Tính toán được các thông s k thu t trong mạch điện một chiều, oay chiều, mạch ba pha trạng thái ác l p. + V n dụng các phư ng pháp ph n tích, biến đ i mạch để giải các bài toán về mạch điện hợp l . - Năng l c t ch và trách nhiệm: + R n luyện tính t m , c n th n, chính ác, v n dụng được vào th c ti n. + Ch động và tích c c th c hiện nhiệm vụ trong quá trình học t p, th c hiện nội quy an toàn và vệ sinh công nghiệp. Nội dung của môn học/mô đun: 5
  12. Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN. Mã chương: MH 09 - 01 Giới thiệu: - Ph n tích được nhiệm vụ, vai trò c a các ph n tử cấu thành mạch điện như: nguồn điện, d y dẫn, phụ tải, thiết bị đo lư ng, đóng cắt... - Giải thích được cách y d ng mô hình mạch điện, các ph n tử chính trong mạch điện. - Ph n tích và giải thích được các khái niệm c bản trong mạch điện, hiểu và v n dụng được các biểu th c tính toán c bản. - Ph n biệt được ph n tử l tư ng và ph n tử th c. - R n luyện tính c n th n, t m trong tính toán. Nội dung chính: 1.1. Mạch điện và mô hình 1.1.1. Mạch điện o Mạch điện: là một hệ gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại thành vòng kín có dòng điện, trong đó ảy ra các quá trình truyền đạt, biến đ i năng lượng M i ph n tử trong mạch th c hiện một ch c năng ác định gọi là ph n tử mạch điện. Có 2 loại ph n tử chính là nguồn và phụ tải. o Nguồn điện: là thiết bị tạo ra điện năng. Về nguyên l , nguồn điện là thiết bị biến đ i các dạng năng lượng như c năng, hóa năng, nhiệt năng,… thành điện năng. Ví dụ: Máy phát điện, ắc quy, pin mặt tr i … o Phụ tải: là các thiết bị tiêu thụ năng lượng và biến đ i điện năng thành các dạng năng lượng khác như c năng, nhiệt năng, quang năng, …. Ví dụ: động c điện, bếp điện, đ n điện… - C c c a ph n tử điện là các đ u ra. Ph n tử có thể 2 c c, 3 c c, 4 c c, … - Trên các c c c a ph n tử có dòng điện, điện áp và công suất. 1.1.2. Các hiện tượng điện từ Các hiện tượng điện từ c a thiết bị điện gồm rất nhiều như: tiêu tán, phóng thích, tạo sóng, tạo ung, phát c năng, khuếch đại, ch nh lưu…. Tuy nhiên, ét về th c ti n có thể ph n tích mọi quá trình trao đ i năng lượng thành nhóm các hiện tượng c bản sau đ y: - Hiện tượng tiêu tán năng lượng ng với vùng tiêu tán là vùng biến năng lượng điện 6
  13. từ thành các dạng năng lượng khác như: c năng, nhiệt năng… (t c là vùng tiêu thụ mất năng lượng c a trư ng điện từ). - Hiện tượng phát ng với vùng (nguồn) phát là vùng biến các dạng năng lượng khác thành năng lượng điện từ. - Hiện tượng tích phóng năng lượng điện trư ng là vùng năng lượng điện từ t p trung vào vùng điện trư ng c a một không gian như các bản c c tụ điện, cuộn d y… . 1.1.3. Mô hình mạch điện Mô hình mạch dùng trong l thuyết mạch điện, được y d ng từ các ph n tử mạch l tư ng sau đ y: o Phần tử điện trở R: Là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng điện từ. Công suất tiêu tán P = RI2 Hình 1 - 1. - hiệu ph n tử điện tr R (hình -1) - Với quan hệ u = Ri(V) - Đ n vị điện tr R là Ohm[  ] o Phần tử điện cảm L: là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng từ trư ng. Hình 1 - 2. - Năng lượng từ trư ng: W  1/ 2* Li 2 - hiệu ph n tử điện cảm L (hình -2). - L là thông s c bản c a mạch điện đặc trưng cho hiện tượng phong tích năng lượng trư ng từ, được gọi là điện cảm. - Đ n vị điện cảm L là H nry [H] o Phần tử điện dung C: là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng điện trư ng. - hiệu ph n tử điện dung C(hình -3). Hình 1 - 3. - Năng lượng điện trư ng: W  1/ 2 * CU 2 . - Đ n vị điện dung C là Fara [F] o Phần tử nguồn độc lập: Là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng nguồn, ph n tử nguồn gồm hai loại: 7
  14. Ph n tử nguồn áp (t) Hình 1 - 4. - hiệu ph n tử nguồn áp (hình -4) - Với quan hệ u(t) = (t), trong đó (t) không phụ thuộc dòng điện i(t) chảy qua ph n tử và được gọi là s c điện động. o Ph n tử nguồn dòng j(t) - hiệu ph n tử nguồn dòng (hình 1-5) Hình 1 - 5. - Với quan hệ i(t) = j(t), trong đó j(t) không phụ thuộc điện áp u(t) đặt trên 2 c c c a ph n tử - (t) và j(t) là hai thông s c bản c a mạch điện đặt trưng cho hiện tượng nguồn, do có khả năng phát c a nguồn. o Phần tử nguồn phụ thuộc: là ph n tử nguồn mà chúng phụ thuộc vào dòng điện hay điện áp nào đó c a mạch. Ph n tử nguồn áp phụ thuộc áp: (hình -6a) (VCVS – Voltage Controlled Voltage source). - Nguồn áp u2 phụ thuộc vào u1 c a mạch. - Với u2 =  u1;  : không th nguyên Ph n tử nguồn áp phụ thuộc dòng: (hình -6b) (CCVS – Current Controlled Voltage source) - Nguồn áp u2 phụ thuộc vào dòng i1c a mạch. - Với u2 = r.i1; r: th nguyên  (Ohm) Ph n tử nguồn dòng phụ thuộc áp: (hình -6c) (VCCS – Voltage Controlled Current source) - Ph n tử nguồn dòng phụ thuộc này phát ra dòng điện i2 phụ thuộc vào điện áp u th o hệ th c Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào u1 c a mạch. - Với i2=gu : g th nguyên S(Si m n) hay  1 Ph n tử nguồn dòng phụ thuộc dòng:(hình -6d) (CCVS – Current Controlled Current source) - Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào dòng i1 c a mạch. - Với i2 =  i1:  không th nguyên. 8
  15. Hình 1 - 6. 1.2. Các khái niệm cơ bản trong mạch điện Cư ng độ dòng điện - Dòng điện: là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng. - Chiều dòng điện là chiều chuyển động dòng điện tích dư ng. - Cư ng độ dòng điện: (gọi tắt là dòng điện) là lượng điện tích chuyển qua một bề mặt nào đó (tiết diện ngang c a d y dẫn) trong một đ n vị th i gian. - Đ n vị cư ng độ dòng điện là Amp r (A). - hiệu: i - Trong tính toán i là đại lượng đại s k m th o chiều dư ng qui ước. - Sau khi giải: o Nếu i dư ng: Chiều th c c a dòng điện trùng với chiều dư ng qui ước. o Nếu i m: Chiều ngược lại. Ví dụ: Dòng điện một chiều (DC) Dòng điện oay chiều (AC) Hình 1 - 7. Dạng tín hiệu dòng điện một chiều và oay chiều Điện áp - Là công sinh ra khi đ n vị điện tích dư ng dịch chuyển từ A đến B. - Với UAB = φA - φB; φA và φB là điện thế điểm A và B. - Đ n vị : Volt (V) - hiệu : U Trong tính toán điện áp U là lượng đại s th o chiều ác định, ví dụ UAB. Khi UAB > 0 thế A cao h n thế B và UAB < 0 thế B cao h n thế A. Ví dụ: Điện áp một chiều (DC) Điện áp oay chiều (AC) 9
  16. Hình 1 - 8. Dạng tín hiệu điện áp một chiều và oay chiều Công suất (P) Trong mạch điện, một nhánh, một ph n tử có thể nh n năng lượng hoặc phát năng lượng. hi chọn chiều dòng điện và điện áp trùng nhau, khi tính toán công suất P c a nhánh, ta có kết lu n sau về quá trình năng lượng c a nhánh. Ở th i điểm th i nào đó nếu : - P = u.i > 0 : nhánh phát năng lượng. - P= u.i < 0 : nhánh nh n năng lượng. hi dòng điện có đ n vị là Amp (A) và điện áp có đ n vị là Vôn (Volt: V) thì công suất có đ n vị là Watt(W). Ví dụ Công suất một chiều P = U.I Công suất oay chiều P = U.I.Cos 1.3. Các phép biến đổi tương đương 1.3.1. Biến đổi điện trở nối tiếp, song song o Điện tr ghép n i tiếp Hình 1 - 9. Điện tr ghép n i tiếp o Điện tr ghép song song Hình 1 - 10. Điện tr ghép song song 10
  17. 1.3.2. Biến đổi nguồn o Các nguồn áp n i tiếp Hình 1 - 11. Nguồn áp ghép n i tiếp Chọn chiều dư ng là chiều đi từ A đến B nên E1, E3 mang dấu “dư ng” (vì có chiều cùng với chiều dư ng đã chọn) và E2 có dấu “ m” (vì có chiều ngược với chiều dư ng đã chọn). Nếu chọn chiều “dư ng” là chiều ngược lại đi từ B đến A thì dấu c a E1, E3 và E2 là ngược lại. o Các nguồn dòng song song Hình 1 - 12. Nguồn dòng song song Do mạch tư ng đư ng sau khi biến đ i chọn chiều dòng điện là chiều hướng lên trên cùng chiều với J1 và J3 nên J1 và J3 có dấu “dư ng”. Ngược lại J2 có dấu “ m” 1.3.3. Phép biến đổi sao - tam giác 11
  18. Hình 1 - 13. S đồ sao và tam giác Ví dụ: Tìm dòng điện i(t) trong mạch c a hình sau: Hình 1 - 14. Bài giải: Biến đ i tam giác bcd thành hình sao Hình 1 - 15. Tiếp tục biến đ i tư ng đư ng ta được 12
  19. d e f g Hình 1 - 16. Từ hình (g) ta d dàng suy ra: Bài t p cu i chư ng : 1.1. Mạch điện là gì? Nguồn điện là gì? Tải là gị? Hãy cho ví dụ về nguồn điện và tải. 1.2. Cu ng độ dòng điện là gì? ui ước chiều dòng điện? Vẽ tín hiệu i(t) = 10 A, i(t)= 5Sin100t A? 1.3. Viết công th c biến đ i tư ng đư ng điện tr sao – tam giác? Tam giác – sao? 1.4. Có một dụng cụ nung nóng, khi điện áp c a lưới là 220V thì dòng chạy trong đó là 5A. Hãy tính năng lượng điện trong ngày đêm (24h). 1.5. Ba bóng đ n có điện tr R1 = 60 ; R2 = 120 ; R3 = 150 ; đấu song song, đặt vào điện áp U = 20V. Tính điện tr tư ng đư ng, dòng điện qua m i bóng trong mạch chính.  YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHƯƠNG 1 Nội dung: + Về kiến th c: + Các khái niệm c bản. - năng: + hả năng nh n ra bản chất mạch điện, tính toán các bài t p về dòng điện. 13
  20. - Năng l c t ch và trách nhiệm: + T m , c n th n, nghiêm túc trong th c hiện tính toán. 2. Phư ng pháp: + Được đánh giá bằng hình th c kiểm tra viết, trắc nghiệm th o các nội dung kiến th c: + iểm tra k năng th c hành bằng khả năng nh n ra bản chất mạch điện, tính toán các bài t p về dòng điện. Chương 2. MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Mã chương: MH 09 - 02 Giới thiệu: Trong th c tế mạch điện một chiều được ng dụng nhiều lĩnh v c điện, điện tử, dòng điện một chiều tư ng đ i n định và việc nghiên c u để giải mạch điện một chiều là c s để chuyển đ i và giải các mạch điện biến đ i khác về dạng mạch điện một chiều và các cách biến đ i, các phư ng pháp giải mạch điện một chiều được nghiên c u k . Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm về dòng điện một chiều, khái niệm về mạch điện - Giải thích được cách y d ng mô hình mạch điện, các ph n tử chính trong mạch điện. 14
nguon tai.lieu . vn