Giáo trình Điện kỹ thuật - Điện tử công nghiệp (Trình độ Cao đẳng)

sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Tiến bộ khoa học kỹ thuật đã từng ngày đổi mới các phần tử các mạch điều khiển trong từng máy riêng lẻ cũng như cơng nghệ sản xuất của nhiều lĩnh vực khác nhau. Điện tử cơng nghiệp ngày nay khơng chỉ bĩ hẹp trong lĩnh vực cơng nghiệp mà cịn cĩ mặt ở hầu hết các lĩnh vực kinh tế khác nhau, khi chúng ta phấn đấu xây dựng một nền kinh tế theo phương thức cơng nghiệp hĩa. Vì vậy giáo trình Điện tử cơng nghiệp là một nội dung học tập khơng thể thiếu của những ngành cĩ liên quan đến vận hành, quản lý, sửa chữa các máy mĩc, trang bị và dây chuyền cơng nghệ. Nội dung giáo trình gồm 6 chương Chương 1:Khái niệm về dịng điện, các định luật cơ bản để giải mạch điện xoay chiều một pha Chương 2:Mạch điện xoay chiều ba pha Chương 3:Máy phát điện một chiều Chương 4:Máy biến áp Chương 5:Điện tử cơng nghiệp Chương 6:Các thiết bị chỉnh lưu Nội dung của giáo trình khá rộng, vì vậy tùy theo yêu cầu ngành học mà cĩ thể đi sâu và chương này và cĩ thể tìm hiểu khái quát ở chương kia. Trong quá trình biên soạn bản thân tơi đã cố gắng trình bày các nội dung một cách đơn giản dễ hiểu nhất, để người đọc cĩ thể tự học. Giáo trình biên soạn cho đối tượng học sinh sinh viên học nghề tại các trường chuyên nghiệp. Trong quá trình biên soạn bản thân tơi cố gắng cập nhật những tiến bộ khoa học được áp dùng vào trong thực tế sản xuất và diễn đạt một cách đơn giản, dễ hiểu nhất. Tuy nhiên vẫn khơng tránh khỏi thiếu sĩt. Vì vậy rất mong sự đĩng gĩp của đồng nghiệp, bạn bè và các em học sinh sinh viên để giáo trình được hồn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn Lào Cai, ngày ..tháng ..năm 2017 Tác giả: Hồng Thị Kim Anh 3 MỤC LỤC Chương 1:Khái niệm về dịng điện, Các định luật cơ bản để giải mạch điện xoay chiều một pha.......................................................................6 1. Khái niệm về dịng điện một chiều, xoay chiều......................................................6 1.1 Khái niệm về dịng điện một chiều.........................................................................6 1.2 Khái niệm về dịng điện xoay chiều.......................................................................7 2. Các đại lượng đặc trưng cho mạch điện..................................................................9 2.1 Dịng điện... ........................................... ...........................................................9 2.2 Điện áp... ........................................... ..............................................................9 2.3 Chiều dương dịng điện và điện áp. ... ..............................................................9 3. Cơng suất... .......................................................... ................................................10 4. Định luật Ơm và các đại lượng đặc trưng... ..................................... ....................10. 1.1. Định luật Ơm.... .........................................................................................10 1.2. Các đại lượng cĩ trong định luật Ơm: I, R, U... ........................................10. 5. Giải các mạch điện xoay chiều một pha bằng định luật Ơm................................11 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 thơng 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 chiều. . ... ..... ...26 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 dịng điện một chiều, xoay chiều..............30 2.1. Sức điện động phần ứng...........................................................................30 4 2.2. Cơng suất điện từ...............................................................................30 2.3. Mơ men..............................................................................................31 3. Giải các mạch điện một chiều.................................................................31 Chương 4:Máy biến áp....... .......................34 1. Khái niệm chung về máy biến áp...................... .........................34 1.1. Định nghĩa.................................. ...................... ................... .......34 1.2. Các đại lượng định mức....................... ........................................34 1.3. Cơng 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 cơng nghiệp...................... ...41 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. Cơng 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....... ........ ....54 1. Khái niệm chung về các loại chỉnh lưu.....54 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 3.2. Nguyên tắc hoạt động............................................................................................59 6 Chương 1:Khái niệm về dịng điện, Các định luật cơ bản để giải mạch điện xoay chiều một pha Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm về dịng điện một chiều, xoay chiều, định luật ơm và các đại lượng đặc trưng. - Giải đúng các bài tốn mạch điện xoay chiều một pha bằng định luật ơm. - Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập. Nội dung: 1.Khái niệm về dịng điện một chiều, xoay chiều. 1.1. Khái niệm và nguyên lý sản sinh ra dịng điện 1 chiều 1.1.1. Khái niệm Mạch điện gồm các thiết bị điện ghép lại với nhau tạo thành vịng 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 ... - 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 đĩ cĩ cùng một dịng điện chạy qua - Nút: là chỗ gặp nhau của các nhánh (từ 3 nhánh trở lên) - Mạch vịng: là một lối đi khép kín qua các nhánh 7 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 vịng của mạch điện là 3 1.1.2. Nguyên lý sản sinh ra dịng điện một chiều Nguồn điện là thiết bị duy trì dịng điện trong đoạn mạch, muốn vậy ta cần duy trì điện áp ở hai đầu nguồn điện Nguồn điện nào cũng cĩ hai cực, là cực dương (+) và cực âm (-), giữa hai cực đĩ luơn cĩ một hiệu điện thế được duy trì. Để tạo ra các điện cực như vậy trong nguồn điện phải cĩ lực thực hiện cơng để tách các electron ra khỏi các phần tử trung hịa rồi chuyển các electron hoặc các iơn 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 đĩ cĩ dịng điện 1.2. Các khái niệm cơ bản về dịng điện xoay chiều 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 đĩ nhà máy thuỷ điện đĩng một vai trị rất lớn đối với nền kinh tế quốc dân. Mạch điện xoay chiều hình sin một pha là mạch điện trong đĩ cĩ một hoặc một số nguồn điện xoay chiều cĩ cùng tần số và gĩc pha ban đầu. Dịng điện xoay chiều thường biến đổi tuần hồn, nghĩa là sau một khoảng thời gian nhất định nĩ sẽ lặp lại quá trình biến thiên như cũ, quá trình biến thiên này theo hàm số sin được gọi là dịng điện xoay chiều hình sin. Như vậy: Dịng điện xoay chiều hình sin là dịng điện cĩ 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 dịng điện xoay chiều a. Nguyên lí máy phát điện xoay chiều một pha Cấu tạo: 8 Gồm phần cảm là nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện, phần ứng là khung dây và hệ thống vịng tiếp xúc chổi than Nguyên lí làm việc +) Cho khung dây ( a, b, c, d) quay trong từ trường, lúc đĩ 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 cĩ dịng điện + Nếu quay khung dây 180 0 thì sức điện động trong khung dây đổi chiều dịng điện qua phụ tải cũng đổi chiều Kết luận: Với nguyên lí làm việc trên dịng điên qua phụ tải là dịng 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 tốn 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 cĩ biểu thức: e = 2 Bm. l. sin t. Nếu khung dây quay với w vịng thì 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 00  tet mt Eet  2   0 tet   2 3 t mt Ee  9 0.2  tet  Đồ thị trên trên được gọi là đồ thị dạng sĩng 0 22/3 2/ y x 2. Các đại lượng đặc trưng cho mạch điện. 2.1. Dịng điện Dịng điện i cĩ trị số bằng tốc độ biến thiên của điện lượng Q qua tiết diện ngang của vật dẫn I = dt dQ đơn vị là Ampe, A Người ta quy định chiều của dịng điện chạy trong vật dẫn ngược chiều với chiều chuyển động của điện tử (hình vẽ) 2.2. Điện áp Tại mỗi điểm trong mạch điện cĩ một điện thế  . Hiệu diện giữa hai điểm gọi là điện áp U, đơn vị vơn, V Điện áp giữa hai điểm A và B trên hình vẽ là: BAABU   Chiều điện áp quy ước là chiều từ điểm cĩ điện thế cao đến điểm cĩ điện thế thấp Điện áp giữa hai cực của nguồn điện khi hở mạch ngồi (dịng điện I = 0) được gọi là sức điện động E A B UA B R 10 3. Cơng suất. Cơng suất của nguồn sức điện động là: P = E.I Cơng suất của mạch ngồi là: P = U.I Đơn vị cơng suất là ĩat, W . Sức điện động E Sức điện động E là phần tử lí tưởng, cĩ trị số bằng điện áp U đo được giữa hai cực của guồn khi hở mạch ngồi. Chiều của sức điện động quy ước từ điện thế thấp đến điện thế cao ( từ cực âm tới cực dường ) Kí hiệu nguồn sức điện động Chiều của điện áp quy ước từ điện thế cao đến điện thế thấp, do đĩ nếu theo hình vẽ thì ta cĩ: U = E 4. Định luật Ơm và các đại lượng đặc trưng. * Định luật Ơm cho đoạn mạch Cho đoạn mạch như hình vẽ A B U I - R Ta cĩ R là điện trở của vật dẫn, I là cường độ dịng điện, U là hiệu điện thế Nếu hai đầu vật dẫn cĩ một hiệu điện thế thì cĩ dịng điện chạy qua vật dẫn. Cường độ dịng điện I trong vật dẫn phụ thuộc vào hiệu điện thế 2 đầu vật dẫn đĩ Định luật : Cường độ dịng 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 đĩ R U I  (A) Cơng thức trên cĩ thể viết dưới dạng: R =U / I ( ) Định luật này giúp ta xác định điện trở R của một vật dẫn nếu biết cường độ dịng điện I đi qua vật dẫn, khi hiệu điện thế ở hai đầu vật dẫn là U 11 * Định luật Ơm 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 ngồi bao gồm các vật dẫn nối liề hai cực của nguồn điện gọi là điện trở ngồi. Nguồn điện cĩ suất điện động E và điện trở trong r Định luật Ơm đối với tồn mạch được phát biểu như sau: Cường độ dịng điện trong mạch tỉ lệ thuận với sức điện động của nguồn và tỉ lệ nghịch với tổng trở của mạch Biểu thức: rR   E I ( r là điện trở trong của nguồn điện) Nếu kể đến đến điện trở dây thì dịng điện dRrR   E I với S L Rd   điện trở suất của vật dẫn Chú ý: Hiện tượng đoản mạch: Nếu điện trở mạch ngồi khơng đáng kể R  0 thì theo cơng thức trên cường độ dịng điện sẽ lớn nhất và chỉ phụ thuộc vào sức điện động E và r của nguồn điện: r E I  Ta nĩi nguồn điện bị đoản mạch * Định luật Ơm với mạch cĩ chứa nguồn Xét nhánh mạch cĩ E và R như hình vẽ I U U1 U2 U3 U4 Biểu thức tính điện áp U: 4321 UUUUU  = 2211 .. EIREIR  = )().( 2121 EEIRR  Vậy:   EIRU ).( Từ đây ta cĩ biểu thức để tính cường độ dịng điện:    R EU I 5. Giải các mạch điện xoay chiều một pha bằng định luật Ơm. 5.1 Mạch điện thuần điện trở Mạch điện xoay chiều thuần trở là mạch điện mà phụ tải của nĩ là các điện trở thuần tuý (hay điện trở lí tưởng ) Giả sử ta đặt vào 2 đầu đoạn mạch 1 điện áp cĩ phương trình: 12 U = Umax. sin( t + u ) thì trong mạch cũng cĩ dịng điện xoay chiều cĩ dạng I = Imax. sin( t + i ) RU Vậy theo định luật Ơm ta cĩ I = U / R  I = R tUm )sin(.   i = Imax. sin( t + ) Kết luận: Trong mạch điện xoay chiều thuần trở thì điện áp và dịng điện cùng pha nhau và cĩ trị số U R = I. R. Như vậy điện năng trên biến trở biến thành nhiệt năng và cơng suất tiêu thụ trênn điện trở đựơc gọi là cơng suất tác dụng P = U. I = I 2 . R (W) I x y 0 ui   U 5.2 Mạch điện thuần điện cảm Định nghĩa Mạch điện xoay chiều thuần cảm là mạch điện duy nhất chỉ cĩ một điện cảm L thuần tuý, cịn các thành phần khác R và C coi như bằng 0 Tính chất *Ta xét mạch điện cĩ L : Giả sử đặt vào 2 đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều cĩ phương trình U = Umax.sin ( 090t ) thì trong mạch cĩ dịng điện xoay chiều cĩ phương trình I= Imax.sin (  t i) và lúc này dịng điện biến thiên qua cuộn dây L lại xuất hiện sức điện động cảm ứng 13 e L = - t i   = - L. t tm   sin. . Vậy ta cĩ U + I = I g Theo định luật kiếchơp2 cho mạch kín thì U + E = 0 U = E Kết luận: Trong mạch thuần cảm thì điện áp của nguồn luơn luơn 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 dịng điện một gĩc 2/ Về trị số: U l = I. X l Vậy X l =  . L = 2. .f. L I 0 t 2/ 5.3 Mạch điện thuần điện dung * Đối với mạch điện xoay chiều thuần dung Với dịng một chiều chỉ bỏ qua tụ lúc nạp và phĩng, ở mạch xoay chiều dịng điện tồn tại lâu dài, vì mạch chưa cĩ tụ điện nên tồn 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, dịng điện giảm dần từ cực đại về 0, i = e = d U /d T 0 2/ t  2/ 2/3 iU Ui Như vậy, đặc trưng cho sự cản trở dịng điện của tụ điện được gọi là dung kháng. Điện dung lớn thì sự cản trở nhỏ và ngược lại điện dung nhỏ thì cĩ sự cản 14 trở lớn X C = C. 1  = Cl...2 1  Khi tần số tăng,dung kháng giảm dung lượng tăng Nếu U = Umax.sin(  t )  i = e. d U /d = e.Umax.sin t i )( = e. . U.sin( 2   t ) =Imax.sin ( 2   t ) Trong đĩ: I m ax= U m ax. . .C  I m = U m ax/ X C = U m ax.1/ . .C *Kết luận: Trong mạch điện xoay chiều thuần dung dịng điện nhanh pha hơn điện áp 1 gĩc 90 0 Cơng 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 cơng suất phản kháng Kí hiệu Q C , Qc= I 2 .X C = I C .U C  I C = C c X U 2/ I Uc 5.4 Mạch R – L – C mác nối tiếp Sơ đồ mạch R L C UR UL UC U Quan hệ I, U Giả sử đặt ở 2 đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều trong mạch củng cĩ dịng điện xoay chiều i = I m ax.sin t , dịng điện này đi qua các thành phần trở khơng tạo nên các điện áp tương ứng + Thành phần đặt trên R gọi là thành phần tác dụng của điện áp Kí hiệu U R thành phần điện áp đồng pha với dịng điện U R = I.R + Thành phần điện áp đặt trên L gọi là thành phần điện áp phản kháng 15 UR I Kí hiệu là UL Thành phần điện áp vượt pha so với dịng điện một gĩc 2/ UL = I. XL + Thành phần điện áp đặt trên C gọi là thành phần điện áp phản kháng Kí hiệu UC 2/ UL I + Thành phần điện áp chậm pha so với dịng điện 1 gĩc 2/ U C = I. X C UC 2/ I Như vậy điện áp đặt vào mạch bằng tổng 3 điện áp thành phần * Đồ thị điện áp: 0 U L U C U R U L U C UX=UL-UC A B 16 - Thực hiện phép cộng vectơ ta được đồ thị vectơ - Từ đồ thị vectơ ta thấy dịng và áp lệch pha nhau một gĩc là  - Xét tam giác OAB Vectơ U chính là bằng tổng 3 điện áp thành phần và chính là cạnh huyền của tam giác OAB, 2 cạnh kia là 2 cạnh gĩc vuơng - Cạnh OA= UR = I.R thành phần tác dụng của điện áp - Cạnh AB = UX=UL - UC = I(XL-XC ) thành phần phản kháng điện áp - Tam giác vuơng cĩ cạnh huyền là vectơ điện áp, 2 cạnh gĩc vuơng là 2 thành phần điện áp tác dụng và điện áp phản kháng, tam giác đĩ là tam giác điện áp của dịng điện xoay chiều cĩ R - L- C - Từ tam giác điện áp ta cĩ biểu thức U = 2 222 )( CLRXR UUUUU  - Trị số tức thời của điện áp tổng là: U = Um.sin(  t ) * Chú ý: Từ tam giác điện áp ta thấy + Nếu X L > X C  U L > U C  tg > 0  >0 + Nếu X L < X C  U L < U C  tg <0  <0 Điện áp chậm pha so với dịng điện 1 gĩc 2/ - Từ tam giác điện áp nếu biết được điện áp gĩc  ta cĩ thể suy ra điện áp thành phần U R = U.cos U X =U.sin 5.4 Tổng trở, tam giác tổng trở 3.4.3.1 Tổng trở Ta đã biét biểu thức tam giác điện áp U = 2 đ 2 X 2 đ 2 )( CL UUUUU  = 2222 )(R)..().( CLCL XXIXIXIRI  U UX=UL-UC U R  I 17 Lượng X = X L - X C = 2. .f.L - Cf ..2 1  gọi là trở kháng phản kháng của mạch điện xoay chiều Lượng 22 )( CL XXR  cĩ vai trị như điện trở trong mạch điện thuần trở nên được gọi là trở kháng tồn phần hay gọi là tổng trở của mạch điện xoay chiều Kí hiệu Z, đơn vị đo là Ơm Z = 22 )( CL XXR  Do đĩ ta cĩ I = U/Z từ đĩ ta cĩ định luật Ơm phát biểu như sau: Định luật: Trị số dịng điện hiệu dụng đặt vào mạch tỉ lệ nghịch với tổng trở tồn mạch, tỉ lệ thuận với điện áp đặt lên 2 đầu đoạn mạch đĩ. 3.4.3.2 Tam giác tổng trở Nếu lấy các cạnh của tam giác điện áp chia cho I ta được 1 tam giác đồng dạng với tam giác điện áp. Tam giác đĩ được gọi là tam giác tổng trở, cĩ 3 cạnh như sau: - Cạnh huyền Z = U / I là tổng trở của mạch - Cạnh gĩc vuơng R = U R / I là trở kháng tác dụng của mạch - Cạnh gĩc vuơng X = U X / I là trở kháng phản kháng của mạch  A B X Z 0 X Z  0 0 Từ tam giác tổng trở nếu biết R và X ta cĩ thể xác định được Z và  Z= 2222 )( CL XXRXR  tg = R X = R XX cl  * Chú ý: Từ tam giác tổng trở ta thấy - Nếu X L > X C thì  > 0 - Nếu X L < X C th ì  <0 0 A B 18 Chương 2:Mạch điện xoay chiều ba pha Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm về mạch điện xoay chiều 3 pha, - Giải thích đúng cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều, động cơ điện một chiều. - Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập. Nội dung: 1. Khái niệm chung về mạch điện xoay chiều 3 pha. 1.1 Khái niệm chung. Hệ thống mạch điện xoay chiêu 3 pha là tập hợp 3 mạch điện 1 pha nối với nhau tạo thành một hệ thống chung, trong đĩ sức điện động ở mỗi mạch đều cĩ dạng hình sin cùng tần số và lệch pha nhau 1/3 chu kì. Mỗi mạch điện của hệ thống 3 pha được gọi là 1 pha sức điện động hay sức điện động pha. Hệ 3 pha mà sức điện động các pha cĩ biên độ bằng nhau gọi là 3 pha đối xứng. Khác nhau gọi là khơng đối xứng. 1.2 Các thơng số đặc trưng. - Quan hệ về điện áp U f = 3 dU - Dịng điện I f = I d  I f = fZ U 1.3. Cách nối mạch ba pha. 1.3.1. Cách mắc mạch điện xoay chiều 3 pha theo hình sao a Cách đấu - Các điểm cuối của các cuộn dây máy phát điện được nối với nhau - Các điểm cuối của phụ tải cũng được nối với nhau 19 IA IB IC là các dịng điện dây O O / là dây trung tính hay dây nguội O là trung tính nguồn O / là trung tính tải b. Các định nghĩa - Điện áp giữa 2 đầu của mỗi cuộn dây máy phát điện và điện áp giữa 2 đầu mỗi phụ tải ( hay điện áp giữa 1 dây pha- dây trung tính) gọi là điện áp pha - Điện áp giữa 2 dây pha gọi là điên áp dây - Dịng điện pha là dịng điện chạy trong mỗi cuộn dây của máy phát hay chạy trong mỗi phụ tải - Dịng điện dây là dịng điện chạy trên mỗi dây - Dây trung tính là đây nối giữa 2 điểm của máy phát và phụ tải - Dây pha là dây nối giữa 2 điểm của các đầu tương ứng của máy phát và phụ tải c. Mối quan hệ trong mạch 3 pha về U, I - Quan hệ về điện áp U f = 3 dU - Dịng điện I f = I d  I f = fZ U 1.3.2Cách mắc mạch điện xoay chiều 3 pha theo hình tam giác Khi đấu mạch theo hình tam giác điểm cuối của pha này nối với điểm đầu của pha tiếp theo. Trên sơ đồ thì A đấu với Z, B đấu với X, C đấu với Y Mạch 3 pha đấu tam giác thì sức điện động của các pha ở máy phát phải bằng nhau, phụ tải các pha phải bằng nhau Quan hệ U, I U f = U d I = 3 . I f I f = f f Z U Lưu ý: - khi phụ tải đấu theo hình sao thường dùng 3 pha, 4 dây. Dây trung tính 20 làm nhiệm vụ cân bằng điện áp cịn đấu tam giác thì phụ tải luơn luơn cân bằng - Cách nối nguồn và tải trong mạch điện 3 pha Nguồn điện và tải 3 pha đều cĩ thể nối hình sao hoặc hình tam giác, song tuỳ thuộc vào điện áp định mức của thiết bị, và của mạng điện và các yêu cầu kĩ thuật ta sẽ chọn được cách nối dây phù hợp Cách nối nguồn điện Các nguồn điện dùng trong sinh hoạt lấy từ dây quấn 3 pha stato máy phát điện, hoặc lấy từ dây quấn 3 pha thứ cấp của máy biến áp. Các dây quấn này thường nối hình sao dây trung tính. Nối như vậy cĩ ưu điểm là cĩ thể cung cấp 2 điện áp khác nhau: điện áp pha và điện áp dây như hình vẽ. Trên thế giới tồn tại 2 loại mạng điện 380V/220V (Ud=380V; Up =220V) và mạng điện 380V/127V (Ud = 380v, Up = 127V) Dây trung tính Pha A Pha C Pha B A B C O X Y Z Nguồn điện 3 pha cĩ dây trung tính Cách nối động cơ điện 3 pha Mỗi động cơ điện 3 pha đều cĩ 3 dây quấn pha. Khi thiết kế chế tạo người ta thường quy định điện áp định mức cho mỗi dây quấn. động cơ làm việc phải đúng với điện áp quy định ấy. Ví dụ động cơ 3 pha cĩ điện áp định mức cho mỗi pha dây quấn là 220V (Up =220V) trên nhãn động cơ ghi là: Y/ -220V/380V Nếu động cơ làm việc ở mạng cĩ điện áp dây Ud = 380V thì động cơ phải đấu hình sao (hình a), điện áp dặt lên mỗi dây quấn pha là Up = 380 / 3 = 220v bằng đúng điện áp quy định. Nếu động cơ ấy làm việc ở mạng điện cĩ điện áp dây Ud = 220V, thì động cơ phải đươc nối hình tam giác (hình b), lúc đĩ điện áp đặt lên mỗi giây quấn pha của động cơ băng điện áp dây 220V bằng đúng điện áp quy định 21 A C B Ud Up V V 220 380 V U U dp 220 3  V V 127 380 A C B Up Pd UU  Ud = Up =220V động cơ đấu sao động cơ dấu tam giác Hình a Hình b Để thuận tiện cho đấu động cơ, người ta kí hiệu 6 đầu dây của 3 dây quấn động cơ AX, BY, CZ (như hình vẽ) 6 đầu dây được đưa ra 6 bulơng ở hộp nối đây trên vỏ động cơ A CB X Y Z 1 2 3 4 5 6 A CB X Y Z 1 2 3 4 56 Việc dấu dây thực hiện bằng cách thay đổi vị trí cầu nối giữa các bulơng này thành hình sao hoặc hình tam giác như hình vẽ A C B A C B Cầu nối hình sao Cầu nối hình tam giác 22 1.4 Cách giải mạch ba pha đối xứng. Đối với Mạch ba pha đối xứng bao gồM nguồn đối xứng, tải và các dây pha đối xứng. Khi giải Mạch ba pha đối xứng ta chỉ cần tính tốn trên Một pha rồi suy ra các pha kia GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA TẢI NỐI HÌNH SAO ĐỐI XỨNG Khi khơng xét tổng trở đường dây pha Điện áp trên Mỗi pha tải: Tổng trở pha tải: trong đĩ Rp, Xp là điện trở và điện kháng Mỗi pha tải . Ud là điện áp dây Dịng điện pha của tải: Tài nối hình sao: Id = Ip .Khi cĩ xét tổng trở của đường dây pha Cách tính tốn cũng tương tự : trong đĩ Rd , Xd là điện trở và điện kháng đường dây. GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA TẢI NỐI TAM GIÁC ĐỐI XỨNG Khi khơng xét tổng trở đường dây Ta cĩ: Ud = Up Dịng điện pha tải Ip Dịng điện dây: 23 Khi cĩ xét tổng trở đường dây Tổng trở Mỗi pha lúc nối taM giác: Zd = Rp+PXp Tổng trở biến đổi sang hình sao Dịng điện dây Id: Dịng điện pha của tải : 2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều. 2.1Cấu tạo. Cấu tạo của máy phát điện một chiều cĩ 4 cực. Máy phát điện này bao gồm một số bộ phận như Stato, Rơto, cổ gĩp và chổi than. Nhưng hai bộ phận thiết yếu của thiết bị này là Stato và Rơto. Rơto (phần cảm) Rơto là phần thiết yếu thứ hai của máy phát điện một chiều, và nĩ bao gồm các lớp sắt cĩ rãnh với các khe được xếp chồng lên nhau để tạo thành