Đề cương môn Kỹ thuật điện

1ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌCTên Môn Học: Kỹ Thuật ĐiệnNgành Học: Không Chuyên ĐiệnSố Tiết: 42Đánh Giá:  Kiểm Tra giữa Học Kỳ: 20%  Thi cuối Học Kỳ: 80%5. Giáo Trình: [1] Nguyễn Kim Đính – Kỹ Thuật Điện – Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TPHCM - 2007 [2] Nguyễn Kim Đính – Bài Tập Kỹ Thuật Điện Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TPHCM - 20072NỘI DUNG MÔN HỌCCHƯƠNG1. Khái niệm chung về Mạch Điện2. Mạch Điện hình sin3. Các phương pháp giải Mạch Sin4. Mạch Điện ba pha5. Khái niệm chung về Máy Điện6. Máy Biến Áp7. Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha8. Máy Phát Đồng Bộ Ba Pha9. Máy Điện Một Chiều.CHƯƠNGCHƯƠNGCHƯƠNGCHƯƠNGCHƯƠNGCHƯƠNGCHƯƠNGCHƯƠNG33/3NỘI DUNG CHI TIẾT1 Khái Niệm Chung về Mạch Điện1.1 Các Thành Phần của Mạch Điện1.2 Cấu Trúc của Mạch Điện1.3 Các Thông Số Chế Độ của 1 Phần Tử1.4 Các loại Phần Tử Cơ Bản1.5 Hai Định Luật Kirchhoff2 Mạch Điện Hình Sin2.1 Khái Niệm Chung về Hàm Sin2.2 Áp Hiệu Dụng và Dòng Hiệu Dụng42.3 Biểu Diễn Áp Sin và Dòng Sin bằng Vectơ2.4 Quan Hệ Áp - Dòng của Tải.2.5 Tổng Trở Vectơ và Tam Giác Tổng Trở của Tải2.6 Công Suất Tiêu Thụ bởi Tải.2.7 Biểu Diễn Vectơ của Áp, Dòng, Tổng Trở, và Công Suất2.8 Hệ Số Công Suất2.9 Đo Công Suất Tác Dụng bằng Watlkế 2.10 Số Phức2.11 Biểu Diễn Mạch Sin bằng Số Phức53. Các Phương Pháp Giải Mạch Sin3.1 Khái Niệm Chung3.2 Phương Pháp Ghép Nối Tiếp. Chia Áp3.3 Phương Pháp Ghép Song Song. Chia Dòng3.4 Phương Pháp Biến Đổi Y 3.5 Phương Pháp Dòng Mắt Lưới3.6 Phương Pháp Áp Nút3.7 Nguyên Lý Tỷ Lệ64. Mạch Điện Ba Pha4.1 Nguồn và Tải 3 Pha Cân Bằng4.2 Hệ Thống 3 Pha Y - Y Cân Bằng4.3 Hệ Thống 3 Pha Y -  Cân Bằng, Zd = 0 4.4 Hệ Thống 3 Pha Y -  Cân Bằng, Zd ≠ 0 4.5 Hệ Thống 3 Pha Y -  Không Cân Bằng, Zn = 0 4.6 Hệ Thống 3 Pha Y - Y Không Cân Bằng, Zd = 0 4.7 Hệ Thống 3 Pha Cân Bằng với Nhiều Tải //.4.8 Hệ Thống 3 Pha Cân Bằng với Tải là Động Cơ 3 Pha75. Khái Niệm Chung về Máy Điện5.1. Định Luật Faraday.5.2. Định Luật Lực Từ5.3. Định Luật Ampère5.4. Bài Toán Thuận: Biết , Tìm F 86. Máy Biến Áp (MBA)6.1 Khái Niệm Chung6.2 Cấu Tạo của MBA6.3 MBA Lý Tưởng6.4 Các MTĐ và PT của MBA Thực Tế6.5 Chế Độ Không Tải của MBA6.6 Chế Độ Ngắn Mạch của MBA6.7 Chế Độ Có Tải của MBA97. Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha7.1. Cấu Tạo của ĐCKĐB37.2. Từ Trường Trong ĐCKĐB37.3. Nguyên Lý Làm Việc của ĐCKĐB37.4. Các MTĐ1 Và PT của ĐCKĐB37.5. CS, TH, và HS của ĐCKĐB37.6. Mômen của ĐCKĐB3108. Máy Phát Đồng Bộ Ba Pha8.1. Cấu Tạo của MPĐB38.2. Nguyên Lý Làm Việc của MPĐB38.3. MTĐ và PT của MPĐB38.4. Phần Trăm Thay Đổi Điện Áp của MPĐB38.5. CS, TH, và HS của MPĐB3119. Máy Điện Một Chiều9.1. Cấu Tạo của MĐMC9.2. Nguyên Lý Làm Việc của MPMC9.3. Sđđ của MĐMC9.4. MPMC Kích Từ Độc Lập9.5. MPMC Kích Từ Song Song9.6. Nguyên Lý Làm Việc của ĐCMC9.7. Vận Tốc của ĐCMC9.8. Mômen của ĐCMC9.9. ĐCMC Kích Từ Song Song12Chương 1 Khái Niệm Chung Về Mạch Điện1.1. Các Thành Phần Của Mạch Điện (H1.1)Nguồn Điện: Phát (Cung Cấp) Điện NăngĐường Dây: Dẫn (Truyền) Điện Năng.Thiết Bị Biến Đổi: Biến Đổi Áp, Dòng, Tần SốTải Điện: Nhạân (Tiêu Thụ) Điện Năng.H 1.113Phần Tử Hai Đầu (PT) là Phần Tử nhỏ nhất của mạch điện.A và B là 2 Đầu Ra, để nối với các PT khác.Mạch Điện là 1 tập hợp PT nối với nhau (H 1.3)! NÚT là Điểm Nối của n Đầu Ra (n  2)! VÒNG là Đường Kín gồm m PT (m  2)1.2 Cấu Trúc Của Mạch ĐiệnH 1.2H 1.3141.3 Các Thông Số Chế Độ Của 1 PT (H 1.4) 1. DÒNG (tức thời) xác định bởi:	a. Chiều Quy Chiếu Dòng(CQCD)( )	b. Cường Độ Dòng Qua PT: i = i(t)i > 0  Chiều Dòng Thực Tế Cùng CQCD.i 0  Điện Thế Đầu + Lớn Hơn Điện Thế Đầu –.u 0  PT thực tế tiêu thụ CS p > Dòng ĐM: I1n >>I1đm; I2n>>I2đm! THNM  TH đồng(6.24)(6.25)H 6.12972. Thí Nghiệm Ngắn Mạch (TNNM) của MBA Áp NM% TH Đồng ĐM HSCSNM TT, ĐT, ĐKNM(6.26)(6.27)(6.28)(6.29)Thông thường:(6.30)!a. Sơ Đồ: H 6.12a, có gắn 1 Bộ Điều Áp, 1V, 2A, 1W.b. Tiến Hành: Cấp U1n cho SC sao cho I1n = I1đm và I2n= I2đm; rồi đo U1n, I1đm, I2đm, và Pn.986.7. Chế Độ Có Tải của MBA1. Sơ Đồ ( H 6.13a) và MTĐ (H 6.7, 6.8 và 6.9TẢI xác định bởi TGTT (H 6.13b) hoặc TGCS (H6.13c)Hệ Số Tải (HST)(6.31)!a)b)H 6.13c)992. CS, TH, Và HS của MBA. (H 6.13a) P1 = CS Điện Vào Pđ1 = TH Đồng SC (TH Điện SC) Pt = THLT (TH Từ) Pđt = P1– Pđ1 – Pt = CS ĐIỆN TỪ (CS Vào TC) Pđ2 = TH Đồng TC (TH Điện TC) P2 = Pđt – P2 = CS Điện Ra Pth = P1 – P2 = TH Tổng(6.32)!1003. Biểu Thức Các Loại CS tính từ MTĐ H 6.7 và 6.8 P1 = Re = HSCS của MBA Pđ1 =(6.33)(6.34)(6.35)(6.36)(6.37)(6.38) với1014. Biểu Thức Gần Đúng của CS, TH và HS của MBA! Giả sử U1=U1đm và U2 = U2đm P2 = ktSđmcosj2 Pt = P0 = CS Điện Vào đo trong TNKT Pđ = Pđ1 + Pđ2 = Pđđm = Pn Pđđm = Pn = CS Điện Vào đo trong TNNM(6.39)(6.40)(6.41)(6.42)! h đạt cực đại khi(6.43)102Chương 7. Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha7.1. Cấu Tạo Của ĐCKĐB3Þ1. Stato (ST)Lỏi Thép STDây Quấn ST (DQST) gồm 3 cuộn (AX, BY, CZ)2. Rôto (RT)Lỏi Thép RTDây Quấn RT (DQRT) có 2 Dạng:RT Lồng SócRT DÂY QUẤN, gồm 3 cuộn (ax, by, cz)1037.2. Từ Trường Trong ĐCKĐB3Þ.Khi cho một hệ thống dòng sin 3Þ CB chạy vào 3 cuộn dây của ST, ta được một Từ Trường Quay có 2p cực (H 7.1) Vận Tốc Từ Trường Quay (Vận Tốc Đồng Bộ) (VTĐB) f = tần số dòng ST p = số đôi cực của ST(7.1)!!H 7.11047.3 Nguyên Lý Làm Việc của ĐCKĐB3Þ (H 7.2)B1. Cấp dòng 3ÞCB cho ST, ta được 1 TTQ có 2p cực quay với VTĐB n1B2. Dây dẫn RT chiều dài l và cắt từ thông có mật độ từ thông B với vận tốc v sẽ sinh ra sđđ cảm ứng e2 = Bvl. B3. Vì dây dẫn RT bị ngắn mạch, Dòng NM i2 chạy qua dây sẽ chịu lực từ F = Bi2 l làm quay RT theo cùng chiều với TTQST nhưng với vận tốc n < n1.H 7.2105n1 = Vận Tốc TTQST = Vận Tốc Đồng Bộ (VTĐB) n = Vận Tốc RT = Vận Tốc Động Cơ (VTĐC)ns = n1 – n = Vận Tốc Trượt (VTT)Trong ĐCKĐB3Þ có 3 loại vận tốc:Hệ Số Trượt =(7.2)!!1067.4. Các MTĐ1Þ Và Phương Trình Của ĐCĐB3Þ1. MTĐ1Þ của DQST (H 7.3)R1, X1 và Z1 = R1+ jX1 là ĐT, ĐK Tản, và TT1Þ của ST và f là Áp, Sđđ Dòng Pha và Tần Số ST! Sụt áp pha do ĐT, ĐK tản, và TT1Þ của ST là:(7.3)(7.4)!H 7.31072. MTĐ1Þ Của Rôto Đứng Yên (RTĐY) R2, X2, và Z2 = R2+jX2 là ĐT, ĐK tản, và TT1Þ của RTĐY làSđđ,Áp,vàDòng pha của RTĐY f = tần số RTĐY = tần số ST ! Sụt áp pha do ĐT, ĐK Tản, và TT1Þ của RTĐY là(7.5)(7.6)(7.7)!!H 7.4a1083. MTĐ1Þ của RT Quay (RTQ) (H 7.4b) R2, X2s=sX2; và Z2 = R2+jsX2 là ĐT, ĐK tản, và TT1Þ của RTQ là Sđđ, áp, và dòng pha của RTQ f2s = sf là Tần Số RTQ. Tần Số RTQ = s × tần Số RTĐY(7.8)(7.9)H 7.4b!!1094. MTĐ1Þ của RTQ, QVRTĐY (H 7.4c, d) (7.11) (7.10) H7.4c, suy từ H7.4a bằng cách thay R2 bởi R2/s(7.11) H 7.4d, Giống MTĐ của TC của MBA Mang Tải Trở(7.12)H 7.4c!H 7.4d1105. MTĐ1Þ của ĐCKĐB3Þ QVST (H 7.5)a. Các Thông Số Mạch Của ST R1 và X1: ĐT và ĐK Tản 1Þ của ST Rc và Xm: ĐT THLT và ĐK Từ Hóa 1Þ của ST Gc và Bm: ĐD THLT và ĐN Từ Hóa 1Þ của ST H 7.5111b. Các Thông Số Mạch Của RTQVST c. Các Thông Số Chế Độ Của ST = Áp pha và Sđđ pha của ST = Dòng pha của ST = Dòng Không Tải 1Þ của ST = Thành Phần THLT và Từ Hóa của 112d. Các Thông Số Chế Độ Của RTQVST = Áp pha của Tải QVST = Sđđ pha của RTQVST = Sđđ pha của ST = Dòng pha của RTQVSTe. Các Phương Trình Của MTĐ1Þ của ĐCKĐB3Þ QVST(7.13)(7.14)(7.15)(7.16)(7.17)(7.18)(7.19) 1136. MTĐ1Þ Gần Đúng Của ĐCKĐB3Þ QVST (H 7.6) Rn = R1+R'2; Xn = X1+X'2; và Zn = Rn+jXn là ĐT, ĐK, và TTNM1Þ của ĐC QVST.Các MTĐ1Þ H7.5 và H7.6 của ĐCKĐB3Þ hoàn toàn giống lần lượt các MTĐ H6.8 và H6.9 của MBA với tải trở QVSC(7.20)H 7.61147.5. CS, TH và HS của ĐCKĐB3Þ.Sơ Đồ Khối (H 7.7) P1 = CS Điện Vào P2 = CS Cơ Ra 2. Sơ Đồ Mạch (H 7.8)H 7.7H 7.81153. Lưu Đồ CS Trong ĐCKĐB3Þ (H 7.8 và 7.9) P1 = CS Điện Vào Pđ1 = TH Đồng ST (TH Điện ST) Pt = TH Lỏi Thép (TH Từ) Pđt = P1 – Pđ1– Pt = CS Điện Từ (CS vào RT) Pđ2 = TH Đồng RT (TH Điện RT) Pc = Pđt – Pđ2 = CS Cơ Tổng Pmq = TH Ma Sát và Quạt Gió (TH Cơ) P2 = Pc – Pmq = CS Cơ Ra Pth = P1 – P2 = TH Tổng!(7.21)1164. Biểu Thức các loại CS tính từ MTĐ H 7.3, 7.4, 7.5(7.22)với = HSCS của ĐCKĐB3Þ H 7.9 117(7.23)(7.24)(7.25)(7.26)(7.27)(7.28) !1187.6. Mômen Của ĐCKĐB3Þ1. Mômen Ra (Mômen Có Ích Trên Trục)(7.29)Với M2(N.m), P2(W), (rad/s) và n (v/p) 2. Mômen Tổng (Mômen Điện Từ)(7.30)(7.31)!!!119Chương 8. Máy Phát Đồng Bộ Ba Pha8.1. Cấu tạo của MPĐB3Þ1. Stato (ST) a. Lỏi Thép ST b. Dây Quấn ST (DQST) gồm 3 cuộn (ax, by, cz)2. Rôto (RT) a. Lỏi Thép RT b. Dây Quấn RT (DQRT) hay Dây Quấn Kích Từ (DQKT) gồm 2p cực từ, có 2 dạng:  RT cực lồi  RT cực ẩn hay RT hình trụ3. Bộ Kích Từ: cung cấp Dòng Kích Từ Ik1208.2. Nguyên Lý Làm Việc Của MPĐB3Þ (H 8.1)B1. Bố trí 3 cuộn (ax, by, cz) của DQST cách nhau 120o điệnB2. Cấp Dòng Kích Từ Ik cho DQKT, ta được Từ Thông Một Chiều F phụ thuộc Ik:B3. Dùng 1 Nguồn Cơ Năng (Động Cơ Sơ Cấp – ĐCSC) quay RT với vận tốc n. Từ thông tức thời ja(t) xuyên qua 1 vòng dây của cuộn ax có dạng (8.1)H 8.11213 sđđ cảm ứng (ea, eb, ec) sinh ra trong 3 cuộn (ax, by, cz) của DQST là 1 NA3ÞCB:(8.2) Tần Số:(8.3)với n = VTRT (v/p) và p = số đôi cực của RT Sđđ HD(8.4)với kdq1 = Hệ Số Dây Quấn ST (kdq1<1)!1228.3 MTĐ Và Phương Trình Của MPĐB3Þ1. MTĐ của RT (Phần Cảm) hay Mạch Kích Từ (H 8.2)a. Các Thông Số Mạch Rs = ĐT của DQKT Rk = Biến Trở Kích Từ Rf = Rs + Rk = ĐT của MKTb. Các Thông Số Chế Độ Uk = Áp Kích Từ; Ik = Dòng Kích Từc. Phương Trình.(8.5)H 8.21232. MTĐ1Þ của ST (Phần Ứng) của MPĐB3Þ (H 8.3) Rư, Xs, và Zs = Rư + jXs là ĐT, ĐK, và TTĐB1Þ của ST ZT Là TT pha của Tải là Sđđ, Áp Tải, Dòng Ứng và Dòng Tải! Sụt áp pha do ĐT, ĐK, và TTĐB1Þ của ST là: (8.6)(8.7)!H 8.31248.4. Phần Trăm Thay Đổi Điện Áp (DU%) của MPĐB3Þ1. Định NghĩaTrên H 8.3, cho MPĐB3Þ làm việc với sđđ HD không đổi. Xét Áp Tải HD ở 2 chế độ sau: Chế Độ Có Tải UT có tải = UT. Chế Độ Không Tải (IT = 0) : UT không tải = Ep. (8.8)Theo (8.3), (8.4) và H 8.2, nếu máy làm việc với vận tốc n và dòng kích từ Ik không đổi thì Ep không đổi.!!1252. Tính DU% khi biết (UT, IT) (8.9)!!H 8.4 Dùng (8.9), nếu chọn Iư = |IT|làm gốc pha, ta vẽ được Đồ Thị Vectơ H 8.4.1268.5. CS, TH, HS của MPĐB3Þ1. Sơ Đồ Khối (H 8.5) P1 = CS Cơ vào P2 = CS Điện ra2. Sơ Đồ Mạch (H 8.6)H 8.5H 8.61273. Lưu Đồ CS trong MPĐB3Þ (H 8.6) P1 = CS Cơ Vào Pt = TH Lỏi Thép (TH Từ) Pđư = TH Đồng Ứng = Pđs = TH Đồng ST Pkt = TH Kích Từ = Pđr = TH Đồng RT. Pmq = TH Ma Sát & Quạt Gió (TH Cơ). Pth = Pt + Pđư + Pkt + Pmq = TH Tổng P2 = P1 – Pth = CS Điện Ra(8.10)!1284. Biểu Thức Các Loại CS Tính Từ H 8.2, 8.3, & 8.6.P1(W); M1(N.m);  (rad/s); và n(v/p)8.6. Mômen Vào Do ĐCSC Kéo MPĐB3Þ(8.11)(8.12)(8.13)(8.14)(8.15)(8.16)(8.17)! 129Chương 9. Máy Điện Một Chiều9.1 Cấu Tạo Của MĐMC1. Stato (ST) (Phần Cảm)Lỏi Thép STDây Quấn ST (DQST) hay Dây Quấn Kích Từ (DQKT) gồm 2p cực từ.2. Rôto (RT) (Phần Ứng)Lỏi Thép RTDây Quấn RT (DQRT) hay Dây Quấn Phần Ứng (DQPƯ)3. Vành Góp (Vành Đổi Chiều) để Chỉnh Lưu sđđ xoay chiều thành một chiều.1309.2 Nguyên Lý Làm Việc Của Máy Phát Một Chiều (MPMC)B1. Cấp dòng kích từ Ik cho DQKT, ta được từ thông F = F (Ik)B2. Dùng 1 ĐCSC quay RT với vận tốc n. Dây dẫn RT có chiều dài l và cắt từ thông  có Mật Độ Từ Thông B (H9.1) với vận tốc v nên trong dây xuất hiện sđđ cảm ứng e (xem lại H5.2)e = BvlB3. Vành góp chỉnh lưu và nối lại thành sđđ E:9.3. Sđđ của MĐMCH 9.1(9.1)!(9.2)E = KEnF1319.4. MPMC Kích Từ Độc LậpMạch Kích Từ (H9.2a) giống mạch kích từ của MPĐB3Þ (H 8.3)2. Mạch Ứng (H 9.2b)Rư = ĐT Phần ỨngRT = ĐT Tải E = SĐĐ UT = Áp Tải DUư = Sụt Áp Qua Rư IƯ = Dòng Ứng IT = Dòng Tải(9.3)(9.4)(9.6)(9.5)H 9.2a)b)1329.5 MPMC Kích Từ Song Song1. MTĐ (H 9.3) và các Phương Trình.H 9.3(9.7)(9.8)(9.10)(9.9)1332. CS, TH và HS của MPMCKTSS. (H 9.3) P1 = CS Cơ Vào Pt = TH Lỏi Thép (TH Từ) Pđư = TH Đồng Ứng = Pđr = TH Đồng RT Pkt = TH Kích Từ = Pđs = TH Đồng ST Pmq = TH Ma Sát và Quạt Gió (TH Cơ) Pth = Pt + Pđư + Pkt + Pmq = TH Tổng. P2 = P1 – Pth = CS Điện Ra(9.11)(9.12)3. Mômen Vào do ĐCSC kéo MPMCKTSS ! Giống (8.21) của MPĐB3Þ.!1349.6 Nguyên Lý Làm Việc của Động Cơ Một Chiều (ĐCMC)F = B(Iư/2a)lB1. Cấp dòng Ik cho DQKT, ta được Từ Thông F = F(Ik) và Mật Độ Từ Thông B (H 9.5).B2. Cấp dòng Iư cho Mạch Ứng, ta được dòng Iư/2a chạy qua dây dẫn phần ứng. Dây dẫn này chịu Lực Từ F làm phần ứng quay.(9.13)!H 9.5H 9.41359.7 Vận Tốc của ĐCMC H 9.4(9.14)(9.15)9.8 Mômen của ĐCMCTa có BaF và MaF. Vậy từ (9.13), ta suy ra biểu thức của Mômen Tổng (tương ứng với CS Cơ Tổng)(9.16)Đồ thị F = F(Ik) có dạng Đường Từ Hóa B = B(H)!1369.9 ĐCMCKTSS (ĐC Shunt)1. MTĐ (H 9.6) Và Các Phương Trình(9.17)(9.18)(9.19)(9.20)H 9.61372. CS, TH, và HS của ĐCMCKTSS (H 9.6 & 9.7) P1 = CS Điện Vào Pkt = TH Kích Từ = Pđs = TH Đồng ST Pư = P1 – Pkt = CS Vào RT (CS Vào Phần Ứng) Pđư = TH Đồng Ứng = Pđr = TH Đồng RT Pc = Pư – Pđư = CS Cơ Tổng Pt = TH Lỏi Thép (TH Từ) Pmq = TH Ma Sát Và Quạt Gió (TH Cơ) Po = Pt + Pmq = TH Không Tải (TH Quay) P2 = Pc – Po = CS Cơ Ra Pth = P1 – P2 = Pkt + Pđư +Pt + Pmq = TH Tổng(9.21)(9.22)(9.23)!1383. Biểu thức các loại CS tính từ MTĐ H 9.6(9.24)(9.25)H 9.71394. Mômen Của ĐCMCKTSSMômen TổngMômen TH QuayMômen Ra(9.26)(9.27)(9.28) Nếu (U1, Iư1, F1, n1, M1) và (U2, Iư2, F2, n2, M2) là các Thông Số ở hai Chế Độ 1 và 2; thì từ (9.15) và (9.16), ta có (9.29)(9.30)!