Kỹ thuật điện - chuongnguyen.org · Kỹ thuật điện Bộ môn Thiết bị điện Cấu trúc mạch điện •Nhánh: một đường chứa 1 hay nhiều phần tử

Kỹ thuật điện Bộ môn Thiết bị điện

Kỹ thuật điện

C1: Tổng quan về mạch điện

PP Giải mạch điện DC


Khái niệm mạch điện

• Định nghĩa mạch điện

• Các thành phần của mạch điện


Cấu trúc mạch điện

• Nhánh: một đường chứa 1 hay nhiều phần tử nối tiếp

• Nút: giao điểm của tối thiểu 3 nhánh

• Vòng: tập hợp các nhánh tạo thành hệ thống kín và

chỉ đi qua mỗi nút 1 lần

• Mắt lưới: 1 vòng mà bên trong không chứa vòng

khác


Các đại lượng vật lý

• Dòng điện

• Điện áp

• Công suất

• Điện năng


Phần tử nguồn

• Nguồn áp độc lập

• Nguồn dòng độc lập


Phần tử tải

• Điện trở - Định luật Ohm

• Điện cảm – Hiện tượng tự cảm

• Điện dung – Hiện tượng nạp điện


Các định luật cơ bản

• Định luật Kirchhoff 1 – Định luật K1

• Định luật Kirchhoff 2 – Định luật K2


Một số ví dụ

Tính v?


Các pp giải mạch cơ bản (1)

• Điện trở đấu nối tiếp và cầu phân áp



• Điện trở đấu song song và cầu phân dòng



• Biến đổi điện trở dạng Y-



• Biến đổi điện trở dạng -Y


Phương pháp dòng nhánh (1)

(PP điện thế nút)

• Chọn nút b làm chuẩn, vb = 0


Phương pháp dòng nhánh

Ví dụ

• VD1: Tính dòng điện qua điện trở 8Ω



(PP điện thế nút)

• Trường hợp mạch nhiều hơn 2 nút

- B1: Xác định tổng số nút n. Chọn 1 nút làm

chuẩn

- B2: Tại mỗi nút khác chuẩn, cần xây dựng

ptrình điện thế nút: (n-1) phương trình

- B3: Giải hệ ptrình


Phương pháp dòng nhánh

Ví dụ

• VD2: tính dòng qua

điện trở 2Ω



(PP điện thế nút) • Trường hợp đặc biệt: nhánh chỉ có

nguồn áp độc lập

- chọn nút d làm chuẩn

- Tại nút b

- Tại nút c

- Và ta có


Phương pháp dòng vòng (1)

(PP dòng mắt lưới)










• Trường hợp đặc biệt: trong mắt lưới chứa

nguồn dòng

• Ta có


Phương pháp dòng vòng

Ví dụ


Mạch tương đương Thevenin-

Norton


Nguyên lý xếp chồng

• Lưu ý về việc hủy nguồn: hở mạch nguồn dòng và ngắn mạch

nguồn áp



C2: Dòng điện hình sin

Giải mạch AC dùng sô phức


Khái niệm chung về hàm sin (1)

• Biểu thức tức thời

• Độ lệch pha



• Phương pháp biểu diễn hàm sin bằng vector

pha: Độ lớn và góc pha

vector pha quay với

vận tốc góc ɷ

• Để biểu diễn trên cùng mặt phẳng



• Giá trị hiệu dụng và công suất trung bình Trị hiệu dụng của dòng i(t) là dòng một chiều IDC sao cho khi chạy qua cùng

một điện trở R sẽ tạo ra cùng 1 công suất

• Trường hợp tín hiệu dạng sin:


Mạch điện hình sin đơn giản (1)

• Mạch thuần trở R:

Định luật Ohm:

Giản đồ vector

• Mạch thuần cảm L:



• Mạch thuần dung C:

• Mạch RLC nối tiếp:



• Mạch RLC nối tiếp


Mạch điện RLC song song

Giản đồ vector

Góc hệ số công suất: góc lệch pha giữa dòng tổng I với

điện áp V

Công suất tác dụng:


Nguyên lý bảo toàn công suất

• Tổng công suất tác dụng (phản kháng) của

phía nguồn bằng tổng công suất tác dụng phía

tải


Ví dụ

• VD1

• VD2


Biểu diễn mạch hình sin bằng số

phức (1)



phức (2)

• Thành phần R

• Thành phần L

• Thành phần C

• Giản đồ vector



phức (3)

• Tổng trở phức

• Các định luật Kirchhoff phức

• Công suất phức và nguyên lý bảo toàn công

suất phức


Các ví dụ giải mạch dùng số

phức

• VD1: Tìm I

• VD2: Tìm I, Vab, và công suất phức tiêu thụ

toàn tải



C2: Dòng điện hình sin

Giải mạch AC dùng số phức


Cải thiện hệ số công suất (1)

• PP nâng cao hệ số công suất dùng tụ điện ghép song song

với tải:

- Hệ số công suất tải và công suất tác dụng tiêu thụ trên tải

không đổi

- Công suất phản kháng tải tổng hợp sẽ giảm, dẫn tới công

suất biểu kiến tổng sẽ giảm


Ôn tập về số phức

• Toán tử j, j2 = -1

• Cách biểu diễn số phức

• Số phức liên hợp

• Các phép tính của số phức

• Biểu diễn mạch hình sin bằng số phức

• Các định luật Ohm, Kirchhoff dạng phức

• Nguyên lý bảo toàn công suất phức


Watt kế

• Thiết bị dùng để đo công suất tác dụng gồm cuộn áp và cuộn

dòng

• Cuộn áp mắc song song và cuộn dòng được mắc nối tiếp với

mạch điện

• Điện áp V có dấu + tại đầu có cực tính của cuộn áp

• Dòng điện I có chiều đi vào đầu có cực tính của cuộn dòng


Các phương pháp giải mạch

hình sin xác lập

• Các phương pháp giải mạch đơn giản - Ghép tổng trở nối tiếp, công thức chia áp

- Ghép tổng trở song song, công thức chia dòng

- Biến đổi Y-, -Y

• Phương pháp dòng nhánh (PP điện thế nút)

• Phương pháp dòng vòng (PP dòng mắt lưới)

• Nguyên lý xếp chồng



C3: Mạch điện ba pha


Tổng quan về nguồn áp 3 pha cân bằng

(1)

• Định nghĩa: gồm 3 nguồn áp xoay chiều dạng sin cùng biên

độ, tần số và lệch pha nhau 1200

• Phân loại: thứ tự thuận và thứ tự nghịch

Nguồn thứ tự thuận:

• Các phương pháp đấu nguồn áp: đấu hình Y và


Tổng quan về nguồn áp 3 pha cân bằng

(2)

• Định nghĩa áp dây và áp pha

• Quan hệ giữa áp dây và áp pha

Nối Y, thứ tự thuận Nối , thứ tự thuận


Mạch 3 pha nguồn Y tải Y (1)

• Áp dụng phương pháp điện

thế nút tại nút N khi chọn

trung tính n làm chuẩn

• Trường hợp đặc biệt (tải cân

bằng, tổng trở đường dây cân

bằng):

- Áp dụng phương pháp thay

thế mạch 3 pha cân bằng thành

3 mạch 1 pha tương đương



• Thay thế mạch 3 pha Y-Y cân bằng bằng 3 mạch một pha



• Công suất phức tiêu thụ trên tải 3 pha:

• Trường hợp mạch 3 pha cân bằng:


Mạch 3 pha nguồn Y tải (1)

• Áp dụng phương pháp dòng vòng

• Biến đổi tải sang tải Y rồi áp

dụng phương pháp điện thế nút

• Trường hợp đặc biệt (tải cân bằng,

tổng trở dây không đáng kể)


Mạch 3 pha nguồn tải Y (1)

• Áp dụng phương pháp

biến đổi nguồn 3 pha đấu

về dạng Y, đưa bài toán

về dạng nguồn Y tải Y

Nguồn thứ tự thuận

Nguồn thứ tự nghịch


Mạch 3 pha nguồn tải

• Áp dụng phương pháp biến đổi nguồn về dạng Y, đưa bài

toán về dạng nguồn Y tải

• Áp dụng phương pháp biến đổi nguồn và tải đấu về dạng Y,

đưa bài toán về dạng nguồn Y tải Y


Các ví dụ minh họa



Chương: Máy biến áp (MBA)


Phân loại và tổng quan về MBA (1)

Biến đổi năng lượng điện từ mạch

điện này sang mạch điện khác thông

qua từ trường biến thiên.

Ứng dụng: trong cả lĩnh vực điện và

thông tin.

Trong truyền tải, phân phối và ứng

dụng năng lượng điện: tăng áp hay

giảm áp với tần số không đổi

(50/60Hz), từ vài trăm W tới hàng

trăm MW


Phân loại và tổng quan về MBA (2)

• Phân loại theo nguồn điện cung cấp: loại 1 pha và loại 3 pha

• Phân loại theo cấu trúc mạch từ: loại lõi (core type) và loại bọc

(shell type)

» Loại bọc


Cấu tạo

• Lõi thép (mạch từ)

• Dây quấn (sơ cấp và

thứ cấp)

• Vỏ máy


Các định luật điện từ (1)

• Từ trường: Qui tắc bàn tay phải



• Mạch từ:

• Từ thông

• Từ trở



• Sức từ động – Định luật Ampere

• Trường hợp mạch từ có cuộn dây

• Sức từ động



• Định luật Ohm trong mạch từ:

• Ta có

Hay

=> Có sự tương đồng với trường hợp mạch điện



• Quá trình điện từ hình thành trong mạch từ



• Sự tương đồng giữa mạch điện và mạch từ



• Định luật cảm ứng điện từ - Công thức Faraday – Định luật

Lenz

• Công thức Faraday:

• Định luật Lenz: dòng cảm ứng có

khuynh hướng chống lại từ thông sinh ra nó


Nguyên tắc hoạt động của MBA (1)

• Sơ đồ nguyên lý MBA 1 pha



• Thông số định mức:

- Điện áp định mức (V1đm, V2đm): V1 = V1đm, V20 = V2đm

- Dòng điện định mức (I1đm, I2đm)

- Công suất biểu kiến định mức:

- Hệ số tải:



• Chế độ không tải

• Ta có



• Chế độ không tải

• Ta có quan hệ

• Tỉ số MBA:



• Chế độ không tải: Quá trình điện từ



• Chế độ không tải: Mạch tương đương

• Phương trình điện áp và giản đồ vector



• Chế độ có tải

Tồn tại dòng I2



• Chế độ có tải: Quá trình điện từ



• Chế độ có tải: Mạch tương đương và qui đổi mạch tương đương



• Chế độ có tải: Mạch tương đương và qui đổi mạch tương đương

• Các công thức qui đổi:


Xác định thông số mạch tương đương (1)

• Thí nghiệm không tải: V10 = V1đm; P0, I10


Xác định thông số mạch tương đương (2)

• Thí nghiệm ngắn mạch: I1n, V1n, Pn


Giản đồ phân bố năng lượng – Hiệu suất

• Hiệu suất


Hiệu suất cực đại

• Cực trị của hàm số hiệu suất theo hệ số tải

• Hiệu suất cực đại khi tổn hao sắt bằng tổn hao đồng


Độ thay đổi điện áp khi MBA mang tải

• Độ thay đổi điện áp

• Phần trăm độ thay đổi điện áp

• Ví dụ về MBA



Chương 6: Động cơ không đồng bộ

(ĐCKĐB)


ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA









































hình thành sức điện động trong

thanh dẫn di chuyển cắt đường sức

từ trường.



lực điện từ tác động lên thanh dẫn đang

mang dòng điện và đặt trong từ trường





Động cơ không đồng bộ ba pha 2p = 4 cực, được cấp nguồn xoay chiều

3 pha có tần số là f = 50Hz. Bảng lý lịch của động cơ có ghi tốc độ định

mức là 1425 vòng/phút . Xác định :




































Chương 7: Máy điện đồng bộ

(MĐĐB)


MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ





Dạng máy phát điện dùng hệ thống chổi than và vành trượt để

cấp nguồn một chiều cho phần cảm, được gọi là máy phát

điện kích từ trực tiếp.

để khắc phục nhược điểm của hệ thống vành trượt và chổi

than, các máyphát (sử dụng động cơ sơ cấp là động cơ nổ)

thường được chế tạo theo dạng “ brushless” không chổi than.











Máy phát điện đồng bộ 3 pha có 2p = 4 cực muốn phát ra nguồn áp có tần

số là 50 Hz thì động cơ sơ cấp cần có tốc độ quay là:

Trường hợp muốn máy phát ra nguồn áp có tần số 60 Hz động cơ sơ cấp

cần tăng tốc đến giá trị sau:





Cho máy phát điện đồng bộ 3 pha có 2p = 4 cực và sức điện động pha là Epha

= 380 V khi phát tại tần số 60 Hz .

Bây giờ muốn máy phát cấp sức điện động pha vẫn là Epha = 380 V nhưng tần

số là 50 Hz ta cần phải điều chỉnh các thông số nào ?





- Giả sử dây quấn phần ứng đấu Y,

- tải 3 pha cân bằng;

- bỏ qua nội trở của dây quấn phần ứng.

phản ứng phần ứng là dạng khử từ ngang trục.



phản ứng phần ứng là dạng khử từ dọc trục.



Phản ứng phần ứng là dạng trợ từ dọc trục















Cho máy phát đồng bộ 3 pha: 30 kVA ; 220 V , dây quấn stator đấu Y. Biết

tổng trở đồng bộ một pha của máy phát là:

a. Tính độ thay đổi điện áp khi máy phát đầy tải với điện áp cấp đến tải

bằng định mức.

Biết HSCS tải là 0,8 trễ.

b. Tính lại câu a, nếu HSCS tải là 0,8 sớm.













Tính lại phần trăm độ thay đổi điện áp khi máy phát đầy tải tại điện áp

định mức và hệ số công suất của tải là 0,6 sớm.



Tính phần trăm độ thay đổi điện áp khi máy phát có hệ số tải Kt = 0,8 tại áp

định mức và hệ số công suất của tải là 0,7 trễ.

















Cho máy phát điện đồng bộ 3 pha S = 500 KVA, 2300 V (áp dây).

Dây quấn stator đấu Y.

Tiến hành các phép thử máy phát và ghi nhận các kết quả như sau:

Cấp nguồn áp một chiều 8V vào 2 đầu bộ dây đấu Y stator, dòng một

chiều ghi nhận là 10A.

Biết điện trở xoay chiều bằng 1,25 lần điện trở một chiều. Xác định:

a. Sức điện động pha của dây quấn phần ứng khi máy phát tải định mức, cho

hệ số công suất tải là

b. Suy ra độ thay đổi điện áp khi máy phát đầy tải,









Chương 8: Máy điện một chiều

(MĐDC)


MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU



















































d./ Khi không điều chỉnh thay đổi kích thích và giảm thấp tải trên trục động

cơ, biết công suất điện từ là 2500 W , tính sức phản điện trên phần ứng suy

ra tốc độ quay của động cơ tại lúc này.

e./ Bây giờ giả sử động cơ mang tải với dòng từ nguồn cấp vào động cơ có

giá trị bằng nửa giá trị định mức; tìm tốc độ quay và momen điện từ của

động cơ.





Với mạch từ không bảo hòa và không điều chỉnh thay đổi dòng kích thích

(không thay đổi từ thông kích thích) tốc độ quay và sức phản điện trên

phần ưng tỉ lệ thuận với nhau















a./ Tình dòng điện khởi động trực tiếp.

b./ Tình điện trở Rmm cần nối tiếp với động cơ để giảm

dòng điện khởi động đến giá trị bằng 2.Iđm.

c./ Khi động cơ mang tải, nếu mạch điện vẫn còn đấu nối với

điện trở Rmm, xác định tốc độ quay của động cơ khi dòng

qua động cơ đạt giá trị bằng định mức.

Documents

Kỹ thuật điện - chuongnguyen.org · Kỹ thuật điện Bộ môn Thiết bị điện Cấu trúc mạch điện •Nhánh: một đường chứa 1 hay nhiều phần tử