Giáo trình Điện kỹ thuật - Trường CĐ nghề Số 20

Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu,... bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ trong các hoạt động thực tế của con người. Giáo trình Điện kỹ thuật được viết dựa trên chương trình khung của Tổng cục Dạy nghề dành cho ngành Sửa chữa thiết bị Tự động hóa. Nội dung của giáo trình được đúc rút từ kinh nghiệm làm việc thực tế cũng như giảng dạy tại Trường và tham khảo các tài liệu khác. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm những nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Điện kỹ thuật - Trường CĐ nghề Số 20 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi nănglượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu,... bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sử dụngđiện năng, tín hiệu điện từ trong các hoạt động thực tế của con người. Điện năng có ưu điểm nổi bật là có thể sản xuất tập trung với nguồn công suấtlớn, có thể truyền tải đi xa và phân phối tới nơi tiêu thụ với tổn hao tương đối nhỏ.Điện năng dễ dàng biến đổi thành các dạng năng lượng khác. Mặt khác, quá trình biếnđổi năng lượng và tín hiệu điện từ dễ dàng tự động hoá và điều khiển từ xa, cho phépgiải phóng lao động chân tay và cả lao động trí óc của con người. Năm 1875 Ch.Coulomb nghiên cứu các định luật về tĩnh điện. Năm 1800A.Volta dựa trên cơ sở phát minh của L.Galvani đã chế tạo ra chiếc pin đầu tiên. Năm1819 C.H.Oersted nghiên cứu tác dụng cơ học của dòng điện. Năm 1826 G.S.Ohm tìmra quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong mạch không phân nhánh. Mốc quan trọngnhất phải kể đến là năm 1831 M.Faraday phát minh ra định luật cảm ứng điện từ, năm1833 H.Lentz tìm ra chiều của dòng điện cảm ứng. Định luật cảm ứng điện từ là cơ sởlý luận cho sự xuất hiện của các loại máy điện và các thiết bị điện. Năm 1847G.R.Kirchhoff phát biểu định luật về dòng điện và điện áp trong mạch phân nhánh.Năm 1896 A.S.Popov chế tạo máy thu vô tuyến đầu tiên, ngành kỹ thuật điện tử ra đời.Từ những năm 50 của thế kỉ 20 với sự hoàn thiện của kỹ thuật bán dẫn và vi điện tửngành kỹ thuật điện tử và tin học có bước phát triển nhảy vọt góp phần thúc đẩy quátrình nghiên cứu biến đổi năng lượng điện từ. Gần đây ngành điện tử công suất mộtlĩnh vực hội tụ của kỹ thuật điện và kỹ thuật điện tử đẫ phát triển mạnh mẽ, ở đó kỹthuật điện và điện tử hoà nhập. Giáo trình Điện kỹ thuật được viết dựa trên chương trình khung của Tổng cụcDạy nghề dành cho ngành Sửa chữa thiết bị Tự động hóa. Nội dung của giáo trình được đúc rút từ kinh nhiệm làm việc thực tế cũng nhưgiảng dạy tại Trường và tham khảo các tài liệu khác. Do kiến thức có hạn nên giáo trình còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận đượcphản hồi của đồng nghiệp và người đọc đề lần chỉnh sửa sau được tốt hơn.CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN1. Mạch điện – Các biến cơ bản: dòng điện và điện áp.1.1. Mạch điện Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện, nối với nhau bằng các dây dẫn, tạo thànhnhững vòng kín mà trong đó có dòng điện chạy qua. Hình 1.1. Mạch điện Mạch điện được cấu trúc từ nhiều thiết bị khác nhau, chúng thực hiện các chứcnăng xác định được gọi là phần tử mạch điện. Có hai loại phần tử mạch điện chính lànguồn điện và phụ tải. a, Nguồn điện: Là thiết bị phát ra điện năng, về nguyên lý là thiết bị biến đổi các dạng năng lượngkhác thành điện năng. Ví dụ: Pin và acquy biến đổi hóa năng thành điện năng; máy phát điện biến cơnăng thành điện năng;…. Hình 1.2. Nguồn điện b, Phụ tải: Phụ tải là các thiết bị tiêu thụ điện năng, biến đổi điện năng thành các dạng nănglượng khác. Ví dụ: động cơ biến điện năng thành cơ năng; đèn điện biến điện năng thành quangnăng;…. 2 Hình 1.3. Phụ tải Ngoài hai loại chính trên, trong mạch điện còn có hệ thống dây dẫn nối tử nguồnđến tải để tạo thành một mạch vòng khép kín và để truyền tải điện năng từ nguồn đến tải. c . Kết cấu hình học của mạch điện Kết cấu hình học của mạch điện gồm có nhánh, vòng, nút. + Nhánh là bộ phận của mạch điện, gồm có các phần tử được mắc nối tiếpvới nhau và chỉ có một dòng điện duy nhất chạy qua. + Nút: là điểm gặp nhau của từ ba nhánh trở lên. + Vòng: là đường đi khép kín qua các nhánh. Ví dụ: Mạch điện hình 1.1 có: 3 nhánh: Ký hiệu là 1, 2, 3 2 nút: Ký hiệu là a, b 3 vòng: Ký hiệu là I, II, IIIBài tập ví dụ : Hãy xác định số nhánh, vòng, nút cho các mạch điện sau : I1 I2 I3 I1 I2 I3 I4 R1 R2 R1 R2 R3 R3 R4 E1 E2 E1 E2 E31. 2. Các biến cơ bản Để đặc trưng cho quá trình biến đổi năng lượng (quá trình năng lượng) trong Mạch amột nhánh hay một phần tử của mạch điện ta dùng hai Mạch b : Dòng điện i và đại lượngđiện áp u. Công suất của nhánh hoặc của phần tử là p = u.i. 1.2.1. Dòng điện Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích. Cường độ dòngđiện i (gọi tắt là dòng điện) về trị số bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích qqua tiết diện ngang của một vật dẫn. Trong đó: q – là điện tích qua tiết diện ngang của vật dẫn trong thời gian t.Trong hệ thống đơn vị SI (In the standard international system of units), dòngđiện có đơn vị là A (Ampère). 3 Hình 1.4. Quy ước về chiều dòng điện Chiều dòng điện, theo định nghĩa là chiều chuyển động của điện tích dươngtrong điện trường (hay ngược chiều với chiều chuyển động các điện tích âm). Đểtiện việc tính toán, người ta quy ước chiều dòng điện trên một nhánh bằng mộtmũi tên như hình 1.4a gọi là chiều dương dòng điện. Nếu tại một thời điểm nàođó, chiều dòng điện trùng với chiều dương thì i sẽ mang dấu dương (i>0, hình1.4b), còn nếu chiều dòng ...