Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử Chương TĨNH ĐIỆN 1.1 Khái niệm điện tích điện trường 1.1.1 Điện tích Tất vật thể cấu tạo nguyên tử, nguyên tử gồm hạt nhân tích điện dương điện tử tích điện âm, quay quanh hạt nhân trạng thái liên kết Ngược lại điện từ thoát khỏi ràng buộc với hạt nhân để trở thành điện từ tự chuyển động hổn loạn nguyên tử phân tử Bình thường nguyên tử phân tử trung hòa điện bớt điện tử, chúng trở thành ion dương ngược lại chúng trở thành ion âm (điện tích âm) - Điện tử, ion dương, ion âm gọi chung điện tích - Bình thường vật thể trung hoà điện, điện tích âm dương phân bố đồng cho - Nếu dùng tác nhân chẳng hạng ma sát để truyền thêm hay làm bớt số điện tử vật thể tính trung hoà trở thành vật tích điện - Lượng điện tích mà vật thể thêm hay bớt, để trở thành vật tích điện gọi điện lượng (hay điện tích) - Ký hiệu điện tích:q (hoặc Q ) - Đơn vị điện tích: c ( C ) 1.1.2 Điện trường - Khoảng không gian bao quanh điện tích mà có lực tác dụng điện tích lên điện tích khác gọi điện trường - Điện trường điện tích không chuyển động gọi điện trường tỉnh điện  Định luật culông - Xét điện tích Q1, Q2 đặt cách nhauQ khoảng R, điên tích tác dụng A Q2 F12 lên Các lực đẩy (nếu dấu) Hình 1.1 lực hút (nếu trái dấu) - Lực tác dụng điện tích đứng R Q1 Q2 yên gọi lực tỉnh điện F12 = 4πε t R : số điện môi tuyệt đối môi trường đặt Q1 Q2 t Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử Định luật culông: Lực tỉnh điện có phương phương nối tâm hai điện tích, có cường độ tỉ lệ thuận với hai điện tích, tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách hai điện tích phụ thuộc vào môi trường đặt điện tích  Định nghĩa tính chất điện trường Định nghĩa: Khoảng không gian bao quanh điện tích mà có lực tác dụng điện tích dó lên điện tích khác goi điện trường Điện trường điện tích không chuyển động gọi điện trường tỉnh điện  Tính chất • Cường độ điện trường đường sức điện trường Xét lại hình 1.2 Giả sử chưa có Q2 khoảng không gian bao quanh Q1 (gồm điểm A điểm đặt Q2 ) Vẫn tồn điện trường gọi điện trường Q1 A Q2 F12 Q1 Hình 1.2 Nếu có điện tích khác chẳng hạn R Q2 vào điện trường Q1 xuất lực tĩnh điện F12 lớn, tỉ số F12 Q2 không phụ thuộc vào Q2 mà đặc trưng cho tác dụng lực điện trường Q1 điểm A gọi cường độ điện trường F12 Q Ký hiệu: = Q = 4πεR Hình 1.3 Cường độ điện trường điện tích điểm tỉ lệ thuận với điện tích đó, tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ điểm xét tới điện tích điểm phụ thuộc môi trường đặt điểm tỉnh hay: Cường độ điện trường đại lượng đặc trưng cho độ mạnh điện trường, đo tỉ số lực tác dụng điện trường lên điện tích điểm đặt trường điểm tình cường độ với điện tích điểm F Tổng quát: = Q(q) (lực điện trường tác dụng lên q) - Lực đại lượng vectơ nên cường độ điện trường đại lượng vectơ - Phương chiều cường độ điện trường phương chiều với lực tác dụng lên điện tích dương (hay phương cường độ điện trường đường thẳng nối điện tích tới điểm xét) Cường độ điện trường điện tích + có chiều rời khỏi điện tích, điện tích âm vào điện tích Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử Lực điện trường Q1 tác dụng lên điện tích Q2 F12 = Q2 - Lực điện trường Q2 tác dụng lên điện tích Q1 F21 = Q1 - Cường độ điện trường Q2 Q2 = 4πε R t • Đường sức điện trường Hình 1.4 Là đường cong vẽ điện trường, tiếp xúc với vectơ cường độ điện trường điểm khác • Điện trường Là điện trường có cường độ điểm trị số hướng.Ví dụ, điện trường phẳng tích điện 1.2 Điện thể – hiệu điện 1.2.1 Công lực điện trường Hình 1.5 Tại điểm A điện trường có đặt điện tích thử q (+) Công lực điện trường F làm q di chuyển từ cực (+) đến cực (-) theo đường AB A AB = F.AB = F.d = q.ε.d Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang Hình 1.6 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử Công lực điện trường F làm q di chuyển theo đường AC AAC = F.AC.cosα = F.AB = F.d = q.ε.d Công lực điện trường F làm q di chuyển theo đường ADB AADB = AAD + ADB = F.AD.cosα1 + F.DB.cosα2 = F.d1 + F.d2 = F.AB = F.d = q.ε.d Vậy, điện trường đều, công lực điện trường không phụ thuộc dạng đường đi, mà phụ thuộc vào vị trí điểm đầu vị trí điểm cuối đoạn đường đi, có trị số AAB = AAC = AADB = q.ε.d ( J ) Với q ( C ) độ lớn điện tích di chuyển điện trường ; ε ( V/m ) cường độ điện trường ; d ( m ) khoảng cách cực Hình 1.7 1.2.2 Điện  Định nghĩa: Để xác định điện trường hay điện thế, ta cần quy ước chọn điểm làm mốc Đối với điện trường, người ta chọn điểm mốc điểm vô cực, :r = ∞ → F= k q Q =0 → r2 ε= F =0 q tức điện vô cực Người ta định nghĩa , điện A công lực điện trường F làm di chuyển điện tích +1 C từ A vô cực Gọi AA∞ công lực điện trường F làm di chuyển điện tích q(+) từ A vô cực, ϕA điện A, Theo địmh nghĩa điện điểm, ta có: ϕA = A A∞ q Điện điểm: Nếu Q điện tích gây điện trường, rA khoảng cách từ Q đến điểm xét A, điện A Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử ϕA = Q A A∞ = k rA q (V) Nhận xét: Điện điểm luôn tỉ lệ với điện tích gây điện trường Q, có trị số (+), (-) tùy theo Q có điện tích (+), (-) hay 1.2.3 Hiệu điện ( Điện áp )  Định nghĩa: Giả sử tác dụng lực điện trường F, điện tích (+) di chuyển từ B qua C vô cực Khi đó, công lực F thực AB∞ = ABC + AC∞ ⇒ AB∞ - AC∞ = ABC Hay: A B∞ A C∞ A BC = q q q A BC ⇒ ϕB - ϕC = q ( ϕB - ϕC ) gọi hiệu điện hay điện áp điểm B C, ký hiệu UBC, tổng quát U Ta có: A BC A U = UBC = ϕB - ϕC = q = q (V) A Cho q = C U = q = A Vậy, điện áp điểm công mà lực điện trường thực làm di chuyển đơn vị điện tích từ điểm đến điểm Quan hệ điện áp cường độ điện trường: Trong điện trường đều, ta có: AAB = F.AB = q.ε.AB Gọi UAB điện áp điểm A B, ta có : AAB = UAB.q ⇒ UAB = ε&.AB (V) hay Cho UAB = V, AB = m ε = ε= U AB AB ( V/m ) U AB 1V = = V/m 1m AB Vậy, Vôn/mét cường độ điện trường mà điện áp dọc theo mét đường sức Vôn Ví dụ 1.1: Hai kim loại mỏng A, B, ép sát vào tờ giấy cách điện đặt vào điện áp 20 V Giấy dày 0,1 mm Tính cường Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang Hình 1.8 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử độ điện trường kim loại Giải : Điện trường ε nên: 20 U AB = = 200000 V/m 0,110 −3 AB ε= Chú ý : * Điện tích (+) luôn di chuyển từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp, điện tử di chuyển theo chiều ngược lại * Chỉ có điện áp có giá trị xác định, điện có giá trị tùy thuộc điểm mốc chọn * Điện điểm điện áp điểm với điểm vô cực * Tập hợp điểm có điện tạo thành mặt gọi mặt đẳng 1.3 Điện dung 1.3.1 Điện dung vật dẫn  Định nghĩa: Vì ϕ = k Q , nghĩa điện tỉ lệ với điện tích gây điện r trường , vật dẫn nhiễm điện có điện tích tăng lên điện Q tăng theo, tỉ số ϕ luôn số Hằng số đó, ký hiệu C, gọi điện dung vật dẫn : Q C= ϕ Q Q Cho ϕ = 1V C = ϕ = = Q Vậy, điện Vôn lượng điện tích vào vật dẫn điện dung Suy ra, điện thế, vật dẫn có điện dung lớn tích điện nhiều Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử  Đơn vị: Cho ϕ = 1V, Q = C C = đơn vị điện dung, gọi Fara, ký hiệu F Vậy, Fara điện dung vật dẫn đặt vào điện Vôn tích lượng điện Culông: 1F = 1C 1V Vì Fara đơn vị lớn nên người ta thường dùng ước Fara : *0 Micrôfara : 1µF = 10-6 F *1 Nanôfara : 1nF = 10-9 F = 10-3 µF *2 Picôfara : 1pF = 10-12 F = 10-6 µF = 10-3 nF 1.3.2 Tụ điện  Định nghĩa - Hai vật dẫn đặt gần cách lớp điện môi tạo thành tụ điện Xét tụ điện phẳng gồm Hình 1.11 cực cách lớp điện môi giấy, mica, sứ Muốn tích điện cho tụ, ta có nhiều cách : - Nối cực tụ với cực nguồn điện ( tích điện nhờ công nguồn điện ) - Nối cực tụ với vật nhiễm điện, cực lại nối với đất( tích điện tiếp xúc hưởng ứng ) Hai cực tụ luôn tích điện trái dấu, tụ tích điện, nối cực dây dẫn tụ phóng điện hết điện  Điện dung tụ điện C= Với tụ phẳng: Hay: ( điện tích tụ ) Q U ( điện áp cực ) εS S C = k 4πd = 9.10 4πd C = 8,86.10-12 εS d (F) Trong : ε số điện môi S diện tích cực, tính m2 Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử d khoảng cách cực, tính m Ví dụ 1.2: Tụ 10µF đặt vào điện áp 500 V điện tích cực ? Giải : Điện tích cực tụ Q = C.U = 10.10-6 x 500 = 5.10-3 C  Ghép tụ điện *3 Ghép song song Hình 1.12 Là ghép cực tên với nhau, đặt vào điện áp U chung Vì tụ có chung điện áp U nên: Q1 = C1.U, Q2 = C2.U, , Qn = Cn.U Gọi CBộ QBộ điện dung điện áp (còn gọi tụ tương đương), ta có: QBộ = Q1 + Q2 + + Qn = U ( C1 + C2 + + Cn ) (1) Mặt khác, đối vớ tụ tương đương, ta có: QBộ = U.CBộ ( ) ( ) cho ta : (2) CBộ = C1 + C2 + + Cn Vậy, ghép song song dùng cần tụ có điện dung lớn Chú ý: Nếu C1 = C2 = = Cn = C CBộ = nC Ví dụ 1.3: Cần ghép tụ 0,22 µF - 400 V để có tụ làm việc với điện áp 400 V, điện dung 3,3 µF ? Giải: Vì điện áp tụ điện áp tụ cần ghép nên ta ghép song song tụ Số tụ cần ghép n= 3,3 C Bo = = 15 (cái ) 0,22 C Vậy, muốn có tụ 3,3 µF - 400 V phải ghép song song 15 tụ 0,22 µF 400V Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử *4 Ghép nối tiếp Là ghép cực âm tụ trước với cực dương tụ sau, cực dương tụ đầu với cực âm tụ cuối cực Hình 1.13 Với cách ghép điện tích tụ điện tích bộ: Q1 = Q2 = = QBộ = Q Gọi U1, U2, , Un điện áp tụ, U điện áp cực tụ, ta có: U = U1 + U2 + + Un Biết : Q Q Q U1 = C ; U2 = C ; ; Un = C n ⇒ 1 U = Q ( C + C + + C ) n (3) Mặt khác, tụ tương đương , ta có : U = Q C (4) Bo 1 ( ) ( ) cho ta: C = C + C + + C Bo n Vậy, ghép nối tiếp dùng cần tụ chịu điện áp cao, điện dung đạt nhỏ nhiều so với điện dung tụ Chú ý: Nếu C1 = C2 = = Cn = C CBộ = C n Ví dụ 1.4: Cần ghép tụ 4µF - 150 V để đặt vào điện áp 600 V? Điện dung tụ ? Giải : Vì điện áp làm việc lớn điện áp tụ nên phải ghép nối tiếp tụ Và tụ có điện áp Utụ = 150 V nên: Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử U = nUtụ ⇒ 600 = n x 150 ⇒ n = 600 = ( ) 150 Vậy, số tụ cần ghép nối tiếp tụ Điện dung tụ CBộ = C = = µF n 1.4 Năng lượng điện trường Năng lượng điện trường lượng tích lũy tụ điện tụ nạp điện Khi tụ phóng điện, lượng giải phóng Gọi WE lượng điện trường, ta có: WE = Q.U, biết Q = C.U ⇒ WE = C.U2 (J) Trong đó: C điện dung tụ điện, tính F U điện áp cực tụ, tính V Ví dụ 1.5: Một tụ µF tích điện đến điện áp KV Tính lượng điện trường tụ Giải: Năng lượng điện trường tụ tích lũy WE = 1 C.U2 = 4.10-6(103)2 = J 2 1.5 Tác dụng điện trường lên vật dẫn điện môi 1.5.1 Vật dẫn điện trường  Hiện tượng Đặt vật dẫn vào điện trường cực tích điện trái dấu hình vẽ bên Cường độ trường cực gọi cường độ trường ngoài: ng Dưới tác dụng ng điện tử Hình 1.14 tự di chuyển ngược chiều điện trường phía đối diện với cực dương Phía lại đối diện với Vật dẫn điện trường cực âm tích điện âm tích điện dương Bên vật dẫn hình thành điện trường gọi điện trường phụ có cường độ f có chiều ngược lại với ng Nên f có tác dụng khử, f < ng điện từ tiếp tục phân bố lại –> f tiếp tục tăng Khi f = ng điện trường vật dẫn triệt tiêu, điện tích phân bố lai –> trạng thái cân  Kết luận Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 10 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử Pha C: e A = E sin(ωt − 4π 2π ) = E sin(ωt + ) 3 Biểu diễn số phức • 2π 2π • • −j j E A = Ee ; E B = Ee ; E C = Ee j0 • EC 2π 2π • • 2π 2π 3 EB 2π 2π EA Hình 5.3 Hình 5.2 5.1.2 Cách nối mạch điện pha Nếu pha nguồn điện pha nối riêng rẽ với pha tải ta có hệ thống pha không liên hệ nhau, mạch điện gọi pha mạch điện pha Thường pha nguồn điện nối với nhau, pha tải nối với có đường dây pha nối nguồn với tải, dẫn điện từ nguồn tới tải Thông thường dùng cách nối Nối hình ký hiệu Y Nối hình tam giác ký hiệu Δ - Sức điện động,điện áp pha nguồn điện(hoặc tải) gọi sức điện động pha ký hiệu Ep, điện áp pha ký hiệu Up, dòng điện pha ký hiệu Ip - Dòng điện chạy đường dây pha từ nguồn đến tải gọi dòng điện dây ký hiệu Id,điện áp đường dây pha gọi điện áp dây ký hiệu Ud - Các quan hệ đại lượng dây đại lượng pha phụ thuộc vào cách nối hay tam giác 5.1.3 Mạch điện pha đối xứng Nguồn điện gồm sức điện động hình sin biên độ,cùng tần số, lệch pha 1200 điện gọi nguồn điện pha đối xứng.Đối với nguồn đối xứng ta có eA + eB + eC ≈ Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 106 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử • • • E A + EB + EC = Tải pha có tổng trở phức pha Z A = ZB = ZC gọi tải pha đối xứng Mạch điện pha gồm nguồn, tải đường dây đối xứng gọi mạch pha đối xứng Ơ mạch pha đối xứng đại lượng điện áp, dòng điện pha dối xứng, có trị số hiệu dụng lệch pha 120 0, tạo thành hình đối xứng tổng chúng • • • I A + I B + I C ≈0 •  • U A+U B +U C = 5.1.4 Cách nối hình (Y)  Cách nối Mỗi pha nguồn (hoặc tải) có đầu cuối, thường quen ký hiệu đầu pha A, B, C, cuối pha X, Y, Z muốn nối hình ta nối điểm cuối pha với tạo thành điểm trung tính a Hình 5.4 b Hình 5.5  Quan hệ đại lượng pha đại lượng dây đốin xứng - Quan hệ dòng điện dây dòng điện pha + Dòng điện pha Ip dòng điện chạy dây pha nguồn (hoặc tải) + Dòng điện dây Id dòng điện chạy dây pha nối từ nguồn tới tải Từ mạch ta thấy:Id = Ip - Quan hệ điện áp dây điện áp pha + Điện áp pha điện áp điểm đầu điểm cuối pha) điểm đầu pha điểm trung tính, dây pha dây trung tính) Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 107 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử + Điện áp dây điện áp điểm đầu dây pha(hoặc điện áp dây pha) Ví dụ 5.1 Điện áp UAB(giữa pha A pha B), UCB (giữa pha C pha B), UAC pha C pha B Theo định nghĩa điện áp dây ta có: • • • • • • • • • U AB = U A − U B * U BC = U B − U C U CA = U C − U A Vẽ đồ thị vector điện áp dây ,trước heat vẽ đồ thị vector điện áp pha U A, UB, UC sau dựa vào công thức * vẽ đồ thị vector điện áp dây hình vẽ Xét tam giác OAB hình (a) → → U UC → AB - 2AH = 2OAcos30 = 2OA = OA U CA O 30 Ud = Up → −U B 300 AB điện áp dây Ud AB → U 30 OA điện áp pha Up → UB Từ đồ thị vector ta thấy: A → Khi điện áp pha đối xứng điện áp dây đối xứng U BC - Trị số hiệu dụng c Ud = Up - Pha: Điện áp dây vượt trước điện áp pha tương ứng Hình 5.6 góc 300 (UAB vượt trước UA góc 300, UBC vượt trước UB góc 300, UCA vượt trước UC góc 300) • • • - Khi tải đối xứng I A , I B , I C tạo thành hình đối xứng dòng điện dây trung tính • • • Io = I A + I B + IC = - Trong trường hợp không cần dùng dây trung tính, ta có mạch pha dây - Động điện pha tải đối xứng, cần đưa dây pha đến động pha - Khi tải pha không đối xứng, ví dụ tải sinh hoạt khu tập thể • • • gia đình dây trung tính có dòng điện Io = I A + I B + I C Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 108 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử - Để dây trung tính không bị dứt người ta qui định không đặt cầu chì dây trung tính - Dây trung tính tác dụng giữ cân điện áp pha tải không đối xứng, cho phép lấy cấp điện áp UP Ud Ví dụ 5.2 Một nguồn điện pha đối xứng nối hình sao, điện áp pha nguồn U pn = 220V Nguồn cung cấp điện cho tải R ba pha đối xứng Biết dòng điện dây I d =10A.Tính điện áp Ud, điện áp pha tải, dòng điện pha tải nguồn.Vẽ đồ thị véctor → → UC IC → → → IB IA → Hình 5.7 a UA UB Hình 5.8 Giải: Nguồn nối hình nên điện áp dây là: Ud = 3Up = 220 = 380V Tải nối hình sao,biết Ud =380V=> điện áp pha tải là: Upt = Ud = 380 = 220V Nguồn nối sao,tải nối tam giác => dòng điện pha nguồn Ipn = Id =10A Dòng điện pha tải Ipt = Id =10A Vì tải điện trở nên điện áp pha tải trùng với dòng điện pha tải Ví dụ 5.3 ( áp dụng tính) Động pha cuộn dây pha trạng thái làm việc ổn định có điện trở R = cảm kháng X = đấu thành hình sao(Y).Nguồn pha cung cấp có Ud = 220V Tìm điện áp pha, dòng điện qua pha, dòng điện chạy dây pha, hệ số công suất 5.1.5 Cách nối hình tam giác  Cách nối Cách nối hình tam giác, ta lấy đầu pha nà nối với cuối pha A nối với Z Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 109 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử B nối với X C nối với Y Cách nối tam giác dây trung tính  Các quan hệ đại lượng dây pha đối xứng  → → I B I CA O E→ → I → a Hình 5.9 I 30 BC → I A AB − I AC F b Hình 5.10 Qui ước: Dòng Ip nguồn ngược chiều kim đồng hồ Dòng It tải chiều kim đồng hồ Các đại lượng dây pha ký hiệu hình vẽ - Quan hệ điện áp dây điện áp pha Ud = Up - Quan hệ dòng điện dây dòng điện pha Id = Ip Xét tam giác OEF OF ≈ 2OE = 3OE I d = 3I p OF dòng điện Id OE dòng điện Ip Từ đồ thị vector ta thấy - Khi dòng điện pha đối xứng dòng điện dây đối xứng - Trị số hiệu dụng I d = 3I p Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 110 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử - Pha: dòng điện dây chậm sau dòng điện pha tương ứng góc 30 (IA chậm pha IAB góc 300, IB chậm pha IBC góc 300, IC chậm pha IAC góc 300 ) Ví dụ 5.4 Mạch điện pha tải nối hình sao,nguồn nối hình tam giác,nguồn tải đối xứng.Biết dòng điện pha tải I pt = 50A,điện áp pha tải U pt = 220V + Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch pha, sơ đồ rõ đại lượng dây đại lượng pha + Hãy xác định dòng điện pha điện áp pha nguồn Ipn,Upn Giải: - Sơ đồ đấu dây mạch pha Hình 5.11 - Vì tải nối nên Id = Ip= 50A Ud = 3Upt = 220 = 380V Vì nguồn đối xứng nối hình tam giác nên ta có điện áp Upn nguồn là: Upn = Ud = 380V Dòng điện pha nguồn Ipn = Id = 50 = 28,868 A 5.1.6 Công suất mạch điện pha  Công suất tác dụng P Công suất tác dụng P mạch pha tổng cônh suất tác dụng pha cộng lại.Gọi PA, PB, PC tương ứng công suất tác dụng A, B, C Ta có:P = PA + PB + PC = UAIAcosφA + UBIBcosφB + UCICcosφC Khi pha đối xứng Công thức viết cho đại lượng pha P = 3UPIPcosφ Công thức viết cho đại lượng dây Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 111 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử P = 3U d I d cos ϕ Trong φ góc lệch pha điện áp pha dòng điện pha tương ứng cos ϕ = RP R + X P2 P  Công suất phản kháng Công suất phản kháng Q pha tổng công suất phản kháng pha cộng lại Q = Q A + QB + QC Q = UAIAsinφA + UBIBsinφB + UCIsinφC Khi pha đối xứng Công thức viết cho đại lượng pha Q = 3UPIPsinφ Q = 3XPI2P (XP điện kháng tải) Công thức viết cho đại lượng dây Q = 3U d I d sin ϕ  Công suất biểu kiến mạch pha đối xứng S = 3UPIP S = 3U d I d S = 3ZPI2P 5.2 Các đại lượng công suất khác hiệu chỉnh hệ số công suất 5.2.1 Công suất phản kháng Hình 5.12 Công suất phản kháng phát từ nguồn ba pha sẻ công suất phản kháng nhận tải Q = Q A + QB + QC = U AO I A sin ϕ A + U BO I B sin ϕ B + U CO I C sin ϕC Trong trường hợp pha đối xứng ta có Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 112 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử Q = Q A + QB + QC = 3.U P I P sin ϕ P = 3.U d I d sin ϕ ta có P1 − P2 = U d I d sin ϕ Q = 3.( P1 − P2 ) Vậy Ta có sơ đồ đo công suất phản kháng pha wattmeter sau: 5.2.2 Công suất biểu kiến S = U AO I A + U BO I B + U CO I C Trong trường hợp pha đối xứng ta có S = 3.U P I P = 3.U d I d 5.2.3 công suất phức Công suất phức ba pha tổng công suất phức pha cộng lại S = S + S + S = ( P + P + P ) + j Q + Q + Q A B C A B C ( A B C ) 5.2.4 Công suất biểu kiến pha S A = PA + Q A S B = PB2 + QB2 S C = PC + QC 5.2.5 Công suất biểu kiến ba pha ( PA + PB + PC ) + ( QA + QB + QC ) S = P2 + Q2 = Hệ số công suất hệ thống pha cos ϕ = P 3U d I d = P = S P P + Q2 Rỏ ràng số công suất hệ thống nhỏ công suất tác dụng P nho( P = S cos ϕ Nguyên nhân gây hệ số công suất nhỏ động không đủ tải Để hiệu chỉnh hệ số công người ta dùng tụ điện có điện dung C nối tam giác Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 113 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử Hình 5.13 Công suất phản kháng Qk tụ điện cần để hiệu chỉnh hệ số công suất từ giá trị cosϕ đến giá trị cosϕt với công suất tác dụng cho tính theo công thức Qk = P ( tgϕ − tgϕ t ) 5.3 Sụt áp tổn hao công suất 5.3.1 Sụt áp Sụt áp đường dây pha hiệu giá trị điện áp hiệu dụng đầu đường dây cuối đường dây Hình 5.14 Sụt áp rơi tổng trở Zd đường dây điện áp Hình 5.15 ∆U = I Z = U  d d AN − U A 'O Để tìm ta dùng công thức gần chiếu véc tơ lên vec tơ U A'O ⇒ ∆U P ≈ ( Rd cos ϕ + X d sin ϕ ).I d Trong : Id trị hiệu dụng dòng dây Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 114 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử cos ϕ hệ số công suất tải Hình 5.16 5.3.2 Tổn hao công suất Dòng điện chạy dây dẩn xảy tổn hao công suất tác dụng củng công suất phản kháng ( ∆P = Rd I A2 + I B2 + I C2 ) 5.4 Giải mạch điện pha đối xứng Khi tải nối vào nguồn có điện áp U d, bỏ qua tổng trở đường dây, biết tổng trở tải, bước thực sau: - Bước 1: Xác định cách nối dây tải(hình hay hình tam giác) - Bước 2: Xác định điện áp pha Up tải + Nếu tải nối hình Up = Ud + Nếu tải nối tam giác Ud = Up - Bước 3: Xác định tổng trở pha Zp hệ số công suất tải Tổng trở pha tải z p = R P2 + X P2 R P Hệ số công suất cosφ= Z = P RP R + X P2 P Trong Rp, Xp tương ứng điện trở pha, điện kháng pha pha tải - Bước 4: Tính dòng điện Ip tải IP = UP zP Từ dòng điện Ip tính dòng điện Id tải Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 115 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử Nếu tải nối hình Id = I p Nếu tải nối hình tam giác I d = 3I p - Bước 5: Tính công suất tải tiêu thụ P = 3R P I P2 hoăc 3U P I P cos ϕ 3U d I d cos ϕ Q = X P I P2 hoăc 3U P I P sin ϕ 3U d I d sin ϕ S = z P I P2 hoăc 3U P I P 3U d I d Ví dụ 5.5 Động pha đấu làm việc với điện áp dây olà 220V, cosφ = 0,8 tiêu thụ công suất 3KW Xác định dòng điện dây pha 5.5 Giải mạch điện pha không đối xứng có dây trung tính ạng điện sinh hoạt cung cấp điện cho khu dân cư mạng điện pha dây: pha A, B, C dây trung tính Điện cung cấp cho hộ lấy từ pha dây trung tính(điện áp pha) Tải pha không giống thay đổi nhiều Đây mạch pha không đối xứng → → U 'C → UC O → UB Hình 5.17 U O’ → U 'B A → U 'A Hình 5.18 - Bỏ qua tổng trở dây trung tính( nghĩa bỏ qua điện áp rơi dây trung tính) Điện điểm trung tính O’của tải coi trùng với điện điểm trung tính O nguồn Khi tải pha thay đổi điện áp U p tải giữ bình thường, không vượt quá điện áp pha - Đây ưu điểm dây trung tính, dây trung tính dây trung tính bị đứt, tải pha thay đổi điểm trung tính tải lệch khỏi điểm trung tính O nguồn, điện áp pha tải U’ A,U’B,U’C thay đổi nhiều, có pha điện áp tăng, có pha điện áp giảm Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 116 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử BÀI TẬP CHƯƠNG Bài 1: Một nguồn điện pha đối xứng đấu cung cấp cho tải pha đối xứng đấu tam giác Biết dòng điện pha nguồn I pn = 17.32 A, điện trở pha tải Rp =38 Ω Tính điện áp pha nguồn công suất P nguồn cung cấp cho tải pha Bài 2: Một tải pha gồm cuộn dây mắc tam giác cấp điện từ đường dây (hình vẽ) cuộn dây có điện trở R = 2.19 Ω điện cảm L = 4mH, dây pha nối từ nguồn tới tải có điện trở R d = 0.935 Ω điện cảm Ld= 3.95mH Biết dòng điện dây pha I d = 43.3A với tần số 50Hz Hãy xác định điện áp dây mạng đầu đường dây Bài 3: Một đường dây pha với điện áp dây Ud = 200V, tần số 50Hz cấp điện cho cuộn dây nối tam giác ( hình vẽ ) Mỗi cuộn dây có điện trở R = 1,6 Ω điện cảm L = 0,00382H Mỗi dây pha đường dây có điện trở R d = 0,02 Ω điện kháng Xd= 0,04 Ω Hãy xác định : Dòng điện pha Điện áp pha cuộn dây tải Hệ số cos Ψ đầu dường dây Bài : Một tải pha không đối xứng nối cấp điện từ đường dây pha dây với điện áp pha 100V Biết tổng trở pha tải Z A = 6+j8 Ω , ZB = -j20 Ω , ZC = j10 Ω Xác định dòng điện dây pha dây trung tính Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 117 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử TÀI LIỆU THAM KHẢO Kỹ thuật điện đại cương; Hoàng Hữu Thuận, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp – Hà Nội 1986 Bài tập kỹ thuật điện đại cương; Hoàng Hữu Thuận, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp – Hà Nội 1986 Cơ sở kỹ thuật điện, Hoàng Hữu Thuận, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Kỹ thuật điện, Nguyễn Kim Đính, Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh – 1994 Cơ sở lý thuyết mạch; PGS.TSKH.Thân Ngọc Hoàn, Nhà xuất xây dựng - Hà Nội - 2003 Giáo trình lý thuyết mạch điện, PGS TS Lê Văn Bảng, vụ giáo dục chuyên nghiệp - NXB giáo dục Bài tập kỹ thuật điện, PTS Trương Tri Ngộ (chủ biên) – PTS Đỗ Xuân Tùng – KS Hà Đặng Cao Phong, NXB xây dựng, Hà Nội 1998 Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 118 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử MỤC LỤC Nội dung Trang Lời nói đầu Chương 1: Tĩnh điện 1.1: Khái niệm điện tích điện trường 1.2: Điện thể – hiệu điện 1.3: Điện dung 1.4: Năng lượng điện trường 1.5: Tác dụng điện trường lên vật dẫn điện môi Bài tập chương 11 Chương 2: Mạch điện chiều 13 2.1: Dòng điện dòng điện chiều 13 2.2: Mạch điện phân tử mạch điện 14 2.3: Các định luật biểu thức mạch điện chiều 15 2.4: Các phương pháp giải mạch chiều 23 Câu hỏi tập chương 33 Chương 3: Từ trường cảm ứng điện từ 37 3.1: Đại cương nề từ trường 37 3.2: Từ trường dòng điện qua vòng dây 37 3.3: Từ trường dòng điện qua ống dây 38 3.4: Các đại lượng đặc trưng từ trường 38 3.5: Vật liệu từ 43 3.6: Lực Từ 45 3.7: Hiện tượng cảm ứng điện từ 48 3.8: Sức điện động cảm ứng vòng dây có từ thong 48 biến thiên( Định luật Len – Xơ) 3.9: Sức điện động cảm ứng dây dẫn thẳng chuyển 50 động cắt từ trường 3.10: Hiện tượng tự cảm hỗ cảm 55 3.11: Dòng điện foucalt ứng dụng (dòng điện xoáy) 57 Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 119 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử 3.12: Năng lượng từ trường Bài tập chương Chương 4: Dòng điện xoay chiều hình sin 4.1: Khái niệm dòng điện xoay chiều 4.2: Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 4.3: Biểu diễn dòng điện hình sin số phức 82 Bài tập chương Chương 5: Mạch điện ba pha 5.1: Khái niệm chung 5.2: Các đại lượng công suất khác hiệu chỉnh hệ số công suất 5.3: Sụt áp tổn hao công suất 5.4: Giải mạch điện pha đối xứng 106 5.5: Giải mạch điện pha không đối xứng có dây trung tính 107 Bài tập chương Giáo trình môn: Điện kỹ thuật 58 59 62 62 67 94 98 98 104 105 109 Trang 120 [...]... Tính điện dung cả bộ ĐS bài 12: Cbộ = C Bài 13: Tụ điện ở bài 10 được đặt vào điện áp 500 Tính điện tích trên bản cực và cường độ điện trường trong tụ ĐS bài 13: Q = 2,2.10-7C; ε = 50KV/m Bài 1: Tìm năng lượng điện trường của tụ điện C = 10µF, được tích điện đến điện áp U = 300V ĐS bài 14: WE = 0,45J Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 13 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử Chương 2 MẠCH ĐIỆN MỘT... có mật độ điện tử tự do lớn hơn K 2 Khi đó, điện tử từ K1 sẽ khuếch tán qua K2 Kết quả K1 sẽ tích điện (+) vì thiếu điện tử, còn K2 sẽ tích điện (-) vì thừa điện tử Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Hình 2.4 Trang 21 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử Vậy, tại mặt tiếp xúc hình thành một điện trường, tức là có một hiệu điện thế U tx xuất hiện gọi là hiệu điện thế tiếp xúc Muốn lấy được hiệu điện thế... A/mm2 95 2.2 Mạch điện và các phân tử của mạch điện 2.2.1 Mạch điện Mạch điện là tập hợp các thiết bị để dòng điện chạy qua,các thiết bị lẻ chấp nối để tạo thành mạch điện gọi là các phần tử của mạch Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 15 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử 2.2.2.Các phần tử cấu thành mạch điện Nguồn điên, dây dẫn, thiết bị tiêu thụ điện thiết bị phụ trợ  Nguồn điện: Là thiết bị... đường dây điện trở 0,8Ω Dòng điện qua mạch là 2A Tìm điện trở R ĐS bài 6: R = 5Ω Bài 7: Bếp điện mắc vào điện áp 120V, có dòng điện 3A đi qua trong 20 phút xác định công suất, điện năng và nhiệt lượng ĐS bài 7: P = 360W ; A = 120Wh; O = 104Kcal Bài 8: Bóng đèn 60W – 120V mắc vào nguồn điện có U = 100V Tính công suất đèn tiêu thụ Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 35 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện. .. mạch, I = 6A đi qua Tính điện trở và điện dẫn của đoạn mạch đó Giải: Điện trở của đoạn mạch R= U 24 = = 4Ω I 6 Điện dẫn của đoạn mạch g= 1 1 = = 0,25( s) R 4 * Bản chất của điện trở Điện trở của một vật dẫn tỉ lệ với chiều dài, tỉ lệ nghịch với tiết diện và phụ thuộc vào vật liệu làm ra vật dẫn đó Điện trở suất: Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 17 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử ρ = R s l Nếu... CHƯƠNG 1 Bài 1: Điện trường là gì ? Cường độ điện trường ? Vẽ các vectơ cường độ điện trường ε1và ε2 và các vectơ lực hút hoặc đẩy do 2 điện tích Q1 và Q2 tàc dụng lên q như hình vẽ: Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 11 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử ĐS bài 1: Bài 2: Một thanh êbônit xát vào dạ nhận thêm 5.1010 điện tử Tính điện tích của nó ĐS bài 2: q = - 8.10-9C Bài 3 : Hai điện tích điểm... U1+U 2= U3 hay U = ΣUi Điện áp chung đặt vào các điện trở đấu nối tiếp bằng các điện áp giáng trên từng điện trở U = IR < => U1+U2+U3 = IR1 + IR2 + IR3 =I(R1+R2+R3) Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 25 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử R = R1+R2+R3 hay R =ΣRi Công suất tiêu thụ trên các điện trở P1 = I2R1; P2 = I2R2; P3 = I2R3 P = P 1 + P2 + P3 Ví dụ 2.10 Hợp điện trở gồm có 4 điện trở R 1 = 1, R2... s l s l => I = γ U = gU Giáo trình môn: Điện kỹ thuật g: (điện dẫn của đoạn mạch) Trang 16 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử =>g = γ s l Nghịch đảo của điện dẫn gọi là điện trở (R) 1 1 l l 1 R = g = γ s = ρ s đ (rô) = γ đ: gọi là điện trở suất của vật liệu => I = U R Điện trở, điện trở suất và sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ - Đơn vị của điện trở và điện dẫn R= U R Đơn vị trong hệ số SI... vẽ Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 34 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử CÂU HỎI BÀI TẬP CHƯƠNG 2 1 Định nghĩa dòng điện, cho biết chiều qui ước và chiều thực của dòng điện trong môi trường vật dẫn 2 Giải thích bản chất suất điện động của nguồn điện 3 Phát biểu và nêu ứng dụng của định luật Jun_lenxơ (Juole-lenz) 4 Dòng điện cho phép của dây dẫn là gì? Tại sao can bảo vệ quá tải cho mạch điện. .. giữa 2 đầu sẽ phát sinh dòng nhiệt điện làm lệch kim nhiệt kế, hoặc Ampe kế, đặt ở đầu b, cho ta đọc được nhiệt độ cần đo, hoặc vận hành được một dụng cụ dùng điện nào đó 2.3.5 Tác dụng hóa của dòng điện  Hiện tượng điện phân Khi có dòng điện qua dung dịch điện phân như dung dịch muối ăn chẳng Giáo trình môn: Điện kỹ thuật Trang 22 Hình 2.6 Trường Cao đẳng - Khoa Điện – Điện tử hạn, anion Cl- đi về anốt