Giáo trình điện cơ bản (nghề điện tử công nghiệp cđ)

QUÂN KHU 3
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SỐ 20
------

GIÁO TRÌNH
ĐIỆN CƠ BẢN
Nghề đào tạo: Điện tử cơng nghiệp
Trình độ đào tạo: Cao đẳng nghề
LƯU HÀNH NỘI BỘ

Biên soạn: Đinh Văn Thắng

Năm 2022
1


Lời nói đầu !
Ngày nay, nền kinh tế n-ớc ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân
dân cũng đ-ợc nâng cao nhanh chóng. Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực
công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng tr-ởng không ngừng. Vấn đề
nắm bắt các kiến thức cơ bản về điện ngày càng trở nên thiết yếu.
Cuốn "Giáo trình Điện cơ bản" đ-ợc biên soạn dành cho học sinh Trung
cấp nghề và những ng-ời muốn tự học nghề điện.
Mục tiêu chung của giáo trình nhằm cung cấp những kiến thức và hình
thành những kỹ năng cơ bản về nghề điện.
Giáo trình đ-ợc chia thành 3 phần, mỗi phần gồm 5 ch-ơng. Trong đó mỗi
phần đều -u tiên dành thời gian cho việc hình thành các kỹ năng cơ bản trong
lắp đặt và vận hành mạch điện.
Do thời gian biên soạn có hạn nên không tránh khỏi những thiếu xót. Kính
mong nhận đ-ợc sự góp ý của đồng nghiệp và bạn đọc!

2


mục lục
Lời nói đầu..........................................
Phần một: vật liệu điện
Ch-ơng 1: Khái niệm chung
1.1. Cấu tạo vật chất
1.2. Lý thuyết phân vùng năng l-ợng trong vật rắn
Ch-ơng 2: Vật liệu dẫn điện
2.1. Khái niệm
2.2. Tính chất
2.3. Một số vật liệu dẫn điện thông dụng
Ch-ơng 3: Vật liệu cách điện
3.1. Khái niệm
3.2. Phân loại
3.3. Một số vật liệu cách điện thông dụng
Ch-ơng 4: Vật liệu từ
4.1. Khái niệm
4.2. Chu trình từ hoá của vật liệu từ
4.3. Một số vật liệu từ thông dụng
Ch-ơng 5: Dây dẫn điện
5.1. Ph-ơng pháp đo, kiểm tra, tính chọn dây dẫn điện
5.2. Các ph-ơng pháp nối dây
Phần hai: Khí cụ điện
Ch-ơng 1: Khái niệm chung
1.1. Khái niệm và phân loại
1.2. Các yêu cầu đối với khí cụ điện
1.3. TiÕp xóc ®iƯn
1.4. Hå quang ®iƯn

3


Ch-ơng 2: Khí cụ điện đóng cắt
2.1. Cầu dao
2.2. Contac
2.3. Aptomat
2.4. Contactor - Khởi động từ
Ch-ơng 3: Khí cụ điện bảo vệ
3.1. Cầu chì
3.2. Role nhiệt
3.3. Role điện từ
3.4. Rơ le dòng điện
Ch-ơng 4: Khí cụ điện điều khiển
4.1. Nút Ên
4.2. Bé khèng chÕ
4.3. Timer
Ch-¬ng 5: Sư dơng khÝ cơ điện
5.1. Lắp đặt mạng điện sinh hoạt
5.2. Lắp đặt mạng điện công nghiệp
Phần ba: Thiết bị điện gia dụng
Ch-ơng 1: Thiết bị cấp nhiệt
1.1. Nguyên lý chung
1.2. Một số thiết bị cấp nhiệt thông dụng
Ch-ơng 2: Máy biến áp
2.1. Khái niệm
2.2. Cấu tạo máy biến áp một phase
2.3. Nguyên lý làm việc
2.4. Các máy biến áp một phase thông dụng
2.4.1. M¸y biÕn ¸p c¸ch li

2.4.2 Survolteur
4


2.4.3. ỉn ¸p
2.5. TÝnh to¸n, thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p gia dơng
2.5.1. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p c¸ch li
2.5.2. TÝnh toán máy biến áp tự ngẫu
Ch-ơng 3: Động cơ điện
3.1. Cấu tạo
3.2. Nguyên lý làm việc
3.2.1. Nguyên lý chung
3.2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ một phase kiểu điện
dung
3.2.3. Nguyên lý làm việc của động cơ một phase kiểu vòng
ngắn mạch
Ch-ơng 4: Thiết bị điện một chiều
4.1. Khái niệm chung
4.2. Pin, acqui
4.3. Máy phát điện một chiều
4.4. Động cơ điện một chiều
Ch-ơng 5: Sử dụng và sửa chữa thiết bị điện gia dụng
5.1. Thiết bị cấp nhiệt
5.2. Quạt điện
5.3. Động cơ điện
Tài liệu tham khảo.........................................................................................

5

Tài liệu tham khảo:
1. Nghề Điện Dân Dụng - NXB Giáo dục 1994
Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh, Trần Mai Thu
2. VËt liƯu Kü tht ®iƯn - NXB Khoa häc và Kỹ thuật 2001
Nguyễn Xuân Phú, Hồ Xuân Thanh
3. Khí Cụ Điện - NXB Khoa học và Kỹ thuật 2001
Nguyễn Xuân Phú, Tô Đằng
4. Sửa chữa thiết bị điện gia dụng NXB Hải Phòng.
Bùi Văn Yên
5. Tự học quấn quạt và động cơ điện - NXB Khoa học và Kỹ thuật 1997
Đỗ Ngọc Long
6. Kỹ thuật quấn dây máy biến áp, động cơ vạn năng, động cơ 1 pha, 3pha NXB Đà Nẵng. Tác giả: Trần Duy Phụng
7. Sửa chữa, chế tạo máy biến áp dân dụng và công nghiệp - NXB KH & KT
Đỗ Ngọc Long
8. Thiết kế cấp điện - NXB Khoa học và Kỹ thuật 2001
Ngô Hồng Quang, Vũ Vă Tẩm

6


Ch-ơng 1: Vật liệu điện
I. Khái niệm chung
1. Cấu tạo vật chất :
Trong kỹ thuật điện đà chỉ rõ bản chất của dòng điện là sự chuyển dời có
h-ớng các ®iƯn tÝch trong ®iƯn tr-êng. Do vËy, nghiªn cøu vËt liệu điện cần phải
nghiên cứu cấu tạo của nó, khảo sát sự tồn tại hay không tồn tại các điện tích
trong vật liệu. Trên cơ sở đó, ta có thể phân loại đ-ợc vật liệu điện, biết đ-ợc tính
chất của vật liệu là dẫn điện, cách điện, dẫn từ hay bán dẫn và đồng thời ta biết
đ-ợc ứng dụng của từng loại vật liệu đó trong lĩnh vực điện và các lĩnh vực khác.
a, Cấu tạo nguyên tử:

- Khái niệm: Nguyên tử là phần tử cơ bản của vật chất. Nguyên tử đ-ợc
cấu tạo bởi hạt nhân mang điện tích d-ơng và các điện tử mang điện tích âm
chuyển động trên các quỹ đạo bao quanh hạt nhân.
Hạt nhân của nguyên tử gồm các hạt proton và notron.
Proton mang điện tích d-ơng với số l-ợng điện tích là: z x q
Trong đó: q = 1,6 x 10-19 culông là điện tích của điện tử.
z: là số điện tử của nguyên tử và cũng là số thứ tự của nguyên tố của
nguyên tử trong bảng tuần hoàn Menđinêep.
Nh- vậy, hạt nhân mang điện tích d-ơng chính bằng số l-ợng điện tích của
proton.
Điện tử tích điện âm, khối l-ợng của điện tử khi nó ở trạng thái tĩnh hay
chuyển động với vận tóc rất nhỏ, với vận tốc ánh sáng có trị sè:
M = 9,1 x 10-31 kg
- ThÝ nghiÖm cho thÊy rằng khối l-ợng hạt nhân gấp 1.850 lần khối l-ợng
của điện tử. Khối l-ợng của nguyên tử đ-ợc tập trung ở hạt nhân. Bình th-ờng
nguyên tử ở trạng thái trung hòa về điện, số điện tích d-ơng của hạt nhân bằng số
điện tích âm của các điện tử trong nguyên tử. Nguyên tử bị mất đi một vài điện tử
7


thì nó sẽ tạo thành ion d-ơng. Ng-ợc lại, nguyên tử nhận thêm điện tử nó sẽ tạo
thành ion âm.
- Nguyên tử có thể mất đi hay nhận thêm điện tử là khi nguyên tử bị ion
hóa hoặc bị kích thích. Điều đó có nghĩa là nguyên tử có thể nhận thêm hoặc
cho đi năng l-ợng.
- Mỗi điện tử trong nguyên tử đều t-ơng ứng với một mức năng l-ợng nhất
định và để di chuyển nó tới quỹ đạo xa hơn phải cấp năng l-ợng cho điện tử.
- Khi di chuyển 1 điện tử ra khỏi quỹ đạo với bán kính ra xa vô cùng thì sẽ
hao tốn 1 năng l-ợng do lực hút của hạt nhân.
- Mức năng l-ợng cung cấp cho điện tử đạt giá trị nào đó để điện tử có thể

tách rời nguyên tử trở thành điện tử tự do, đồng thời bản thân nguyên tử đó cũng
biến thành ion d-ơng, thì mức năng l-ợng đó gọi là mức năng l-ợng ion hóa và
nguyên tử đó gọi là nguyên tử ion hóa.
- Năng l-ợng ion hóa t-ơng ứng với các điện tử ở các quỹ đạo khác nhau
trong cùng 1 nguyên tử cũng khác nhau. Điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng ứng với
mức năng l-ợng ion hóa thấp nhất, các điện tử này gọi là điện tử hóa trị vì chúng
thực hiện liên kết hóa học với nguyên tử của nguyên tố khác.
Khi điện tử nhận đ-ợc mức năng l-ợng nhỏ hơn mức năng l-ợng ion hãa,
khi ®ã ®iƯn tư sÏ di chun tíi q đạo xa hạt nhân hơn. Ta nói nguyên tử ở trạng
thái bị kích thích, mức năng l-ợng đó gọi là mức năng l-ợng kích thích.
Khi không còn bị kích thích nguyên tử quay về trạng thái ổn định, điện tử
sẽ nhanh chóng trở về trạng thái ổn định ban đầu.
Kết luận: Khảo sát cấu tạo nguyên tử cho biết sự tồn tại xuất hiện hay mất
đi của các điện tử trong nguyên tử (kích thích, ion hóa) để hình thành các ion
d-ơng hoặc ion âm. Đây là yếu tố cơ bản hình thành dòng điện trong vật liệu.

8


b, Cấu tạo vật chất :
Vật chất đ-ợc cấu tạo bởi các phân tử, nguyên tử, hoặc ion theo các dạng
liên kết sau :
- Liên kết đồng hóa trị:
Phân tử đ-ợc tạo thành do các nguyên tử liên kết với nhau bởi điện tử góp
chung. Điều đó có nghĩa là một số điện tử tạo thành chung cho các nguyên tử
tham gia liên kết hình thành phân tử.
Ví dụ: Phân tử Clo đ-ợc hình thành bởi mối liên kết giữa 2 nguyên tử clo, mỗi
nguyên tử Clo có 17 điện tử (7 điện tử hóa trị) xếp thành 3 lớp (chu kỳ III), trong
đó lớp ngoài cùng có 7 điện tử (7 điện tử cộng hóa trị). Hai nguyên tử này đ-ợc
liên kết bền vững với nhau bằng cách cùng sử dụng chung 2 điện tử lớp vỏ ngoài

cùng, mỗi nguyên tử đ-ợc bổ sung thêm 1 điện tử của nguyên tử kia:
0
0

Cl00

0

0

00

+

0

0

0

Cl00

0

00

0

Cl0

00

0
0

0
0

Cl00

00

- Liên kết ion:
Liên kết này đ-ợc xác lập bởi lực hút giữa ion âm và ion d-ơng.
Vật rắn có cấu tạo ion đ-ợc đặc tr-ng bởi tính chất khá bền vững về cơ học
và nhiệt độ nóng chảy t-ơng đối cao.
Ví dụ: Mối liên kết ion là các loại muối halogen của kim loại kiềm.
- Liên kết kim loại:
Dạng liên kết tạo nên tinh thể rắn. Kim loại đ-ợc xem nh- là một hệ
thống cấu tạo từ các ion d-ơng nằm trong môi tr-ờng các điện tử tự do, sức hút
giữa các ion d-ơng và các điện tử tạo nên tính nguyên khối của kim loại. Đó là
các kiểu liên kết d-ới dạng mạng tinh thể.

9


Sự tồn tại các điện tích tự do làm cho kim loại có tính óng ánh và tính dẫn
điện, dẫn nhiệt cao. Tính dẻo của kim loại đ-ợc giải tích bởi sự dịch chuyển và
tr-ợt lên nhau giữa các lớp ion.
2. Lý thuyết phân vùng năng l-ợng trong vật rắn:

a, Phân vùng năng l-ợng trong vật rắn:
Lý thuyết về phân vùng năng l-ợng trong vật rắn giúp cho chúng ta giải
thích, phân loại các nhóm vật liệu cách điện, dẫn điện và bán dẫn.
Nghiên cứu cấu tạo nguyên tử cho thấy: điện tử của nguyên tử có mức
năng l-ợng xác định. Mặt khác, khi nghiên cứu quang phổ vạch phát xạ của các
chất khác nhau ở trạng thái khí chỉ rõ rằng nguyên tử của mỗi chất đ-ợc đặc
tr-ng bởi những vạch quang phổ hoàn toàn xác định. Điều đó cũng chứng tỏ rằng
nguyên tử có những mức năng l-ợng xác định.
Nguyên tử ở trạng thái bình th-ờng sẽ có mức năng l-ợng t-ơng ứng với
mức năng l-ợng của lớp điện tử hóa trị.
Khi các điện tử hóa trị đ-ợc cung cấp năng l-ợng đủ để di chuyển tới quỹ
đao xa hạt nhân thì nguyên tử sẽ ở trạng thái bị kích thích và có mức năng l-ợng
cao hơn (mức kích thích).
Khi năng l-ợng cung cấp cho điện tử cao hơn nữa, nguyên tử sẽ bị ion hóa
và có mức năng l-ợng ion hóa (mức năng l-ợng max).
Nh- vậy nguyên tử có 3 mức năng l-ợng khác nhau:
Mức ion
Vùng năng l-ợng
Mức kích thích

Mức bình th-ờng

10


Khi chất khí hóa lỏng và sau đó tạo nên mạng tinh thể của vật rắn. Lúc này
các nguyên tử kề bên nhau, do tác dụng lẫn nhau giữa các nguyên tử các mức
năng l-ợng bị xê dịch và hình thành dải (vùng) năng l-ợng.
ở nhiệt độ tuyệt đối 00K do không có năng l-ợng của chuyển động nhiệt
nên vùng năng l-ợng bình th-ờng của nguyên tử đ-ợc gọi là vùng đầy hoặc vùng

hóa trị. Khi nguyên tử bị ion hóa, điện tử hóa trị trở thành điện tử tự do, nguyên
tử có mức năng l-ợng cao nhất vùng năng l-ợng này đ-ợc gọi là vùng rỗng (vùng
tự do). Vùng năng l-ợng ở giữa vùng đầy và vùng rỗng đ-ợc gọi là vùng cấm.
Ta có sơ đồ phân bố vùng năng l-ợng vật rắn:
Vùng rỗng

w

Vùng cấm
Vùng đầy

Tùy theo chiều rộng của vùng cấm W, vật liệu đ-ợc phân loại theo tính
chất dẫn điện.
b, Phân loại vật liệu theo thuyết phân vùng năng l-ợng:
- Chất điện môi: là chất có vùng cấm rộng tới mức ở điều kiện nhiệt dộ
bình th-ờng các điện tử hóa trị tuy đ-ợc cung cấp thêm năng l-ợng của chuyển
động nhiệt vẫn không thể di chuyển tới vùng rỗng để trở thành điện tử tự do.
Nh- vậy, trong điều kiện bình th-ờng điện môi vật liệu không dẫn điện.
Điện dẫn của chúng bằng 0.
- Vật dẫn: là chất có vùng đầy nằm sát với vùng rỗng, các điện tử hóa trị
trong vùng đầy có thể chuyển động một cách dễ dàng tới vùng rỗng để trở thành
điện tử tự do. Nh- vậy, vật dẫn có tính dÉn ®iƯn cao.

11


- Bán dẫn điện: Là chất có chiều rộng dải cÊm bÐ W = (0,2 – 1,5 ev)
nªn ngay ë nhiệt độ bình th-ờng một số điện tử hóa trí trong vùng đầy d-ới tác
động của chuyển động nhiệt độ đà có thể di chuyển tới vùng rỗng để trở thành
các điện tử tự do và hình thành tính dẫn ®iƯn cđa vËt liƯu.

Nh- vËy, tÝnh dÉn ®iƯn cđa b¸n dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng
cao thì số l-ợng điện tử tự do càng nhiều và điện dẫn của bán dẫn điện càng lớn.

12


II. Vật liệu dẫn điện.
1. Khái niệm.
- Vật liệu dẫn điện là vật liệu mà ở trạng thái bình th-ờng có các điện tích
tự do. Nếu đặt những vật liệu này vào điện tr-ờng thì điện tích dịch chuyển theo
chiều tác dụng của điện tr-ờng và tạo thành dòng điện.
- Phân loại: gồm 2 loại
+ Vật liệu dạng rắn: * Dẫn điện tốt (Al, Cu...)
* Điện trở cao (Fe, thép...)
+ Vật liệu ở thể lỏng: thủy ngân, dung dịch hóa häc.
2. TÝnh chÊt.
a, TÝnh dÉn ®iƯn:

Trong ®ã:
: ®iƯn trë st (m)
l: chiều dài (m)
S: Tiết diện (m2).
Tất cả đều có đặc tính dẫn điện tốt, khả năng dẫn dòng phụ thuộc vào điện
trở.
b, Tính dẫn nhiệt:
Các vật liệu dẫn điện có tính truyền nhiệt và đ-ợc giới hạn nhiệt độ nóng
chảy cho phép.
c. Độ bền cơ:
Vật liệu dẫn điện có độ bền cơ tùy thuộc vào từng loại chất gồm có độ co,
độ nở, đàn hồi và chịu va đập.

13


3. Một số vật liệu dẫn điện thông dụng:
a. Đồng và hợp kim của đồng:
- Đồng: là một vật liệu có kích tính dẫn điện tốt đ-ợc sử dụng rộng rÃi.
+ Ưu, nh-ợc điểm:
* Có điện trở suất nhỏ, độ bền cơ t-ơng đối cao trong nhiều tr-ờng hợp
đồng có tính chống ăn mòn, có khả năng gia công tốt.
* Có công nghệ hàn và gắn t-ơng đối dễ dàng.
* Có trọng l-ợng riêng lớn, giá thành cao.
Sử dụng: Làm dây dẫn điện.
Dây cuốn các máy điện.
Làm thanh cái.
Làm tiếp ®iĨm cđa khÝ cơ ®iƯn.
- Hỵp kim cđa ®ång : là các hợp kim của đồng với thiếc (thiếc chiếm 5
10%). Hợp kim có sức chịu về cơ cao hơn, th-ờng dùng làm dây dẫn điện thoại,
các chi tiết của khí cụ điện.
Đồng thau : là hợp kim của Cu víi Zn, kÏm chiÕm 30 – 40% cã ®é cứng
cao, th-ờng dùng để chế tạo các chi tiết khí cụ điện.
b. Nhôm (Al) :
- Sau Cu, Al là vật liệu thứ 2 đ-ợc sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện.
- Đặc điểm : Màu trắng, nhẹ, dễ ráp mỏng, kéo sợi. Có độ bền có kém, lực
kéo kém, khã thùc hiƯn mèi nèi, dƠ bÞ ion hãa d-íi tác động của môi tr-ờng.
- Sử dụng : Al th-ờng làm dây dẫn điện, dùng cho bộ phận truyền nhiệt,
tỏa nhiệt.
c. Sắt (Fe) : là kim loại có giá thành rẻ, độ bền cơ học cao, th-ờng đ-ợc dùng
làm vật dẫn d-ới dạng thanh dẫn.
- Fe có khả năng chống ăn mòn kém (dễ bị han rỉ), trọng l-ợng lớn, ®iÖn

trë cao, tÝnh dÉn ®iÖn kÐm Cu, Al.
14


d. Chì (Pb) : Là kim loại có màu xám, có điện trở cao nh-ng chống ăn mòn tốt
và bền vững d-ới tác dụng của n-ớc và axit nhẹ.
- Chì và hợp kim chì th-ờng đ-ợc làm vỏ bọc cách điện cho các dây cáp
chống ẩm, làm dây chảy cầu chì.
e. Vonfram :
- Là hợp kim rắn, có khối l-ợng riêng lớn, nhiệt độ nóng chảy cao nhất
trong các kim loại.
- Ưu điểm : ổn định lúc làm việc, độ mài mòn thấp do có độ cứng cao, có
khả năng chống lại tác dụng của hồ quang và nhiệt độ cao. Độ ăn mòn bề mặt
nhỏ.
- Nh-ợc điểm : Khó gia công, cần có áp lực tiếp xúc lớn để có trị số điện
trở tiếp xúc nhỏ
- ứng dụng : Vonfram th-ờng đ-ợc làm các tiếp điểm trong các khí cụ
điện (loại có lực ép tiếp điểm lớn), làm dây tóc bóng đèn...
f. Thiếc :
- Là kim loại có màu trắng bạc, có đặc điểm mềm, dễ vuốt, có thể kéo
thành lá mỏng, th-ờng đ-ợc dùng làm vỏ bọc bảo vệ kim loại chống bị ăn mòn.
- Nh-ợc điểm : Có độ bền thấp, nhiệt độ nóng chảy nhỏ.
g. Than kỹ thuật điện :
- Dùng làm chổi quét trong các máy điện, các điện cực của đèn chiếu, điện
cực của các lò điện và các bể điện phân, điện của pin...

15


III. Vật liệu cách điện

1. Khái niệm:
Vật liệu cách điện là loại vật chất có khả năng dẫn điện kém hoặc không
dẫn điện.
2. Phân loại:
Tùy theo cấu tạo của vật chất mà ng-ời ta phân loại vật liệu cách điện
thành các dạng:
- Vật liệu cách điện ở dạng khí.
- Vật liệu cách điện hữu cơ.
- Vật liệu cách điện dạng lỏng.
3. Một số loại vật liệu cách điện thông dụng:
a. Điện môi:
- Chất điện môi là chất đ-ợc ứng dụng rộng rÃi trong kỹ thuật điện.
Th-ờng dùng là môi tr-ờng giữa hai bản cực. Do vậy, chất điện môi luôn nằm
trong điện tr-ờng (E = U/d).
- Tùy thuộc vào dạng c-ờng độ điện tr-ờng (mạnh hay yếu, một chiều hay
xoay chiều...), thời gian đặt điện tr-ờng mà trong chất điện môi xảy ra các hiện
t-ợng với các đặc điểm khác nhau. Ngoài ra, các yếu tố môi tr-ờng (nhiệt độ, độ
ẩm, áp suất...) cũng ảnh h-ởng tới các đặc điểm của quá trình xảy ra trong chất
điện môi. Về cơ bản, trong chất điện môi d-ới tác dụng của điện tr-ờng có thể
xảy ra hai hiện t-ợng cơ bản: sự dẫn điện và sự phân cực.
- Dẫn điện của điện môi đ-ợc xác định bởi sự chuyển động có h-ớng của
các điện tích tự do tồn tại trong chất điện môi d-ới tác dụng của điện tr-ờng
ngoài đặt lên chất điện môi.
- Hiện t-ợng này chỉ xảy ra do sự ion hóa các phần tử khí khi điện tr-ờng
đặt vào đạt giá trị đủ lớn, động năng của các hạt mang điện va chạm vào phần tử

16


khí tạo ra các ion dẫn điện hoặc do tác dơng cđa tia cùc tÝm, tia vị trơ, sù phãng

x¹ hay tác dụng nhiệt.
- Phân cực là hiện t-ợng chỉ đặc tr-ng cho chất điện môi, đó là quá trình
xê dịch trong các phạm vi nhỏ của các điện tích ràng buộc hoặc xoay h-ớng của
các phân tử l-ỡng cực d-ới tác dụng của điện tr-ờng bên ngoài.
Trong chất điện môi tồn tại rất ít các điện tích tự do, còn lại đa số là các
điện tích có liên kết chặt chẽ với những phần tử bên cạnh gọi là điện tích ràng
buộc. Do vậy, d-ới tác dụng của điện tr-ờng bên ngoài, chúng không thể chuyển
động suốt qua chất điện môi đ-ợc để tạo thành dòng điện mà chỉ có thể xê dịch
rất ít hoặc xoay h-ớng theo điện tr-ờng. Nh- vậy, hiện t-ợng phân cực thực chất
là sự dịch chuyển của các điện tích d-ơng theo chiều điện tr-ờng và các điện tích
âm ng-ợc chiều điện tr-ờng. Còn các phần tử l-ỡng cực có sự định h-ớng theo
chiều ng-ợc lại của điện tr-ờng.
Nh- vậy: Quá trình dẫn điện và p hân cực của điện môi d-ới tác dụng của
điện tr-ờng phải tiêu tốn một phần năng l-ợng điện, đó là sự tổn hao điện môi,
mặt khác điện môi nằm bên trong điện tr-ờng còn chịu sự lÃo hóa dẫn đến sự
thay đổi tính chất về điện, cơ, lý, hóa... điện áp cao v-ợt quáđiện áp định mức sẽ
xảy ra quá trình phóng điện chất điện môi.
b. Vật liệu cách điện dạng khí:
ở vật liệu cách điện dạng khí, tr-ớc tiên phải nói đến không khí, không khí
đ-ợc sử dụng rộng rÃi để làm cách điện trong thiết bị điện, phối hợp với chất
cách điện rắn và lỏng, trong một số tr-ờng hợp nó là chất cách điện chủ yếu.
Ngoài ra, trong kỹ thuật điện, ng-ời ta còn dùng một số loại khí cách điện
khác nh-: N2 = 1Kv/mm, CO2 = 0,9 kv/mm, H2 = 0,6 kv/mm.
c. VËt liÖu cách điện hữu cơ:
- Vật liệu cách điện hữu cơ là những liên kết có chứa các nguyên tử
Cacbon trong ®ã cã c¸c chÊt khÝ nh- Etylen, chÊt láng (nh- dầu mỏ), chất rắn
(nhựa, vật liệu sợi, cao su...).
17

- Trong vật liệu cách điện hữu cơ có một số thuộc loại thấp pahan tử (phân
tử của nó chứa không nhiều nguyên tử), một số thuộc loại liên kết cao phân tử
(phân tử của nó chứa rất nhiều nguyên tử).
d. Dầu mỏ và các loại dầu khác:
- Dầu máy biến áp: dùng để lấp kín các lỗ xốp của vật liệu cách điện sợi,
lấp kín khoảng trống của các cuộn dây, giữa cuộn dây với vỏ tăng khả năng cách
điện của vật liệu. Cải thiện điều kiện tỏa nhiệt do tổn hao công suất trong cuộn
dây và lõi máy biến áp.
- Dây cáp: Đối với các loại cáp điện áp cao110 380KV và cao hơn
ng-ời ta dùng dầu làm cách điện, loại dầu này có độ nhớt bé rất sạch, đặc biệt
khử tất cả các chất khí hòa tan trong nó.
- Dầu tụ điện: là loại dầu mỡ ít nhớt, trung tính gần nh- loại dầu máy biến
áp nh-ng đ-ợc làm sạch rất kỹ, th-ờng để tẩm giấy tụ điện. Dùng dầu tụ tăng
điện trở cách điện giảm đ-ợc kích th-ớc, trọng l-ợng và do đố giảm đ-ợc giá
thành cho tụ.
Ngoài các vật liệu cách điện trên ng-ời ta còn dùng một số loại khác nhsơn cách điện, cao su cách điện, xenlulo, và các vật liệu vô cơ nh- gốm, mica,
thủy tinh...
IV. Vật liệu từ
1. Khái niệm vµ tÝnh chÊt cđa vËt liƯu dÉn tõ:
- VËt liƯu từ là loại vật liệu có từ tính, chủ yếu là vật liệu sắt từ có kết cấu
mạng tinh thể. Nguyên nhân gây ra tính chất từ trong vật liệu là do sự chuyển
dịch của các điện tích tạo nên những dòng điện vòng, đó là sự quay của các điện
tử quanh quỹ đạo trong nguyên tử.

18


- Sù tõ hãa cđa vËt liƯu tõ dƠ hay khó đều có nhiều sự phụ thuộc vào phản
ứng từ hóa của tinh thể. Tính chất đặc tr-ng cho trạng thái từ của các chất là nó
có độ nhiễm từ tự phát ngay khi không có từ tr-ờng ngoài.

Dễ

Trung bình

Khó

- Ta cã thĨ tõ hãa (lun tõ) cho c¸c vËt liệu sắt từ d-ới ảnh h-ởng của từ
tr-ờng ngoài, quá trình từ hóa này có thể đặc tr-ng bằng đ-ờng cong tõ hãa.
B = f (H)
 = B/H:
Trong ®ã:
 : Hệ số từ thẩm, là đại l-ợng đặc tr-ng cho vật liệu sắt từ trong từ
tr-ờng biến thiên.
H: C-ờng độ từ tr-ờng.
B: C-ờng độ từ cảm.

Mức bÃo
hoà từ

2. Chu trình tõ hãa cđa vËt liƯu s¾t tõ
- Lun tõ cho chất sắt từ bằng cách tăng dần dòng điện gây từ i, khi ấy
c-ờng độ từ tr-ờng H tăng vì I H, lúc đầu B tỷ lệ với H. Quan hƯ b = f (H) lµ
quan hƯ bËc nhÊt ----> = const
- Khi tăng I đến một giá trị nào đó thì B tăng chậm, đ-ờng B = f(H) cong
về phía trục hoành, sau đó chuyển sang giai đoạn bÃo hòa (H tăng nh-ng B
không tăng), lúc này  = 1.
19


- Chu trình từ hóa của vật liệu sắt từ hình bên đ-ợc gọi là chu trình từ hóa

của vật liệu sắt từ
Đ-ờng (1)

Đ-ờng (2)

Đ-ờng (1): Thể hiện quá trình nh- vừa phân tích ở trên.
Đ-ờng (2): đến thời điểm bÃo hòa bắt đầu giảm H---> B bắt đầu giảm.
Đầu trên giảm chậm sau đó giảm nhanh hơn (bc).
Nh- vậy, một giá trị H có 2 giá trị B. B lúc giảm H lớn hơn B lúc tăng H và
B giảm chậm hơn H ---> đây gọi là hiện t-ợng từ trễ. Trong quá trình biến thiên,
c-ờng độ từ cảm luôn biến thiên chậm hơn c-ờng độ từ tr-ờng, khi H = 0 mà B
ch-a bằng 0 (đoạn OC đ-ợc gọi là từ d- B d-).
Để khử từ d- ta nối ng-ợc cực tính H (đổi chiều dòng điện) và tăng dần về
phía ng-ợc lại cho đến khi B = 0, t¹o ra tõ tr-êng khư tõ (od).
TiÕp tơc tăng H, từ giá trị khử từ đến giai đoạn bÃo hòa thực sự về phía âm.
Đổi chiều H rồi tiếp tục tăng giá trị khử từ và dẫn đến giá trị bÃo hòa. Ta
đ-ợc đ-ờng cong khép kín gọi là chu trình hóa của vật liệu sắt từ. Đó là đặc tr-ng
cơ bản của vật liệu sắt từ, căn cứ vào đó, ta có thể biết đ-ợc:
* Mức độ bÃo hòa từ.
* Mức độ từ d- của vật liệu để tính chọn nam châm vĩnh cửu.
* Biết đ-ợc sự thay ®ỉi cđa hƯ sè tõ thÈm.
20