(NB) Giáo trình Máy điện với mục tiêu giúp các bạn có thể phân tích được cấu tạo, nguyên lý của các loại máy điện thông dụng như: máy biến áp, động cơ, máy phát điện. Mời các bạn cùng tham khảo!
Khái niệm chung về máy điện
Tính thuận nghịch của máy điện
Phát nóng và làm mát của máy điện
2.1 Cấu tạo và công dụng của máy biến áp 1 1
2.2 Các đại lượng định mức 0.5 0.5
2.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 0.5 0.5
2.4 Các chế độ làm việc của máy biến áp 1.5 0.5 1
2.5 Tổn hao năng lượng và hiệu suất của máy biến áp 1 0.5 0.5
2.6 Máy biến áp ba pha 2 1 1
2.7 Đấu song song các máy biến áp 0.5 0.5
2.8 Các máy biến áp đặc biệt 0.5 0.5
2.9 Bảo dưỡng và sửa chữa các máy biến áp 22.5 21.5 1
Bài 3: Máy điện không đồng bộ 20 5 14 1
3.1 Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ 0.5 0.5 0
3.2 Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha 1 1
3.3 Từ trường của máy điện không đồng bộ 0.5 0.5
3.4 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ 1 1
3.5 Mô hình toán của động cơ không đồng bộ 0.5 0.5
3.6 Sơ đồ thay thế động cơ điện không đồng bộ 0.5 0.5
3.7 Biểu đồ năng lượng và hiệu suất 1.5 0.5 1
6 của động cơ không đồng bộ
3.8 Momen quay của động cơ không đồng bộ ba pha 0.5 0.5
3.9 Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha 1 1
3.10 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 1 1
3.11 Động cơ không đồng bộ một pha 1 1
3.12 Sử dụng động cơ điện ba pha vào lưới điện một pha 1 1
3.13 Dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha 0.5 0.5
3.14 Dây quấn động cơ không đồng bộ một pha 0.5 0.5
3.15 Bảo dưỡng và sửa chữa động cơ điện xoay chiều 9 8 1
Bài 4: Máy điện đồng bộ 16 8 7 1
4.1 Định nghĩa và công dụng 0.5 0.5
4.2 Cấu tạo của máy điện đồng bộ 2.5 2.5
4.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 1.5 0.5 1
4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ 2.5 1 1.5
4.5 Các đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ 2 1 1
4.6 Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ 3 1 2
4.7 Động cơ và máy bù đồng bộ 3 1.5 1.5
Bài 5: Máy điện một chiều 20 10 9 1
5.1 Đại cương về máy điện một chiều 1 1
5.2 Cấu tạo của máy điện một chiều 2 2
5.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 3 2.5 0.5
5.4 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều 1 1
5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều 1 0.5 0.5
5.6 Tia lử điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục 1 1
5.7 Máy phát điện một chiều 2 1 1
5.8 Động cơ điện một chiều 2 1 1
5.9 Dây quấn phần ứng máy điện một chiều 1 1
5.10 Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện một chiều 6 5 1
Bài 1 Khái niệm chung về máy điện Mục tiêu
- Biết được khái niệm về máy điện
- Phân biệt được một số loại máy điện
- Có ý thức tự giác trong học tập
1.1 Định nghĩa và phân loại
Mày điện là thiết bị điện từ hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, với cấu tạo chính bao gồm lõi thép, mạch từ và mạch điện Thiết bị này có chức năng biến đổi năng lượng giữa cơ năng và điện năng, hoặc ngược lại.
Máy điện được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên nhiều tiêu chí như công suất, cấu tạo, chức năng, dòng điện và nguyên lý làm việc Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc phân loại máy điện theo nguyên lý biến đổi năng lượng.
Máy điện tĩnh Như máy biến áp thường dung để biến đổi điện năng
Máy điện động Như máy phát điện, động cơ điện
Hình 1.1: Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thông thường
1.2 Tính thuận nghịch của máy điện
1.2.1 Đối với máy điện tĩnh
Máy điện tĩnh phổ biến nhất là máy biến áp, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Hiện tượng này xảy ra do sự biến đổi từ thông giữa các cuộn dây mà không cần có sự chuyển động tương đối giữa chúng.
Máy điện tĩnh là thiết bị quan trọng trong việc biến đổi thông số điện năng, nhờ vào tính chất thuận nghịch của quy luật cảm ứng điện từ Chẳng hạn, máy biến áp có khả năng chuyển đổi điện năng từ các thông số U1, I1, F1 sang U2, I2, F2 và ngược lại, cho phép tối ưu hóa việc sử dụng điện năng trong các ứng dụng khác nhau.
Hình 1.2 Tính thuận nghịch của máy điện tĩnh
1.2.2 Đối với máy điện quay
Nguyên lý hoạt động của máy điện dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó lực điện từ được sinh ra từ sự tương tác giữa từ trường và dòng điện của các cuộn dây chuyển động tương đối Loại máy này thường được sử dụng để biến đổi năng lượng.
Biến điện năng thành cơ năng (động cơ điện) và ngược lại, biến cơ năng thành điện năng (máy phát điện) là quá trình có tính thuận nghịch, cho phép máy điện hoạt động linh hoạt ở cả chế độ máy phát và động cơ điện.
Xét một thanh dẫn đặt trong từ trường như hình vẽ
Cho thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra một sức điện động e=B.l.v.sinα (1.1)
Nếu nối hai đầu thanh dẫn với tải R thì trong mạch sẽ có dòng điện I
Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn thì u=e và ta có công suất điện cung cấp cho tải là
Hình 1.3: Chế độ máy phát
Do có dòng I nên thanh dẫn chịu tác dụng bởi một lực điện từ
Fđt=B.i.l.sinα (1.3) khi tốc độ thanh dẫn không đổi thì Pđt=Pcơ
Ta có: v.Pđt=v Pcơ= B.i.l.v =e.i Vậy: Pcơơ.v đã đ ược biến đổi thành công suất điện
Điện áp U từ nguồn điện cung cấp cho máy điện sẽ tạo ra dòng điện i trong thanh dẫn Dưới tác động của từ trường, lực điện từ Fđt = Bil sẽ tác động lên thanh dẫn, khiến nó chuyển động với tốc độ v Điều này dẫn đến công suất điện được cung cấp cho động cơ.
Hình 1.3: Chế độ động cơ
Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục
Pc = Fđt v Điện năng đã biến thành cơ năng
Máy điện có khả năng hoạt động như máy phát điện hoặc động cơ điện tùy thuộc vào loại năng lượng cung cấp Đây là đặc tính thuận nghịch của các thiết bị điện từ.
1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện
1.3.1 Phát nóng của máy điện
Trong quá trình hoạt động, máy điện gặp phải tổn hao công suất do tổn hao năng lượng, bao gồm tổn hao sắt từ, tổn hao đồng và tổn hao do ma sát, tất cả đều chuyển hóa thành nhiệt năng làm nóng máy Nhiệt độ cao, chấn động và các tác động lý hóa khác khiến lớp cách điện bị lão hóa, dẫn đến giảm độ bền điện và cơ Thực nghiệm cho thấy, khi nhiệt độ vượt quá 80-100°C, tuổi thọ vật liệu cách điện giảm một nửa Ở nhiệt độ làm việc cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện khoảng 10-15 năm Do đó, cần tránh tình trạng quá tải để không làm nhiệt độ máy tăng cao trong thời gian dài.
1.3.2 Làm mát của máy điện Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ BÀI 1:
- Khái niệm về máy điện
- Tính chất thuận nghịch của máy điện
- Nguyên nhân làm phát nóng máy điện
- Giải bài tập cơ bản về tính chất thuận nghịch của máy điện
+ Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác
- Kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm
- Kỹ năng: Đánh giá kỹ năng tính toán các bài tập
- Thái độ: Đánh giá phong cách học tập
Bài tập 1.1 yêu cầu xác định điện áp rơi trên một thanh dẫn dài 0.32m với điện trở 0.25Ω, khi nó được đặt vuông góc với từ trường đều có từ cảm B = 1.3T và chịu lực tác dụng 120N Ngoài ra, cần tính lại điện áp này khi thanh dẫn nghiêng một góc α.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Fđt=B.i.l.sinα, Pđt=Pcơ, e=B.v.l.sinα ĐS: 72.11V, 79.57V
Bài tập 1.2 Xác định vận tốc của một thanh dẫn dài l = 0.54m biết rằng khi nó chuyển động trong từ trường B = 0,86 T thì sđđ cảm ứng trong nó là e 30,6V
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 65,89m/s
Một thanh dẫn dài 1.2 m di chuyển với vận tốc 5.2 m/s cắt vuông góc các đường sức từ trong một từ trường đều có độ từ trường B = 0.18T Cần tính toán suất điện động cảm ứng trong thanh dẫn này.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 1,12v
Máy biến áp
Cấu tạo và công dụng của máy biến áp
Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Các chế độ làm việc của máy biến áp
Tổn hao năng lượng và hiệu suất của máy biến áp
Các máy biến áp đặc biệt
2.9 Bảo dưỡng và sửa chữa các máy biến áp 22.5 21.5 1
Bài 3: Máy điện không đồng bộ 20 5 14 1
3.1 Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ 0.5 0.5 0
3.2 Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha 1 1
3.3 Từ trường của máy điện không đồng bộ 0.5 0.5
3.4 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ 1 1
3.5 Mô hình toán của động cơ không đồng bộ 0.5 0.5
3.6 Sơ đồ thay thế động cơ điện không đồng bộ 0.5 0.5
3.7 Biểu đồ năng lượng và hiệu suất 1.5 0.5 1
6 của động cơ không đồng bộ
3.8 Momen quay của động cơ không đồng bộ ba pha 0.5 0.5
3.9 Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha 1 1
3.10 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 1 1
3.11 Động cơ không đồng bộ một pha 1 1
3.12 Sử dụng động cơ điện ba pha vào lưới điện một pha 1 1
3.13 Dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha 0.5 0.5
3.14 Dây quấn động cơ không đồng bộ một pha 0.5 0.5
3.15 Bảo dưỡng và sửa chữa động cơ điện xoay chiều 9 8 1
Bài 4: Máy điện đồng bộ 16 8 7 1
4.1 Định nghĩa và công dụng 0.5 0.5
4.2 Cấu tạo của máy điện đồng bộ 2.5 2.5
4.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 1.5 0.5 1
4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ 2.5 1 1.5
4.5 Các đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ 2 1 1
4.6 Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ 3 1 2
4.7 Động cơ và máy bù đồng bộ 3 1.5 1.5
Bài 5: Máy điện một chiều 20 10 9 1
5.1 Đại cương về máy điện một chiều 1 1
5.2 Cấu tạo của máy điện một chiều 2 2
5.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 3 2.5 0.5
5.4 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều 1 1
5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều 1 0.5 0.5
5.6 Tia lử điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục 1 1
5.7 Máy phát điện một chiều 2 1 1
5.8 Động cơ điện một chiều 2 1 1
5.9 Dây quấn phần ứng máy điện một chiều 1 1
5.10 Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện một chiều 6 5 1
Bài 1 Khái niệm chung về máy điện Mục tiêu
- Biết được khái niệm về máy điện
- Phân biệt được một số loại máy điện
- Có ý thức tự giác trong học tập
1.1 Định nghĩa và phân loại
Mày điện là thiết bị điện từ hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, bao gồm các thành phần chính như lõi thép, mạch từ và mạch điện Thiết bị này có khả năng biến đổi năng lượng từ cơ năng sang điện năng và ngược lại.
Máy điện được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên các tiêu chí như công suất, cấu tạo, chức năng, dòng điện và nguyên lý làm việc Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc phân loại máy điện theo nguyên lý biến đổi năng lượng.
Máy điện tĩnh Như máy biến áp thường dung để biến đổi điện năng
Máy điện động Như máy phát điện, động cơ điện
Hình 1.1: Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thông thường
1.2 Tính thuận nghịch của máy điện
1.2.1 Đối với máy điện tĩnh
Máy điện tĩnh phổ biến nhất là máy biến áp, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Hiện tượng này xảy ra khi từ thông giữa các cuộn dây thay đổi mà không cần có sự chuyển động tương đối giữa chúng.
Máy điện tĩnh là thiết bị quan trọng trong việc biến đổi các thông số điện năng, nhờ vào tính chất thuận nghịch của quy luật cảm ứng điện từ Chẳng hạn, máy biến áp có khả năng chuyển đổi điện năng từ các thông số U1, I1, F1 sang U2, I2, F2 và ngược lại, cho phép điều chỉnh hiệu quả năng lượng điện.
Hình 1.2 Tính thuận nghịch của máy điện tĩnh
1.2.2 Đối với máy điện quay
Nguyên lý hoạt động của máy điện này dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó lực điện từ được tạo ra do tương tác giữa từ trường và dòng điện của các cuộn dây chuyển động tương đối với nhau Loại máy này chủ yếu được sử dụng để biến đổi năng lượng.
Biến đổi điện năng thành cơ năng và ngược lại là quá trình quan trọng trong các thiết bị điện, như động cơ điện và máy phát điện Các máy điện có khả năng hoạt động linh hoạt ở cả hai chế độ, cho phép chúng chuyển đổi giữa vai trò máy phát và động cơ điện một cách thuận nghịch.
Xét một thanh dẫn đặt trong từ trường như hình vẽ
Cho thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra một sức điện động e=B.l.v.sinα (1.1)
Nếu nối hai đầu thanh dẫn với tải R thì trong mạch sẽ có dòng điện I
Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn thì u=e và ta có công suất điện cung cấp cho tải là
Hình 1.3: Chế độ máy phát
Do có dòng I nên thanh dẫn chịu tác dụng bởi một lực điện từ
Fđt=B.i.l.sinα (1.3) khi tốc độ thanh dẫn không đổi thì Pđt=Pcơ
Ta có: v.Pđt=v Pcơ= B.i.l.v =e.i Vậy: Pcơơ.v đã đ ược biến đổi thành công suất điện
Điện áp U từ nguồn cung cấp cho máy điện tạo ra dòng điện i trong thanh dẫn Khi thanh dẫn chịu tác động của từ trường, lực điện từ Fđt = Bil sẽ tác động lên nó, khiến thanh dẫn chuyển động với tốc độ v Công suất điện được cung cấp cho động cơ là kết quả của quá trình này.
Hình 1.3: Chế độ động cơ
Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục
Pc = Fđt v Điện năng đã biến thành cơ năng
Máy điện có khả năng hoạt động ở hai chế độ khác nhau, bao gồm máy phát điện và động cơ điện, tùy thuộc vào loại năng lượng được cung cấp Đây là đặc tính thuận nghịch của tất cả các loại máy điện.
1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện
1.3.1 Phát nóng của máy điện
Trong quá trình vận hành, máy điện gặp phải tổn hao công suất, bao gồm tổn hao sắt từ do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy, tổn hao đồng trong điện trở dây quấn, và tổn hao do ma sát ở máy điện quay Tất cả các tổn hao này đều chuyển hóa thành nhiệt năng, làm nóng máy điện và dẫn đến lão hóa lớp cách điện, làm giảm tính bền về điện và cơ Thực nghiệm cho thấy, khi nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép từ 8 đến 10°C, tuổi thọ của vật liệu cách điện sẽ giảm một nửa Ở nhiệt độ làm việc cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện khoảng 10 đến 15 năm Do đó, cần tránh tình trạng quá tải cho máy điện, vì điều này sẽ làm nhiệt độ tăng cao trong thời gian dài, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị.
1.3.2 Làm mát của máy điện Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ BÀI 1:
- Khái niệm về máy điện
- Tính chất thuận nghịch của máy điện
- Nguyên nhân làm phát nóng máy điện
- Giải bài tập cơ bản về tính chất thuận nghịch của máy điện
+ Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác
- Kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm
- Kỹ năng: Đánh giá kỹ năng tính toán các bài tập
- Thái độ: Đánh giá phong cách học tập
Một thanh dẫn dài 0.32m và có điện trở 0.25Ω được đặt vuông góc với từ trường có từ cảm B = 1.3T Khi lực tác dụng lên thanh dẫn là 120N, cần xác định điện áp rơi trên thanh Ngoài ra, cần tính lại điện áp này khi thanh dẫn nghiêng một góc α.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Fđt=B.i.l.sinα, Pđt=Pcơ, e=B.v.l.sinα ĐS: 72.11V, 79.57V
Bài tập 1.2 Xác định vận tốc của một thanh dẫn dài l = 0.54m biết rằng khi nó chuyển động trong từ trường B = 0,86 T thì sđđ cảm ứng trong nó là e 30,6V
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 65,89m/s
Một thanh dẫn dài 1.2 m di chuyển với vận tốc 5.2 m/s cắt vuông góc các đường sức từ của một từ trường đều có độ lớn B = 0.18T Cần tính điện động cảm ứng (sđđ) trong thanh dẫn này.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 1,12v
Bài 2 Máy biến áp Mục tiêu
- Xác định được cực tính của các cuộn dây máy biến áp theo định luật về điện
- Đo xác định chính xác các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch theo tiêu chuẩn về điện
- Bảo dưỡng và sửa chữa được máy biến áp theo nội dung bài đã học
- Chọn lựa máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng, theo tiêu chuẩn về điện
- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo, chủ động trong học tập
2.1 Cấu tạo và công dụng của máy biến áp
Máy biến áp bao gồm ba phần chính:
Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)
Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
Lõi thép: Được tạo thành bởi các lá thép mỏng ghép lại, về hình dáng có hai loại: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type)
Loại trụ được cấu tạo từ các lá thép hình chữ U và chữ I, giúp giảm thiểu từ thông rò lớn do cuộn dây sơ cấp gây ra mà không cắt cuộn dây thứ cấp Để tối ưu hóa hiệu suất, các cuộn dây được chia ra, với một nửa của mỗi cuộn được đặt trên một trụ của lõi thép, nhằm giảm thiểu tối đa từ thông rò.
Loại bọc được hình thành từ các lá thép hình chữ E và chữ I, bao bọc các cuộn dây quấn, tạo nên một mạch từ có hiệu suất cao Loại lõi thép này được sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng.
Hình 1 Lõi thép hình chữ U và lõi thép hình chữ I
Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ
Dây quấn máy biến áp được làm từ dây đồng hoặc nhôm với tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật Đối với các dây quấn có dòng điện lớn, sợi dây dẫn được mắc song song nhằm giảm thiểu tổn thất do dòng điện xoáy Bên ngoài, dây quấn được bọc lớp cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Dây quấn thứ cấp (Second Winding)
Hình 2.3 Hình dạng máy biến áp một pha loại trụ
Hình 2.4 Hình dạng máy biến áp một pha loại bọc
Máy điện không dồng bộ
Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ
Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha
Từ trường của máy điện không đồng bộ
Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ
máy điện không đồng bộ 1 1
Mô hình toán của động cơ không đồng bộ
3.6 Sơ đồ thay thế động cơ điện không đồng bộ 0.5 0.5
Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ không đồng bộ
6 của động cơ không đồng bộ
3.8 Momen quay của động cơ không đồng bộ ba pha 0.5 0.5
Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha
Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
Sử dụng động cơ điện ba pha vào lưới điện một pha
3.13 Dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha 0.5 0.5
3.14 Dây quấn động cơ không đồng bộ một pha 0.5 0.5
3.15 Bảo dưỡng và sửa chữa động cơ điện xoay chiều 9 8 1
Bài 4: Máy điện đồng bộ 16 8 7 1
4.1 Định nghĩa và công dụng 0.5 0.5
4.2 Cấu tạo của máy điện đồng bộ 2.5 2.5
4.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 1.5 0.5 1
4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ 2.5 1 1.5
4.5 Các đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ 2 1 1
4.6 Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ 3 1 2
4.7 Động cơ và máy bù đồng bộ 3 1.5 1.5
Bài 5: Máy điện một chiều 20 10 9 1
5.1 Đại cương về máy điện một chiều 1 1
5.2 Cấu tạo của máy điện một chiều 2 2
5.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 3 2.5 0.5
5.4 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều 1 1
5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều 1 0.5 0.5
5.6 Tia lử điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục 1 1
5.7 Máy phát điện một chiều 2 1 1
5.8 Động cơ điện một chiều 2 1 1
5.9 Dây quấn phần ứng máy điện một chiều 1 1
5.10 Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện một chiều 6 5 1
Bài 1 Khái niệm chung về máy điện Mục tiêu
- Biết được khái niệm về máy điện
- Phân biệt được một số loại máy điện
- Có ý thức tự giác trong học tập
1.1 Định nghĩa và phân loại
Mày điện là một thiết bị điện từ hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Cấu tạo chính của nó bao gồm lõi thép, mạch từ và mạch điện Thiết bị này có chức năng biến đổi năng lượng giữa các dạng như cơ năng và điện năng.
Máy điện được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên các tiêu chí như công suất, cấu tạo, chức năng, dòng điện và nguyên lý làm việc Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc phân loại máy điện theo nguyên lý biến đổi năng lượng.
Máy điện tĩnh Như máy biến áp thường dung để biến đổi điện năng
Máy điện động Như máy phát điện, động cơ điện
Hình 1.1: Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thông thường
1.2 Tính thuận nghịch của máy điện
1.2.1 Đối với máy điện tĩnh
Máy điện tĩnh phổ biến nhất là máy biến áp, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Hiện tượng này xảy ra khi có sự biến đổi từ thông giữa các cuộn dây mà không cần chuyển động tương đối giữa chúng.
Máy điện tĩnh là thiết bị quan trọng trong việc biến đổi các thông số điện năng Nhờ vào tính chất thuận nghịch của quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi điện năng diễn ra một cách linh hoạt Chẳng hạn, máy biến áp có khả năng chuyển đổi điện năng từ các thông số U1, I1, F1 sang U2, I2, F2 và ngược lại, cho phép điều chỉnh hiệu quả trong hệ thống điện.
Hình 1.2 Tính thuận nghịch của máy điện tĩnh
1.2.2 Đối với máy điện quay
Nguyên lý hoạt động của máy điện này dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, nơi mà lực điện từ giữa từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối tạo ra Loại máy này thường được sử dụng để biến đổi năng lượng hiệu quả.
Biến điện năng thành cơ năng thông qua động cơ điện và ngược lại, biến cơ năng thành điện năng qua máy phát điện, cho thấy tính thuận nghịch trong quá trình chuyển đổi Điều này có nghĩa là máy điện có khả năng hoạt động ở cả hai chế độ: máy phát và động cơ điện.
Xét một thanh dẫn đặt trong từ trường như hình vẽ
Cho thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra một sức điện động e=B.l.v.sinα (1.1)
Nếu nối hai đầu thanh dẫn với tải R thì trong mạch sẽ có dòng điện I
Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn thì u=e và ta có công suất điện cung cấp cho tải là
Hình 1.3: Chế độ máy phát
Do có dòng I nên thanh dẫn chịu tác dụng bởi một lực điện từ
Fđt=B.i.l.sinα (1.3) khi tốc độ thanh dẫn không đổi thì Pđt=Pcơ
Ta có: v.Pđt=v Pcơ= B.i.l.v =e.i Vậy: Pcơơ.v đã đ ược biến đổi thành công suất điện
Điện áp U từ nguồn điện cung cấp cho máy điện sẽ tạo ra dòng điện i trong thanh dẫn Khi có từ trường tác động, lực điện từ Fđt = Bil sẽ làm thanh dẫn chuyển động với vận tốc v Như vậy, công suất điện cung cấp cho động cơ được xác định qua quá trình này.
Hình 1.3: Chế độ động cơ
Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục
Pc = Fđt v Điện năng đã biến thành cơ năng
Máy điện có khả năng hoạt động như máy phát điện hoặc động cơ điện tùy thuộc vào dạng năng lượng đầu vào, thể hiện tính chất thuận nghịch của các loại máy điện.
1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện
1.3.1 Phát nóng của máy điện
Trong quá trình hoạt động, máy điện gặp phải tổn hao công suất, bao gồm tổn hao sắt từ, tổn hao đồng và tổn hao do ma sát Tất cả những tổn hao này biến thành nhiệt năng, làm nóng máy điện và gây lão hoá lớp cách điện, làm giảm tính bền về điện và cơ Nghiên cứu cho thấy, khi nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép từ 8 đến 10 độ C, tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm đi một nửa Ở nhiệt độ làm việc cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện khoảng 10 đến 15 năm Do đó, cần tránh để máy điện hoạt động quá tải, vì điều này có thể làm nhiệt độ tăng cao trong thời gian dài, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất và tuổi thọ của máy.
1.3.2 Làm mát của máy điện Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ BÀI 1:
- Khái niệm về máy điện
- Tính chất thuận nghịch của máy điện
- Nguyên nhân làm phát nóng máy điện
- Giải bài tập cơ bản về tính chất thuận nghịch của máy điện
+ Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác
- Kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm
- Kỹ năng: Đánh giá kỹ năng tính toán các bài tập
- Thái độ: Đánh giá phong cách học tập
Một thanh dẫn dài 0.32m và có điện trở 0.25Ω được đặt vuông góc với từ trường có từ cảm B = 1.3T Khi lực tác dụng lên thanh dẫn là 120N, cần xác định điện áp rơi trên thanh dẫn Ngoài ra, điện áp này sẽ được tính lại nếu thanh dẫn nghiêng một góc α.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Fđt=B.i.l.sinα, Pđt=Pcơ, e=B.v.l.sinα ĐS: 72.11V, 79.57V
Bài tập 1.2 Xác định vận tốc của một thanh dẫn dài l = 0.54m biết rằng khi nó chuyển động trong từ trường B = 0,86 T thì sđđ cảm ứng trong nó là e 30,6V
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 65,89m/s
Một thanh dẫn dài 1.2 m di chuyển với vận tốc 5.2 m/s cắt vuông góc các đường sức từ trong một từ trường đều có độ lớn B = 0.18 T Cần tính điện động cảm ứng (sđđ) trong thanh dẫn này.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 1,12v
Bài 2 Máy biến áp Mục tiêu
- Xác định được cực tính của các cuộn dây máy biến áp theo định luật về điện
- Đo xác định chính xác các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch theo tiêu chuẩn về điện
- Bảo dưỡng và sửa chữa được máy biến áp theo nội dung bài đã học
- Chọn lựa máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng, theo tiêu chuẩn về điện
- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo, chủ động trong học tập
2.1 Cấu tạo và công dụng của máy biến áp
Máy biến áp bao gồm ba phần chính:
Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)
Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
Lõi thép: Được tạo thành bởi các lá thép mỏng ghép lại, về hình dáng có hai loại: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type)
Trụ được chế tạo từ các lá thép hình chữ U và chữ I, giúp giảm thiểu từ thông rò trong máy biến áp Để đạt được hiệu quả tối ưu, cuộn dây sơ cấp không cắt cuộn dây thứ cấp, và mỗi cuộn dây được chia đôi, với một nửa đặt trên một trụ của lõi thép Nhờ đó, lượng lớn từ trường sinh ra được kiểm soát tốt hơn, giảm thiểu tổn thất năng lượng.
Loại bọc được hình thành từ các lá thép hình chữ E và chữ I, tạo nên một lõi thép bảo vệ các cuộn dây quấn Cấu trúc này hình thành một mạch từ có hiệu suất cao, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Hình 1 Lõi thép hình chữ U và lõi thép hình chữ I
Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ
Dây quấn máy biến áp được làm từ dây đồng hoặc nhôm với tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật Để giảm tổn thất do dòng điện xoáy, dây quấn cho dòng điện lớn thường sử dụng các sợi dây dẫn mắc song song Bên ngoài dây quấn được bọc lớp cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Dây quấn thứ cấp (Second Winding)
Hình 2.3 Hình dạng máy biến áp một pha loại trụ
Hình 2.4 Hình dạng máy biến áp một pha loại bọc
