Vị trí, tính chất của môn học
Môn học được tổ chức giảng dạy sau khi hoàn thành các môn học và mô đun cơ sở, đồng thời song song với các mô đun như Trang bị điện và Lắp đặt hệ thống cấp điện.
- Tính chất: Là môn học chuyên môn của nghề.
Mục tiêu môn học
Máy biến áp, máy điện một chiều, động cơ điện xoay chiều một pha và ba pha, máy phát điện, động cơ điện vạn năng, cùng với các thiết bị chiếu sáng và điện lạnh, đều có vai trò quan trọng trong hệ thống điện Mỗi loại thiết bị này có cấu tạo và nguyên lý hoạt động riêng, giúp chuyển đổi và sử dụng năng lượng điện hiệu quả Việc hiểu rõ công dụng và phân loại của chúng là cần thiết để ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày.
+ Phân tích được các nguyên tắc mở máy, đảo chiều quay động cơ điện
Vẽ sơ đồ đấu dây cho động cơ điện xoay chiều, bao gồm mạch mở máy và mạch đảo chiều quay cho động cơ KĐB 1 pha và 3 pha, cũng như các thiết bị điện dân dụng liên quan đến động cơ xoay chiều 1 pha.
+ Nhận biết được các thành phần cấu tạo của một số đèn chiếu sáng, thiết bị điện, điện lạnh
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Nghiêm túc trong học tập và ghi chép bài đầy đủ;
+ Vận dụng được kiến thức lý thuyết vào các bài tậpthực hành đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
MÁY ĐIỆN
Máy biến áp
2.1.1 Khái niệm chung a, Khái niệm, công dụng, phân loại
Máy biến áp là thiết bị được sử dụng để chuyển đổi điện áp của dòng điện xoay chiều, từ điện áp cao xuống điện áp thấp hoặc ngược lại, từ điện áp thấp lên điện áp cao.
Máy biến áp là thiết bị trong hệ thống dòng điện xoay chiều, có chức năng biến đổi điện áp Máy biến áp tăng áp được sử dụng để nâng cao điện áp từ mức thấp lên cao, trong khi máy biến áp giảm áp có nhiệm vụ hạ điện áp từ mức cao xuống thấp.
- Công dụng của máy biến áp
Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện Nó là một khâu quan trọng dùng để truyền tải và phân phối điện năng như (Hình 1-1)
Để truyền tải điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ, cần có đường dây tải điện, đặc biệt khi khoảng cách giữa chúng lớn Việc truyền tải điện năng xa một cách kinh tế là một thách thức lớn Khi tăng điện áp trên đường dây, dòng điện giảm, giúp giảm tiết diện dây, từ đó giảm trọng lượng và chi phí Để truyền tải công suất lớn hiệu quả và tiết kiệm kim loại màu, điện áp cao thường được sử dụng, như 35, 110, 220 và 500kV Tuy nhiên, máy phát điện thường chỉ tạo ra điện áp từ 3 đến 21kV, nên cần thiết bị để tăng điện áp Ngược lại, các hộ tiêu thụ yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6kV, do đó cần thiết bị giảm điện áp Những thiết bị này, gọi là “máy biến áp”, được sử dụng để tăng điện áp ở đầu ra của máy phát điện và giảm điện áp khi đến hộ tiêu thụ Trong hệ thống điện lực, thường phải qua ba đến bốn lần tăng và giảm điện áp để truyền tải và phân phối công suất hợp lý.
Tổng công suất của các máy biến áp trong hệ thống điện thường gấp ba đến bốn lần công suất của trạm phát điện Các máy biến áp này, được gọi là máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất, chỉ có nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng mà không thực hiện việc chuyển hóa năng lượng.
Ngoài máy biến áp điện lực, còn có nhiều loại máy biến áp chuyên dụng phục vụ cho các ngành công nghiệp khác nhau Chẳng hạn, máy biến áp được sử dụng cho lò điện luyện kim, máy biến áp hàn điện, máy biến áp cho thiết bị chỉnh lưu, và máy biến áp dùng trong đo lường thí nghiệm.
- Phâ n loại máy biến áp:
Phân loại theo công dụng:
- Máy biến áp điện lực: Máy biến áp cảm ứng
Máy biến áp tự ngẫu MBA có tỷ số cố định MBA có tỷ số biến đổi
- Máy biến áp đo lường: Máy biến điện áp
Phân loại theo số pha: - Máy biến áp 1 pha
Phân loại theo điện áp: - Máy biến áp tăng áp
- Máy biến áp giảm áp
Phân loại theo lõi thép: - Máy biến áp có lõi thép
- Máy biến áp lõi thép không khí
Phân loại theo phương pháp làm mát:
- Máy biến áp kiểu khô:
- Máy biến áp kiểu dầu:
- Máy biến áp dầu tuần hoàn cưỡng bức
- Máy biến áp kiểu thông gió mạnh: b, Các đại lượng định mức của máy biến áp
- Công suất định mức ( Dung lượng định mức): Sđm( VA, KVA)
Là công suất toàn phần đưa ra ở phía thứ cấp máy biến áp
- Điện áp định mức Uđm ( V, kV)
+ Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm
+ Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm (Khi máy biến áp không tải mà điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức)
- Dòng điện định mức I 1đm , I 2đm (A,kA)
Là dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp là định mức:
+ Máy biến áp 1 pha: I1đm = Sđm / U1đm
+ Máy biến áp 3 pha: I1đm = Sđm / 3 U1đm
- Tần số định mức ( f đm )
Thông thường các máy biến áp điện lực có tần số là 50Hz.
Ngoài ra trên nhãn hiệu của máy còn ghi các số liệu khác như: Tổ nối dây,
Số pha, điện áp ngắn mạch định mức, hiệu suất định mức c, Các chế độ làm việc của máy biến áp
Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ
Hình 1 2.: Sơ đồ thí nghiệm
Khi đặt điện áp hình sin vào dây quấn sơ cấp với điện áp U1 bằng điện áp định mức hở mạch của dây quấn thứ cấp, việc sử dụng vôn kế, ampe kế và oát kế sẽ giúp đo được điện áp sơ cấp U1, điện áp thứ cấp U2 và dòng điện.
I0, công suất P0 lúc không tải
Ta xác định được tổng trở, điện trở và điện kháng máy biến áp lúc không tải:
- Tỉ số biến đổi của máy biến áp:
- Hệ số công suất lúc không tải: cos
- Lúc máy biến áp không tải I 2 ' 0 mạch điện thay thế của máy biến áp có dạng như hình vẽ x 1 r 1 r m x m
Hình 1.3 : Sơ đồ thay thế
Mạch điện thay thế máy biến áp không tải của máy biến áp 1 pha
Các tham số không tải:
Có thể xem tổng trở, điện trở và điện kháng không tải bằng các tham số từ hóa tương ứng:
- Công suất lúc không tải P 0 có thể xem là tổn hao sắt P Fe :
Vì điện áp sơ cấp đặt vào không thay đổi , do đó không thay đổi, tổn hao sắt, tổn hao không tải không thay đổi
Ta có các hệ phương trình khi không tải:
Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ
Hình 1.4 : Sơ đồ thí nghiệm
Mạch điện thay thế của máy biến áp lúc ngắn mạch
Hình 1.5 : Sơ đồ thay thế
Dây quấn thứ cấp cần được nối ngắn mạch, trong khi điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp phải được giảm xuống để đảm bảo dòng điện trong đó tương đương với dòng điện định mức.
- Các tham số ngắn mạch của máy biến áp: n n n I
+ Tổng trở ngắn mạch của máy biến áp:
+ Công suất lúc ngắn mạch là công suất dùng để bù vào tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp:
+ Điện áp ngắn mạch gồm 2 thành phần:
Thành phần tác dụng: U nr I 1 r u là điện áp rơi trên điện trở
Thành phần phản kháng: U nx I 1 x n là điện áp rơi trên điện kháng của máy biến áp
Trong các máy biến áp điện lực điến áp ngắn mạch thường được biểu diễn bằng tỉ lệ phần trăm so với điện áp định mức
Các thành phần điện áp ngắn mạch là:
% 100 100 đm đm m đm nr nr U r
% 100 100 đm đm n đm nx nx U x
2.1.2 Máy biến áp một pha a, Cấu tạo, nguyên lý làm việc
Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha
Cấu tạo cơ bản của máy biến áp một pha gồm các bộ phận chính như sau:
Lõi thép, hay còn gọi là gông từ, là bộ phận quan trọng trong máy biến áp, giúp dẫn từ thông từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp Được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng, được sơn cách điện và ghép lại, lõi thép giúp giảm thiểu hiện tượng dòng điện Fuco, ngăn ngừa việc máy biến áp bị nóng Trong máy biến áp một pha, mỗi lõi thép tương ứng với một trụ, hỗ trợ dây quấn cơ cấp và dây quấn thứ cấp Các gông từ thường được cấu tạo từ các lá thép hình chữ U và chữ I, với mỗi cuộn dây quấn trên một trụ riêng Ngoài ra, lõi thép dạng chữ E kết hợp với chữ I cũng được sử dụng, cho phép cả hai cuộn dây quấn trên trụ giữa Đối với máy biến áp hạ áp, cuộn sơ cấp thường được quấn ở trong và cách điện với cuộn thứ cấp bên ngoài.
Dây quấn của máy biến áp là bộ phận nhận dòng điện sơ cấp để tạo ra từ trường qua mạch từ khép vòng đến cuộn thứ cấp Thường được làm bằng đồng, dây quấn có thể có tiết diện tròn hoặc chữ nhật; trong các máy biến áp công suất nhỏ, tiết diện tròn là phổ biến Để đảm bảo an toàn, dây quấn thường được sơn cách điện bằng sơn Emay và bọc bằng các loại sợi vải cách điện, còn được gọi là dây cottong.
Số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp trong máy biến áp phụ thuộc vào điện áp đầu vào và đầu ra Đối với máy biến áp tăng áp, số vòng cuộn sơ cấp W1 sẽ ít hơn số vòng cuộn thứ cấp W2, trong khi đó, máy biến áp hạ áp có số vòng cuộn sơ cấp nhiều hơn số vòng cuộn thứ cấp.
Ngoài các bộ phận cơ bản của máy biến áp một pha, còn có nhiều bộ phận phụ trợ quan trọng như vỏ máy biến áp, dầu làm mát, và các thiết bị đo lường, đóng cắt Những thành phần này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo hiệu suất và độ bền của máy biến áp.
Máy biến áp làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
Khi áp dụng điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn sơ cấp w1, dòng điện I1 sẽ chạy qua cuộn dây và tạo ra từ thông xoay chiều trong lõi thép Từ thông này, do mạch từ khép kín, sẽ liên kết với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, được gọi là từ thông chính Theo định luật cảm ứng điện từ, từ thông biến thiên sẽ tạo ra một sức điện động e1 ở dây quấn sơ cấp, được tính bằng công thức e1 = -w1 * dt * dΦ.
Và cảm ứng trong dấy quấn thứ cấp một sức điện động là e2= -w2 dt d (1-2)
Trong đó: w 1 là số vòng dây cuộn sơ cấp w 2 là số vòng dây cuộn thứ cấp d là từ thông biến thiên theo thời gian
Qua tính toán ta được:
Trong đó: maxlà trị số từ thông lớn nhất Đơn vị là (Wb) f là tần số lưới điện Đơn vị là (Hz)
Nếu chia E1 cho E2 ta có
K được gọi là hệ số máy biến áp
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, có thể coi gần đúng U1 ≈ E1, U2 ≈ E2 ta có:
W = K Nghĩa là tỉ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số vòng dây
- Nếu K>1 tức là w1>w2, U1>U2 suy ra ta có máy biến áp giảm áp
- Nếu K