Đề cương ôn tập máy điện thiết bị điện pptx

Mục lục Bài mở đầu: Khái niệm chung về máy điệnChương 1: Máy điện một chiều 1.1 Cấu tạo máy điện một chiều 1.2 Bộ dây quấn phần ứng của máy điện một chiều 1.3 Nguyên lý làm việc của máy

Mục lục Bài mở đầu: Khái niệm chung về máy điện

Chương 1: Máy điện một chiều

1.1 Cấu tạo máy điện một chiều

1.2 Bộ dây quấn phần ứng của máy điện một chiều

1.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện và động cơ điện một chiều

1.4 Từ trường và sức điện động trong máy điện một chiều

1.5 Máy phát điện một chiều

1.6 Động cơ điện một chiều

1.7 Kiểm tra

Chương 2: Máy biến áp.

2.1 Khái niệm chung về máy biến áp

2.2 Cấu tạo của máy biến áp một pha

2.3 Nguyên lý làm việc của MBA một pha

2.4 Các trạng thái làm việc của MBA một pha

2.5 Máy biến áp ba pha

2.6 Điều kiện làm việc song song của MBA 3 pha

2.7 Các loại máy biến áp đặc biệt

Chương 3 Máy điện không đồng bộ

3.1 Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ

3.2 Từ trường của máy điện không đồng bộ

3.3 Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ

3.4 Sơ đồ thay thế và các phương trình của máy điện không đồng bộ

3.5 Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ

3.6 Mô men quay và phương trình đặc tính cơ của ĐCĐ không đồng bộ

3.7 Mở máy và đảo chiều quay của động cơ không đồng bộ ba pha

3.8 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ba pha

3.9 Hãm động cơ KĐB

Bài tập

3.10 Động cơ không đồng bộ 1 pha

3.11 Dây quấn động cơ điện không đồng bộ

Kiểm tra

Chương 4 Máy điện đồng bộ

4.1 Khái niệm, cấu tạo máy điện đồng bộ

4.2 Máy phát điện đồng bộ

4.3 Động cơ điện đồng bộ

Tài liệu tham khảo:

1 Giáo trình máy điện: Nhà xb Giáo dục; Vụ Trung Học chuyên nghiệp – Dạy nghề Tác giả : Đặng Văn Đào – Trần Khán Hà – Nguyễn Hồng Thanh

2 Kỹ thuật điện : (Tài liệu dùng cho các trường Trung Học Chuyên nghiệp và Dạy nghề) Tác giả : Nguyễn Ngọc Lân – Nguyễn Văn Trọng – Nguyễn Thị Quỳnh Hoa.

Bài mở đ ầu: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN

I Những khái niệm về máy điện

1 Khái niệm:

- Máy điện là thiết điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào các định luật điện từ

- Về cấu tạo máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây quấn) Dùng để biếnđổi cơ năng thành điện năng như máy phát điện, biến đổi điện năng thành cơ năng như động

cơ điện và đồng thời dùng để biến đổi dòng điện và điện áp

2 Phân loại máy điện:

Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại khác nhau: như phân loại theocông suất, theo dòng điện, theo chức năng

Sơ đồ phân loại các máy điện cơ bản thường gặp:

II Vật liệu dùng trong máy điện.

Máy điện không đồng bộ Máy điện đồng bộ

Máy phát điện không đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ

Động

cơ điện đồng bộ

Máy phát điện một chiều

Động

cơ điện một chiều

3 Vật liệu cách điện:

Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện hoặc cách lygiữa các bộ phận dẫn điện với nhau, vật liệu chủ yếu là giấy, vải lụa, mica, sợi thuỷ tinh, sơncách điện vv

Chương I: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.1 Đại cương về máy điện 1 chiều:

Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi, song máy điện mộtchiều vẫn tồn tại, đặ

.+c biệt là động cơ điện một chiều

Là loại máy điện sử dụng với lưới điện một chiều và có thể vận hành theo chế độ máyphát hoặc chế độ động cơ

Máy phát điện một chiều cung cấp nguồn điện một chiều cho động cơ và máy phát điệnđồng bộ, cho công nghệ mạ, nạp ắc quy

Động cơ điện môt chiều có momen khởi động lớn, có thể điều chỉnh tốc độ trong phạm virộng và bằng phẳng nên được dùng nhiều trong các máy công nghiệp có yêu cầu cao vềđiều chỉnh tốc độ như máy mài, máy xúc, xe điện…

Nhược điểm chủ yếu của máy điện một chiều là cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền

và kém tin cậy, nguy hiểm trong mọi môi trường dễ nổ Khi sử dụng động cơ điện mộtchiều, cần phải có nguồn điện một chiều kèm theo (bộ chỉnh lưu hay máy phát điện mộtchiều)

1.1.2 Cấu tạo máy điện một chiều.

b) Cực từ phụ:

Cực từ phụ gồm lõi thép và dây quấn Lõi thép thường bằng thép khối, dây quấn tương

tự dây quấn cực từ chính và được mắc nối tiếp với dây quấn rôto Cực phụ đặt xen kẽ cực từchính có tác dụng triệt tiêu tia lửa điện xuất hiện giữa chổi và cổ góp

c) Gông từ:

Gông từ làm bằng thép đúc, trong các máy công suất nhỏ làm bằng thép tấm cuốn lại vàhàn hoặc bằng gang Gông từ làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy

d) Cơ cấu chổi điện:

Chổi điện làm bằng than hoặc graphít đôi khi được trộn bột đồng để tăng độ dẫn điện, chổi điện được đặt trong một hộp nhờ 1 lò xo ép chổi tì sát vào cổ góp Hộp chổi gắn chặt vào giá đỡ có nhiệm vụ đưa dòng điện từ phần ứng ra ngoài hoặc ngược lại

2 Phần quay (rôto)

Phần quay (rôto) là phần ứng, gồm lõi thép dây quấn, cổ góp và trục rôto

a) Lõi thép rôto: Làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, bề mặt có sơn cách

điện dập theo hình dạng rãnh rồi ghép lại thành rôto Rãnh là nơi đặt dây quấn giữa có lỗ đểthông gió dọc trục

b) Dây quấn rôto: Bằng dây đồng, có bọc cách điện, tiết diện tròn hay chữ nhật được bố

trí trong rãnh của lõi thép theo sơ đồ cụ thể, các mối dây được nối lên các phiến góp của cổgóp ở đầu trục

c) Cổ góp: Gồm các phiến góp bằng đồng có đuôi én được ghép hợp lại thành hình trụ

tròn, giữa các phiến góp được cách điện với nhau bằng lớp mica mỏng (0,2-1,2)mm và cách

điện với trục, phần cuối của phiến góp có rãnh để hàn các bối dây vào Thông qua cổ góp vàchổi than dòng điện xoay chiều trong dây quấn rôto được đổi thành dòng 1 chiều đưa ramạch ngoài do đó cổ góp còn gọi là vành đổi chiều.

1.2 BỘ DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.2.1 Khái niệm: Dây quấn phần ứng là loại dây quấn rải, đó là hệ thống dây dẫn khép kín

đặt trong các rãnh của lõi phần ứng và được nối với các lá góp theo 1 quy tắc xác định hợpthành bộ dây phần ứng

1.2.2 Dây quấn phần ứng:

- Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử được nối lại với nhau theo một quy luật nhất định.+ Phần tử: Là phần dây quấn nằm giữa hai phiến góp kế tiếp nhau theo sơ đồ nối dây(một phần tử hay gọi là một bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây)

+ Cạnh tác dụng của phần tử là phần bối dây nằm trong rãnh rôto

+ Hai đầu dây của phần tử được nối với hai phiến góp và nối với hai đầu dây của haiphần tử khác

Thông thương thì trong mỗi rãnh rôto ta đặt hai lớp dây quấn (hai bối dây), giữa hai lớpdây quấn có sự cách điện Một phần tử có 1 cạnh tác dụng đặt ở lớp trên của rãnh này thìcạnh tác dụng còn lại đặt ở lớp dưới của rãnh khác Nếu một rãnh có hai cạnh tác dụng thìgọi là rãnh nguyên tố

+ Rãnh nguyên tố:

Trong một rãnh có hai cạnh tác dụng được gọi là rãnh nguyên tố, để phân biệt với mộtrãnh có nhiều cạnh tác dụng ta kí hiệu rãnh nguyên tố là Znt Nếu một rãnh có 2u cạnh tácdụng thì bằng u rãnh nguyên tố

Gọi S là số phần tử (và một phần tử có hai cạnh tác dụng)

Gọi Z là số rãnh thực của Rôto

Mối quan hệ giữa S,Z và Znt là Znt=u.Z=S

Mặc khác mỗi phiến góp được nối với hai đầu dây của hai phần tử khác nhau, nên sốphiến góp bằng số phần tử

Gọi G là số phiến góp ta có G=S

Vậy ta có Znt=Z=S=G (Bao nhiêu rãnh có bấy nhiêu phiến góp)

1.2.3 Các phương pháp quấn dây:

Tuỳ theo cách nối phần tử với phiến góp mà ta có kiểu nối dây quấn xếp và dây quấnsóng

a Quấn dây kiểu xếp:

Dây quấn kiểu xếp có hai loại là quấn xếp phải và quấn xếp trái

Ở dây quấn xếp phải hai đầu phần tử được nối hai phiến góp gần nhau và hai phần tử nốitiếp ở gần nhau Phần tử thứ hai nối tiếp sau phần tử thứ nhất ở bên phải của nó

Ở dây quấn xếp trái là phần tử thứ hai nối tiếp sau phần tử thứ nhất ở bên trái của nó.

(Để nối dây không bị chồng chéo nhau người ta thường dùng dây quấn xếp phải)

b Dây quấn kiểu sóng: là dây quấn có hai đầu phần tử được nối với hai phiến góp cách

xa nhau và hai phần tử nối tiếp nhau ở xa nhau (giống như làn sóng)

1.2.4 Các đại lượng đặc trưng

a Bước cực: Ký hiệu:  (tô)

Bước cực là khoảng cách giữa hai cực từ kế tiếp nhau được tính bằng số rãnh nguyên tố

Với: Znt số rãnh nguyên tố

2p là số cực từ của máy

b Bước dây quấn thứ nhất: Ký hiệu: y1

Bước dây quấn là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của một phần tử, được tính bằng sốrãnh nguyên tố và cũng là khoảng cách của một bước cực

c Bước dây quấn thứ hai y 2: là khoảng cách giữa cạnh tác dụng thứ hai của phần tử thứnhất và cạnh tác dụng thứ nhất của phần tử thứ hai nối tiếp sau nó theo sơ đồ dây quấn.Bước dây quấn y2 phụ thuộc vào kiểu dây quấn y2 = y1 - y

d Bước dây quấn tổng hợp y: là khoảng cách giữa hai cạnh tương ứng của hai phần tử

liên tiếp nhau y = y1 – y2

e Bước trên cổ góp: Kí hiệu yG

Bước trên cổ góp là khoảng cách giữa hai phiến góp nối với hai cạnh tác dụng của mộtphần tử yG có thể có giá trị âm, dương, lớp hay nhỏ phụ thuộc vào kiểu dây quấn

+ Với dây quấn xếp ta có yG =  m, m là số tự nhiên ( Dấu + là quấn xếp phải Dấu - làquấn xếp trái

+ Với dây quấn sóng ta có yG = m là số tự nhiên.(- dấu + là quấn phải- dấu - là quấntrái)

1.2.5 DÂY QUẤN KIỂU XẾP

a Dây quấn xếp đơn:

+ Tính toán bước dây quấn:

Cho máy điện một chiều có các thông số sau: Số rãnh Z = Znt = S = G = 16 rãnh, số cực

từ 2p=4 cực, bước cổ góp yG = +1 Tính toán và vẽ sơ đồ khai triển dây quấn phần ứng (kiểuxếp) của máy điện một chiều

- Bước dây quấn thứ nhất:

y1=

- Bước cổ góp yG=1 (dây quấn xếp phải)

+ Biểu đồ nối dây:

- Biểu điễn biểu đồ nối dây có hai dòng, dòng trên chỉ cạnh tác dụng ở lớp trên và dòngdưới chỉ cạnh tác dụng ở lớp dưới

- Cách vẽ biểu đồ nối dây: Bắt đầu từ phần tử thứ nhất, phần tử này có cạnh tác dụng thứnhất đặt ở lớp trên của rãnh, cạnh tác dụng thứ hai đặt ở lớp dưới của rãnh 1+y1=1+4=5

- Đầu dây của phần tử này được nối với phiến góp 1 và 2 (vì yG=1 dây quấn xếp phải)

- Tình tự nối các phần tử trong rãnh như hình vẽ:

Lớp

Lớp

+ Sơ đồ khai triển dây quấn:

- Để vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ta vẽ 16 rãnh và qui ước ở lớp trên vẽ bằng đường liềnnét và cạnh tác dụng ở lớp dưới vẽ bằng đường đứt nét

- Cách vẽ sơ đồ khai triển dây quấn: đặt lần lược 16 phần tử vào 16 rãnh, bắt đầu từ phần

tử thứ nhất, cạnh thứ nhất của phần tử nối với phiến góp đổi chiều thứ nhất đặt vào rãnh 1(đường liền nét) ở lớp trên và cạnh thứ hai của phần tử thứ nhất được đặt lớp dưới của rãnhthứ 5 (đường đứt nét) và nối với phiến góp 2

Tiếp tục nối tương tự với phần tử thứ hai, thứ ba… cho đến phần tử thứ 16 rồi trở vềphiến đổi chiều số 1 Ta được một mạch vòng khép kín được đặt đúng dưới các cực từ

b Dây quấn xếp phức:

- Điểm khác nhau giữa dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức là bước dây quấn yG=m,với dây quấn phức m=2,3…, thông thường yG=2

- Các bước dây quấn khác tính tương tự như dây quấn đơn

+ Tính toán các đại lượng đặc trưng:

Cho máy điện có các thông số sau Znt=24, 2p=4, yG=2 tính và vẽ biểu đồ nối dây, sơ đồkhai triển dây quấn

- Bước dây quấn y1=

- Bước cổ góp yG=2

+ Biểu đồ nối dây:

- Có các số liệu tính toán về bước dây quấn ta lập biểu đồ thứ tự nối dây các phần tử.

- Bắt đầu từ phần tử thứ nhất 1, phần tử này có cạnh tác dụng đặt ở lớp trên của rãnh 1,vậy cạnh tác dụng còn lại phải đặt ở lớp dưới của rãnh là 1+y1=1+6=7

- Hai đầu dây của phần tử này được nối vào phiến góp 1 và 3 vì yG=2

- Do yG=2 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là phần tử1+yG=1+2=3

Tiếp tục theo qui luật này cho các phần tử còn lại ta được biểu đồ nối dây như hình vẽbên, gồm các phần tử số lẽ và chúng nối với nhau tạo thành vòng kín

Tiếp tục với phần tử chẳng, ta được biểu đồ nối dây tương tự

+ Sơ đồ khai triển dây quấn:

Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn với qui luật như dây quấn xếp đơn

Dựa vào biểu đồ nối dây ta có phần tử 1 nối 3 và tiếp tục 5….đến khép kín mạch gồmphần tử số lé và tiếp phần tử 2 nối với 4 tương tự đến hết phần tử chẳng

Do yG=2 nên bề rộng chổi than lấy bằng hai phiến góp

Từ dó ta vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn như hình vẽ bên

1.2.6 DÂY QUẤN KIỂU SÓNG

a Dây quấn sóng đơn:

+ Tính toán bước dây quấn:

Đặc điểm của dây quấn sóng là hai đầu của một phần tử nối với hai phiến góp cách xanhau và hai phần tử nối tiếp nhau theo sơ đồ dây quấn nằm cách xa nhau

- Bước dây quấn: y1=

- Bước cổ góp yG=

* Cho máy điện có thông số gồm Znt=15, 2p=4, m=-1 dây quấn sóng đơn, quấn trái

+ Tính các bước dây quấn:

y1= chọn dây quấn bước ngắn =-3/4

yG= y2=y1-y=7-3=4

+ Biểu đồ nối dây:

- Sau khi có các số liệu tính toán về bước dây quấn y1, y2, yG… ta lập biểu đồ nối dây

- Bắt đầu từ phần tử thứ nhất 1, phần tử này có cạnh tác dụng thứ nhất đặt ở lớp trên củarãnh 1, vậy cạnh tác dụng cơn lại sẽ đặt ở lớp dưới của rãnh 1+y1=1+3=4

- Đầu dây của phần tử này được nối với phiến góp 1 và phiến góp 1+yG=1+7=8

- Do yG=7 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là 1+yG=1+7=8

Tiếp tục thực hiện với phần tử tiếp theo theo qui luật ta vẽ được biểu đồ nối dây

Lớp

Lớp

+ Sơ đồ khai triển dây quấn (sơ đồ trải)

- Để vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ta vẽ 15 rãnh và qui ước lớp trên vẽ bằng đường liềnnét, lớp dưới vẽ bằng đường đứt nét

- Cách vẽ sơ đồ: Ta đặt lần lược 15 phần tử vào 15 rãnh, theo biểu đồ nối dây ta nốiphần tử 1 với phần tử 8, tiếp đến là phần tử 15…vv tiếp tục như thế ta được sơ đồ khai triểndây quấn như hình vẽ.H

- Dây quấn đơn nên bề rộng chổi than lấy bằng một phiến góp

b Dây quấn sóng phức:

- Điểm khác nhau giữa dây quấn sóng đơn và dây quấn sóng phức là bước dây quấn

yG=m, với dây quấn phức m=2,3,4…, thông thường yG=2

- Các bước dây quấn khác tính tương tự như dây quấn đơn

+ Tính toán bước dây quấn

Cho máy điện có số liệu gồm Z=Znt=18, 2p=4, m=2 Tính bước dây quấn, vẽ sơ đồ nốidây và khai triển dây quấn

- Các bước dây quấn:

y1= chọn dây quấn bước ngắn =2/4

yG=

+ Biểu đồ nối dây:

Có các số liệu tính toán về bước dây quấn ta lập biểu đồ thứ tự nối dây các phần tử

- Bắt đầu từ phần tử thứ nhất 1, phần tử này có cạnh tác dụng đặt ở lớp trên của rãnh 1,vậy cạnh tác dụng còn lại phải đặt ở lớp dưới của rãnh là 1+y1=1+4=5

- Hai đầu dây của phần tử này được nối vào phiến góp 1 và 9 vì yG=8

- Do yG=8 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là phần tử1+yG=1+8=9 Tiếp tục theo qui luật này cho các phần tử còn lại ta được biểu đồ nối dây nhưhình vẽ bên, gồm các phần tử số lẽ và chúng nối với nhau tạo thành vòng kín.

Tiếp tục với phần tử chẳn, ta được biểu đồ nối dây tương tự

+ Biểu đồ nối dây

+ Sơ đồ khai triển dây quấn:

- Để vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ta vẽ 18 rãnh và qui ước lớp trên vẽ bằng đường liềnnét, lớp dưới vẽ bằng đường đứt nét

- Cách vẽ sơ đồ: Ta đặt lần lược 18 phần tử vào 18 rãnh, theo biểu đồ nối dây ta nốiphần tử 1 với phần tử 9, tiếp đến là phần tử 17, phần tử 7…vv tiếp tục như thế ta được sơ đồkhai triển dây quấn như hình vẽ.H

- Dây quấn sóng phức nên bề rộng chổi than lấy bằng hai phiến góp

1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT

Khi động cơ sơ cấp quay với tốc độ góc là 1 có chiều như hình vẽ, dẫn đến các dây dẫnrôto cắt từ trường stato (từ trường cực từ), cảm ứng các sức điện động trong thanh dẫn.(chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải) từ trường hướng từ cực N đến S.Trong thanh dẫn ab có sức điện động E1

Trong thanh dẫn cd có sức điện động E2

Sức điện động trong dây dẫn rôto là E=E1+E2

Xét tại thời điểm t: Lúc này dây dẫn quay một góc 1800, thanh ab ở cực S, thanh dc ởcực N

Khi thanh dẫn phần ứng quay nửa vòng, vị trí của thanh dẫn trong từ trường thanh dẫn:

ab ở cực S, thanh dc ở cực N, sức điện động trong phần tử đổi chiều, nhờ có chổi điện đứngyên tỳ vào phiến góp nên chổi than A vẫn nối với phiến góp phía trên, chổi than B vẫn nốivới phiến góp phía dưới, chiều dòng điện mạch ngoài không thay đổi

Ta có máy phát điện một chiều với cực dương ở chổi A và cực âm ở chổi B (nối 2 đầuvới tải (bóng đèn) ta có nguồn một chiều)

b Phương trình điện áp đầu cực máy phát:

U = UAB = Eư - Iư.Rư Trong đó: Iư.Rư là điện áp rơi trên dây dẫn phần ứng

Rư là điện trở dây dẫn phần ứng

Iư là dòng điện phần ứng

Eư là sức điện động phần ứng

Đơn vị:U, Eư (V); Iư (A); Rư ()

1.3.2 Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp của động cơ điện một chiều.

a Nguyên lý làm việc:

Khi đặt điện áp một chiều vào hai đầu chổi than A và B, trong dây quấn phần ứng xuấthiện dòng điện một chiều Iư, dưới tác dụng của từ trường sẽ chịu lực điện từ Fđt tác dụng làmcho rôto quay, chiều lực điện từ được xác định theo qui tắc bàn tay trái

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư, ở động cơmột chiều sức điện động phần ứng ngược chiều với dòng điện phần ứng nên sức điện độngphần ứng con được gọi là sức phản điện

b Phương trình điện áp

U = UAB = Eư + Iư.RưTrong đó: Iư.Rư là điện áp rơi trên dây dẫn phần ứng

Rư là điện trở dây dẫn phần ứng

Iư là dòng điện phần ứng

Eư là sức điện động phần ứng

Đơn vị:U, Eư (V), Iư (A), Rư ()

1.4 TỪ TRƯỜNG VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.4.1 Từ trường của máy điện một chiều:

1

2 3

4

5

- Khi máy phát điện 1 chiều chạy không tải, trong máy chỉ có từ trường do cực từ chính

sinh ra gọi ra từ trường chính hay từ trường phần cảm

- Khi máy mang tải, dòng điện chạy trong dây quấn phần ứng sinh ra từ trường phầnứng

- Tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường phần cảm gọi là phản ứng phần ứng.Tác dụng của phản ứng phần ứng làm méo từ trường tổng hợp của máy, ở mõm cực racủa cực từ được trợ từ còn ở mõm cực vào bị khử từ Nếu mạch từ không bão hoà thì tácdụng trợ từ và khử từ bằng nhau, nên từ thông tổng không đổi Nếu mạch từ bão hoà thì tácdụng trợ từ ít hơn khử từ, nên từ trường tổng giảm do đó sức điện động cảm ứng trong thanhdẫn giảm Đồng thời, phản ứng phần ứng làm cho từ trường tại 2 điểm trên đường trung tínhhình học khác 0

Đây là nguyên nhân làm xuất hiện tia lửa điện trên cổ góp

Để tránh hiện tượng trên phải xoay đường trung tính hình học đến 1 vị trí mới lệch sovới trung tính hình học 1 góc  đó là đường trung tính vật lý O’O’’

Gọi N là số thanh dẫn của dây quấn, a là số đôi nhánh

Số thanh dẫn một nhánh là N/2a (với a là số nhánh song song)

Sức điện động phần ứng là Eư

Tốc độ dài v xác định theo độ quay n (vòng/phút) bằng công thức: v =

Thay v = vào Eư = = và chú ý rằng từ thông dưới mỗi cực từ là  =

Cuối cùng ta có: Eư = hoặc Eư = ken

Trong đó p là số đôi cực Hệ số ke = phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn phần ứng.Sức điện phản ứng tỷ lệ với tốc độ quay phần ứng và từ thông dưới mỗi cực từ Muốnthay đổi trị số sức điện động, ta có thể điều chỉnh tốc độ quay hoặc điều chỉnh từ thông,

bằng cách điều chỉnh dòng điện kích từ Muốn đổi chiều sức điện động thì hoặc đổi chiềuquay hoặc đổi chiều dòng điện kích từ.

1.5 MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.5.1 Phân loại máy phát điện một chiều.

Dựa vào phương pháp cung cấp dòng điện kích từ, để phân loại máy điện một chiều nhưsau:

- Máy điện một chiều kích từ tự kích trong đó gồm:

+ Máy điện một chiều kích từ độc lập

+ Máy điện một chiều kích từ nối tiếp

+ Máy điện một chiều kích từ song song

+ Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp

1.5.2 Máy phát điện một chiều kích từ độc lập

a Sơ đồ nối dây cơ bản:

- Rtải là điện trở tải

- Rkt là điện trở kích từ

- Rdc là điện trở điều chỉnh dòng điện kích từ

- Ukt là điện áp đưa vào mạch kích từ

- U là điện áp tải lấy ra từ máy phát

- Điện áp rơi trong mạch phần ứng tăng

* Quá trình xác lập đặc tính ngoài như sau:

- Khi dòng điện tải tăng thì điện áp giảm, để giữ cho điện áp máy phát không đổi ta phảităng dòng điện kích từ bằng cách điều chỉnh biến trở

* Ưu nhược điểm:

- Ưu điểm: Dể điều chỉnh điện áp (được sử dụng trong các hệ thống máy phát và động

cơ để truyền động cho máy cán, máy cắt kim loại )

- Nhược điểm: Phải cần nguồn kích từ

1.5.3 Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp.

a.Sơ đồ nối dây cơ bản:

It

E cư

R dc

I R kt

b Phương trình:

U = Eư - Iư(Rư+Rkt+Rdc) (1)

Iư =Ikt =It (2)

* Khi dòng điện tải tăng điện áp thay đổi rất nhiều, nên trong thực tế ít được sử dụng

* Quá trình xác lập đặc tính ngoài như sau:

- Khi tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, từ thông tăng dẫn đến sức điện động phần ứngtăng lên rất nhiều do đó điện áp đầu cực máy phát tăng nhiều

- Khi dòng điện tải It=(2-2,5)Iđm thì mạch từ của máy bị bão hòa, lúc này dòng điện tảităng thì điện áp giảm

Đường đặc tính ngoài của máy phát điện một chiều kích từ độc lập:

(Từ đường đặc tính nhận xét: Khi dòng điện tải tăng bằng 2Iđm máy phát lúc đó nếu Itải tiếptục tăng thì điện áp đầu cực máy phát giảm.)

1.5.4 Máy phát điện một chiều kích từ song song.

a Sơ đồ nối dây cơ bản:

b Phương trình:

U = Eư - IưRư (1)

Iư =Ikt + It (2)

U = Ikt(Rkt+Rdc) (3)Ban đầu máy không có dòng kích từ, từ thông trong máy do từ dư của cực từ tạo ra(nếu từ dư không có phải kích nguồn một chiều tạo ra từ dư hoạt dùng ngồn một chiềukhởi động máy phát sau đó tách ra)

* Khi quay phần ứng, trong dây quấn phần ứng sẽ có sức điện động cảm ứng do từ thông

dư tạo ra, sức điện động này khép mạch qua dây quấn kích từ sinh ra dòng điện kích từ, làmtăng từ trường cho máy Quá trình tiếp tục cho đến khi điện áp ổn định

* Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng (ptrình2) làm cho điện áp đầu cựcmáy phát giảm (ptrình1), dòng điện kích từ giảm (ptrình3) Do đó đường đặc tính ngoài dốc

so với máy điện kích từ độc lập

1.5.5 Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp.

a Sơ đồ nối dây cơ bản:

U=f(It)U

- Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp gồm hai cuộn dây phần cảm

1 Khi nối thuận: chiều từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp cùng chiều với từ thôngcủa dây quấn kích từ song song.(phần cuộn kích từ song song nối trực tiếp với chổi than)Khi tải tăng, dẫn đến từ thông trong mạch nối tiếp tăng, làm cho từ thông của máy tăng,dẫn đến sức điện động của máy tăng, điện áp đầu cực của máy phát được giữ hầu như khôngđổi

(Ưu điểm: máy phát kích từ hỗn hợp giữ cho điện áp không thay đổi khi dòng tải thayđổi ứng dụng máy phát)

2 Khi nối ng ư ợc: chiều từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp ngược chiều với từ thôngcủa dây quấn kích từ song song

b Động cơ kích từ nối tiếp

c Động cơ kích từ song song

1.6.2 Mômen và phương trình đặc tính cơ.

a Mômen trong động cơ điện một chiều

+ Mômen quay: kí hiệu: M

- Khi đặc điện áp một chiều vào dây quấn phần ứng, trong dây quấn xuất hiện dòng điệnphần ứng, dưới tác dụng của từ trường stato trong dây quấn phần ứng xuất hiện lực điện từtác dụng dẫn đến xuất hiện mômen điện từ làm cho rôto quay (Đối với động cơ mômenđiện từ được gọi là mômen quay)

- Khi động cơ mang tải xuất hiện lực cản, tác dụng vào trục động cơ, lực cản này cản trở

sự chuyển động của rôto do đó trên trục động cơ sẽ xuất hiện mômen cản

- Mômen cản có chiều ngược với chiều chuyển động của rôto

- Khi động cơ quay ổn định với một phụ tải xác định lúc đó ta có mômen tải cân bằngvới mômen động cơ

1.6.2 Phương trình đặc tính cơ.

a Phương trình đặc tính cơ động cơ kích từ độc lập hoặc kích từ song song.

- Khi điện áp đặc vào mạch kích từ và mạch phần ứng có công suất lớn thì phương trìnhđặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ song song giống nhau

+ Phương trình điện áp: U=Eư + IưRư (1)

 Eư=U - IưRư (2)Mặc khác ta có: Eư=ke.n. (3)

Thay phương trình (3) vào pt (3) ta có:

(6)Trong đó điện trở phụ là Rplà điện trở đặc vào mạch phần ứng để điều chỉnh dòng điệnphần ứng nhỏ hơn dòng điện giới han Iư<Igiới hạn.

Phương trình (6) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lậphoặc kích từ song song

Đường đặc tính cơ là đường quan hệ giữa tốc độ và mômen quay của động cơ khi điện

áp U và điện trở mạch phần ứng và mạch kích từ không đổi

Với U,  là hằng số, Rư, Rp không đổi

Đồ thị đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích từ độc lập hoặc kích từ song song

mômen cản Mc, khi đó động cơ làm việc ổn định từ điểm B trên đường đặc tính cơ với tảibằng mômen cản và tốc độ n1.

* Nhận xét:

- Đối với động cơ một chiều kích từ độc lập hoặc kích từ song song thì phương trình đặc

tính cơ cứng, tốc độ hầu như không đổi khi công suất tải thay đổi (thay đổi nhỏ)

- Ứng dụng : thường được dùng trong cơ cấu truyền động máy cắt kim loại, các máycông cụ gia công chi tiết có tải thay đổi lớn

- Khi có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ, thường dùng động cơ kích từ nối tiếp

b Phương trình đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

Phương trình dòng điện: Ikt=Iư (1)

Khi mạch từ bảo hoà dòng điện phần ứng và từ thông tỉ lệ với nhau:

Iư=kI. (2) với kIlà hệ số tỷ lệ

Phương trình tốc độ là: (3) trong đó: R=Rkt+Rp+Rư

Mặc khác ta có phương trình mômen: M=kM..Iư (4)

Thay Iư=kI. vào phương trình (4) ta có: M=kM.kI2=k2.2 (5) đặt k2=kM.kI lấy căn hai vếphương trình (5) ta có từ thông: (6)

Thay phương trình (6) và (2) vào pt (3) ta có phương trình tốc độ:

1.6.3 MỞ máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.

- Khi mở máy ban đầu tốc độ n=0 nên Eư=ke.n.=0,

- Dòng điện phần ứng lúc này là Iư= , vì điện trở phần ứng nhỏ Rư, nên dòng điện phầnứng lúc mở máy rất lớn từ (20-30)Iđm, dễ làm hỏng cổ góp và chổi than, đốt nóng dây quấnrôto và cách điện bị già hóa

- Để giảm dòng điện mở máy đạt từ Imm = (1,5-2)Iđm, dùng các phương pháp sau:

+ Dùng biến trở mở máy Rmm:

Bằng cách mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng lúc này dòng điện mở máy Iưmm

Lúc đầu để biến trở mở máy Rmm lớn nhất, trong quá trình mở máy tốc độ tăng lên, dẫnđến sức điện động tăng, dẫn đến dòng điện phần ứng mở máy giảm đần và ta giảm điện trở

Rmm giảm dần về 0, lúc này động cơ làm việc đúng dòng điện định mức

+ Giảm đ iện áp đ ặt vào mạch phần ứng :

Phương pháp này sử dụng khi có nguồn một chiều có thể điều chỉnh điện áp

(chú ý: để mômen mở máy lớn, thì lúc mở máy phải có từ thông lớn nhất (M=ke.Iư.) vìthế phải điều chỉnh dòng kích từ lớn nhất

b Mômen mở máy:

Mmm=kM..IưmmNếu dòng điện lúc mở máy Imm rất lớn dẫn đến mômen mở máy Mmm cũng rất lớn, dể tạo

ra các xung lực lớn làm chô hệ truyền động động cơ giật, rung lớn dể vỡ bánh răng, bánhđà làm hỏng động cơ và nguy hiểm cho người vận hành

1.6.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.

Từ phương trình điện áp : U=Eư+IưRưEư=U-IưRư

- Để thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông, tức là thay đổi dòng điện kích từ

- Để thay đổi tốc độ bằng cách mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng

a Điều chỉnh tốc độ động điện một chiều kích từ độc lập và song song bằng cách thay đổi điện áp.

Theo trên ta có đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc kích

từ song song có dạng đường thẳng

- Khi thay đổi điện áp ta được các đường đặc tính song song

- Khi điều chỉnh mômen không đổi vì từ thông và dòng điện phần ứng không đổi do sứcđiện động và điện áp giảm.n

Đồ thị đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích

từ độc lập hoặc kích từ song song

* Quá trình giảm tốc:

Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên đường đặc tính cơ với điện áp đặc vàomạch phần ứng là U1 lúc này động cơ quay đều với tốc độ nA Ta giảm điện áp xuống U2 nhỏhơn điện áp U1 động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đường đặc tính cơ U2, lúc nàymômen động cơ nhỏ hơn mômen cản MD<Mc dẫn đến tốc độ giảm dần theo đường đặc tính

U2 tới điểm D, tại điểm D mômen động cơ bằng mômen cản động cơ quay ổn định với tốc

độ nD<nA đó là quá trình giảm tốc của động cơ

* Quá trình tăng tốc: Ngược lại

b Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.

Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng điện kích từ

c Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng

Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng tốc độ giảm Vì rằng dòng điện phần ứng lớn, nêntổn hao công suất trên điện trở điều chỉnh lớn Phương pháp này chỉ sử dụng ở động cơ côngsuất nhỏ

1.5.5 Hãm động cơ điện một chiều

Hãm động cơ là tạo mômen điện từ ngược chiều chuyển động của động cơ Động cơđiện một chiều được hãm bằng các phương pháp hãm là hãm tái sinh, hãm ngược và hãmđộng năng

a Hãm tái sinh (trả năng lượng về lưới)

Hãm tái sinh xảy ra trong động cơ kích từ song song khi máy làm việc ở chế độ động cơvới tốc độ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng

Trong trường hợp này sức điện động Eư>U và dòng điện phần ứng đổi dấu nên mômenđiện từ cũng đổi dấu thành mômen hãm Máy lúc này làm việc trong chế độ máy phát điệnvào lưới (trả lại lưới)

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp không thể chuyển sang chế độ hãm tái sinh.Muốn hãm tái sinh ta phải chuyển sang chế độ kích từ song song

b Hãm ngược Trạng thái này thực hiện bằng hai cách.

- Máy được truyền động làm quay động cơ theo chiều ngược mômen điện từ

- Đổi chiều quay của động cơ bằng cách đổi chiều dòng điện phần ứng của động cơ

BÀI TẬP MẪU Bài 1:

Một máy phát điện kích từ song song, công suất định mức Pđm = 25kW, điện áp định mức

Uđm = 115V, có các thông số sau: Điện trở dây quấn kích từ song song Rkt = 12,5; điện trởdây quấn phần ứng Rư = 0,0238, số đôi nhánh a=2, số đôi cực từ p = 2, số thanh dẫn N =

300, tốc độ quay n = 1300vg/ph

a) Xác định sức điện động Eư, từ thông 

b) Giả sử dòng điện kích từ không đổi, bỏ qua phản ứng phần ứng, hãy xác định điện ápđầu cực máy khi dòng điện giảm xuống I = 80,8A

Bài giải:

a) Dòng điện định mức

Iđm = = = 217,4A

từ song song Rkt = 19 Tổn hao cơ, sắt từ và phụ bằng 4% công suất điện.

a) Xác định sức điện đông Eư và hiệu suất  của máy ở chế độ tải trên

b) Tính dòng điện ngắn mạch khi ngắn mạch hai dầu cực máy phát Cho biết từ thông

dư bằng 3% từ thông của máy ở chế độ tải trên, và tốc độ máy không đổi

Trong đó Eưn = kendư = 0,03ken = 0,03Eư = 0,03.122,7 = 3,7V

Ở máy phát kích từ song song, dòng điện ngắn mạch nhỏ hơn dòng điện định mức

Bài 3:

Một động cơ điện một chiều công suất định mức Pđm = 1,5kW, điện áp định mức Uđm =220V, hiệu suất  = 0,82; tốc độ n= 1500vg/ph Tính momen định mức, tổng tổn hao trongmáy, dòng điện định mức

Bài giải

Momen định mức

Tính công suất động cơ tiêu thụ, công suất định mức động cơ, tổng tổn hao trên các điện trởphần ứng, điện trở kích từ nối tiếp và dây quấn cực từ phụ.

Đáp số: P1 = 110,44kW; Pđm = 100kW; Pư.nt.f = 5336W

Bài 2:

Động cơ điện một chiều kích từ song song công suất định mức Pđm = 10kW, điện áp địnhmức Uđm = 220V, hiệu suất định mức  = 0,905, tốc độ định mức n = 2250vg/ph, dòng điệnkích từ định mức Ikt = 2,26A, điện trở phần ứng Rư = 0,178

Tính dòng điện mở máy trực tiếp Tính điện trở mở máy Rmm để giảm dòng điện mởmáy xuống bằng 2 lần dòng điện định mức

Đáp số: Imm = 1238A; Rmm = 1,95

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Câu 1: Động cơ điện một chiều kích từ song song U đm = 220V; I đm = 94A; I kt = 0,65A;

b) Tăng momen mở máy

c) Vừa hạn chế dòng điện mở máy vừa tăng momen mở máy

d) Để giảm thời gian mở máy

Câu trả lời nào đúng trong các câu trên?

Câu 2: Máy điện một chiều kích từ độc lập U đm = 230V, I đm =100A, R ư = 0,1 Tìm sức điện động phần ứng Eư khi làm việc ở chế độ máy phát và chế độ động cơ.

Chọn phương án đúng:

Để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp, hoặcngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao, ngưòi ta dùng MBA Ngày nay do việc sử dụngđiện năng phát triển rất rộng rãi nên có những loại MBA khác nhau: MBA 1pha, 2 pha,3pha, nhưng chúng dựa trên 1 nguyên lý, đó là nguyên lý cảm ứng điện từ.

2.1.2 Định nghĩa:

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, nguyên lý làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện

từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành hệ thống dòngđiện xoay chiều điện áp khác nhưng có tần số không đổi

+ Hệ thống đầu vào của MBA (trước lúc biến đổi): U1; I1; f

+ Hệ thống đầu ra của MBA (trước lúc biến đổi): U2; I2; f

+ Đầu vào của MBA nối với nguồn điện được gọi là cuộn sơ cấp (các đại lượng, thông

số sơ cấp trong kí hiệu có ghi chỉ số 1: W1,U1,I1, )

+ Đầu ra nối với tải gọi là cuộn thứ cấp (các đại lượng và thông số thứ cấp trong ký hiệughi số 2: W2, U2, I2, )

2.1.3 Phân loại máy biến áp.

Có nhiều cách phân loại máy biến áp:

- Theo loại dòng điện ta chia ra máy biến áp là MBA một pha, ba pha hay nhiều pha

- Máy biến áp có ít nhất là hai cuộn dây:

+ Dây quấn nối với nguồn gọi là dây quấn sơ cấp

+ Dây quấn nối với tải gọi là dây quấn thứ cấp

+ Dây quấn nối với nguồn cao áp gọi là dây quấn cao áp

+ Dây quấn nối với nguồn hạ áp gọi là dây quấn hạ áp

- Máy biến áp có điện áp sơ cấp lớn hơn điện áp thứ cấp gọi là máy biến áp giảm áp

- Máy biến áp có điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp tăng áp

- Máy biến áp có ba cuộn dây (1 cuộn sơ, 2 cuộn thứ)

- Máy biến áp tự ngẫu (ngoài liên hệ về từ còn liên hệ về điện)

- Máy biến áp đặc biệt như máy biến áp hàn, máy biến áp đo lường, máy biến áp điềukhiển

2.1.4 Vai trò của máy biến áp.

Để dẫn điện từ Trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần có đường dây truyền tải

Hình 2-1: Sơ đồ truyền tải điện năng

- Để truyền tải điện năng đi xa phải dùng các đường dây tải điện có điện áp cao để giảm

tổn thất điện năng trên đường dây (Điện áp mà các máy phát phát ra bị hạn chế bởi điều

kiện cách điện của máy và thường là 1-21kV) Để tăng điện áp lên cao ta phải dùng máy

biến áp

- Tại hộ tiêu thụ điện do không thể trực tiếp sử dụng điện áp cao, vì lý do an toàn phải hạthấp điện áp xuống 6kv cho các động cơ công nghiệp hoặc 0,4kV, 220V cho các thiết bịđiện dân dụng

- Để làm được hai điều trên cần phải dùng máy biến áp

Máy biến áp được sử dụng rộng rải trong kỹ thuật, máy biến áp làm nhiệm vụ truyền tải

và phân phối năng lượng

2.1.5 Các đại lượng định mức của máy biến áp.

Đường dâytruyền tải



MBA tăng áp

Hộ tiêu thụMBA hạ áp

Máy phát điện

Các đại lượng định mức của máy biến áp qui định điều kiện làm việc của máy và do nhàchế tạo ghi trên biển máy.

- Điện áp định mức: Điện áp sơ cấp định mức ký hiệu là U1đm, là điện áp quy định cho

dây quấn sơ cấp Điện áp thứ cấp định mức ký hiệu là U2đm, là điện áp quy định cho dâyquấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là địnhmức Người ta quy ước, với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha, với máybiến áp 3pha là điện áp dây Đơn vị điện áp ghi trên máy thường là V hoặc KV

- Dòng điện định mức: Dòng điện định mức là dòng điện đã quy định cho mỗi dây quấn

của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức Đối với máy biến ápmột pha, dòng điện định mức là dòng điện pha Đối với máy biến áp 3 pha, dòng điện địnhmức là dòng điện dây Đơn vị dòng điện ghi trên máy thường là A Dòng điện sơ cấp địnhmức ký hiệu I1đm, dòng điện thứ cấp định mức ký hiệu I2đm

- Công suất định mức: Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến định

mức Công suất định mức ký hiệu là Sđm Đơn vị là VA, KVA Đối với máy biến áp một phacông suất định mức là:

2.1.6 Các loại máy biến áp chính.

* Có rất nhiều loại máy biến áp cụ thể như sau:

Máy biến áp điện lực để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện

Máy biến áp chuyên dùng sử dụng ở các lò luyện kim, chỉnh lưu, máy biến áp hàn Máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ không đồng

bộ có công suất lớn

Máy biến áp đo lường để giảm điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ đo tiêuchuẩn

Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao

2 2 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA

Máy biến áp một pha có hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn

2.2.1 Lõi thép máy biến áp: (Mạch từ)

Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ những vậtliệu dẫn từ tốt Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng thép lá kỹ thuật điệndày 0,35mm đến 0,5mm, hai mặt có sơn cách điện) ghép lại với nhau tạo lõi thép Lõi thépgồm hai bộ phận chính là trụ và gông

+ Trụ là nơi để đặt dây quấn

+ Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ

+ Giữa các trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín

- Theo kết cấu lõi thép ta chia ra máy biến áp kiểu trụ và máy biến áp kiểu bọc (kiểu chữ

U và chữ E)

+ Máy biến áp kiểu trụ là phần dây quấn bao quanh trụ thép

(loại mba kiểu trụ thưòng dùng trong mba một pha và b3 pha công suất nhỏ và trung

bình)

+ Máy biến áp kiểu bọc là phần mạch từ phân nhánh ra hai bên và bao lấy dây quấn

(thường là mba nhỏ và đặc biệt)

Hình a Hình b

Mạch từ Máy Biến Áp kiểu lõi

a) 1pha; b) 3 pha

2.2.2 Dây quấn máy biến áp

- Dây quấn máy biến áp thường được làm bằng dây đồng là loại dây mềm, có độ bền cơhọc cao, khó đứt, dẫn điện tốt, có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọccách điện

- Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép Giữa các vòng dây, giữa cácdây quấn có cách điện với nhau và các dây quấn cách điện với lõi thép

Máy biến áp thường có các loại dây quấn sau:

+ Dây quấn nối với nguồn gọi là dây quấn sơ cấp

+ Dây quấn nối với tải gọi là dây quấn thứ cấp

+ Dây quấn nối với nguồn cao áp gọi là dây quấn cao áp

+ Dây quấn nối với nguồn hạ áp gọi là dây quấn hạ áp

(Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ, thì dây quấn thấp áp được đặt sát trụ thép, dâyquấn cao áp đặt lồng ra ngoài Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện và khoảng cáchcách điện với phần tiếp đất (lõi sắt) nên giảm được kích thước máy biến áp

Ngoài hai bộ phận chính trên còn có các phụ kiện khác như võ máy, vật liệu cáchđiện vv

Vỏ máy thường làm bằng kim loại để bảo vệ, cố định máy và làm giá lắp đồng hồ đo, bộphận chuyển mạch

Vật liệu cách điện của máy biến áp làm nhiệm vụ cách điện giữa các vòng dây với nhau,giữa dây quấn và lõi thép, giữa phần dẫn điện và phần không dẫn điện

(tuổi thọ máy biến áp phụ thuộc nhiều vào vật liệu cách điện nếu cách điện không tốt sẽ

gây sự cố cho máy biến áp, nhưng nếu cách điện quá mức sẽ tăng kích thước và tăng giá thành) Vật liệu cách điện trong máy biến áp công suất nhỏ gồm: giấy cách điện, vải thuỷ

tinh, sơn cách điện Với máy lớn dùng dầu cách điện

3.3: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA

* Nguyên lý làm việc của máy biến áp làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ:

- Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp u1 sẽ có dòng điện sơcấp i1 chạy trong dây quấn sơ cấp w1

- Dòng điện i1 sinh ra từ thông biến thiên trong lõi thép do mạch từ khép kín nên từ thôngnày móc vòng từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp

- Theo định luật cảm ứng điện từ thì sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dâyquấn sơ cấp và thứ cấp suất điện động là:

e1= -w1 (1)

e2= -w2 (2)

- Dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở zt Dưới tác động của suất điện động e2 cảmứng tỉ lệ với số vòng dây w2 sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp u2 Lúc đó từ thông

do cả hai dòng điện sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra

Như vậy điện áp xoay chiều đã được truyền từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp

- Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin nên từ thông cũng biến thiêntheo hình sin:  = maxsint; =2f

Thì suất điện động trong các dây quấn sơ cấp (1) và dây quấn thứ cấp(2)là:

e1 = -w1 = - w1maxcost =2fw1maxsin(t-/2) =

= 4,44fw1max sin(t-/2) = E1sin(t-/2) (3)

e2 = -w2 = - w2maxcost = 2fw2maxsin(t-/2) = = 4,44fw2max sin(t-/2) = E2sin(t-/2) (4)

3.3.2 Tỉ số máy biến áp

* Nếu chia E1 cho E2 ta có:

k = =  (nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi U1E1; U2E2)

k gọi là hệ số biến đổi của máy biến áp, nghĩa là tỉ số điện áp sơ cấp và điện áp thứ cấpđúng bằng tỉ lệ số vòng dây sơ cấp và thứ cấp

Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, có thể coi gần đúng, quan hệ giữa các lượng sơcấpvà thứ cấp như sau:

U2I2 ≈ U1I1

Trường hợp: k>1 tức U1> U2 hay w1> w2máy biến áp giảm áp

k<1 tức U1< U2 hay w1< w2máy biến áp tăng áp Như vậy dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp không liên hệ với nhau về điện nhưng nhờ

có sự liên hệ về từ mà năng lượng được truyền từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp

4.4 CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP 4.1.1 Trạng thái không tải

Trạng thái không tải là trạng thái mà phía thứ cấp hở mạch còn phía sơ cấp đặt vào điện

áp định mức

a Sơ đồ thay thế của máy biến áp không tải

Với R1, Rth là điện trở cuộn dây và mạch từ

X1, Xth là điện kháng cuộn dây và mạch từ

U1 là điện áp sơ cấp

I0 là dòng điện không tải

Khi không tải ta có dòng điện thứ cấp bằng không I2=0

b Các đặc điểm của trạng thái không tải.

- Dòng điện không tải:

Tổng trở không tải Z0 thường rất lớn, nên dòng điện không I0 rất nhỏ thường từ 10%) dòng điện định mức, nên tổn thất trên dây quấn khi không tải rất nhỏ có thể bỏ qua

(2% Công suất không tải:

Ở trạng thái không tải công suất đưa ra phía thứ cấp bằng không (vì I2=0), song máy vẫntiêu thụ công suất P0 Công suất không tải gồm công suất tổn hao sắt từ Pst trong lõi thép vàcông suất tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp PR1 vì dòng điện không tải I0 rất nhỏ có thể

bỏ qua tức là PR10

Vậy công suất không tải chính là công suất tổn hao trên lõi thép P0=Pst

(tổn thất sắt từ được tính dựa vào đặc tính của thép

- Hệ số công suất không tải

Công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng không tải P0 hệ sốcông suất cos lúc không tải rất thấp

* Từ các đặc điểm trên, khi sử dụng không nên để máy biến áp làm việc ở trạng tháikhông tải hoặc non tải

c Thí nghiệm không tải của máy biến áp.

Để xác định các thông số như hệ số biến áp k, tổn thất sắt từ và các thông số của máybiến áp ở trạng thái không tải ta tiến hành thí nghiệm không tải như sơ đồ trên.

Cách tiến hành: Đấu nối thiết bị như sơ đồ trên, đặt điện áp định mức vào dây quấn sơ cấp,thứ cấp hở mạch, các dụng cụ đo cho biết các số liệu sau:

+ Oát kế chỉ công suất không tải P0=Pst

+ Ampe kế chỉ dòng điện không tải I0

+ Vôn kế cho giá trị U1, U20 điện áp sơ cấp và điện áp không tải thứ cấp

Từ các số liệu trên ta tính được:

+ Hệ số biến áp 

+ Dòng điện không tải phần trăm I0%=

+ Điện trở không tải

+ Tổng trở không tải

+ Điện kháng không tải

+ Hệ số công suất không tải cos0 =(0,1-0,3)

4.1.2 Trạng thái ngắn mạch của máy biến áp

Trạng thái ngắn mạch là trạng thái khi đặt điện áp vào sơ cấp mà phía thứ cấp được nốitắt lại (đây là trường hợp sự cố trong vận hành do nhiều nguyên nhân làm MBA bị ngắnmạch như hai đầu dây dẫn điện phía thứ cấp chập vào nhau, rơi xuống đất hoặc nối với nhauqua một tổng trở rất nhỏ)

a Sơ đồ thay thế của máy biến áp ngắn mạch

Với Rn, là điện trở ngắn mạch

Xn, là điện kháng ngắn mạch

Zn là tổng trở ngắn mạch

In là dòng điện ngắn mạch

Dòng điện sơ cấp là dòng điện ngắn mạch In

b Đặc điểm của trạng thái ngắn mạch.

Khi đặt điện áp định mức vào sơ cấp, phía thứ cấp được nối tắt ta có dòng điện ngắnmạch là

Vì tổng trở ngắn mạch rất nhỏ nên dòng điện ngắn mạch rất lớn từ In=(10-25)Iđm, dòngđiện lớn làm hỏng cách điện gấy hỏng máy biến áp và ảnh hưởng đến các đồ dùng điện

(Khi phát hiện sự cố hay ngắn mạch cần phải loại máy biến áp ra khỏi lưới điện Khi sử

dụng máy biến áp cần tránh trạng thái ngắn mạch )

c Thí nghiệm ngắn mạch của máy biến áp

Sơ đồ thí nghiệm máy biến áp không tải

Để xác định tổn hao trên điện trở dây quấn và xác định các thông số sơ cấp và thứ cấp tatiến hành thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp.

Cách tiến hành: Đấu nối thiết bị như sơ đồ trên

- Dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ điều chỉnh điện áp (máy biến áp tự ngẫu), Dâyquấn thứ cấp nối ngắn mạch Qua bộ điều chỉnh điện áp ta điều chỉnh điện áp đặt vào dâyquấn sơ cấp bằng điện áp Un sao cho dòng điện trong dây quấn bằng dòng điện định mức(tức I2=I2dm)

Un gọi là điện áp ngắn mạch, được tính theo phần trăm của điện áp sơ cấp định mức: UN

- Lúc ngắn mạch điện áp thứ cấp U2=0, do đó điện áp ngắn mạch là điện áp rơi trên tổngtrở dây quấn hay điện áp đọc được trên vônmet chính là tổn thất điện áp khi máy biến ápmang tải định mức

- Công suất đo được trên oátmét W chính là tổn thất đồng trên dây quấn sơ cấp và thứcấp khi máy biến áp mang tải định mức (Pn)

Do điện áp đặt vào sơ cấp nhỏ nên tổn hao sắt từ nhỏ có thể bỏ qua và Pn=Pđ1+Pđ2

Tù thí nghiệm ta tính được các thông số dây quấn trong sơ đồ thay thế

2 là điện trở và điện kháng thứ cấp qui đổi sang sơ cấp

Biết hệ số biến áp k, tính được thông số thứ cấp chưa qui đổi R2 , X2

4.1.3 Trạng thái có tải của máy biến áp

Trạng thái có tải là trạng thái trong đó dây quấn sơ cấp nối vào nguồn điện áp định mức,dây quấn thứ cấp nối với tải

Để đánh giá mức độ mang tải của máy biến áp, ta có hệ số tải của máy biến áp là:

kt= trong đó: I1 là dòng điện sơ cấp

I1dm là dòng điện sơ cấp định mức

kt là hệ số tải

Khi kt=1 máy biến áp mang tải định mức

Khi kt<1 máy biến áp non tải

Khi kt>1 máy biến áp quá tải

- Tổn hao điện áp:

Điện áp thứ cấp khi có tải là U , điện áp thứ cấp khi không tải là U

Lượng tổn thất điện áp là U=U20-U2 hay(=U2dm-U2)

Tổn thất điện áp tính theo phần trăm %

- Tổn hao công suất: Khi máy biến áp làm việc có các tổn hao sau:

+ Tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp gọi là tổn hao đồng Pđ Tổn haođồng phụ thuộc vào dòng điện tải Pđ=I1.R1+I2.R2 (với R1,R2 là điện trở dây quấn sơ cấp vàthứ cấp) hay Pđ=kt2.Pn

+ Tổn hao sắt Pst trong lõi thép, do dòng điện xoáy và từ trể gây ra Tổn hao sắt từkhông phụ thuộc vào dòng điện tải mà phụ thuộc vào từ thông chính nghĩa là phụ thuộc vàođiện áp Pst=P0 (Tổn hao sắt bằng tổn hao không tải)

+ Hiệu suất máy biến áp là

(với P2 là công suất tác dụng ở đầu ra)

4.5 MÁY BIẾN ÁP BA PHA 4.5.1 Cấu tạo.

Cấu tạo gồm các bộ phận chính là lõi thép, dây quấn và vỏ máy

- Lõi thép máy biến áp ba pha gồm ba trụ

- Dây quấn:

Dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng chữ in hoa

Pha A kí hiệu là AX, kí hiệu đầu đầu là A,B,C

Pha B kí hiệu là BX, kí hiệu đầu cuối là X,Y,Z

Pha C kí hiệu là CX

Dây quấn thứ cấp kí hiệu bằng chũ thường

Pha a kí hiệu là ax, kí hiệu đầu đầu là a,b,c

Pha b kí hiệu là bx, kí hiệu đầu cuối là x,y,z

Pha c kí hiệu là cx

Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối sao hoặc nối tam giác

- Khi nối sao  điện áp sẽ giảm đi lần, giảm chi phí về cách điện

- Khi nối tam giác  dòng điện sẽ giảm đi lần, giảm tiết diện dây

- Với máy biến áp tăng áp thường được nối sao-tam giác /

- Với máy biến áp giảm áp thường được nối sao-tam giác /

-Thùng dầu máy biến áp với các máy biến áp dầu, thùng dầu của máy biến áp làm choquá trình toả nhiệt được thuận lợi, với các máy lớn các thùng dầu có cánh tản nhiệt

-Trên nắp thùng dầu máy biến áp có gắn sứ cao áp và hạ áp, bình dầu phụ, ống bảohiểm, rơle hơi, bộ điều chỉnh điện áp

4.5.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha.

Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha tương tự như nguyên lý làm việc của máybiến áp một pha

Gọi w1 là số vòng dây pha một pha sơ cấp

Gọi w2 là số vòng dây một pha thứ cấp

Tỷ số điện áp pha giữa sơ cấp và thứ cấp sẽ là

Tỷ số máy biến áp ba pha không chỉ phụ thuộc vào số vòng dây mà còn phụ thuộc vàocách đấu nối ba pha là nối sao  hay tam giác 

4.5.3 Tổ nối dây của máy biến áp ba pha.

Khái niệm chung

Để các MBA ba pha có thể làm việc được, các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải nối vớinhau theo một quy luật nhất định Ngoài ra, việc phối hợp kiểu nối dây quấn sơ cấp với kiểudây quấn thứ cấp cũng được hình thành các tổ nối dây quấn khác nhau Hơn nữa khi thiết kếMBA, việc quyết định tổ nối dây quấn cũng phải thích ứng với kiểu kết cấu của mạch từ đểtránh những hiện tượng không tốt như Sđđ không sin, tổn hao phụ tăng,

- Để nghiên cứu tổ nối dây MBA, trước hết ta xét đến ký hiệu các đầu dây và cách đấu dâyquấn pha với nhau

a Cách ký hiệu các đầu dây.

- Một cuộn dây của máy biến áp có hai đầu tận cùng: Đầu đầu; đầu cuối

 Đối với dây quấn MBA một pha: do phía cao áp và hạ áp chỉ có một cuộn dây nênđầu đầu hoặc đầu cuối tuỳ ý chọn

 Đối với dây quấn MBA ba pha: do phía cao áp có ba cuộn dây của ba pha nên ta phảichọn đầu đầu và đầu cuối 1 cách thống nhất theo một chiều nhất định, nếu không điện áp racủa ba pha sẽ không đối xứng

Ví dụ: Pha A ta chọn đầu đầu là đầu A và đầu cuối là X sao cho đi từ A đến X theo chiều

kim đồng hồ thì dây quấn các pha B, C còn lại cũng phải được chọn như vậy

Đánh dấu đầu dây MBAĐánh dấu các đầu dây tận cùng của máy biến áp như sau:

Các đầu tận cùng Dây quấn cao áp Dây quấn hạ áp

b Các kiểu đấu dây quấn.

Trong máy biến áp ba pha các cuộn dây có thể nối hình sao hay nối hình tam giác

- Nối hình sao () là đem ba đầu cuối X, Y, Z nối chung lại và ba đầu đầu A, B, C còn lại

để tự do

- Nối hình tam giác () thì cuối của pha này đước nối với đầu của pha kia

Cách đấu dây quấn cao áp và hạ áp ở trong MBA thường được ký hiệu như sau: Ví dụ

MBA đấu / có nghĩa là dây quấn cao áp đấu  và dây quấn hạ áp đấu 

c Tổ nối dây của máy biến áp

- Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây quấn sơ cấp sovới kiểu đấu dây quấn thứ cấp Nó biểu thị góc lệch pha giữa sđđ dây sơ cấp và dây thứ cấp

và góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Chiều quấn dây

+ Cách ký hiệu các đầu dây ra

+ Kiểu đấu dây quấn sơ cấp và thứ cấp

* Xét MBA một pha có hai dây quấn: sơ cấp: AX; thứ cấp: ax Các trường hợp xảy ra nhưsau:

+ Hai dây quấn cùng chiều và ký hiệu tương ứng (hình a)

+ Hai dây quấn ngược chiều (hình b)

+ Đổi chiều ký hiệu một trong hai dây quấn (hình c)

Tổ nối dây của MBA 1 pha: kể từ vectơ sđđ sơ cấp đến véctơ sđđ thứ cấp theo chiều kimđồng hồ

+ Trường hợp a: lệch pha 3600

+ Trường hợp b: lệch pha 1800

* Tổ nối dây của MBA 3 pha: Ở máy biến áp 3 pha, do nối  và  với những thứ tự khácnhau mà góc lệch pha giữa s.đ.đ sơ cấp và s.đ.đ thứ cấp lệch pha nhau là 300, 600,

Trường hợp máy biến áp ba pha có 12 tổ nối dây:

+ Máy biến áp ba pha nối Y/Y:

Ví dụ một MBA ba pha có dây quấn sơ cấp và thứ cấp nối hình sao, cùng chiều quấn dây

và cùng ký hiệu các đầu dây thì véctơ s.đ.đ pha giữa hai dây quấn hoàn toàn trùng pha nhau

và góc lệch pha giữa hai điện áp này là 3600 hay O0 ta nói MBA thuộc tổ nối dây 12 và kýhiệu là Y/Y-12 hay Y/Y-0 Để nguyên dây quân sơ cấp, dịch dây quấn thứ a→b, b→c,c→a, ta có tổ nối dây Y/Y-4, dịch tiếp một lần nữa ta có tổ nối dây Y/Y-8 Nếu ta đổi chiềudây quấn ta có tổ đấu dây Y/Y-6,10,2 Ta có tổ nối dây chẵn

+ Máy biến áp ba pha nối Y/Δ:

Ví dụ cũng MBA ba pha có dây quấn sơ cấp nối sao và dây quấn thứ cấp nối tam giác,cùng chiều dây quấn và cùng ký hiệu các đầu dây thì véctơ s.đ.đ pha giữa hai dây quấn hoàntoàn trùng nhau và góc lệch pha giữa hai điện áp dây sẽ bằng 3300 Ta nói MBA thuộc tổ nốidây 11 và ký hiệu Y/Δ-11 Để nguyên dây quân sơ cấp, dịch dây quấn thứ a→b, b→c, c→a,

ta có tổ nối dây Y/Δ-3, dịch tiếp một lần nữa ta có tổ nối dây Y/Δ-7 Nếu ta đổi chiều dâyquấn ta có tổ đấu dây Y/Δ-5,9,1 Ta có tổ nối dây lẽ

Tổ nối dây Y/Δ-11Sản xuất nhiều máy biến áp có tổ nối dây khác nhau rất bất tiện khi chế tạo và sử dụng,

vì thế trên thực tế ở nước ta cũng như trên thế giới chỉ sản xuất các máy biến áp điện lực thuộc các tổ nối dây sau: Máy biến áp một pha có tổ I/I-12; máy biến áp ba pha có các tổ Y/Y-12 và Y/Δ-11 Phạm vi ứng dụng của chúng được ghi trong bảng dưới đây:

Tổ nối dây CA(kV) Điện áp HA(V) Dung lượng củaMBA (kVA)

Z Y

a y cx

b z