Giáo trình khí cụ điện và máy điện
L I NĨI Đ U Giáo trình Khí c n vƠ máy n đ viên nghƠnh Kỹ thuật n – Đi n tử tr c biên so n lƠm tƠi li u học tập cho sinh ng Cao đẳng công nghi p Phúc Yên N i dung trình bƠy v lý thuy t c b n v c u t o, nguyên lý lƠm vi c m t s thi t bị n thông d ng theo n i dung đ c ng chi ti t ch ng trình mơn học đư ban hƠnh ToƠn b giáo trình g m ch ng Th i gian dƠnh cho học ph n lƠ tín (27 ti t lý thuy t, ti t bƠi tập) Trong trình biên so n nhóm tác gi c g ng nêu v n đ thật ng n gọn d hi u vƠ c b n nh t n i dung c n thi t ch Sau m i ch ng đ u có cơu h i h ng ng dẫn ôn tập v lý thuy t L n đ u biên so n giáo trình nên khơng th tránh thi u sót v n i dung vƠ b c c, r t mong đ s có đ c góp ý v mặt b n đọc đ sau nƠy c giáo trình tái b n v i ch t l ng t t h n Nhóm tác gi a M CL C L I NÓI Đ U a M C L C b Ch ng Lụ THUY T C S KHệ C ĐI N 1.1 Khái ni m chung v thi t bị n .1 1.1.1 Định nghĩa .1 1.1.2 Phơn lo i 1.1.3 Các yêu c u c b n thi t bị n .1 1.2 Lực n đ ng 1.2.1 Khái ni m chung .2 1.2.2 n định lực n đ ng 1.3 Sự phát nóng khí c n (KCĐ) .2 1.3.1 Khái ni m chung .2 1.3.2 Phơn lo i 1.4 Ti p xúc n 1.4.1 Khái ni m 1.4.2 Các yêu c u c b n ti p xúc n .4 1.4.3 Đi n tr ti p xúc ti p m 1.5 H quang n 1.5.1 Khái ni m 1.5.2 Quá trình phát sinh vƠ dập h quang Cơu h i ôn tập ch ng Ch ng KHệ C ĐI N ĐI U KHI N B NG TAY .7 2.1 C u dao 2.1.1.Công d ng 2.1.2 C u t o 2.1.3 Nguyên lý lƠm vi c 2.1.4 Phơn lo i 2.1.5 Các thông s định mức c u dao 2.2 Công t c 2.2.1 Khái ni m 2.2.2 Công t c đ i n i ki u h p 2.2.3 Công t c hƠnh trình 10 2.3 Nút n .11 2.3.1 Khái quát vƠ công d ng 11 2.3.2 C u t o vƠ phơn lo i 11 Cơu h i ôn tập ch ng 12 Ch ng 13 KHệ C ĐI N ĐI U KHI N VÀ B O V 13 3.1 C u chì 13 3.1.1 Khái ni m chung .13 3.1.2 Nguyên lý lƠm vi c 13 3.1.3 K t c u c u chì 14 3.2 Áp tô mát .14 3.2.1 Khái quát vƠ yêu c u kỹ thuật 14 3.2.2 C u t o chung 16 3.2.3 Nguyên lý lƠm vi c 17 3.3 Công t c t .18 3.3.1 Khái ni m chung .18 3.3.2 Công t c t ki u n từ 19 b 3.4 Kh i đ ng từ 20 3.4.1 Khái ni m chung .20 3.4.2 Các yêu c u kỹ thuật .21 3.4.3 S đ nguyên lý dùng kh i đ ng từ 21 Cơu h i ôn tập ch ng 23 Ch ng 24 M T S LO I R LE THÔNG D NG 24 4.1 Khái quát chung .24 4.1.1 Công d ng .24 4.1.2 C u t o chung 24 4.1.3 Phơn lo i 24 4.2 R le n từ 25 4.2.1 Khái ni m 25 4.2.2 C u t o vƠ nguyên lý ho t đ ng r le n từ 25 4.3 R le từ n 26 4.3.1 Khái ni m 26 4.3.2 Nguyên lý c u t o 26 4.4 R le c m ứng 27 4.4.1 Khái ni m 27 4.4.2 R le c m ứng dòng cực đ i 28 4.5 R le n đ ng .29 4.5.1 Khái ni m 29 4.5.2 Nguyên lý c u t o 30 4.6 R le trung gian 30 4.6.1 Khái ni m 30 4.6.2 Nguyên lý c u t o 31 4.7 R le th i gian 31 4.7.1 Khái ni m 31 4.7.2 M t s lo i r le th i gian thông d ng 32 4.8 R le dòng n .33 4.8.1 Khái ni m 33 4.8.2 R le dòng n cực đ i n từ 33 4.9 R le n áp 34 4.10 R le nhi t .35 4.10.1 Khái ni m 35 4.10.2 R le nhi t ki u kim lo i kép 36 4.11 R le t c đ 37 4.11.1 Khái ni m 37 4.11.2 M t s lo i R le thông d ng 37 Cơu h i ôn tập ch ng 38 Ch ng 39 MÁY BI N ÁP 39 5.1 Khái ni n chung .39 5.1.1 Định nghĩa .39 5.1.2 Vai trò vƠ công d ng .39 5.1.3 Các đ i l ng định mức 40 5.2 T n i dơy vƠ m ch từ Máy bi n áp 40 5.2.1 Cách ký hi u đ u dơy 40 5.2.2 T n i dơy 41 5.3 Các quan h n từ máy bi n áp 43 5.3.1 Các hi n t ng x y từ hoá lõi thép máy bi n áp m t pha 43 5.3.2 Các hi n t ng x y lõi thép máy bi n áp ba pha 44 c 5.3.3 Các quan h n từ máy bi n áp 46 Cơu h i ôn tập ch ng 47 Ch ng 48 MÁY ĐI N KHÔNG Đ NG B 48 6.1 Khái ni m .48 6.2 C u t o chung 48 6.3 Nguyên lý lƠm vi c 50 Cơu h i ôn tập ch ng 53 Ch ng 54 MÁY ĐI N Đ NG B 54 7.1 Khái ni m .54 7.2 C u t o 55 7.3 Nguyên lý lƠm vi c 58 Cơu h i ôn tập ch ng 59 Ch ng 60 MÁY ĐI N M T CHI U .60 8.1 Khái ni m .60 8.2 C u t o chung 60 8.3 Nguyên lý lƠm vi c 63 Cơu h i ôn tập ch ng 65 TÀI LI U THAM KH O 66 d Chư ng Lụ THUY T C S KHệ C ĐI N Trong ch ng nƠy chủ y u cung c p ph n c s lý thuy t v khí c n nh m t s khái ni m, hi n t ng th ng gặp khí c n 1.1 Khái ni m chung v thi t bị n 1.1.1 Định nghĩa Thi t bị n hay gọi lƠ khí c n (KCĐ) lƠ lo i thi t bị lƠm nhi m v đóng c t u chỉnh, chuy n đ i, kh ng ch vƠ ki m tra ho t đ ng h th ng l i n vƠ lo i máy n NgoƠi thi t bị n đ c sử d ng đ ki m tra, u chỉnh vƠ bi n đ i đo l ng nhi u q trình khơng n khác 1.1.2 Phân loại Đ thuận l i cho vi c nghiên cứu, vận hƠnh, sử d ng vƠ sử chữa thi t bị n ng i ta phơn lo i nh sau: 1.1.2.1.Theo công dụng : + Thi t bị n đóng c t: Chức lƠ đóng c t tự đ ng b ng tay m ch n ch đ lƠm vi c khác VD: C u dao, dao cách ly, áp tơ mát, c u chì Đặc m nhóm nƠy lƠ t n s thao tác th p (thỉnh tho ng m i ph i thao tác), tu i thọ chúng th ng không cao (đ n hƠng ch c ngƠn l n đóng c t) + Thi t bị n h n ch dòng n, n áp: Chức lƠ h n ch dòng n, n áp m ch không tăng cao bị c VD: Kháng n dùng đ h n ch dòng n ng n m ch, van ch ng sét dùng đ h n ch n áp + Thi t bị n m máy, u n: G m lo i KCĐ nh b m máy, kh ng ch , n tr m máy, công t c t , kh i đ ng từầĐặc m thi t bị lƠ t n s thao tác cao, có th t i 1500 l n/gi , tu i thọ có th t i hƠng tri u l n đóng c t + Thi t bị n ki m tra, theo dõi: Các thi t bị n nƠy có chức ki m tra, theo dõi lƠm vi c đ i t ng vƠ bi n đ i tín hi u khơng n thƠnh tín hi u n Các KCĐ nƠy g m lo i r le, b c m bi nầĐặc m thi t bị n nƠy lƠ công su t th p, th ng đ c n i m ch thứ c p đ bi n đ i, truy n tín hi u + Thi t bị n tự đ ng u chỉnh, kh ng ch , trì ch đ lƠm vi c tham s đ i t ng nh b n định n áp, n định t c đ , n định nhi t đ ầ + Thi t bị n bi n đ i dòng n, n áp g m máy bi n dòng n, máy bi n n áp Chúng có chức bi n đ i dòng n l n, n áp cao thƠnh dòng n vƠ n áp có trị s thích h p, an toƠn cho vi c đo l ng, u n, b o v 1.1.2.2 Theo nguyên lý làm việc Thi t bị n đ c chia theo nhóm v i nguyên lý n c , n từ, từ n, n đ ng, nhi t, có ti p m khơng có ti p m 1.1.2.3 Theo tính chất dịng điện - Thi t bị n dùng m ch m t chi u - Thi t bị n dùng m ch xoay chi u 1.1.2.4 Theo cấp điện áp làm việc - Thi t bị n h áp (có n áp đ n 1000V) - Thi t bị n cao áp (đi n áp từ 1000 V tr lên) 1.1.3 Các Ổêu cầu thiết bị điện Đ đ m b o an toƠn cho thi t bị n vƠ đ m b o đ tin cậy thi t bị n thi t bị n ph i đ m b o m t s yêu c u sau: Thi t bị n đ m b o lƠm vi c lơu dƠi v i thông s kỳ thuật tr ng thái lƠm vi c định mức: Uđm, Iđm - Thi t bị n ph i đ m b o n định nhi t, lực n đ ng, có c ng đ c khí cao t i, ng n m ch Vật li u cách n t t, không bị chọc thủng dòng - Thi t bị n ph i đ m b o lƠm vi c tin cậy, xác, an tồn, gọn nhẹ, d l p ráp, ki m tra vƠ sửa chữa 1.2 Lực n đ ng 1.2.1 Khái niệm chung M t vật dẫn đặt từ tr ng, có dịng n ch y qua s chịu tác d ng m t lực Lực c học nƠy có xu h ng lƠm bi n d ng chuy n d i vật dẫn đ từ thơng xun qua lƠ l n nh t Lực chuy n d i lƠ lực n đ ng (LĐĐ) tr ng thái lƠm vi c bình th ng, thi t bị n đ c ch t o đ LĐĐ không lƠm nh h ng đ n đ b n vững k t c u Khi ng n m ch dòng n tăng lên r t l n (có lúc lên t i hƠng ch c l n dòng định mức) LĐĐ s r t l n, LĐĐ s lƠm bi n d ng, đơi cịn phá vỡ k t c u thi t bị n NgoƠi ng i ta nghiên cứu ứng d ng LĐĐ đ ch t o thi t bị n nh r le n đ ng, c c u đo n đ ng 1.2.2 n định lực điện động n định lực n đ ng lƠ kh chịu đựng tác đ ng c khí LĐĐ sinh ng n m ch Đ đ m b o u ki n c n lƠ: Im > Ixk v i: - Im lƠ dòng n cho phép l n nh t thi t bị - Ixk lƠ dịng xung kích tính tốn ng n m ch ba pha 1.3 Sự phát nóng khí c n (KCĐ) 1.3.1 Khái niệm chung Nhi t l ng sinh dòng n ch y qua cu n dơy hay vật dẫn n thi t bị n lƠm vi c s gơy hi n t ng phát nóng NgoƠi thi t bị n xoay chi u cịn t n hao dịng xốy vƠ từ tr lõi s t từ sinh nhi t N u nhi t đ phát nóng thi t bị n v t trị s cho phép thi t bị n nhanh bị h h ng, vật li u cách n nhanh bị gìa hóa, đ b n kim lo i bị gi m sút Nhi t đ cho phép b phận thi t bị n có th tham kh o b ng 1.1 1.2 - B ng 1.1 Nhi t đ cho phép vật li u lƠm khí c n B ng 1.2 Nhi t đ cho phép vật li u cách n 1.3.2 Phân loại Tùy theo ch đ lƠm vi c khác nhau, m i KCĐ s có phát nóng khác - Chế độ làm việc lâu dài KCĐ KCĐ lƠm vi c lơu dƠi, nhi t đ KCĐ b t đ u tăng vƠ đ n nhi t đ khơng tăng nữa, lúc nƠy s t a nhi t môi tr ng xung quanh Hình 1- Nhi t đ KCĐ n định ch đ lƠm vi c dƠi h n - Chế độ làm việc ngắn hạn KCĐ Ch đ lƠm vi c ng n h n KCĐ lƠ ch đ đóng n nhi t đ khơng đ t t i nhi t đ n định, sau phát nóng ng n h n, KCĐ đ c ng t nhi t đ s t xu ng mức khơng so sánh đ c v i mơi tr ng xung quanh Hình 1- Nhi t đ KCĐ ch đ lƠm vi c ng n h n - Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại KCĐ Nhi t đ KCĐ tăng lên kho ng th i gian KCĐ lƠm vi c, nhi t đ gi m xu ng kho ng th i gian KCĐ nghỉ, nhi t đ gi m ch a đ t đ n giá trị ban đ u KCĐ lƠm vi c lặp l i Sau kho ng th i gian, nhi t đ tăng lên l n nh t g n b ng nhi t đ gi m nh nh t KCĐ đ t đ c ch đ dừng Hình 1- Nhi t đ KCĐ ch đ lƠm vi c ng n h n lặp l i 1.4 Ti p xúc n 1.4.1 Khái niệm Ch ti p giáp hai vật dẫn n đ cho dòng n ch y từ vật dẫn nƠy sang vật dẫn gọi lƠ ti p xúc n B mặt ch ti p giáp vật dẫn n gọi lƠ b mặt ti p xúc n Ti p xúc n chia lƠm ba d ng chính: - Tiếp xúc cố định: Các ti p m đ c n i c định v i chi ti t dẫn dòng n nh lƠ: cái, cáp n, ch n i KCĐ vƠo m ch Trong trình sử d ng, c hai ti p m đ c g n chặt vƠo nh bu lơng, hƠn nóng hay ngu i - Tiếp xúc đóng mở: LƠ ti p xúc đ đóng ng t mchj n Trong tr ng h p nƠy phát sinh h quang n, c n xác định kho ng cách ti p m tĩnh vƠ đ ng dựa vƠo dòng n định mức, n áp định mức vƠ ch đ lƠm vi c KCĐ - Tiếp xúc trượt: LƠ ti p xúc c góp vƠ vƠnh tr t, ti p xúc nƠy d phát sinh h quang n 1.4.2 Các yêu cầu tiếp ồúc điện Ti p xúc n lƠ m t ph n r t quan trọng KCĐ Trong th i gian ho t đ ng đóng m , ch ti p xúc s phát nóng cao, mƠi mịn l n va đập vƠ ma sát, đặc bi t ho t đ ng có tính ch t hủy ho i h quang Vì ti p xúc n c n đ m b o yêu c u c b n sau: - N i ti p xúc n ph i ch c ch n, đ m b o - N i ti p xúc ph i có đ b n c khí cao - Khơng phát nóng giá trị cho phép đ i v i dòng n định mức - n định nhi t vƠ lực n đ ng có dịng ng n m ch cực đ i qua - Chịu đ c tác d ng môi tr ng xung quanh, nhi t đ cao bị oxi hóa 1.4.3 Điện trở tiếp ồúc tiếp điểm T i ch ti p xúc bao gi có n tr ti p xúc (Rtx) Đi n tr ti p xúc ti p m nh h ng đ n ch t l ng KCĐ, Rtx l n lƠm cho ti p m phát nóng N u phát nóng q mức cho phép ti p m s bị nóng ch y chí bị hƠn dính Trong ti p m KCĐ mong mu n Rtx có giá trị cƠng nh cƠng t t nh ng thực t có nhi u y u t nh h ng đ n Rtx nên không th gi m Rtx cực nh nh mong mu n Các y u t sau nh h ng đ n Rtx - Vật li u lƠm ti p m: Vật li u m m ti p xúc t t - Kim lo i lƠm ti p di m khơng bị oxy hóa: Đ ng, thép đ c dùng lƠm ti p m c định NgoƠi ti p m đ c lƠm b ng b c, b ch kim, Vonfram, niken, có th lƠ vƠng - Lực ép ti p m cƠng l n s t o nên nhi u ti p m ti p xúc - Nhi t đ ti p m cƠng cao n tr ti p xúc cƠng l n - Di n tích ti p xúc - Hình d ng ti p m 1.5 H quang n 1.5.1 Khái niệm H quang n lƠ hi n t ng phóng n ch t khí v i mật đ dịng n t ng đ i l n (104 đ n 105 A/cm2), n áp r i catot bé (10÷20V), nhi t đ r t cao (5000 đ n 60000C), kèm theo hi u ứng ánh sáng H quang n lƠ trình n vƠ nhi t liên quan mật thi t v i H quang n đ c dùng đ hƠn, luy n thép.v.v.trong tr ng h p nƠy h quang n có ích, nên đ c trì cháy n định Tuy nhiên KCĐ nh : c u dao, c u dao, c u chì, r le, cơng t c v.v đóng hay ng t m ch n, h quang phát sinh ti p m l i có h i N u h quang cháy lơu, KCĐ vƠ h th ng n s h h ng c n ph i có bi n pháp nhanh chóng dập t t h quang 1.5.2 Quá trình phát sinh dập h quang 1.5.2.1 Quá trình phát sinh hồ quang điện Quá trình phát sinh h quang b n ch t lƠ trình ion hóa u ki n bình th ng, mơi tr ng khí g m ph n tử trung hịa nên khơng dẫn n N u ph n tử trung hịa bị phơn tích thƠnh n tử tự do, ion d ng, ion ơm tr thƠnh dẫn n Quá trình t o n tử tự vƠ ion ch t khí đ c gọi lƠ q trình ion hóa Q trình nƠy có th x y d i tác d ng ánh sáng, nhi t đ , n tr ng, va đậpầ ti p m KCĐ đóng c t, trình c t, ti p m đ ng r i kh i ti p m tĩnh lƠm n tr ti p xúc tăng, t n hao l n, nhi t đ ti p m cao, t o u ki n thuận l i cho trình phát x nhi t n tử (đơy lƠ trình x y nhi t đ catot cao, n tử tự n cực có đ ng l n, có th kh i b mặt kim lo i, t o nên dòng n ch t khí) T i th i m hai ti p m m i tách ra, c ng đ n tr ng chúng l n, thuận l i cho vi c tự phát x n tử cƠng l n nhi t đ n cực cao vƠ n tr ng đặt lên l n phát h quang n 1.5.2.2 Các phương pháp dập hồ quang Yêu c u h quang ph i đ c dập t t khu vực h n ch v i th i gian ng n nh t, t c đ m ti p m ph i l n mƠ không lƠm h h ng b phận KCĐ Đ ng th i l ng h quang ph i đ t đ n giá trị nh nh t, n tr h quang ph i tăng nhanh vƠ vi c dập t t không đ c kéo dƠi theo n áp nguy hi m, ti ng kêu ph i nh vƠ ánh sáng không l n Đ dập t t h quang ta dùng bi n pháp tăng c ng trình ph n ion khu vực h quang (Quá trình ph n ion lƠ trình ng c l i v i q trình ion hóa, tức lƠ trình suy gi m s l ng ion vùng h quang Trong h quang n, t n t i song song hai trình ion hóa vƠ ph n ion N u q trình ion hóa l n h n q trình ph n ion, h quang s phát sinh vƠ phát tri n m nh, dòng n h quang s tăng N u q trình ion hóa b ng v i q trình ph n ion, dịng n h quang không tăng vƠ h quang cháy n định N u q trình ion hóa bé h n q trình ph n ion dịng n h quang s suy gi m vƠ h quang s t t) lƠ: - Tăng đ dƠi h quang - Dùng từ tr ng đ t o lực th i h quang chuy n đ ng nhanh - Dùng dịng khí hay d u đ th i dập t t h quang - Dùng khe h hẹp đ h quang cọ sát vƠo vách khe hẹp nƠy - T o thƠnh chơn không khu vực h quang - Chia h quang thƠnh nhi u h quang ng n nh vách ngăn - Cho h quang ti p xúc v i m t ch t cách n lƠm ngu i Theo nguyên t c dập h quang có lo i: - Kéo dƠi h quang - H quang tự sinh l ng đ dập t t dùng l ng ngoƠi đ dập t t - Dùng ti p m b c c u: Áp d ng h th ng công t c t , phơn chia h quang lƠm đo n vƠ nh lực đẩy h quang v hai phía Cơu h i ơn tập chư ng Cơu Nêu khái ni m, phơn lo i vƠ yêu c u KCĐ Cơu Nêu khái ni m lực n đ ng Câu Trình bƠy ch đ phát nóng KCĐ Câu Nêu khái ni m, phơn lo i ti p xúc n Cơu Nêu nguyên nhơn phát sinh h quang n vƠ nguyên t c dập h quang Đơi máy n nƠy cịn đ c gọi lƠ máy n ki u c m ứng, dịng n i2 sinh dơy qu n rôto lƠ nh đ ng c m ứng từ, không ph i đ c cung c p từ ngu n ngoƠi Hi u s t ng đ i t c đ từ tr ng quay n1 vƠ t c đ quay rôto n đ c gọi lƠ h s tr t s: n n s (6.2) n1 Từ cơng thức (1.26), có th tính t c đ quay rơto n qua h s tr t s: n = n1(1-s) (6.3) Theo công thức (6.2) (6.3), có th bi u thị h s tr t s (vƠ t c đ quay rôto n t ng ứng) n m ph m vi cho b ng 1.1, mƠ m i ph m vi - ứng v i m t ch đ lƠm vi c c th , đ c xét d i đơy B ng 6.1 H s tr t s s=1 1>s>0 s=0 +s>1 0>s- T c đ quay rôto n -n