Thiet bi lanh m 08 giao trinh ky thuat dien 5494

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao việc dạy học trường nghề, tác giả tập hợp tài liệu kiến thức liên quan đến môn học Kỹ Thuật Điện vào thành giáo trình để thuận tiện cho giảng viên, sinh viên học tập nghiên cứu sát với kiến thức chương trình đào tạo nghành Vận Hành Và Sửa Chữa Thiết Bị Lạnh Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện tốt để tác giả hồn thành giáo trình Bình Định, ngàythángnăm2018 Chủ biên NGUYỄN THÀNH TRUNG MỤC LỤC Nội dung Trang Tên môn học:Kỹ Thuật Điện Mã môn học: MH 08 Thời gian thực môn học:90giờ; (Lý thuyết:59giờ; Thực hành:29giờ; Kiểm tra: 02 giờ) Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: -Vị trí:Trước học mơ đun học sinh phải hồn thành mơn học chung - Tính chất:Là mơn học sở chương trình đào tạo nghề Vận Hành Sửa Chữa Thiết Bị Lạnh - Ý nghĩa: Cung cấp cho người học kiến thức kỹ thuật điện, làm tảng cho mô đun học lắp đặt mạch điện hệ thống lạnh, sửa chữa lắp ráp mạch điện tử - Vai trò: Là môn học cung cấp kiến thức sở chuyên nghành trang bị cho người học nghề Vận hành sửa chữa thiết bị lạnh Mục tiêu môn học: -Kiến thức: + Trình bày được các bước giải bài toán mạch điện chiều, xoay chiềuvà mạch pha + Mô tả thành phần cấu tạo và trình bày nguyên lý làm việc của máy biến áp mợt pha, ba pha + Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của động điện không đồng bộ ba pha, pha và phương pháp đảo chiều quay động -Kỹ năng: + Giải toán về mạch điện chiều xoay chiều, mạch pha + Rèn luyện tác phong công nghiệp; chủ động công việc - Năng lực tự chủ trách nhiệm: - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ; tư sáng tạo Nội dung môn học: Thời gian (giờ) Tên chương, Số TT mục TS LT TH KT Chương 1: Mạch điện chiều 18 12 06 Chương 2: Dịng điện hình sin 27 18 09 Chương 3: Mạch điện ba pha 21 11 09 Chương 4: Máy biến áp 12 03 Chương 5: Động điện xoay chiều 12 02 Cộng 90 59 29 CHƯƠNG 1:MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Mã chương: MH08-01 Thời gian: 18 giờ (LT: 04; TH: 04; Tự học: 10) Giới thiệu: Chương bàn đến số định lý định luật mạch điện chiều Việc áp dụng định luật, định lý giúp ta giải nhanh số toán đơn giản biến đổi mạch điện phức tạp thành mạch đơn giản hơn, tạo thuận lợi cho phân tích mạch điện chiều Giải tốt toán chiều tạo sở tốt cho việc phân tích mạch điện xoay chiều trình bày chương sau Mục tiêu: - Trình bày định luật mạch điện chiều, phép biến đổi tương đương nguyên lý xếp chồng; - Giải toán mạch điện chiều theo phương pháp dòng điện nhánh, dòng điện mạch vòng điện nút Nội dung: 1.1.KHÁI NIỆM VỀ NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU, PHỤ TẢI VÀ MÁY PHÁT MỘT CHIỀU a Nguồn điện Là thiết bị điện dùng để biến đổi dạng lượng khác sangđiện cung cấp lượng cho mạch điện Các nguồn điện hay gặp thực tế: - Máy phát điện: biến đổi thành điện - Pin, ắc quy: Biến đổi lượng hoá học thành điện - Pin mặt trời: Biến đổi quang thành điện b Phụ tải điện Là thiết bị điện biến điện thành dạng lượng khác năng, quang năng, nhiệt Trên sơđồ mạch điện hình 1.1 bóng đèn trịng phụ tải điện, chuyển đổi lượng điện thành ánh sáng Trong mạch điện chiều phụ tải điện biểu thị điện trở R c Dây dẫn Là vật dẫn kim loại dùng để nối từ nguồn đến phụ tải thường kết cấu dạng đường dây dài có lõi, nhiều lõi, có vỏ bọc khơng có vỏ bọc dùng để chuyển tải dịng điện từ nguồn điện đến phụ tải Vậy: mạch điện hệ thống gồm thiết bị điện, điện tử ghép lại dây dẫn Trong xảyra trình truyền đạt, biến đổi lượng hay tín hiệu điện từ đo đại lượng dòng điện, điện áp 1.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONGMẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.2.1 Dòng điện - Dòng điện: dịng điện tích chuyển dời có hướng tác dụng điện trường - Qui ước:chiều dòng điện hướng từ cực dương cực âm nguồn từ nơi có điện thếcao đến nơi có điện thấp - Cường độ dòng điện: đại lượng đặc trưng cho độ lớn dòng điện Cường độ dịng điệnđược tính lượng điện tích chạy qua tiết diện thẳng vật dẫn đơn vị thờigian.Đơn vị dòng điện ampe (A) - Bản chất dịng điện mơi trường : +Trong kim loại: lớp ngồi ngun tử kim loại có electron, chúng liênkết yếu với hạt nhân dễ bật thành electron tự Dưới tác dụng củađiện trường electron tự chuyển động có hướng tạo thành dịng điện + Trong dung dịch: chất hoà tan nước phân ly thành ion dương tự vàcác ion âm tự Dưới tác dụng điện trường ion tự chuyển động cóhướng tạo nên dịng điện + Trong chất khí: có tác nhân bên (bức xạ lửa, nhiệt…) tác động, phần tửchất khí bị ion hố tạo thành ion tự Dưới tác dụng điện trường chúng sẽchuyển động tạo thành dòng điện 1.2.2 Điện áp - Điện áp đại lượng đặc trưng cho khả tích lũy lượng dòng điện Trong mạch điện, điểm có điện xác định φ Hiệu điện hai điểm gọi điện áp ký hiệu U Ta có: UAB= φA - φB Trong đó: φA: điện điểm A φB: điện điểm B U AB: điện áp hay hiệu điện A B - Qui ước: Chiều điện áp chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp.Đơn vị điện áp vơn (V) Hình 1.1. Điện áp và dịng điện trên điện trở 1.2.3 Cơng suất Cơng suất P đại lượng đặc trưng cho khả thu phát lượng điện trường dịng điện Cơng suất định nghĩa tích số dịng điện điện áp: P = U.I - Nếu dòng điện điện áp chiều dịng điện sinh cơng dương P > (phần tử phát lượng) - Nếu dịng điện điện áp ngược chiều dịng điện sinh cơng âm P < (phần tử thu lượng) - Đơn vị cơng suất watt (W, kW, MW) 1.3 MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.3.1 Nguồn điện áp nguồn dòng điện a Nguồn áp chiều Nguồn áp chiều có ký hiệu E đơn vị: Volt (V) Ký hiệu nguồn áp chiều hình 1.2 Hình 1.2 Ký hiệu nguồn áp chiều độc lập b Nguồn dịng chiều Nguồn dịng chiều có ký hiệu J đơn vị Ampe (A) Ký hiệu nguồn dịng chiều hình 1.3 Hình 1.3 Ký hiệu nguồn dòng chiều độc lập 1.3.2 Điện trở R Điện trở đặc trưng cho tượng tiêu tán lượng, ký hiệu R, có đơn vị Ω (Ohm) Hình 1.4 Ký hiệu điện trở mạch điện 1.3.3 Thiết lập mơ hình mạch điện chiều Hình 1.5 cho ví dụ mạch điện Trong mạch điện thấy gồm có nguồn điện E, cơng tắc K, bóng đèn trịn Đ 1, Đ2 dây dẫn liên kết nguồn điện đến bóng đèn qua cơng tắc K Để vận hành mạch điện chúng đóng cơng tắc K Dịng điện I xuất phát từ nguồn E theo dây dẫn cung cấp dịng điện I1, I2 cho bóng đèn Đ1, Đ2 Hình 1.5 Mạch điện bóng đèn trịn - Nhánh: đoạn mạch có chứa phần tử nhiều phần tử ghép nối tiếp nhau, có dịng điện chạy thơng từ đầu đến đầu Số nhánh mạch điện ký hiệu m Hình 1.6 mơ tả nhánh mạch điện hình 1.5 Trên nhánh có chứa bóng đèn Đ1 có dịng điện I1 qua Nhánh nối hai điểm nút A B Hình 1.6 Một nhánh mạch điện - Nút: giao điểm gặp nhánh trở lên Số nút mạch điện ký hiệu n Hình 1.7 mơ tả điểm nút A mạch điện hình 1.5 Tại nút A có dịng điện I xuất phát từ nguồn E vào, hai dòng điện I 1, I2 từ nút A qua hai nhánh chứa hai bóng đèn Đ1 Đ2 Hình 1.7 Một nút mạch điện - Vòng (mạch vòng): lối xuất phát từ nút khép kín qua nhánh trở nút Một vịng mạch điện kết hợp nút nhánh mạch điện Hình 1.8 mơ tả vịng mạch điện hình 1.5 Mạch vịng kết hợp từ nhánh thứ chứa bóng đèn Đ với nhánh thứ hai chứa bóng đèn Đ hai nút mạch điện A, B Hình 1.8 Một vịng mạch điện - Vòng độc lập: Trong số mạch vòng mạch điện ta chọn số lượng vòng gọi vịng độc lập Tính chất vịng độc lập vịng khơng phải tổ hợp từ vòng lại Người ta thường ký hiệu số vòng độc lập v Nếu mạch điện xác định số nút n, số nhánh m số vịng độc lập tính theo biểu thức: v=m-n+1 Một mạch điện thực tế mơ hình hố thành mạch điện ngun lý với phần tử tổ hợp cho sát với nguyên lý làm việc thiết bị thật Do phân tích mạch điện thực tế ta tiến hành mạch điện mô hình hố Bước để phân tích mạch điện cần phải xác định số nút, số nhánh số vịng mạch điện Ví dụ 1: Cho mạch điện hình Hãy cho biết mạch điện có baonhiêu nhánh, nút, vòng vòng độc lập? Giải Mạch điện gồm: - Có nhánh: Nhánh 1: gồm phần tử R 1mắc nối tiếp với nguồn E1, nhánh 2: gồm phần tử R2mắc nối tiếp nguồn E2, nhánh 3: gồm phần tử R3 Vậy m = - Có nút: A B Vậy n = - Có vịng:Vịng 1: nhánh 1, nhánh nút A, nút B Vòng 2: nhánh 2, nhánh 3, nút A, nút B Vòng 3: nhánh 1, nhánh2, nút A, nút B - Số vòng độc lập: v = m - n + = - + = 1.4.CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.4.1 Định luật Ơm (Ohm) Khi cho dịng điện qua điện trở R, U điện áp đặt đầu R theo định luật ohm ta có: U=I.R Mơ tả định luật Ohm hình 1.9 Hình 1.9 Quan hệ dòng áp điện trở R 1.4.2 Định luật Kiêc-shốp(Kirchhoff) a Định luật Kirchhoff1 Tổng đại số dịng điện nút 0: Ví dụ 2: Cho mạch điện hình dưới.Xét nút A, theo định luật Kirchhoff ta có: I1 + I2 + I3 = 10 Ví dụ 3: Cho mạch điện hình đây.Xét nút A, theo định luật Kirchhoff ta có: I1 - I2 + I3 - I4 = Quy ước: Nếu ta qui ước dòng điện vào nút A mang dấu cộng (+), dịng điện nút A mang dấu trừ (-) ngược lại b Định luật Kirchhoff2 Tổng đại số điện áp phần tử vịng kín ln Quy ước: Nếu chọn trước chiều vịng xét điện áp rớt phần tử có chiều với chiều vịng mang dấu “+” ngược chiều với chiều vịng mang dấu “-” Ngược lại sức điện động vịng chiều với chiều vịng mang dấu “-”, ngược chiều với chiều vịng mang dấu “+” Ví Dụ 4: Cho mạch điện hình dưới, viết định luật kirchhoff cho vòng vòng sau: Xét vòng (a, b, c, a) theo định luật Kirchhoff ta có: Uab + Ubc + Uca = Xét vòng (a, d, b, a) theo định luật Kirchhoff ta có: Uad + Udb + Uba = 1.5 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Để đơn giản hoá mạch điện người ta thường sử dụng phép biến đổi tương đươngđể làm cho số nút, số nhánh mạch điện giảm từ làm giảm khối lượng tính tốn.Cácphép biến đổi tương đương thường dùng: 1.5.1 Các điện trở mắc nối tếp Trong trường hợp mạch điện có n điện trở mắc nối tiếp, biến đổi tương đương thành mạch điện hình 1.9: a)                                             b) Hình 1.9. Biến đổi tương đương phần tử điện trở mắc nối tếp Ta có: U = U1 + U2 + … + Un = I(R1 + R2 + …+ Rn) = I.Rtđ Hay: 1.5.2 Các điện trở mắc song song Trong trường hợp mạch điện có n điện trở mắc song song, biến đổi tương đương thành mạch điện hình 1.10: 41 Điện áp định mức - Điện áp sơ cấp định mức (U 1đm): điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp, máy biến áp ba pha điện áp dây - Điện áp thứ cấp định mức (U 2đm): điện áp đầu dây quấn thứ cấp, điện áp dây (đối với máy biến áp ba pha), dây quấn thứ cấp hở mạch (không nối với tải) điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức Điện áp định mức định việc bố trí cuộn dây cách điện lớp, vòng dây lựa chọn vật liệu cách điện để đảm bảo an toàn Đơn vị điện áp định mức V kV Dòng điện định mức - Dòng điện định mức dòng điện qui định cho dây quấn máy biến áp, ứng với công suất định mức điện áp định mức - Khi điện áp đặt vào cuộn dây sơ cấp định mức nối cuộn dây thứ cấp với tải có cơng suất cơng suất định mức máy biến áp dịng điện đo cuộn dây sơ cấp dòng điện sơ cấp định mức (I 1đm) dòng điện đo cuộn dây thứ cấp dòng điện thứ cấp định mức (I2đm) Đối với máy biến áp pha, dòng điện định mức dòng điện pha Đối với máy biến áp ba pha, dòng điện định mức dòng điện dây Khi thiết kế máy biến áp người ta vào dòng điện định mức để chọn tiết diện dây quấn sơ cấp thứ cấp, xác định tổn hao lượng điện trở dây quấn để đảm bảo nhiệt độ tăng q trình sử dụng khơng vượt q giới hạn an tồn Cơng suất định mức Cơng suất định mức máy biến áp công suất biểu kiến thứ cấp chế độ làm việc định mức Công suất định mức ký hiệu Sđm, đơn vị VA kVA Đối với máy biến áp pha, công suất định mức là: Sđm = U2đm* I2đm = U1đm* I1đm Đối với máy biến áp ba pha, công suất định mức là: Sđm = U2đm* I2đm = U1đm* I1đm Ngồi nhãn máy cịn ghi tần số, số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc máy biến áp Trong trình sử dụng, ta đặt máy biến áp hoạt động ỏ mức đại lượng định mức gây lãng phí khả làm việc máy biến áp, ta đặt đại lượng định mức gây nguy hiểm, dễ gây hỏng máy biến áp 4.1.5 Tính tốn thơng số máy biến áp a Lý thuyết liên quan Các tập tính tốn máy biến áp đa dạng, từ đơn giản đến phức tạp Mục đích tính tốn máy biến áp để xác định thông số làm việc máy biến áp phục vụ cho việc thiết kế, vận hành máy biến áp Một số tập máy biến áp có đặc điểm sau: * Bài tập vận dụng công thức máy biến áp lí tưởng - Đối với máy biến áp lí tưởng, từ thơng qua vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp nên suất điện động hiệu dụng cuộn dây tỉ lệ với số vòng chúng - Suất điện động cảm ứng cuộn dây tính theo định luật cảm ứng điện từ * Bài tập máy biến áp lí tưởng mạch điện - Mạch thứ cấp mạch xoay chiều với nguồn điện có điện áp hai cực U 42 - Mạch sơ cấp mạch xoay chiều biến áp tải coi phần tử tương đương có độ lệch pha điện áp cường độ dòng điện độ lệch pha tải mắc cuộn thứ cấp * Bài tập máy biến áp khơng lí tưởng mạch điện - Hiệu suất biến áp thực tế (không phải biến áp lí tưởng) nhỏ Tuy nhiên số cơng thức cịn khơng có phân tán đường sức từ lõi thép - Đồi với biến áp không tải cuộn sơ cấp có điện trở r khác khơng, ta coi mạch sơ cấp gồm điện trở r mắc nối tiếp với cuộn dây cảm * Bài tập máy biến áp có lõi thép phân nhánh Đối với biến áp loại ta cần lưu ý thừ thơng qua vịng dây hai cuộn khác Tỉ số suất điện động hiệu dụng vừa phụ thuộc tỉ số vòng dây, vừa phụ thuộc tỉ số từ thơng qua vịng dây hai cuộn b Các bước thực Để giải tập máy biến áp pha, ta tiến hành theo bước sau đây: Bước 1: Thống kê lại số liệu máy biến áp Bước 2: Vẽ sơ đồ nối dây máy biến áp Bước 3: Vẽ sơ đồ thay tương đương Bước 4: Áp dụng công thức học Bước 5: Giải phương trình, hệ phương trình để rút kết c Giải tập máy biến áp Sử dụng bước trình bày để giải tập máy biến áp sau: Cho máy biến áp có tỉ số vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp N 1/N2 = Nối hai đầu cuộn sơ cấp với mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng U = 220V Một điện trở R = 10Ω mắc vào hai đầu cuộn thứ cấp Biết điện trở cuộn dây sơ cấp r1 = 3,6Ω, thứ cấp r2 = 1,6Ω Bỏ qua tổn hao lượng lõi thép Tính điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp hiệu suất máy Giải: Gọi E1 E2 s.đ.đ hiệu dụng xuất hai cuộn dây Áp dụng định luật Ôm cho hai mạch sơ cấp thứ cấp: Vì khơng có tổn hao lượng lõi thép, ta coi công suất s.đ.đ cảm ứng mạch sơ cấp thứ cấp nhau: Giải hệ ta có: Hiệu suất máy: 4.2 CÁC MÁY BIẾN ÁP ĐẶT BIỆT 4.2.1 Máy biến áp tự ngẫu Máy biếnáptự ngẫu(tự biến áp) thường có cơng suất nhỏ, khác máy biến áp thường chỗ dây quấn hạ áp phần dây quấn cao áp Do vậy, dây quấn sơ cấp dây quấn thứ cấp khơng có liên hệ từ mà cịn có liên hệ điện hình 4.9 43 Hình 4.9 Sơ đồ nối dây máy biến áp tự ngẫu Quá trình tạo thành sức điện động dây quấn không khác biến áp thường (biến áp hai dây quấn): Trong biến áp tự ngẫu, công suất từ dây quấn sơ cấp truyền qua thứ cấp → liên hệ từ (như máy biến áp hai dây quấn cách li) liên hệ trực tiếp điện (dây quấn thứ cấp phần dây quấn sơ cấp) - Phần công suất điện từ máy biến áp tự ngẫu nhỏ biến áp cách li có cơng suất (1 – 1/k) nên lõi thép máy biến áp tự ngẫu có tiết diện nhỏ tương ứng Do nên có tiết diện lõi thép máy biến áp tự ngẫu có cơng suất lớn 10 – 20% máy biến áp hai cuộn dây - Máy biến áp tự ngẫu có liên hệ trực tiếp điện phần cao áp hạ áp nên nguy hiểm cho người sử dụng(nếu độ chênh lệch điện áp cao áp hạ áp lớn) Do máy chế tạo với hệ số biến áp nhỏ 4.2.5 Máy biến áp hàn - Máy biến áp hàn loại máy biến áp đặc biệt dùng để hàn phương pháp hồ quang điện Máy biến áp hàn có điện kháng tản lớn thêm cuộn điện kháng dịng điện hàn khơng vượt q đến lần dịng điện định mức Đường đặc tính ngồi máy biến áp hàn hình 4.10b dốc phù hợp với yêu cầu hàn điện a) b) c) Hình 4.10 Máy biến áp hàn - Sơ đồ nguyên lý hình 4.10a Khi hàn, người ta đưa que hàn vào kim loại hàn, có dịng điện lớn chạy qua, làm nóng chỗ tiếp xúc Khi nhấc que hàn cách kim loại khoảng nhỏ cường độ điện trường lớn làm ion hố chất khí sinh hồ quang toả nhiệt lượng lớn làm nóng chảy chỗ hàn - Cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn thứ cấp đầu nối với cuộn điện kháng que hàn, đầu nối với kim loại hàn Muốn điều chỉnh dịng điện hàn, thay đổi số vòng dây cuộn thứ cấp máy thay đổi điện kháng cuộn K cách thay đổi khe hở khơng khí lõi thép hình 4.10c - Chế độ làm việc máy biến áp hàn ngắn mạch thứ cấp ngắn hạn lặp lại Điện áp thứ cấp định mức máy biến áp hàn thường 60-75V BÀI TẬP CHƯƠNG Bài Một máy biến áp pha 220/24V có dịng điện cuộn sơ cấp làm việc lúc định mức 0,35A Tính dịng điện thứ cấp, tỉ số máy biến áp, công suất máy biến áp Bài Một máy biến áp pha 220/12V cuộn sơ cấp mắc vào lưới điện 220/50Hz, cuộn thứ cấp có tải định mức Biết cuộn thứ cấp có 200 vịng tính: a Tỉ số máy biến áp số vịng cuộn dây sơ cấp b Từ thơng làm việc lõi thép máy biến áp 44 Bài 3.Một máy biến áp pha 220/24V có cuộn thứ cấp nối với tải định mức có điện trở tải Rt = 80Ω Tính dịng điện chạy cuộn sơ cấp, thứ cấp công suất máy biến áp Bài Một máy biến dịng điện có tỉ số biến dịng K I = 200 có cuộn thứ cấp đường dây dẫn điện tải xuyên qua lõi biến dòng cuộn thứ cấp mắc với đồng hồ đo ampe Biết đồng hồ ampe 1,7A Tính dịng điện tải số vịng dây cuộn thứ cấp Bài Một máy biến áp tự ngẫu có cuộn sơ cấp nối vào điện áp lưới 220V, cuộn thứ cấp có nhiều đầu ra, đầu có điện áp tăng thêm 5V so với đầu trước Biết cuộn sơ cấp có 1000 vịng cuộn thứ cấp có cấp điện áp cao 50V Tính: a Số vịng dây đầu thứ cấp có cấp điện áp cao b Số vòng dây hai đầu cuộn thứ cấp Bài 6.Một máy biến áp tự ngẫu có điện áp sơ cấp 250 thứ cấp 220 V Số vòng dây quấn cuộn sơ cấp 500 vịng đầu thứ cấp có cơng suất S = 250VA a Hãy xác định số vòng dây cuộn thứ cấp b Tính dịng điện sơ cấp, thứ cấp dòng điện chạy vòng dây chung cuộn sơ cấp thứ cấp máy hoạt động chế độ định mức CHƯƠNG 5: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU Mã chương: MH08-5 Thời gian: 12 giờ (LT: 03; TH: 02; Tự học: 6; KT: 01) Giới thiệu: Các loại động điện xoay chiều cóưu điểm cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, bảo trì sữa chữa Hiệu suất làm việc loại động điện xoay chiều cao nên tiết kiệm điện chi phí vận hành Động xoay chiều sử dụng lượng dòng điện để biến thành chuyển động quay trục động Các động điện xoay chiều phổ biến sử dụng động điện không đồng pha động điện xoay chiều không đồng ba pha Mục tiêu: - Mô tả được thành phần cấu tạo, trình bày quá trình hình thành từ trường quay và nguyên lý làm việc của động điện không đồng bộ ba pha, động điện khơng đờng bợ pha ; - Trình bày kiểu đấu dây động điện không đồng pha ; Nội dung: 5.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 5.1.1 Khái niệm Trong thiết bị điện công nghiệp thường sử dụng loại động điện không đồng ba pha để tạo mô men quay Ưu điểm loại động cấu tạo hoạt động đơn giản loại động khác, dễ sản xuất, bảo dưỡng, sữa chữa làm việc có hiệu suất cao Động điện khơng đồng ba pha thường có cơng suất 600W có ba dây quấn làm việc, trục dây quấn lệch khơng gian góc 120 điện 5.1.2 Cấu tạo Cấu tạo máy điện khơng đồng bộmơ tả hình 5.1gồm hai phận stator rotor; ngồi cịn có vỏ máy, nắp máy, bảng đấu dây 45 Hình 5.1 Cấu tạo máy điện không đồng a Phần tĩnh (Stator) - Gồm phận lõi thép dây quấn stator - Lõi thép stator hình trụ thép kỹ thuật điện có dập rãnh bên ghép lại tạo thành rãnh theo hướng trục Lõi thép ép chặt vào vỏ máy - Dây quấn stator làm dây dẫn có bọc cách điện Hình 5.2 Lõi thép stato b Phần quay (Rotor) Hình 5.3 Lõi thép rotor - Gồm lõi thép, dây quấn trục máy - Lõi thép gồm thép kỹ thuật điện có dập rãnh ghép lại tạo thành rãnh theo hướng trục, có lỗ để lắp trục - Dây quấn rotor: có kiểu rotor dây quấn rotor ngắn mạch (còn gọi rotor lồng sóc) Hình 5.4 Động khơng đồng rotor dây quấn Hình 5.5 Rotor dây quấn ký hiệu c Các phận phụ - Vỏ máy thường đúc nhôm gang 46 - Chổi than vành trượt để nối dây quấn rotor với điện trở bên (đối với máy loại rotor dây quấn) 5.1.3 Nguyên lý làm việc Khi cho dòng điện pha tần số f vào dây quấn stator sinh từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ Từ trường quay cắt dẫn dây quấn rotor cảm ứng thành sức điện động Vì rotor nối ngắn mạch nên sức điện động sinh dòng điện dẫn rotor, lực điện từ tác dụng tương hỗ từ trường dẫn có dòng điện kéo rotor quay theo chiều quay từ trường quay với tốc độ n Để minh hoạ, hình 5.9a vẽ từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động dòng điện cảm ứng dẫn rotor, chiều lực điện từ a) b) Hình 5.9 Hình thành mơmen quay động khơng đồng Khi xác định sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải, ta vào chiều chuyển động tương đối dẫn từ trường Nếu coi từ trường đứng yên chiều chuyển động dẫn ngược chiều n 1, từ áp dụng qui tắc bàn tay phải xác định chiều sức điện động hình vẽ ( dấu chiều từ vào ) Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay n1 Tốc độ n máy ln nhỏ tốc độ n n = n1 khơng có chuyển động tương đối dẫn rotor từ trường quay, dây quấn rotor khơng có dịng điện cảm ứng, lực điện từ Độ chênh lệch tốc độ từ trường quay rotor gọi tốc độ trượt: n2 = n1 – n Hệ số trượt tốc độ là: Khi rotor đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = Khi rotor quay tốc độ định mức s = 0,02 ÷ 0,06 Tốc độ động là: (vòng/phút) a Sự tạo thành từ trường quay - Từ trường đập mạch dây quấn pha có phương khơng đổi, song trị số chiều biến đổi theo thời gian gọi từ trường đập mạch Xét máy điện có cấu tạo đơn giản, stator có cuộn dây gồm vịng dây đặt hình 4.18 Hình 5.6 Sự hình thành từ trường đập mạch dây quấn - Cho dòng điện sin qua cuộn dây Trong ½ chu kỳ đầu, dòng điện dương, véctơ từ trường B hướng theo trục Ox, độ lớn tăng dần từ đến B m từ Bm trở Nửa chu kỳ sau, dòng điện đổi chiều, véctơ B hướng theo chiều ngược lại độ lớn thay đổi tương tự ½ chu kỳ đầu Véctơ B có hướng khơng đổi gọi từ trường đập mạch (không phải từ trường quay) 47 - Từ trường quay dây quấn pha: Dòng điện xoay chiều pha có ưu điểm lớn tạo từ trường quay máy điện - Xét máy điện không đồng đơn giản gồm có cuộn dây stator AX, BY, CZ đặt rãnh Trục dây quấn lệch khơng gian góc 120 điện Hình 5.7 Dịng điện dây quấn pha - Giả thiết dây quấn pha có dòng điện pha đối xứng chạy qua - Thời điểm - Thời điểm - Thời điểm Hình 5.8 Từ trường quay dây quấn pha Như ta thấy, từ trường tổng pha quay 120 0, 2400 Từ trường quay gọi từ trường quay đôi cực, thay đổi cách cấu tạo dây quấn stator ta có từ trường quay 2, 3, p đơi cực b Tính chất từ trường quay - Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số f số đôi cực p Khi từ trường có đơi cực, tốc độ từ trường quay n1 = f vòng/giây Khi từ trường có đơi cực n1= f/2 vịng/giây Tổng qt, có p đơi cực tốc độ từ trường quay: vòng /giây Hay: vòng /phút - Chiều quay từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha dòng điện.Muốn thay đổi chiều quay từ trường, ta đảo thứ tự pha với - Từ trường quay sinh từ thông xuyên qua dây quấn Từ thơng biến thiên hình sin có biên độ 3/2 từ thơng cực đại pha Tổng quát, dây quấn m pha: c Các tình trạng làm việc 48 - Tình trạng ngắn mạch Là tình trạng dây quấn stato bị hư cách điện làm chạm số vòng dây quấn, lúc giá trị dòng điện chạy động lớn làm cháy động Hoặc động hoạt động bình thường, lý mà rôto bị giữ chặt không quay gây nên tình trạng ngắn mạch cho động - Tình trạng khơng tải Là tình trạng khơng có gắn phụ tải (phụ tải cơ) vào trục động Lúc tồn cơng suất phát đầu trục động không tiêu thụ phụ tải chuyển hóa thành nhiệt làm nóng lõi thép, lâu ngày làm già cách điện dẫn đến chạm vòng dây quấn, gây cháy động - Tình trạng điện pha Khi động pha làm việc bình thường với phụ tải phù hợp, lúc từ trường quay bên stato quay Vì lý mà điện pha, lúc từ trường bên stato bị lệch phía làm bó chặt khơng cho rơto quay, dịng điện chạy cuộn dây stato lớn, gây nóng cháy động - Tình trạng có tải Là tình trạng có gắn phụ tải (cơ) vào đầu trục động Nếu công suất phụ tải > công suất động tình trạng tải, lúc dòng điện chạy cuộn dây stato lớn, gây nóng cháy động Cịn cơng suất phụ tải ≈ cơng suất động tình trạng đủ tải, tình trạng làm việc tốt động d Các nguyên nhân gây cháy động Có nguyên nhân bản: tải, ngắn mạch, pha, điện áp đưa vào động lớn so với điện áp định mức động cơ, điện áp đưa vào động nhỏ so với điện áp định mức động 5.1.4 Tính tốn thơng số động khơng đồng ba pha a Lý thuyết liên quan - Trình bày kết cấu, nguyên lý làm việc, thông số định mức máy điệnkhơng đồng - Giải thích tượng từ trường máy điện, tính tốn sứcđiện động, sức từ động pha, ba pha tương ứng với kết cấu dây quấn cụthể - Phân tích q trình biến đổi lượng, tính cơng suất, hiệu suất, mơmen điện từ, đặc tính máy điện khơng đồng - Tính tốn thơng số kỹ thuật chế độ làm việc mở máy, đổi tốc độ,hãm dừng máy điện không đồng b Các bước thực Để giải tập động điện không đồng bộ, ta tiến hành theo bước sau đây: Bước 1: Thống kê lại số liệu động điện không đồng Bước 2: Vẽ sơ đồ nối dây động điện không đồng Bước 3: Vẽ sơ đồ thay tương đương Bước 4: Áp dụng công thức học Bước 5: Giải phương trình, hệ phương trình để rút kết c Giải tập động điện không đồng pha 49 Sử dụng bước trình bày để giải tập động điện không đồng sau: Động điện không đồng ba pha rơ tơ dây quấn có cơng suất định mức 17,5 kW, dòng điện định mức 21 A, điện áp định mức 380V, số cực 2p = 4, dây quấn stator đấu ∆, tốc độ quay định mức 1470 vg/ph cho biết tỉ số M max/Mmin = 1,5, Mmm/Mdm = 1,2 a Tính mơmen mở máy động b Tính tốc độ động moomen tải đạt cực đại Giải: a Tính mơmen mở máy động cơ: Ta có: Với km = 1,2 ta có b Tính tốc độ động moomen tải đạt cực đại Tốc độ từ trường quay: Từ công thức hệ số trượt ta suy ra: Vậy hệ số trượt định mức là: Từ công thức hệ số trượt cực đại Ta tính được: Tốc độ động mô men tải cực đại là: 5.2 CÁC KIỂU ĐẤU DÂY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA Các khơng đồng ba pha thơng thường có cuộn dây pha dây quấn đưa đầu dây Tuy nhiên, để có đặc tính hoạt động theo mong muốn người ta quấn pha hai cuộn dây quấn đưa đầu dây Từ đầu dây người sử dụng đấu cuộn dây động theo hình Y ∆ 5.2.1 Đấu theo hình (Y) a Động đầu dây - Hình 5.9 trình bày sơ đồ đầu dây động không đồng ba pha 50 Hình 5.9 Sơ đồ đầu dây động không đồng ba pha - Cách đấu dây hình Y trường hợp trình bày hình 5.10 Hình 5.10 Sơ đồ đấu dây theo hình Y động khơng đồng ba pha có đầu dây b Động đầu dây - Với động không đồng ba pha đầu dây, có hai trường hợp: sơ đồ đấu Y nối tiếp hay đấu Y song song.Hình 5.11 trình bày sơ đồ đầu dây động không đồng ba pha kiểu đấu Y Hình 5.11 Sơ đồ đầu dây động không đồng ba pha đấu Y - Cách đấu dây hình Y nối tiếp động pha đầu dây trình bày hình 5.12 51 Hình 5.12.Sơ đồ đấu dây hình Y nối tiếp động pha đầu dây - Cách đấu dây hình Y song song động pha đầu dây trình bày hình 5.13 Hình 5.13.Sơ đồ đấu dây hình Y song song động pha đầu dây 5.2.2 Đấu theo hình (∆) a Động đầu dây - Sơ đồ đầu dây động không đồng ba pha trình Hình 5.9 Cách đấu dây hình ∆ trường hợp trình bày hình 5.14 Hình 5.14 Sơ đồ đấu dây theo hình∆động khơng đồng ba pha có đầu dây b Động đầu dây 52 - Với động không đồng ba pha đầu dây, có hai trường hợp: sơ đồ đấu ∆ nối tiếp hay đấu ∆ song song.Hình 5.15 trình bày sơ đồ đầu dây động không đồng ba pha dùng đấu kiểu ∆ Hình 5.15 Sơ đồ đầu dây động không đồng ba pha đấu ∆ - Cách đấu dây hình ∆ nối tiếp động pha đầu dây trình bày hình 5.16 Hình 5.16.Sơ đồ đấu dây hình∆ nối tiếp động pha đầu dây - Cách đấu dây hình ∆ song song động pha đầu dây trình bày hình 5.17 Hình 5.17.Sơ đồ đấu dây hình∆ song song động pha đầu dây 5.3 ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 5.3.1 Động pha điện dung Trong động khơng đồng pha, phía cuộn stato người ta bố trí hai cuộn dây quấn, cuộn lệch 900 không gian dòng điện chạy cuộn dây lệch 900 mặt thời gian Khảo sát giá trị dòng điện chạy cuộn dây thời điểm khác ta thấy chiều từ trường tạo từ 53 cuộn quét hết góc 360 khơng gian dịng điện hết chu kỳ hình 5.18 Hình 5.18 Giá trị dòng điện cuộn dây thời điểm khảo sát Hình 5.19 Từ trường bên Stato thời điểm t1, t2, t3 Vì động cấp nguồn pha nên để tạo dòng điện lệch pha 90 cuộn dây lại người ta mắc thêm tụ điện Cuộn dây mắc trực tiếp với nguồn gọi cuộn làm việc ký hiệu AX, cuộn dây mắc với nguồn thông qua tụ điện gọi cuộn khởi động cuộn ký hiệu BY Động mắc thêm tụ điện gọi động không đồng pha điện dung tụ điện gọi tụ khởi động hình 5.20 Hình 5.20 Động khơng đồng pha điện dung Vì cuộn khởi động có mắc tụ khởi động làm dịng điện nhỏ cuộn làm việc nên cơng suất tiêu thụ chủ yếu động chủ yếu cuộn làm việc, số loại động cơ, sau động khởi động người ta cắt tụ khởi động khỏi mạch điện rơ le cảm biến dòng nhằm làm tăng hiệu suất làm việc động 5.3.2 Động pha có vịng ngắn mạch Hình 5.21.Dây quấn động khơng đồng 1pha, Stato có đặt vòng ngắn mạch Một phương thức khác để tạo từ trường quay người ta sử dụng vòng ngắn mạch Có nhiều dạng stato sử dụng vịng ngắn mạch, lấy ví dụ minh họa lõi thép stato cực lồi, khoảng 1/3 bề rộng cực người ta đặt vịng ngắn mạch đồng ơm lấy phần lõi thép cịn cuộn dây tạo từ thơng bố trí cực cho cực tính từ trường dòng điện tạo thời điểm hai cực từ phải không tên (không N S) cuộn dây người ta mắc nối tiếp chiều quấn dây ngược hai cực kế hình 5.21 Từ thơng Ф tạo từ cuộn dây qua cực từ bị phân chia thành hai từ thông Ф’ qua phần cực từ khơng có vịng ngắn mạch từ thơng Ф” qua 54 phần cực từ có đặt vịng ngắn mạch Điện áp đặt hai đầu cuộn dây điện áp xoay chiều 1pha hình sin nên từ thơng Ф biến đổi tuần hoàn tần số với nguồn điện áp Hình 5.22 Từ thơng bên động khơng đồng 1pha có đặt vịng ngắn mạch Từ thông Ф” từ thông Ф qua phần cực từ có đặt vịng ngắn mạch nên bị trễ pha so với từ thông Ф, cịn từ thơng Ф’ qua phần cực từ khơng đặt vịng ngắn mạch khơng chịu ảnh hưởng vịng ngắn mạch nên pha với từ thơng Ф Kết từ thông bên lõi thép stato ln có từ thơng Ф cịn bên khoảng không gian stato chứa rô tô có hai từ trường lệch pha tương tác với để tạo nên từ trường quay, chiều quay từ trường ln hướng phía có đặt vịng ngắn mạch BÀI TẬP CHƯƠNG Bài Một động cơđiện không đồng pha rotor lồng sóc có: P đm= 1,5kW, p = 1, nđm= 2000 vòng/phút; hiệu suất ηđm=0,85; cosφđm= 0,8; f = 50Hz, điện áp định mức U đm =220V.Tính: a.Hệ số trượt, dịng điện định mức động b Công suất nhận đầu trục động Bài Một động cơđiện không đồng pha rotor lồng sóc có: P đm= 14kW, p = 2, nđm=1450 vòng/phút; hiệu suất ηđm=0.885; cosφđm= 0,88; f = 50Hz Dây quấn stator vàrotor nối:Y/Δ - 380/220V Điện áp dây mạng 380V.Tính: a Dịng điện định mức động b Công suất tác dụng công suất phản kháng động tiêu thụ Bài Một động cơđiện không đồng ba pha rotor lồng sóc có: P đm= 14kW, p = 3, sđm= 0,026, f = 60Hz Hiệu suất η= 0,885, cosφ = 0,88 Dây quấn stator nối Y/Δ 380/220V.Điện áp dây mạng 220V.Tính: a Cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng động tiêu thụở chếđộđịnh mức b Dòng điện Moment quay định mức c Tần số dòng điện dây quấn Rotor lúc đứng yên lúc quay định mức Bài Một động cơđiện không đồng ba pha dây quấn Stator nối Y/Δ - 380/220V, p = 3,s = 0,026, f = 60Hz Mạng điện cóđiện áp dây U d= 220V Hiệu suất η= 0,85, cosφ= 0,8, dòngđiện dây quấn stator I1= 12,1 A.Tính: a Cơng suất hữu ích P2trên trục động b Tốc độ moment quay động Bài Một động điện không đồng ba pha Rotor lồng sóc có: Pđm = 15 KW, p = 2, nđm = 1460vòng/phút, f = 50 Hz Hiệu suất η= 0,88, cosφ= 0,8; Mmm/Mdm = 1,3;Imm/Idm = 5,5; Dây quấn Stator nối Y/Δ-380/220 V Điện áp dây mạng 220V Tính: Dịng điện momen mở máy mở máy phương pháp nối cuộn kháng vào Statorđể điện áp giảm 30% Động mở máy không momen cản Mc = 0.5Mđm 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Phan Thị Huệ (2012),Bài tập kỹ thuật điện: Trắc nghiệm tự luận, NXB KHKT; [2] Hoàng Hữu Thuận (2012), Sửa chữa thiết bị điện, NXB Hải Phịng [3] Giáo trình nội trường CĐ KTCN Quy Nhơn