Giáo trình kỹ thuật điện (nghề điện tử công nghiệp trình độ cao đẳngtrung cấp)

UBND TỈNH BÌNH ĐỊNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ QUY NHƠN GIÁO TRÌNH Mơn học: KỸ THUẬT ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP - CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 99/QĐ-CĐKTCNQN ngày 14 tháng năm 2018 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cơng nghệ Quy Nhơn Bình Định 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 Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Trung cấp Cao Đẳng, giáo trình Kỹ thuật điện giáo trình mơn học đào tạo chuyên ngành biên soạn theo nội dung chương trình khung Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logic Trong trình sử dụng giáo trình, tùy theo yêu cầu khoa học công nghệ phát triển điều chỉnh thời gian, bổ sung kiến thức trang thiết bị phù hợp với điều kiện giảng dạy Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, giáo viên khoa có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hoàn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Trường Cao Đẳng kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn, 172 An Dương Vương, TP Quy Nhơn Tham gia biên soạn Nguyễn Văn Đại Nguyễn Giang Long MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Những khái niệm mạch điện 1.2 Các phương pháp phân tích mạch điện 13 1.3 Giải mạch điện phương pháp dòng điện vòng 19 1.4 Giải mạch điện phương pháp xếp chồng dòng điện 20 CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 26 2.1 Các đại lượng đặc trưng cho dịng điện hình sin .26 2.2 Trị số hiệu dụng dịng điện hình sin .29 2.3 Biểu diễn dịng điện hình sin véc tơ 30 2.4 Dịng điện hình sin nhánh điện trở 33 2.5 Dịng điện hình sin nhánh điện càm 36 2.6 Dịng điện hình sin nhánh điện dung 38 2.7 Giải tập dịng điện hình sin nhánh R-L-C nối tiếp 41 2.8 Cơng suất dịng điện hình sin 44 2.9 Phương pháp nâng cao hệ số công suất 46 CHƯƠNG 3: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA 50 3.1 Hệ thống mạch điện ba pha .50 3.2 Cách nối hình 51 3.3 Cách nối hình tam giác 53 3.4 Công suất mạch điện ba pha 54 3.5 Giải mạch điện ba pha đối xứng 55 CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN .60 4.1 Khái niệm chung máy điện .60 4.2 Máy biến áp .64 4.3 Máy điện không đồng .68 4.4 Giải tập máy điện không đồng 75 4.5 Máy điện chiều 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO .83 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên môn học: Kỹ thuật điện Mã môn học: MH 08 Vị trí, tính chất, vai trị ý nghĩa mơn học: - Vị trí: mơn học bố trí dạy từ đầu khóa học, trước học mơn chun mơn - Tính chất: Là mơn học sở cung cấp cho người học kiến thức mạch điện chiều, mạch điện xoay chiều; kiến thức máy điện Mục tiêu môn học: Sau học xong mơ đun học viên có lực: - Kiến thức: + Mô tả mạch điện mơ hình mạch điện với thơng số đặc trưng phần tử mạch; + Hiểu vận dụng phương pháp thích hợp để giải tốn kỹ thuật điện - Kỹ năng: + Tính tốn thông số kỹ thuật mạch điện chiều, xoay chiều; + Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc máy điện - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Tích cực, tư giải tập lớp tự học Nội dung môn học: Thời gian (giờ) Số Tên môn học TT TS LT TH KT 18 11 1 Chương 1: Mạch điện chiều Chương 2: Mạch điện xoay chiều hình sin 18 12 Chương 3: Mạch điện xoay chiều pha 45 29 15 Chương 4: Máy điện 90 58 30 Tổng cộng CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Mã chương: MH8-01 Thời gian: 18 (LT: 03; TH: 04; Tự học:10; KT: 01) Giới thiệu: Trong thực tế mạch điện chiều ứng dụng nhiều lĩnh vực điện, điện tử, dòng điện chiều tương đối ổn định việc nghiên cứu để giải mạch điện chiều sở để chuyển đổi giải mạch điện biến đổi khác dạng mạch điện chiều cách biến đổi, phương pháp giải mạch điện chiều nghiên cứu kỹ Mục tiêu: - Mô tả mạch điện mơ hình mạch điện với thông số đặc trưng phần tử mạch; - Trình bày định luật mạch điện, từ biết áp dụng vào tốn giải mạch điện; - Vận dụng phương pháp giải mạch điện, ý nghĩa hệ số công suất Nội dung 1.1 Những khái niệm mạch điện 1.1.1 Mạch điện, kết cấu hình học mạch điện 1.1.1.1 Khái niệm mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối với dây dẫn tạo thành mạch kín dịng điện chạy qua Mạch điện thường gồm phần tử sau: Nguồn điện, phụ tải (tải), dây dẫn Hình 1.1 ví dụ mạch điện, đó: Nguồn điện máy phát điện MF, tải gồm động điện ĐC bóng đèn Đ, dây dẫn truyền tải điện từ nguồn đến tải Hình 1.1: Mơ hình mạch điện * Nguồn điện: Nguồn điện thiết bị điện tạo điện Về nguyên lý, nguồn điện thiết bị biến đổi dạng lượng năng, hóa năng, nhiệt năng, v.v… thành điện Ví dụ: Pin, ắc quy biến đổi hóa thành điện Máy phát điện biến đổi thành điện Pin mặt trời biến đổi lượng xạ mặt trời thành điện năng, v.v… *Tải: Tải thiết bị tiêu thụ điện biến đổi điện thành dạng lượng khác năng, nhiệt năng, quang v v…Ví dụ: Động điện tiêu thụ điện biến điện thành Bàn là, bếp điện biến điện thành nhiệt Bóng đèn biến điện thành quang năng… * Dây dẫn: Dây dẫn dùng để dẫn điện từ nguồn đến phụ tải Ngoài thành phần trên, mạch điện cịn có thiết bị phụ trợ để bảo vệ điều khiển cầu dao, áp tơ mát, cầu chì, rơle… 1.1.1.2 Kết cấu hình học mạch điện Kết cấu hình học mạch điện gồm: - Nhánh: Nhánh đoạn mạch có phần tử ghép nối tiếp với có dịng điện chạy qua Trên mạch hình 1-1 có nhánh 1,2,3 Nút: Nút điểm gặp từ ba nhánh trở lên Trên mạch hình 1-1 có nút A, B - Mạch vịng: Mạch vịng nối khép kín qua nhánh Trên mạch hình 1-1 có vịng V1, V2, V3 Mạch vịng độc lập mạch vịng phải kép kín qua nhánh chưa tham gia vào vịng chọn Trên mạch hình 1-1 có vịng độc lập V1, V2 Mạch điện đơn giản mạch điện có nhánh, khơng có nút có mạch vịng Mạch điện phức tạp mạch điện có nhiều nhánh, nhiều mạch vòng nhiều nút 1.1.2 Các đại lượng đặc trưng cho trình lượng mạch điện Để đặc trưng cho trình lượng nhánh phần tử mạch điện ta dùng hai đại lượng: Dòng điện i điện áp u Hình 1.2: Chiều điện áp dịng điện * Dòng điện: - Dòng điện i trị số tốc độ biến thiên lượng điện tích q qua tiết diện ngang vật dẫn: i = dq/dt (1.1) - Chiều dòng điện quy ước chiều chuyển động điện tích dương (ion dương), ngược với chiều chuyển động ion âm electron (điện tử) Trên nhánh chiều dương quy ước dòng điện chọn tùy ý ký hiệu mũi tên hình 1.2 - Đơn vị đo dòng điện ampe Ký hiệu A * Điện áp: Tại điểm mạch điện có điện Hiệu điện (hiệu thế) hai điểm gọi điện áp Như điện áp hai điểm a b có điện φa , φb là: uab = φa - φb = ua - ub (1.2) - Chiều điện áp quy ước chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp - Điện áp hai cực nguồn điện hở mạch ngồi (dịng điện I = 0) gọi sức điện động E - Đơn vị đo điện áp, sức điện động von Ký hiệu V *Công suất tức thời Công suất tức thời: pt  ut.it (1.3) 1.1.3 Mơ hình mạch điện, thơng số Hình 1.3: Các phần tử mạch điện Kí hiệu nguồn điện áp độc lập: Hình 1.4: Kí hiệu nguồn điện áp độc lập Kí hiệu nguồn điện áp phụ thuộc: u2 = u1 u2 = R.I1 Hình 1.5: Kí hiệu nguồn điện áp phụ thuộc Dòng điện nguồn phụ thuộc vào tải mắc vào Nguồn dịng Nguồn dịng độc lập phần tử hai cực mà dịng điện khơng phụ thuộc vào điện áp hai cực nguồn: i(t)=j(t) Kí hiệu nguồn độc lập: Hình 1.6: Kí hiệu nguồn độc lập Kí hiệu nguồn phụ thuộc: i2 = gu1 i2 = i1 Hình 1.7: Kí hiệu nguồn phụ thuộc 1.1.4 Phân loại chế độ làm việc mạch điện *Phân loại - Mạch điện chiều - Mạch điện xoay chiều * Chế độ làm việc - Chế độ xác lập: Là trình, tác động nguồn, dịng điện điện áp nhánh đạt trạng thái ổn định, dòng áp nhánh biến thiên theo quy luật giống với quy luật biến thiên nguồn - Chế độ độ: trình chuyển tiếp từ chế độ xác lập sang chế độ xác lập khác, thời quan độ thường ngắn 1.1.5 Các định luật mạch điện 1.1.5.1 Định luật Ohm * Định luật ơm đối vơi đoạn mạch có điên trở Định luật: Cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch có có điện trở R: - tỉ lệ thuận với hiệu điện hai đầu đoạn mạch - tỉ lệ nghịch với điện trở I (1.4) A R U B Nếu có R I, hiệu điện tính sau: U = VA - VB = I.R (1.5) I.R: gọi độ giảm (độ sụt hay sụt áp) điện trở Công thức định luật ơm cho phép tính điện trở: Đặc tuyến V - A (vơn - ampe) Đó đồ thị biểu diễn I theo U gọi đường đặc trưng vơn - ampe I O U Hình 1.8: Đặc tuyến V - A Đối với vật dẫn kim loại (hay hợp kim) nhiệt độ định đặc tuyến V –A đoạn đường thẳng qua gốc trục: R có giá trị khơng phụ thuộc U (vật dẫn tn theo định luật ơm) Ví dụ 1: Khi đặt điện áp U = 24V vào đoạn mạch, thấy có dịng điện I = 6A qua Tính điện trở đoạn mạch Giải: Điện trở đoạn mạch, ta có: * Định luật ơm cho tồn mạch Cường độ dịng điện mạch kín: Giả sử có mạch điện khơng phân nhánh hình 1.9, nguồn có sức điện động E, điện trở R0, cung cấp cho tải có điện trở R, qua đường dây có điện trở Rd, dịng điện mạch I Hình 1.9: Mạch điện khơng phân nhánh Áp dụng định luật Ohm cho đoạn mạch ta có Điện áp tải: Điện áp đường dây: Điện áp điện trở nguồn: Ở đây: : tổng trở tồn mạch Từ đó: Trong : : điện trở mạch ngồi 10 Ví dụ 2.1: Cuộn dây máy biền áp nối vào mạng điện 10000v, điện áp đầu cực thứ cấp 100v, tính tỷ số biến áp, số vịng cuộn thứ cấp, số vòng cuộn sơ cấp 21000 Giải K K U 10000   100 U2 100 W W1 21000 Þ W2    210 vòng K 100 W2 4.3 Máy điện không đồng 4.3.1 Khái niệm chung Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ có tốc độ quay rôto n khác với tốc độ quay từ trường n1 Máy điện khơng đồng có dây quấn: dây quấn stato (sơ cấp), với lưới điện tần số không đổi f1, dây quấn rôto (thứ cấp) n1 tắt lại khép kín điện trở Dịng điện dây quấn rơto sinh nhờ sức điện động cảm ứng có tần số phụ f2 phụ thuộc vào rôto; nghĩa phụ thuộc vào tải trục máy Cũng máy điện quay khác, máy điện khơng đồng có tính thuận nghịch, nghĩa làm việc chế độ động điện chế độ máy phát điện 4.3.2 Cấu tạo máy điện không đồng Máy điện khơng đồng gồm phận sau: Hình 4.10: Cấu tạo máy điện pha Stato: Stato phần tĩnh gồm phận lõi thép dây quấn Ngồi cịn có vỏ máy, nắp máy 68 Hình 4.11: Cấu tạo stato máy điện pha - Lõi thép: Lõi thép ép vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ Lõi thép stato hình trụ thép kỹ thuật điện dập rãnh bên ghép lại với tạo thành rãnh theo hướng trục Vì từ trường qua lõi thép lá, từ trường quay lên để giảm tổn hao lõi thép làm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ép lại Mỗi thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm hao tổn dịng xốy gây nên - Dây quấn: Dây quấn stato làm dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ) đặt rãnh lõi thép Kiểu dây quấn, hình dạng cách bố trí dây quấn trình bày chi tiết sau: - Vỏ máy: Vỏ máy làm nhôm gang dùng để cố định lõi thép dây quấn cố định máy bệ Không dùng để làm mạch dẫn từ Đối với máy có cơng suất tương đối lớn (1000kw) thường dùng thép hàn lại thành vỏ Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ khác nhau: Kiểu vỏ hở, vỏ bảo vệ, vỏ kín hay vỏ phịng nổ… Hai đầu vỏ có nắp máy ổ đỡ trục Vỏ máy nắp máy dùng để bảo vệ máy Rotor: Rotor phần quay gồm lõi thép, dây quấn (Thanh dẫn) trục máy Hình 4.12 Cấu tạo Rotor 69 - Lõi thép: Nói chung người ta sử dụng thép kỹ thuật điện stato Lõi thép ép trực tiếp lên trục máy lên giá rơto máy Phía ngồi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn - Dây quấn rơto: Có loại chính: Rơto lồng sóc rơto dây quấn - Loại rơto kiểu dây quấn: Rơto có dây quấn giống dây quấn stato Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng lớp bớt đầu dây nối, kết cấu dây quấn rôto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha rơto thường đấu hình sao, ba đầu nối vào ba rãnh trượt thường làm đồng đặt cố định đầu trục thơng qua chổi than đấu với mạch điện bên Đặc điểm loại động điện rơto kiểu dây quấn thơng qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện roto để cải thiện tính mở máy, điều chỉnh tốc độ cải thiện hệ số công suất máy Khi máy làm việc bình thường, dây quấn rơto nối ngắn mạch - Loại roto kiểu lồng sóc: Kết cấu loại dây quấn khác so với dây quấn stato Trong rãnh lõi thép rôto đặt vào dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi thép nối tắt lại đầu vành ngắn mạch đồng hay nhôm làm thành lồng mà người ta quen gọi lồng sóc Ở máy cơng suất nhỏ, lồng sóc chế tạo cách đúc nhôm vào rãnh lõi thép roto tạo thành nhơm đầu đúc vịng ngắn mạch cánh quạt làm mát Dây quấn roto lồng sóc khơng cần cách điện với thép Để cải thiện tính mở máy, máy công suất tương đối lớn, rãnh roto làm thành rãnh sâu làm thành rãnh lồng sóc (rãnh lồng sóc kép) Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh roto thường làm chéo góc so với tâm trục Động lồng sóc loại phổ biến giá thành rẻ làm việc bảo đảm Động roto dây quấn có ưu điểm mở máy điều chỉnh tốc độ, song giá thành cao vận hành kém, tin cậy roto lồng sóc nên dùng động roto lồng sóc khơng đáp ứng u cầu truyền động Khe hở: Vì roto khối tròn nên khe hở Khe hở máy điện khơng đồng nhỏ (0,2÷1mm máy điện cỡ vừa nhỏ) để hạn chế dòng điện từ hố làm cho hệ số cơng suất máy cao Hình 4.13: Khe hở 4.3.3 Từ trường máy điện không đồng 70 4.3.3.1 Từ trường đập mạch dây quấn pha Từ trường đập mạch dây quấn pha: từ trường có phương khơng đổi, song trị số chiều biến đổi theo thời gian Để cụ thể ta xét hình vẽ A X A X Hinh 4.14: Từ trường dây quấn pha 4.3.3.2 Từ trường quay Như hình vẽ Các dây quấn AX,BY,CZ, đặt ;lệch khơng gian góc 1200 Gỉa sử pha dây quấn có dịng điện ba pha đối xứng Chạy qua iA=ImSint iB=ImSin(ωt-120) (4.1) iA=ImSin(ωt-240) Hình 4.15: Dạng sóng dịng điện pha Quy ước dịng điện vào có chiều từ đầu đến cuối pha có dấu (+) giữa, từ cuối tới đầu pha ký hiệu dấu(-) Xét từ trường thời điểm khác 71 Hình 4.16 + Thời điểm pha ωt=90 (hình 8a): pha A có cực đại dương , dòng điện pha C,B, âm Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ dịng điện sinh ra, Từ trường tổng có cực S cực N hình 8a Trục từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha A pha có dịng điện cực đại Thời điểm pha t=90+120, 1/3 chu kỳ , dòng điện pha B lúc cực đại dương , dòng điện pha A,C âm Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ dịng điện sinh ra, Từ trường tổng có cực S cực N hình 8b Trục từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha B pha có dịng điện cực đại Ta thấy từ trường tổng quay góc 120 so với trường hợp + Thời điểm pha ωt=90+240 (hình 8c): Là thời điểm chậm sau thời điểm đầy 2/3 chu kỳ, dòng điện pha C lúc cực đại dương , dòng điện pha A,B âm Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ dòng điện sinh ra, Từ trường tổng có cực S cực N hình 8c Trục từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha C pha có dịng điện cực đại Ta thấy từ trường tổng quay góc 240 so với trường hợp đầu Qua phân tích ta thấy từ trường tổng dịng điện pha từ trường quay 4.3.3.3 Đặc điểm từ trường quay - Tốc độ quay phụ thuộc vào tần số dịng điện stato f số đơi cực p (4.2) - Chiều quay từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha dòng điện - Biên độ từ trường quay (4.3) 72 N 4.3.4 Nguyên lý làm việc máy điện không đồng Fdt n1 n S Fdt Hình 4.17: Sơ đồ nguyên lý làm việc máy điện không đồng Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào dây quấn stato, tạo từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ (4.4) Từ trường quay cắt dẫn dây quấn rôto, cảm ứng sdd, dây quấn rơto nối ngắn mạch, nên sdd sinh dòng điện dẫn rôto, lực tác dụng tương hỗ rôto máy vời từ trường dẫn rôto, kéo rôto quay chiều từ trường với tốc độ n Nếu rôto quay với tốc độ n, từ trường quay với tốc độ n tốc độ quay rơto nhỏ từ trường quay n Vì có tốc độ khơng có chuyển động tương đối, dây quấn rơto khơng có sđđ dịng điện cảm ứng, lực điện từ khơng 4.3.5 Mô ment quay động điện không đồng ba pha Ở chế độ động điện, mômen điện từ đóng vai trị mơmen quay M = Mdt = Pdt / ω1 Pđt công suất điện từ tính theo Pđt = 3I’22(R’2/s) ω1 tần số goc từ trường quay: ω1 = ω/p tần số góc dịng diện stato p số dơi cực từ Dựa vào sơ đồ gần đúng, dòng điện I’2 tính là: 73 Cuối ta có: Ví dụ 3.6 (Tiếp) Tính dịng rotor; (c) cơng suất tác dụng, phản kháng, biểu kiến hệ số công suất cấp từ lưới điện; (d) tổn hao; (e) công suất điện từ, công suất cơ; công suất ra, hiệu suất; (f) moment điện từ, moment đầu trục; (g) vẽ giản đồ lượng ghi số liệu Giải Điện áp roto: Dịng điện roto: Cơng suất lấy từ lưới điện: S1 = 27656VA P1 = 21917W Q1 = 16867VAr Hệ số công suất động cơ: Các tổn hao máy: W W W Công suất động cơ: 74 W W W Hiệu suất động cơ: Mô men động cơ: 4.4 Giải tập máy điện không đồng 4.4.1 Lý thuyết liên quan Độ chênh lệch tốc độ quay rôto từ trường quay gọi n2 n2=n1-n (4.5) Hệ số trượt: (4.6) Khi rôto đứng yên n=0, hệ số trượt s=1, rôto quay tốc độ động (4.7) Vận tốc tương đối rotor so với từ trường quay 4.4.2 Trình tự thực - Bước 1: Tính tốc độ đồng n1 - Bước 2: Tính hệ số trượt s - Bước 3: Tính tốc độ động - Bước 4: Tính tốc độ tương đối rotor 4.4.3 Thực hành Từng học sinh giải tập máy điện khơng đồng theo trình tự bước thực Bài tập Động không đồng ba pha 12 cực từ, tần số 50Hz Động quay với tốc độ hệ số trược 0.06 ? Hướng dẫn giải Tốc độ động cơ: 75 Bài tập Động không đồng ba pha đôi cực từ, tần số 50Hz, quay với tốc độ 960vg/ph Hãy xác định : Vận tốc đồng Tần số dòng điện rotor Vận tốc tương đối rotor so với từ trường quay Hướng dẫn giải Tốc độ đồng động cơ: Tần số dịng điện rơto: Tốc độ tương đối roto: 4.5 Máy điện chiều 4.5.1 Khái niệm chung Trong sản xuất đại máy điện chiều ln ln chiếm vị trí quan trọng, có ưu điểm sau: Đối với động điện chiều: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, phẳng chúng dùng nhiều công nghiệp dệt, giấy, cán thép Máy phát điện chiều dùng làm nguồn điện chiều cho động điện chiều, làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ, dùng công nghiệp mạ điện Nhược điểm: Giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp 4.5.2 Cấu tạo máy điện chiều Kết cấu máy điện chiều phân làm hai thành phần phần tĩnh phần quay 4.5.2.1 Phần tĩnh hay stator: Đây phần đứng yên máy gồm phận sau: - Cực từ chính: Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ.Lõi sắt cực từ 1làm thép kỹ thuật điện hay thép bon 1) Lõi cực 2) Mặt cực 3) Dây quấn kích từ 4) Khung dây 5) Vỏ máy 6) Bu lông bắt chặt cực từ vào vỏ máy 76 dày 0,5 đến 1mm ghép lại đinh tán Lõi mặt cực từ kéo dài (lõm vào) để tăng thêm đường từ trường.Vành cung cực từ thường 2/3  (: Bước cực, khoảng cách hai cực từ liên tiếp nhau) Trên lõi cực có cuộn dây kích từ 3, có dịng chiều chạy qua, dây quấn kích từ quấn dây đồng cuộn cách điện kỹ thành khối, đặt cực từ mắc nối nối tiếp với Cuộn dây quấn vào khung dây 4, thường làm nhựa hoá học hay giấy bakêlit cách điện Các cực từ gắn chặt vào thân máy nhờ bu lơng Cực từ - Cực từ phụ: Hình 4.18 Cấu tạo Stator Được đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều, triệt tia lửa chổi than Lõi thép cực từ phụ làm thép khối, thân cực từ phụ có đặt dây quấn, có cấu tạo giống dây quấn cực từ Để mạch từ cực từ phụ khơng bị bão hịa khe hở với rotor lớn khe hở cực từ với rotor Cực từ phụ 1) Lõi; 2) Cuộn dây - Vỏ máy (Gông từ): Làm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ nối liền cực từ Trong máy điện nhỏ vừa thường dùng thép để uốn hàn lại Máy có cơng suất lớn dùng thép đúc có từ (0,2 - 2)% chất than - Các phận khác: - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi - Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ngồi ngược lại Hình 4.19 Cơ cấu chổi than 1) Hộp chổi than 2) Chổi than 77 3) Lò so ép 4) Dây cáp dẫn điện 4.5.2.2 Phần quay hay rotor - Lõi sắt phần ứng: Để dẫn từ thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện cách điện hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dịng điện xóay gây nên Trên thép có dập rãnh để đặt dây quấn Rãnh hình thang, hình lê hình chữ nhật Trong máy lớn lõi thép thường chia thành thếp cách khoảng hở để làm nguội máy, khe hở gọi rãnh thơng gió ngang trục Ngồi người ta cịn dập rãnh thơng gió dọc trục Hình 4.20 Lõi thép phần ứng - Dây quấn phần ứng: Là phần sinh sức điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện trịn, máy điện vừa lớn dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh cho quay bị văng sức ly tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt phần đầu nối dây quấn Nêm dùng tre gỗ Hình 4.21 Mặt cắt rãnh phần ứng Hình 4.22 Mặt cắt cổ góp điện - Cổ góp: Dây quấn phần ứng nối cổ góp Cổ góp thường làm nhiều phiến đồng mỏng cách điện với mi ca có chiều dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ trịn Hai đầu trụ trịn dùng hai vành ép hình chữ V ép chặt lại, vành ép cổ góp có cách điện mica hình V Đi cổ góp cao 78 để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng Hình 4.23 Hình cắt dọc cổ góp - Chổi than: Máy có cực có nhiêu chổi than Các chổi than dương nối chung với để có cực dương Tương tự chổi than âm - Các phận khác: - Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy, có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép bon tốt 4.5.3 Nguyên lý làm việc máy điện chiều Người ta định nghĩa máy điện chiều sau: Là thiết bị điện từ quay, làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi thành điện chiều (máy phát điện) ngược lại để biến đổi điện chiều thành trục (động điện) 4.5.3.1 Máy phát điện: Hình 4.24 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện chiều Máy gồm khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây phiến góp quay quanh trục với vận tốc khơng đổi từ trường 79 hai cực nam châm Các chổi than A B đặt cố định ln ln tì sát vào phiến góp Khi cho khung quay theo định luật cảm ứng điện từ dẫn cảm ứng nên sức điện động theo định luật Faraday ta có: e = B.l.v (V) B: Từ cảm nơi dẫn quét qua (T) l: Chiều dài dẫn nằm từ trường (m) V: Tốc độ dài dẫn (m/s) Chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải theo hình vẽ sức điện động dẫn cd nằm cực S có chiều từ d đến c, cịn ab nằm cực N có chiều từ b đến a Nếu mạch ngồi khép kín qua tải sức điện động khung dây sinh mạch ngồi dịng điện chạy từ A đến B Nếu từ cảm B phân bố hình sin e biến đổi hình sin dạng sóng sức điện động cảm ứng khung dây Nhưng chổi than A luôn tiếp xúc với dẫn nằm cực N, chổi than B luôn tiếp xúc với dẫn nằm cực S nên dịng điện mạch ngồi chạy theo chiều từ A đến B Nói cách khác sức điện động xoay chiều cảm ứng dẫn dòng điện tương ứng chỉnh lưu thành sức điện động dòng điện chiều nhờ hệ thống vành góp chổi than, dạng sóng sức điện động chiều hai chổi than 4.5.3.2 Động điện Nếu ta cho dòng điện chiều vào chổi than A B dòng điện vào dẫn cực N dẫn nằm cực S, nên tác dụng từ trường sinh mơ men có chiều khơng đổi làm cho quay máy Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái Đó nguyên lý làm việc động điện chiều B,e e,i e,i x 180 0  t  T 360 t b S.đ.đ dòng điện chỉnh lưu nhờ vành góp Trong đó: B: Từ cảm E: Sức điện động cảm ứng I: Dòng điện F: Lực điện từ Qui tắc bàn tay phải qui tắc bàn tay trái: Các dạng sóng s.đ.đ Hình 4.25 Từ cảm hay s.đ.đ hình sin khung dây trước chỉnh lưu 80 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG Câu Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động máy điện khơng đồng Câu Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động máy biến áp Câu Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động động điện 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Khoa Điện tử (2014), Giáo trình Máy điện, lưu hành nội [2] Kỹ thuật điện Đặng Văn Đào – Lê Văn Doanh Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 2005 [3] Giáo trình kỹ thuật điện Lê Thị Thanh Hoàng – Nguyễn Trọng Thắng Nhà xuất Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [4] https://tailieu.vn/tag/giao-trinh-ky-thuat-dien.html 82