Định nghĩa và phân loại 12
Đối với máy điện tĩnh 13 1.2.2 Đối với máy điện quay 14 1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện 15
Máy điện tĩnh phổ biến nhất là máy biến áp, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Hiện tượng này xảy ra khi có sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây mà không cần chuyển động tương đối giữa chúng.
Máy điện tĩnh là thiết bị quan trọng trong việc biến đổi các thông số điện năng, nhờ vào tính chất thuận nghịch của quy luật cảm ứng điện từ Chẳng hạn, máy biến áp có khả năng chuyển đổi điện năng từ thông số U1, I1, F1 sang U2, I2, F2 và ngược lại, cho phép điều chỉnh và tối ưu hóa việc sử dụng điện năng.
Hình 1.2 Tính thuận nghịch của máy điện tĩnh
1.2.2 Đối với máy điện quay
Nguyên lý hoạt động của máy điện dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, nơi lực điện từ được tạo ra bởi từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối Loại máy này chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi năng lượng.
Điện năng có thể được chuyển đổi thành cơ năng thông qua động cơ điện, trong khi cơ năng có thể được biến đổi thành điện năng nhờ máy phát điện Quá trình chuyển đổi này có tính thuận nghịch, cho phép máy điện hoạt động linh hoạt ở cả hai chế độ: máy phát và động cơ điện.
Xét một thanh dẫn đặt trong từ trường như hình vẽ.
Cho thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra một sức điện động e=B.l.v.sinα (1.1)
Nếu nối hai đầu thanh dẫn với tải R thì trong mạch sẽ có dòng điện I
Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn thì u=e và ta có công suất điện cung cấp cho tải là
Hình 1.3: Chế độ máy phát
Do có dòng I nên thanh dẫn chịu tác dụng bởi một lực điện từ
Fđt=B.i.l.sinα (1.3) khi tốc độ thanh dẫn không đổi thì Pđt=Pcơ
Vậy: Pcơ=Fc ơ.v đã đ ược biến đổi thành công suất điện.
Điện áp U của nguồn điện cung cấp cho máy điện sẽ tạo ra dòng điện i trong thanh dẫn Khi có từ trường tác động, lực điện từ Fđt = Bil sẽ xuất hiện trên thanh dẫn, khiến nó di chuyển với tốc độ v Công suất điện được cung cấp cho động cơ là yếu tố quan trọng trong quá trình vận hành.
Hình 1.3: Chế độ động cơ Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục
Pc = Fđt v Điện năng đã biến thành cơ năng
Máy điện có khả năng hoạt động như máy phát điện hoặc động cơ điện tùy thuộc vào loại năng lượng đầu vào Đây là đặc điểm thuận nghịch của tất cả các loại máy điện.
1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện
Phát nóng của máy điện 15 1.3.2 Làm mát của máy điện 16 Bài 2: Máy biến áp 16
Trong quá trình vận hành máy điện, có sự tổn hao công suất do tổn hao năng lượng, bao gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy), tổn hao đồng trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát ở máy điện quay Tất cả tổn hao này chuyển hóa thành nhiệt năng, làm nóng máy điện, dẫn đến lão hoá lớp cách điện do tác động của nhiệt độ, chấn động và các yếu tố lý hoá khác Thực nghiệm cho thấy, khi nhiệt độ vượt quá 80-100°C, tuổi thọ vật liệu cách điện giảm xuống còn một nửa Ở nhiệt độ làm việc cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện dao động từ 10 đến 15 năm Do đó, cần tránh tình trạng quá tải để không làm nhiệt độ tăng cao trong thời gian dài, nhằm bảo vệ tuổi thọ của máy điện.
1.3.2 Làm mát của máy điện Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát.
Bài tập 1.1 yêu cầu xác định điện áp rơi trên một thanh dẫn dài 0.32m với điện trở 0.25, khi thanh dẫn đặt vuông góc với từ trường đều có từ cảm B = 1.3T và chịu tác dụng của lực 120N Ngoài ra, cần tính lại điện áp này khi thanh dẫn nghiêng một góc α = 25 độ.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Fđt=B.i.l.sinα, Pđt=Pcơ, e=B.v.l.sinα ĐS: 72.11V, 79.57V
Bài tập 1.2 Xác định vận tốc của một thanh dẫn dài l = 0.54m biết rằng khi nó chuyển động trong từ trường B = 0,86 T thì sđđ cảm ứng trong nó là e 30,6V
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 65,89m/s
Một thanh dẫn dài 1.2 m đang chuyển động cắt vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có cường độ B = 0.18T, với vận tốc 5.2 m/s Cần tính toán suất điện động (sđđ) cảm ứng trong thanh dẫn này.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 1,12v
Mã bài: MĐ09-02 Điện năng được sản xuất tại các nhà máy điện, nhưng việc tiêu thụ điện thường diễn ra ở các khu vực xa nhà máy, dẫn đến tổn thất lớn khi truyền tải điện trực tiếp Để giải quyết vấn đề này và đáp ứng nhu cầu sử dụng điện, bài viết nghiên cứu về thiết bị trung gian quan trọng là máy biến áp, đồng thời cũng mở rộng để tìm hiểu về các loại máy biến điện khác như máy biến dòng và máy biến áp đặc biệt.
- Xác định được cực tính của các cuộn dây máy biến áp theo định luật về điện.
- Đo xác định chính xác các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch theo tiêu chuẩn về điện.
- Bảo dưỡng và sửa chữa được máy biến áp theo nội dung bài đã học.
- Chọn lựa máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng, theo tiêu chuẩn về điện.
- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo, chủ động trong học tập
Phương pháp giảng dạy và học tập bài 2
Đối với người dạy, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề là rất quan trọng Họ cần khuyến khích người học ghi nhớ các khái niệm và công dụng của các loại máy điện để nâng cao hiệu quả học tập.
- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Không có
Kiểm tra và đánh giá bài học
Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có
Kiểm tra định kỳ thực hành: không có
Cấu tạo và công dụng của máy biến áp 16
Cấu tạo của máy biến áp 16 2.1.2 Phân loại máy biến áp 16 2.1.3 Công dụng của máy bíên áp 17 2.2 Các đại lượng định mức 18
Máy biến áp bao gồm ba phần chính:
Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)
Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
Lõi thép được cấu tạo từ các lá thép mỏng ghép lại, bao gồm hai loại chính: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type) Loại trụ được hình thành từ các lá thép hình chữ U và chữ I, giúp giảm thiểu từ thông rò lớn bằng cách chia các cuộn dây, với một nửa cuộn đặt trên mỗi trụ của lõi thép Ngược lại, loại bọc được tạo thành từ các lá thép hình chữ E và chữ I, bao bọc các cuộn dây quấn và tạo ra mạch từ có hiệu suất cao, được sử dụng phổ biến trong các thiết bị điện.
Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ.
Dây quấn máy biến áp được làm từ dây đồng hoặc nhôm, với tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật Để giảm tổn thất do dòng điện xoáy, dây quấn cho dòng điện lớn thường sử dụng các sợi dây dẫn mắc song song Ngoài ra, bề ngoài của dây quấn được bọc cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Dây quấn thứ cấp (Second Winding)
Hình 2.3 Hình dạng máy biến áp một pha loại trụ
Hình 2.4 Hình dạng máy biến áp một pha loại bọc
Dây quấn được cấu tạo từ nhiều lớp bánh dây, được đặt trong trụ lõi thép Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, cần có cách điện tốt giữa các lớp dây quấn, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi thép Phần dây quấn kết nối với nguồn điện được gọi là dây quấn sơ cấp, trong khi phần nối với tải được gọi là dây quấn thứ cấp.
Ngoài 2 bộ phận chính kể trên, để MBA vận hành an toàn, hiệu quả, có độ tin cậy cao MBA còn phải có các phần phụ khác như: Võ hộp, thùng dầu, đầu vào, đầu ra, bộ phận điều chỉnh, khí cụ điện đo lường, bảo vệ
2.1.2 Phân loại máy biến áp
Theo công dụng máy biến áp có thể gồm các loại sau đây:
- Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện
- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, máy biến áp hàn, các thiết bị chỉnh lưu,…
- Máy biến áp tự ngẫu: Có thể thay đổi điện áp nên dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều
- Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ đo
- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện - điện tử
Có nhiều loại máy biến áp, nhưng tất cả đều hoạt động dựa trên cùng một nguyên lý Bài giảng này sẽ tập trung vào máy biến áp một pha và ba pha, trong khi các loại máy biến áp khác sẽ chỉ được đề cập sơ lược ở phần cuối chương Các bạn có thể tự tìm hiểu thêm về các loại máy biến áp khác.
2.1.3 Công dụng của máy bíên áp
Hình 2.5 Hệ thống truyền tải và phân phối điện
Trong hệ thống điện, máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng Các nhà máy điện lớn thường nằm xa các trung tâm tiêu thụ, đòi hỏi phải xây dựng đường dây truyền tải Điện áp đầu ra của máy phát thường chỉ đạt vài chục kV, do đó, để truyền tải công suất lớn và giảm tổn hao, cần nâng cao điện áp Vì lý do này, máy biến áp tăng áp được lắp đặt ở đầu đường dây, trong khi máy biến áp giảm áp được sử dụng ở cuối đường dây để cung cấp điện cho các phụ tải có điện áp từ 0,4-6kV.
2.2 Các đại lượng định mức
Các đại lượng định mức của máy biến áp là những chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng, được quy định bởi nhà máy chế tạo Những thông số này thường được ghi rõ trên nhãn của máy biến áp.
Điện áp định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp 18 2.2.2 Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp 18 2.2.3 Công suất định mức của máy biến áp (P,Q,S) 19 2.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 19
Điện áp sơ cấp định mức U 1đm (V, kV) là điện áp quy định cho dây quấn sơ cấp của máy biến áp Trong khi đó, điện áp thứ cấp định mức U 2đm (V, kV) là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp đạt mức định mức Cần lưu ý rằng đối với máy biến áp một pha, điện áp định mức là điện áp pha, còn đối với máy biến áp ba pha, điện áp định mức là điện áp dây.
2.2.2 Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp
Dòng điện định mức(A): Là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây máy biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức
Với máy biến áp một pha:
Với máy biến áp ba pha:
Nếu = 1 S1 = S2 U2đm I2đm = U1đm I1đm
Trên máy biến áp, các thông số quan trọng được ghi rõ bao gồm tần số định mức (fđm), số pha (m), sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch (Un%), chế độ làm việc và phương pháp làm mát.
2.2.3 Công suất định mức của máy biến áp (S)
Công suất định mức S đm (VA, kVA): Là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp.
2.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha
W1=N1: Số vòng dây cuộn sơ cấp.
W2=N2: Số vòng dây cuộn thứ cấp.
: Từ thông cực đại sinh ra trong mạch từ
Như hình vẽ nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha có hai dây quấn
Khi nối dây quấn sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều với điện áp u1, dòng điện sơ cấp i1 sẽ chạy trong dây quấn này Dòng điện i1 tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép, từ thông này liên kết với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, được gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảm ứng điện từ sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn sơ cấp sức điện động cảm ứng là: dt w d e 2 2
Cảm ứng vào dây quấn thứ cấp sức điện động cảm ứng là: dt w d e 1 1
(2.4) Trong đó w1 vá w2 là số vòng dây của cuộn dây sơ cấp, thứ cấp.
Khi máy biến áp hoạt động ở trạng thái không tải với dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện thứ cấp i2 bằng 0 Lúc này, từ thông chính chỉ được sinh ra bởi cuộn dây w1, với trị số chính xác tương đương với dòng từ hóa.
Khi máy biến áp hoạt động với tải, dây quấn thứ cấp kết nối với tải Zt chịu tác động của sức điện động cảm ứng e2, dẫn đến dòng điện thứ cấp i2 cung cấp năng lượng cho tải Lúc này, từ thông chính trong lõi thép được sinh ra đồng thời bởi cả hai cuộn dây Điện áp U1 thay đổi theo dạng sin, do đó từ thông chính cũng biến thiên theo hàm cos.
E1 và E2 đại diện cho trị số sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp Mặc dù sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số, nhưng trị hiệu dụng của chúng lại khác nhau.
K được gọi là hệ số biến áp.
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ngoài không khí có thể coi gần đúng U1=E1,U2=E2 ta có:
(2.10) Đối với máy tăng áp: U2>U1;W2>W1 Đối với máy tăng áp: U2 1000W thì d2 = 6 – 10 mm
+ Với động cơ 3 pha có P < 1000W thì d2 = 5 – 6 mm
+ Với động cơ 3 pha có 100W < P < 500W thì d2 = 6 – 10 mm
+ Với động cơ 3 pha có 500W < P < 33000 W thì d2 = 10 – 20 mm
+ Với động cơ 3 pha có P > 33000W thì d2 = 20 – 30 mm
- Tạo hình giấy cách điện
+ Gấp giấy cách điện như hình vẽ: gập hai mép giấy cách điện như hình 3.54
+ Dùng nong rãnh tạo hình cho giấy cách điện Hình 3.55
Bước 4: Lồng bìa cách điện vào rãnh
An tịnh tiến giấy theo chiều mũi tên Hình 3.56
Hình 3.56 Bước 5: Đinh vị bìa cách điện trong rãnh Hình 3.57
Yêu cầu: Sau khi lót giấy cách điện trong rãnh giấy không được cao hơn rãnh, không xục xịch và phải nằm sát các mặt rãnh.
Hình 3.58 Stato sau khi lót cách điện rãnh 5.15 4 Làm khuôn quấn dây động cơ
1 Hình dạng khuôn gỗ và miếng nẹp (má ốp)
Hình chữ nhật Hình thoi Hình bầu dục
Hình 3.59 Hình dạng khuôn gỗ
Hình 3.60 Hình dạng miếng nẹp
Miếng nẹp được tạo thành từ hai miếng gỗ kẹp chặt hai bên khuôn, có vai trò quan trọng trong việc xác định kích thước chính xác cho sản phẩm Để đảm bảo hiệu quả, miếng nẹp cần phải có kích thước lớn hơn khuôn tối thiểu ở mỗi chiều.
1cm Hai đầu miếng nẹp (ứng với hai đầu khuôn) phải cắt trống để làm chỗ sang nối dây, bề dày miếng nẹp khoảng từ (0,3 1 cm)
2 Các bước tiến hành : a Phương pháp 1:
Dựa vào bước quấn dây (y) của bối dây, đặt một sợi dây đồng vào hai rãnh stato của động cơ đã lót giấy cách điện, với khoảng cách giữa hai rãnh bằng bước dây y Khoảng cách giữa hai đầu khuôn và lõi thép nên được giữ ở mức khoảng 1.
Lấy dây đồng có chiều dài 1,2 cm và uốn theo hình dạng khuôn gỗ đã chọn, như hình chữ nhật, hình thoi hoặc hình bầu dục Đo các kích thước của dây đồng để xác định kích thước khuôn gỗ và bề dày của khuôn gỗ cần bằng chiều cao của rãnh stato.
Sau khi lấy kích thước và đánh dấu, cắt ra thành hình dạng khuôn, cần dùng thước gạch chéo 4 góc để xác định trung tâm của khuôn Tiếp theo, khoan một lỗ tròn có đường kính từ 1 đến 1,2 cm Cuối cùng, sử dụng bàn quay cùng với dũa hoặc đá mài để làm láng xung quanh khuôn gỗ Đối với phương pháp 2, áp dụng cho loại khuôn bầu dục.
Hình 3.61 Kích thước khuôn gỗ
* Cách xác định kích thước của khuôn quấn dây
- Stato để lót cách điện rãnh
- Rãnh X và Y là hai rãnh lắp cuộn dây (khoảng cách bước dây)
- Khoảng cáh hai rãnh (X, Y) chính là chiều rộng khuôn
- d: là độ dài bìa cách điện trong rãnh Stato
- hR: khoảng cách lớn nhất từ đường nối hai rãnh tới đáy stato
Hình 3.62 xác định kích thước của khuôn quấn dây
5.15.5 Lồng dây động cơ điện một pha
1 Lồng dây Stato động cơ không dồng bộ 1 pha kiểu diện dung
- Vào cuộn dây chạy trước vào lần lượt từng vòng dây vào rãnh Stato (các vòng dây thẳng, không chồng chéo lên nhau).
Hình 3.63 Lồng dây quấn stato
- Dùng dao tre trải dây trong rãnh Stato để dây nằm trong rãnh dược thẳng, sóng, không bị chồng chéo.
Hình 3.64 Dùng dao tre trải dây trong rãnh Stato
- Hạ tiếp cuộn chạy tiếp theo, hạ từng dây vào rãnh Stato
Hình 3.65 Hạ từng dây vào rãnh Stato
- Dùng dao tre trải dây trong rãnh Stato để dây trong rãnh được thẳng, sóng, không chồng chéo
Hình 3.66 Trải dây trong rãnh Stato
- Khi vào dây xong cuộn chạy ta hạ cuộn dây đề Ta cũng vào dây như cuộn chạy
Hình 3.67 hạ cuộn dây đề
2 Lót bìa úp cách điện phần miệng rãnh
Hình 3.68 Ấn tịnh tiến bìa úp theo chiều mũi tên
5.15.6 Lồng dây động cơ 3 pha
Để tối ưu hóa không gian làm việc, bước đầu tiên là sắp xếp các dụng cụ một cách hợp lý Những dụng cụ sử dụng liên tục nên được đặt ở vị trí thuận tay, trong khi các dụng cụ ít sử dụng hơn có thể để ở vị trí thuận ngược Đồng thời, các bối dây cần được tổ chức gọn gàng theo nhóm để tránh rối rắm và tăng hiệu quả công việc.
Bước 2: Nghiên cứu sơ đồ trải
- Bộ dây quấn thuộc dạng nào (đồng tâm, đồng khuôn)
- Xác định và nắm vững số bối trong một nhóm
- Trong quá trình lồng dây đặt bối nào trước bối dây nào sau
Bước 3: Chuẩn bị bối dây trước khi lồng
Đặt các cạnh của bối dây vào rãnh một cách thẳng và phẳng, với bối dây lồng trước ở phía trên cùng và tiếp tục theo thứ tự đến bối lồng cuối Đảm bảo các vòng dây không chéo nhau Lồng ống ghen vào các đầu đầu và đầu cuối của nhóm dây.
Bước 4: Lồng dây vào rãnh theo sơ đồ để các cạnh của bối dây được sắp xếp chính xác Đảm bảo rằng các đầu dây nối giữa các bối dây trong cùng một nhóm không bị thừa bằng cách sắp xếp chúng ra ngoài một cách hợp lý.
- Đặt bối dây nhỏ nhất vào lòng stato
Hình 3.70 Đặt bối dây nhỏ nhất vào lòng stato
- Dùng tay se các sợi dây sao cho song song thẳng hành
Khi lồng dây vào vòng dây và đưa chúng vào rãnh, nếu miệng rãnh hẹp, bạn có thể sử dụng dao tre để chải một số vòng dây nhằm dễ dàng đưa vào rãnh.
Hình 3.71 se các sợi dây sao cho song song thẳng hành
- Dùng dao tre chải vuốt sao cho dây thẳng lại
Để đảm bảo dây nằm phẳng trong rãnh mà không bị chồng chéo, hãy sử dụng dao tre chải đều dọc theo chiều dài của rãnh nhiều lần khi đưa dây vào.
Dùng dao tre kéo nhẹ không được ấn dây làm dây bị cong …
- Xoay bối dây theo chiều quấn dây
Hình 3.73 Xoay bối dây theo chiều quấn dây
- Bối dây 2 được đặt đúng chiều
Hình 3.74 Bối dây 2 được đặt đúng chiều
- Nhóm bối dây 1 đã lồng xong
Hình 3.75 Nhóm bối dây 1 đã lồng xong
Khi lồng dây, cần lồng từng cạnh của bối dây, đảm bảo rằng giữa mạch từ và dây quấn có một miếng giấy cách điện ở cạnh bên kia để tránh việc dây quấn cọ vào mạch từ, gây hư hỏng cách điện Đồng thời, cần chú ý đảm bảo bước dây quấn (y) trong quá trình lồng dây.
Trong quá trình lồng dây ta phải lồng theo thứ tự và theo quy luật (trái – phải) để tránh bị nhầm
- Sau khi lồng dây xong một nhóm dây kế tiếp ta tiếp tục lồng dây nhóm kế tiếp theo qui luật sau:
Theo sơ đồ, chúng ta di chuyển từ trái sang phải, xác định nhóm dây tiếp theo có cạnh tác dụng đầu và cuối cùng theo chiều với nhóm dây đó vào rãnh.
+ Tiếp tục lồng dây vào rãnh theo qui luật trên cho tới hết rãnh động cơ.
Hình 3.76 Nắn đầu bối dây
- Sau khi lồng dây vào rãnh xong phải có giấy úp miệng rãnh
- Dùng nong rãnh uốn giấy cách điện sao cho phù hợp với miệng rãnh, rổi đẩy bìa cách điện vào miệng rãnh
Khi gặp khó khăn trong việc đẩy bìa úp vào, hãy sử dụng dao tre để chải kỹ hai bên miệng rãnh Khi đẩy bìa úp, hãy đẩy các cạnh của bối dây vào và sau đó kéo ngược bối dây ra mà không kéo bìa úp Tiếp tục thực hiện quy trình này cho đến khi bìa úp vào hết chiều dài của rãnh.
*Chú ý: Không để dây cọ sát vào miệng rãnh làm hư cách điện dây
- Dùng tre hoặc rãnh nêm vào miệng rãnh
- Nêm không làm rãnh bìa lót cách điện rãnh và bìa úp
- Nêm không được chồi lên khỏi miệng rãnh, chiều dài nêm phải bằng nhau với chiều dài rãnh từ 1 -1,5 cm
* Những hư hỏng trong quá trình lồng dây
- Các đầu dây bối dây đặt không đúng thứ tự, không theo từng nhóm, các dây nối chuyển lệch sai sơ đồ
- Các đầu dây ra của từng nhóm để thừa quá nhiều, dể đụng vào vỏ và chạm mát
- Trong quá trình lồng dây cọ sát làm hư cách điện
- Vòng dây bị lọt ra ngoài bìa cách điện gây chạm mát
- Khuôn lớn dây thừa làm chạm nắp máy.
5.15.7 Hàn, đấu dây và đai dây
1 Nghiên cứu sơ đồ dây quấn : Nắm vững số nhóm của một pha
Hình 3.78 Đánh dấu đầu dây
- Cạo sạch cách điện các đầu từ 1,2 – 2 cm ,
- Thử thông mạch từng nhóm
- Thử chạm mát từng nhóm dây
- Đấu dây theo sơ đồ
- Kiểm tra lại theo sơ đồ
3 Đấu hàn pha B và C: tương tự pha A
- Dùng búa cao su bo dây Hình 3.80
- Lót cách điện giữa các pha Hình 3.81
- Buộc mối dây dầu tiên Hình 3.82
- Buộc mối dây thứ hai Hình 3.83
- Dây quấn sau khi đai Hình 3.84
Mục đích của việc sấy khô cuộn dây là để ngăn ngừa hơi nước ẩm bám vào cuộn dây, đặc biệt là đối với các cuộn dây cũ sau khi đã được vệ sinh bằng xăng hoặc dầu chuyên dụng Quá trình sấy cần được thực hiện ở nhiệt độ từ 70 đến 90 độ C, với thời gian sấy tùy thuộc vào kích thước lõi sắt, cuộn dây và lượng nước còn lại trong cuộn Sau một thời gian sấy ban đầu, nhiệt độ lõi sắt sẽ tăng đến giới hạn chịu nhiệt của cấp cách điện, và cần duy trì nhiệt độ thấp hơn giới hạn này cho đến khi cuộn dây hoàn toàn khô.
2 Tẩm sơn cách điện hình 3.86:
Máy điện đồng bộ 135
Định nghĩa và công dụng 135
- Phân biệt được máy điện không đồng bộ 3 pha và đồng bộ ba pha
- Biết được công dụng của máy điện đồng bộ 3 pha
- Có ý thức tự giác trong học tập
Máy điện đồng bộ là loại máy điện xoay chiều với tốc độ quay của rô to tương ứng với tốc độ của từ trường quay Chúng thường hoạt động như máy phát với tần số 50 Hz hoặc 60 Hz, và cũng có thể được sử dụng như động cơ đồng bộ với công suất lớn Ngoài ra, máy điện đồng bộ còn đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hệ số công suất của lưới điện trong các xí nghiệp và nhà máy thông qua chức năng máy bù đồng bộ.
Sự khác biệt chính giữa máy điện đồng bộ và không đồng bộ nằm ở phương pháp kích thích từ trường chính Máy điện đồng bộ tạo ra từ trường chính nhờ dòng điện một chiều chạy qua cuộn dây kích từ, do đó không cần lấy công suất phản kháng từ lưới điện xoay chiều Ngược lại, máy điện không đồng bộ phải lấy công suất kháng từ lưới điện xoay chiều hoặc từ tụ điện để tạo ra từ trường chính (từ trường quay).
Máy phát điện đồng bộ đóng vai trò là nguồn điện chính trong lưới điện quốc gia, trong khi động cơ đồng bộ thường được áp dụng cho các hệ thống truyền động công suất lớn Cấu tạo của máy điện đồng bộ bao gồm nhiều thành phần quan trọng, giúp đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy trong quá trình hoạt động.
Căn cứ vào chức năng máy điện đồng bộ có thể chia thành phần cảm và phần ứng:
- Phần cảm tạo ra từ trường chính (phần kích từ),
-Phần ứng là phần thực hiện biến đổi năng lượng.
Máy điện đồng bộ được chia thành hai phần chính: phần tĩnh (stato) và phần quay (rôto) Stato có thể hoạt động như phần cảm hoặc phần ứng, trong khi rôto cũng có thể đảm nhận vai trò của phần ứng hoặc phần cảm.
Trong các máy điện, phần ứng thường được đặt ở rô to, tuy nhiên việc lấy dòng điện xoay chiều qua vành trượt gây khó khăn trong việc xử lý tia lửa điện Do đó, phần ứng chỉ được sử dụng ở những máy công suất nhỏ hoặc một pha Đối với các máy còn lại, rô to chủ yếu đảm nhận vai trò của phần cảm.
Cấu tạo phần tĩnh(stato)
Nếu phần cảm nằm ở stato thì lá thép có dạng như hình vẽ, cuộn dây kích từ được quấn quanh cực từ.
Lõi thép phần cản ở stato có cấu tạo tương tự như lá thép stato của máy điện dị bộ, với vỏ ngoài làm bằng gang Mặc dù cấu trúc của máy dị bộ giống với máy điện dị bộ, nhưng vỏ không được trang bị các gân tản nhiệt.
Nếu rôto là phần cảm thì chia làm hai loại:
Rôto cực ẩn là một khối thép rèn hình trụ, với mặt ngoài được phay thành các rãnh để lắp đặt cuộn dây kích từ Cực từ của rôto không lộ rõ, và cuộn dây kích từ được phân bố đều trên 2/3 chu vi của rôto Với thiết kế này, rôto cực ẩn có độ bền cơ học cao và dây quấn kích từ rất vững chắc, khiến cho các máy đồng bộ có tốc độ từ 1500 vòng/phút trở lên thường sử dụng rôto cực ẩn, mặc dù việc chế tạo phức tạp hơn so với rôto cực lồi.
Rôto cực hiện là thành phần quan trọng trong động cơ điện, được cấu tạo từ lõi thép gồm nhiều lá thép điện kỹ thuật ghép lại Các cực từ được hình thành rõ rệt, trong khi mỏm cực bên ngoài giúp cải thiện cường độ từ cảm, phân bố dọc theo stato gần với hình sin.
Dây quấn kích từ trên các cực từ tạo thành cuộn dây kích từ, với hai đầu cuộn dây nối tới nguồn điện một chiều qua vành trượt và chổi than Các máy đồng bộ có tốc độ dưới 1000 vòng/phút thường sử dụng loại cực lồi Hiện nay, máy phát đồng bộ không chổi than đang trở nên phổ biến.
Hệ thống bao gồm cuộn dây stator chính ba pha, cuộn dây kích từ chính, cầu chỉnh lưu ba pha, cuộn dây stator của máy kích từ và cuộn dây kích từ cho máy kích từ.
Vỏ các máy đồng bộ có gắn bảng định mức chứa các thông số sau:
- Điện áp định mức [V, KV]
- Tần số định mức [Hz]
- Hệ số công suất định mức cos đm.
- Dòng kích từ định mức.
- Điện áp kích từ định mức.
Hình 4.4 Sơ đồ máy phát đồng bộ không chổi than
- Công suât định mức [VA, KVA]
4.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ
Máy phát điện đồng bộ 3 pha 2 cực có cuộn dây phần ứng ở stato và cuộn dây kích từ ở rôto, được kết nối với nguồn kích từ qua chổi than Để tạo ra điện áp 3 pha, ba cuộn dây được đặt cách nhau 120 độ và có thể nối theo hình sao hoặc tam giác Dòng điện 1 chiều tạo ra từ trường không đổi, và khi một động cơ lai được gắn vào trục rôto và quay với tốc độ n, từ trường quay tròn được hình thành, tạo ra từ thông khép kín qua rôto, cực từ và lõi thép stato.
Hình 4.5: nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ
Khi phần cảm được kích, nó tạo ra từ trường cực từ Động cơ sơ cấp kéo phần cảm quay với tốc độ n, khiến từ trường cực từ quét qua các thanh dẫn của phần ứng ở stator, tạo ra sức điện động với dạng cảm ứng.
Khi máy phát được nối với tải sẽ sinh ra dòng điện trong dây quấn phần ứng tạo nên từ trường quay có tốc độ : n 0 60 p f (4.3)
Khi máy phát điện hoạt động, có hai loại từ trường tồn tại: từ trường cực từ được tạo ra bởi nguồn kích từ và từ trường quay do dòng điện xoay chiều 3 pha Sự tương tác giữa hai từ trường này sẽ tạo ra hiệu ứng cần thiết cho quá trình phát điện.
4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ liên quan đến sự tương tác giữa hai từ trường: từ trường kích từ và từ trường phần ứng Khi máy phát điện đồng bộ có tải, hai từ trường này ở trạng thái nghỉ và tác động lẫn nhau, tạo ra năng lượng điện.
Sự tác động từ trường phần ứng lên từ trường kích từ (từ trường chính) gọi là phản ứng phần ứng
Phản ứng phần ứng có thể làm yếu, làm tăng hoặc làm biến dạng từ trường chính Ta hãy xét cho từng loại tải.
4.4.1 Phản ứng phần ứng máy đồng bộ với tải khác nhau. a Khi tải thuần trở:
Khi rôto ở vị trí như hình a, dòng điện trong pha A đạt giá trị cực đại i = I m và sđđ cũng đạt cực đại e = E m, vì điện áp và dòng điện trùng pha Hướng của sđđ và dòng điện trong các pha A, B, C có thể xác định theo quy tắc bàn tay phải, trong khi chiều từ thông do các dòng điện sinh ra được xác định bằng quy tắc vặn nút chai Hình c cho thấy chiều từ thông dòng tải có hướng ngang với từ thông chính, được gọi là phản ứng ngang.
Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 138 4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ 139
Sơ đồ máy phát điện đồng bộ 3 pha 2 cực cho thấy cuộn dây phần ứng nằm ở stato, trong khi cuộn dây kích từ được đặt ở rôto và nối với nguồn kích từ qua hệ thống chổi than Để tạo ra điện áp 3 pha, ba cuộn dây được bố trí cách nhau 120 độ và có thể nối theo kiểu sao hoặc tam giác Dòng điện 1 chiều tạo ra từ trường không đổi, và khi gắn một động cơ lai vào trục rôto quay với tốc độ n, ta sẽ có một từ trường quay tròn, với từ thông chính khép kín qua rôto, cực từ và lõi thép stato.
Hình 4.5: nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ
Khi phần cảm được kích từ, nó tạo ra từ trường cực từ Động cơ sơ cấp kéo phần cảm quay với tốc độ n, khiến từ trường cực từ quét qua các thanh dẫn của phần ứng ở stator, từ đó sinh ra cảm ứng điện với sức điện động tương ứng.
Khi máy phát được nối với tải sẽ sinh ra dòng điện trong dây quấn phần ứng tạo nên từ trường quay có tốc độ : n 0 60 p f (4.3)
Khi máy phát điện hoạt động, sẽ có hai loại từ trường xuất hiện: từ trường cực từ do nguồn kích từ và từ trường quay do dòng điện xoay chiều 3 pha Sự tương tác giữa hai từ trường này tạo ra quyết định quan trọng trong quá trình phát điện.
4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ dựa vào sự tương tác giữa hai từ trường: từ trường kích từ và từ trường phần ứng Khi máy phát điện đồng bộ có tải, hai từ trường này nằm ở trạng thái nghỉ nhưng vẫn tác động lẫn nhau, tạo ra năng lượng điện.
Sự tác động từ trường phần ứng lên từ trường kích từ (từ trường chính) gọi là phản ứng phần ứng
Phản ứng phần ứng có thể làm yếu, làm tăng hoặc làm biến dạng từ trường chính Ta hãy xét cho từng loại tải.
4.4.1 Phản ứng phần ứng máy đồng bộ với tải khác nhau. a Khi tải thuần trở:
Khi vị trí rôto ở hình a, dòng điện trong dây dẫn pha A đạt giá trị cực đại i = I m và sđđ cũng đạt giá trị cực đại e = E m, do tải thuần trở khiến dòng điện và điện áp trùng pha nhau (hình b) Hướng sđđ và dòng điện trong các pha A, B, C có thể xác định theo quy tắc bàn tay phải, trong khi chiều từ thông do dòng điện sinh ra được xác định bằng quy tắc vặn nút chai Hình c cho thấy chiều từ thông dòng tải ngang với từ thông chính, được gọi là phản ứng ngang.
Giá trị cực đại của từ trường chính xuất hiện dưới các cực trên trục d - d', trong khi stđ phản ứng phần ứng Faq đạt giá trị cực đại trên trục q - q' Sự phân bố cảm ứng từ trong khe khí dưới các cực từ không đối xứng dẫn đến hiện tượng: một bên có hai từ thông cùng chiều cộng lại, trong khi bên kia có hai từ thông ngược chiều trừ đi nhau Hệ quả là từ trường chính bị biến dạng, với nửa cực được tăng cường ngược chiều quay.
Hình 4.6 Phản ứng ngang máy điện đồng bộ b Tải thuần cảm kháng ( 2 )
Sđđ cảm ứng trong các cuộn dây nhanh pha có sự lệch pha 2 góc so với dòng điện Dòng điện trong pha A đạt giá trị cực đại khi Sđđ bằng không, trong khi rôto ở vị trí như hình a.
Trong các pha A, B, C, hướng của dòng điện đồng nhất với hướng từ thông sinh ra, như đã đề cập trước đó Hình vẽ cho thấy chiều của từ trường phần ứng theo trục cực, dẫn đến sự phân bố từ thông được gọi là phản ứng dọc trục Khi máy hoạt động với tải thuần cảm, từ thông phản ứng sẽ ngược chiều với từ trường chính, làm yếu đi từ trường chính và gây ra hiện tượng khử từ trong máy Đối với tải thuần dung, hiện tượng này cũng xảy ra tương tự.
Dòng điện tải vượt pha so với sđđ một góc 2 hình vẽ.
Theo nguyên tắc xác định chiều từ trường phần ứng, trục của từ trường phần ứng trùng với trục cực Hai từ trường này có cùng chiều, do đó từ trường chính được trợ từ.
Khi dòng tải I trùng pha với sđđ Eo (0), ta có phản ứng ngang, trong khi nếu không trùng pha, ta sẽ có phản ứng dọc trục Khi tải là tổng trở 0, phản ứng sẽ mang tính chất của cả phản ứng ngang và dọc khử từ, dẫn đến việc biến dạng từ trường và khử từ Tương tự, khi tổng trở khác 0, phản ứng phần ứng vừa có tính chất phản ứng ngang vừa mang tính chất phản ứng dọc trục trợ từ, gây ra biến dạng từ trường và trợ từ.
Từ trường phản ứng phần ứng tổng Fa có thể được phân tích thành 2 thành phần: Phản ứng dọc Fad và phản ứng ngang Faq như sau:
Fad = Fasin và Faq = Fa cos (4.4)
Biên độ sóng cơ bản của stđ tổng cho máy 3 pha có dòng pha I có giá trị như sau:
4.4.2 Phản ứng phần ứng của máy cực hiện (cực lồi) Để tìm sđđ của máy phát cần phải tìm stđ tổng của máy Song ở máy phát cực hiện do khe khí không đều nên việc tìm stđ tổng gặp rất nhiều khó khăn Vì khe khí không đều nên dạng của từ thông chính không phải là hình sin và phụ thuộc vào dòng tải Do vậy khi phân tích máy cực hiện người ta dùng phương pháp 2 phản ứng: là phản ứng ngang Faq và phản ứng dọc Fad Như thế trong máy có 3 từ trường: Fo- từ trường kích từ, Fad và Faq- từ trường phản ứng phần ứng.
Giả thiết rằng từ trường tạo ra Fad và Faq hoàn toàn độc lập với Fo
Hình 4.9 Đường cong stđ và từ trường phản ứng phần ứng của máy
Nếu giả định rằng khe khí phân bố đều quanh chu vi stato, thì Fad và Faq sẽ đạt giá trị cực đại tại trục của chúng, tạo ra sóng không gian hình sin, như thể hiện qua các đường B' ad và B' aq trong hình vẽ.
Trong quá trình phân tích sóng điện từ trong máy, sự không đều của khe khí dẫn đến sự xuất hiện của dạng sđđ hình sin Fad và Faq, tạo ra các đường cong cảm ứng từ không hình sin Khi phân tích các đường cong không hình sin này qua chuỗi Fourier, ta giả định rằng sđđ trong cuộn dây thực tế là hình sin, và các sóng từ trường bậc cao không ảnh hưởng nhiều Do đó, đường cong không hình sin của độ cảm ứng có thể được thay thế bằng sóng bậc 1 (hình sin), cụ thể là các đường B'aqm và B'ad Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của khe khí, biên độ của các đường cong B'ad và B'aqm nhỏ hơn so với B'adm và B'aqm.
Hệ số hình dạng B phản ánh phản ứng phần ứng ngang và dọc Đường cong phân bố cảm ứng từ chính không tuân theo hình sin; nếu giả định khe khí đều và nhỏ, đường cong cảm ứng từ BB sẽ có dạng sóng chữ nhật Phân tích chỉ tập trung vào sóng bậc 1 trong chuỗi.
(B’ 1m ), đem tính tỷ số giữa biên độ sóng bậc 1 với giá trị biên độ thực tế của từ trường : m m f B k B 1 (4.6)
Hệ số kf gọi là hệ số hình dạng của từ trường kích từ.
Hình 4.10 Xác định hệ số hình dạng từ trườg kích từ
Trường hợp tổng quát giá trị cực đại của cảm ứng từ phản ứng phần ứng dọc bằng: adm F ad
Và biên độ cực đại của từ trường kích từ theo trục này bằng: Bm F Bd
Trong đó: o là độ thẩm từ không khí.
Hệ số K thể hiện sự chú ý đến độ dẫn từ của không khí và chiều rộng của khe khí Để xác định giá trị chuẩn của cuộn kích từ FBd liên quan đến phản ứng phần ứng dọc trục Fad, cần so sánh giá trị cảm ứng cực đại của từ trường phản ứng với từ trường kích từ, đồng thời xem xét hệ số hình dạng của từ trường.
Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ 158
- Biết được chế độ, điều kiện làm việc song song của máy điện đồng bộ 3 pha
Để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các tải, cần có ý thức tự giác trong học tập và vận hành các máy phát điện đồng bộ làm việc song song Việc này giúp tăng công suất cấp cho các tải một cách hiệu quả.
Khi hai máy phát điện hoạt động song song, cần đảm bảo phân tải đều giữa các máy Nếu hai máy có công suất giống nhau, chúng phải chịu tải như nhau; nếu công suất khác nhau, máy có công suất lớn hơn phải chịu tải nhiều hơn Việc kết nối một máy phát vào lưới hoặc với máy phát khác cần tránh tình trạng dòng cân bằng chạy quẩn và không làm gián đoạn chế độ làm việc của máy phát hiện tại Để đạt được điều này, các máy phát phải đáp ứng một trong các điều kiện nhất định.
Để đưa một máy điện đồng bộ vào làm việc song song với lưới điện hoặc một máy điện khác, cần phải đảm bảo các điều kiện sau: máy phát phải có cùng điện áp, tần số và pha với lưới điện hoặc máy phát khác, đồng thời phải kiểm tra tình trạng ổn định và khả năng chịu tải của hệ thống.
Giá trị hiệu dụng của điện áp máy phát và lưới phải bằng nhau
Phải nối đúng thứ tự pha giữa máy phát và lưới
Tần số lưới và tần số máy phát bằng nhau
Phải đảm bảo thứ tự pha của các điện áp ấy.
Hoà song song các máy phát đồng bộ
Quá trình đưa máy phát đồng bộ vào làm việc song song với lưới điện hoặc máy phát khác được gọi là hòa song song Có nhiều phương pháp hòa đồng bộ được áp dụng trong thực tế.
Hòa đồng bộ chính xác là phương pháp thực hiện hòa song song máy phát đồng bộ, đáp ứng đầy đủ bốn điều kiện an toàn Phương pháp này thường được ưa chuộng vì đảm bảo an toàn cho máy, lưới điện và chất lượng hòa, mặc dù thời gian thực hiện có thể kéo dài.
Hoà đồng bộ thô là quy trình kết nối một máy phát với một máy phát khác để hoạt động song song, ngay cả khi chưa đáp ứng đầy đủ tất cả các điều kiện cần thiết.
Phương pháp hòa nhanh được sử dụng khi yêu cầu về chất lượng hòa không cao và có dòng cân bằng trong quá trình hòa Phương pháp này thường được áp dụng trên tàu thủy và một số lưới điện địa phương trên bờ.
Tự hoà đồng bộ Phương pháp tự hòa đồng bộ được thực hiện như sau:
Sử dụng máy lai quay rôto để đạt tốc độ gần đồng bộ trước khi kích từ máy phát điện Sau khi kích từ, từ thông được tạo ra sẽ sinh ra dòng điện, giúp mô-men kéo máy vào làm việc đồng bộ Việc đưa dòng kích từ vào máy với độ trượt càng nhỏ sẽ làm giảm độ xung dòng, với giá trị độ trượt chỉ 0,5%.
Hòa đồng bộ chỉ được áp dụng khi dòng quá độ nhỏ hơn một giá trị nhất định Hầu hết các máy điện đồng bộ không được thiết kế cho chế độ này, do đó cần đo kiểm tra trước khi sử dụng Phương pháp hòa đồng bộ giúp rút ngắn thời gian hòa máy phát, đặc biệt hữu ích cho các máy phát sự cố hoặc khởi động hệ thống thủy điện dự trữ Các phương pháp hòa đồng bộ có thể được thực hiện bằng tay, nửa tự động hoặc tự động.
Phương pháp hoà đồng bộ chính xác Để kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ người ta dùng các phương pháp sau đây.
- Phương pháp đèn tối (đèn tắt).
- Phương pháp dùng đồng bộ kế.
Biểu diễn sơ đồ hòa song song các máy phát dùng phương pháp đèn tắt
Hình 4.26 Sơ đồ nối đèn và sao điện áp các trường hợp b)Thỏa mãn tất cả các điều kiện, c) Tần số khác nhau, d) Nối nhầm pha
Nếu không thỏa mãn cả 4 điều kiện đã nêu, trạng thái của các đèn sẽ thay đổi Hãy cùng phân tích từng trường hợp cụ thể để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của việc không đáp ứng các điều kiện này đối với các đèn.
- Khi UA UR hoặc góc pha đầu góc khác không, ta thấy đặt trên các đèn một hiệu điện áp: U = UA – UR hoặc U = UA – EA
Cả 3 bóng đèn đều sáng như nhau.
Giả thiết rằng tần số lưới f1 > f2, lúc này trên bóng đèn sẽ có một hiệu điện áp
Điện áp trên bóng đèn tăng từ 0 đến giá trị cực đại Ubđ = (Uml + Ump) và sau đó giảm về 0, quá trình này lặp lại liên tục Tần số biến đổi của điện áp bóng đèn được ký hiệu là fbđ.
Tần số biến thiên của điện áp biên độ trên bóng đèn được xác định bởi sự khác biệt giữa hai sao điện áp f1 và f2, trong đó f1 > f2 Khi hai sao điện áp quay với tốc độ góc khác nhau, một sao có thể coi là đứng im trong khi sao còn lại quay với tốc độ chênh lệch Điện áp trên bóng đèn tăng dần, làm cho đèn sáng lên, đạt đến mức tối đa khi giá trị điện áp đạt Uml + Ump, sau đó giảm dần cho đến khi bóng đèn tắt Sự thay đổi cường độ sáng của bóng đèn cho thấy tần số của chúng không đồng nhất.
Khi thứ tự pha bị đấu nhầm, chẳng hạn như A của lưới với B của máy phát, sẽ xảy ra hiện tượng một bóng đèn tắt trong khi hai bóng đèn còn lại rất sáng, điều này cho thấy điện áp trên bóng đèn là điện áp dây.
Bằng phương pháp quan sát trạng thái các đèn ta tìm được thời điểm đóng máy phát song song thích hợp nhất (khi các bóng đèn tối hết).
Hình 4.27 Giá trị tức thời hiệu điện áp các pha của máy phát đang hòa song song
Phương pháp tắt đèn là một giải pháp đơn giản và tiết kiệm chi phí, tuy nhiên, độ chính xác của nó không cao Hơn nữa, việc tìm kiếm một bóng đèn có dải điện áp làm việc rộng cũng gặp nhiều khó khăn.
Việc đo điện áp dây 20 von là rất khó khăn, và nếu bóng đèn bị đứt dây tóc, sẽ không phát hiện được gì Do đó, phương pháp sử dụng đèn tắt đơn độc không hiệu quả, thường kết hợp với đồng hồ von mét để đo điện áp, trong đó von mét chỉ không được sử dụng phổ biến Nếu các điều kiện không được thoả mãn, cần điều chỉnh dòng kích từ hoặc tốc độ quay của máy định hoà.
Biểu diễn sơ đồ nối bóng đèn dùng phương pháp đèn quay.
Động cơ và máy bù đồng bộ 165
Mã bài: MĐ09-05 Giới thiệu:
Máy điện một chiều được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào khả năng tạo ra công suất và mômen lớn, ổn định, phù hợp cho các ứng dụng như máy khoan và máy khởi động Bài viết này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu, tính toán, sửa chữa và bảo dưỡng máy phát điện một chiều cùng với động cơ điện một chiều.
- Giải thích được nguyên lý cấu tạo, các quan hệ điện từ, các phản ứng phần ứng xảy ra trong máy điện một chiều đúng nguyên tắc về điện.
- Trình bày được quá trình đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng, các nguyên nhân gây ra tia lửa và biện pháp cải thiện đổi chiều.
- Trình bày được các phương pháp mở máy, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
- Bảo dưỡng và sửa chữa được những hư hỏng thông thường của máy điện một chiều
- Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp
Phương pháp giảng dạy và học tập bài 5
Người dạy cần áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề Điều này giúp người học hiểu rõ hơn về các khái niệm và công dụng của các loại máy điện, từ đó nâng cao hiệu quả học tập.
- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Không có
Kiểm tra và đánh giá bài học
Máy điện một chiều 173
Đại cương về máy điện một chiều 173 5.2 Cấu tạo của máy điện một chiều 174 5.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 177 5.4 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều 178 5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều 180
Trong sản xuất hiện đại, máy điện một chiều giữ vai trò quan trọng nhờ vào những ưu điểm nổi bật Động cơ điện một chiều có khả năng điều chỉnh tốc độ rộng và ổn định, thường được ứng dụng trong ngành công nghiệp dệt, giấy và cán thép Bên cạnh đó, máy phát điện một chiều cung cấp nguồn điện cho động cơ điện một chiều, làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ và được sử dụng trong ngành công nghiệp mạ điện.
Nhược điểm : Giá thành đắt do sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp.
5.2 Cấu tạo của máy điện một chiều
Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân làm hai thành phần chính là phần tĩnh và phần quay.
5.2.1 Phần tĩnh hay stator: Đây là phần đứng yên của máy nó gồm các bộ phận chính sau: a Cực từ chính:
Bộ phận sinh ra từ trường bao gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt Lõi sắt cực từ được làm bằng thép lá kỹ thuật điện hoặc thép các bon dày từ 0,5 đến 1mm, ghép lại bằng đinh tán Lõi mặt cực từ được kéo dài để tăng thêm đường đi của từ trường Vành cung của cực từ thường bằng 2/3 khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp Trên lõi cực có cuộn dây kích từ với dòng một chiều chạy qua, các dây quấn được quấn bằng dây đồng và cách điện kỹ lưỡng Cuộn dây được quấn vào khung dây làm bằng nhựa hóa học hoặc giấy bakêlit cách điện Các cực từ được gắn chặt vào thân máy nhờ bu lông.
Cực từ phụ được đặt giữa cực từ chính nhằm cải thiện việc đổi chiều và giảm tia lửa trên chổi than Lõi thép của cực từ phụ có thể được làm từ thép khối và trên thân cực từ phụ có dây quấn tương tự như dây quấn của cực từ chính Để đảm bảo mạch từ của cực từ phụ không bị bão hòa, khe hở giữa nó và rotor phải lớn hơn khe hở giữa cực từ chính và rotor Vỏ máy, hay còn gọi là gông từ, cũng đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc này.
Kết cấu của máy điện đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các cực từ Đối với máy điện nhỏ và vừa, thép tấm thường được sử dụng để uốn và hàn Trong khi đó, máy có công suất lớn thường sử dụng thép đúc có chứa từ tính với hàm lượng carbon từ 0,2% đến 2%.
6) Bu lông bắt chặt cực từ vào vỏ máy
1) Lõi; 2) Cuộn dây d Các bộ phận khác:
Nắp máy có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy khỏi các vật thể rơi vào, gây hư hỏng dây quấn Đối với máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn giúp làm giá đỡ ổ bi, tăng cường độ bền và ổn định cho thiết bị.
- Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ra ngoài hoặc ngược lại.
5.2.2 Phần quay hay rotor a Lõi sắt phần ứng: Để dẫn từ thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện cách điện hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xóay gây nên Trên các lá thép có dập các rãnh để đặt dây quấn Rãnh có thể hình thang, hình quả lê hoặc hình chữ nhật
Trong các máy lớn, lõi thép thường được chia thành từng thếp với khoảng hở giữa các thếp nhằm mục đích làm nguội máy Các khe hở này được gọi là rãnh thông gió ngang trục Bên cạnh đó, cũng có các rãnh thông gió dọc trục được dập để cải thiện hiệu suất làm mát.
Hình 5.4 Lõi thép phần ứng b Dây quấn phần ứng:
Phần sinh ra sức điện động và dòng điện trong máy điện được gọi là dây quấn phần ứng, thường làm bằng dây đồng bọc cách điện Dây quấn trong máy điện nhỏ thường có tiết diện tròn, trong khi máy điện vừa và lớn sử dụng dây tiết diện hình chữ nhật Để đảm bảo an toàn, dây quấn được cách điện kỹ lưỡng với rãnh và lõi thép Để ngăn chặn việc dây quấn bị văng ra ngoài do lực ly tâm khi quay, nêm được sử dụng để giữ chặt ở miệng rãnh và các đầu nối dây quấn cũng phải được đai chặt Nêm có thể được làm từ tre hoặc gỗ.
Hình 5.3 Cơ cấu chổi than
4) Dây cáp dẫn điện c Cổ góp:
Dây quấn phần ứng được kết nối với cổ góp, thường được cấu tạo từ nhiều phiến đồng mỏng cách điện bằng tấm mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm, tạo thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn được ép chặt bằng hai vành hình chữ V, với lớp cách điện bằng mica hình V giữa vành ép và cổ góp Đuôi cổ góp cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây quấn vào phiến góp Mỗi máy có số cực tương ứng với số chổi than, trong đó các chổi than dương được nối chung để tạo thành một cực dương duy nhất, tương tự cho các chổi than âm.
- Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy.
- Trục máy, trên đó có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường được làm bằng thép các bon tốt.
5.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều
Máy điện một chiều là thiết bị điện từ quay, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Nó có khả năng chuyển đổi cơ năng thành điện năng một chiều (máy phát điện) hoặc biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng trên trục (động cơ điện).
Hình 5.5 Mặt cắt rãnh phần ứng Hình 5.6 Mặt cắt một cổ góp điện
Hình 5.7 Hình cắt dọc của cổ góp
Máy phát điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, với khung dây abcd được kết nối với hai phiến góp và quay quanh trục trong từ trường của hai cực nam châm Khi khung dây quay, sức điện động được cảm ứng theo định luật Faraday, với công thức e = B.l.v (V) Các chổi than A và B giữ cố định và tiếp xúc với phiến góp, đảm bảo quá trình phát điện diễn ra liên tục.
B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua (T) l: Chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường (m)
V: Tốc độ dài của thanh dẫn (m/s).
Chiều của sức điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, với sức điện động của thanh dẫn cd đi từ d đến c dưới cực S, và thanh ab đi từ b đến a dưới cực N Khi mạch ngoài khép kín qua tải, sức điện động trong khung dây tạo ra dòng điện chạy từ A đến B Nếu từ trường B phân bố hình sin, sức điện động cảm ứng trong khung dây cũng sẽ biến đổi theo hình sin Tuy nhiên, do chổi than A luôn tiếp xúc với thanh dẫn dưới cực N và chổi than B tiếp xúc với thanh dẫn dưới cực S, dòng điện mạch ngoài chỉ chạy từ A đến B Như vậy, sức điện động xoay chiều cảm ứng trong thanh dẫn và dòng điện tương ứng đã được chỉnh lưu thành sức điện động và dòng điện một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi than, tạo ra dạng sóng sức điện động một chiều tại hai chổi than.
Khi dòng điện một chiều đi vào chổi than A và ra ở B, nó chỉ đi vào thanh dẫn dưới cực N và ra ở các thanh dẫn dưới cực S Dưới tác dụng của từ trường, một mô men không đổi được sinh ra, khiến cho máy quay Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái, đây chính là nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.
Hình 5.9 Từ cảm hay s.đ.đ hình sin trong khung dây trước chỉnh lưu
5.4 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều
Cho một dòng điện kích thích vào dây quấn kích thích thì trong khe hở sinh ra
Khi phần ứng quay với một tốc độ nhất định, sẽ xảy ra hiện tượng cảm ứng điện động trong dây quấn Sức điện động này tương đương với sức điện động của một mạch nhánh song song, và nó bằng tổng sức điện động cảm ứng của các thanh dẫn nối tiếp trong mạch nhánh đó.
Sức điện động cảm ứng của 1 thanh dẫn: e x B x l v (5.2)
Trong đó: B x Từ cảm nơi thanh dẫn x quyét qua l : Chiều dài tác dụng của thanh dẫn. v: Tốc độ dài của thanh dẫn.
B tb b S.đ.đ và dòng điện đã được chỉnh lưu nhờ vành góp.
Qui tắc bàn tay phải và qui tắc bàn tay trái:
E: Sức điện động cảm ứng
Hình 5.10 Xác định s.đ.đ phần ứng
Nếu số thanh dẫn của 1 mạch nhánh là a
Nếu số thanh dẫn đủ lớn thì N a x / 2 B x
1 bằng trị số trung bình Btb nhân với tổng số thanh dẫn trong 1 mạch nhánh: tb a
Với v: tốc độ dài của phần ứng.
: từ thông dưới mỗi cực từ trong khe hở không khí: = B l (5.6)
Trong đó: p: Số đôi cực từ kích thích
N Tổng số thanh dẫn của phần ứng n: Tốc độ quay của phần ứng (vòng/phút) a: Số đôi mạch nhánh song song Đặt: a
60 : Hệ số kết cấu của máy điện.
5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều
Khi máy điện hoạt động, dòng điện chạy qua dây quấn phần ứng tạo ra mô men điện từ trên trục máy Theo định luật Faraday, lực điện từ tác động lên thanh dẫn có dòng điện được tính bằng công thức F = B i l.
B : Từ cảm nơi thanh dẫn quyét qua iư: Dòng điện trong thanh dẫn l : Chiều dài tác dụng của thanh dẫn
Iư: Dòng điện phần ứng; N: Tổng số thanh dẫn của phần ứng
Dư: Đường kính ngoài của phần ứng
Thì mô men điện từ của máy điện một chiều là:
Thay vào công thức tính mô men điện từ ta được: u s dt I a
Trong đó: tính bằng weber (wb), Iư tính bằng Ampe (A)
Nếu chia hai vế của biểu thức trên cho 9,81 thì Mđt tính bằng Nm Đặt: a
60 hệ số kết cấu máy
Ta có: Mđt = CM Iư (5.11)
Công suất điện từ của máy điện một chiều: Pđt = Mđt với
Với n tính bằng vòng /phút
Thay vào biểu thức tính Pđt ta có P dt 2 pN a s I u 2 60 n , Pđt = Eư Iư (5.12)
Trong đó: Eư tính bằng volt (V)
Iư tính bằng Ampe (A) Máy điện 1 chiều có thể làm việc ở hai chế độ: