Giáo trình Điện tàu thuỷ (Nghề Sửa chữa máy tàu thuỷ Trung cấp)

MÁY BIẾN ÁP 1 5 1 M ỤC TIÊU : 1 5 2) Nội dung

Định nghĩa Máy biến áp

+ 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

2.1 Những khái niệm cơ bản về máy biến áp

2.1.1 Định nghĩa máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ mức này sang mức khác mà tần số vẫn giữ nguyên.

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

Hệ thống đầu ra của MBA trước khi biến đổi bao gồm cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp, được kết nối với nguồn điện, có các đại lượng và thông số như W1, U1, I1 Trong khi đó, cuộn thứ cấp, nối với tải, có các đại lượng và thông số ghi là W2, U2, I2.

2.1.2 Phân loại máy biến áp

Có nhiều cách phân loại máy biến áp:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

- Máy biến áp đặc biệt như máy biến áp hàn, máy biến áp đo lường, máy biến áp điều khiển.

2.1.3 Các lượng định mức của máy biến áp a Điện áp định mức: Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm (V) là điện áp đã quy định cho dây quấn sơ cấp Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm (V)là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức Với máy biến áp ba pha điện áp định mức là điện áp dây b Dòng điện định mức:

Dòng điện định mức là dòng điện được quy định cho từng dây quấn của máy biến áp, tương ứng với công suất và điện áp định mức Đối với máy biến áp ba pha, dòng điện định mức được hiểu là dòng điện dây.

Dòng điện sơ cấp định mức kí hiệu I1đm(A).

Dòng điện thứ cấp định mức kí hiệu I2đm (A) c Công suất định mức:

Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến thứ cấp trong chế độ làm việc tối ưu, được ký hiệu là Sđm và đo bằng đơn vị VA (Vôn ampe) Đối với máy biến áp một pha, công suất định mức được xác định dựa trên các thông số điện áp và dòng điện.

S  2 2  1 1 Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức là: đm đm đm đm đm U I U I

Ngòai ra trên máy biến áp còn có ghi tần số định mức, số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế đố làm việc…

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

Cấu tạo và nguyên lý làm việc MBA 1 pha

2.2.1 Cấu tạo máy biến áp

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

2.2.1.1 Lõi thép máy biến áp

Lõi thép máy biến áp, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, có vai trò dẫn từ thông chính của máy Để giảm thiểu dòng điện xoáy, người ta sử dụng thép lá kỹ thuật điện dày từ 0,35mm đến 0,5mm, với hai mặt được sơn cách điện, ghép lại tạo thành lõi thép Lõi thép bao gồm hai bộ phận chính: trụ và gông.

+ Trụ là nơi để đặt dây quấn.

+ Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.

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

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

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

(loại mba kiểu trụ thưòng dùng trong mba một pha và ba pha công suất nhỏ và trung bình)

+ Máy biến áp kiểu bọc là phần mạch từ phân nhánh ra hai bên và bao lấy dây quấn (thường là mba nhỏ và đặc biệt)

Hình 1-2 Lõi thép của MBA

2.2.1.2 Dây quấn máy biến áp

Dây quấn máy biến áp thường sử dụng dây đồng mềm, có độ bền cơ học cao và khả năng dẫn điện tốt Dây có thể có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, và được bọc cách điện bên ngoài để đảm bảo an toàn và hiệu suất.

Dây quấn bao gồm nhiều vòng dây được lồng vào trụ lõi thép, trong đó các vòng dây và dây quấn được cách điện với nhau, đồng thời các dây quấn cũng được cách điện với lõi thép.

Máy biến áp thường có các loại dây quấn sau:

Khi các dây quấn được bố trí trên cùng một trụ, dây quấn thấp áp được đặt gần trụ thép, trong khi dây quấn cao áp được lồng ra ngoài Cách bố trí này giúp giảm thiểu vật liệu cách điện và khoảng cách cách điện với phần tiếp đất (lõi sắt), từ đó giảm kích thước của máy biến áp.

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

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

Vật liệu cách điện trong máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc cách điện giữa các vòng dây, giữa dây quấn và lõi thép, cũng như giữa phần dẫn điện và phần không dẫn điện Tuổi thọ của máy biến áp phụ thuộc nhiều vào chất lượng vật liệu cách điện; nếu cách điện không đạt yêu cầu, sẽ dẫn đến sự cố cho máy biến áp Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu cách điện quá mức có thể làm tăng kích thước và chi phí Đối với máy biến áp công suất nhỏ, các vật liệu cách điện phổ biến bao gồm giấy cách điện, vải thủy tinh và sơn cách điện, trong khi máy biến áp lớn thường sử dụng dầu cách điện.

2.2.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Xét sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 1 pha 2 dây quấn như hình vẽ:

Hình 1-3 Sơ đồ nguyên lý của MBA

Máy biến áp ba pha

Khi máy biến áp không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch dẫn đến dòng điện thứ cấp bằng không Lúc này, từ thông chính trong lõi thép chỉ do dòng điện sơ cấp không tải sinh ra, có giá trị tương đương với dòng điện từ hoá.

Khi máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động e2, có dòng điện thứ cấp

I2 cung cấp điện cho tải Khi ấy từ thông chính  do đồng thời cả hai dòng sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra

Từ thông Φ biến thiên hình sin Φ = Φmax sinωt t

Ta có: e 1 = - W1 dΦ/dt = 4,44 f W 1 Φ max 2 sin(ωt- π/2) e 2 = - W2 dΦ/dt = 4,44 f W 2 Φ max 2 sin(ωt- π/2)

W E k  E  ; và k được gọi là hệ số biến áp

Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí ta có:

Dây quấn sơ cấp và thứ cấp trong máy biến áp không có mối liên hệ điện trực tiếp, nhưng năng lượng được chuyển giao từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp thông qua từ thông chính Nếu bỏ qua mọi tổn hao, ta có thể áp dụng công thức máy biến áp lý tưởng để mô tả mối quan hệ giữa các lượng sơ cấp và thứ cấp.

2 2 1 k > 1: máy biến áp giảm áp k < 1: máy biến áp tăng áp k = 1:máy biến áp cách ly

2.3 Máy biến áp ba pha

2.3.1 Cấu tạo máy biến áp ba pha

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

- Lõi thép máy biến áp ba pha gồm ba trụ

Dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng chữ in hoa

Pha A được ký hiệu là AX, với đầu đầu là A, B, C; trong khi Pha B được ký hiệu là BX, với đầu cuối là X, Y, Z Pha C được ký hiệu là CX Dây quấn thứ cấp được ký hiệu bằng chữ thường, trong đó Pha a là ax với đầu đầu là a, b; Pha b là bx và Pha c là cx, với đầu cuối là x, y, z.

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

Hình 1.4 Sơ đồ MBA ba pha

- Khi nối sao Y điện áp sẽ giảm đi 3 lần, giảm chi phí về cách điện

-Khi nối sao  dòng điện sẽ giảm đi 3 lần, giảm tiết diện dây

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

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

Thùng dầu của máy biến áp dầu đóng vai trò quan trọng trong việc tản nhiệt hiệu quả, giúp duy trì hiệu suất hoạt động của thiết bị Đối với các máy biến áp lớn, thùng dầu thường được thiết kế với cánh tản nhiệt, tối ưu hóa quá trình làm mát và nâng cao độ bền của máy.

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

2.3.2 Các cách nối dây của máy biến áp ba pha

Trong máy biến áp ba pha, các cuộn dây có thể được nối theo hai cách: hình sao và hình tam giác Nối hình sao thực hiện bằng cách kết nối ba đầu cuối X, Y, Z lại với nhau, trong khi ba đầu đầu A, B, C sẽ được giữ riêng biệt.

Nối hình tam giác  là cuối của pha này đước nối với đầu của pha kia

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

M ỤC TIÊU

- Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp.

- Biết ứng dụng máy biến áp trong các hệ thống thực tế

- Rèn luyện cho học sinh tính chính xác và cẩn thận khi vận hành và sửa máy biến áp.

Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu

Để nâng cao hiệu quả giảng dạy, người dạy nên áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề Đồng thời, cần yêu cầu học sinh ghi nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị liên quan đến các đại lượng này.

- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học

- Xưởng máy điện hóa/nhà xưởng: Xưởng máy điện

- 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

Nội dung

2.1 Những khái niệm cơ bản về máy biến áp

2.1.1 Định nghĩa máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều mà vẫn giữ nguyên tần số.

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

Hệ thống đầu ra của MBA trước khi biến đổi bao gồm các thông số như U2, I2 và f Đầu vào của MBA được kết nối với nguồn điện và được gọi là cuộn sơ cấp, với các đại lượng và thông số sơ cấp được ký hiệu bằng chỉ số 1 như W1, U1, I1 Ngược lại, đầu ra kết nối với tải được gọi là cuộn thứ cấp, với các đại lượng và thông số thứ cấp được ký hiệu bằng chỉ số 2 như W2, U2, I2.

2.1.2 Phân loại máy biến áp

Có nhiều cách phân loại máy biến áp:

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

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

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

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

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

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

- Máy biến áp đặc biệt như máy biến áp hàn, máy biến áp đo lường, máy biến áp điều khiển.

2.1.3 Các lượng định mức của máy biến áp a Điện áp định mức: Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm (V) là điện áp đã quy định cho dây quấn sơ cấp Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm (V)là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức Với máy biến áp ba pha điện áp định mức là điện áp dây b Dòng điện định mức:

Dòng điện định mức là giá trị dòng điện được quy định cho từng dây quấn của máy biến áp, tương ứng với công suất và điện áp định mức Đối với máy biến áp ba pha, dòng điện định mức được hiểu là dòng điện của từng dây.

Dòng điện sơ cấp định mức kí hiệu I1đm(A).

Dòng điện thứ cấp định mức kí hiệu I2đm (A) c Công suất định mức:

Công suất định mức của máy biến áp, ký hiệu Sđm, là công suất biểu kiến thứ cấp trong chế độ làm việc định mức, được đo bằng đơn vị VA (Vôn ampe) Đối với máy biến áp một pha, công suất định mức được xác định qua các thông số điện áp và dòng điện.

S  2 2  1 1 Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức là: đm đm đm đm đm U I U I

Ngòai ra trên máy biến áp còn có ghi tần số định mức, số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế đố làm việc…

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

2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha.

2.2.1 Cấu tạo máy biến áp

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

2.2.1.1 Lõi thép máy biến áp

Lõi thép máy biến áp là thành phần quan trọng dẫn từ thông, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ chất lượng cao Để giảm thiểu dòng điện xoáy, thép lá kỹ thuật điện dày từ 0,35mm đến 0,5mm với lớp sơn cách điện ở hai mặt được ghép lại để tạo thành lõi thép Lõi thép bao gồm hai bộ phận chính: trụ và gông.

+ Trụ là nơi để đặt dây quấn.

+ Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.

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

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

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

(loại mba kiểu trụ thưòng dùng trong mba một pha và ba pha công suất nhỏ và trung bình)

+ Máy biến áp kiểu bọc là phần mạch từ phân nhánh ra hai bên và bao lấy dây quấn (thường là mba nhỏ và đặc biệt)

Hình 1-2 Lõi thép của MBA

2.2.1.2 Dây quấn máy biến áp

Dây quấn máy biến áp chủ yếu được làm từ dây đồng, nổi bật với tính năng mềm dẻo và độ bền cơ học cao, giúp giảm thiểu nguy cơ đứt gãy Loại dây này có khả năng dẫn điện tốt và thường có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, được bọc cách điện bên ngoài để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.

Dây quấn được cấu tạo từ nhiều vòng dây quấn xung quanh một trụ lõi thép, với các vòng dây và dây quấn được cách điện hoàn toàn với nhau cũng như với lõi thép.

Máy biến áp thường có các loại dây quấn sau:

Khi các dây quấn được xếp chồng lên nhau trên cùng một trụ, dây quấn thấp áp được đặt gần sát trụ thép, trong khi dây quấn cao áp được đặt lồng ra ngoài Cách bố trí này giúp giảm thiểu vật liệu cách điện và khoảng cách cách điện với phần tiếp đất (lõi sắt), từ đó giảm kích thước của máy biến áp.

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

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

Vật liệu cách điện trong máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc cách điện giữa các vòng dây, giữa dây quấn và lõi thép, cũng như giữa phần dẫn điện và phần không dẫn điện Tuổi thọ của máy biến áp phụ thuộc nhiều vào chất lượng vật liệu cách điện; nếu cách điện kém sẽ dẫn đến sự cố, trong khi cách điện quá mức có thể làm tăng kích thước và chi phí Đối với máy biến áp công suất nhỏ, vật liệu cách điện thường bao gồm giấy cách điện, vải thủy tinh và sơn cách điện, trong khi máy biến áp lớn thường sử dụng dầu cách điện.

2.2.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Xét sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 1 pha 2 dây quấn như hình vẽ:

Hình 1-3 Sơ đồ nguyên lý của MBA

Khi máy biến áp không tải, dây quấn thứ cấp ở trạng thái hở mạch, dẫn đến dòng điện thứ cấp bằng không Lúc này, từ thông chính trong lõi thép chỉ do dòng điện sơ cấp không tải tạo ra, có giá trị tương đương với dòng điện từ hóa.

Khi máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động e2, có dòng điện thứ cấp

I2 cung cấp điện cho tải Khi ấy từ thông chính  do đồng thời cả hai dòng sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra

Từ thông Φ biến thiên hình sin Φ = Φmax sinωt t

Ta có: e 1 = - W1 dΦ/dt = 4,44 f W 1 Φ max 2 sin(ωt- π/2) e 2 = - W2 dΦ/dt = 4,44 f W 2 Φ max 2 sin(ωt- π/2)

W E k  E  ; và k được gọi là hệ số biến áp

Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí ta có:

Dây quấn sơ cấp và thứ cấp trong máy biến áp không có mối liên hệ trực tiếp về điện, nhưng năng lượng được chuyển giao từ sơ cấp sang thứ cấp thông qua từ thông chính Nếu bỏ qua mọi tổn hao trong máy biến áp, ta có thể áp dụng công thức máy biến áp lý tưởng để mô tả quan hệ giữa các lượng sơ cấp và thứ cấp.

2 2 1 k > 1: máy biến áp giảm áp k < 1: máy biến áp tăng áp k = 1:máy biến áp cách ly

2.3 Máy biến áp ba pha

2.3.1 Cấu tạo máy biến áp ba pha

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

- Lõi thép máy biến áp ba pha gồm ba trụ

Dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng chữ in hoa

Pha A được ký hiệu là AX, với đầu đầu là A, B, C; Pha B ký hiệu là BX, đầu cuối là X, Y, Z; và Pha C ký hiệu là CX Dây quấn thứ cấp được ký hiệu bằng chữ thường, trong đó Pha a là ax với đầu đầu a, b; Pha b là bx; và Pha c là cx với đầu cuối x, y, z.

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

Hình 1.4 Sơ đồ MBA ba pha

- Khi nối sao Y điện áp sẽ giảm đi 3 lần, giảm chi phí về cách điện

-Khi nối sao  dòng điện sẽ giảm đi 3 lần, giảm tiết diện dây

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

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

Thùng dầu máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc tản nhiệt cho các máy biến áp dầu Đặc biệt, với những máy biến áp lớn, thùng dầu thường được trang bị cánh tản nhiệt để cải thiện hiệu suất làm mát.

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

2.3.2 Các cách nối dây của máy biến áp ba pha

MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ BA PHA

Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ ba pha

Máy phát điện đồng bộ ba pha được cấu tạo từ hai bộ phận chính: phần tĩnh và phần quay Đặc biệt, thiết bị này còn có thêm phần nguồn kích từ, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động.

Stato của máy điện đồng bộ gồm 2 bộ phận chính là lõi thép stato và dây quấn stato.

Lõi thép stator được làm bằng các lá tôn silic dày 0,5 mm, 2 mặt có phủ sơn cách điện.

Dọc theo lõi thép stator, cách nhau từ 3 đến 6 cm có các rãnh thông gió ngang trục rộng khoảng 10 mm Lõi thép stator được cố định chắc chắn trong thân máy, trong khi dây quấn stato, hay còn gọi là dây quấn phần ứng, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của máy Ngoài ra, vỏ máy và nắp máy được chế tạo từ gang hoặc thép đúc, có chức năng bảo vệ dây quấn stato và hỗ trợ trục roto.

Rotor của máy điện đồng bộ là một nam châm điện, bao gồm lõi thép và dây quấn kích thích Dòng điện cấp vào dây quấn này là dòng điện một chiều Có hai kiểu rotor trong máy điện đồng bộ: rotor cực lồi và rotor cực ẩn.

Rotor của máy điện đồng bộ cực ẩn được chế tạo từ thép hợp kim chất lượng cao, được rèn thành khối hình trụ Sau đó, rotor được gia công và phay rãnh để lắp đặt dây quấn, trong khi phần không phay rãnh tạo thành mặt cực từ.

Dây quấn kích từ được làm từ dây đồng trần hình chữ nhật, quấn thành các bối dây đồng tâm với các vòng dây cách điện bằng mica Để giữ cho dây quấn chắc chắn trong rãnh, miệng rãnh được nêm kín bằng thanh nêm thép không từ tính Phần đầu nối của dây quấn được cố định bằng ống trụ thép không từ tính, và hai đầu dây quấn đi qua trục, kết nối với hai vành trượt qua hai chổi điện để nhận dòng kích từ một chiều.

Rotor của máy điện đồng bộ cực lồi được chế tạo từ lõi thép đúc, có hình dạng lăng trụ hoặc hình trụ với các cực từ được lắp đặt trên bề mặt Đối với các máy lớn, lõi thép được tạo thành từ các tấm thép dày từ 1 đến 6 mm, được dập hoặc đúc để ghép thành khối lăng trụ và thường được đặt trên giá đỡ của rotor thay vì trực tiếp lồng vào trục máy Giá đỡ này được gắn vào trục máy, trong khi các cực từ trên lõi thép rotor được ghép bằng những lá thép dày từ 1 đến 1,5 mm.

Dây quấn kích từ được sản xuất từ dây đồng trần với tiết diện hình chữ nhật, được quấn mỏng thành từng cuộn dây Giữa các vòng dây được cách điện bằng lớp mica hoặc amiang Sau khi gia công, các cuộn dây được lồng vào thân cực để hoàn thiện sản phẩm.

Dây quấn cản được lắp đặt trên các đầu cực, bao gồm các thanh đồng được đặt trong rãnh và được kết nối bằng hai vòng ngắn mạch.

Dây quấn mở máy chỉ khác dây quấn cản ở chỗ điện trở các thanh dẫn của nó lớn hơn.

Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ ba pha

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện đồng bộ 3 pha

1 Động cơ sơ cấp(tua bin hơi), 2 Dây quấn stato, 3 Roto, 4 Dây quấn Roto,

5 Vành góp, 6 Chổi than, 7 Máy phát một chiều

2.2.2 Nguyên lý làm việc Động cơ sơ cấp 1 quay roto máy phát điện đồng bộ đến gần tốc độ định mức, máy phát điện một chiều 7 được thành lập điện áp và cung cấp dòng điện một chiều cho dây quấn kích từ 4 máy phát điện đồng bộ thông qua chổi than 5 và vành góp 6, roto 3 của máy phát điện đồng bộ trở thành nam châm điện Do roto quay, từ trường roto quét qua dây quấn phần ứng stato và cảm ứng ra sđđ xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là:

Trong đó: là sức điện động pha

N là số vòng dây của 1 pha là hệ số dây quấn từ thông cực từ roto.

Nếu roto có số đôi cực là p, quay với tốc độ n thì Sđđ cảm ứng trong stato có tần số:

Khi dòng điện 3 pha chạy qua dây quấn stato nối với tải, nó sẽ tạo ra từ trường quay, được gọi là từ trường phần ứng, với một tốc độ nhất định.

Ta thấy tốc độ roto n bằng với tốc độ từ trường quay trong máy n1, nên gọi là máy điện đồng bộ.

CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1 Anh/Chị hãy nêu khái niệm và phân loại máy phát điện đồng bộ?

Máy phát điện đồng bộ có cấu tạo gồm rotor, stator và bộ điều chỉnh điện áp, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ để chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện Động cơ điện đồng bộ cũng gồm rotor và stator, nhưng nguyên lý làm việc của nó là sử dụng từ trường quay để tạo ra mô-men xoắn, giúp chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học Cả hai thiết bị này đều đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện năng và công nghiệp.

CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Mã bài: MH 21 -04 Giới thiệu:

Máy điện một chiều xuất hiện phổ biến trong nhiều thiết bị gia dụng hàng ngày, chẳng hạn như motor bơm nước và motor quạt máy, cũng như trong các ứng dụng công nghiệp Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về máy điện một chiều, giúp bạn hiểu rõ hơn về loại máy móc này.

- Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện một chiều.

- Vận hành và khắc phục được những hư hỏng thường gặp của máy điện một chiều.

- Có ý thức và trách nhiệm cao khi vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa máy điện một chiều.

Đối với người dạy, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu và uốn nắn sửa sai tại chỗ là rất quan trọng Bên cạnh đó, giáo viên cần yêu cầu học sinh ghi nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị của chúng Các bước quy trình thực hiện cũng cần được trình bày rõ ràng để đảm bảo hiệu quả trong quá trình dạy học.

- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học, thực hiện thao tác theo hướng dẫn. Điều kiện thực hiện bài học

- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác, mô hình thực hành máy điện

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Cấu tạo của máy điện một chiều

Gồm có 2 bộ phận chính là phần tĩnh và phần quay.

Vỏ máy được thiết kế để gắn các cực từ và tạo mạch từ nối liền các cực từ, giúp dẫn từ hiệu quả Đây là điểm khác biệt nổi bật so với vỏ máy của máy điện xoay chiều.

Trong các máy điện có công suất lớn, gông từ thường được chế tạo từ thép đúc Trong khi đó, máy điện có công suất nhỏ và vừa thường sử dụng thép tấm dày được uốn và hàn lại Đối với các máy nhỏ, gang cũng có thể được sử dụng làm vỏ máy.

2.1.1.2 Cực từ a) Cực từ chính

Cực từ chính là thành phần tạo ra từ trường, bao gồm lõi thép và dây quấn Lõi thép được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm hoặc 1mm, được ép chặt hoặc làm từ thép khối trong trường hợp máy công suất nhỏ Dây quấn cực từ chính được làm bằng đồng có lớp cách điện, được cuốn thành từng bối và sau đó được quấn băng và tẩm vécni cách điện Bối dây được lồng vào lõi thép và cố định với gông bằng bulông.

Cực từ phụ bao gồm lõi thép và dây quấn, trong đó lõi thép thường được làm từ thép khối Dây quấn của cực phụ tương tự như dây quấn của cực từ chính và được kết nối nối tiếp với dây quấn rôto Cực phụ được đặt xen kẽ với cực từ chính nhằm triệt tiêu tia lửa điện phát sinh giữa chổi và cổ góp.

Thường làm bằng dây đồng tròn hoặc dẹp, các đầu dây của các phần tử dây quấn (bối dây) được gộp lại tại cổ góp.

2.1.1.4 Chổi than và giá đỡ

Nắp máy được trang bị vành giá chổi than để kết nối với mạch điện bên ngoài Giá chổi than bao gồm các hộp chứa chổi than được gắn trên các thanh cách điện, kết nối với vành đế.

Các hộp chổi than được bố trí đối xứng quanh cổ góp, với các chổi than dương và âm xen kẽ nhau, cách nhau 180 độ điện Các chổi cùng dấu dương hoặc âm được kết nối với nhau qua dây điện Vị trí lắp đặt các chổi than nằm trên vùng trung tính vật lý của động cơ.

Chổi than bằng graphit có độ cứng thay đổi theo tốc độ động cơ, số lượng hộp chổi than và kích thước chổi than trên mỗi cực, phụ thuộc vào mật độ dòng điện Chổi than được ép lên mặt cổ góp nhờ các lò xo, cho phép điều chỉnh lực căng nhằm giảm thiểu hiện tượng tia lửa điện.

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

Rôto được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, có bề mặt sơn cách điện Các lá thép được dập thành hình dạng rãnh và ghép lại với nhau Rãnh này không chỉ là nơi đặt dây quấn mà còn có lỗ thông gió dọc theo trục, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động.

Dây đồng bọc cách điện với tiết diện tròn hoặc chữ nhật được lắp đặt trong rãnh của lõi thép theo một sơ đồ cụ thể Các mối dây này được kết nối với các phiến góp của cổ góp tại đầu trục.

Cổ góp bao gồm các phiến đồng có đuôi én được ghép lại thành hình trụ tròn, với lớp mica mỏng (0,2-1,2mm) cách điện giữa các phiến và với trục Phần cuối của phiến góp có rãnh để hàn các bối dây Nhờ vào cổ góp và chổi than, dòng điện xoay chiều trong dây quấn rôto được chuyển đổi thành dòng một chiều cung cấp cho mạch ngoài, do đó cổ góp còn được gọi là vành đổi chiều.

Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều

2.2.1 Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện một chiều

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện một chiều dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday Khi dây dẫn được đặt trong từ trường không ổn định, sẽ có một lực điện động (e.m.f) được cảm ứng trong dây dẫn Độ lớn của cảm ứng e.m.f có thể được xác định từ phương trình suất điện động của máy phát.

Khi dây dẫn tiếp xúc với làn kín, dòng điện cảm ứng sẽ chảy trong làn Trong máy phát điện một chiều, cuộn dây trường tạo ra một trường điện từ, đồng thời các dây dẫn phần ứng cũng biến thành trường Kết quả là một lực điện động cảm ứng (e.m.f) được sinh ra trong các dây dẫn phần ứng Dòng điện cảm ứng sẽ được xác định theo quy tắc bàn tay phải của Fleming Máy phát điện một chiều mang lại nhiều ưu điểm đáng chú ý.

 Sử dụng làm động cơ điện dễ dàng

 Phát điện trong nhiều điều kiện làm việc, môi trường khác nhau

Máy phát điện một chiều được chia thành nhiều loại, bao gồm máy phát điện một chiều kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp và kích từ hỗn hợp Mỗi loại máy phát điện này có ứng dụng đặc trưng và ưu điểm riêng, phù hợp với nhu cầu sử dụng khác nhau.

2.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều thường sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây điện từ để tạo ra từ trường Rotor của động cơ bao gồm các cuộn dây quấn, được kết nối với nguồn điện một chiều Một phần quan trọng khác là bộ phận chỉnh lưu, có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện để đảm bảo chuyển động quay của rotor diễn ra liên tục Bộ phận này thường bao gồm hai thành phần chính: một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.

Khi dòng điện đi qua cuộn dây, hay phần ứng, nằm giữa cực bắc và cực nam của nam châm, từ trường do cuộn dây tạo ra sẽ tương tác với từ trường của nam châm, dẫn đến việc hình thành mômen.

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều

Hướng của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái của Fleming, trong khi độ lớn của lực được tính bằng công thức F = B.I.L, với B là mật độ từ thông, I là dòng điện, và L là chiều dài của dây dẫn trong từ trường.

Quy tắc bàn tay trái của Fleming giúp xác định hướng của lực tác dụng lên vật dẫn dòng điện Khi duỗi ngón thứ nhất, ngón thứ hai và ngón cái của bàn tay trái vuông góc với nhau, ngón thứ nhất biểu thị hướng của từ trường, ngón thứ hai biểu thị chiều của dòng điện, và ngón cái chỉ ra hướng của lực tác động.

CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1 Anh/Chị hãy nêu khái niệm và phân loại máy điện một chiều ?

Câu 2 Anh/Chị hãy nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều ?

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

Thiết bị điện và hệ thống tự động hóa ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc cách mạng công nghiệp hiện nay, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất cho doanh nghiệp Việc tích hợp các thiết bị tự động hóa không chỉ tối ưu hóa quy trình vận hành công nghiệp mà còn hỗ trợ tích cực trong các hoạt động đời sống, đáp ứng nhu cầu của thời đại mới.

- Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số máy điện trong hệ thống tự động.

- Có ý thức và trách nhiệm cao khi vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống điện

Đối với giáo viên, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực là rất quan trọng, bao gồm diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu và uốn nắn, sửa sai ngay tại chỗ cho người học Bên cạnh đó, giáo viên cần yêu cầu học sinh ghi nhớ các giá trị đại lượng cùng với đơn vị của chúng Quy trình thực hiện các bước này sẽ giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập.

MÁY ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG 5 3 1 M ỤC TIÊU : 5 3 2) Nội dung 5 3 2.1 Máy phát tốc

Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ động cơ, bao gồm hai phần chính: cảm và ứng Có hai loại máy phát tốc: một chiều và xoay chiều, thường được sử dụng để đo tốc độ quay của máy phát điện Độ an toàn và chế độ làm việc của máy phụ thuộc nhiều vào tốc độ quay Trong trường hợp chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài thường được chuyển về đo tốc độ quay Do đó, cảm biến đo vận tốc góc đóng vai trò quan trọng trong việc đo vận tốc.

Tốc độ kế vòng kiểu điện từ đo tốc độ quay dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, bao gồm hai phần: phần cảm (nguồn từ thông) và phần ứng (phần có từ thông đi qua) Khi có chuyển động tương đối giữa hai phần, từ thông biến thiên dẫn đến sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng Tốc độ kế vòng loại suất điện động sử dụng nguyên tắc đo tần suất điện động của chuyển động tuần hoàn, như chuyển động quay Cảm biến này thường có một đĩa mã hóa gắn với trục quay, với các phần trong suất điện động xen kẽ các phần không trong suất điện động Chùm suất điện động chiếu qua đĩa đến đầu thu quang, tạo ra tín hiệu điện có tần suất tỷ lệ với vận tốc quay cần đo.

2.1.2 Đặc tính của máy phát tốc một chiều

Hình 5.1: Đặc tính của máy phát tốc một chiều

Sensin là thiết bị điện dùng để truyền thông tin về góc quay trục của các máy móc khác nhau từ xa Thiết bị này được ứng dụng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển từ xa Để thực hiện chức năng này, Sensin phát và Sensin thu có cấu tạo giống nhau, không cần nối trục mà chỉ kết nối điện Khi Sensin phát quay một góc bất kỳ, Sensin thu sẽ quay theo một góc tương ứng.

2.2.1 Cấu tạo của sensin một pha

Máy điện có hai thành phần chính là stato và roto Có hai kiểu cấu trúc: kiểu đầu tiên là roto với ba cuộn dây mắc sao, tương ứng với ba đầu ra, trong khi stato có một cuộn dây với hai đầu ra và mạch từ ở giữa Kiểu thứ hai là roto với một cuộn dây ứng với một đầu ra, còn stato có ba cuộn dây tương ứng với ba đầu ra.

- Về nguyên lý tác động: cơ cấu đo lường dùng sensin gồm 2 máy phát điện cực nhỏ xoay chiều nối với nhau bằng đường dây dẫn điện

Ứng dụng này được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực phòng không không quân, giúp điều khiển radar và bánh pháo thông qua một bộ lai cơ khí Khi cảm biến quay một góc, hệ thống có khả năng phản ứng nhanh chóng và chính xác.

Khi cảm biến quay 30 độ, sensin cũng sẽ quay một góc 30 độ theo cùng chiều, dẫn đến tín hiệu xuất ra có dạng analog hình sin tương ứng với tín hiệu đưa vào sensin.

2.2.2 Nguyên lý làm việc của sensin ở chế độ chỉ thị

Cuộn stator bao gồm hai cuộn: một cuộn kết nối với nguồn một pha và một cuộn nối tiếp với tụ điện, cũng kết nối với nguồn một pha, tạo ra từ trường quay Cuộn rotor có ba cuộn nối sao, lệch nhau 120 độ, giúp từ trường quay ở phần ứng cảm ứng lên rotor, tạo ra sức điện động ba pha cân bằng Các mạch stator và rotor được nối song song, và khi hai rotor ở vị trí tương đối giống nhau, sức điện động trên chúng sẽ đồng pha, dẫn đến dòng điện trong mạch rotor.

Khi một trong hai rotor lệch góc, tín hiệu ra của cả hai rotor cũng bị ảnh hưởng Dòng điện trong mạch hai rotor sẽ tác động lên chúng, kéo chúng về vị trí tương đối giống nhau Nếu không có lực cản, cả hai rotor sẽ quay ngược chiều nhau đến vị trí cân bằng giữa hai góc Tuy nhiên, do trục cần đo thường không thể di chuyển chỉ bằng lực của sensor, nên trục của sensor thu sẽ phải quay đến vị trí giống với sensor phát.

CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1 Anh/Chị hãy nêu Cấu tạo và nguyên lý làm việc?

Câu 2 Anh/Chị hãy nêu cấu tạo và nguyên lý làm việc Sensin?

CHƯƠNG 6: CÁC KHÍ CỤ ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Hiện nay, mọi gia đình và các nhà máy đều lắp đặt khí cụ điện để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện và đảm bảo an toàn cho máy móc Khí cụ điện là thiết bị quan trọng giúp kiểm soát và bảo vệ hệ thống điện, đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.

- Nêu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số khí cụ điện điều khiển và bảo vệ trong hệ thống điện

- Ứng dụng được trong hệ thống điều khiển hệ thống điện

- Có ý thức thận trọng trong việc vận hành và bảo dưỡng thiết bị điện

Đối với người dạy, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu, và uốn nắn sửa sai tại chỗ là rất quan trọng Điều này không chỉ giúp người học tiếp thu kiến thức hiệu quả mà còn yêu cầu họ ghi nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị của các đại lượng Các bước trong quy trình thực hiện cần được thực hiện một cách hệ thống để đảm bảo sự hiểu biết sâu sắc cho người học.

Sensin

Sensin là thiết bị điện giúp truyền tải thông tin về góc quay trục của các máy móc khác nhau từ xa Thiết bị này được ứng dụng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển từ xa Để thực hiện chức năng này, Sensin phát và Sensin thu có cấu tạo tương tự nhau và không cần nối trục, chỉ kết nối về mặt điện Khi Sensin phát quay một góc bất kỳ, Sensin thu cũng sẽ quay theo cùng một góc đó.

2.2.1 Cấu tạo của sensin một pha

Máy điện không đồng bộ gồm stato và roto, với hai kiểu cấu trúc khác nhau Kiểu thứ nhất có roto với 3 cuộn dây mắc sao tương ứng với 3 đầu ra, trong khi stato có 1 cuộn dây với 2 đầu ra và mạch từ ở giữa Kiểu thứ hai có roto với 1 cuộn dây cho ra 1 đầu ra, và stato với 3 cuộn dây tương ứng với 3 đầu ra.

- Về nguyên lý tác động: cơ cấu đo lường dùng sensin gồm 2 máy phát điện cực nhỏ xoay chiều nối với nhau bằng đường dây dẫn điện

Ứng dụng này được sử dụng phổ biến trong phòng không không quân, với khả năng điều khiển radar và bánh pháo thông qua một bộ lai cơ khí Khi cảm biến quay một góc, hệ thống có thể thực hiện các thao tác điều khiển chính xác.

Khi góc quay là 30 độ, cảm biến sẽ quay cùng chiều với góc đó, dẫn đến tín hiệu xuất ra có dạng analog hình sin tương ứng với tín hiệu đưa vào cảm biến.

2.2.2 Nguyên lý làm việc của sensin ở chế độ chỉ thị

Cuộn stator bao gồm hai cuộn: một cuộn kết nối với nguồn điện một pha và một cuộn kết nối tiếp với tụ điện, cũng như nguồn điện một pha đó, tạo ra từ trường quay Cuộn rotor có ba cuộn được nối sao, lệch nhau 120 độ, giúp từ trường quay ở phần ứng cảm ứng lên rotor, sinh ra sức điện động 3 pha cân bằng Các mạch stator và rotor được nối song song, và khi hai rotor ở vị trí tương đối giống nhau, sức điện động trên chúng sẽ đồng pha, dẫn đến dòng điện trong mạch rotor.

Khi một trong hai rotor lệch góc, tín hiệu ra của cả hai rotor cũng sẽ bị ảnh hưởng Dòng điện trong mạch hai rotor sẽ tác động lên nhau, kéo chúng về vị trí tương đối giống nhau Nếu không có lực cản, cả hai rotor sẽ quay ngược chiều nhau cho đến khi đạt được vị trí cân bằng Tuy nhiên, trong thực tế, trục cần đo thường không thể di chuyển chỉ nhờ lực của sensor, do đó trục của sensor thu phải quay đến vị trí tương đồng với sensor phát.

CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1 Anh/Chị hãy nêu Cấu tạo và nguyên lý làm việc?

Câu 2 Anh/Chị hãy nêu cấu tạo và nguyên lý làm việc Sensin?

CHƯƠNG 6: CÁC KHÍ CỤ ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Hiện nay, các gia đình, nhà máy và xí nghiệp đều lắp đặt khí cụ điện để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện và đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện Vậy khí cụ điện là gì và vai trò của nó trong việc bảo vệ các máy móc điện là như thế nào?

- Nêu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số khí cụ điện điều khiển và bảo vệ trong hệ thống điện

- Ứng dụng được trong hệ thống điều khiển hệ thống điện

- Có ý thức thận trọng trong việc vận hành và bảo dưỡng thiết bị điện

Để nâng cao hiệu quả giảng dạy, giáo viên nên áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu, và uốn nắn sửa sai tại chỗ cho học sinh Đồng thời, cần yêu cầu học sinh ghi nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị của các đại lượng Việc thực hiện quy trình này sẽ giúp người học tiếp thu kiến thức một cách hiệu quả hơn.

CÁC KHÍ CỤ ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Khí cụ điều khiển bằng tay

2.1.1 Cầu dao a ký hiệu: b Cấu tạo:

- Cực đấu dây (6) c Nguyên lý hoạt động

Cầu dao hoạt động nhờ lực tác động từ bên ngoài, cho phép đóng mở mạch điện Khi cầu dao được đóng, lưỡi dao tiếp xúc với ngàm dao, nối mạch điện; khi lưỡi dao rời khỏi ngàm, mạch điện bị ngắt Để đảm bảo ngắt điện hiệu quả cho thiết bị, chiều dài lưỡi dao phải lớn hơn 50mm Việc sử dụng lưỡi dao phụ và lò xo giúp tăng tốc độ ngắt mạch, nhanh chóng dập hồ quang và bảo vệ các bộ phận khỏi bị cháy xém Để cải thiện tiếp xúc giữa lưỡi dao và ngàm, cần giải quyết hai vấn đề quan trọng.

- Bề mặt tiếp xúc phải nhẵn sạch và chính xác.

- Lực ép tiếp điểm phải đủ mạnh.

Công tắc là thiết bị điện quan trọng, được sử dụng để điều khiển dòng điện bằng cách đóng cắt hoặc chuyển đổi mạch điện một cách thủ công Nó hoạt động hiệu quả trong các mạng điện có công suất nhỏ, với điện áp một chiều lên đến 440V và điện áp xoay chiều tối đa 500V.

Công tắc hộp thường được sử dụng làm cầu dao tổng cho máy công cụ và để mở, đóng trực tiếp cho động cơ điện có công suất nhỏ Ngoài ra, nó còn được dùng để điều khiển, đổi nối trong các mạch điện tự động, thay đổi chiều quay của động cơ điện, và chuyển đổi cách đấu điện cuộn dây Stato từ Y sang Δ.

Theo hình dạng bên ngoài, người ta chia công tắc làm ba loại:

Theo công dụng người ta chia công tắc ra các loại:

- Công tắc đóng ngắt trực tiếp.

- Công tắc chuyển mạch (hay công tắc vạn năng).

- Công tắc một pha dùng trong điện sinh hoạt. b Ký hiệu:

2.1.3 Nút ấn a Khái quát và công dụng:

Nút ấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là thiết bị quan trọng được sử dụng để đóng cắt từ xa các thiết bị điện, dụng cụ báo hiệu, và chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu, liên động, bảo vệ.

- Theo hình dáng bên ngoài người ta chia ra làm 4 loại: Loại hở, loại bảo vệ, loại chống nước chống bụi, loại bảo vệ chống nổ

-Theo yêu cầu điều khiển người ta chia ra loại một nút, loại hai nút, loại ba nút

- Theo kết cấu bên trong người ta chia ra loại có đèn và loại không có đèn c Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Nút nhấn thường mở hoạt động bằng cách thay đổi trạng thái từ mở sang đóng khi có lực tác động, tạo thành mạch kín để gửi tín hiệu điều khiển đến thiết bị điện; khi không còn lực, nó trở lại trạng thái ban đầu Ngược lại, nút nhấn thường đóng sẽ mở ra khi có lực tác động, tạo mạch hở để ngắt tín hiệu điều khiển thiết bị điện, và cũng trở lại trạng thái ban đầu khi không còn lực Đối với nút nhấn liên động, khi có lực tác động, tiếp điểm thường đóng mở trước, sau đó tiếp điểm thường mở đóng lại, và khi không còn lực, nó cũng trở về trạng thái ban đầu.

Các tiếp điểm tĩnh 3 được gắn trên các vành nhựa bakêlit cách điện 2 và có đầu vặn vít nhô ra khỏi hộp Tiếp điểm động 4 được lắp trên cùng một trục, cách điện với trục và nằm trong các mạch khác nhau tương ứng với các vành 2 Khi trục quay đến vị trí thích hợp, một số tiếp điểm động sẽ tiếp xúc với các tiếp điểm tĩnh, trong khi số khác sẽ rời khỏi tiếp điểm tĩnh Việc chuyển dịch của tiếp điểm động được thực hiện nhờ cơ cấu cơ khí với núm vặn 5 Bên cạnh đó, lò xo phản kháng được đặt trong vỏ hộp để tạo ra sức bật nhanh, giúp dập tắt hồ quang một cách hiệu quả Hình dạng cấu tạo công tắc hộp ở Việt Nam, Liên Xô, Đức, Pháp tương tự như hình trên, chỉ khác nhau một chút về cấu trúc.

Công tắc hành trình và công tắc điểm cuối là thiết bị quan trọng trong việc điều khiển mạch điện trong hệ thống truyền động điện tự động Chúng hoạt động dựa trên tín hiệu hành trình của các cơ cấu chuyển động cơ khí, giúp tự động điều chỉnh hành trình làm việc và ngắt điện an toàn khi đạt đến điểm cuối Các loại công tắc này có thể được phân loại theo cấu tạo, bao gồm kiểu ấn, kiểu đòn, kiểu trụ và kiểu quay.

Khí cụ điều khiển tự động

Cầu chì là một thiết bị điện quan trọng giúp bảo vệ các thiết bị và lưới điện khỏi dòng điện ngắn mạch Đây là loại cầu chì phổ biến và đơn giản nhất, thường được sử dụng để bảo vệ đường dây, máy biến áp, động cơ điện và mạng điện trong gia đình.

Khi mạch điện bị quá tải lớn và kéo dài, cầu chì có thể hoạt động, nhưng không nên dựa vào tính năng này, vì nó có thể làm giảm tuổi thọ thiết bị và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đường dây điện Việc phân loại các tình huống quá tải là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.

Dựa vào kết cấu người ta phân cầu chì làm các loại sau:

Loại dây chảy này không có vỏ bọc kín, thường chỉ bao gồm các phiến làm từ chì lá, kẽm, hoặc hợp kim chì và thiếc, nhôm, đồng lá mỏng được dập cắt thành hình dạng cụ thể Những phiến này được cố định chắc chắn vào các đầu cực dẫn điện thông qua vít, đặt trên các bản cách điện làm bằng đá hoặc sứ Ngoài ra, dây chảy còn có dạng hình tròn được làm từ chì.

Dây chảy 1 được kết nối với nắp 2 ở phía trong, với thiết kế nắp dạng răng vít giúp vặn chặt vào đế Dây chảy thường được làm từ đồng, nhưng cũng có thể sử dụng bạc Sản phẩm có các cỡ dòng điện định mức 6A, 15A, 20A, 25A, 30A và 60A, phù hợp với điện áp 500V.

Hộp và nắp được chế tạo từ sứ cách điện, được gắn chặt vào các tiếp điểm bằng đồng Dây chảy được cố định bằng vít vào các tiếp điểm, thường sử dụng dây chì tròn hoặc chì lá với kích thước phù hợp.

Cầu chì được chế tạo theo các cỡ dòng điện định mức: 5, 10, 15, 20, 30, 80, 100A ở điện áp 500V. b Nguyên lý:

Dòng điện trong mạch đi qua dây chảy sẽ làm tăng nhiệt độ của dây theo định luật Joule-Lenz Nếu dòng điện trong mạch ở mức bình thường và nhiệt lượng sinh ra không vượt quá khả năng chịu đựng của dây, mạch sẽ hoạt động ổn định.

Khi xảy ra ngắn mạch hoặc quá tải lớn, dòng điện tăng cao gây ra nhiệt lượng lớn, dẫn đến việc dây chảy bị đứt và mạch điện bị cắt, từ đó bảo vệ thiết bị khỏi hư hại.

- Áp tô mát là loại khí cụ điện dùng để đóng cắt có tải, điện áp đến 600V dòng điện đến 1000A.

- Áp tô mát sẽ tự động cắt mạch khi mạch bị sự cố ngắn mạch, quá

Hình 6.1: Các hình dạng của dây chảy tải, kém áp.

Áp tô mát, hay còn gọi là máy cắt không khí, cho phép thao tác với tần số lớn nhờ vào buồng dập hồ quang, nơi hồ quang được dập tắt trong không khí Việc phân loại áp tô mát giúp hiểu rõ hơn về các loại thiết bị này và ứng dụng của chúng trong hệ thống điện.

- Theo kết cấu người ta chia áp tô mát ra 3 loại : một cực, hai cực và ba cực.

- Theo thời gian thao tác người ta chia áp tô mát ra làm 2 loại:

+ Loại tác động tức thời (nhanh)

+ Loại tác động không tức thời.

Áp tô mát được chia thành các loại dựa trên công dụng bảo vệ, bao gồm áp tô mát cực đại theo dòng điện, cực tiểu theo dòng điện, cực tiểu theo điện áp và áp tô mát dòng điện ngược Những loại áp tô mát này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

Trong một số trường hợp cần bảo vệ tổng hợp, như cực đại theo dòng điện và cực tiểu theo điện áp, loại áp tô mát vạn năng b với ký hiệu c sẽ được sử dụng Nguyên lý hoạt động của thiết bị này cho phép bảo vệ hiệu quả hệ thống điện.

Hình 6.4: Nguyên lý AptomatHình 6.3: Cấu tạo của Aptomat

Lúc mạng điện bình thường, các chi tiết ở vị trí như hình vẽ, mạch được đóng kín.

Khi mạch bị ngắn mạch hoặc quá tải, dòng điện tăng cao, khiến rơ le dòng điện hút lá sắt non Điều này làm tay đòn tác động vào cần răng, dẫn đến việc nhả móc Dưới lực kéo của lò xo, bộ phận tiếp xúc sẽ mở ra và mạch bị cắt.

Khi xảy ra sụt áp, rơ le điện áp sẽ kích hoạt để nhả lá sắt non Dưới tác động của lò xo, lá sắt non sẽ đẩy tay đòn, làm cho cần răng và móc cũng bị nhả, dẫn đến việc cắt mạch điện.

2.2.3 Công tắc tơ a Phân loại:

Theo nguyên lý truyền động, có ba loại công tắc tơ: công tắc tơ kiểu điện từ, kiểu hơi ép và kiểu thuỷ lực Trong đó, công tắc tơ kiểu điện từ là loại thường gặp nhất và được chia thành hai loại khác nhau.

- Công tắc tơ chính: có 3 tiếp điểm chính còn lại là tiếp điểm phụ.

Công tắc tơ phụ chỉ bao gồm các tiếp điểm phụ mà không có tiếp điểm chính Có hai dạng công tắc tơ dựa trên loại dòng điện, bao gồm công tắc tơ điện một chiều và công tắc tơ điện xoay chiều.

+ Theo kết cấu ta có: công tắc tơ dùng ở nơi hạn chế chiều cao (ở bảng điện gầm xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (buồng tàu điện). b Ký hiệu

Thường được ký hiệu bởi 1 ký số: Các ký số đó là: 1 - 2; 3 - 4; 5 - 6.

Trong công tắc tơ chính, 3 tiếp điểm đầu tiên bên tay trái luôn luôn là tiếp điểm chính, những tiếp điểm còn lại là tiếp điểm phụ.

Thường được ký hiệu bởi 2 ký số:

- Ký số thứ nhất: Chỉ vị trí tiếp điểm (số thứ tự, đánh từ trái sang).

- Ký số thứ hai: Chỉ vai trò tiếp điểm:

+ 3 - 4 (NO): Thường mở. c Cấu tạo:

Mạch từ là các lõi thép hình EI hoặc UI, được cấu tạo từ lá tôn silic dày 0,35mm hoặc 0,5mm nhằm giảm thiểu tổn hao dòng điện xoáy Mạch từ thường gồm hai phần: phần tĩnh được kẹp chặt cố định và phần động là nắp, kết nối với hệ thống tiếp điểm qua tay đòn.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN

Các loại cơ cấu đo cơ bản

2.1.1 Phân loại và ký hiệu

Dụng cụ đo được phân loại như sau:

Dụng cụ đo biến đổi thẳng ,là đại lượng mà đại lượng cần đo X được biến đổi thành lượng ra Y theo một đường thẳng không có khâu phản hồi

Dụng cụ đo kiểu biến đổi bù là thiết bị sử dụng mạch phản hồi để chuyển đổi đại lượng đo được Y thành đại lượng bù Xk, nhằm bù đắp tín hiệu đo X.

Mạch đo là mạch khép kín Phép đo được diển ra sau các chuyển đổi sơ cấp.

Theo phương pháp so sánh, đại lượng đo được phân thành:

Dụng cụ đo đánh giá trực tiếp là thiết bị được chế tạo với các thang đo được khắc sẵn theo đơn vị của đại lượng cần đo Khi thực hiện phép đo, đại lượng cần đo sẽ được so sánh trực tiếp với thang đo để đưa ra kết quả chính xác.

Dụng cụ đo kiểu so sánh: là dụng cụ đo thực hiện việc so sánh qua mổi lần đo Sơ đồ đo là sơ đồ kiểu biến đổi bù.

Theo phương pháp đưa ra thông tin đo được chia thành:

Dụng cụ đo tương tự là thiết bị có số chỉ thể hiện một hàm liên tục của đại lượng cần đo Các loại dụng cụ đo tương tự bao gồm dụng cụ có kim chỉ và dụng cụ đo kiểu tự ghi, trong đó kết quả đo được ghi lại dưới dạng đường cong phụ thuộc vào thời gian.

Dụng cụ đo chỉ thị số là thiết bị chuyển đổi đại lượng đo liên tục thành dạng rời rạc, với kết quả đo được hiển thị dưới dạng số.

Theo các đại lượng đo: Các dụng cụ được mang tên đại lượng đo như vônmét, ampe mét, ômmét.

2.1.1.2 Ký hiệu : Bảng 7.1: Một số ký hiệu trên dụng cụ đo

` Cơ cấu kiểu từ điện, khung dây ở phần động

Cơ cấu kiểu từ điện, nam châm ở phần động

Cơ cấu đo từ điện dùng diode chỉnh lưu

Cơ cấu đo kiểu điện từ

Cơ cấu đo kiểu điện động

Cơ cấu đo kiểu sắt điện động

Cơ cấu đo kiểu cảm ứng

Cơ cấu đo máy điện

2 Trạng thái đặt dụng cụ đo Đặt thiết bị đo theo phương thẳng đứng Đặt thiết bị đo theo phương nằm ngang Đặt thiết bị đo nghiêng một góc 60° so với phương nằm ngang

3 Độ cách điện của vỏ dụng cụ đo Độ cách điện của vỏ dụng cụ đo từ 0V đến 500V

2 Độ cách điện của vỏ dụng cụ đo từ 500V đến 2kV

2.1.2 Cơ cấu kiểu từ điện

Cơ cấu đo kiểu từ điện có hai phần chính là phần tĩnh và phần động.

Hình 7.3: Cơ cấu chỉ thị từ điện

Khung dây được cấu tạo từ nhiều vòng dây đồng nhỏ (0,02 ÷ 0,05 mm) có lớp cách điện, quấn quanh một khuôn nhôm hình chữ nhật và đặt trên trục quay Sự chuyển động của khung dây được tạo ra nhờ lực tương tác giữa từ trường của khung dây khi có dòng điện và từ trường của nam châm vĩnh cửu Để tối ưu hóa chuyển động quay, khối lượng của khung dây cần phải nhỏ, giảm thiểu ảnh hưởng của Momen quán tính Lõi sắt hình trụ tròn được đặt giữa hai cực nam châm, tạo khe hở không khí nhỏ và đều, giúp giảm từ trở giữa các cực từ và tăng mật độ từ thông qua khe hở này.

Lò xo xoắn ốc được lắp đặt ở hai đầu khung dây với chiều ngược nhau, một đầu gắn vào trục khung dây và đầu kia cố định Chức năng chính của lò xo xoắn ốc là tạo ra Momen cản (Mc) cân bằng với lực điện từ Ngoài ra, lò xo còn được sử dụng để dẫn dòng điện vào và ra khỏi khung dây; khi không có dòng điện, lò xo sẽ đưa kim chỉ thị về vị trí ban đầu.

Kim chỉ thị được gắn liền với khung dây, cho phép dịch chuyển theo khung và chỉ giá trị tương ứng trên mặt thang đo Kim thường được làm từ nhôm mỏng, với đuôi có gắn đối trọng để giữ thăng bằng cho phần động Đầu kim có hình dẹt và độ dày nhỏ hơn khoảng cách giữa các vạch trên thang chia độ Nam châm vĩnh cửu gồm hai cực N và S, được thiết kế bo tròn quanh lõi sắt, tạo ra khe hở nhỏ giữa phần tĩnh và phần động nhằm tạo ra từ trường đều.

Khi dòng điện chạy qua khung dây, từ trường cảm ứng của khung dây tác động với từ trường của nam châm vĩnh cửu, tạo ra lực tương tác Lực này tác động lên các cạnh của khung dây, sinh ra momen quay và làm dịch chuyển phần động Chiều của lực tương tác được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi dòng điện cần đo càng lớn, khung dây quay càng nhiều, dẫn đến góc quay của kim chỉ thị cũng lớn hơn.

Lực điện từ tác dụng lên các cạnh khung dây có trị số bằng nhau nhưng ngược chiều.

F : lực điện từ tác dụng lên một cạnh khung dây (N)

B : độ cảm ứng từ trong khe hở không khí (T)

I : cường độ dòng điện chạy qua khung dây (A)

L : chiều dài tác dụng của khung dây (m) Momen quay của lực điện từ F:

S : diện tích của khung dây (m 2 )

Khi khung dây dịch chuyển, lò xo xoắn ốc tạo ra Momen cản (Mc).

Kc : hệ số cản của lò xo α : góc quay của kim chỉ thị

Hệ số cản của lò xo phụ thuộc vào tính chất đàn hồi của vật liệu chế tạo lò xo cũng như kích thước hình dạng của nó.

Khi khung dây đứng yên ở vị trí tương ứng với dòng điện cần đo, ta có:

Góc lệch α tỉ lệ thuận với dòng điện I Dòng điện chạy qua khung dây càng lớn thì góc lệch α càng tăng.

Để cải thiện độ nhạy của cơ cấu đo, có thể thực hiện hai biện pháp chính: tăng cường độ lớn của cảm ứng từ B trong khe hở không khí và tăng số vòng dây quấn của khung dây.

Đo các thông số của mạch điện

2.2.1 Đo dòng điện a Phương pháp đo dòng điện một chiều:

Để đo dòng điện bằng đồng hồ vạn năng, bạn cần kết nối đồng hồ (Ampe kế) nối tiếp với tải tiêu thụ Lưu ý rằng chỉ nên đo dòng điện nhỏ hơn giá trị tối đa của thang đo để đảm bảo an toàn và chính xác.

Phương pháp đo dòng điện

- Thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Xoay vít chỉnh sau cho kim đo về vị trí trùng với vạch 0 trên bảng tỷ lệ

Để đo dòng điện, bạn cần xoay núm chọn về vị trí DCmA và chọn thang đo phù hợp với dòng điện cần đo nhằm tránh hiện tượng quá dòng, có thể làm hỏng đồng hồ đo VOM.

Khi đo dòng điện mà không biết phạm vi giá trị, nên chọn thang đo lớn nhất là 2.5A Nếu kim lệch ít, hãy chuyển sang thang đo có giá trị nhỏ hơn và giảm dần để có kết quả chính xác hơn.

Bước 3: Kết nối que đỏ nối với cực dương (+), que đen nối với cực âm (-) của dòng điện cần đo.

* Lưu ý: Đặt ngược que đo khi đo dẫn đến làm hỏng đồng hồ đo VOM.

Bước 4: Đọc kết quả đo

Giá trị đo được = Số chỉ trên vạch chia độ X giá trị thang đo

* Cách 2 : Dùng thang đo áp DC (đo gián tiếp) để xác định giá trị dòng điện:

Để đo dòng điện qua tải, chúng ta có thể sử dụng phương pháp đo sụt áp trên điện trở hạn dòng mắc nối với tải Giá trị dòng điện có thể được tính bằng cách chia điện áp đo được cho giá trị của điện trở hạn dòng Phương pháp này cho phép đo các dòng điện lớn hơn khả năng của đồng hồ, đồng thời đảm bảo an toàn hơn khi thực hiện phép đo.

Giá trị dòng điện được tinh theo công thức: tai

I  V b Phương pháp đo dòng điện xoay chiều:

Ampe kế kìm thường được sử dụng để đo dòng điện xoay chiều trong các tải lớn, chẳng hạn như dòng điện chạy qua cuộn dây của động cơ điện và máy phát điện.

Trong dòng điện xoay chiều, từ trường biến thiên do dòng điện tạo ra có khả năng gây ra cảm ứng điện từ lên một cuộn cảm gần đó Đây chính là nguyên lý hoạt động của Ampe kế kìm.

Ampe kế kìm dạng kim Ampe kế kìm dạng kim c Sử dụng máy đo để đo dòng điện

Ta tiến hành theo các bước sau:

Bước 1 Xác định vị trí của mạch điện càn đo dòng điện

- Xác định đúng loại dòng điện và mức dòng điện cần đo

- Vị trí và tính chất của dòng điện cần đo.

Bước 2: Chọn thiết bị đo dòng điện

- Chọn đúng loại thiết bị có chức năng đo, giới hạn thang đo và độ nhạy của thiết bị đo thích hợp với dòng điện cần đo.

- Hiểu được tác dụng các nút, chuyển mạch và cung khắc độ, màn hiện thị trên mặt thiết bị đo và các chỉ dẫn khác của nhà chế tạo.

Bước 3: Vẽ sơ đồ đấu nối thiết bị đo trong mạch đo.

- Sơ đồ đấu nối mạch đo rõ ràng, chính xác

- Xác định chính xác chức năng đo dòng điện (AC hoặc DC) của thiết bị tương ứng với dòng điện cần đo đã xác định ở bước 1.

- Xác định chính xác giới hạn thang đo của thiết bị đo trong mạch đo.

- Xác định đúng vị trí đấu nối, cực tính và cách đấu nối thiết bị trong mạch đo.

Bước 4: Đấu nối thiết bị vào mạch đo.

- Đấu nối thiết bị đo vào mạch đo theo quy trình sau:

- Xác định đúng vị trí đấu nối thiết bị trong mạch điện thực tế cần đo dòng điện theo sơ đồ đã xác định.

- Đặt vị trí của thiết bị đo thẳng đứng hoặc nghiêng đúng theo quy định

- Chọn chức năng đo của của thiết bị đúng với dòng điện cần đo.

- Chọn thang đo của thiết bị đo có giới hạn thang đo thích hợp.

- Đấu nối thiết bị đo

- Hai đầu que đo của thiét bị phải tiếp xúc tốt (Rtx=0 ), cố định với điểm đo và không được chạm sang mạch điện khác.

Bước 5: Đọc kết quả đo.

- Tính toán, đọc kết quả đo chính xác trên vòng cung khắc độ hoặc trên màn hiện thị DMM.

- Ghi kết quả đo vào sổ tay hoặc tài liệu kỹ thuật.

- Tách máy đo ra khỏi mạch đo.

- Đặt máy đo ở chế độ an toàn (không làm việc).

- Ghi chép nhật ký kết thúc ca làm việc với máy đo.

Dùng Vônmet hoặc đồng hồ vạn năng (V.O.M) để đo điện áp của một mạch điện.

Khi o i n áp ta m c vônmet ho c V.O.M song song v i hai i m c n ođ đ ệ ắ ặ ớ đ ể ầ đ i n áp N u l i n áp m t chi u thì ph i t úng que o v o i m c n o. đ ệ ế à đ ệ ộ ề ả đặ đ đ à đ ể ầ đ

Cách dùng đồng hồ đo điện áp để đo điệnáp của mạch máy điện a Phương pháp đo điện áp một chiều.

Thực hiện theo các bước sau:

- Bước 1: Xoay vít chỉnh sau cho kim đo về vị trí trùng với vạch 0 trên bảng tỷ lệ

Để đo điện áp, hãy xoay núm chọn về vị trí DCV và chọn thang đo phù hợp với điện áp cần đo, nhằm tránh hiện tượng quá điện áp có thể làm hỏng đồng hồ đo VOM.

- Bước 3: Kết nối que đỏ vào cực dương (+), que đen nối với cực âm (-) của nguồn điện áp cần đo.

* Lưu ý: Đặt ngược que đo khi đo dẫn đến làm hỏng đồng hồ đo VOM.

- Bước 4: Đọc kết quả đo

Kết quả = Số chỉ trên vạch chia X giá trị thang đo

Ví dụ: Chọn thang đo 50V (mỗi vạch lớn là 5V), kim đồng hồ chỉ vạch lớn thứ

4 thì kết quả đo là: U = 5.4 = 20V.

Khi đo điện áp, nếu không biết phạm vi giá trị, nên chọn thang đo lớn nhất là 1000V Nếu kim lệch ít, hãy giảm thang đo dần dần Nếu thang đo thấp hơn điện áp cần đo, kim sẽ báo kịch kim; nếu thang đo quá cao, kim sẽ không chính xác Phương pháp đo điện áp xoay chiều cũng cần lưu ý những điều này.

Thực hiện theo các bước sau:

- Bước 1: Xoay vít chỉnh sau cho kim đo về vị trí trùng với vạch 0 trên bảng tỷ lệ

Để đo điện áp, hãy xoay núm chọn về vị trí ACV và chọn thang đo phù hợp với điện áp cần đo Điều này giúp tránh hiện tượng quá điện áp, bảo vệ đồng hồ đo VOM khỏi hư hỏng.

- Bước 3: Kết nối 2 que đỏ vào 2 điểm cần đo điện áp AC (không phân biệt que đo)

- Bước 4: Đọc kết quả đo

Kết quả = Số chỉ trên vạch chia X giá trị thang đo

Ví dụ: Chọn thang đo 1000VAC (mỗi vạch lớn là 100V), kim đồng hồ chỉ vạch lớn thứ 2 thì kết quả đo là: U = 100.2 = 200V.

Khi đo điện áp mà không biết phạm vi giá trị cần đo, nên chọn thang đo lớn nhất là 1000V Nếu kim lệch ít, hãy chọn thang đo nhỏ hơn và giảm dần Nếu sử dụng thang đo thấp hơn điện áp cần đo, đồng hồ sẽ báo kịch kim.

Khi đo điện áp xoay chiều, tuyệt đối không sử dụng thang đo điện trở hoặc thang đo dòng điện, vì nếu nhầm lẫn, đồng hồ sẽ bị hỏng ngay lập tức Thay vào đó, hãy sử dụng máy đo VOM hoặc DMM để thực hiện việc đo điện áp một cách chính xác.

 Đo điện áp một chiều:

Thực hiện đo điện áp một chiều trên các mạch chỉnh lưu, một số mạch khuếch đại cơ bản và một số mạch máy điện khác.

Ví dụ: Đo điện áp DC trên các điện trở cảu mạch sau

DC thích hợp Đo điện áp rơi trên điện trở RE

 Đo điện áp xoay chiều:

Thực hiện đo điện áp xoay chiều trên biến áp cảm ứng 1 pha: gồm điện áp trên sơ cấp và thứ cấp.

Ví dụ: Trên hình ta đang đo điện áp AC 12V, ta chọn thang đo 50VAC là được

DC thích hợp Đo điện áp AC không cần phân biệt que đo

2.2.3 Đo điện trở, Đo công suất, Đo tần số a Đo điện trở:

Phương pháp đo điện trở gián tiếp sử dụng hai dụng cụ chính là Vônmét và Ampemét để đo áp và dòng điện trên phần tử cần đo.

Hình 7.4a,b là sơ đồ đo điện trở R dựa trên định luật Ôm R I

Mặc dù có thể sử dụng các dụng cụ đo chính xác, nhưng giá trị điện trở thu được từ phương pháp này có thể bị sai số lớn Giá trị Rx đo được sẽ khác nhau tùy thuộc vào cách mắc Ampemét và Vônmét.

Từ hình 7.4a ta có: R x v v òI

Hình 7.4: Đo điện trở bằng Vônmét và ampemét

 Phương pháp đo điện trở thông qua cầu cân bằng

Cầu cầu cân bằng là thiết bị dùng đo điện trở rất chính xác.

Để xác định điện trở chưa biết R x, cần điều chỉnh biến trở R 1 cho đến khi điện kế chỉ 0 Khi đó, cầu đang ở chế độ cân bằng, tức là điện thế tại hai điểm V bằng nhau.

A = V B do dòng điện không đi qua điện kế nên I1 chạy qua R1,R2 và I2 chạy qua R3 ,R x ta có :

I1R2= I2R x Chia hai biểu thức ta được :

Từ đó tính được điện trở chưa biết :

VớI R3 và R2 là các điện trở cố định do đó tỷ số R R  k

Hệ số nhân k là yếu tố quan trọng trong việc xác định độ chính xác của cầu cân bằng Độ chính xác này phụ thuộc vào độ nhạy của chỉ thị và điện áp cung cấp, vì vậy chỉ thị cần có độ nhạy cao, đồng thời nguồn cung cấp phải đảm bảo dòng điện qua chỉ thị không vượt quá giới hạn cho phép Cấp chính xác của cầu đơn đo điện trở thuần cũng phụ thuộc vào giới hạn đo.

 Phương pháp đo trực tiếp:

Một cách đơn giản để xác định giá trị điện trở là sử dụng phương pháp đo trực tiếp bằng VOM.

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TÀU THUỶ

Khái niệm về hệ thống truyền động điện

Hệ truyền động điện bao gồm các thiết bị điện, thiết bị điện từ và máy điện, có chức năng chuyển đổi điện năng thành cơ năng để cung cấp cho các cơ cấu chấp hành trong máy sản xuất Đồng thời, nó cũng đảm nhiệm việc điều khiển quá trình biến đổi năng lượng này.

Hình 8.1: Cấu trúc hệ thống truyền động điện

2.1.1.2 Chức năng của các khâu

Phần động lực bao gồm bộ biến đổi và động cơ truyền động, với các loại bộ biến đổi phổ biến như máy phát một chiều, máy phát xoay chiều, khuếch đại từ, và các thiết bị như chỉnh lưu Thyristor, biến tần, và Chopper Động cơ điện được chia thành nhiều loại, bao gồm động cơ điện một chiều, động cơ xoay chiều đồng bộ, động cơ không đồng bộ và các loại động cơ điện đặc biệt khác.

Phần điều khiển bao gồm các cơ cấu đo lường, bộ điều chỉnh thông số và công nghệ, cùng với thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ cho công nghệ và người vận hành Bên cạnh đó, còn có các hệ truyền động kết nối với các thiết bị tự động khác trong dây chuyền sản xuất.

2.1.2 Các trạng thái làm việc

Dòng công suất điện (Pđiện) được coi là dương khi nó truyền từ nguồn đến động cơ, nơi động cơ chuyển đổi công suất điện thành công suất cơ.

Công suất cơ (Pcơ) được tính bằng công thức Pcơ = M.ωt, là năng lượng mà máy sản xuất và tiêu thụ tại cơ cấu công tác Giá trị của công suất cơ này sẽ dương khi mômen động cơ sinh ra có cùng chiều với tốc độ quay.

2.1.2.2 Trạng thái không ổn định

Khi hệ truyền động hoạt động, dưới một số điều kiện nhất định, cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng từ động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ Cơ năng này được truyền đến trục động cơ, khiến động cơ tiếp nhận năng lượng và hoạt động như một máy phát điện.

Công suất điện được coi là âm khi nó chảy từ động cơ về nguồn Tương tự, công suất cơ cũng có giá trị âm khi truyền từ máy sản xuất về động cơ, trong khi mômen động cơ phát sinh ngược chiều với tốc độ quay.

Trạng thái hãm: Hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng Trạng thái hãm ở góc II, IV của mặt phẳng ωt (M)

+ Hãm tái sinh: Pđ < 0, Pc < 0, cơ năng → điện năng trả về lưới

+ Hãm ngược: Pđ > 0, Pc < 0, điện năng + cơ năng → tổn thất ΔP

+ Hãm động năng: Pđ = 0, Pc < 0, cơ năng → tổn thất ΔP

Truyền động điện cho bơm và quạt gió

2.2.1 Đặc điểm của động cơ điện truyền động cho bơm và quạt gió Đây là nhóm tải quan trọng trên tàu thuỷ Công suất tiêu thụ của nhóm tải này khoảng 30  50% với tàu hàng khô, 30 - 60% với tàu khách, 40 - 80% với tàu dầu,

75 - 80% với tàu kéo, cứu hộ Như vậy, công suất toàn bộ nhóm tải TĐĐ đã chiếm gần 80% công suất trạm phát

Nhóm tải này có chức năng sau:

Để đảm bảo sự hoạt động hiệu quả của con tàu, cần sử dụng các loại bơm thiết yếu cho máy chính, bao gồm bơm dầu bôi trơn, bơm nhiên liệu, bơm làm mát, bơm chuyển dầu, máy lọc và thiết bị nén gió.

- An toàn cho con tàu: Bơm cứu hoả, nước vệ sinh, thông gió, máy lạnh thực phẩm …

- Bảo quản hàng hoá: Thông gió hầm hàng, bơm hàng trên những tàu dầu…

Theo chức năng, nhóm tải bơm, quạt gió chia làm 2 loại:

- Nhóm phục vụ các thiết bị động lực như: bơm nhiên liệu dầu nhờn, làm mát tuần hoàn, quạt gió cửa nạp Diezen chính

- Nhóm hệ thống phục vụ trên tàu: Balát, hầm hàng, khí khô, cứu đắm, cứu hoả, nước sinh hoạt…

Bơm được phân loại theo nguyên tắc hoạt động thành nhiều loại như bơm ly tâm, bơm pittông, bơm cánh đẩy, bơm trục, vịt bơm và bơm bánh răng Ngoài ra, quạt gió cũng có thể được chia thành quạt ly tâm và cánh hướng trục Bên cạnh đó, bơm còn được phân loại theo loại chất lỏng mà chúng phục vụ, bao gồm bơm nước, bơm dầu và bơm dầu nhờn.

Bơm được phân chia theo áp lực mà chúng tạo ra, bao gồm bơm áp lực thấp (dưới 5 kg/cm²), bơm áp lực trung bình (từ 5 đến 50 kg/cm²) và bơm áp lực cao (trên 50 kg/cm²) Ngoài ra, bơm cũng có thể được phân loại dựa trên năng suất Đối với quạt gió, áp lực được phân chia thành áp lực thấp (dưới 100 mm cột nước) và áp lực trung bình.

2.2.2 Khai thác và bảo dưỡng

- Lưu lượng Q: Lượng chất lỏng hay khí đi qua tiết diện ống ra trong 1 đơn vị thời gian (l/ph, m 3 /giờ…)

- Cột áp là năng lượng cần thiết để chuyển tải 1 đơn vị khối lượng chất lỏng hoặc khí, đơn vị đo là mét (m) hoặc atmốtphe.

Theo quy định của đăng kiểm, một số thiết bị như bơm và quạt gió trên tàu phải có khả năng ngắt từ xa, bao gồm bơm nhiên liệu, quạt gió nồi hơi và quạt gió buồng máy Đặc biệt, đối với bơm hút khô hầm hàng, cần phải có cả chức năng khởi động và dừng từ xa.

Vị trí điều khiển phải đặt cao trên boong

Các bơm hàng và bơm rửa hầm trên tàu dầu không chỉ có khả năng khởi động và dừng từ xa mà còn cho phép điều chỉnh tốc độ quay Hệ thống này còn được trang bị chức năng đo, kiểm tra và báo động nhiệt độ ổ đỡ cho bơm và động cơ, đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động tối ưu.

Tự động điều khiển được sử dụng phổ biến trong các hệ thống tải bơm, quạt gió và máy nén trên tàu thuỷ Các ứng dụng như bơm nước sinh hoạt, bơm nước vệ sinh, bơm nồi hơi, bơm dầu két trực nhật, máy nén khí khởi động và máy nén trong hệ thống máy lạnh thực phẩm đều được điều khiển tự động dựa trên áp lực hoặc mức chất lỏng.

Truyền động điện cho cơ khí làm hàng

Các phương tiện làm hàng trên tàu thuỷ rất đa dạng, bao gồm nhiều loại thiết bị và phương pháp điều khiển khác nhau Trong số đó, tời hàng và cần cẩu là hai loại phổ biến nhất.

2.3.2 Khai thác và bảo dưỡng a Hệ thống làm hàng điện thuỷ lực: Động cơ thực hiện là động cơ lai bơm thuỷ lực, thường là động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc Động cơ thường chỉ được khởi động một lần trước khi làm hàng không cần điều chỉnh tốc độ và đổi chiều Thường dùng phương pháp đổi nối sao tam giác Để điều chỉnh tốc độ cho thiết bị làm hàng, người ta điều chỉnh trực tiếp lượng dầu thuỷ lực qua van thuỷ lực hoặc van điện từ Loại này tuy có nhược điểm truyền tải đi xa khó khăn, khi làm việc gây tiếng ồn lớn, hiệu suất không cao do tổn hao trên đường ống, gây ô nhiễm môi trường khi ống cũ, vỡ, làm việc không tốt ở nhiệt độ môi trường thấp, nhưng ưu điểm của hệ thống làm hàng thuỷ lực là kết cấu đơn giản, bền vững, ít chịu ảnh hưởng của nước biển, nhiệt độ môi trường, thích hợp đặt trên mặt boong. b Hệ thống làm hàng điện cơ: Động cơ thực hiện là động cơ điện một chiều hoặc xoay chiều Các động cơ điện một chiều có ưu điểm là khả năng điều chỉnh tốc độ láng, khoảng điều chỉnh rộng song có nhược điểm là cấu tạo phức tạp, cần theo dõi bảo quản, bảo dưỡng thường xuyên, thiết bị điều khiển cồng kềnh Tuy vậy, ở các tàu công trình như các tàu cuốc hoặc tàu cẩu lớn có yêu cầu điều chỉnh tốc độ rộng và láng người ta vẫn sử dụng động cơ điện một chiều Để phát huy tối đa khả năng điều chỉnh tốc độ rộng và láng người ta dùng hệ thống MF-D hoặc các hệ thống điều khiển thyristor hoặc điều khiển biến tần

Các động cơ điện xoay chiều dùng cho trang thiết bị làm hàng thường là các động cơ không đồng bộ nhiều tốc độ

Động cơ không đồng bộ 3 tốc độ được phân loại thành hai loại: một rôto và hai rôto Đối với loại một rôto (như MA 612, MA 622 hoặc ABZd - 430 - a), ba cuộn dây được đặt trong rãnh stato, với cuộn dây có số cặp cực lớn nhất ở lớp trên cùng Trong MA 622, tốc độ 2 và 3 sử dụng chung một cuộn dây stato, chỉ thay đổi cách nối để có số cặp cực khác nhau Để tối ưu hóa việc tỏa nhiệt, các rãnh tỏa nhiệt được thiết kế ở phía ngoài động cơ và được bảo vệ bởi lớp áo bên ngoài Không khí làm mát được thổi vào khe hở giữa rãnh tỏa nhiệt và lớp áo bảo vệ nhờ quạt gió độc lập hoặc gắn đồng trục với động cơ Lối vào và ra của không khí làm mát được đóng kín và chỉ mở khi động cơ hoạt động, với một tiếp điểm báo trạng thái cửa gió kết nối với rơ lê bảo vệ để đảm bảo động cơ chỉ hoạt động khi có gió làm mát Một số động cơ còn sử dụng cảm biến áp lực hoặc tốc độ gió để giải quyết vấn đề này Hầu hết các động cơ 3 tốc độ đều được trang bị phanh điện từ dạng đĩa ở đầu trục xa hộp số, trong khi một số loại khác sử dụng phanh điện thủy lực gắn ở đầu trục nối với hộp số.

Tất cả các động cơ 3 tốc độ cùng với quạt gió và phanh được chế tạo thành một cụm thống nhất

Truyền động điện cho thiết bị lái

- Hệ thống lái phải hoạt động an toàn, tin cậy trong mọi điều kiện thời tiết.

- Chịu được tác động của lắc ngang đến ±22.50 và lắc dọc ±11.50 Chịu được rung động với tần số (5 – 30)Hz

- Hoạt động bình thường trong điều kiện nhiệt độ môi trường thay đổi trong khoảng (-10 – 50)0C, và độ ẩm tương đối trong khoảng (90 – 95)%

* Yêu cầu đối với máy lái:

- Máy lái phải có công suất phù hợp với kích thước, trọng tải, hình dáng tàu.

- Máy lái phải được cấp điện từ hai nguồn khác nhau bởi hai đường cáp đặt cách nhau bằng chiều rộng thân tàu.

- Máy lái phải có chế độ hoạt động sự cố để có thể thực hiện bẻ lái được kể cả khi mất điện toàn tàu.

- Phải có chỉ thị cơ khí vị trí bánh lái.

Máy lái cần được trang bị hai hệ thống hoạt động độc lập và đồng thời Một trong hai hệ thống này phải đảm bảo đủ công suất để điều khiển tàu an toàn trong mọi điều kiện thời tiết.

- Máy lái phải có khả năng chịu được quá tải 150% trong khoảng thời gian 1 phút.

- Máy lái phải có bảo vệ dừng khi ngắn mạch, báo động khi quá tải, phải có bảo vệ cuối hành trình bằng ngắt điện và cơ khí

- Máy lái hoạt động phải êm, tin cậy và chính xác.

- Máy lái phải có khả năng hoạt động liên tục, phải có khả năng bẻ lái với tần số cao hàng chục lần trong một phút.

- Thời gian bẻ lái từ hết mạn này sang hết mạn khác khi tàu đầy tải và tiến hết không quá 28s.

* Yêu cầu đối với hệ thống điều khiển:

- Hệ thống điều khiển phải có nhiều chế độ hoạt động: lái đơn giản, lái lặp, lái từ xa, lái tự động.

Các núm chỉnh cần thiết để điều chỉnh các thông số cơ bản của hệ thống điều khiển phải phù hợp với điều kiện thời tiết, trọng tải hàng hóa và tốc độ của tàu.

- Phải có thiết bị điều khiển và theo dõi tình trạng hoạt động của máy lái.

- Phải báo động khi tàu lệch khỏi hướng đi một góc đặt trước (thường 3, 5, 7, 90)

- Phải có đầy đủ các thiết bị chỉ thị hướng tàu, góc quay bánh lái, hướng và tốc độ gió, …

Hệ thống điều khiển tàu có khả năng duy trì hướng đi với độ chính xác cao, cụ thể là ± 10 độ khi tàu di chuyển với tốc độ trên 6 hải lý/giờ, không bị ảnh hưởng bởi trọng tải của tàu và sóng cấp 3 Độ chính xác giảm xuống còn ± 30 độ khi gặp sóng cấp 6, và có thể dao động từ ± 4 đến ± 50 độ khi sóng vượt quá cấp 6.

Hệ thống lái tàu có chức năng chính là thay đổi hướng di chuyển Khi thực hiện việc bẻ lái, cần theo dõi đồng hồ chỉ thị góc quay bánh lái; khi góc chỉ thị gần bằng góc mong muốn, có thể bỏ nút điều khiển ra Hệ thống này hoạt động theo nguyên tắc điều khiển on/off, với thiết bị điều khiển gồm hai nút ấn hoặc tay điều khiển có cơ cấu lò xo trở về vị trí trung gian, giúp điều khiển quay bánh lái theo hai chiều trái và phải Để điều khiển chính xác, người lái cần quan sát đồng hồ chỉ thị và ngừng điều khiển khi đạt được giá trị yêu cầu Ví dụ, để quay bánh lái sang trái 50 độ, cần ấn nút trái và theo dõi đồng hồ; khi đồng hồ chỉ 50, nhả nút ấn Tuy nhiên, do có quán tính, cần nhả nút sớm hơn để bánh lái dừng đúng vị trí Để tránh nhầm lẫn khi ấn hai nút cùng lúc, hệ thống có cấu trúc khóa liên động giữa các nút ấn, và lwp cùng lwt là hai ngắt cuối giúp hạn chế góc quay bánh lái.

Hình 8.2: Sơ đồ khối hệ thống lái cơ bản

Hình 8.3: Sơ đồ khối hệ thống lái lặp.

2.4.2 Kiểm tra hệ thống lái

2.4.2.1 Kiểm tra trước khi chạy máy lái

Các thủ tục khởi động động cơ tàu thủy đòi hỏi một số điểm quan trọng cần chú ý.

Khi khởi động động cơ hàng hải, có một số điều thiết yếu không thể bỏ qua Dưới đây là mười điểm quan trọng cần thực hiện để đảm bảo quy trình khởi động diễn ra an toàn và hiệu quả.

Trước khi khởi động, cần bôi trơn động cơ chính hoàn toàn để đảm bảo hiệu suất hoạt động Động cơ chính nên được khởi động ít nhất 1 giờ trước, trong khi 4 động cơ phụ trợ cần ít nhất 15 phút để làm nóng.

Sau khi khởi động bơm dầu bôi trơn, cần kiểm tra kỹ lưỡng mức dầu bôi trơn và các thông số vận hành khác như áp lực nước làm mát, nhiệt độ, áp suất dầu nhiên liệu, cũng như áp suất không khí Việc này đảm bảo rằng tất cả các thông số đều nằm trong giới hạn cho phép, giúp duy trì hiệu suất hoạt động của máy bơm.

2.4.2.2 Chạy thử và kiểm tra ở chế độ không tải và có tải

Trước khi khởi động động cơ, cần mở tất cả công tắc đèn chỉ thị và buồng thổi lửa để ngăn ngừa thiệt hại do rò rỉ nước.

 Xoay trục khuỷu (trục cam): Xoay trục khuỷu của động cơ bằng bánh xoay để tất cả các bộ phận được bôi trơn kỹ lưỡng trước khi khởi động.

Kiểm tra bằng tay các bánh xoay là rất quan trọng để đảm bảo rằng chúng đã được tháo ra hoàn toàn, ngay cả khi bảng tín hiệu từ xa hiển thị “Tháo rời hoàn tất” Đối với một số động cơ phụ trợ, cần lưu ý rằng tay quay phải được dỡ khỏi các bánh đà trước khi khởi động động cơ.

Nhiệt độ nước làm mát của động cơ là yếu tố quan trọng cần được kiểm tra định kỳ Đối với động cơ chính, nhiệt độ tối đa nên không vượt quá 60°C, trong khi đó, các động cơ phụ trợ cần duy trì nhiệt độ ở mức 40°C Lưu ý rằng nhiệt độ này có thể thay đổi tùy thuộc vào công suất KW của từng loại động cơ.

 Làm nóng động cơ: Nên để các máy phát điện trên tàu chạy không tải trong ít nhất 5 phút để làm nóng hệ thống.

Để đảm bảo máy phát thứ hai hoạt động hiệu quả, hãy đặt chế độ "Load Sharing Switch to Manual" khi khởi động Việc này giúp máy phát không vào tải ngay lập tức, cho phép máy có thời gian làm nóng trước khi chia sẻ tải đồng đều, đặc biệt khi các máy phát có cùng mức công suất.

Khi khởi động động cơ chính, cần tránh mở van xả quá mức bằng cách mở van khí trước, sau đó bơm dầu thủy lực tới van xả Việc này giúp kiểm soát hoạt động của van xả, đảm bảo hiệu suất và an toàn cho hệ thống.

Khi kiểm tra động cơ, các kỹ sư chịu trách nhiệm cần có mặt gần động cơ trong quá trình khởi động từ xa Nên khởi động động cơ phụ trợ bằng tay thay vì sử dụng hệ thống khởi động từ xa, nếu có thể.

Truyền động điện cho tời neo

Khi độ sâu thả neo dưới 25m, có thể thực hiện thả neo rơi tự do bằng cách nhả ly hợp và nới lỏng phanh cơ khí, để trọng lượng của neo và xích rơi tự do Tuy nhiên, nếu độ sâu thả neo lớn hơn, việc thả neo cần được thực hiện bằng động cơ điện, và không nên để neo rơi tự do vì có thể gây nguy hiểm cho hệ thống Động cơ sử dụng trong truyền động điện cho neo và tời quấn dây tương tự như động cơ trong thiết bị làm hàng.

Trong hệ thống neo, chế độ làm việc chủ yếu là thu neo từ độ sâu cho phép, trong khi chế độ thả neo tận dụng trọng lượng của neo và xích để thả tự do Khi thu neo, mô men cản trên trục động cơ thay đổi liên tục, phụ thuộc vào các yếu tố như giai đoạn thu neo, điều kiện thời tiết, và độ sâu của bãi thả neo Quá trình thu neo được chia thành 5 giai đoạn, với các điều kiện như độ sâu thả neo đúng quy định, độ dài xích neo tối đa, sóng gió từ cấp 5 đến cấp 7, và tốc độ dòng chảy từ 2 đến 3 knot.

Giai đoạn 1 là quá trình thu xích neo từ dưới bùn với tốc độ không đổi Mỗi khi một mắc xích neo được nhấc lên khỏi bùn, một mắc xích khác sẽ đi qua đĩa hình sao, trong khi tàu di chuyển chậm rãi đến điểm thả neo Trong suốt giai đoạn này, đoạn xích neo dưới nước giữ nguyên hình dạng, và các lực căng trên xích neo cùng lực kéo trên đĩa hình sao vẫn không thay đổi, tức là tk = const, j const, v = const Giai đoạn này kết thúc khi mắc xích neo cuối cùng được nhấc lên khỏi bùn, mặc dù neo vẫn còn nằm trong bùn.

Giai đoạn 2 bắt đầu ngay sau khi giai đoạn 1 kết thúc, trong đó diễn ra quá trình thu xích neo võng trong nước Trong giai đoạn này, đoạn xích neo được rút ngắn và thẳng ra, làm tăng sức căng trên đĩa hình sao Tàu tiếp tục di chuyển về điểm thả neo với tốc độ không đổi, tức là tk và j đều tăng, trong khi v giữ hằng số Giai đoạn này kết thúc khi xích neo hoàn toàn thẳng trong nước.

Giai đoạn 3 của quá trình thu neo là một giai đoạn ngắn, bắt đầu từ khi xích neo hết độ võng cho đến khi neo được nhổ bật ra khỏi bùn Tại thời điểm này, tàu đã gần đến điểm thả neo, sức căng trên đĩa hình sao đạt giá trị tối đa Cuối giai đoạn này, đoạn xích neo từ lo? neo đến neo là ngắn nhất, tương đương với độ sâu thả neo, và theo quán tính, tàu tiếp tục tiến về phía trước, khiến neo bật ra khỏi bùn.

Giai đoạn này bắt đầu từ khi neo được nhổ lên khỏi bùn cho đến khi chuẩn bị đưa vào lỗ neo Trong giai đoạn này, neo và xích neo được thu ngắn dần mà không ảnh hưởng đến tốc độ của tàu Tốc độ tàu giảm, góc j đạt 90 độ, trong khi vận tốc v tăng dần.

Bảo dưỡng tời điện định kỳ thường được tiến hành trước ca làm việc.Quy trình được thực hiện như sau:

+ Thực hiện lập checksheet kiểm tra xem các bộ phận, đai ốc có lỏng lẻo và phải siết chặt lại nếu có

Kiểm tra dầu hộp số là rất quan trọng, cần đảm bảo lượng dầu ở mức bình thường, không được quá ít hoặc quá nhiều Lượng dầu không nên vượt quá 10% so với quy định của nhà sản xuất.

Khi sử dụng dòng tời treo khung, việc kiểm tra dây cáp là rất quan trọng Cần xác định xem dây cáp có bị đứt gãy hoặc hao mòn hay không Nếu độ hao mòn vượt quá 2-5% hoặc có hơn 6 sợi cáp bị đứt trong một bó, bạn nên thay thế ngay lập tức để đảm bảo an toàn.

Trước khi sử dụng hệ thống tời, cần vệ sinh sạch sẽ để loại bỏ bụi bẩn bám trên tang cuốn, cáp tời và động cơ, nhằm đảm bảo hoạt động trơn tru và hiệu quả nhất.

+ Việc kiểm tra và bảo trì này sẽ được thực hiện vào cuối mỗi tháng Các bước được thực hiện như sau:

+ Điều chỉnh hệ thống phanh và ly hợp, loại bỏ dầu thải, làm sạch sau đó thay dầu mới,điều chỉnh khe hở theo qui định

+ Kiểm tra và điều chỉnh phanh điện từ, phanh thủy lực.Nếu lỗ chốt và trục chốt bi mòn quá bị lỏng lẻo thì cần thay thế

+ Điều chỉnh khe hở giữa guốc phanh và bánh phanh đạt giá trị quy định theo mối lắp ghép

Để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hộp số, cần kiểm tra bánh răng xem có bị hư hỏng hoặc gãy không, nếu phát hiện sự cố thì phải tiến hành thay thế ngay Bên cạnh đó, việc kiểm tra hệ thống điều khiển điện cũng rất quan trọng, cần xác nhận rằng các mối nối điện và chân rơ le trung gian không bị đứt.

+ Kiểm tra tay cầm điều khiển, các nút bấm nếu bị hở tiếp điện hoặc lò xo bấm bị lỗi phải tiến hành thay thế

+ Kiểm tra dây điện, đảm bảo dây không hở, biến dạng nguy hiểm khi sử dụng

Truyền động điện cho máy nén gió

2.6.1 Đặc điểm của động cơ điện truyền động cho máy nén gió Đây là nhóm tải quan trọng trên tầu thuỷ Công suất tiêu thụ của nhóm tải này khoảng 30  50% với tầu hàng khô, 30 - 60% với tầu khách, 40 - 80% với tầu dầu, 75

- 80% với tầu kéo, cứu hộ Như vậy, công suất toàn bộ nhóm tải TĐĐ đã chiếm gần 80% công suất trạm phát

Nhóm tải này có chức năng sau:

Để đảm bảo hoạt động hiệu quả của con tàu, cần sử dụng các loại bơm thiết yếu cho máy chính, bao gồm bơm dầu bôi trơn, bơm nhiên liệu, bơm làm mát, bơm chuyển dầu, máy lọc và thiết bị nén gió.

- An toàn cho con tàu: Bơm cứu hoả, nước vệ sinh, thông gió, máy lạnh thực phẩm …

- Bảo quản hàng hoá: Thông gió hầm hàng, bơm hàng trên những tầu dầu…

Theo chức năng, nhóm tải bơm, quạt gió chia làm 2 loại:

- Nhóm phục vụ các thiết bị động lực như: bơm nhiên liệu dầu nhờn, làm mát tuần hoàn, quạt gió cửa nạp Diezen chính

- Nhóm hệ thống phục vụ trên tàu: Balát, hầm hàng, khí khô, cứu đắm, cứu hoả, nước sinh hoạt…

Theo quy định của đăng kiểm, một số thiết bị như bơm nhiên liệu và quạt gió trên tàu cần có khả năng ngắt từ xa từ buồng lái hoặc hành lang boong chính Cụ thể, các thiết bị này bao gồm quạt gió nồi hơi và quạt gió buồng máy Đặc biệt, đối với bơm hút khô hầm hàng, không chỉ yêu cầu có nút dừng từ xa mà còn cần khả năng khởi động từ xa.

Vị trí điều khiển phải đặt cao trên boong

Các bơm hàng và bơm rửa hầm trên tàu dầu không chỉ có chức năng khởi động và dừng từ xa mà còn cho phép điều chỉnh tốc độ quay Hệ thống này còn được trang bị chức năng đo, kiểm tra và báo động nhiệt độ ổ đỡ cho bơm và động cơ, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.

Tự động điều khiển được sử dụng phổ biến cho các thiết bị như bơm nước sinh hoạt, bơm vệ sinh, bơm nồi hơi, bơm dầu két trực nhật, và máy nén khí trên tàu thuỷ Các hệ thống này hoạt động dựa trên việc điều khiển tự động theo áp lực hoặc mức chất lỏng, đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình vận hành.

CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1 Anh/Chị hãy trình bày sơ đồ khối và chức năng của hệ thống truyền động điện?

Câu 2 Anh/Chị hãy trình bày truyền động điện cho bơm quạt gió?

Câu 3 Anh/Chị hãy trình bày truyền động điện cho cơ khí làm hàng?

Câu 4 Anh/Chị hãy trình bày truyền động điện cho thiết bị lái?

Câu 5 Anh/Chị hãy trình bày truyền động điện cho tời neo?

Câu 6 Anh/Chị hãy trình bày truyền động điện cho máy nén gió?

CHƯƠNG 9: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THUỶ

Trạm phát điện hiện nay đóng vai trò quan trọng như nguồn cung cấp điện dự phòng cho các hệ thống điện Để hiểu rõ hơn về thiết bị này, chúng ta cần tìm hiểu khái niệm, cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động và những lưu ý cần thiết khi sử dụng máy phát điện.

- Nêu được các loại máy phát điện và hệ thống phân chia điện năng trên tàu thuỷ

- Bảo dưỡng và sửa chữa được hệ thống trạm phát điện tàu thuỷ

- Có ý thức thận trọng trong việc bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống trạm phát điện tàu thuỷ.

Đối với người dạy, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu và uốn nắn sửa sai tại chỗ là rất quan trọng Bên cạnh đó, giáo viên cần yêu cầu học sinh ghi nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị của các đại lượng để củng cố kiến thức Các bước quy trình thực hiện cũng cần được thực hiện một cách rõ ràng và có hệ thống để đảm bảo hiệu quả trong quá trình giảng dạy.

TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THUỶ

Phân loại trạm phát điện tàu thuỷ

2.1.1 Theo phương pháp truyền động cho máy phát điện a.Máy phát điện đồng tục

Hình 9.1: Máy phát điện đồng trục

Hình 9.2: Sơ đồ truyền động máy phát

Ngày nay, hầu hết các trạm phát điện một chiều đã biến mất khỏi thiết kế tàu, ngoại trừ trong lĩnh vực quân sự và tàu ngầm.

- Trạm phát điện xoay chiều là các trạm chủ yếu ngày nay, nơi nào trên tàu cần nguồn một chiều thì dùng điện xoay chiều qua bộ chỉnh lưu.

Hình 9.3: Sơ đồ trạm phát điện tàu thuỷ a MFĐ một chiều; b MFĐ xoay chiều

2.1.3 Theo mức độ quan trọng

Tuỳ theo công suất của tổ máy phát sự cố mà các phụ tải có thể được cấp điện.

- Chỉ báo lái hoặc điện máy lái.

- Hệ thống liên lạc vô tuyến điện

- Hệ thống thiết bị dẫn đường rada, máy đo sâu,thiết bị định vị

- Hệ thống tín hiệu báo động chung

- Bơm cứu hoả, cứu đám ( nếu có thể)

2.1.4 Phân loại theo dặc điểm sử dụng

- Máy phát điện 1 phaLà loại máy phát điện được cấu tạo bởi các phần chuyển : động roto và phần đứng yên stato.

Máy phát điện 3 pha là thiết bị bao gồm 3 dòng điện xoay chiều có cùng biên độ và tần số, nhưng lệch pha nhau ⅔ Nó được cấu tạo từ 3 cuộn dây đặt lệch nhau ⅓ vòng tròn trên stato, mang lại thiết kế linh hoạt và động cơ ổn định Máy phát điện này còn nổi bật với khả năng chống ồn và tiết kiệm nhiên liệu, là lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng.

Các loại máy phát điện đồng bộ ba pha dùng trên tàu thủy

2.2.1 Máy phát điện đồng bộ ba pha kích từ ngoài

Kích từ máy phát điện xoay chiều 3 pha là hệ thống quan trọng cung cấp công suất kích từ cho roto, tạo ra dòng điện kích từ cần thiết cho hoạt động của máy phát điện Hệ thống này không chỉ giúp máy phát điện phát ra dòng điện mà còn điều khiển điện áp vào và ra, cũng như quản lý công suất phản kháng, hệ số công suất và dòng điện của máy phát.

2.2.2 Máy phát điện đồng bộ ba pha tự kích

2.2.2.1 Máy phát điện đồng bộ ba pha tự kích có chổi than

Hình 9.4 Sơ đồ nguyên lý máy phát.

Máy phát đồng bộ được cấp dòng kích từ từ máy kích từ có phần ứng ở stato

1- Phần ứng (stato); 2- Cuộn kích từ; 3-

Vành trượt; 4- Chổi than; 5- Máy kích từ;

6- Điều chỉnh điện áp máy kích từ.

Máy phát đồng bộ có phần ứng ở rôto 1- Phần ứng (rôto); 2- Cuộn kích từ (stato); 3- Vành trượt; 4- Chổi than; 5- Máy kích từ

* Các loại tổn hao trong máy phát đồng bộ gồm:

- Tổn hao cơ khí (ma sát + quạt gió) Pm  (1  1,5)%Pm

- Tổn hao trong lõi thép: PFe  (0,5  1)%Pđm

- Tổn hao trong cuộn phần ứng: PCu  (0,3  0,8)%Pđm

- Tổn hao kích từ: Pkt  0,3% Pđm

Bảng định mức của máy phát đồng bộ thường cho các thông số sau:

- Điện áp định mức của máy phát: Uđm(V)

- Công suất biểu kiến định mức: Sđm (hoặc Pđm)(KVA)

- Tần số định mức: fđm(Hz)

- Hệ số công suất định mức: cos đm

- Dòng kích từ định mức: Iktđm(A)

- Điện áp kích từ định mức: Uktđm(V)

- Tốc độ quay định mức: nđm(V/P)

- Cách đấu cuộn dây phần ứng v.v

Công suất của máy phát đồng bộ và máy bù đồng bộ thường được đo bằng công suất biểu kiến (KVA hoặc MVA) để xác định giới hạn tải, chủ yếu liên quan đến vấn đề phát nhiệt của cuộn dây phần ứng.

Trên bảng định mức máy phát, công suất P (KW hay MW) phản ánh giới hạn công suất của động cơ sơ cấp.

Vấn đề phát nhiệt của máy phát không chỉ phụ thuộc vào hệ số công suất mà còn cần xem xét hệ số cosφđm để xác định giới hạn dòng kích từ của máy phát.

Nếu cosđm = 0,8, thì việc máy phát chịu tải với Iđm mà cos < cosđm là không chấp nhận được Trong trường hợp này, hệ thống tự động điều chỉnh điện áp sẽ cần điều chỉnh để Ikt > Iktđm nhằm duy trì sự ổn định điện áp của máy phát.

Máy phát đồng bộ được phân loại như sau:

- Máy phát đồng bộ cực hiện bão hòa.

- Máy phát đồng bộ cực ẩn bão hoà.

- Máy phát đồng bộ cực ẩn không bão hòa.

Tất cả các máy phát được lắp đặt trong trạm phát điện tàu thuỷ dòng xoay chiều

3 pha đều là các máy phát không bão hòa Còn các máy bão hòa chỉ sử dụng ví dụ như máy phát tốc độ v.v

Máy phát đồng bộ không bão hòa cực hiện được sử dụng chủ yếu cho các máy diesel thấp tốc, trong khi máy không bão hòa cực ẩn thường được áp dụng cho các loại diesel cao tốc và các loại tuốc bin.

2.2.2.2 Máy phát điện đồng bộ ba tự kích không chổi than

Máy phát điện đồng bộ, đặc biệt là máy phát điện đồng bộ tàu thuỷ, thường được nhà chế tạo cung cấp các đại lượng và thông số quan trọng trong katalog khi xuất xưởng Những thông số này không chỉ có ý nghĩa thiết yếu trong quá trình vận hành và khai thác máy, mà còn hỗ trợ người vận hành dễ dàng kiểm tra và sửa chữa khi gặp sự cố.

* Cấu trúc chung máy phát điện đồng bộ không chổi than.

+ Phần mạch từ: Được ghép bởi các lá thép kỹ thuật điện dạng hình trụ rỗng

Cuộn dây bên trong mạch từ được thiết kế với các rãnh để lắp đặt cuộn dây 3 pha phần ứng Ngoài ra, trên stator của máy phát không chổi than còn có cuộn dây kích từ, đóng vai trò là phần cảm của máy phát kích từ.

2) Phần quay(ROTOR): gồm có các phần chính sau:

+ Phần mạch từ: Được ghép bởi các lá thếp kỹ thuật điện.

+ Phần cuộn dây kích từ cho máy phát chính ( còn gọi là phần cảm)

+ Phần Điốt quay : có 6 Đi ốt

+ Cuộn dây 3 pha của máy phát kích từ ( Còn được gọi là phần ứng của máy phát kích từ F )

Hình vẽ 9 5 : Cấu trúc chung máy phát đồng bộ không chổi than hãng TAIYO.

- Máy phát kích từ xoay chiều.(F)

- Cuộn kích từ tĩnh cấp dòng kích từ cho máy phát kích từ.

Máy kích từ xoay chiều và bộ chỉnh lưu quay được lắp trên rotor của máy phát chính, giúp chuyển đổi tín hiệu ra xoay chiều ba pha thành tín hiệu một chiều Tín hiệu này được cung cấp cho cuộn kích từ chính của máy phát thông qua bộ chỉnh lưu quay Sơ đồ tổng thể của máy phát và hệ thống tự động điều chỉnh điện áp hãng TAIYO được thể hiện trong hình H9.6.

AC GENERATOR & EXCIETER SWITCH BOARD

Hình vẽ 9.6: Sơ đồ tổng thể Máy phát đồng bộ không chổi than của hãng TAIYO.

EX : Máy phát kích từ.

Si1 : Bộ chỉnh lưu quay.

Si2 : Cầu chỉnh lưu silic.

S1,2 : Hai bộ bảo vệ xung cho các bộ chỉnh lưu.

F1 : Cuộn kích từ của máy phát chính.

F2 : Cuộn kích từ của máy phát kích từ.

CT : Biến dòng cấp tín hiệu dòng cho mạch phức hợp pha song song.

RT : Cuộn kháng cấp tín hiệu áp cho mạch phức hợp.

VR : Biến trở hiệu chỉnh điện áp.

AVR : Mạch hiệu chỉnh điện áp.

CCT : Biến dòng cấp cho mạch hiệu chỉnh.

SP : Điện trở sấy cho máy phát chính. b) Nguyên lý hoạt động của máy phát đồng bộ không chổi than.

Khi động cơ sơ cấp của máy phát chính hoạt động ổn định ở tốc độ định mức, điện áp máy phát nhanh chóng được thiết lập nhờ từ dư ban đầu Tín hiệu kích từ từ cầu chỉnh lưu Si2 được truyền tới cuộn kích từ F2, tạo ra từ trường tĩnh Khi rotor quay, cuộn dây ba pha của máy phát kích từ sinh ra sức điện động và dòng cảm ứng Dòng điện xoay chiều ba pha này được bộ chỉnh lưu cầu ba pha Si1 chuyển đổi thành dòng một chiều, cung cấp cho cuộn kích từ chính F1 Từ trường quay này tạo ra sức điện động trên cuộn dây ba pha của máy phát G, dẫn đến việc hình thành điện áp trên cực của máy phát chính.

* Đặc điểm máy phát điện hãng TAIYO.

- Kích thước nhỏ gọn so với máy phát của các hãng khác có cùng

- Thiết kế các bộ phận và các hệ thống hợp lí, tiện sử dụng dễ khai thác, dễ kiểm tra sửa chữa và quan sát.

- Đơn giản, tiện ích nhưng các chỉ số chất lượng cao.

- Nguyên lí xây dựng không quá phức tạp mà vẫn có chỉ số và các yêu cầu kĩ thuật phù hợp với tàu thuỷ.

- Đa dạng về công nghệ, khả năng thay thế, lắp lẫn cao phù hợp với tính năng và yêu cầu của đăng kiểm.

- Mang tính quốc tế cao.

- Đặc thù máy Nhật Bản rõ rệt như : gọn nhẹ, hợp lí, tiện ích và giá thành rẻ.

Bảng phân chia điện chính

Năng lượng tàu được sản xuất thông qua sự kết hợp giữa máy phát điện chính và một máy phát điện bổ sung Máy phát điện xoay chiều hiện đại hoạt động dựa trên nguyên tắc tạo ra dòng điện khi từ trường xung quanh dây dẫn thay đổi.

Máy phát điện bao gồm stator với cuộn dây cố định trên lõi sắt và rotor là nam châm quay Khi rotor quay trong stator, nó tạo ra từ trường cắt ngang dây dẫn, sinh ra điện áp (EMF) do lực điện từ từ đầu vào cơ học, khiến rotor tiếp tục quay.

Từ trường trong máy phát không chổi than được tạo ra bởi cảm ứng và cuộn dây rôto, hoạt động nhờ dòng điện xoay chiều qua các vòng và bàn chải trượt Một số điểm quan trọng cần lưu ý về quyền lực trên boong tàu bao gồm sự ổn định và hiệu suất của hệ thống điện.

 AC, công suất 3 pha được ưa chuộng hơn DC vì nó có công suất lớn hơn cho cùng kích cỡ.

 Tải 3 pha được ưa thích hơn một pha

2.3.3 Các yêu cầu của bảng phân chia điện chính

Hệ thống điện phân phối trên boong tàu cần hoạt động hiệu quả và an toàn suốt hành trình Hệ thống này bao gồm nhiều thành phần khác nhau, đảm bảo việc phân phối điện năng và duy trì hoạt động ổn định của tàu.

Máy phát điện tàu thủy bao gồm máy phát điện chính và máy phát điện phụ Bộ chuyển đổi chính, được chế tạo từ kim loại, nhận điện từ máy phát điện diesel và cung cấp năng lượng cho các thiết bị khác nhau trên tàu.

Bars hoạt động như tàu sân bay, cho phép chuyển tải hàng hóa giữa các điểm Bộ phận ngắt mạch hoạt động như công tắc, có khả năng trật bánh trong điều kiện không an toàn để ngăn ngừa sự cố và tai nạn Cầu chì đóng vai trò như thiết bị an toàn cho máy móc.

Biến áp được sử dụng để điều chỉnh điện áp trong hệ thống chiếu sáng, với biến áp bước xuống đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện.

 Trong một hệ thống phân phối điện, điện áp mà hệ thống hoạt động thường là 440v Có một số cài đặt lớn, nơi có điện áp cao đến 6600v.

 Nguồn được cung cấp qua các thiết bị ngắt mạch tới các thiết bị phụ trợ lớn ở điện áp cao.

 Đối với cầu chì cung cấp nhỏ hơn và máy cắt nhỏ thu được sử dụng.

 Hệ thống phân phối là ba dây và có thể được cách ly trung tính hoặc nối đất.

Hệ thống cách điện được ưa chuộng hơn hệ thống ủy thác vì trong quá trình sử dụng, các thiết bị cần thiết cho máy móc như bánh lái có thể bị mất.

Hệ thống phân chia điện năng trên tàu thuỷ

2.4.1 Mạch động lực và tổ hợp thanh cái

Bảng điện chính là hệ thống tập hợp năng lượng điện từ các tổ máy phát điện để phân phối cho các phụ tải Nó có cấu trúc hình hộp chữ nhật, bao gồm các panel riêng cho từng tổ máy, panel chung, panel điện động lực và panel điện chiếu sáng Ngoài ra, bảng điện chính còn cung cấp các dịch vụ đo lường, kiểm tra, điều khiển và bảo vệ.

Bảng điều khiển của từng tổ máy phát điện bao gồm áptomat chính, các biến áp, biến dòng đo, cầu chì thiết bị biến đổi, và các thiết bị phụ trợ phục vụ cho việc điều khiển, kiểm tra và dự báo Mặt ngoài bảng điều khiển có các đồng hồ hiển thị điện áp, dòng điện, tần số và công suất, cùng với các công tắc chuyển mạch và nút đóng mở áptomat Ngoài ra, còn có các chức năng điều chỉnh điện áp, điều khiển động cơ và tốc độ động cơ, cũng như các chỉ báo thông số của động cơ lai.

Panel chung được chia thành hai ngăn: ngăn trên dùng để đo lường và lựa chọn điều khiển các tổ máy phát, trong khi ngăn dưới dành cho bảng điện cấp điện bờ Mặt ngoài của panel chung có các công tắc lựa chọn, nút ấn và đồng hồ đồng bộ, giúp hòa đồng bộ các máy phát.

Nhiệm vụ của thanh cái trong trạm phát điện tàu thủy là tập trung toàn bộ năng lượng điện vào hệ thống thanh cái, từ đó phân phối điện năng đến các phụ tải.

Thanh cái (busbar) được chế tạo từ đồng, với độ dẫn điện tốt, độ bền cơ học cao và khả năng chống ăn mòn hóa học Kích thước của thanh cái có tiết diện hình chữ nhật được xác định dựa trên các tiêu chí kinh tế, điều kiện phát nóng và kiểm tra ổn định lực điện động khi có dòng ngắn mạch Thanh cái được gắn cố định trong bảng điện chính bằng các ống sứ cách điện, với khoảng cách giữa các ống thường khoảng 30 cm, tính toán dựa trên ổn định điện động Trong hệ thống lưới điện 3 pha trên tàu thủy, có 3 thanh cái đặt song song, khoảng cách giữa chúng thường từ 8 đến 12 cm, đủ để thao tác đo kiểm tra và siết bulông.

2.4.2 Các hệ thống phân phối mạch động lực cơ bản

2.4.2.1 Hệ thống phân phối điện năng hình xuyến

Hệ thống thanh cái không phân đoạn trong trạm phát điện có cấu trúc đơn giản, nhưng tồn tại nhược điểm lớn là nếu một phụ tải bị ngắn mạch và thiết bị bảo vệ không hoạt động, toàn bộ máy phát sẽ ngắt kết nối khỏi lưới, dẫn đến việc tàu mất điện Hơn nữa, việc bảo trì thanh cái yêu cầu phải cắt điện toàn bộ máy phát, gây gián đoạn trong hoạt động.

Hình vẽ 9.7: Hệ thống thanh cái không phân đoạn

2.4.2.2 Hệ thống phân phối điện năng hình tia đơn giản

Sơ đồ hình tia có ưu điểm nổi bật là cung cấp đường dây rõ ràng, đảm bảo mỗi hộ sử dụng điện được kết nối từ một đường dây độc lập Dạng sơ đồ này rất thích hợp cho các phụ tải cụ thể, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và phân phối điện năng.

 Các phụ tải không phụ thuộc nhau

 Tính cung cấp điện cao

 Dễ xây dựng đường đường dây dự phòng cho những phụ tải loại 1 và loại 2

 Ít xãy ra sự cố

 Vốn đầu tư ban đầu lớn

 Chi phí bảo trì bảo quản cao

2.4.2.3 Hệ thống phân phối điện năng hình tia phức tạp Đối với những phụ tải quan trọng, để nâng cao tình liên tục cung cấp điện ngoài việc dùng sơ đồ hình tia, có thể đặt thêm đường dây song song lấy điện từ nguồn thứ hai hoặc từ phân đoạn thứ hai đến như sơ đồ sau:

Hình vẽ 9.7: Sơ đồ cung cấp điện kiểu hình tia được cung cấp bằng hai đường dây

2.2.5 Làm việc song song các máy điện trên tàu thuỷ

+ Sẽ đảm bảo cung cấp năng lượng điện cho mọi chế độ hoạt động của tầu, có thể ngắt một hay một số máy khi ít tải.

+ Có khả năng khởi động được các động cơ dị bộ có công suất lớn so với công suất của máy phát

+ Có khả năng phục hồi điện áp nhanh.

+ Khi chuyển từ máy này sang máy kia không sẩy ra hiện tượng ngắt điện ( Nguồn trên thanh cái lúc nào cũng có điện).

+ Giảm được trọng lượng của các thiết bị phân phối.

- Yêu cầu của các máy phát khi làm việc song song:

+ Cung cấp đầy đủ năng lượng điện cho mọi chế độ hoạt động của tầu.

+ Các máy phát phải làm việc ổn định với phạm vi thay đổi tải lớn.

+ Quá trình phân phối tải giữa các máy phát phải đều nhau.

+ Giá trị dòng cân bằng phải bé nhất (lý tưởng bằng không)

Điều kiện hòa đồng bộ yêu cầu điện áp tức thời của máy phát phải bằng điện áp tức thời của lưới, cụ thể là: uA1 = U1 sin(w 1t + j 1), uB1 = U1 sin(w 1t + j 1 + 120°), uC1 = U1 sin(w 1t + j 1 + 240°) cho lưới và uA2 = U2 sin(w 2 t + j 2), uB2 = U2 sin(w 2 t + j 2 + 120°), uC2 = U2 sin(w 2 t + j 2 + 240°) cho máy phát định hòa.

- Điện áp máy phát bằng điện áp lưới điện tàu thuỷ.

- Tần số máy phát bằng tần số lưới điện tàu thuỷ

- Thứ tự pha của máy phát trùng thứ tự pha của lưới điện tàu thuỷ.

- Pha của điện áp máy phát trùng với pha của điện áp lưới.

Máy phát thường được lắp đặt và thử nghiệm tại nhà máy, đảm bảo điều kiện thứ tự pha luôn thỏa mãn Điện áp và tần số của máy phát cùng lưới điện được theo dõi qua các đồng hồ Để đảm bảo tính đồng bộ, việc xác định điều kiện về góc pha trùng nhau là rất cần thiết.

2.5.3 Các phương pháp kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ

2.5.3.1 Phương pháp kiểm tra bằng đèn tắt

Phương pháp kiểm tra bằng đèn tắt sử dụng ba đèn D1, D2, D3 nối pha cùng tên, giúp xác định độ chênh lệch tần số và góc pha giữa điện áp lưới và suất điện động của máy Khi các đèn cùng tắt, điều này cho thấy điểm đồng bộ đạt được, cho phép đóng áptômát A Để đảm bảo độ chính xác, độ nhấp nháy của các đèn cần phải nhỏ hơn một ngưỡng nhất định.

2.5.3.2 Phương pháp kiểm tra bằng đèn quay

Các đèn Đ1 sẽ nối pha cùng tên, trong khi đèn Đ2 và Đ3 nối chéo pha với nhau, dẫn đến tình trạng các đèn tắt và sáng theo sự chênh lệch tần số và góc pha giữa điện áp lưới và suất điện động của máy hòa Hiện tượng này tạo ra sự quay của hệ thống ánh sáng Điểm đồng bộ để đóng áptômát A là khi đèn Đ1 tắt và đèn Đ2, Đ3 sáng đều nhau với độ nhấp nháy nhỏ hơn 0.5HZ.

2.5.3.3 Phương pháp kiẻm tra bằng đồng bộ kế Đồng bộ kế thực chất là một máy điện đặc biệt có sơ đồ nguyên lý như hình vẽ.

Stator có cuộn dây 2 pha kết nối với lưới điện, trong khi rotor cũng có 2 cuộn dây 2 pha nối với máy phát Khi tần số điện áp máy phát và điện áp lưới chênh lệch lớn, kim đồng hồ của đồng hồ tần số quay nhanh hơn Nếu tần số điện áp máy phát lớn hơn tần số lưới (f1 > f2), kim sẽ quay theo chiều kim đồng hồ, và ngược lại Khi kim đồng hồ chỉ qua điểm 0, góc pha của điện áp máy phát và điện áp lưới sẽ bằng nhau Do đó, thời điểm đóng máy phát vào lưới là khi kim đồng hồ quay chậm theo chiều kim đồng hồ và chuẩn bị qua điểm 0.

 sơ đồ hệ thống đèn quay sơ đồ vectơ hệ thống đèn quay

D3 bố trí đèn trên bảng điện chính

 j : góc lệch pha giữa điện áp lưới và điện áp máy phát đưa vào công tác song song

Sơ đồ hệ thống đèn tắt

Sơ đồ vectơ hệ thống đèn tắt

Hình 9.7: Sơ đồ đấu nối phương pháp dùng đồng hồ kế kim chỉ

2.6 Ắc quy dùng trên tàu thuỷ

2.6.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ắc quy a xít a Cấu tạo: acqui axit gồm bình làm bằng vật liệu chống axit như nhựa ebonit, bên trong đặt xen kẻ các bản cực dương và âm Mỗi bản cực dương được xen kẻ giữa hai bản cực âm, như vậy số bản cực âm bao giờ cũng nhiều hơn số bản cực dương một bản các bản cực có kết cấu dạng lưới có pha thêm 6 đến 8% angtimon để tăng độ bền cơ học các bản cực dương được làm bằng đioxit chì PbO 2 và được nối với nhau tạo thành một tổ bản cực dương các bản cực âm được làm bằng pb và được nối với nhau tạo thành một tổ bản cực âm. để giảm kích thước và điện trở trong của acqui thì khoảng cách các bản cực phải nhỏ để tránh ngắn mạch thì giữa hai bản cực có đặt tấm ngăn lưới bằng nhựa ebonit. dung dịch điện phân của acqui axít là dung dịch axit sunfurich H 2 SO 4 tùy điều kiện công tác mà nồng độ dung dịch khác nhau nồng độ dung dịch cao thì kích thước và trọng lượng acqui nhỏ, điện trở trong acqui nhỏ tuy nhiên nồng độ dung dịch cao sẽ sinh ra hiện tượng sun phát hóa bản cực làm giảm tuổi thọ của acqui trọng lượng riêng của dung dịch điện phân của acqui đặt tĩnh là 1,20g/cm2, acqui di động là 1,28g/cm2 Sức điện động của acqui khi nạp no là 2,1 đến 2,2 v để được 6 hay 12 v ta phải nối 3 hoặc 6 bình thành tổ acqui. b Nguyên lí hoạt động khi acqui phóng điện, thì phản ứng hóa học xảy ra như sau:

Quá trình phản ứng hóa học trong acqui chì axit diễn ra như sau: PbO2 + 2 H2SO4 + Pb → 2 PbSO4 + 2 H2O Khi nồng độ dung dịch giảm, điện trở trong tăng, dẫn đến điện áp trên các bản cực của acqui giảm Nếu dòng phóng càng lớn, điện áp sẽ giảm nhanh hơn; khi điện áp chỉ còn 1,8V, cần dừng lại để tránh tình trạng sun phát chì quá dày trên bề mặt cực, gây hỏng acqui và không thể nạp lại Trong quá trình nạp điện cho acqui, phản ứng sẽ diễn ra ngược lại.

Ắc quy dùng trên tàu thuỷ

2.6.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ắc quy a xít a Cấu tạo: acqui axit gồm bình làm bằng vật liệu chống axit như nhựa ebonit, bên trong đặt xen kẻ các bản cực dương và âm Mỗi bản cực dương được xen kẻ giữa hai bản cực âm, như vậy số bản cực âm bao giờ cũng nhiều hơn số bản cực dương một bản các bản cực có kết cấu dạng lưới có pha thêm 6 đến 8% angtimon để tăng độ bền cơ học các bản cực dương được làm bằng đioxit chì PbO 2 và được nối với nhau tạo thành một tổ bản cực dương các bản cực âm được làm bằng pb và được nối với nhau tạo thành một tổ bản cực âm. để giảm kích thước và điện trở trong của acqui thì khoảng cách các bản cực phải nhỏ để tránh ngắn mạch thì giữa hai bản cực có đặt tấm ngăn lưới bằng nhựa ebonit. dung dịch điện phân của acqui axít là dung dịch axit sunfurich H 2 SO 4 tùy điều kiện công tác mà nồng độ dung dịch khác nhau nồng độ dung dịch cao thì kích thước và trọng lượng acqui nhỏ, điện trở trong acqui nhỏ tuy nhiên nồng độ dung dịch cao sẽ sinh ra hiện tượng sun phát hóa bản cực làm giảm tuổi thọ của acqui trọng lượng riêng của dung dịch điện phân của acqui đặt tĩnh là 1,20g/cm2, acqui di động là 1,28g/cm2 Sức điện động của acqui khi nạp no là 2,1 đến 2,2 v để được 6 hay 12 v ta phải nối 3 hoặc 6 bình thành tổ acqui. b Nguyên lí hoạt động khi acqui phóng điện, thì phản ứng hóa học xảy ra như sau:

Khi PbO2 phản ứng với 2 H2SO4 và Pb, tạo ra 2 PbSO4 và 2 H2O, nồng độ dung dịch giảm, điện trở trong tăng, dẫn đến điện áp trên các bản cực của acqui giảm Khi dòng phóng lớn, điện áp giảm nhanh hơn; nếu điện áp chỉ còn 1,8V thì cần dừng lại để tránh việc sun phát chì trên bề mặt cực quá dày, gây hỏng acqui và không thể nạp lại Khi nạp điện cho acqui, quá trình sẽ diễn ra ngược lại.

Phản ứng hóa học diễn ra giữa 2PbSO4 và 2H2O tạo ra PbO2, 2H2SO4 và Pb Khi nồng độ dung dịch tăng, điện áp trên các bản cực cũng tăng theo, dẫn đến điện trở trong gia tăng Hiện tượng tự phóng điện xảy ra khi dung lượng acqui giảm dần, khoảng 1-2% trong một ngày đêm, mặc dù không có hiện tượng phóng điện Nguyên nhân chính là do sự hiện diện của tạp chất trong dung dịch điện phân và các bản cực Hiện tượng sun phát hóa xảy ra khi các bản cực bị bao phủ bởi lớp tinh thể sun phát chì màu trắng, lớp này không dẫn điện và làm tăng điện trở trong, khiến điện áp giảm nhanh chóng khi phóng điện, làm cho acqui không thể sử dụng hiệu quả.

Hình 9.8: Nguyên lý hoạt động của Acquy chì.

2.6.2 Hệ thống nạp và phương pháp nạp điện cho ắc quy.

Công tác nạp xả ắc quy đóng vai trò quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ và nâng cao hiệu suất của ắc quy Vì vậy, nhân viên bảo trì ắc quy và người sử dụng cần nắm vững kiến thức cơ bản cũng như kỹ thuật liên quan đến quy trình nạp ắc quy.

Hình 9.9: Mạch tương đương của Ắc quy khi nạp

Quá trình nạp ắc quy bắt đầu khi một điện thế nạp (Un) được áp dụng lên hai cực của bình ắc quy, với điều kiện rằng điện thế nạp này lớn hơn suất điện động của ắc quy (E) tại thời điểm nạp.

Dòng điện nạp In đi vào cực dương (+) và chảy ra cực âm (-) của Ắc quy Do Ắc quy có điện trở nội (r), sẽ xuất hiện điện thế rơi trên điện trở nội này với giá trị là r.In (Vdc).

Phương trình điện thế quá trình nạp như sau:

Trong quá trình nạp, suất điện động của ắc quy (E) sẽ tăng dần cho đến khi đạt mức tối đa (Eđ) khi ắc quy đầy Thực tế, điện áp nạp (Un) cũng sẽ tăng theo suất điện động (E) của ắc quy Để đảm bảo quá trình nạp diễn ra an toàn, người ta kiểm soát điện áp nạp Un bằng cách đo hiệu điện thế trên hai đầu cọc của ắc quy.

Ví dụ: Ta nạp cho bình ắc quy 2V, khi bình đầy thì suất điện động của bình này tầm

Khi điện áp Un đạt khoảng 2.9V, điều này cho thấy bình ắc quy 2V đã gần đầy Để hoàn tất quá trình nạp, người ta sẽ duy trì điện áp Un ở mức 2.9V trong vài giờ, cho đến khi dòng nạp In gần bằng 0 (vài chục mA) Khi điện áp Un gần bằng Eđ, quá trình nạp sẽ được coi là hoàn thành.

* Các phương pháp nạp Ắc quy

 Nạp với dòng điện không đổi.

Phương pháp nạp điện với dòng nạp không đổi giúp lựa chọn dòng điện phù hợp cho từng loại ắc quy, đảm bảo ắc quy được nạp đầy Đây là kỹ thuật phổ biến trong các xưởng bảo trì và sửa chữa, được sử dụng để nạp điện cho ắc quy mới hoặc khôi phục ắc quy bị sunfat hóa.

Phương pháp nạp với dòng không đổi có nhược điểm là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các ắc quy phải có cùng dung lượng định mức Để khắc phục vấn đề này, người ta đã áp dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi theo hai hoặc nhiều nấc, giúp rút ngắn thời gian nạp.

Khi nạp ắc quy có dung lượng C20#2Ah, ở nấc đầu tiên, dòng điện nạp được chọn là 0,2C20F.4A trong khoảng 5 giờ Sau đó, chuyển sang nấc thứ hai với dòng điện nạp là 0,05 C20.6A.

 Nạp với điện áp không đổi.

Phương pháp nạp với điện áp không đổi yêu cầu ắc quy được mắc song song với nguồn nạp, với hiệu điện thế từ (2,3 ÷ 2,5)V cho ắc quy Axit-chì và (1,7 ÷ 1,9)V cho ắc quy Ni-Cd kiềm Phương pháp này có thời gian nạp ngắn và dòng điện nạp tự động giảm theo thời gian, nhưng không đảm bảo ắc quy được nạp đầy, do đó chỉ được xem là phương pháp nạp bổ sung trong quá trình sử dụng Để đánh giá khả năng cung cấp điện của ắc quy, người ta sử dụng vôn kế phụ tải hoặc đánh giá gián tiếp qua nồng độ dung dịch điện phân, với mối quan hệ giữa tỷ trọng và trạng thái điện của ắc quy được thể hiện trên đồ thị.

Hình 9.10: Quan hệ điện áp nạp với tỷ trọng ắc quy

Phương pháp nạp kết hợp dòng áp là sự tổng hợp của hai phương pháp nạp khác nhau, khai thác những ưu điểm của từng phương pháp Đối với ắc quy axit, để đảm bảo hiệu suất nạp, trong khoảng thời gian 8 giờ (75 ÷ 80)% dung lượng, cần nạp với dòng điện không đổi In = 0,1C10 Trong quá trình nạp, suất điện động của ắc quy tăng, dẫn đến điện áp nạp Un cũng tăng, và sau 8 giờ, điện áp sẽ gần đạt mức ngưỡng Unđầy Tiếp theo, chuyển sang chế độ nạp ổn áp trong 2-3 giờ, giữ điện áp nạp không đổi tại Un=Unđầy, trong khi dòng điện nạp giảm dần đến gần 0A (vài chục mA) để hoàn thành quá trình nạp Đối với ắc quy kiềm, quy trình nạp tương tự như ắc quy axit, nhưng do khả năng quá tải lớn hơn, dòng nạp có thể đạt In = 0,2 C5.

Ắc quy có tính chất dung kháng và suất phản điện động, nên khi nạp điện áp cho ắc quy đói, dòng điện có thể tăng lên không kiểm soát, dẫn đến hiện tượng sôi ắc quy và hỏng hóc nhanh chóng Do đó, cần phải ổn định dòng nạp trong ắc quy trong khu vực nạp chính.

Khi ắc quy đạt 80% dung lượng, việc duy trì dòng nạp ổn định sẽ dẫn đến hiện tượng sôi và cạn nước Do đó, cần chuyển sang chế độ nạp ổn áp cho đến khi ắc quy hoàn toàn no Khi điện áp trên các bản cực bằng điện áp nạp, dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trình nạp.

Hình 9.11: Sơ đồ tương đương của Ắc quy khi xả

Tiêu đề	Giáo Trình Điện Tàu Thủy
Tác giả	Hồ Văn Tịnh
Trường học	Trường Cao Đẳng Cơ Giới
Chuyên ngành	Sửa Chữa Máy Tàu Thủy
Thể loại	Giáo Trình
Thành phố	Quảng Ngãi

Định dạng
Số trang	127
Dung lượng	4,8 MB