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, trong khi tần số của hệ thống 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, mang các đại lượng và thông số ghi 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:

+ 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 giá trị dòng điện 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 (U) và dòng điện (I).

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 của máy biến áp được chế tạo từ vật liệu dẫn từ chất lượng cao, nhằm dẫn từ thông chính hiệu quả Để giảm thiểu dòng điện xoáy, người ta sử dụng thép lá kỹ thuật điện có độ dày từ 0,35mm đến 0,5mm, được sơn cách điện ở hai mặt và 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 thường được chế tạo từ dây đồng, nổi bật với tính mềm dẻo và độ bền cơ học cao, giúp giảm nguy cơ đứt gãy Loại dây này có khả năng dẫn điện tốt và được thiết kế với tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài được bọc lớp cách điện để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.

Dây quấn được cấu thành từ nhiều vòng dây quấn quanh trụ lõi thép Giữa các vòng dây và giữa các dây quấn có lớp cách điện, 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 sẽ được đặt sát trụ thép, trong khi dây quấn cao áp sẽ được lồng ra ngoài Phương pháp này giúp giảm thiểu vật liệu cách điện cũng như khoảng cách cách điện với phần tiếp đất (lõi sắt), từ đó làm 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 của máy biến áp có 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, máy sẽ gặp 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 sử dụng 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 ở trạng thái hở mạch, dẫn đến dòng điện thứ cấp bằng không Trong tình huống này, từ thông chính trong lõi thép chỉ do dòng điện sơ cấp không tải tạo ra, và giá trị của nó 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 liên hệ trực tiếp về điện, 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, 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 với 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 được ký hiệu là ax với đầu đầu là a, b; Pha b ký hiệu là bx; và Pha c ký hiệu 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, giúp quá trình hoạt động của máy biến áp diễn ra hiệu quả hơn Đối với các máy biến áp lớn, thùng dầu thường được thiết kế với cánh tản nhiệt để nâng cao khả năng 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

Trong máy biến áp ba pha, các cuộn dây có thể được kết nối theo hai cách: nối hình sao và nối hình tam giác Cách nối hình sao là khi ba đầu cuối X, Y, Z được nối chung lại, trong khi ba đầu đầu A, B, C còn lại 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

Đối với người dạy, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề là rất quan trọng Họ cũng cần yêu cầu học viên ghi nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị của các đại lượng để nâng cao hiệu quả học tập.

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

- 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 không làm thay đổi 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 cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp kết nối với nguồn điện, với các đại lượng và thông số được ký hiệu bằng chỉ số 1 như W1, U1, I1 Trong khi đó, cuộn thứ cấp nối với tải, với các đại lượng và thông số 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 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 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 và được đo bằng đơn vị VA (Vôn ampe), là công suất biểu kiến thứ cấp trong chế độ làm việc định mức 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.

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 được thiết kế để dẫn từ thông chính và chế tạo từ vật liệu dẫn từ chất lượng cao 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 sơn cách điện, ghép lại tạo thành lõi thép Lõi thép bao gồm hai phần 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 được chế tạo từ dây đồng, nổi bật với tính mềm dẻo và độ bền cơ học cao, giúp hạn chế tình trạng đứt gãy Loại dây này có khả năng dẫn điện tốt và có thể 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 bao gồm nhiều vòng dây được lồng vào trụ lõi thép, với cách điện giữa các vòng dây và giữa các dây quấn, đảm bảo rằng các dây quấn cũng 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 sẽ được đặt gần trụ thép, trong khi dây quấn cao áp sẽ 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 của 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; cách điện kém có thể gây ra sự cố, trong khi cách điện quá mức sẽ làm tăng kích thước và chi phí Đối với máy biến áp công suất nhỏ, các vật liệu cách điện thường được sử dụng 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 hoạt động ở trạng thái không tải, dây quấn thứ cấp không có mạch kín, dẫn đến dòng điện thứ cấp bằng không Trong tình huống này, từ thông chính trong lõi thép chỉ được sinh ra bởi dòng điện sơ cấp không tải, với giá trị tương đương 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 kết nối trực tiếp về điện, nhưng năng lượng được chuyển giao giữa chúng thông qua từ thông chính Nếu không tính đến tổn hao, ta có thể áp dụng công thức máy biến áp lý tưởng để mô tả mối quan hệ giữa các đại 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 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 được ký hiệu là ax với đầu đầu là a, b; Pha b ký hiệu là bx và Pha c ký hiệu 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 máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc tỏa nhiệt hiệu quả cho các máy biến áp dầu Đối với các máy biến áp lớn, thùng dầu được thiết kế với cánh tản nhiệt, giúp nâng cao khả năng làm mát và đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị.

-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 là phần tĩnh và phần quay, bên cạnh đó còn có phần nguồn kích từ.

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.

Lõi thép stator có các rãnh thông gió ngang trục cách nhau từ 3 đến 6 cm, mỗi rãnh rộng khoảng 10 mm Lõi thép này được cố định 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 thiết bị Ngoài ra, vỏ máy và nắp máy được làm bằng gang hoặc thép đúc, giúp bảo vệ dây quấn stato và hỗ trợ trục roto.

Rotor của máy điện đồng bộ là một nam châm điện được cấu tạo từ lõi thép và dây quấn kích thích Dòng điện cung cấp cho dây quấn kích thích là dòng điện một chiều Có hai loại 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, 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 chế tạo từ dây đồng trần có tiết diện hình chữ nhật, quấn thành các bối dây đồng tâm với các vòng dây cách điện bằng mica mỏng Để giữ chặt dây quấn trong rãnh, miệng rãnh được nêm kín bằng thanh nêm thép không từ tính Phần đầu nối của dây quấn được đai bằng ống trụ thép không từ tính, trong khi hai đầu dây đi qua trục và kết nối với hai vành trượt qua chổi điện để nhận dòng kích từ một chiều.

Rotor của máy điện đồng bộ cực lồi được chế tạo từ lõi thép bằng thép đúc, có hình dạng khối lăng trụ hoặc hình trụ với các cực từ được gắn trên bề mặt Đối với các máy lớn, lõi thép thường được cấu tạo từ các tấm thép dày từ 1 đến 6 mm, được dập hoặc đúc để ghép thành các khối lăng trụ Lõi thép này không được lồng trực tiếp vào trục máy mà được đặt trên giá đỡ của rotor, và giá đỡ này sẽ lồng vào trục máy Các cực từ trên lõi thép rotor được ghép bằng những lá thép có độ 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 các cuộn dây Giữa các vòng dây được cách điện bằng lớp mica hoặc amiang Sau khi gia công, các cuộn dây này được lồng vào thân cực để hoàn thiện sản phẩm.

Dây quấn cản được lắp đặt tại các đầu cực, được chế tạo từ các thanh đồng gắn vào rãnh của đầu cực Hai đầu dây quấn được kết nối với nhau qua 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 bao gồm rotor, stator, và hệ thống điều chỉnh điện áp Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, khi rotor quay tạo ra từ trường, tương tác với cuộn dây trên stator để sinh ra điện năng Động cơ điện đồng bộ cũng bao gồm rotor và stator, nhưng hoạt động theo nguyên lý tương tự, với rotor quay đồng bộ với tần số của dòng điện trong stator, giúp chuyển đổi điện năng thành cơ năng một cách hiệu quả.

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 như motor bơm nước và quạt máy, cũng như trong các ứng dụng công nghiệp Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về máy điện một chiều, giúp bạn hiểu rõ hơn về vai trò và ứng dụng của nó trong cuộc sống hàng ngày.

- 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 Người dạy cũng cần yêu cầu học viên ghi nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị tương ứng Các bước quy trình thực hiện cần được tuân thủ để đảm bảo hiệu quả trong quá trình giảng dạy.

- 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 sử dụng để gắn các cực từ và làm mạch từ nối liền các cực từ, điều này tạo nên sự dẫn từ cho vỏ máy Đây là điểm khác biệt nổi bật so với vỏ máy của máy điện xoay chiều.

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

2.1.1.2 Cực từ a) Cực từ chính

Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường, bao gồm lõi thép và dây quấn Lõi thép được làm từ các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm hoặc 1mm, được ép chặt lại, trong khi dây quấn cực từ chính được làm bằng đồng bọc cách điện, quấn định hình thành từng bối, sau đó được tẩm vécni cách điện Bối dây được lồng vào lõi thép và gắn chặt bằng bulông.

Cực từ phụ bao gồm lõi thép và dây quấn, với 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 bố trí xen kẽ với cực từ chính nhằm mục đích 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 hợp với vành đế.

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 chung bằng dây điện Vị trí của các chổi than nằm trên vùng trung tính vật lý của động cơ.

Chổi than làm bằng graphit có độ cứng thay đổi tùy thuộc vào tốc độ động cơ, số lượng hộp chổi than và kích thước chổi than trên một cực, tất cả đều 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 khắc phục 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, với bề mặt được sơn cách điện Các lá thép này được dập theo hình dạng rãnh và ghép lại với nhau Rãnh có chức năng chứa dây quấn và có lỗ thông gió dọc theo trục để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

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

Cổ góp được cấu tạo từ các phiến đồng có đuôi én, ghép lại thành hình trụ tròn, với các phiến cách điện bằng lớp mica mỏng (0,2-1,2mm) và cách điện với trục Phần cuối của phiến 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 ra mạch ngoài, vì vậy 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

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

Khi dây dẫn tiếp xúc với từ trường, dòng điện cảm ứng sẽ chảy trong dây Trong máy phát điện một chiều, cuộn dây trường tạo ra trường điện từ, làm biến đổi các dây dẫn phần ứng thành trường điện từ Kết quả là, một lực điện động cảm ứng (e.m.f) xuất hiện trong các dây dẫn phần ứng, và dòng điện cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải của Fleming Máy phát điện một chiều có nhiều ưu điểm nổi bật.

 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 có bốn loại chính: máy phát điện một chiều kích từ độc lập, máy phát điện một chiều kích từ song song, máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp, và máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp Mỗi loại máy phát điện này có ứng dụng đặc trưng và những ưu điểm riêng, phục vụ cho các nhu cầu khác nhau trong thực tế.

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 duy trì chuyển động quay liên tục của rotor 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 chạy qua phần ứng, hay cuộn dây, nằm giữa cực bắc và cực nam của nam châm, từ trường do phần ứng 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 Trong đó, B đại diện cho 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 dây dẫn khi có dòng điện Cụ thể, 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 thể hiện chiều của dòng điện, và ngón cái chỉ ra hướng của lực tác dụng.

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

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp hiện nay, việc áp dụng thiết bị điện và hệ thống tự động hóa vào quy trình sản xuất và vận hành công nghiệp đã trở thành xu hướng phổ biến Những thiết bị này không chỉ giúp tăng hiệu quả sản xuất cho doanh nghiệp mà còn đóng vai trò quan trọng trong các hoạt động đời sống hàng ngày, 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 người dạy, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu, cùng với việc uốn nắn và sửa sai tại chỗ cho người học 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 quy trình thực hiện cần được tuân thủ để đảm bảo quá trình giảng dạy diễn ra suôn sẻ và hiệu quả.

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: phần cảm và phần 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 hiệu suất làm việc của máy phụ thuộc nhiều vào tốc độ quay Trong trường hợp chuyển động thẳng, đo vận tốc dài thường được chuyển đổi thành đo tốc độ quay Do đó, cảm biến đo vận tốc góc đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường tốc độ.

Tốc độ kế vòng kiểu điện từ đo tốc độ quay dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Cảm biến 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 này hoạt động theo nguyên tắc đo tần suất điện động của chuyển động tuần hoàn, như chuyển động quay Cảm biến 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 có tần suất tỉ 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 của các trục máy khác nhau từ xa Thiết bị này được ứng dụng trong đo lường và điều khiển từ xa Sensin bao gồm hai phần: Sensin phát và Sensin thu, có cấu tạo giống nhau và chỉ kết nối điện với nhau, không nối trục 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

Bài viết đề cập đến cấu tạo của máy điện, bao gồm stato và roto Có hai kiểu thiết kế: kiểu đầu tiên là roto với 3 cuộn dây mắc sao, tương ứng với 3 đầu ra, và stato có 1 cuộn dây với 2 đầu ra, nằm giữa là mạch từ Kiểu thứ hai là roto có 1 cuộn dây cho 1 đầu ra, trong khi stato có 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 lĩnh vực phòng không không quân, đặc biệt trong việc điều khiển radar và điều khiển bánh pháo thông qua một bộ lai cơ khí Khi cảm biến quay một góc, nó giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển và nâng cao hiệu quả hoạt động.

Khi sensin quay 30 độ, nó sẽ quay cùng chiều với tín hiệu đầu vào, dẫn đến việc tín hiệu xuất ra có dạng analog hình sin.

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 đều được nối song song 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 lệch theo 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 để đạt được vị trí cân bằng giữa hai góc Tuy nhiên, trong thực tế, trục cần đo không thể di chuyển chỉ bằng lực của sensor, do đó 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

Trong mọi gia đình và cơ sở sản xuất hiện nay, việc lắp đặt thiết bị khí cụ điện là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện và đảm bảo an toàn cho các loại máy móc Vậy khí cụ điện là gì và vai trò của nó trong hệ thống điện ra sao?

- 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, giáo viên cần yêu cầu học sinh nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị của các đại lượng Việc thực hiện các bước quy trình này sẽ giúp học sinh tiếp thu kiến thức một cách hiệu quả hơn.

Sensin

Sensin là thiết bị điện dùng để truyền tải thông tin về góc quay trục của các máy khác nhau từ xa Thiết bị này được ứng dụng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển từ xa 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 cũng sẽ quay theo cùng một góc.

2.2.1 Cấu tạo của sensin một pha

Máy điện không đồng bộ bao gồm stato và roto, với hai kiểu cấu trúc khác nhau Kiểu đầu tiên 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 nằm ở giữa Kiểu thứ hai có roto với 1 cuộn dây ứng với 1 đầu ra, còn stato có 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 của công nghệ này rất phổ biến trong lĩnh vực phòng không không quân, đặc biệt là trong việc 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, nâng cao hiệu quả tác chiến.

Khi sensin quay một góc 30 độ, nó phải quay cùng chiều để 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 gồm hai cuộn: một cuộn kết nối với nguồn một pha và một cuộn nối tiếp với tụ điện, tạo ra từ trường quay Cuộn rotor có ba cuộn được nối sao, lệch nhau 120 độ, giúp cảm ứng từ trường quay thành sức điện động ba pha cân bằng Các mạch stator và rotor được nối song song, đảm bảo khi hai rotor ở vị trí tương đối giống nhau, sức điện động trên chúng sẽ đồng pha Dòng điện trong mạch rotor sẽ

Khi một trong hai rotor lệch một góc, tín hiệu đầu ra của cả hai rotor cũng sẽ bị lệch tương ứng Dòng điện sẽ chạy trong mạch của hai rotor, tác động lên chúng để đưa 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 giữa hai góc Tuy nhiên, trong thực tế, trục cần đo thường không thể di chuyển chỉ bằng lực của sóng siêu âm, do đó 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

Khí cụ điện là thiết bị thiết yếu trong các gia đình, nhà máy và xí nghiệp, phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện và đảm bảo an toàn cho các máy móc điện Việc lắp đặt khí cụ điện không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động mà còn bảo vệ người sử dụng khỏi những rủi ro liên quan đến điện.

- 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 là rất quan trọng, bao gồm các hình thức như diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu, cũng như việc uốn nắn và sửa sai tại chỗ cho người học Ngoài ra, giáo viên cần yêu cầu học sinh ghi nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị của các đại lượng, đồng thời tuân thủ các bước quy trình thực hiện để đảm bảo hiệu quả trong quá trình giảng dạy.

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, tạo ra kết nối điện; ngược lại, khi lưỡi dao rời khỏi ngàm, mạch điện sẽ bị ngắt Để đảm bảo an toàn, khoảng cách giữa các tiếp xúc điện cần 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 thành phần không bị cháy xém Để cải thiện tiếp xúc giữa lưỡi dao và ngàm dao, 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 được sử dụng để đóng cắt dòng điện hoặc thay đổi kết nối mạch điện một cách thủ công Nó thường được áp dụng 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 là thiết bị thường được sử dụng làm cầu dao tổng cho máy công cụ, cho phép đóng mở trực tiếp các động cơ điện có công suất nhỏ Nó cũng có thể được sử dụng để thay đổi nối và điều khiển trong các mạch điện tự động Ngoài ra, công tắc hộp còn có chức năng thay đổi chiều quay của động cơ điện và thay 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 và 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 và phát 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 chuyển từ đóng sang mở khi có lực tác động, làm ngắt tín hiệu điều khiển thiết bị điện, và cũng trở lại trạng thái ban đầu khi lực tác động biến mất Đối với nút nhấn liên động, khi có lực tác động, tiếp điểm thường đóng mở trước, sau đó tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại, tạo ra một chuỗi thay đổi trạng thái trước khi trở về trạng thái ban đầu khi không còn lực tác động.

Các tiếp điểm tĩnh 3 được gắn trên vành nhựa bakêlit cách điện 2 và có đầu vặn vít chìa ra khỏi hộp Các tiếp điểm động 4 nằm trên cùng trục, cách điện với trục và tương ứng với các mạch khác nhau của 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 Chuyển dịch của tiếp điểm động được thực hiện nhờ cơ cấu cơ khí với núm vặn 5 Hơn nữa, lò xo phản kháng được đặt trong vỏ hộp giúp tạo sức bật nhanh, làm dập tắt hồ quang hiệu quả Hình dạng cấu tạo công tắc hộp của Việt Nam, Liên Xô, Đức, Pháp tương tự như hình trên, chỉ khác nhau về hình dạng kết cấu.

Công tắc hành trình và công tắc điểm cuối là thiết bị quan trọng trong việc điều khiển mạch điện trong truyền động điện tự động, giúp tự động hóa quá trình làm việc của các cơ cấu chuyển động cơ khí Chúng hoạt động dựa trên tín hiệu hành trình, cho phép tự động ngắt điện khi đạt đến vị trí cuối cùng, đảm bảo an toàn cho hệ thống Công tắc này được phân loại thành nhiều kiểu khác nhau như kiểu ấn, kiểu đòn, kiểu trụ và kiểu quay, tùy thuộc vào cấu tạo của chúng.

Khí cụ điều khiển tự động

Cầu chì là thiết bị bảo vệ điện (KCĐ) quan trọng, giúp ngăn chặn hư hỏng cho thiết bị điện và lưới điện trước dòng điện ngắn mạch Đây là loại KCĐ phổ biến và dễ sử dụng, thường được áp dụng để bảo vệ đường dây, máy biến áp, động cơ điện cũng như mạng điện trong gia đình.

Khi mạch điện gặp tình trạng quá tải lớn và kéo dài, cầu chì có thể bị ảnh hưởng, nhưng không nên dựa vào tính năng này để bảo vệ, vì điều đó có thể làm giảm tuổi thọ của thiết bị và gây tổn hại nghiêm trọng đến đường dây Việc phân loại các tình huống quá tải là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong 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, chỉ bao gồm các phiến làm từ chì lá, kẽm, hoặc hợp kim chì và thiếc, nhôm, đồng lá mỏng Những phiến này được dập cắt thành hình dạng cụ thể và được gắn chặt vào các đầu cực dẫn điện bằng vít, trên các bản cách điện bằng đá hoặc sứ Ngoài ra, dây chảy còn tồn tại dưới dạng hình tròn làm từ chì.

Dây chảy 1 được kết nối với nắp 2 ở phía trong, nắp có thiết kế dạng răng vít giúp vặn chặt vào đế Dây chảy thường được làm bằng đồng hoặc đôi khi bằng bạc Sản phẩm có các cỡ dòng điện định mức là 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 chắc chắn 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 khi đi qua dây dẫn sẽ làm dây dẫn nóng lên theo định luật Joule-Lenz Nếu dòng điện trong mạch ở mức bình thường và nhiệt lượng sinh ra nằm trong giới hạn chịu đựng của dây dẫn, thì mạch sẽ hoạt động ổn định.

Khi xảy ra ngắn mạch hoặc quá tải lớn, dòng điện sẽ tăng cao đáng kể, dẫn đến việc sinh ra nhiệt lượng lớn Nhiệt lượng này có thể làm dây dẫn chảy và đứt, từ đó ngắt mạch điện và bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng.

- 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 là thiết bị cho phép thao tác với tần số lớn nhờ vào buồng dập hồ quang, còn được gọi là máy cắt không khí vì hồ quang được dập tắt trong không khí Thiết bị này có nhiều loại khác nhau, phù hợp với các ứng dụng và yêu cầu cụ thể 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 chức năng 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 bảo vệ hệ thống điện khỏi các sự cố và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Trong một số trường hợp cần bảo vệ tổng hợp, bao gồm bảo vệ cực đại theo dòng điện và cực tiểu theo điện áp, chúng ta sử dụng loại áp tô mát vạn năng Loại áp tô mát này được ký hiệu là b và hoạt động dựa trên nguyên lý cụ thể để đảm bảo an toàn cho 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 sẽ bị cắt.

Khi xảy ra hiện tượng sụt áp, rơ le điện áp sẽ kích hoạt để nhả lá sắt non Dưới tác động của lực kéo từ lò xo, lá sắt non sẽ đẩy tay đòn, dẫn đến việc cần răng và móc cũng được nhả ra, từ đó cắt đứt 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 có tiếp điểm phụ mà không có tiếp điểm chính Dựa vào dạng dòng điện, công tắc tơ được phân loại thành 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 có hình dạng EI hoặc UI, được cấu thành từ những lá tôn silic dày 0,35mm hoặc 0,5mm nhằm giảm thiểu tổn hao dòng điện xoáy Mạch từ thường được chia thành hai phần: phần tĩnh được kẹp chặt cố định và phần động là nắp, kết nối với hệ thống tiếp điểm thông 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 X 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 thang đo đã được khắc sẵn theo đơn vị của đại lượng cần đo Khi thực hiện đo, đại lượng cần đo sẽ được so sánh trực tiếp với thang đo này 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 đo có kim chỉ và dụng cụ đo kiểu tự ghi, trong đó kết quả đo được ghi lại dưới dạng đường cong theo 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 bao gồm nhiều vòng dây đồng nhỏ (0,02 ÷ 0,05 mm) được quấn trên khuôn nhôm hình chữ nhật và được đặt trên trục quay Chuyển động của khung dây xảy ra nhờ lực tương tác giữa từ trường của nó và từ trường của nam châm vĩnh cửu, với khối lượng khung dây cần được tối ưu để giảm thiểu ảnh hưởng của Momen quán tính Lõi sắt hình trụ tròn được đặt giữa hai cực nam châm, tạo ra khe hở không khí nhỏ và đều giữa các cực từ, giúp giảm từ trở và tăng mật độ từ thông qua khe hở này.

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

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

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

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 nâng cao độ nhạy của cơ cấu đo, chúng ta có thể tăng cường độ lớn của cảm ứng từ B trong khe hở không khí hoặc 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 sử dụng thang đo dòng (đo trực tiếp) bằng cách 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, hãy 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 VOM.

Khi tiến hành đo dòng điện, nếu không nắm rõ phạm vi giá trị của dòng điện cần đo, hãy bắt đầu với thang đo lớn nhất là 2.5A Nếu kim đo lệch ít, bạn nên chuyển sang thang đo có giá trị nhỏ hơn và điều chỉnh 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, ta có thể sử dụng phương pháp đo sụt áp trên điện trở hạn dòng nối với tải Bằng cách chia điện áp đo được cho giá trị của điện trở hạn dòng, ta có thể xác định giá trị dòng điện Phương pháp này cho phép đo các dòng điện lớn hơn khả năng của đồng hồ và 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 thay đổi do dòng điện tạo ra có khả năng gây ra cảm ứng điện từ trên 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 Điều này giúp tránh hiện tượng quá điện áp, bảo vệ đồng hồ đo VOM khỏi hư hỏng.

- 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 rõ phạm vi giá trị cần đo, hãy chọn thang đo lớn nhất là 1000V Nếu kim lệch ít, hãy chuyển sang thang đo nhỏ hơn và điều chỉnh từ từ Nếu thang đo thấp hơn điện áp cần đo, kim sẽ báo kịch kim; ngược lại, 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 rõ phạm vi giá trị cần đo, nên chọn thang đo lớn nhất là 1000V Nếu kim đồng hồ lệch ít, hãy chuyển sang thang đo nhỏ hơn và giảm dần Lưu ý rằng nếu chọn 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 hay thang đo dòng điện, vì nếu nhầm lẫn, đồng hồ sẽ bị hỏng ngay lập tức Để đo điện áp, hãy sử dụng máy đo VOM hoặc DMM.

 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 kiểm tra.

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

Mặc dù việc sử dụng dụng cụ đo chính xác có thể cho kết quả, nhưng giá trị điện trở thu được vẫn có thể bị sai số lớn Giá trị Rx đo được có thể thay đổi 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, người ta điều chỉnh biến trở R 1 cho tới khi đồng hồ điện kế chỉ 0 Khi đó, cầu đang ở chế độ cân bằng, có nghĩa là điện thế tại hai điểm V là 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 nhạy của chỉ thị và điện áp cung cấp ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác này; do đó, chỉ thị cần có độ nhạy hợp lý và 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 được thiết lập.

 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 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 bộ biến đổi phổ biến như máy phát một chiều, máy phát xoay chiều, khuếch đại từ và cuộn kháng bão hòa Các loại động cơ điện bao gồm động cơ một chiều, động cơ xoay chiều đồng bộ, không đồng bộ và các động cơ điện đặc biệt khác.

Phần điều khiển trong hệ thống bao gồm các cơ cấu đo lường và bộ điều chỉnh thông số, cùng với công nghệ điều khiển đóng cắt phục vụ cho quy trình sản xuất và hỗ trợ người vận hành Hệ thống còn tích hợp các mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác, tạo nên một dây chuyền sản xuất hiệu quả.

2.1.2 Các trạng thái làm việc

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

Công suất cơ (Pcơ) được xác định bằng công thức Pcơ = M.ωt, đại diện cho công suất 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 cùng chiều với tốc độ quay.

2.1.2.2 Trạng thái không ổn định

Khi hệ truyền động hoạt động, cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể sinh 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 dòng điện di chuyển từ động cơ trở 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 hoạt động hiệu quả của con tàu, cần sử dụng các loại bơm thiết yếu phục vụ cho máy chính, bao gồm bơm dầu bôi trơn, bơm nhiên liệu, bơm làm mát, bơm chuyển dầu, máy lọc và hệ thống 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 được chia thành quạt ly tâm và cánh hướng trục Một cách phân loại khác là theo loại chất lỏng mà bơm 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 (< 5 kg/cm²), bơm áp lực trung bình (5 - 50 kg/cm²) và bơm áp lực cao (> 50 kg/cm²) Ngoài ra, bơm cũng có thể được phân loại dựa trên năng suất Đối với quạt gió, áp lực được phân loại thành áp lực thấp (< 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, các bơm và quạt gió trên tàu như bơm nhiên liệu, quạt gió nồi hơi và quạt gió buồng máy phải có khả năng ngắt từ xa, có thể thực hiện từ buồng lái hoặc hành lang boong chính Đặc biệt, bơm hút khô hầm hàng không chỉ cần có nút dừng từ xa mà còn phải được khởi động từ xa để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong vận hành.

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 đi kèm với chức năng đo, kiểm tra và báo động nhiệt độ của ổ đỡ bơm và động cơ, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.

Tự động điều khiển là công nghệ quan trọng trong việc quản lý nhóm tải bơm, quạt gió và máy nén trên tàu thuỷ Các ứng dụng tiêu biểu bao gồm bơm nước sinh hoạt, bơm 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 Tất cả đều được điều khiển tự động dựa trên hàm áp lực hoặc mức chất lỏng, giúp nâng cao hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.

Truyền động điện cho cơ khí làm hàng

Các phương tiện làm hàng trên tàu thuỷ rất phong phú về loại hình, trang thiết bị và phương pháp điều khiển Trong số đó, tời hàng và cần cẩu là những thiết bị 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

Các động cơ không đồng bộ 3 tốc độ được phân chia 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 gần rôto nhất Trong MA 622, tốc độ 2 và 3 sử dụng chung một cuộn dây stato nhưng thay đổi cách nối để đạt được số cặp cực khác nhau Để đảm bảo tỏa nhiệt hiệu quả, các rãnh tỏa nhiệt được thiết kế ở phía ngoài động cơ và có lớp áo bảo vệ bên ngoài Không khí làm mát được thổi vào khe hở giữa rãnh tỏa nhiệt và lớp áo bảo vệ thông qua một 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 ra khi động cơ hoạt động, với một tiếp điểm báo trạng thái cửa gió nối tiếp với rơ lê bảo vệ để đảm bảo động cơ chỉ hoạt động khi có gió làm mát lưu thông Một số loại động cơ sử dụng cảm biến áp lực hoặc tốc độ gió để giải quyết vấn đề này Phần lớn động cơ 3 tốc độ đều có phanh điện từ dạng đĩa gắn ở đầu trục phía xa hộp số, trong khi một số loại khác trang bị phanh điện thủy lực, được 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 có hai hệ thống hoạt động độc lập và đồng thời, với một hệ thống phải đảm bảo đủ công suất để điều khiển tàu 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 điều chỉnh cần được thiết lập để phù hợp với các thông số cơ bản của hệ thống điều khiển, bao gồm điều kiện thời tiết, trọng tải hàng hóa và tốc độ 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 có khả năng duy trì hướng đi của con tàu với độ chính xác dưới ± 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 dưới ± 30 độ khi sóng đạt cấp 6, và dưới ± 4-50 độ khi sóng vượt quá cấp 6.

Hệ thống lái tàu có chức năng chính là thay đổi hướng di chuyển Khi điều khiển, người dùng cần theo dõi đồng hồ chỉ thị góc quay bánh lái; khi góc chỉ thị gần đạt yêu cầu, cần bỏ nút ấn điều khiển ra Hệ thống sử dụng nguyên tắc điều khiển on/off với hai nút ấn hoặc tay điều khiển có cơ cấu lò xo trả về vị trí trung gian, đóng ngắt hai tiếp điểm để quay bánh lái sang trái hoặc phải Để điều khiển chính xác, người dùng phải quan sát đồng hồ chỉ thị và nhả nút ấn khi đạt giá trị mong muốn, ví dụ như quay bánh lái sang trái 50 độ Tuy nhiên, cần nhả nút ấn sớm hơn do quán tính của bánh lái, máy lái và đồng hồ chỉ thị Để tránh sai sót khi ấn đồng thời hai nút, hệ thống có cấu trúc khóa liên động giữa các nút ấn LWP và 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 quá 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, 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 mức dầu bôi trơn và các thông số hoạt động khác như áp lực nước làm mát, nhiệt độ, áp suất dầu nhiên liệu, và áp suất không khí để đảm bảo mọi thứ đều nằm trong phạm vi yêu cầu.

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

Trước khi khởi động động cơ, hãy 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 bước quan trọng để đảm bảo an toàn Hãy chắc chắn rằng các bánh xoay 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 kiểm tra tay quay đã được dỡ khỏi các bánh đà trước khi khởi động động cơ.

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho động cơ, nhiệt độ nước làm mát cần được kiểm tra thường xuyên Nhiệt độ tối đa cho động cơ chính là 60°C, trong khi các động cơ phụ trợ nên duy trì ở mức 40°C Lưu ý rằng nhiệt độ có thể thay đổi tùy thuộc vào công suất KW của từng 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.

Khi khởi động máy phát thứ 2, hãy đặt chế độ “Load Sharing Switch to Manual” để tránh việc máy phát vào tải ngay lập tức Điều này giúp máy có thời gian làm nóng và đảm bảo quá trình chia sẻ tải diễn ra đồng đều hơn, 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 mức mở của van xả do hệ thống dầu thủy lực điều khiển, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.

Khi kiểm tra động cơ, các kỹ sư cần có mặt gần động cơ trong quá trình khởi động từ xa Đối với động cơ phụ trợ, nên khởi động bằng tay thay vì sử dụng hệ thống khởi động từ xa để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

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, cho phép trọng lượng của neo và xích rơi tự do Tuy nhiên, nếu độ sâu thả neo lớn, việc thả neo phải được thực hiện bằng động cơ điện để đảm bảo an toàn cho hệ thống, vì không nên để neo rơi tự do trong trường hợp này Động cơ sử dụng cho truyền động điện của neo và tời quấn dây tương tự như động cơ trong thiết bị làm hàng.

Trong hệ thống neo, chế độ làm việc chính là thu neo từ độ sâu cho phép, trong khi chế độ thả neo tận dụng trọng lượng của neo và xích neo thả tự do Khi làm việc ở chế độ thu neo, mô men cản trên trục động cơ luôn thay đổi, phụ thuộc vào các giai đoạn thu neo, điều kiện thời tiết và độ nông sâu của bãi thả neo Các giai đoạn thu neo được chia thành 5 giai đoạn với các điều kiện cụ thể: độ sâu thả neo đúng quy định, độ dài xích neo cực đại, sóng gió từ cấp 5 đến cấp 7, và tốc độ dòng chảy từ 2 knot đến 3 knot.

Giai đoạn 1 là quá trình thu xích neo từ dưới bùn với tốc độ không đổi, trong đó mỗi mắc xích neo được nhấc lên sẽ có một mắc xích khác đi qua đĩa hình sao Tàu di chuyển từ từ đến điểm thả neo mà không thay đổi tốc độ Trong suốt giai đoạn này, đoạn xích neo dưới nước giữ nguyên hình dạng, với sức căng và lực kéo trên đĩa hình sao 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 khi giai đoạn 1 kết thúc, tập trung vào việc thu xích neo võng trong nước Trong giai đoạn này, đoạn xích neo được rút ngắn và thẳng dần, dẫn đến sự gia tăng sức căng trên đĩa hình sao Tàu tiếp tục tiến về điểm thả neo với tốc độ không đổi, tức là tk = tăng, j = tăng, v = const Giai đoạn này kết thúc khi xích neo trở nên thẳng trong nước.

Giai đoạn 3 là giai đoạn ngắn trong quá trình thu neo, 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, và 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, khiến tàu tiếp tục tiến về phía trước và neo bị bật ra khỏi bùn do quán tính.

Giai đoạn này bắt đầu từ khi neo được nhổ 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 dần, góc j là 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 để đảm bảo hoạt động ổn định của xe Lượng dầu cần duy trì ở mức độ bình thường, không được quá ít hoặc quá nhiều Theo quy định của nhà sản xuất, lượng dầu không được vượt quá 10% so với mức tiêu chuẩn.

Đối với 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 mức độ hao mòn vượt quá 2-5% hoặc có hơn 6 sợi cáp bị đứt trong một bó, thì cần phải thay thế ngay lập tức để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.

Trước khi sử dụng hệ thống tời, cần vệ sinh 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 hoạt động hiệu quả của hộp số, cần kiểm tra bánh răng xem có dấu hiệu hư hỏng hoặc gãy không, nếu có thì phải tiến hành thay thế Đồng thời, cần kiểm tra hệ thống điều khiển điện để xác định xem các mối nối điện và chân rơ le trung gian có bị đứt hay không.

+ 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 sự hoạt động hiệu quả của con tàu, cần sử dụng các loại bơm phục vụ cho máy chính, bao gồm bơm dầu bôi trơn, bơm nhiên liệu, bơm làm mát, bơm chuyển dầu, máy lọc và 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 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, bơm hút khô hầm hàng không chỉ cần có nút dừng từ xa mà còn phải được khởi động từ xa để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong vận hành.

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 của ổ đỡ bơm và động cơ, đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.

Tự động điều khiển được sử dụng phổ biến trong các hệ thống tải như bơm, quạt gió và máy nén trên tàu thủy Các ứng dụng cụ thể bao gồm bơm nước sinh hoạt, bơm vệ sinh, bơm nồi hơi, bơm dầu trong két trực nhật, máy nén khí khởi động và máy nén trong hệ thống máy lạnh thực phẩm Tất cả đều được điều khiển tự động dựa trên áp lực hoặc mức chất lỏng, giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong 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 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 quy trình thực hiện cần được tuân thủ để đảm bảo quá trình dạy học diễn ra suôn sẻ và đạt được kết quả tốt nhất.

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

Trạm phát điện một chiều hiện nay hầu như không còn được sử dụng trong thiết kế tàu, ngoại trừ một số lĩnh vực đặc thù như 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 sử dụng ba dòng điện xoay chiều có cùng biên độ và tần số, nhưng lệch pha nhau ⅔ Thiết kế của nó bao gồm ba cuộn dây được bố trí lệch nhau ⅓ vòng tròn trên stato, mang lại sự linh hoạt và ổn định cho động cơ Ngoài ra, máy còn có khả năng chống ồn và tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả.

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 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 phát ra dòng điện mà còn điều khiển điện áp vào, ra, công suất phản kháng, hệ số công suất và dòng điện của máy phát điện.

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 tính bằng công suất biểu kiến (KVA hoặc MVA), điều này giúp xác định giới hạn tải do vấn đề phát nhiệt của cuộn dây phần ứng.

Trên bảng định mức máy phát, công suất P (KW hay MW) được xác định dựa trên 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.

Khi cosφđm = 0,8, việc máy phát chịu tải với Iđm mà cosφ < cosφđm là không được phép 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 thường được sử dụng cho các máy diesel thấp tốc, trong khi máy không bão hòa cực ẩn thích hợp cho 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, khi xuất xưởng luôn được nhà chế tạo cung cấp các đại lượng và thông số quan trọng ghi trong katalog Những thông số này không chỉ có ý nghĩa quan trọng 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 phần 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 sau đó 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 lai rotor của máy phát chính hoạt động ổn định với tốc độ định mức, điện áp máy phát nhanh chóng được hình thành nhờ từ dư ban đầu Tín hiệu kích từ từ cầu chỉnh lưu Si2 được truyền đến cuộn kích từ F2, tạo ra từ trường tĩnh Khi rotor quay, trong 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 sau đó 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 tiếp tục tạo ra sức điện động trên cuộn dây ba pha của máy phát G, dẫn đến việc tạo ra 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 máy phát điện phụ 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 một stator với cuộn dây cố định trên lõi sắt, và một rotor quay tạo ra từ trường Khi rotor quay trong stator, từ trường này cắt ngang dây dẫn, sinh ra một EMF (điện động lực) do lực điện từ, gây ra bởi đầu vào cơ học.

Từ trường trong máy phát không chổi than được hình thành nhờ cảm ứng và cuộn dây rôto, được kích hoạt bởi dòng điện xoay chiều qua các vòng và bàn chải trượt Một số điểm quan trọng cần chú ý về quyền lực trên boong tàu là:

 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, bao gồm nhiều thành phần khác nhau để đảm bảo sự phân phối điện năng liên tục.

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

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

Biến áp được sử dụng để điều chỉnh điện áp, cho phép bước lên hoặc bước xuống điện áp phù hợp Trong hệ thống phân phối điện, biến áp hạ áp đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng.

 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 uỷ thác do khả năng bảo vệ thiết bị máy móc, như bánh lái, khỏi việc bị mất mát trong quá trình sử dụng.

Hệ thống phân chia điện năng trên tàu thuỷ

2.4.1 Mạch động lực và tổ hợp thanh cái

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

Bảng điều khiển của mỗi tổ máy phát điện bao gồm các thành phần thiết yếu như áptomat chính, biến áp, biến dòng đo, cầu chì thiết bị biến đổi và các thiết bị phụ trợ cho việc điều khiển, kiểm tra và dự báo Bên ngoài bảng điều khiển, người dùng có thể quan sát các đồng hồ chỉ báo điện áp, dòng điện, tần số và công suất, cùng với các công tắc chuyển mạch, nút đóng mở áptomat, và các điều khiển để điều chỉnh điện áp cũng như tốc độ động cơ Ngoài ra, có thể có thêm các chỉ báo thông số của động cơ lai để hỗ trợ vận hành hiệu quả hơn.

Panel chung được chia thành hai ngăn: ngăn trên dùng để đo lường và chọn điều khiển các tổ máy phát, trong khi ngăn dưới phục vụ cho bảng điện cấp điện bờ Mặt ngoài của panel chung được trang bị các công tắc lựa chọn, nút ấn và đồng hồ đồng bộ để 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, từ đó phân phối điện năng đến các phụ tải Hệ thống thanh cái đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và điều phối nguồn điện cho các thiết bị trên tàu.

Thanh cái (busbar) được chế tạo từ đồng, với đặc tính 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 lựa chọn dựa trên các chỉ tiêu kinh tế và điều kiện phát nóng, cũng như 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 sứ thường vào khoảng 30cm, nhằm đảm bảo ổn định điện động Trong hệ thống điện 3 pha của tàu thủy, thanh cái được bố trí thành 3 thanh cái song song, với khoảng cách giữa các thanh cái từ 8 đến 12 cm, đủ không gian để thực hiện 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

Trạm phát với hệ thống thanh cái không phân đoạn có cấu trúc đơn giản, nhưng gặp phải nhược điểm nghiêm trọng Nếu một phụ tải xảy ra sự cố ngắn mạch và thiết bị bảo vệ không hoạt động, toàn bộ máy phát sẽ ngắt kết nối khỏi lưới, dẫn đến tình trạng mất điện toàn bộ tàu Hơn nữa, việc bảo trì thanh cái yêu cầu phải ngắt điện của tất cả các máy phát, gây ảnh hưởng đến hoạt động chung.

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 kết nối dây điện rõ ràng, đảm bảo mỗi hộ tiêu thụ điện đều được cấp điện từ một đường dây độc lập Dạng sơ đồ này rất phù hợp cho các phụ tải cụ thể, giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng điện.

 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, điện áp tức thời của thanh cái được biểu diễn bằng ba thành phần: uA1, uB1 và uC1, trong đó uA1 = U1 sin(w 1t + j 1), uB1 = U1 sin(w 1t + j 1 + 120°), và uC1 = U1 sin(w 1t + j 1 + 240°) Tương tự, điện áp tức thời của máy phát định hòa cũng được chia thành ba thành phần: uA2, uB2 và uC2, với uA2 = U2 sin(w 2 t + j 2), uB2 = U2 sin(w 2 t + j 2 + 120°), và uC2 = U2 sin(w 2 t + j 2 + 240°).

- 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.

Các máy phát thường được lắp đặt và thử nghiệm tại nhà máy, đảm bảo rằng thứ tự pha, điện áp và tần số luôn đáp ứng yêu cầu Để xác định điều kiện góc pha trùng nhau, cần áp dụng các phương pháp hòa đồng bộ.

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 để xác định sự đồng bộ giữa điện áp lưới và suất điện động của máy Khi các đèn cùng tắt hoặc cùng sáng, điều này cho thấy độ chênh lệch tần số và góc pha đạt yêu cầu Để đóng áptômát A, ba đèn cần phải cùng tắt với độ nhấp nháy nhỏ hơn mức cho phép.

2.5.3.2 Phương pháp kiểm tra bằng đèn quay

Các đèn Đ1, Đ2 và Đ3 được nối pha khác nhau, trong đó Đ1 nối cùng pha, còn Đ2 và Đ3 nối chéo pha Khi đó, các đèn sẽ tắt và sáng theo sự chênh lệch tần số và góc pha giữa điện áp lưới và suất điện động của máy hòa, tạo ra sự quay cho hệ thống ánh sáng Điểm đồng bộ để đóng áptômát A là khi đèn Đ1 tắt và 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 của máy phát điện có cuộn dây 2 pha kết nối với lưới điện, trong khi rotor cũng có 2 cuộn dây 2 pha nối với máy phát Tốc độ quay của kim đồng hồ trong đồng bộ kế tỉ lệ thuận với sự chênh lệch tần số giữa điện áp máy phát và điện áp lưới; khi tần số của điện áp máy phát lớn hơn, kim đồng hồ quay theo chiều kim đồng hồ và ngược lại Khi kim đồng hồ chỉ qua điểm 0, góc pha giữa điện áp máy phát và điện áp lưới trở nên bằng nhau Do đó, thời điểm đóng máy phát vào lưới diễn ra khi kim đồng hồ quay chậm theo chiều kim đồng hồ và gần đạt đến 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:

Trong quá trình phóng điện của acqui, phản ứng hóa học diễn ra theo phương trình PbO2 + 2 H2SO4 + Pb → 2 PbSO4 + 2H2O, dẫn đến nồng độ dung dịch giảm, điện trở trong tăng và điện áp trên các bản cực giảm Khi dòng phóng lớn, điện áp giảm nhanh chóng; nếu điện áp chỉ còn 1,8V, cần dừng lại để tránh việc sun phát chì quá dày trên thành cực, gây hỏng acqui và không thể nạp lại Khi nạp điện, quá trình 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 phản ứng PbO2 + 2 H2SO4 + Pb diễn ra, nồng độ dung dịch giảm, điện trở trong tăng, và điện áp trên các bản cực của acqui giảm Dòng phóng càng lớn thì điện áp giảm càng nhanh Khi điện áp chỉ còn 1,8V, cần dừng lại để tránh việc sun phát chì trên bề mặt cực quá dày, dẫn đến hỏng acqui và không thể nạp lại Trong quá trình nạp điện cho acqui, các phản ứng sẽ diễn ra theo chiều 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% mỗi ngày, mặc dù không có quá trình phóng điện Nguyên nhân chính là do sự có mặt của tạp chất trong dung dịch điện phân và trên các bản cực Hiện tượng sun phát hóa làm cho các bản cực bị bao phủ bởi lớp tinh thể sun phát chì màu trắng, lớp này không dẫn điện và tạo ra điện trở trong cao Khi xảy ra phóng điện, điện áp giảm nhanh chóng, khiến cho acqui gần như không còn khả năng sử dụng.

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 nâng cao tuổi thọ và hiệu suất của ắc quy Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình bảo trì ắc quy, nhân viên bảo dưỡng và người sử dụng cần nắm vững kiến thức cơ bản cũng như các kỹ thuật liên quan đến việc nạp ắc quy.

Hình 9.9: Mạch tương đương của Ắc quy khi nạp

Quá trình nạp ắc quy bắt đầu khi chúng ta áp dụng một điện thế nạp (Un) lên hai đầu cọc của bình ắc quy Điện thế nạp này (Un) cần phải 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), nên sẽ xuất hiện một điện thế rơi trên điện trở này, có 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 suất điện động tối đa (Eđ) khi ắc quy đã đầy Thực tế, điện áp nạp (Un) cũng sẽ tăng theo suất điện động của ắc quy (E) Để kiểm soát điện áp nạp Un, người ta thực hiện việc đo hiệu điện thế trên hai đầu cọc của bình 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 được nạp 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 giảm gần bằng 0, khoảng vài chục mA Khi điện áp Un gần bằng Eđ, quá trình nạp sẽ được coi là hoàn tất.

* Các phương pháp nạp Ắc quy

 Nạp với dòng điện không đổi.

Phương pháp nạp điện với dòng nạp không đổi giúp chọn dòng điện phù hợp cho từng loại ắc quy, đảm bảo ắc quy được nạp đầy Phương pháp này thường được áp dụng tại các xưởng bảo dưỡng và sửa chữa để nạp điện cho ắc quy mới hoặc khôi phục ắc quy bị sunfat hoá.

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 áp dụng phương pháp nạp với dòng điện thay đổi, sử dụng hai hoặc nhiều nấc nạp khác nhau nhằm rút ngắn thời gian nạp.

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

 Nạp với điện áp không đổi.

Phương pháp nạp với điện áp không đổi yêu cầu ắc quy được kết nối song song với nguồn nạp, với hiệu điện thế từ 2,3 đến 2,5 V cho ắc quy Axit-chì và từ 1,7 đến 1,9 V cho ắc quy Ni-Cd kiềm Phương pháp này có thời gian nạp ngắn và dòng điện tự động giảm theo thời gian, nhưng không đảm bảo ắc quy được nạp đầy, do đó chỉ nên được xem là phương pháp 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 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, tận dụng ưu điểm của từng loại Đối với ắc quy axit, quá trình nạp diễn ra trong 8 giờ với dòng điện không đổi In = 0,1C10, giúp điện áp nạp Un tăng dần và đạt gần điện áp ngưỡng Unđầy Sau đó, chuyển sang chế độ nạp ổn áp trong 2-3 giờ, giữ điện áp nạp không đổi tại Un = Unđầy, cho đến khi dòng điện giảm gần bằng 0A Đối với ắc quy kiềm, quy trình nạp tương tự nhưng có thể sử dụng dòng nạp lớn hơn In = 0,2C5 do khả năng chịu tải tốt hơn của loại ắc quy này.

Ắc quy có tính chất dung kháng và suất phản điện động, do đó khi ắc quy đói và nạp bằng phương pháp điện áp, dòng điện có thể tăng lên không kiểm soát, gây ra hiện tượng sôi và hỏng hóc nhanh chóng Để bảo vệ ắc quy, cần ổn định dòng nạp trong quá trình sạc.

Khi ắc quy đạt 80% dung lượng, việc duy trì dòng nạp ổn định sẽ gây ra hiện tượng sôi và làm 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 của ắc quy 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
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Quảng Ngãi

Định dạng
Số trang	126
Dung lượng	4,81 MB