Định nghĩa và phân loại 12
Đối với máy điện tĩnh 13 1.2.2 Đối với máy điện quay 14 1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện 15
Máy điện tĩnh phổ biến nhất là máy biến áp, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Hiện tượng này xảy ra khi từ thông giữa các cuộn dây biến đổi mà không có sự chuyển động tương đối giữa chúng.
Máy điện tĩnh là thiết bị quan trọng trong việc biến đổi thông số điện năng Nhờ vào tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi điện năng diễn ra một cách linh hoạt Chẳng hạn, máy biến áp có khả năng chuyển đổi điện năng từ các thông số U1, I1, F1 sang U2, I2, F2 và ngược lại.
Hình 1.2 Tính thuận nghịch của máy điện tĩnh
1.2.2 Đối với máy điện quay
Nguyên lý hoạt động của máy điện dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó lực điện từ được tạo ra từ sự tương tác giữa từ trường và dòng điện của các cuộn dây chuyển động tương đối Loại máy này thường được sử dụng để chuyển đổi năng lượng.
Biến điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc chuyển đổi cơ năng thành điện năng (máy phát điện) là quá trình có tính thuận nghịch, cho phép máy điện hoạt động linh hoạt ở cả hai chế độ: máy phát và động cơ điện.
Xét một thanh dẫn đặt trong từ trường như hình vẽ.
Cho thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra một sức điện động e=B.l.v.sinα (1.1)
Nếu nối hai đầu thanh dẫn với tải R thì trong mạch sẽ có dòng điện I
Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn thì u=e và ta có công suất điện cung cấp cho tải là
Hình 1.3: Chế độ máy phát
Do có dòng I nên thanh dẫn chịu tác dụng bởi một lực điện từ
Fđt=B.i.l.sinα (1.3) khi tốc độ thanh dẫn không đổi thì Pđt=Pcơ
Vậy: Pcơ=Fc ơ.v đã đ ược biến đổi thành công suất điện.
Điện áp U từ nguồn cung cấp điện cho máy điện sẽ tạo ra dòng điện i trong thanh dẫn Khi có từ trường, lực điện từ Fđt = Bil sẽ tác động lên thanh dẫn, khiến nó chuyển động với tốc độ v Công suất điện cung cấp cho động cơ là yếu tố quan trọng trong quá trình hoạt động.
Hình 1.3: Chế độ động cơ Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục
Pc = Fđt v Điện năng đã biến thành cơ năng
Máy điện có khả năng hoạt động linh hoạt ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện, tùy thuộc vào loại năng lượng đầu vào Đây là đặc điểm nổi bật của tất cả các loại máy điện, cho thấy tính chất thuận nghịch của chúng.
1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện
Phát nóng của máy điện 15 1.3.2 Làm mát của máy điện 16 Bài 2: Máy biến áp 16
Trong quá trình hoạt động, máy điện gặp phải tổn hao công suất do nhiều nguyên nhân như tổn hao sắt từ, tổn hao đồng và tổn hao do ma sát Những tổn hao này biến thành nhiệt, làm tăng nhiệt độ máy điện Nhiệt độ cao có thể gây lão hóa lớp cách điện, làm giảm tính bền về điện và cơ Thực nghiệm cho thấy khi nhiệt độ vượt quá 8÷10°C so với mức cho phép, tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm một nửa Ở nhiệt độ làm việc cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện khoảng 10÷15 năm Do đó, cần tránh tình trạng quá tải để không làm tăng nhiệt độ máy điện quá mức trong thời gian dài.
1.3.2 Làm mát của máy điện Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát.
Bài tập 1.1 yêu cầu xác định điện áp rơi trên một thanh dẫn dài 0.32m với điện trở 0.25Ω khi nó được đặt vuông góc với từ trường đều có từ cảm B = 1.3T và chịu lực tác dụng 120N Ngoài ra, cần tính lại điện áp này khi thanh dẫn nghiêng một góc α = 25 độ.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Fđt=B.i.l.sinα, Pđt=Pcơ, e=B.v.l.sinα ĐS: 72.11V, 79.57V
Bài tập 1.2 Xác định vận tốc của một thanh dẫn dài l = 0.54m biết rằng khi nó chuyển động trong từ trường B = 0,86 T thì sđđ cảm ứng trong nó là e 30,6V
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 65,89m/s
Một thanh dẫn dài 1.2 m di chuyển với vận tốc 5.2 m/s cắt vuông góc các đường sức từ trong một từ trường đều có độ từ trường B = 0.18 T Tính điện động cảm ứng (sđđ) trong thanh dẫn này.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 1,12v
Mã bài: MĐ09-02 Điện năng được sản xuất tại các nhà máy điện, nhưng thường không nằm gần các khu vực tiêu thụ điện, dẫn đến việc truyền tải điện trực tiếp từ máy phát đến người tiêu dùng gây tổn thất lớn và có thể làm sụp đổ điện áp Để giải quyết vấn đề này, bài viết nghiên cứu về thiết bị điện trung gian, cụ thể là máy biến áp, đồng thời mở rộng để tìm hiểu thêm về các loại máy biến điện khác như máy biến dòng và máy biến áp đặc biệt, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng và vận hành thiết bị điện một cách hiệu quả.
- Xác định được cực tính của các cuộn dây máy biến áp theo định luật về điện.
- Đo xác định chính xác các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch theo tiêu chuẩn về điện.
- Bảo dưỡng và sửa chữa được máy biến áp theo nội dung bài đã học.
- Chọn lựa máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng, theo tiêu chuẩn về điện.
- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo, chủ động trong học tập
Phương pháp giảng dạy và học tập bài 2
Đối với người dạy, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề là rất quan trọng Điều này không chỉ giúp tăng cường sự tham gia của học viên mà còn nâng cao khả năng ghi nhớ các khái niệm và công dụng của các loại máy điện.
- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Không có
Kiểm tra và đánh giá bài học
Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có
Kiểm tra định kỳ thực hành: không có
Cấu tạo và công dụng của máy biến áp 16
Cấu tạo của máy biến áp 16 2.1.2 Phân loại máy biến áp 16 2.1.3 Công dụng của máy bíên áp 17 2.2 Các đại lượng định mức 18
Máy biến áp bao gồm ba phần chính:
Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)
Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
Lõi thép được cấu tạo từ các lá thép mỏng ghép lại, chia thành hai loại chính: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type) Lõi trụ được tạo thành từ các lá thép hình chữ U và chữ I, giúp giảm thiểu từ thông rò lớn do cuộn dây sơ cấp sinh ra Để tối ưu hóa hiệu suất, các cuộn dây được bố trí sao cho mỗi nửa cuộn đặt trên một trụ của lõi thép Trong khi đó, lõi bọc, được hình thành từ các lá thép hình chữ E và chữ I, bao bọc các cuộn dây quấn, tạo thành một mạch từ có hiệu suất cao và được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng điện.
Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ.
Dây quấn máy biến áp được chế tạo từ dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật Để giảm tổn thất do dòng điện xoáy, dây quấn cho dòng điện lớn thường sử dụng các sợi dây dẫn mắc song song Ngoài ra, bề ngoài của dây quấn được bọc cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Dây quấn thứ cấp (Second Winding)
Hình 2.3 Hình dạng máy biến áp một pha loại trụ
Hình 2.4 Hình dạng máy biến áp một pha loại bọc
Dây quấn được cấu thành từ nhiều lớp bánh dây, được đặt trong trụ lõi thép Cần đảm bảo cách điện tốt giữa các lớp dây quấn, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi thép Phần dây quấn kết nối với nguồn điện được gọi là dây quấn sơ cấp, trong khi phần dây quấn kết nối với tải được gọi là dây quấn thứ cấp.
Ngoài 2 bộ phận chính kể trên, để MBA vận hành an toàn, hiệu quả, có độ tin cậy cao MBA còn phải có các phần phụ khác như: Võ hộp, thùng dầu, đầu vào, đầu ra, bộ phận điều chỉnh, khí cụ điện đo lường, bảo vệ
2.1.2 Phân loại máy biến áp
Theo công dụng máy biến áp có thể gồm các loại sau đây:
- Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện
- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, máy biến áp hàn, các thiết bị chỉnh lưu,…
- Máy biến áp tự ngẫu: Có thể thay đổi điện áp nên dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều
- Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ đo
- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện - điện tử
Có nhiều loại máy biến áp, nhưng nguyên lý hoạt động của chúng đều tương tự nhau Bài giảng này sẽ tập trung vào máy biến áp một pha và ba pha, trong khi các loại máy biến áp khác sẽ được đề cập sơ lược ở phần cuối chương để các bạn tự tìm hiểu thêm.
2.1.3 Công dụng của máy bíên áp
Hình 2.5 Hệ thống truyền tải và phân phối điện
Trong hệ thống điện, máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng Các nhà máy điện lớn thường nằm xa các trung tâm tiêu thụ, dẫn đến việc cần thiết phải xây dựng các đường dây truyền tải Điện áp đầu ra của máy phát thường chỉ đạt vài chục kV, vì vậy để truyền tải công suất lớn và giảm tổn hao, cần nâng cao điện áp Do đó, máy biến áp tăng áp được lắp đặt ở đầu đường dây, trong khi máy biến áp giảm áp được sử dụng ở cuối đường dây để cung cấp điện áp phù hợp cho phụ tải, thường từ 0,4 đến 6 kV.
2.2 Các đại lượng định mức
Các đại lượng định mức của máy biến áp xác định các điều kiện kỹ thuật cần thiết cho thiết bị này Những thông số này được quy định bởi nhà máy sản xuất và thường được ghi rõ trên nhãn của máy biến áp.
Điện áp định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp 18 2.2.2 Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp 18 2.2.3 Công suất định mức của máy biến áp (P,Q,S) 19 2.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 19
Điện áp sơ cấp định mức U 1đm (V, kV) là điện áp quy định cho dây quấn sơ cấp của máy biến áp Trong khi đó, điện áp thứ cấp định mức U 2đm (V, kV) là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp đạt mức định mức Cần lưu ý rằng đối với máy biến áp một pha, điện áp định mức tương ứng với điện áp pha, trong khi đối với máy biến áp ba pha, điện áp định mức là điện áp dây.
2.2.2 Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp
Dòng điện định mức(A): Là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây máy biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức
Với máy biến áp một pha:
Với máy biến áp ba pha:
Nếu = 1 S1 = S2 U2đm I2đm = U1đm I1đm
Trên máy biến áp, các thông số quan trọng được ghi rõ bao gồm tần số định mức (fđm), số pha (m), sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch (Un%), chế độ làm việc và phương pháp làm mát.
2.2.3 Công suất định mức của máy biến áp (S)
Công suất định mức S đm (VA, kVA): Là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp.
2.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha
W1=N1: Số vòng dây cuộn sơ cấp.
W2=N2: Số vòng dây cuộn thứ cấp.
: Từ thông cực đại sinh ra trong mạch từ
Như hình vẽ nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha có hai dây quấn
Khi nối dây quấn sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều với điện áp u1, dòng điện sơ cấp i1 sẽ chạy qua dây quấn này Dòng điện i1 tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép, từ thông này liên kết với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, được gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảm ứng điện từ sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn sơ cấp sức điện động cảm ứng là: dt w d e
Cảm ứng vào dây quấn thứ cấp sức điện động cảm ứng là: dt w d e
1 (2.4)Trong đó w1 vá w2 là số vòng dây của cuộn dây sơ cấp, thứ cấp.
Khi máy biến áp không tải và dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện i2 bằng 0 Trong trường hợp này, từ thông chính chỉ được sinh ra bởi cuộn dây w1 và có giá trị đúng bằng dòng từ hóa.
Khi máy biến áp hoạt động với tải, dây quấn thứ cấp kết nối với tải Zt chịu tác động của sức điện động cảm ứng e2, dẫn đến dòng điện thứ cấp i2 cung cấp năng lượng cho tải Trong quá trình này, từ thông chính trong lõi thép được sinh ra đồng thời bởi cả hai cuộn dây Điện áp U1 biến đổi theo dạng sin, do đó từ thông chính cũng biến đổi theo dạng cos.
E1 và E2 là giá trị sức điện động cảm ứng của mạch sơ cấp và thứ cấp Mặc dù sức điện động cảm ứng của cả hai mạch có cùng tần số, nhưng trị số hiệu dụng của chúng lại khác nhau.
K được gọi là hệ số biến áp.
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ngoài không khí có thể coi gần đúng U1=E1,U2=E2 ta có:
(2.10) Đối với máy tăng áp: U2>U1;W2>W1 Đối với máy tăng áp: U2 33000W thì d2 = 20 – 30 mm
- Tạo hình giấy cách điện
+ Gấp giấy cách điện như hình vẽ: gập hai mép giấy cách điện như hình 3.54
+ Dùng nong rãnh tạo hình cho giấy cách điện Hình 3.55
Bước 4: Lồng bìa cách điện vào rãnh
An tịnh tiến giấy theo chiều mũi tên Hình 3.56
Hình 3.56 Bước 5: Đinh vị bìa cách điện trong rãnh Hình 3.57
Yêu cầu: Sau khi lót giấy cách điện trong rãnh giấy không được cao hơn rãnh, không xục xịch và phải nằm sát các mặt rãnh.
Hình 3.58 Stato sau khi lót cách điện rãnh 5.15 4 Làm khuôn quấn dây động cơ
1 Hình dạng khuôn gỗ và miếng nẹp (má ốp)
Hình chữ nhật Hình thoi Hình bầu dục
Hình 3.59 Hình dạng khuôn gỗ
Hình 3.60 Hình dạng miếng nẹp
Miếng nẹp là hai miếng gỗ được kẹp chặt hai bên khuôn, giúp xác định kích thước chính xác cho miếng nẹp Để đảm bảo tính chính xác, miếng nẹp cần phải lớn hơn kích thước tối thiểu của các khuôn ở mỗi chiều.
1cm Hai đầu miếng nẹp (ứng với hai đầu khuôn) phải cắt trống để làm chỗ sang nối dây, bề dày miếng nẹp khoảng từ (0,3 1 cm)
2 Các bước tiến hành : a Phương pháp 1:
Dựa vào bước quấn dây (y) của bối dây, đặt một sợi dây đồng vào hai rãnh stato của động cơ đã được lót giấy cách điện, với khoảng cách giữa hai rãnh bằng bước dây y Khoảng cách giữa hai đầu khuôn và lõi thép cần được giữ ở mức khoảng 1.
Lấy dây đồng có kích thước 1,2 cm và uốn theo hình dạng khuôn gỗ đã chọn, bao gồm hình chữ nhật, hình thoi hoặc hình bầu dục Đo các kích thước của dây đồng để xác định kích thước khuôn gỗ và đảm bảo bề dày khuôn gỗ tương ứng với chiều cao rãnh stato.
Sau khi đo kích thước và đánh dấu, cắt khuôn theo hình dạng mong muốn, sử dụng thước để gạch chéo 4 góc nhằm xác định trung tâm khuôn Tiếp theo, khoan một lỗ tròn có đường kính từ 1 đến 1,2 cm, sau đó sử dụng bàn quay cùng với dũa hoặc đá mài để làm láng xung quanh khuôn gỗ Phương pháp này cũng áp dụng cho loại khuôn bầu dục.
Hình 3.61 Kích thước khuôn gỗ
* Cách xác định kích thước của khuôn quấn dây
- Stato để lót cách điện rãnh
- Rãnh X và Y là hai rãnh lắp cuộn dây (khoảng cách bước dây)
- Khoảng cáh hai rãnh (X, Y) chính là chiều rộng khuôn
- d: là độ dài bìa cách điện trong rãnh Stato
- hR: khoảng cách lớn nhất từ đường nối hai rãnh tới đáy stato
Hình 3.62 xác định kích thước của khuôn quấn dây
5.15.5 Lồng dây động cơ điện một pha
1 Lồng dây Stato động cơ không dồng bộ 1 pha kiểu diện dung
- Vào cuộn dây chạy trước vào lần lượt từng vòng dây vào rãnh Stato (các vòng dây thẳng, không chồng chéo lên nhau).
Hình 3.63 Lồng dây quấn stato
- Dùng dao tre trải dây trong rãnh Stato để dây nằm trong rãnh dược thẳng, sóng, không bị chồng chéo.
Hình 3.64 Dùng dao tre trải dây trong rãnh Stato
- Hạ tiếp cuộn chạy tiếp theo, hạ từng dây vào rãnh Stato
Hình 3.65 Hạ từng dây vào rãnh Stato
- Dùng dao tre trải dây trong rãnh Stato để dây trong rãnh được thẳng, sóng, không chồng chéo
Hình 3.66 Trải dây trong rãnh Stato
- Khi vào dây xong cuộn chạy ta hạ cuộn dây đề Ta cũng vào dây như cuộn chạy
Hình 3.67 hạ cuộn dây đề
2 Lót bìa úp cách điện phần miệng rãnh
Hình 3.68 Ấn tịnh tiến bìa úp theo chiều mũi tên
5.15.6 Lồng dây động cơ 3 pha
Bước đầu tiên để tối ưu hóa hiệu suất làm việc là sắp xếp nơi làm việc một cách hợp lý Đặt các dụng cụ sử dụng liên tục ở vị trí thuận tay để dễ dàng tiếp cận, trong khi những dụng cụ ít sử dụng có thể để ở vị trí thuận ngược Ngoài ra, cần gọn gàng các bối dây theo từng nhóm để tránh rối rắm và tạo không gian làm việc thoải mái hơn.
Bước 2: Nghiên cứu sơ đồ trải
- Bộ dây quấn thuộc dạng nào (đồng tâm, đồng khuôn)
- Xác định và nắm vững số bối trong một nhóm
- Trong quá trình lồng dây đặt bối nào trước bối dây nào sau
Bước 3: Chuẩn bị bối dây trước khi lồng
Đặt các cạnh của bối dây vào rãnh một cách thẳng và phẳng, với bối dây lồng trước ở phía trên cùng và tiếp theo là các bối còn lại, đảm bảo các vòng dây không chéo nhau Lắp ống ghen vào các đầu đầu và đầu cuối của nhóm dây.
Bước 4: Lồng dây Đặt các cạnh của bối dây vào rãnh theo sơ đồ, để đảm bảo các đầu dây nối
(dây chuẩn tiếp giữa các bối dây xong cùng một nhóm) ra không bị thừa ta đặt các đầu bối dây ra
- Đặt bối dây nhỏ nhất vào lòng stato
Hình 3.70 Đặt bối dây nhỏ nhất vào lòng stato
- Dùng tay se các sợi dây sao cho song song thẳng hành
Khi lồng dây vào vòng và sử dụng hai tay để đưa vào rãnh, nếu miệng rãnh hẹp gây khó khăn, hãy dùng dao tre để chải một số vòng dây nhằm dễ dàng đưa vào rãnh.
Hình 3.71 se các sợi dây sao cho song song thẳng hành
- Dùng dao tre chải vuốt sao cho dây thẳng lại
Để đảm bảo dây nằm phẳng trong rãnh mà không bị chồng chéo, cần sử dụng dao tre để chải đều chiều dài rãnh nhiều lần khi đưa dây vào.
Dùng dao tre kéo nhẹ không được ấn dây làm dây bị cong …
- Xoay bối dây theo chiều quấn dây
Hình 3.73 Xoay bối dây theo chiều quấn dây
- Bối dây 2 được đặt đúng chiều
Hình 3.74 Bối dây 2 được đặt đúng chiều
- Nhóm bối dây 1 đã lồng xong
Hình 3.75 Nhóm bối dây 1 đã lồng xong
Khi lồng dây, cần lồng từng cạnh tác dụng của bối dây và đảm bảo rằng giữa mạch từ và dây quấn luôn có một miếng giấy cách điện để tránh cọ sát gây hư hỏng cách điện Đồng thời, cần chú ý đến bước dây quấn (y) để đảm bảo quy trình lồng dây diễn ra an toàn và hiệu quả.
Trong quá trình lồng dây ta phải lồng theo thứ tự và theo quy luật (trái – phải) để tránh bị nhầm
- Sau khi lồng dây xong một nhóm dây kế tiếp ta tiếp tục lồng dây nhóm kế tiếp theo qui luật sau:
Theo sơ đồ, chúng ta di chuyển từ trái sang phải, xác định nhóm dây kế tiếp nào có cạnh tác dụng đầu và cuối cùng cùng chiều với nhóm dây kế tiếp đó vào rãnh.
+ Tiếp tục lồng dây vào rãnh theo qui luật trên cho tới hết rãnh động cơ.
Hình 3.76 Nắn đầu bối dây
- Sau khi lồng dây vào rãnh xong phải có giấy úp miệng rãnh
- Dùng nong rãnh uốn giấy cách điện sao cho phù hợp với miệng rãnh, rổi đẩy bìa cách điện vào miệng rãnh
Khi gặp khó khăn trong việc đẩy bìa úp vào, hãy sử dụng dao tre để chải kỹ hai bên miệng rãnh Trong quá trình đẩy bìa úp, cần đẩy các cạnh của bối dây vào và sau đó kéo ngược bối dây ra mà không kéo bìa úp Tiếp tục thực hiện các bước này cho đến khi bìa úp được đưa vào hết chiều dài của rãnh.
*Chú ý: Không để dây cọ sát vào miệng rãnh làm hư cách điện dây
- Dùng tre hoặc rãnh nêm vào miệng rãnh
- Nêm không làm rãnh bìa lót cách điện rãnh và bìa úp
- Nêm không được chồi lên khỏi miệng rãnh, chiều dài nêm phải bằng nhau với chiều dài rãnh từ 1 -1,5 cm
* Những hư hỏng trong quá trình lồng dây
- Các đầu dây bối dây đặt không đúng thứ tự, không theo từng nhóm, các dây nối chuyển lệch sai sơ đồ
- Các đầu dây ra của từng nhóm để thừa quá nhiều, dể đụng vào vỏ và chạm mát
- Trong quá trình lồng dây cọ sát làm hư cách điện
- Vòng dây bị lọt ra ngoài bìa cách điện gây chạm mát
- Khuôn lớn dây thừa làm chạm nắp máy.
5.15.7 Hàn, đấu dây và đai dây
1 Nghiên cứu sơ đồ dây quấn : Nắm vững số nhóm của một pha
Hình 3.78 Đánh dấu đầu dây
- Cạo sạch cách điện các đầu từ 1,2 – 2 cm ,
- Thử thông mạch từng nhóm
- Thử chạm mát từng nhóm dây
- Đấu dây theo sơ đồ
- Kiểm tra lại theo sơ đồ
3 Đấu hàn pha B và C: tương tự pha A
- Dùng búa cao su bo dây Hình 3.80
- Lót cách điện giữa các pha Hình 3.81
- Buộc mối dây dầu tiên Hình 3.82
- Buộc mối dây thứ hai Hình 3.83
- Dây quấn sau khi đai Hình 3.84
Mục đích của việc sấy khô cuộn dây là để ngăn ngừa hơi nước ẩm bám vào cuộn dây, đặc biệt là đối với cuộn dây cũ sau khi đã được vệ sinh sạch sẽ bằng xăng hoặc dầu chuyên dụng Quá trình sấy cần được thực hiện ở nhiệt độ từ 70 đến 90 độ C, và thời gian sấy sẽ phụ thuộc vào kích thước lõi sắt, cuộn dây cũng như lượng nước còn lại trong cuộn dây Sau một khoảng thời gian sấy ban đầu, nhiệt độ của lõi sắt sẽ tăng lên đến giới hạn chịu nhiệt của cấp cách điện, và cần duy trì nhiệt độ thấp hơn một chút so với giới hạn này cho đến khi cuộn dây hoàn toàn khô.
2 Tẩm sơn cách điện hình 3.86:
Quét tẩm là quá trình đặt lõi sắt cuộn dây theo chiều đứng, cho phép sơn tẩm chảy qua các khe rỗng trong cuộn dây và thấm dần xuống dưới.
Máy điện đồng bộ 135
Định nghĩa và công dụng 135
- Phân biệt được máy điện không đồng bộ 3 pha và đồng bộ ba pha
- Biết được công dụng của máy điện đồng bộ 3 pha
- Có ý thức tự giác trong học tập
Máy điện đồng bộ là thiết bị điện xoay chiều với tốc độ quay của rô to tương ứng với tốc độ từ trường quay Chúng thường hoạt động như máy phát với tần số 50 Hz hoặc 60 Hz, và cũng có thể được sử dụng như động cơ đồng bộ công suất lớn Ngoài ra, máy điện đồng bộ còn đóng vai trò là máy bù đồng bộ, giúp cải thiện hệ số công suất cho lưới điện của các xí nghiệp và nhà máy.
Sự khác biệt chính giữa máy điện đồng bộ và máy điện không đồng bộ nằm ở phương pháp kích thích từ trường chính Máy điện đồng bộ tạo ra từ trường chính nhờ dòng điện một chiều qua cuộn dây kích từ, do đó không cần lấy công suất phản kháng từ lưới điện xoay chiều Ngược lại, máy điện không đồng bộ phải lấy công suất kháng từ lưới điện xoay chiều hoặc từ tụ điện để tạo ra từ trường chính (từ trường quay).
Máy phát điện đồng bộ đóng vai trò quan trọng là nguồn điện chính trong lưới điện quốc gia Động cơ đồng bộ thường được áp dụng trong việc truyền động công suất lớn Cấu tạo của máy điện đồng bộ bao gồm nhiều thành phần quan trọng giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Căn cứ vào chức năng máy điện đồng bộ có thể chia thành phần cảm và phần ứng:
- Phần cảm tạo ra từ trường chính (phần kích từ),
-Phần ứng là phần thực hiện biến đổi năng lượng.
Máy điện đồng bộ được chia thành hai phần chính: phần tĩnh gọi là stato và phần quay gọi là rôto Theo nguyên tắc, stato có thể đóng vai trò là phần cảm hoặc phần ứng, trong khi rôto cũng có thể là phần ứng hoặc phần cảm.
Trong các máy điện, phần ứng được đặt ở rô to thường gặp khó khăn trong việc lấy dòng điện xoay chiều qua vành trượt, dẫn đến vấn đề về tia lửa điện Do đó, phần ứng ở rô to chỉ thường thấy trong các máy công suất nhỏ hoặc một pha, trong khi các máy khác thường sử dụng rô to làm phần cảm.
Cấu tạo phần tĩnh(stato)
Nếu phần cảm nằm ở stato thì lá thép có dạng như hình vẽ, cuộn dây kích từ được quấn quanh cực từ.
Lõi thép phần cản ở stato có cấu tạo tương tự như lá thép stato của máy điện dị bộ, với vỏ ngoài làm bằng gang Mặc dù cấu trúc của máy dị bộ vẫn giống như máy điện dị bộ, nhưng vỏ không được thiết kế với các gân tản nhiệt.
Nếu rôto là phần cảm thì chia làm hai loại:
Rôto cực ẩn là một khối thép rèn hình trụ với bề mặt ngoài phay thành các rãnh để đặt cuộn dây kích từ, giúp cho cực từ không lộ ra rõ rệt Cuộn dây kích từ được bố trí đều trên 2/3 chu vi của rôto, mang lại độ bền cơ học cao Nhờ vào thiết kế này, rôto cực ẩn đảm bảo dây quấn kích từ vững chắc, phù hợp cho các loại máy đồng bộ có tốc độ từ 1500 vòng/phút trở lên, mặc dù quy trình chế tạo phức tạp hơn so với rôto cực lồi.
Rôto cực hiện là một cấu trúc bao gồm các lá thép điện kỹ thuật được ghép lại, tạo ra các cực từ rõ rệt Mỏm cực bên ngoài giúp phân bố cường độ từ cảm dọc theo stato gần với hình sin, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Dây quấn kích từ trên các cực từ tạo thành cuộn dây kích từ, với hai đầu nối qua vành trượt và chổi than đến nguồn điện một chiều bên ngoài Các máy đồng bộ có tốc độ dưới 1000 v/ph thường sử dụng loại cực lồi (cực hiện) Hiện nay, máy phát đồng bộ không chổi than ngày càng được ưa chuộng.
Hệ thống bao gồm cuộn dây stator chính ba pha, cuộn dây kích từ chính, cầu chỉnh lưu ba pha, cuộn dây stator của máy kích từ và cuộn dây kích từ cho máy kích từ.
Vỏ các máy đồng bộ có gắn bảng định mức chứa các thông số sau:
- Điện áp định mức [V, KV]
- Tần số định mức [Hz]
- Hệ số công suất định mức cosđm.
- Dòng kích từ định mức.
- Điện áp kích từ định mức.
Hình 4.4 Sơ đồ máy phát đồng bộ không chổi than
- Công suât định mức [VA, KVA]
4.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ
Sơ đồ máy phát điện đồng bộ 3 pha 2 cực cho thấy cuộn dây phần ứng nằm ở stato, trong khi cuộn dây kích từ được đặt ở rôto và nối với nguồn kích từ qua hệ thống chổi than Để tạo ra điện áp 3 pha trên chu vi stato, ba cuộn dây được bố trí cách nhau 120 độ và có thể được nối theo kiểu sao hoặc tam giác Dòng điện 1 chiều tạo ra từ trường không đổi, và khi gắn một động cơ lai vào trục rôto quay với tốc độ n, ta tạo ra một từ trường quay tròn với từ thông chính khép kín qua rôto, cực từ và lõi thép stato.
Hình 4.5: nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ
Khi phần cảm được kích, nó tạo ra từ trường cực từ Động cơ sơ cấp quay phần cảm với tốc độ n, khiến từ trường cực từ quét qua các thanh dẫn phần ứng ở stator, từ đó tạo ra sức điện động với dạng cảm ứng.
Khi máy phát được nối với tải sẽ sinh ra dòng điện trong dây quấn phần ứng tạo nên từ trường quay có tốc độ : n 0 60 p f (4.3)
Khi máy phát điện hoạt động, luôn có hai loại từ trường tồn tại: từ trường cực từ do nguồn kích từ và từ trường quay do dòng điện xoay chiều 3 pha Sự tương tác giữa hai từ trường này sẽ tạo ra quyết định quan trọng trong quá trình phát điện.
4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ liên quan đến sự tương tác giữa hai từ trường: từ trường kích từ và từ trường phần ứng Khi máy phát điện đồng bộ có tải, hai từ trường này ở trạng thái nghỉ nhưng sẽ tác động lẫn nhau, tạo ra năng lượng điện.
Sự tác động từ trường phần ứng lên từ trường kích từ (từ trường chính) gọi là phản ứng phần ứng
Phản ứng phần ứng có thể làm yếu, làm tăng hoặc làm biến dạng từ trường chính Ta hãy xét cho từng loại tải.
4.4.1 Phản ứng phần ứng máy đồng bộ với tải khác nhau. a Khi tải thuần trở:
Khi vị trí rôto ở hình a, dòng điện pha A đạt giá trị cực đại i = I m và sđđ cũng đạt cực đại e = E m, do tải thuần trở khiến dòng điện và điện áp đồng pha (hình b) Hướng sđđ và dòng điện trong các pha A, B, C có thể xác định theo quy tắc bàn tay phải, trong khi chiều từ thông do dòng điện sinh ra được xác định bằng quy tắc vặn nút chai Từ hình c, chúng ta thấy chiều từ thông dòng tải nằm ngang với từ thông chính, được gọi là phản ứng ngang.
Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 138 4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ 139
Máy phát điện đồng bộ 3 pha 2 cực có cấu trúc với cuộn dây phần ứng ở stato và cuộn dây kích từ ở rôto, kết nối với nguồn kích từ qua hệ thống chổi than Để tạo ra điện áp 3 pha, ba cuộn dây được bố trí cách nhau 120 độ và có thể nối theo kiểu sao hoặc tam giác Dòng điện 1 chiều trong cuộn dây kích từ tạo ra từ trường không đổi Khi gắn động cơ lai vào trục rôto và quay với tốc độ n, một từ trường quay tròn được hình thành, với từ thông chính khép kín qua rôto, cực từ và lõi thép stato.
Hình 4.5: nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ
Khi phần cảm được kích, nó tạo ra từ trường cực từ, khiến động cơ sơ cấp quay với tốc độ n Từ trường này quét qua các thanh dẫn phần ứng ở stator, tạo ra cảm ứng điện, với sức điện động có dạng nhất định.
Khi máy phát được nối với tải sẽ sinh ra dòng điện trong dây quấn phần ứng tạo nên từ trường quay có tốc độ : n 0 60 p f (4.3)
Khi máy phát điện hoạt động, luôn có hai loại từ trường tồn tại: từ trường cực từ do nguồn kích từ và từ trường quay do dòng điện xoay chiều 3 pha Sự tương tác giữa hai từ trường này sẽ tạo ra quyết định quan trọng trong quá trình phát điện.
4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ dựa trên sự tương tác giữa hai từ trường: từ trường kích từ và từ trường phần ứng Khi máy phát điện đồng bộ có tải, hai từ trường này ở trạng thái nghỉ nhưng vẫn tác động lẫn nhau, tạo ra năng lượng điện.
Sự tác động từ trường phần ứng lên từ trường kích từ (từ trường chính) gọi là phản ứng phần ứng
Phản ứng phần ứng có thể làm yếu, làm tăng hoặc làm biến dạng từ trường chính Ta hãy xét cho từng loại tải.
4.4.1 Phản ứng phần ứng máy đồng bộ với tải khác nhau. a Khi tải thuần trở:
Khi vị trí rôto đạt cực đại, dòng điện pha A đạt giá trị tối đa i = I m và sđđ cũng đạt cực đại e = E m, do tải thuần trở khiến dòng điện và điện áp trùng pha Hướng sđđ và dòng điện trong các pha A, B, C có thể xác định bằng quy tắc bàn tay phải, trong khi chiều từ thông do dòng điện sinh ra được xác định theo quy tắc vặn nút chai Hình c cho thấy chiều từ thông dòng tải nằm ngang với từ thông chính, được gọi là phản ứng ngang.
Giá trị cực đại của từ trường chính nằm dưới các cực trên trục d - d', trong khi stđ phản ứng phần ứng Faq đạt giá trị cực đại trên trục q - q' Sự phân bố cảm ứng từ trong khe khí dưới các cực từ không đối xứng, với một bên có hai từ thông cùng chiều cộng lại và bên kia có hai từ thông ngược chiều trừ đi nhau, dẫn đến việc biến dạng từ trường chính Kết quả là phía nửa cực được tăng cường ngược với chiều quay.
Hình 4.6 Phản ứng ngang máy điện đồng bộ b Tải thuần cảm kháng ( 2 )
Sđđ cảm ứng trong các cuộn dây nhanh pha so với dòng điện một góc π/2 Dòng điện trong pha A đạt giá trị cực đại khi Sđđ bằng zero, và rôto ở vị trí như hình a.
Hướng của dòng điện trong các pha A, B, C được xác định bởi từ thông sinh ra, tương tự như phần trước Hình vẽ cho thấy chiều của từ trường phần ứng dọc theo trục cực, và sự phân bố từ thông này được gọi là phản ứng dọc trục Khi tải thuần cảm, chiều từ thông phản ứng ngược lại với từ trường chính, dẫn đến việc làm yếu đi từ trường chính và gây ra hiện tượng khử từ trong máy Trong trường hợp tải thuần dung, giá trị của phi là -2π.
Dòng điện tải vượt pha so với sđđ một góc 2 hình vẽ.
Theo nguyên tắc xác định chiều từ trường phần ứng, trục của từ trường phần ứng trùng với trục cực, tuy nhiên, hai từ trường này có cùng chiều, dẫn đến việc từ trường chính được trợ từ Tải hỗn hợp được xác định trong khoảng (0 < φ < ± π).
Khi dòng tải I trùng pha với sđđ Eo ( = 0), phản ứng là ngang, trong khi với = ±/2, phản ứng chuyển sang dọc trục Nếu 0 < < 2, phản ứng kết hợp cả tính chất ngang và dọc khử từ, dẫn đến biến dạng từ trường Tương tự, khi -2 < < 0, phản ứng cũng mang tính chất ngang và dọc trục trợ từ, gây ra biến dạng từ trường và hỗ trợ từ.
Từ trường phản ứng phần ứng tổng Fa có thể được phân tích thành 2 thành phần: Phản ứng dọc Fad và phản ứng ngang Faq như sau:
Fad = Fasin và Faq = Fa cos (4.4)
Biên độ sóng cơ bản của stđ tổng cho máy 3 pha có dòng pha I có giá trị như sau:
4.4.2 Phản ứng phần ứng của máy cực hiện (cực lồi) Để tìm sđđ của máy phát cần phải tìm stđ tổng của máy Song ở máy phát cực hiện do khe khí không đều nên việc tìm stđ tổng gặp rất nhiều khó khăn Vì khe khí không đều nên dạng của từ thông chính không phải là hình sin và phụ thuộc vào dòng tải Do vậy khi phân tích máy cực hiện người ta dùng phương pháp 2 phản ứng: là phản ứng ngang Faq và phản ứng dọc Fad Như thế trong máy có 3 từ trường: Fo- từ trường kích từ, Fad và Faq- từ trường phản ứng phần ứng.
Giả thiết rằng từ trường tạo ra Fad và Faq hoàn toàn độc lập với Fo
Hình 4.9 Đường cong stđ và từ trường phản ứng phần ứng của máy
Nếu giả định rằng khe khí phân bố đều theo chu vi stato, thì giá trị cực đại của Fad và Faq sẽ trùng với trục của chúng, dẫn đến sự hình thành sóng không gian hình sin, như thể hiện qua các đường B' ad và B' aq trong hình vẽ.
Sóng ở máy phát điện có khe khí không đều tạo ra dạng sđđ hình sin F ad và F aq, dẫn đến các đường cong cảm ứng từ không hình sin Khi phân tích đường cong không hình sin bằng chuỗi Fourier và giả định rằng sđđ trong cuộn dây là hình sin, ta nhận thấy rằng các sóng từ trường bậc cao không có ảnh hưởng lớn, do đó đường không sin của độ cảm ứng có thể được thay thế bằng sóng bậc 1 (hình sin), tức là các đường B ' aq và B ' ad Do sự không đồng đều của khe khí, biên độ của đường cong B ' adm và B’aqm nhỏ hơn biên độ của B adm và Baqm.
Hệ số hình dạng B phản ánh phản ứng phần ứng ngang và dọc Đường cong phân bố cảm ứng từ chính không có hình dạng sin mà nếu giả định khe khí đều và nhỏ, nó sẽ có dạng sóng chữ nhật Phân tích chỉ tập trung vào sóng bậc 1 trong chuỗi.
(B’ 1m ), đem tính tỷ số giữa biên độ sóng bậc 1 với giá trị biên độ thực tế của từ trường : m m f B k B 1 (4.6)
Hệ số kf gọi là hệ số hình dạng của từ trường kích từ.
Hệ số hình dạng được xác định từ trường kích từ, với giá trị cực đại của cảm ứng từ phản ứng phần ứng dọc là B adm K F ad.
Và biên độ cực đại của từ trường kích từ theo trục này bằng: B Bm K F Bd
Trong đó: o là độ thẩm từ không khí.
Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ 158
- Biết được chế độ, điều kiện làm việc song song của máy điện đồng bộ 3 pha
Để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các tải, cần có ý thức tự giác trong học tập và vận hành Việc cho các máy phát điện đồng bộ hoạt động song song với nhau sẽ tăng cường công suất cung cấp cho các tải.
Khi hai máy phát điện hoạt động song song, cần đảm bảo sự phân tải đều giữa chúng Nếu hai máy có công suất giống nhau, chúng phải chịu tải như nhau; nếu công suất khác nhau, máy có công suất lớn hơn phải chịu tải nhiều hơn Việc kết nối một máy phát vào lưới hoặc với máy phát khác cần tránh dòng cân bằng chạy quẩn và không làm gián đoạn chế độ làm việc của máy đang hoạt động Để đạt được điều này, các máy phát song song phải đáp ứng một số điều kiện nhất định.
Để đưa một máy điện đồng bộ vào làm việc song song với lưới điện hoặc một máy điện khác, cần phải đảm bảo các điều kiện sau: máy phát phải có cùng điện áp, tần số và pha để tránh hiện tượng quá tải hoặc hư hỏng Việc kiểm tra các thông số này là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho hệ thống điện.
Giá trị hiệu dụng của điện áp máy phát và lưới phải bằng nhau
Phải nối đúng thứ tự pha giữa máy phát và lưới
Tần số lưới và tần số máy phát bằng nhau
Phải đảm bảo thứ tự pha của các điện áp ấy.
Hoà song song các máy phát đồng bộ
Quá trình đưa máy phát đồng bộ vào hoạt động song song với lưới điện hoặc máy phát khác được gọi là hòa song song (hay hòa đồng bộ) máy phát điện Thực tế có nhiều phương pháp hòa đồng bộ khác nhau được áp dụng.
Hoà đồng bộ chính xác là phương pháp hoà song song máy phát đồng bộ, đảm bảo thỏa mãn cả 4 điều kiện an toàn cho máy, lưới điện và chất lượng hoà Tuy nhiên, thời gian thực hiện phương pháp này thường khá lâu.
Hoà đồng bộ thô là quá trình kết nối một máy phát điện với một máy phát khác để hoạt động song song, ngay cả khi chưa đáp ứng đầy đủ tất cả các điều kiện cần thiết.
Phương pháp hòa này được sử dụng để đạt được sự hòa nhanh chóng, mặc dù chất lượng hòa không cao và có dòng cân bằng trong quá trình hòa Phương pháp này thường được áp dụng trên tàu thuỷ cũng như trong một số lưới điện địa phương trên bờ.
Tự hoà đồng bộ Phương pháp tự hòa đồng bộ được thực hiện như sau:
Để khởi động máy phát điện định hòa, cần sử dụng máy lai quay rôto để đạt tốc độ gần đồng bộ trước khi kích từ Sau khi kích từ, từ thông sẽ sinh ra dòng điện, giúp mô-men kéo máy vào trạng thái làm việc đồng bộ Việc đưa dòng kích từ vào máy ở độ trượt nhỏ sẽ giảm độ xung dòng, với độ trượt khoảng 0,5%.
Tự hoà đồng bộ chỉ áp dụng khi dòng quá độ nhỏ hơn một giá trị nhất định, và hầu hết các máy điện đồng bộ không được thiết kế cho chế độ này, do đó cần kiểm tra máy trước khi sử dụng Phương pháp này giúp rút ngắn quá trình hoà máy phát, thường được sử dụng cho máy phát sự cố hoặc khởi động hệ thống thuỷ điện dự trữ Các phương pháp hoà đồng bộ có thể được thực hiện bằng tay, nửa tự động hoặc tự động.
Phương pháp hoà đồng bộ chính xác Để kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ người ta dùng các phương pháp sau đây.
- Phương pháp đèn tối (đèn tắt).
- Phương pháp dùng đồng bộ kế.
Biểu diễn sơ đồ hòa song song các máy phát dùng phương pháp đèn tắt
Hình 4.26 Sơ đồ nối đèn và sao điện áp các trường hợp b)Thỏa mãn tất cả các điều kiện, c) Tần số khác nhau, d) Nối nhầm pha
Nếu một trong bốn điều kiện không được thỏa mãn, trạng thái của ba đèn sẽ thay đổi Việc phân tích các điều kiện không thỏa mãn giúp hiểu rõ hơn về cách hoạt động của hệ thống đèn Mỗi điều kiện có vai trò quan trọng trong việc xác định liệu các đèn có sáng hay không.
- Khi UA UR hoặc góc pha đầu góc khác không, ta thấy đặt trên các đèn một hiệu điện áp: U = UA – UR hoặc U = UA – EA
Cả 3 bóng đèn đều sáng như nhau.
Giả thiết rằng tần số lưới f1 > f2, lúc này trên bóng đèn sẽ có một hiệu điện áp
Điện áp trên bóng đèn tăng từ 0 đến giá trị cực đại Ubđ = (Uml + Ump) và sau đó giảm về 0, quá trình này lặp lại Tần số biến đổi của điện áp bóng đèn được ký hiệu là fbđ.
Tần số biến thiên của điện áp trên bóng đèn được xác định bởi sự chênh lệch giữa hai sao điện áp quay với tốc độ khác nhau, cụ thể là 1 và 2 (với 1 > 2) Khi sao điện áp lưới đứng im, sao điện áp còn lại quay với tốc độ 1 - 2, dẫn đến sự tăng dần của điện áp trên bóng đèn Khi điện áp đạt giá trị Uml + Ump, bóng đèn sáng nhất, sau đó điện áp giảm dần và bóng đèn tối lại cho đến khi tắt hoàn toàn Sự thay đổi cường độ sáng của bóng đèn cho thấy tần số của chúng không bằng nhau.
Nếu thứ tự pha bị đấu nhầm, chẳng hạn như A của lưới với B của máy phát, sẽ dẫn đến hiện tượng một bóng đèn tắt trong khi hai bóng đèn còn lại rất sáng, do điện áp trên bóng đèn là áp dây.
Bằng phương pháp quan sát trạng thái các đèn ta tìm được thời điểm đóng máy phát song song thích hợp nhất (khi các bóng đèn tối hết).
Phương pháp đèn tắt là một phương pháp dễ thực hiện và tiết kiệm chi phí, tuy nhiên, độ chính xác của nó không cao Hơn nữa, việc tìm kiếm một bóng đèn có dải điện áp làm việc rộng, khoảng từ cũng là một thách thức đáng lưu ý.
Việc đo điện áp dây 20 von là một thách thức, đặc biệt khi bóng đèn bị đứt dây tóc, điều này khiến việc phát hiện trở nên khó khăn Vì vậy, phương pháp sử dụng đèn tắt đơn độc không được áp dụng, mà thường kết hợp với các đồng hồ von mét để đo điện áp, trong đó phổ biến là von mét chỉ không Nếu các điều kiện không đạt yêu cầu, cần điều chỉnh dòng kích từ hoặc tốc độ quay của máy định hòa.
Biểu diễn sơ đồ nối bóng đèn dùng phương pháp đèn quay.
Hình 4.27 Giá trị tức thời hiệu điện áp các pha của máy phát đang hòa song song
Động cơ và máy bù đồng bộ 165
Mã bài: MĐ09-05 Giới thiệu:
Máy điện một chiều được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ khả năng tạo ra công suất và mômen lớn, ổn định Các ứng dụng thực tế của máy điện một chiều bao gồm máy khoan, máy khởi động và nhiều thiết bị khác Bài viết này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu, tính toán, sửa chữa và bảo dưỡng máy phát điện một chiều cũng như động cơ điện một chiều.
- Giải thích được nguyên lý cấu tạo, các quan hệ điện từ, các phản ứng phần ứng xảy ra trong máy điện một chiều đúng nguyên tắc về điện.
- Trình bày được quá trình đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng, các nguyên nhân gây ra tia lửa và biện pháp cải thiện đổi chiều.
- Trình bày được các phương pháp mở máy, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
- Bảo dưỡng và sửa chữa được những hư hỏng thông thường của máy điện một chiều
- Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp
Phương pháp giảng dạy và học tập bài 5
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 Điều này không chỉ giúp tăng cường sự tương tác giữa giảng viên và học viên mà còn khuyến khích người học ghi nhớ các khái niệm và công dụng của các loại máy điện hiệu quả hơn.
- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Không có
Kiểm tra và đánh giá bài học
Máy điện một chiều 173
Đại cương về máy điện một chiều 173 5.2 Cấu tạo của máy điện một chiều 174 5.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 177 5.4 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều 178 5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều 180
Trong sản xuất hiện đại, máy điện một chiều giữ vai trò quan trọng nhờ vào các ưu điểm nổi bật Đối với động cơ điện một chiều, nó cho phép điều chỉnh tốc độ rộng và ổn định, nên thường được ứng dụng trong ngành công nghiệp dệt, giấy và cán thép Bên cạnh đó, máy phát điện một chiều cung cấp nguồn điện cho động cơ điện một chiều, đồng thời làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ, rất cần thiết trong ngành công nghiệp mạ điện.
Nhược điểm : Giá thành đắt do sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp.
5.2 Cấu tạo của máy điện một chiều
Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân làm hai thành phần chính là phần tĩnh và phần quay.
5.2.1 Phần tĩnh hay stator: Đây là phần đứng yên của máy nó gồm các bộ phận chính sau: a Cực từ chính:
Bộ phận sinh ra từ trường bao gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ bên ngoài Lõi sắt cực từ được làm từ thép lá kỹ thuật điện hoặc thép carbon dày từ 0,5 đến 1mm, ghép lại bằng đinh tán Lõi mặt cực từ được kéo dài để tăng cường đường đi của từ trường, với vành cung của cực từ thường bằng 2/3 bước cực (khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp) Trên lõi cực có cuộn dây kích từ, trong đó có dòng điện một chiều chạy qua, và dây quấn được làm bằng dây đồng, được cách điện kỹ lưỡng và mắc nối tiếp với nhau Cuộn dây được quấn vào khung dây, thường làm bằng nhựa hoặc giấy bakêlit cách điện Các cực từ được gắn chặt vào thân máy bằng các bu lông.
Cực từ phụ được đặt giữa cực từ chính nhằm cải thiện việc đổi chiều và giảm tia lửa trên chổi than Lõi thép của cực từ phụ có thể được làm bằng thép khối, và trên thân của nó có dây quấn tương tự như dây quấn của cực từ chính Để tránh hiện tượng bão hòa trong mạch từ của cực từ phụ, khe hở giữa nó và rotor phải lớn hơn khe hở giữa cực từ chính và rotor Vỏ máy, hay còn gọi là gông từ, cũng đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc này.
Nhiệm vụ của kết cấu là tạo thành mạch từ nối liền các cực từ Đối với máy điện nhỏ và vừa, thường sử dụng thép tấm để uốn và hàn Trong khi đó, máy có công suất lớn thường dùng thép đúc có hàm lượng từ từ 0,2% đến 2% chất than.
6) Bu lông bắt chặt cực từ vào vỏ máy
1) Lõi; 2) Cuộn dây d Các bộ phận khác:
Nắp máy có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy khỏi các vật thể rơi vào, giúp ngăn ngừa hư hỏng dây quấn Đối với các máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn đóng vai trò như giá đỡ ổ bi, tăng cường độ bền và hiệu suất hoạt động của thiết bị.
- Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ra ngoài hoặc ngược lại.
5.2.2 Phần quay hay rotor a Lõi sắt phần ứng: Để dẫn từ thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện cách điện hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xóay gây nên. Trên các lá thép có dập các rãnh để đặt dây quấn Rãnh có thể hình thang, hình quả lê hoặc hình chữ nhật
Trong các máy lớn, lõi thép thường được chia thành các thếp với khoảng hở giữa chúng để làm nguội máy, gọi là rãnh thông gió ngang trục Bên cạnh đó, còn có các rãnh thông gió dọc trục được dập để tăng hiệu quả làm mát.
Hình 5.4 Lõi thép phần ứng b Dây quấn phần ứng:
Phần sinh ra sức điện động và dòng điện trong máy điện được gọi là dây quấn phần ứng, thường làm bằng dây đồng bọc cách điện Trong các máy điện nhỏ, dây quấn thường có tiết diện tròn, trong khi máy điện vừa và lớn sử dụng dây có tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh và lõi thép để đảm bảo an toàn Để ngăn chặn việc dây quấn bị văng ra ngoài do sức ly tâm khi quay, nêm được sử dụng để đè chặt ở miệng rãnh và các phần đầu nối dây quấn cũng phải được đai chặt Nêm có thể được làm từ tre hoặc gỗ.
Hình 5.3 Cơ cấu chổi than
4) Dây cáp dẫn điện c Cổ góp:
Dây quấn phần ứng được kết nối với cổ góp, thường được cấu tạo từ nhiều phiến đồng mỏng cách điện bằng tấm mica dày 0,4 đến 1,2 mm, tạo thành hình trụ tròn Hai đầu của trụ tròn được giữ chặt bằng hai vành ép hình chữ V, với lớp cách điện bằng mica giữa vành ép và cổ góp Đuôi cổ góp cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của phần tử dây quấn vào các phiến góp Số lượng chổi than tương ứng với số cực của máy; các chổi than dương được nối chung thành một cực dương duy nhất, tương tự với các chổi than âm.
- Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy.
- Trục máy, trên đó có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường được làm bằng thép các bon tốt.
5.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều
Máy điện một chiều là thiết bị điện từ quay, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Nó có khả năng biến đổi cơ năng thành điện năng một chiều (máy phát điện) hoặc chuyển đổi điện năng một chiều thành cơ năng trên trục (động cơ điện).
Hình 5.5 Mặt cắt rãnh phần Hình 5.6 Mặt cắt một cổ góp điện
Hình 5.7 Hình cắt dọc của cổ góp
Máy phát điện một chiều gồm một khung dây abcd kết nối với hai phiến góp, được quay quanh trục với vận tốc không đổi trong từ trường của hai cực nam châm Các chổi than A và B cố định, luôn tiếp xúc với phiến góp Khi khung quay, theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động được cảm ứng theo công thức Faraday: e = B.l.v (V).
B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua (T) l: Chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường (m)
V: Tốc độ dài của thanh dẫn (m/s).
Chiều của sức điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, trong đó sức điện động của thanh dẫn cd nằm dưới cực S có chiều từ d đến c, và thanh ab dưới cực N có chiều từ b đến a Khi mạch ngoài khép kín qua tải, sức điện động trong khung dây sinh ra dòng điện chạy từ A đến B Nếu từ trường B phân bố hình sin, sức điện động cảm ứng trong khung dây cũng sẽ biến đổi theo dạng sóng hình sin Tuy nhiên, do chổi than A luôn tiếp xúc với thanh dẫn dưới cực N và chổi than B với thanh dẫn dưới cực S, dòng điện mạch ngoài chỉ chạy từ A đến B Sức điện động xoay chiều cảm ứng trong thanh dẫn và dòng điện tương ứng đã được chỉnh lưu thành sức điện động và dòng điện một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi than, tạo ra dạng sóng sức điện động một chiều ở hai chổi than.
Khi dòng điện một chiều đi vào chổi than A và ra ở B, dòng điện chỉ đi vào thanh dẫn dưới cực N và ra ở thanh dẫn dưới cực S, tạo ra mô men quay không đổi dưới tác dụng của từ trường Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái, đây chính là nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.
Hình 5.9 Từ cảm hay s.đ.đ hình sin trong khung dây trước chỉnh lưu
5.4 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều
Cho một dòng điện kích thích vào dây quấn kích thích thì trong khe hở sinh ra
Khi phần ứng quay với tốc độ nhất định, sẽ xuất hiện sức điện động trong dây quấn Sức điện động này tương ứng với một mạch nhánh song song và bằng tổng sức điện động cảm ứng của các thanh dẫn nối tiếp trong mạch nhánh đó.
Sức điện động cảm ứng của 1 thanh dẫn: e x B x l v (5.2)
Trong đó: B x Từ cảm nơi thanh dẫn x quyét qua l: Chiều dài tác dụng của thanh dẫn. v: Tốc độ dài của thanh dẫn.
2p b S.đ.đ và dòng điện đã được chỉnh lưu nhờ vành góp.
Qui tắc bàn tay phải và qui tắc bàn tay trái:
E: Sức điện động cảm ứng
Hình 5.10 Xác định s.đ.đ phần ứng
Nếu số thanh dẫn của 1 mạch nhánh là 2 N a thì
Nếu số thanh dẫn đủ lớn thì
bằng trị số trung bình Btb nhân với tổng số thanh dẫn trong 1 mạch nhánh: tb a
Với v: tốc độ dài của phần ứng.
: từ thông dưới mỗi cực từ trong khe hở không khí: = B l. (5.6)
Trong đó: p: Số đôi cực từ kích thích
N Tổng số thanh dẫn của phần ứng n: Tốc độ quay của phần ứng (vòng/phút) a: Số đôi mạch nhánh song song Đặt: C E pn a
60 : Hệ số kết cấu của máy điện.
5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều
Khi máy điện hoạt động, dòng điện chạy qua dây quấn phần ứng, tạo ra mô men điện từ trên trục máy Theo định luật Faraday, lực điện từ tác động lên thanh dẫn có dòng điện được tính bằng công thức F = Bδi.
B: Từ cảm nơi thanh dẫn quyét qua iư: Dòng điện trong thanh dẫn l: Chiều dài tác dụng của thanh dẫn
Iư: Dòng điện phần ứng; N: Tổng số thanh dẫn của phần ứng
Dư: Đường kính ngoài của phần ứng
Thì mô men điện từ của máy điện một chiều là:
Thay vào công thức tính mô men điện từ ta được: u s dt I a
Trong đó: tính bằng weber (wb), Iư tính bằng Ampe (A)
Nếu chia hai vế của biểu thức trên cho 9,81 thì Mđt tính bằng Nm Đặt: C E pn a
60 hệ số kết cấu máy
Ta có: Mđt = CM .Iư (5.11)
Công suất điện từ của máy điện một chiều: Pđt = Mđt. với
Với n tính bằng vòng /phút
Thay vào biểu thức tính Pđt ta có P dt 2 pN a s I u 2 60 n , Pđt = Eư Iư (5.12)
Trong đó: Eư tính bằng volt (V)
Iư tính bằng Ampe (A) Máy điện 1 chiều có thể làm việc ở hai chế độ: