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 nguyên lý cảm ứng điện từ Nguyên lý này liên quan đến sự biến đổi từ thông giữa các cuộn dây mà không cần chuyển động tương đối giữa chúng.
Máy điện tĩnh là thiết bị quan trọng trong việc biến đổi các thông số điện năng Với tính chất thuận nghịch của quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi điện năng diễn ra theo cả hai chiều 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 vào hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó lực điện từ được sinh ra từ từ trường và dòng điện của các cuộn dây khi chúng chuyển động tương đối với nhau Máy điện này chủ yếu được sử dụng để biến đổi năng lượng.
Biến điện năng thành cơ năng qua động cơ điện hoặc chuyển đổi cơ năng thành điện năng thông qua máy phát điện là quá trình quan trọng trong kỹ thuật điện Máy điện có khả năng hoạt động linh hoạt, cho phép chuyển đổi giữa chế độ máy phát và động cơ, thể hiện tính thuận nghịch trong quá trình biến đổi năng lượng.
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 cho máy điện sẽ tạo ra dòng điện i trong thanh dẫn Dưới tác động của 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 của máy điện.
Hình 1.3: Chế độ động cơ Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục
Pc = Fđt v Điện năng đã biến thành cơ năng
Máy điện có khả năng hoạt động như máy phát điện hoặc động cơ điện, tùy thuộc vào dạng năng lượng được cung cấp Đây là tính chất thuận nghịch đặc trưng của tất cả các loại máy điện.
1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện
Phát nóng của máy điện 15 1.3.2 Làm mát của máy điện 16 Bài 2: Máy biến áp 16
Trong quá trình hoạt động, máy điện gặp phải tổn hao công suất, bao gồm tổn hao năng lượng từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy), tổn hao đồng trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát ở máy điện quay Tất cả những tổn hao này chuyển hóa thành nhiệt năng, làm nóng máy điện, dẫn đến lão hóa lớp cách điện do tác động của nhiệt độ, chấn động và các yếu tố lý hóa khác Thực nghiệm cho thấy, khi nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép từ 8 đến 10 độ C, tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm xuống một nửa Ở nhiệt độ làm việc cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện dao động từ 10 đến 15 năm Tuy nhiên, khi máy hoạt động quá tải, nhiệt độ có thể vượt mức cho phép, do đó cần tránh tình trạng quá tải để bảo vệ tuổi thọ của máy điện.
1.3.2 Làm mát của máy điện Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát.
Bài tập 1.1 yêu cầu xác định điện áp rơi trên một thanh dẫn dài 0.32m với điện trở 0.25Ω khi nó chịu lực tác dụng 120N trong từ trường đều có từ cảm B = 1.3T Ngoài ra, cần tính lại điện áp 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
Trong bài tập 1.3, một thanh dẫn dài 1.2 m di chuyển với vận tốc 5.2 m/s cắt vuông góc các đường sức từ của một từ trường đều có độ lớn B = 0.18 T Cần tính toán suất điện động (sđđ) cảm ứng trong thanh dẫn này.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 1,12v
Mã bài: MĐ09-02 Điện năng được sản xuất tại các nhà máy điện, nhưng việc tiêu thụ điện lại diễn ra ở nhiều vùng miền khác nhau, không gần nhà máy Việc truyền tải điện trực tiếp từ máy phát điện đến người tiêu dùng có thể gây tổn thất lớn và sụp đổ điện áp Để giải quyết vấn đề này và đáp ứng nhu cầu sử dụng điện, bài viết sẽ nghiên cứu về thiết bị trung gian quan trọng 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.
- 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
Để nâng cao hiệu quả giảng dạy, giáo viên nên áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề Đồng thời, cần yêu cầu học viên ghi nhớ các khái niệm và công dụng của các loại máy điện để đảm bảo kiến thức được tiếp thu một cách sâu sắc và thực tiễn.
- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Không có
Kiểm tra và đánh giá bài học
Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có
Kiểm tra định kỳ thực hành: không có
Cấu tạo và công dụng của máy biến áp 16
Cấu tạo của máy biến áp 16 2.1.2 Phân loại máy biến áp 16 2.1.3 Công dụng của máy bíên áp 17 2.2 Các đại lượng định mức 18
Máy biến áp bao gồm ba phần chính:
Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)
Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
Lõi thép được cấu tạo từ các lá thép mỏng ghép lại, bao gồm hai loại chính: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type) Lõi trụ được tạo thành từ các lá thép hình chữ U và chữ I, giúp giảm thiểu từ thông rò bằng cách chia các cuộn dây, với một nửa cuộn đặt trên mỗi trụ Trong khi đó, lõi bọc, được làm 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 ứng dụng rộng rãi.
Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ.
Dây quấn máy biến áp được làm từ dây đồng hoặc nhôm với tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật Để giảm thiểu tổn thất do dòng điện xoáy, các sợi dây dẫn có dòng điện lớn thường được mắc song song Bên ngoài, dây quấn được bọc cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong 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 Giữa các lớp dây quấn và giữa dây quấn với lõi thép cần có cách điện tốt 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
Máy biến áp có nhiều loại, nhưng tất cả đều hoạt động theo nguyên lý giống 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 trung tâm tiêu thụ, do đó cần thiết phải xây dựng đường dây truyền tải Điện áp đầu cực máy phát thường chỉ đạt vài chục kV, nhưng 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 cho phụ tải với điện áp từ 0,4-6kV.
2.2 Các đại lượng định mức
Các đại lượng định mức của máy biến áp quy định các điều kiện kỹ thuật cần thiết cho thiết bị này Những thông số này được xác định bởi nhà 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 qui 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 được tính theo điện áp pha, trong khi đối với máy biến áp ba pha, điện áp được tính theo 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 kết 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 đồng thời 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 cuộn dây thứ cấp hở mạch, dòng điện i2 bằng 0 Lúc này, từ thông chính chỉ do cuộn dây w1 tạo ra, 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 dưới tác động của sức điện động cảm ứng e2, dẫn đến dòng điện thứ cấp i2 cung cấp năng lượng cho tải Lúc này, từ thông chính trong lõi thép được tạo ra bởi cả hai cuộn dây Điện áp U1 có dạng biến thiên sin, do đó từ thông chính cũng biến thiên theo dạng cos.
E1 và E2 là giá trị của sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp Mặc dù sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số, nhưng trị 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 1000W thì d2 = 6 – 10 mm
+ Với động cơ 3 pha có P < 1000W thì d2 = 5 – 6 mm
+ Với động cơ 3 pha có 100W < P < 500W thì d2 = 6 – 10 mm
+ Với động cơ 3 pha có 500W < P < 33000 W thì d2 = 10 – 20 mm
+ Với động cơ 3 pha có P > 33000W thì d2 = 20 – 30 mm
- Tạo hình giấy cách điện
+ Gấp giấy cách điện như hình vẽ: gập hai mép giấy cách điện như hình 3.54
+ Dùng nong rãnh tạo hình cho giấy cách điện Hình 3.55
Bước 4: Lồng bìa cách điện vào rãnh
An tịnh tiến giấy theo chiều mũi tên Hình 3.56
Hình 3.56 Bước 5: Đinh vị bìa cách điện trong rãnh Hình 3.57
Yêu cầu: Sau khi lót giấy cách điện trong rãnh giấy không được cao hơn rãnh, không xục xịch và phải nằm sát các mặt rãnh.
Hình 3.58 Stato sau khi lót cách điện rãnh 5.15 4 Làm khuôn quấn dây động cơ
1 Hình dạng khuôn gỗ và miếng nẹp (má ốp)
Hình chữ nhật Hình thoi Hình bầu dục
Hình 3.59 Hình dạng khuôn gỗ
Hình 3.60 Hình dạng miếng nẹp
Miếng nẹp là hai thanh gỗ được đặt hai bên khuôn, có chức năng định hình kích thước cho sản phẩm Để đảm bảo hiệu quả, miếng nẹp cần phải lớn hơn kích thước tối thiểu của 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 tương ứng với bước dây y Khoảng cách giữa hai đầu khuôn và lõi thép cần được duy trì hợp lý để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Lấy dây đồng có chiều dài 1,2 cm và uốn theo hình dạng khuôn gỗ đã chọn như hình chữ nhật, hình thoi hoặc hình bầu dục Đo các kích thước của dây đồng để xác định kích thước khuôn gỗ và 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 Tiếp theo, sử dụng thước để gạch chéo 4 góc nhằm xác định trung tâm khuôn, sau đó khoan lỗ tròn với đường kính từ 1 đến 1,2 cm Cuối cùng, cắt và làm láng xung quanh khuôn gỗ bằng bàn quay, dũa hoặc đá mài Phương pháp này cũng có thể 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).
- 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 trong việc tối ưu hóa không gian làm việc là sắp xếp hợp lý các dụng cụ, đặt những dụng cụ sử dụng thường xuyên ở vị trí thuận tay và những dụng cụ ít sử dụng hơn ở vị trí ngược lại Đồng thời, cần tổ chức các dây cáp một cách gọn gàng theo từng nhóm để tạo sự ngăn nắp và dễ dàng trong quá trình làm việc.
Bước 2: Nghiên cứu sơ đồ trải
- Bộ dây quấn thuộc dạng nào (đồng tâm, đồng khuôn)
- Xác định và nắm vững số bối trong một nhóm
- Trong quá trình lồng dây đặt bối nào trước bối dây nào sau
Bước 3: Chuẩn bị bối dây trước khi lồng
Để đảm bảo bối dây được sắp xếp đúng cách, hãy nắm các cạnh của bối dây và đặt chúng vào rãnh một cách thẳng và phẳng Bối dây lồng trước nên được đặt ở vị trí trên cùng, tiếp theo là các bối lồng theo thứ tự cho đến bối cuối cùng, đảm bảo rằng các vòng dây không chéo nhau Cuối cùng, lồng ống ghen vào các đầu của nhóm dây để hoàn thiện quy trình.
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 các vòng dây, nếu miệng rãnh hẹp và khó khăn trong việc đưa dây vào, bạn có thể sử dụng dao tre để chải một vài vòng dây nhằm dễ dàng đưa dây 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, chúng ta cần sử dụng dao tre để chải dọc theo chiều dài của rãnh nhiều lần.
Dùng dao tre kéo nhẹ không được ấn dây làm dây bị cong …
- Xoay bối dây theo chiều quấn dây
Hình 3.73 Xoay bối dây theo chiều quấn dây
- Bối dây 2 được đặt đúng chiều
Hình 3.74 Bối dây 2 được đặt đúng chiều
- Nhóm bối dây 1 đã lồng xong
Hình 3.75 Nhóm bối dây 1 đã lồng xong
Khi lồng dây, cần lồng từng cạnh của bối dây và đảm bảo rằng cạnh bên kia có một miếng giấy cách điện lót giữa mạch từ và dây quấn Điều này giúp tránh việc dây quấn cọ vào mạch từ, gây hư hỏng cách điện Đồng thời, cần chú ý đến bước dây quấn (y) để đảm bảo chất lượng lồng dây.
Trong quá trình lồng dây ta phải lồng theo thứ tự và theo quy luật (trái – phải) để tránh bị nhầm
- Sau khi lồng dây xong một nhóm dây kế tiếp ta tiếp tục lồng dây nhóm kế tiếp theo qui luật sau:
Theo sơ đồ, chúng ta di chuyển từ trái sang phải, xác định nhóm dây kế tiếp nào có cạnh tác dụng đầu và cuối cùng hướng 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 bìa úp gặp khó khăn trong quá trình đẩy vào, hãy sử dụng dao tre để chải kỹ hai bên miệng rãnh Trong khi đẩy bìa úp, hãy đẩy các cạnh của bối dây vào, 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 đẩy 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 chặn 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 thời gian ngắn, nhiệt độ của lõi sắt cuộn dây sẽ tăng lên đến giới hạn chịu nhiệt của cấp cách điện, và cần duy trì nhiệt độ thấp hơn giới hạn này cho đến khi cuộn dây hoàn toàn khô.
2 Tẩm sơn cách điện hình 3.86:
Quét tẩm là quá trình đặt lõi sắt cuộn dây theo chiều đứng, cho phép sơn tẩm chảy xuyên 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 loại máy điện xoay chiều với tốc độ quay của rô to bằng tốc độ từ trường quay, thường hoạt động như máy phát với tần số 50 Hz hoặc 60 Hz Ngoài ra, máy điện đồng bộ cũng có thể hoạt động như động cơ đồng bộ công suất lớn và được sử dụng làm máy bù đồng bộ để cải thiện hệ số công suất của lưới điện tại các xí nghiệp hoặc 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 một chiều chạy qua cuộn dây kích từ, do đó không cần lấy công suất phản kháng từ lưới điện xoay chiều Ngược lại, máy điện không đồng bộ phải lấy công suất kháng từ lưới điện xoay chiều hoặc từ tụ điện để tạo ra từ trường chính (từ trường quay).
Máy phát điện đồng bộ đóng vai trò quan trọng là nguồn điện chính cho lưới điện quốc gia Đồng thời, động cơ đồng bộ được ứng dụng rộng rãi trong việc truyền động công suất lớn Cấu tạo của máy điện đồng bộ bao gồm nhiều thành phần thiết yếu, 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 Stato có thể đảm nhận vai trò của phần cảm hoặc phần ứng, trong khi rôto cũng có thể là phần ứng hoặc phần cảm tùy thuộc vào cấu tạo của máy.
Trong các máy điện, nếu phần ứng được đặt ở rôto, việc lấy dòng điện xoay chiều qua vành trượt sẽ gặp khó khăn do hiện tượng tia lửa điện Do đó, phần ứng ở rôto thường chỉ xuất hiện trong các máy có công suất nhỏ hoặc một pha Đối với các máy khác, rôto chủ yếu đảm nhiệm vai trò của phần cảm.
Cấu tạo phần tĩnh(stato)
Nếu phần cảm nằm ở stato thì lá thép có dạng như hình vẽ, cuộn dây kích từ được quấn quanh cực từ.
Lõi thép phần cản ở stato có cấu tạo tương tự như lá thép stato của máy điện dị bộ, với vỏ ngoài được làm bằng gang Mặc dù cấu trúc của máy dị bộ này giống với máy điện dị bộ thông thường, nhưng vỏ không được trang bị các gân tản nhiệt.
Nếu rôto là phần cảm thì chia làm hai loại:
Rôto cực ẩn là một khối thép rèn hình trụ với bề mặt ngoài được phay thành các rãnh để lắp đặt cuộn dây kích từ, giúp cực từ của máy không lộ rõ Cuộn dây kích từ được bố trí đều trên 2/3 chu vi rôto, mang lại độ bền cơ học cao và sự chắc chắn cho dây quấn kích từ Do đó, các loại máy đồng bộ có tốc độ từ 1500 vòng/phút trở lên thường sử dụng rôto cực ẩn, mặc dù quá trình chế tạo phức tạp hơn so với rôto cực lồi.
Rôto cực hiện được cấu tạo từ lõi thép, 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 như hình sin.
Dây quấn kích từ trên các cực từ tạo thành cuộn dây kích từ, với hai đầu nối tới nguồn điện một chiều qua vành trượt và chổi than Các máy đồng bộ có tốc độ dưới 1000 v/ph thường sử dụng cực lồi, trong khi 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 và cuộn dây kích từ ở rôto, với cuộn dây kích từ kết nối với nguồn kích từ một chiều qua hệ thống chổi than Để tạo ra điện áp 3 pha trên chu vi stato, ba cuộn dây được đặt cách nhau 120 độ và có thể được nối theo kiểu sao hoặc tam giác Dòng điện một chiều tạo ra từ trường không đổi, và khi gắn một động cơ lai vào trục rôto quay với tốc độ n, một từ trường quay tròn được hình thành, tạo ra 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 đặc trưng.
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 : (4.3)
Khi máy phát điện hoạt động, luôn có hai từ trường tồn tại: từ trường cực từ do nguồn kích từ tạo ra và từ trường quay do dòng điện xoay chiều ba pha tạo ra 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, tạo ra sự tác động lẫn nhau, từ đó đảm bảo hiệu suất hoạt động của máy.
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 = và sđđ cũng đạt cực đại e =, 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 theo quy tắc bàn tay phải, trong khi chiều từ thông do dòng điện sinh ra được xác định bằng quy tắc vặn nút chai Hình c cho thấy chiều từ thông dòng tải ngang với từ thông chính, được gọi là phản ứng ngang.
Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 138 4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ 139
Bài viết mô tả sơ đồ máy phát điện đồng bộ 3 pha 2 cực, với cuộn dây phần ứng đặt ở stato và cuộn dây kích từ ở rôto Cuộn dây kích từ được kết nối với nguồn kích từ một chiều 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 một chiều tạo ra từ trường không đổi, và khi gắn một động cơ lai vào trục rôto và quay với tốc độ n, sẽ 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 từ, nó tạo ra từ trường cực từ Động cơ sơ cấp kéo phần cảm quay với tốc độ n, khiến từ trường cực từ quét qua các thanh dẫn phần ứng ở stator, tạo ra cảm ứng điện động.
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 : (4.3)
Khi máy phát điện hoạt động, luôn có hai từ trường khác nhau: từ trường cực từ do nguồn kích từ và từ trường quay do dòng điện xoay chiều 3 pha Sự tương hổ giữa hai từ trường này tạo ra quyết định quan trọng trong quá trình phát điện.
4.4 Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ liên quan đến việc hai từ trường, gồm từ trường kích từ và từ trường phần ứng, tương tác với nhau khi máy có tải Khi hai từ trường này ở trạng thái nghỉ, chúng sẽ tạo ra sự tác động hỗ trợ lẫn nhau, đảm bảo hiệu suất làm việc của máy phát.
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 = và sđđ cũng đạt giá trị cực đại e =, do tải thuần trở khiến dòng điện và điện áp trùng pha nhau (hình b) Hướng sđđ và dòng điện trong các pha A, B, C có thể xác định theo quy tắc bàn tay phải, trong khi chiều từ thông do các dòng điện sinh ra được xác định bằng quy tắc vặn nút chai Hình c cho thấy chiều từ thông dòng tải có hướng ngang với từ thông chính, được gọi là phản ứng ngang.
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 dẫn đến hiện tượng: một bên có hai từ thông cùng chiều cộng lại, trong khi bên kia có hai từ thông ngược chiều trừ đi nhau Kết quả là từ trường chính bị biến dạng, với nửa cực được tăng cường ngược chiều quay.
Hình 4.6 Phản ứng ngang máy điện đồng bộ b Tải thuần cảm kháng ( )
Sđđ cảm ứng trong các cuộn dây nhanh pha so với dòng điện một góc
Dòng điện trong pha A đạt được giá trị cực đại khi giá trị Sđđ có giá trị zero, còn rôto chiếm vị trí như hình a.
Hướng của dòng điện trong các pha A, B, C cùng hướng với từ thông sinh ra, xác định như phần trước Chiều của từ trường phần ứng dọc theo trục cực cho thấy sự phân bố từ thông gọi là phản ứng dọc trục Khi tải thuần cảm, từ thông phản ứng ngược chiều với từ trường chính, dẫn đến việc làm yếu đi từ trường chính và gây ra hiện tượng khử từ trong máy.
Dòng điện tải vượt pha so với sđđ một góc hình vẽ.
Theo nguyên tắc xác định chiều từ trường phần ứng, trục của từ trường phần ứng trùng với trục cực, nhưng cả hai từ trường này cùng chiều, dẫn đến việc từ trường chính được trợ từ.
Khi dòng tải I trùng pha với sđđ Eo, ta có phản ứng ngang; ngược lại, nếu không, sẽ xảy ra phản ứng dọc trục Khi tải là tổng trở, phản ứng vừa mang tính chất ngang vừa mang tính chất dọc khử từ, dẫn đến biến dạng từ trường và khử từ Tương tự, trong trường hợp phản ứng phần ứng, nó cũng vừa có tính chất phản ứng ngang vừa dọc trục trợ từ, gây ra biến dạng từ trường và trợ từ.
Từ trường phản ứng phần ứng tổng Fa có thể được phân tích thành 2 thành phần: Phản ứng dọc Fad và phản ứng ngang Faq như sau:
Fad = Fasin và Faq = Fa cos (4.4)
Biên độ sóng cơ bản của stđ tổng cho máy 3 pha có dòng pha I có giá trị như sau:
4.4.2 Phản ứng phần ứng của máy cực hiện (cực lồi) Để tìm sđđ của máy phát cần phải tìm stđ tổng của máy Song ở máy phát cực hiện do khe khí không đều nên việc tìm stđ tổng gặp rất nhiều khó khăn Vì khe khí không đều nên dạng của từ thông chính không phải là hình sin và phụ thuộc vào dòng tải Do vậy khi phân tích máy cực hiện người ta dùng phương pháp 2 phản ứng: là phản ứng ngang Faq và phản ứng dọc Fad Như thế trong máy có 3 từ trường: Fo- từ trường kích từ, Fad và Faq- từ trường phản ứng phần ứng.
Giả thiết rằng từ trường tạo ra Fad và Faq hoàn toàn độc lập với Fo
Giả sử rằng khe khí phân bố đều quanh chu vi stato, thì giá trị cực đại của Fad và Faq sẽ trùng với trục của chúng, tạo ra sóng không gian hình sin như thể hiện qua các đường B' và B' trong hình vẽ.
Khi phân tích sóng điện từ trong máy, do khe khí không đều, điện áp xuất hiện dưới dạng sóng hình sin, dẫn đến việc tạo ra các đường cong cảm ứng từ không phải hình sin Bằng cách phân tích các đường cong không hình sin qua chuỗi Fourier và giả định rằng điện áp trong cuộn dây là hình sin, có thể thấy rằng các sóng từ trường bậc cao không ảnh hưởng nhiều, do đó có thể thay thế đường cong cảm ứng không hình sin bằng sóng bậc 1 (hình sin) Do khe khí không đồng nhất, biên độ của đường cong cảm ứng từ B’aqm nhỏ hơn B’aqm, và hệ số hình dạng của phản ứng phần ứng ngang và dọc được xác định Đường cong phân bố cảm ứng từ chính cũng không phải hình sin; nếu giả định khe khí đều và nhỏ, đường cong cảm ứng từ BB sẽ có dạng sóng chữ nhật, và khi phân tích sang chuỗi Fourier, chỉ cần chú ý đến sóng bậc 1.
(B’ 1m ), đem tính tỷ số giữa biên độ sóng bậc 1 với giá trị biên độ thực tế của từ trường :
Hệ số kf gọi là hệ số hình dạng của từ trường kích từ.
Hình 4.10 Xác định hệ số hình dạng từ trườg kích từ Trường hợp tổng quát giá trị cực đại của cảm ứng từ phản ứng phần ứng dọc bằng: (4.7)
Và biên độ cực đại của từ trường kích từ theo trục này bằng:
Trong đó: là độ thẩm từ không khí.
Hệ số K và phản ánh độ dẫn từ của không khí và chiều rộng của khe khí Để xác định giá trị chuẩn stđ của cuộn kích từ FBd tương ứng với phản ứng phần ứng dọc trục Fad, cần so sánh giá trị cảm ứng cực đại của từ trường phản ứng với từ trường kích từ, đồng thời xem xét hệ số hình dạng của từ trường.
Từ đây ta có: FBd = = kadFad (4.9)
Hệ số chuyển đổi stđ phản ứng theo trục dọc và mang tên hệ số phản ứng phần ứng trục dọc.
Trong đó: là hệ số phản ứng phần ngang.
Các hệ số kad và kaq cho máy cực hiện phụ thuộc vào các đại lượng b, τ, δ, và δm như được thể hiện trong hình vẽ Để xác định các hệ số này, có thể sử dụng bảng hoặc đường cong riêng Ngoài ra, chúng ta cũng có thể tính toán stđ tương đương của kích từ theo trục dọc FBd và trục ngang FBq.
Sử dụng mối quan hệ: ta có thể tìm được dòng kích từ tương đương trục dọc và trục ngang:
Sđđ cảm ứng trong cuộn phần ứng sẽ bằng:
Trong máy cực ẩn khe khí đều nhau, trở kháng phản ứng dọc và ngang trục đóng vai trò quan trọng Khi máy không bão hòa, với dòng điện một chiều hình sin, sẽ tạo ra sự phân bố từ trường hình sin Đường cong hình sin này không phụ thuộc vào vị trí tương hỗ giữa các cực stato và roto, cho thấy mạch từ đối xứng theo các trục, do đó kad = kaq Điều này cho thấy máy không có biểu hiện phản ứng ngang và phản ứng dọc.
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, việc sử dụng các máy phát điện đồng bộ hoạt động song song là rất quan trọng Điều này không chỉ tăng cường công suất cấp điện mà còn giúp nâng cao hiệu quả trong quá trình học tập và làm việc Việc có ý thức tự giác trong học tập cũng góp phần vào sự thành công trong việc quản lý và sử dụng nguồn điện hiệu quả.
Khi hai máy phát điện hoạt động song song, cần đảm bảo phân tải đều giữa các máy Nếu hai máy có công suất giống nhau, chúng phải chịu tải như nhau; ngược lại, máy có công suất lớn hơn phải chịu tải nhiều hơn, trong khi máy có công suất nhỏ hơn chịu tải ít hơn Việc kết nối một máy phát với lưới điện hoặc với máy phát khác cần tránh tình trạng dòng cân bằng chạy quẩn và không làm gián đoạn chế độ hoạt động của máy phát đang hoạt động Để đạt được điều này, các máy phát phải đáp ứng một trong các điều kiện nhất định.
Để đưa một máy điện đồng bộ vào làm việc song song với lưới điện hoặc máy điện khác, cần phải đảm bảo các điều kiện sau: máy phát phải có cùng điện áp, tần số và pha Việc này giúp đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong quá trình vận hành, đồng thời tránh các sự cố có thể xảy ra trong 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 Trong thực tế, có nhiều phương pháp hòa đồng bộ khác nhau.
Hòa đồng bộ chính xác là phương pháp hòa song song máy phát đồng bộ, đảm bảo thỏa mãn bốn điều kiện an toàn cho máy, lưới điện và chất lượng hòa Tuy nhiên, phương pháp này có thời gian thực hiện lâu.
Hoà đồng bộ thô là phương pháp kết nối một máy phát hoạt động đồng thời với một máy phát khác, ngay cả khi chưa đáp ứng đầy đủ tất cả các điều kiện cần thiết.
Phương pháp hòa này được sử dụng khi cần thực hiện 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 và một số lưới điện địa phương trên bờ.
Tự hoà đồng bộ Phương pháp tự hòa đồng bộ được thực hiện như sau:
Sử dụng máy lai quay rôto máy phát điện định hoà để đạt tốc độ gần đồng bộ trước khi kích từ Khi kích từ, từ thông xuất hiện sẽ tạo ra dòng điện, giúp mô-men kéo máy vào trạng thái làm việc đồng bộ Việc đưa dòng kích từ vào máy với độ trượt nhỏ sẽ làm 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 đo kiểm tra trước khi sử dụng Phương pháp này giúp rút ngắn quá trình hoà máy phát, thường được dùng cho các máy phát sự cố hoặc khởi động hệ thống thuỷ điện dự trữ Các phương pháp hoà đồng bộ có thể thực hiện bằng tay, nửa tự động hoặc tự động.
Phương pháp hoà đồng bộ chính xác Để kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ người ta dùng các phương pháp sau đây.
- Phương pháp đèn tối (đèn tắt).
- Phương pháp dùng đồng bộ kế.
Biểu diễn sơ đồ hòa song song các máy phát dùng phương pháp đèn tắt
Hình 4.26 Sơ đồ nối đèn và sao điện áp các trường hợp b)Thỏa mãn tất cả các điều kiện, c) Tần số khác nhau, d) Nối nhầm pha
Nếu không thỏa mãn một trong bốn điều kiện đã nêu, thì trạng thái của các đèn sẽ thay đổi Điều này có nghĩa là ít nhất một trong ba đèn sẽ không ở trạng thái tối Việc phân tích các điều kiện không thỏa mãn giúp hiểu rõ hơn về cách hoạt động của hệ thống đèn này.
- 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, lặp lại quá trình này Tần số biến đổi của điện áp bóng đèn là fbđ, trong khi tần số biến thiên của điện áp biên độ là f1 – f2 Khi xem xét biên độ véctơ, ta nhận thấy hai sao điện áp quay với tốc độ góc khác nhau, với 1 > 2, cho phép coi sao điện áp lưới đứng im Điện áp trên bóng đèn tăng dần, khiến đèn sáng lên, đạt cực đại khi điện áp đạt Uml + Ump, sau đó giảm và bóng đèn tối dần cho đến khi tắt Qua sự thay đổi cường độ sáng, ta nhận ra rằng 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 Điều này xảy ra 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 giải pháp đơn giản và tiết kiệm chi phí, tuy nhiên, độ chính xác của nó không cao Hơn nữa, việc tìm kiếm một bóng đèn có dải điện áp làm việc rộng, thường từ khoảng cũng là một thách thức đáng lưu ý.
Việc đo điện áp dây 20 von là rất khó khăn, và nếu bóng đèn bị đứt dây tóc, sẽ không phát hiện được vấn đề Do đó, phương pháp chỉ sử dụng đèn tắt thường không đủ, mà thường cần kết hợp với đồng hồ von mét để đo điện áp, trong đó đồng hồ von mét chỉ không rất phổ biến Nếu các điều kiện không được đáp ứng, cần phải 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
Nếu các điều kiện đồng bộ được thỏa mãn, đèn 1 sẽ tắt trong khi đèn 2 và đèn 3 vẫn sáng Trong sơ đồ này, không cần sử dụng vôn kế, vì ngay cả khi có sự chênh lệch nhỏ, đèn 1 cũng không sáng, nhưng ánh sáng của các đèn còn lại thay đổi rõ rệt do chúng rất nhạy với sự biến đổi điện áp gần mức định mức.
Động cơ và máy bù đồng bộ 165
Mã bài: MĐ09-05 Giới thiệu:
Máy điện xoay chiều rất phổ biến trong thực tế, nhưng máy điện một chiều lại cần thiết trong nhiều lĩnh vực do khả năng tạo ra công suất và mômen lớn, ổn định Máy điện một chiều thường được sử dụng trong các ứng dụng như máy khoan và máy khởi động Bài viết này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu, tính toán, sửa chữa và bảo dưỡng máy phát điện một chiều 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
Để nâng cao hiệu quả giảng dạy, giáo viên nên áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề Đồng thời, cần yêu cầu học viên ghi nhớ các khái niệm và công dụng của các loại máy điện để củng cố kiến thức và phát triển kỹ năng tư duy.
- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Không có
Kiểm tra và đánh giá bài học
Máy điện một chiều 173
Đại cương về máy điện một chiều 173 5.2 Cấu tạo của máy điện một chiều 174 5.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 177 5.4 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều 178 5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều 180
Trong sản xuất hiện đại, máy điện một chiều giữ vai trò quan trọng nhờ vào những ưu điểm nổi bật Động cơ điện một chiều có khả năng điều chỉnh tốc độ rộng, 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 cũng được sử dụng làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ 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:
Lõi sắt cực từ là bộ phận quan trọng trong việc sinh ra từ trường, được chế tạo từ thép lá kỹ thuật điện hoặc thép các bon dày từ 0,5 đến 1mm, ghép lại bằng đinh tán Để tăng cường đường đi của từ trường, lõi mặt cực từ được kéo dài ra Vành cung của cực từ thường chiếm 2/3 khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp Trên lõi cực, cuộn dây kích từ được quấn bằng dây đồng và cách điện kỹ lưỡng, với dòng một chiều chạy qua, được đặt trên các cực từ và mắc nối tiếp Cuộn dây này thường được quấn vào khung dây làm từ nhựa hóa học hoặc giấy bakêlit cách điện Các cực từ được gắn chặt vào thân máy bằng bu lông.
Cực từ phụ được đặt giữa cực từ chính nhằm cải thiện khả năng đổi chiều và giảm thiểu tia lửa trên chổi than Lõi thép của cực từ phụ có thể được làm từ thép khối, và trên thân của nó có dây quấn tương tự như dây quấn của cực từ chính Để đảm bảo mạch từ của cực từ phụ không bị bão hòa, khe hở giữa nó và rotor phải lớn hơn khe hở giữa cực từ chính và rotor Vỏ máy, hay còn gọi là gông từ, cũng đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc này.
Kết cấu của máy điện không chỉ đảm nhiệm vai trò quan trọng trong việc kết nối các cực từ mà còn giúp tăng cường hiệu suất hoạt động Đối với máy điện nhỏ và vừa, thép tấm thường được sử dụng để uốn và hàn, mang lại độ bền và tính linh hoạt Trong khi đó, máy có công suất lớn thường sử dụng thép đúc có hàm lượng carbon từ 0,2% đến 2%, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của thiết bị.
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 ngoại lai có thể gây hư hỏng cho dây quấn Đối với các loại máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn đóng vai trò làm giá đỡ cho ổ bi, giúp 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 nhiều thếp với khoảng hở giữa các thếp nhằm mục đích làm nguội máy Các khe hở này được gọi là rãnh thông gió ngang trục Bên cạnh đó, còn có các rãnh thông gió dọc trục được dập để cải thiện hiệu suất làm mát.
Hình 5.4 Lõi thép phần ứng b Dây quấn phần ứng:
Phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua 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 hiện tượng văng ra ngoài do sức ly tâm khi quay, nêm được sử dụng để đè chặt ở miệng rãnh, và các đầu nối dây quấn cũng cần được đai chặt Nêm có thể 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 chế tạo từ nhiều phiến đồng mỏng cách điện bằng tấm mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm, tạo thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn được giữ chặt bởi hai vành ép hình chữ V, với cách điện bằng mica hình V giữa chúng Đuôi cổ góp cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây quấn vào phiến góp Mỗi máy có số lượng chổi than tương ứng với số cực, trong đó các chổi than dương được nối chung thành một cực dương duy nhất, tương tự cho các chổi than âm.
- Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy.
- Trục máy, trên đó có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường được làm bằng thép các bon tốt.
5.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều
Máy điện một chiều là thiết bị điện từ quay, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Nó có khả năng biến đổi cơ năng thành điện năng một chiều (máy phát điện) hoặc ngược lại, 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 bao gồm 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 được đặt cố định, luôn tiếp xúc với phiến góp Khi khung dây 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, trong khi thanh ab dưới cực N có chiều từ b đến a Khi mạch ngoài khép kín qua tải, sức điện động trong khung dây sẽ tạo ra dòng điện chạy từ A đến B Nếu từ trường B phân bố hình sin, sức điện động cảm ứng trong khung dây cũng sẽ biến đổi theo hình sin Tuy nhiên, do chổi than A luôn tiếp xúc với thanh dẫn dưới cực N và chổi than B với thanh dẫn dưới cực S, dòng điện chỉ chạy từ A đến B Điều này có nghĩa là 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 vào hệ thống vành góp và chổi than, tạo ra dạng sóng sức điện động một chiều tại hai chổi than.
Khi dòng điện một chiều đi vào chổi than A và ra ở B, dòng điện chỉ đi vào thanh dẫn dưới cực N và ra ở các thanh dẫn dưới cực S Dưới tác dụng của từ trường, một mô men quay có chiều không đổi sẽ được sinh ra, làm cho máy quay Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái, đây chính là nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.
Hình 5.9 Từ cảm hay s.đ.đ hình sin trong khung dây trước chỉnh lưu
5.4 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều
Cho một dòng điện kích thích vào dây quấn kích thích thì trong khe hở sinh ra
Khi phần ứng quay với tốc độ nhất định, sẽ tạo ra một sức điện động trong dây quấn Sức điện động này tương đương với tổng sức điện động cảm ứng của các thanh dẫn nối tiếp trong mạch nhánh song song.
Sức điện động cảm ứng của 1 thanh dẫn: (5.2)
Trong hệ thống, chiều dài tác dụng của thanh dẫn x quyết định hiệu suất truyền tải điện Tốc độ dài của thanh dẫn v ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện Dòng điện đã được chỉnh lưu thông qua vành góp, đảm bảo hiệu quả hoạt động của thiết bị.
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 thì
Nếu số thanh dẫn đủ lớn thì bằng trị số trung bình Btb nhân với tổng số thanh dẫn trong 1 mạch nhánh: nên (5.4)
(5.5) 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: : Hệ số kết cấu của máy điện.
5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều