Định nghĩa và phân loại máy điện
Máy điện là thiết bị điện từ hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, có khả năng chuyển đổi các dạng năng lượng khác nhau Nó có thể biến đổi cơ năng thành điện năng thông qua máy phát điện, hoặc chuyển đổi điện năng thành cơ năng qua động cơ điện Bên cạnh đó, máy điện cũng được sử dụng để điều chỉnh các thông số điện năng như điện áp, dòng điện, tần số và số pha.
Máy điện được phân loại thành nhiều loại khác nhau, trong đó có thể chia theo nguyên lý biến đổi năng lượng Một trong những loại máy điện là máy điện tĩnh.
Máy điện tĩnh hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, với sự biến đổi từ thông trong các cuộn dây mà không cần chuyển động tương đối Thiết bị này thường được sử dụng để biến đổi các thông số điện năng, chẳng hạn như máy biến áp, biến điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều với giá trị khác.
Máy điện quay hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó lực điện từ được tạo ra bởi từ trường và dòng điện trong các cuộn dây Loại máy này có khả năng chuyển đổi năng lượng, từ cơ năng thành điện năng trong máy phát điện, hoặc từ điện năng thành cơ năng trong động cơ điện.
Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện
2.1 Nguyên lý máy phát điện
Máy phát điện là thiết bị chuyển đổi cơ năng thành điện năng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Khi động cơ sơ cấp như tuabin hơi, tuabin nước, hoặc tuabin gió cung cấp nguồn cơ năng, nó làm cho rôto của máy phát quay, tạo ra sức điện động trong dây quấn Nếu mạch ngoài được kết nối với phụ tải, dòng điện sẽ được sinh ra trong dây quấn Như vậy, máy phát điện biến đổi công suất cơ thành công suất điện để cung cấp năng lượng cho các phụ tải.
2.2 Nguyên lý động cơ điện
Khi cấp nguồn cho dây quấn stator của động cơ, từ trường quay được tạo ra trong lòng stator, gây ra sức điện động cảm ứng trên các thanh dẫn của roto Do hai đầu các thanh dẫn trên roto nối kín mạch, dòng điện cảm ứng xuất hiện và tương tác với từ trường quay, tạo thành ngẫu lực làm cho roto quay Như vậy, dây dẫn mang dòng điện trong từ trường đã chuyển đổi công suất điện từ nguồn thành công suất cơ học, đó chính là nguyên lý hoạt động của động cơ điện.
MÁY BIẾN ÁP
Khái niệm và phân loại máy biến áp
Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều mà không làm thay đổi tần số.
- Máy biến áp là thiết bị quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng
1.2 Phân loại máy biến áp
Theo công dụng, máy biến áp có thể gồm những loại chính sau đây:
- Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực
- Máy biến áp chuyên dùng dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn điện
- Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn, 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 khi đưa vào các đồng hồ đo
- Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao
Máy biến áp có nhiều loại, nhưng các hiện tượng bên trong chúng đều tương tự nhau Bài viết này sẽ tập trung vào nghiên cứu máy biến áp điện lực với hai dây quấn, bao gồm cả loại một pha và ba pha.
Cấu tạo, nguyên lý làm việc chung của máy biến áp
2.1 Cấu tạo chung của máy biến áp
Gồm 3 bộ phận chính: Lõi thép, Dây quấn, Vỏ máy a Lõi thép (mạch từ):
Nhiệm vụ của bộ phận này là dẫn từ và tạo khung để quấn dây Nó được chế tạo từ nhiều lá thép kỹ thuật điện có hình dạng chữ E, i hoặc chữ U, với độ dày từ 0,35 đến 0,5 mm Bề mặt của các lá thép được tráng sơn cách điện và được ghép chặt lại thành một bộ hoàn chỉnh.
- Trụ từ: Là nơi đặt dây quấn
- Gông từ: Là phần nối liền các trụ từ với nhau, tạo thành mạch từ kín và không có dây quấn
Lõi thép của máy biến áp thường được chế tạo theo các kiểu sau:
Lõi thép kiểu lõi, hay còn gọi là mạch từ kiểu lõi, là loại lõi có dây quấn bao quanh trụ thép Kiểu lõi này được ứng dụng rộng rãi trong các máy biến áp 1 pha và 3 pha với dung lượng nhỏ hoặc trung bình.
Lõi thép kiểu Bọc, hay còn gọi là mạch từ kiểu Bọc, được thiết kế với mạch từ phân nhánh sang hai bên và bao bọc một phần dây quấn Loại máy biến áp này thường được ứng dụng trong các ngành chuyên môn như lò luyện kim và máy biến áp một pha công suất nhỏ trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử Đặc biệt, các máy biến áp hiện đại có dung lượng lớn và cực lớn cũng sử dụng thiết kế này để nâng cao hiệu suất và độ bền.
Máy biến áp kiểu trụ – bọc có công suất từ 80 – 100 MVA trên một pha và điện áp cao từ 220 – 400 kV, giúp giảm chiều cao của trụ thép và thuận tiện cho việc vận chuyển Thiết kế này kết hợp giữa kiểu trụ và kiểu bọc, thường sử dụng lõi thép trung gian cho máy biến áp 3 pha công suất lớn Cả hai trụ thép bên ngoài đều thuộc về gông, và để giảm tổn hao do dòng điện xoáy, lõi thép được làm từ các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm, có phủ sơn cách điện Phương pháp ghép nối hoặc ghép xen kẽ được sử dụng để kết nối trụ và gông, trong đó ghép nối cho phép ghép riêng từng phần và sau đó sử dụng xà ép và bulông để siết chặt Các lá thép trong lõi thường được chế tạo theo một số kiểu thông dụng.
Các lá thép EE, LL, EI, II, UU cần được đan và ghép lại một cách cẩn thận, đảm bảo rằng khe hở giữa các lá thép trong lõi không trùng nhau Sau đó, toàn bộ các lá thép phải được ép chặt bằng các bộ xà ép, gông ép và bu lông đai ốc Để đảm bảo an toàn, lõi thép và vỏ máy phải được nối đất đúng cách.
Dây quấn, được chế tạo từ dây điện từ đồng (Cu) hoặc nhôm (Al) với thiết diện tròn hoặc chữ nhật, đóng vai trò quan trọng trong máy biến áp (MBA) Nó không chỉ dẫn điện mà còn thu và truyền năng lượng, thực hiện chức năng biến đổi điện áp và truyền tải điện năng hiệu quả.
MBA có hai cuộn dây: Cuộn Sơ cấp hay còn gọi là cao áp ký hiệu: W 1 (CA) và cuộn thứ hay còn gọi là hạ áp ký hiệu: W 2 (HA)
* Đối với MBA hạ áp:
- Dây quấn sơ cấp W 1 được đấu vào lưới điện U 1 và có giá trị điện áp lớn hơn U 2 , để lấy năng lượng điện vào
Dây quấn thứ cấp W 2 được kết nối với tải có điện áp U 2 thấp hơn điện áp đầu vào sơ cấp, hoặc có thể lấy năng lượng chuyển tiếp tùy theo yêu cầu làm việc.
* Đối với MBA tăng áp:
- Sơ cấp đấu với điện áp vào nhỏ thường từ MFĐ nơi sản xuất điện năng
Máy biến áp thứ cấp có điện áp ra lớn hơn, giúp truyền tải điện năng đi xa đến các nơi tiêu thụ Vỏ máy biến áp được làm bằng thép và bao gồm hai bộ phận chính: thùng và nắp thùng.
Thùng MBA chứa lõi thép, dây quấn và dầu biến áp, trong đó dầu biến áp có vai trò quan trọng trong việc tăng cường cách điện và tản nhiệt Khi MBA hoạt động, một phần năng lượng tiêu hao biến thành nhiệt, làm nóng dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác Quá trình đối lưu trong dầu giúp truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong MBA ra dầu, sau đó từ dầu tỏa ra môi trường xung quanh qua vách thùng.
Nắp thùng là bộ phận quan trọng dùng để đậy thùng dầu, đồng thời tích hợp các thành phần thiết yếu như sứ vào và ra của dây quấn cao áp, hạ áp, bình giãn dầu và ống bảo hiểm (ống phòng nổ).
2.2 Nguyên lý làm việc chung của máy biến áp
Máy biến áp điện lực cũng như các loại máy biến áp khác, làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
Khi cung cấp điện áp xoay chiều cho cuộn dây sơ cấp W1, dòng điện I1 sẽ chạy qua, tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép của máy biến áp Từ thông này sẽ được truyền sang cuộn dây thứ cấp, sinh ra điện áp U2 khi kết nối với phụ tải Tỉ số giữa điện áp trên cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tương ứng với tỉ số số vòng dây trên hai cuộn dây, được gọi là hệ số máy biến áp, ký hiệu là k Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài, ta có thể coi gần đúng rằng U1 ≈ E1 và U2 ≈ E2.
U E k là hệ số máy biến áp Đối với máy tăng áp thì: U2 > U1 và W2 > W1 Đối với máy giảm áp thì: U2 < U1 và W2 < W1
Dây quấn sơ cấp và thứ cấp không có liên hệ điện trực tiếp, nhưng năng lượng được truyền từ cuộn dây sơ cấp sang cuộn dây thứ cấp thông qua từ thông chính.
3 Các đại lƣợng định mức của máy biến áp
Các định mức của máy biến áp xác định các điều kiện kỹ thuật cần thiết, được quy định bởi nhà máy sản xuất và thường được ghi rõ trên nhãn của máy biến áp.
Dung lượng hay công suất định mức (S đm) là công suất toàn phần (hay biểu kiến) được cung cấp ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp, được đo bằng kilôvôn – ampe (kVA) hoặc vôn – ampe (V).
Điện áp dây sơ cấp định mức (U 1đm) là điện áp của dây quấn sơ cấp được đo bằng kilôvôn (kV) hoặc vôn (V) Trong trường hợp dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh, điện áp định mức của các đầu phân nhánh cũng sẽ được ghi chú.
Tính toán chế tạo máy biến áp 1 pha kiểu cảm ứng
Máy biến áp cảm ứng là thiết bị quan trọng trong các bộ nguồn của máy điều hòa không khí, máy giặt và nhiều thiết bị điện tử gia dụng khác.
Máy biến áp cảm ứng được sử dụng trong sản xuất máy hàn và máy nạp ắc quy, đồng thời cũng đóng vai trò là bộ nguồn cách ly cho thiết bị âm thanh.
- Máy biến áp cảm ứng có 2 cuận dây sơ cấp và thứ cấp không chung nhau về điện mà chỉ chung nhau về từ
Thiết bị này đảm bảo an toàn tuyệt đối, không gây điện giật khi chạm vào vỏ hoặc hạ áp Tất cả các điểm trên cuộn thứ cấp đều có hiệu điện thế bằng 0 so với mặt đất, nhờ vào việc hai cuộn dây không liên hệ trực tiếp về điện mà chỉ tương tác thông qua từ trường trong lõi thép của máy biến áp.
- Hiệu quả truyền công (truyền năng lượng hay thông tin) giữa cuộn dây sơ cấp và các cuộn dây thứ cấp do bộ lõi thép quyết định
- Cuộn dây sơ cấp và (các) cuộn dây thứ cấp có các đường đặc tính Volt-ampère khác nhau
- Có ưu điểm về tần số chuẩn, điện áp đầu ra luôn thay đổi khi điện lưới ở đầu vào thay đổi
Biến áp cảm ứng được cấu tạo từ các cuộn dây, dẫn đến việc chúng có cảm kháng (XL) cao, giúp lọc nhiễu hiệu quả Nhờ vào khả năng này, biến áp cung cấp nguồn điện sạch hơn cho các thiết bị âm thanh.
Giá thành cao hơn khoảng gấp đôi so với biến áp tự ngẫu thông thường
4.3 Tính toán chế tạo máy biến áp cảm ứng a Dạng bài toán thuận:
Bài toán này liên quan đến việc xác định kích thước bộ lõi máy biến áp dựa trên công suất đầu vào hoặc đầu ra đã biết Việc tính toán này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của máy biến áp.
Kích thước bộ lõi thép máy biến áp bao gồm:
- a(cm): là độ rộng bản chữ E
- b(cm): là chiều dày xếp tôn
- c(cm): Là chiều rộng cửa sổ
- h(cm): Là chiều cao cửa sổ Để giải được bài toán này, ta thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Xác định công suất đầu vào hoặc đầu ra máy biến áp:
Dựa vào hiệu suất của máy biến áp tìm ra thành phần công suất còn lại
- P1 là công suất đầu vào( công suất phía sơ cấp máy biến áp)
- P2 là công suất đầu ra( công suất phía thức cấp hay chính là công suất của phụ tải)
- η là hiệu suất của máy biến áp, đặc trưng cho khả năng truyền tải công suất từ bên sơ cấp sang bên thứ cấp, η = (0,8 →0,9)
Bước 2: Xác định diện tích có ích và diện tích thực tế của bộ lõi:
Diện tích có ích, ký hiệu là S ci, là phần diện tích nằm trong lòng ống dây, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải năng lượng từ bên sơ cấp sang bên thứ cấp Đây là thành phần công suất không thể đo lường bằng thước.
- Gọi diện tích thực tế là S
0: là phần diện tích lõi thép đo được bằng thước sau khi bộ lõi đã được ép chặt nhưng vẫn còn độ cong vênh hoặc lớp sơn cách điện giữa hai mặt của các lá thép và bao gồm các khe hở giữa các vòng dây với nhau, bìa cách điện
- k s là hệ số lấp đầy của máy biến áp
- Đối với máy biến áp điện lực: k s = 0,9
- Với máy biến áp âm tần: k s = 1
Bước 3: Xác định số vòng dây ứng với 1 vôn điện áp và số vòng dây của cuộn dây sơ cấp, thứ cấp:
- Gọi số vòng dây ứng với 1 vôn là W:
- N là hệ số chất lượng của lõi thép: N= 40 →60
- Số vòng dây sơ cấp là W
- Số vòng dây thứ cấp là W
Bước 4: Tính đường kính dây của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp
- Gọi đường kính dây của cuộn dây sơ cấp là 𝜙 , thứ cấp là 𝜙
- Dòng điện chạy trong cuộn dây sơ cấp I
- ∆I là mật độ dòng điện: ∆I = 3 →3,5 A/mm 2 mật độ dòng điện càng lớn càng tốt
Bước 5: Xác định diện tích quy vuông cho dây quấn máy biến áp và diện tích cửa sổ tính toán
- Gọi diện tích quy vuông dây quấn máy biến áp là S
- Gọi diện tích cửa sổ tính toán là S cs
Hệ số lấp đầy cửa sổ (k q) được xác định dựa trên công suất của máy biến áp Cụ thể, với máy biến áp có công suất từ 500W trở lên, k q là 0.4; đối với máy biến áp có công suất từ 100W đến dưới 500W, k q là 0.3; với máy biến áp có công suất từ 10W đến dưới 100W, k q là 0.2; và cuối cùng, với máy biến áp có công suất từ 10W trở xuống, k q là 0.1 Từ đó, công thức tính S cs = (mm)² có thể được áp dụng để xác định kích thước cửa sổ phù hợp.
Bước 6: Xác định kích thước của bộ lõi thép
- Dựa vào điều kiện S cstt ≤ h.c mà h = 2.a (cm), c= 0,8.a (cm) ta có:
, căn cứ ta chọn được a (cm) h=2.a(cm) c = 0,8.a (cm) b = (cm)
Sau đó kiểm tra theo đk: S cstt ≤ h.c nếu không đạt ta chọn lại a
- S cstt là diện tích của sổ tính toán
- h.c = S 0 là diện tích của sổ thực tế
* Xét ví dụ minh họa:
Để thiết kế và chế tạo một máy biến áp cung cấp nguồn cho thiết bị điện có công suất 100W và điện áp 110V, hoạt động trên lưới điện xoay chiều 220V, cần tính toán các thông số như hiệu suất η = 0.85, hệ số an toàn k s = 0.9, số vòng dây N = 50 và mật độ dòng điện ∆I = 3,5 A/mm².
* Xác định công suất đầu vào, đầu ra máy biến áp:
* Xác định diện tích s ci và s 0 :
* Xác định số vòng dây trên 1 vôn điện áp:
* Xác định số vòng dây của cuộn dây sơ cấp W 1 và cuộn dây thứ cấp W 2 :
* Xác định đường kính dây quấn sơ cấp và thứ cấp:
* Xác định tiết diện quy vuông của máy biến áp:
, = 21,9(mm) = 2,19(cm) Vậy theo điều kiện ta chọn a = 2,2(cm)
, , (cm) b Dạng bài toán ngược:
Bài toán này liên quan đến việc xác định công suất đầu vào và đầu ra, cũng như kích thước dây quấn, dựa trên kích thước của bộ lõi đã biết Để giải quyết vấn đề này, chúng ta cần thực hiện theo các bước cụ thể.
* Bước 1:Xác định diện tích thực tế S 0 và có ích S ci
- a: là độ rộng bản chữ E
- b: là chiều dày xếp tôn
* Bước 2: Xác định công suất đầu vào P 1 và đầu ra P 2
* Bước 3: Xác định số vòng dây ứng với 1 vôn điện áp và số vòng dây cuộn day sơ cấp, thứ cấp của máy biến áp:
- số vòng ứng với 1 vôn điện áp:
- số vòng dây của cộn dây sơ cấp:
- số vòng dây của cộn dây thứ cấp:
- 10% U2: Là số vòng dây được lấy để bù vào giá trị điện áp sụt trên phụ tải
* Bước 4: Xác định đường kính dây sơ cấp và thứ cấp:
Khi cuộn dây thứ cấp sử dụng cùng một đường kính dây, điện áp U2 sẽ đạt giá trị tối đa U2 max Số vòng dây tương ứng với điện áp lớn nhất chính là số vòng dây của cuộn dây thứ cấp trong máy biến áp.
* Xét ví dụ minh họa:
Để xác định công suất đầu vào, đầu ra và các thông số dây quấn của máy biến áp, trước tiên cần biết kích thước của bộ lõi với các kích thước: a = 3,5 cm, b = 5,5 cm, c = 1,2 cm Những thông số này sẽ giúp tính toán chính xác các yếu tố liên quan đến hiệu suất và khả năng hoạt động của máy biến áp.
* Xác định diện tích thực tế S 0 và có ích S ci
* Xác định công suất đầu vào P 1 và đầu ra P 2
* Xác định số vòng dây ứng với 1 vôn điện áp và số vòng dây cuộn day sơ cấp, thứ cấp của máy biến áp:
- số vòng ứng với 1 vôn điện áp:
- số vòng dây của cộn dây sơ cấp: , 33,
- số vòng dây của cộn dây thứ cấp:
* Xác định đường kính dây sơ cấp và thứ cấp:
Đặc điểm của 1 số loại máy biến áp khác
5.1 Máy biến áp tự ngẫu
Máy biến áp tự ngẫu là thiết bị quan trọng dùng để tăng hoặc giảm điện áp tại đầu nguồn hoặc cuối nguồn Nó cũng được sử dụng để chuyển đổi điện áp từ 220V xuống 110V, cung cấp nguồn điện cho các thiết bị nhập khẩu từ Nhật Bản và các nước châu Âu có yêu cầu điện áp 110V.
Máy biến áp tự ngẫu còn dùng để giảm dòng điện mở máy các động cơ điện xoay chiều công suất lớn
Máy biến áp tự ngẫu là loại máy biến áp điện với thiết kế chỉ sử dụng một cuộn dây duy nhất cho cả phần quấn sơ cấp và thứ cấp, và tất cả được lắp đặt trên cùng một trụ lõi thép.
- Có thể chuyển đổi hiệu điện thế đúng với giá trị mong muốn
Ngoài ra, còn có các máy biến áp có công suất nhỏ hơn, như máy biến áp ổn áp, giúp ổn định điện áp trong nhà, mang lại sự tiện lợi cho người dùng trong việc lựa chọn và sử dụng.
Độ an toàn về điện thường không cao do hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp liên hệ trực tiếp với nhau về điện và từ Hệ thống này chỉ nên được sử dụng trong mạng điện có trung tính nối đất trực tiếp để đảm bảo an toàn.
Máy biến áp tự ngẫu truyền công suất từ bên sơ cấp sang bên thứ cấp qua cuộn dây, giúp giảm thiểu tổn hao năng lượng Nhờ vào thiết kế tương tự về công suất và kích thước bộ lõi, máy biến áp tự ngẫu có khả năng truyền tải công suất hiệu quả hơn so với các loại máy biến áp khác.
- Chỉ có tác dụng thay đổi giá trị điện áp đầu ra theo yêu cầu sử dụng là tăng hoặc giảm điện áp
- Giá thành rẻ hơn so với các loại máy biến áp khác nên được nhiều người lựa chọn
- Không có khả năng chống nhiễu, chống xung
5.2.1 Máy biến áp hàn dùng cuộn kháng
Cuộn dây sơ cấp được kết nối với nguồn điện, trong khi cuộn thứ cấp một đầu nối với điện kháng và kim loại cần hàn, đầu kia nối với que hàn Khi que hàn chạm vào tấm kim loại, dòng điện lớn sẽ chạy qua, làm nóng chỗ tiếp xúc Khi nhấc que hàn lên một khoảng nhỏ, cường độ điện trường cao sẽ ion hóa khí, tạo ra hồ quang và sinh ra nhiệt lượng lớn, giúp làm nóng chảy chỗ hàn.
Để điều chỉnh dòng điện hàn, có thể thay đổi số vòng dây quấn thứ cấp của máy biến áp hoặc điều chỉnh điện kháng cuộn K bằng cách thay đổi khe hở không khí của lõi thép Máy biến áp hàn hoạt động theo chế độ ngắn mạch thứ cấp, với điện áp thứ cấp định mức khi chưa hàn là từ 60 đến 70 volt, và khi hàn, điện áp giảm xuống khoảng từ 20 đến 30 volt.
5.2.2 Máy biến áp hàn dùng lõi thép di động
Máy biến áp hàn có cuộn dây sơ cấp kết nối với lưới điện, trong khi cuộn dây thứ cấp được nối với que hàn và vật liệu cần hàn Để điều chỉnh dòng điện hàn, người ta thay đổi khe hở giữa lõi thép của máy biến áp và lá thép di động.
Tổ nối dây của MBA 3 pha
a Khái niệm tổ nối dây của máy biến áp:
Tổ nối dây của máy biến áp được xác định bởi sự phối hợp giữa đấu dây sơ cấp và thứ cấp, thể hiện góc lệch pha giữa điện động lực của hai dây Góc lệch pha này phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
- Các ký hiệu các đầu dây
Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp rất quan trọng trong máy biến áp 3 pha Để xác định tổ nối dây của máy biến áp, người ta sử dụng phương pháp kim đồng hồ để biểu thị và gọi tên tổ nối dây Cách biểu thị này giúp người sử dụng dễ dàng nhận biết và phân loại các tổ nối dây của máy biến áp.
Kim dài của kim đồng hồ chỉ sức điện động dây sơ cấp đặt cố định ở con số
12, kim ngắn chỉ sức điện động thứ cấp đặt tương ứng với các số 1, 2, …, 12 tùy theo góc lệch pha giữa chúng là 30, 60, …, 360 0 Với cách biểu thị này, đối với
Tổ nối dây I/I-12 hay I/I-0 có góc lệch pha giữa hai sức điện động là 360° (hay 0°), thường được áp dụng cho các máy biến áp hạ áp xuống 0,4 kV Hai cấp điện áp thông dụng được sử dụng là điện áp dây (Ud) và điện áp pha (UP) Tổ nối dây I/I-6 có góc lệch pha là 180° và được ký hiệu I cho máy biến áp một pha.
Trong trạm biến áp trung gian, máy biến áp 3 pha được ghi thông số 3200 (KVA) - 38,5/10,5 (kV), Y/∆-11; hiệu suất η = 98,5%; hệ số công suất cos φ = 0,8 Các thông số này cho biết công suất danh định, điện áp sơ cấp và thứ cấp, kiểu đấu nối, hiệu suất và hệ số công suất của máy biến áp Để xác định góc lệch pha giữa vectơ điện áp dây phía sơ cấp và vectơ điện áp dây phía thứ cấp, cần sử dụng công thức liên quan đến hệ số công suất và điện áp.
Giải a Hãy giải thích ý nghĩa của các thông số ghi trên nhãn MBA:
3200(KVA) là công suất biểu kiến định mức ở phía thứ cấp MBA
Điện áp dây định mức ở phía sơ cấp và thứ cấp là 38,5/10,59KV với hệ số công suất cosφ = 0,8 trong chế độ tải định mức Cần xác định góc lệch pha giữa vectơ điện áp dây phía sơ cấp và vectơ điện áp dây phía thứ cấp tương ứng.
Tổ nối dây 11 có góc lệch pha giữa vectơ điện áp dây ở phía sơ và vectơ điện áp dây ở phía thứ tương ứng là 30 độ Phương pháp ký hiệu tổ nối dây được thực hiện bằng kim đồng hồ Tổ nối dây Y/Y-12 là một trong những cấu hình phổ biến.
Ví dụ 2: Xác định tổ nối dây của các MBA có sơ đồ sau:
Vậy tổ nối dây của máy biến áp đã cho là: /Y-
Câu 1 Trình bày khái niệm và phân loại máy biến áp?
Câu 2 Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp?
ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU
Khái niệm về động cơ điện
Động cơ điện xoay chiều là thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng
Nguyên tắc động cơ điện đồng bộ và không đồng bộ: a Nguyên tắc làm việc của động cơ điện không đồng bộ
Khi nam châm vĩnh cửu quay với tốc độ ω 1, khung dây abcd cũng quay theo với tốc độ góc ω Sự biến thiên từ thông qua khung dây dẫn đến việc xuất hiện sức điện động cảm ứng, tạo ra dòng điện cảm ứng Dòng điện này sinh ra từ thông cảm ứng có chiều ngược lại với sự biến thiên của từ thông ban đầu, theo định luật cảm ứng điện từ Tương tác giữa dòng điện cảm ứng và từ trường của nam châm chữ U tạo ra lực điện từ tác dụng lên các cạnh của khung dây, tạo thành mô men quay và làm quay khung dây.
Động cơ điện không đồng bộ là loại động cơ mà tốc độ quay của roto luôn thấp hơn tốc độ của từ trường quay Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện đồng bộ dựa trên sự đồng bộ giữa tốc độ quay của roto và từ trường, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định trong quá trình vận hành.
Khi nam châm quay quanh trục, nó tạo ra một từ trường bên trong, với hướng từ cực bắc xuống cực nam và phương chiều thay đổi theo thời gian Từ trường này tác động lên kim nam châm, khiến nó quay với tốc độ tương đương với tốc độ quay của từ trường nam châm vĩnh cửu Đây là nguyên tắc hoạt động của động cơ điện đồng bộ, trong đó tốc độ quay của roto bằng với tốc độ quay của từ trường.
Như vậy động cơ điện đồng bộ là động cơ có tốc độ quay của từ trường bằng tốc độ quay của động cơ.
Phân loại động cơ điện
- Theo cấu tạo và nguyên lý làm việc của rôto, gồm có: Động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc, động cơ không đồng bộ roto dây quấn
- Theo số pha: gồm có động cơ 1 pha, động cơ 3 pha
- Theo nguồn điện: gồm có động cơ xoay chiều, động cơ 1 chiều
- Theo cách khởi động: gồm có động cơ khởi động bằng cuộn dây phụ kết hợp với tụ điện, động cơ vòng chập, động cơ phần tử ngược.
Cấu tạo chung động cơ điện
Gồm có 2 phần chính: Phần tĩnh(stator) và phần động(rotor) a Phần tĩnh(stator)
Gồm có 2 phần: Lõi thép và dây quấn
Lõi thép stator là bộ phận dẫn từ, có hình trụ hoặc vành khăn, được làm từ các lá thép kỹ thuật điện Các lá thép này được dập rãnh bên trong và ghép lại với nhau để tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõi thép được ép chặt vào trong vỏ máy, đảm bảo hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Dây quấn có vai trò quan trọng trong việc dẫn dòng điện, thường được chế tạo từ dây đồng hoặc dây nhôm, và được lắp đặt trong các rãnh của lõi thép stator Phần động cơ, hay còn gọi là roto, là thành phần thiết yếu trong hệ thống này.
Gồm có 2 phần: Lõi thép và dây quấn
Lõi thép của động cơ được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện, được phủ lớp sơn cách điện ở cả hai mặt Các lá thép này được ép chặt lại với nhau và gắn trực tiếp lên trục động cơ hoặc trên giá roto Bên ngoài lõi thép có các rãnh để lắp đặt dây quấn của roto.
Roto có 2 loại: roto kiểu dấy quấn và roto kiểu lồng sóc
Roto kiểu dây quấn là loại roto có dây quấn tương tự như dây quấn của stator, được đặt vào các rãnh của lõi thép roto và kết nối với vành góp (vàng trượt) thường làm bằng đồng, cố định ở một đầu trục Dây quấn này hoạt động thông qua chổi than và điện trở phụ Khi động cơ đạt gần tốc độ định mức, tất cả dây quấn của roto sẽ được nối ngắn mạch.
Roto lồng sóc có cấu tạo dây quấn khác biệt so với stator, với các thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm được đặt trong các rãnh của lõi thép roto Những thanh dẫn này được nối ngắn mạch ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch, tạo thành hình dạng giống như một cái lồng, do đó được gọi là lồng sóc Lưu ý rằng dây quấn của lồng sóc không có lớp cách điện với lõi thép roto.
Cách tạo ra từ trường quay trong động cơ điện xoay chiều
* Từ trường đập mạch: Là từ trường có phương không thay đổi còn chiều và trị số thay đổi theo thời gian
* Từ trướng quay: là từ trường có phương, chiều thay đổi theo thời gian, theo quy luật hình tròn còn trị số không thay đổi
4.1.Từ trường quay trong động cơ điện 1 pha a Trường hợp dây quấn stato chỉ có một cuộn dây:
Dây quấn của stator động cơ chỉ có một cuộn dây, cuộn dây được đặc trưng bởi 1 bỗi dây, bối dây gồm có 1 khung dây
Dòng điện trong cuộn dây được quy ước đi từ đầu đầu đến đầu cuối, với dòng điện đi vào có giá trị dương và dòng điện đi ra có giá trị âm.
Tại các thời điểm T = T0, T = T1, T = T2, T = T3, từ trường có phương không đổi nhưng chiều và trị số thay đổi, dẫn đến việc hình thành từ trường đập mạch Trong trường hợp dây quấn stato có hai cuộn dây, khi iA = 0 và iA > 0, từ trường sẽ có những đặc điểm khác nhau.
Dây quấn của động cơ bao gồm hai cuộn dây được đặt lệch nhau 90 độ trong không gian, mỗi cuộn dây có một bối dây đặc trưng bởi khung dây riêng Khi dòng điện xoay chiều được cung cấp cho hai cuộn dây stator của động cơ, chúng tạo ra từ trường cần thiết để vận hành động cơ.
Từ trường trong cuộn dây stator có phương và chiều thay đổi theo thời gian theo quy luật hình tròn, tạo ra từ trường quay Mỗi lần biến thiên một góc 90 độ sẽ hình thành một cặp cực từ N→S, đây chính là cực từ của động cơ.
Để động cơ điện xoay chiều 1 pha có khả năng tự khởi động, cần tạo ra từ trường quay trong lòng dây quấn stator của động cơ.
Để tạo ra từ trường quay, dây quấn stator cần ít nhất hai cuộn dây được đặt lệch nhau 90 độ trong không gian Hai cuộn dây này bao gồm cuộn dây làm việc và cuộn dây khởi động.
4.2.Từ trường quay trong động cơ điện 3 pha
Giả thiết trong ba pha dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy qua: axsin sin( 1200) ax sin( 2400) ax iA Im t iB Im t iC Im t
Để thấy rõ sự hình thành từ trường, khi vẽ từ trường ta quy ước chiều dòng điện: Dòng điện đi từ đầu đầu đến đầu cuối
- iA của pha AX: Nếu I > 0 có chiều đi từ A → X Nếu iA < 0, thì đi từ X→A
- iB của pha BY: Nếu iB > 0 thì I đi từ B →Y Nếu iB < 0, thì đi từ Y → B
- iC của pha CZ: Nếu iC > 0 thì đi từ C→Z Nếu iC < 0 thì đi từ Z → C
Dòng điện đi từ dây quấn ra ký hiệu: (-)
Dòng điện đi vào dây quấn ký hiệu: (+)
* Sau đây ta xét từ trường do dòng điện ba pha sinh ra ở các thời điểm khác nhau:
- Xét tại vị trí t 1 : t =90 0 có : iA > 0; iB < 0, iC < 0
Pha B có I đi vào Y(+) từ ra B (-)
Pha C có I đi vào từ Z (+) -)
- Xét tại vị trí t 2 : t =90 0 120 0 có i B > 0 , i A < 0 , i C < 0
- Xét tại vị trí t 3 : t 90 0 240 0 có i C > 0 , i A < 0 , i B < 0
Pha C có I đi vào từ C(+) ra Z(-)
Khi dòng điện biến thiên hoàn thành một chu kỳ, từ trường cũng quay một vòng tròn với tốc độ quay tương ứng.
Dòng điện đi vào cuộn dây tạo ra một từ trường quay với phương và chiều thay đổi theo thời gian, bao gồm hai cực: một cực bắc và một cực nam Số lượng cực bắc và cực nam trong cuộn dây được gọi là cực từ của động cơ Mỗi cặp cực từ, bao gồm một cực bắc và một cực nam, được ký hiệu là P, 2P, thể hiện số cực từ của động cơ.
Để tạo ra từ trường quay trong cuộn dây stator của động cơ điện xoay chiều 3 pha, cần có 3 cuộn dây pha giống nhau, được đặt lệch nhau 120 độ trong không gian Khi kết nối với nguồn điện xoay chiều 3 pha có cùng tần số, biên độ và lệch pha 120 độ, sẽ hình thành một từ trường quay trong cuộn dây với tốc độ nhất định.
Tốc độ và chiều quay trong động cơ điện xoay chiều
6.1 Chiều quay a Chiều quay của động cơ điện xoay chiều 1 pha vòng chập
Chiều quay của động cơ điện xoay chiều 1 pha tụ điện được xác định bởi chiều đặt vòng chập Khi quan sát lõi thép stator, mỗi cực từ bao gồm hai phần: một phần có vòng ngắn mạch và một phần không có vòng ngắn mạch Do đó, động cơ sẽ quay về phía có vòng ngắn mạch, tức là từ nơi không có vòng ngắn mạch đến nơi có vòng ngắn mạch.
* Động cơ có cuộn dây số lắp ngoài( quạt trần )
Trong động cơ 1 pha tụ điện, không có cuộn dây số lắp ngoài Khi đầu cuộn dây khởi động được đặt lệch về phía trước so với đầu cuộn làm việc, động cơ sẽ quay ngược chiều với chiều lồng và đấu dây Ngược lại, nếu đầu cuộn khởi động lệch về phía sau, chiều quay của động cơ sẽ cùng chiều với chiều lồng và đấu dây.
Khi lắp đặt cuộn dây vào rãnh stato để thay đổi chiều quay của động cơ, cần lưu ý rằng cuộn dây làm việc và cuộn dây khởi động có chức năng khác nhau Việc tính toán thông số cho từng cuộn dây cũng khác biệt, do đó không thể thay đổi chiều quay bằng cách hoán đổi vị trí của hai cuộn dây Nếu thực hiện như vậy, có nguy cơ gây cháy cuộn dây Do đó, để thay đổi chiều quay của động cơ, chỉ nên đổi vị trí đầu đấu của hai cuộn dây cho nhau.
* Động cơ có cuộn dây số lắp trong(quạt bàn)
Trong quá trình lồng và đấu dây, việc này trở nên phức tạp hơn so với cuộn dây số lắp ngoài Để thuận tiện, người ta quy ước đặt đầu cuộn khởi động lệch về phía trước so với đầu cuộn làm việc Khi đó, chiều quay của động cơ sẽ luôn cùng hướng với chiều lồng và đấu dây Ngược lại, nếu đầu cuộn khởi động lệch về phía sau cuộn dây làm việc, chiều quay của động cơ sẽ ngược với chiều lồng và đấu dây.
Để thay đổi chiều quay của động cơ, chỉ cần đảo chéo hai trong ba pha lưới điện cung cấp cho động cơ hoặc đảo ngược các đầu dây ra của động cơ kết nối với lưới điện.
6.2 Tốc độ a Đối với động cơ 1 pha
*Thay đổi số đôi cực từ
Cuộn làm việc Cuộn khởi động C Đổi chiều Đ Đ
- Dùng cuộn dây số lắp ngoài: Thường sử dụng cho động cơ là quạt trần
Dây quấn động cơ bao gồm hai cuộn dây: cuộn dây làm việc và cuộn dây khởi động Thực tế, cuộn dây số được mắc trực tiếp với hai cuộn dây này Khi thay đổi số, giá trị điện áp áp dụng cho hai cuộn dây cũng sẽ thay đổi Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là khi khởi động động cơ ở tốc độ thấp, sẽ gặp khó khăn và thời gian khởi động sẽ kéo dài do điện áp áp dụng cho cả hai cuộn dây đều nhỏ.
Khi mắc trực tiếp cuộn dây khởi động với lưới điện và cuộn dây làm việc với cuộn dây số, phương pháp này mang lại hiệu quả cao nhất Khởi động động cơ ở tốc độ thấp giúp tạo mô men quay lớn, dễ dàng khởi động và thời gian khởi động nhanh Tuy nhiên, nếu mắc sai tụ điện nối tiếp với cuộn dây làm việc trong khi cuộn dây khởi động nối tiếp với nguồn, cuộn dây khởi động có thể bị cháy Sơ đồ đấu nối này khá cồng kềnh và phức tạp, do đó ít được sử dụng.
- Dùng cuộn dây số lắp trong
Quạt bàn thường được sử dụng cho động cơ, với cuộn dây số có thể kết hợp cùng cuộn dây khởi động hoặc cuộn dây làm việc Điều này cũng áp dụng cho động cơ 3 pha.
p Điều chỉnh tốc độ chủ yếu được thực hiện:
- Trên Stator: Thay đổi điện áp đưua vào, thay đổi số đôi cực từ của động cơ và thay đổi tần số lưới điện
- Trên Roto: Thay đổi điện trở roto hoặc nối tiếp trên mạch roto bằng nối cấp
* Thay đổi số đôi cực từ: Bằng cách thay đổi cách đấu dây của cuộn dây stator, đấu sao(Y) hay tam giác(∆)
* Thay đổi tần số lưới điện: Sử dụng máy biến tần trực tiếp hay gián tiếp.
Nguyên lý làm việc của động cơ điện xoay chiều 1 pha kiểu tụ điện
7.1 Khái niệm và phân loại a Khái niệm:
Động cơ điện xoay chiều 1 pha là loại động cơ sử dụng nguồn điện áp xoay chiều với cuộn dây phụ (cuộn dây khởi động) kết hợp cùng tụ điện để khởi động Loại động cơ này được phân loại dựa trên cấu trúc và cách thức hoạt động của chúng.
* Động cơ 1 pha tụ điện thường trực:
Cuộn khởi động và tụ điện đóng vai trò quan trọng trong quá trình hoạt động của động cơ Chúng thường được sử dụng cho các động cơ có công suất trung bình và nhỏ, chẳng hạn như động cơ quạt và máy bơm nước.
* Động cơ tụ điện khởi động
Cuộn dây khởi động và tụ điện chỉ hoạt động trong quá trình khởi động ban đầu của động cơ Khi động cơ đạt tốc độ 75% nđm, chúng sẽ được ngắt khỏi lưới điện thông qua công tắc CT, có thể thay thế bằng rơ le hoặc công tắc tự động ngắt.
* Động cơ tụ điện kết hợp
Cuộn dây khởi động được kết nối với hai tụ điện C1 và C2 Tụ C1 chỉ tham gia vào quá trình khởi động ban đầu của động cơ; khi động cơ đạt khoảng 75% tốc độ định mức, tụ C1 sẽ được ngắt khỏi lưới điện Trong khi đó, tụ C2 giữ vai trò là tụ thường trực, hoạt động liên tục trong suốt quá trình làm việc của động cơ.
Động cơ điện 1 pha được sử dụng rộng rãi trong gia đình cho các thiết bị như quạt điện, máy bơm nước, đầu đĩa, radio, máy xay sinh tố và lò vi sóng Trong lĩnh vực công nghiệp, động cơ này cũng rất quan trọng, thường được lắp đặt cho các băng truyền và băng tải của nhiều loại máy móc khác nhau.
7.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc a Cấu tạo:
Gồm có 2 phần chính: Phần tĩnh(stator) và phần động(roto)
* Phần tĩnh: Gồm có 2 phần: Lõi thép và Dây quấn
Lõi thép là khối thép được làm từ các lá thép kỹ thuật điện, có hình dạng vành khăn hoặc hình trụ, vừa khít trong vỏ kim loại có hai nắp ở hai đầu Vỏ và nắp giữ vai trò định vị cho rôto và stato, đảm bảo chúng đồng tâm để tránh va chạm khi quay Trong stato, có các rãnh để đặt cuộn dây stato, có nhiệm vụ tạo ra từ trường quay, với cấu tạo rãnh có thể khác nhau tùy theo cuộn dây Để giảm thiểu tổn hao do dòng Foucault gây ra, cần có biện pháp làm mát cho động cơ stato.
C 2 cần được đúc thành một khối liền mạch, sử dụng lá thép kỹ thuật điện mỏng, bên ngoài được phủ lớp sơn cách điện Hầu hết các stato thường nằm bên ngoài, chỉ trong một số trường hợp đặc biệt như quạt trần, stato mới được đặt bên trong Hình 3.29 minh họa lõi thép stato trong các động cơ thông dụng, với quạt bàn có hình vành khăn và quạt trần có hình trụ tròn.
Dây quấn được làm từ dây đồng hoặc dây nhôm, có chức năng dẫn dòng điện và thường bao gồm ít nhất hai cuộn dây: cuộn dây làm việc và cuộn dây khởi động, với một số thiết bị như quạt bàn có thể có thêm cuộn dây số Cuộn dây làm việc tạo ra mô men quay, thường có đường kính lớn hơn và chiếm từ ⅔ đến ⅓ tổng số rãnh của stato Trong khi đó, cuộn dây khởi động có nhiệm vụ khởi động động cơ, có đường kính bằng hoặc nhỏ hơn cuộn dây làm việc và chiếm từ ⅓ đến ⅔ tổng số rãnh của động cơ.
Hai cuộn dây làm việc và khởi động được đặt lệch nhau trong không gian lõi thộp stato 1gúc90 0 hay ẵ
Cuộn dây số có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tốc độ quay của rôto, thường được lồng chung rãnh với cuộn làm việc hoặc cuộn khởi động Nếu cuộn dây làm việc có số vòng dây (w) và đường kính dây () nhỏ hơn cuộn khởi động, cuộn dây số sẽ được lồng chung với cuộn làm việc Tuy nhiên, trong thực tế, cuộn dây làm việc thường có số vòng dây và đường kính lớn hơn cuộn khởi động, do đó cuộn dây số luôn được lồng chung với cuộn khởi động Thông thường, số vòng dây của cuộn dây số dao động từ 1/3 đến 1/2 số vòng dây của cuộn làm việc hoặc cuộn khởi động.
* Phần động(rôto): Gồm có 2 phần: lõi thép và dây quấn
- Lõi thép: Là một khối thép hình trụ cũng được ghép bằng thép lá kỹ thuật điện mỏng, bên ngoài có xẻ rãnh để đặt dây quấn
Giữa tâm rôto, một lỗ được gia công để lắp trục quay, cho phép trục này xuyên qua hai nắp động cơ tại vị trí ổ bạc hoặc ổ bi Điều này giúp truyền chuyển động quay của rôto ra bên ngoài Đối với động cơ khởi động bằng tụ điện và cuộn dây khởi động, rôto sử dụng là loại lồng sóc.
Dây quấn trong động cơ điện có vai trò quan trọng trong việc sinh ra dòng điện cảm ứng, tương tác với từ trường quay để tạo ra mômen quay, giúp quay rôto Chúng thường được làm từ các thanh dẫn bằng nhôm hoặc đồng, được đặt trong các rãnh của lõi thép rôto, hoạt động như một khung dây Hai đầu của các thanh dẫn được nối ngắn mạch bằng hai vòng đồng, tạo thành hình dạng giống như một chiếc lồng.
- Vỏ máy: Được làm bằng nhựa, hoặc gang, thép có nhiệm vụ đỡ rôto và stator
- Ổ đỡ: Ổ bi hoặc ổ bạc( ổ bạc được làm bằng đồng có khả năng thẩm thấu dầu bôi trơn) b Nguyên lý làm việc của động cơ 1 pha tụ điện
Khi cấp nguồn điện xoay chiều 1 pha vào cuộn dây Stator của động cơ, dòng điện sẽ chạy qua cuộn dây khởi động được nối tiếp với tụ điện Do sự lệch pha 90 độ giữa cuộn dây khởi động và cuộn dây làm việc, dòng điện trong cuộn dây khởi động sẽ vượt pha trước dòng điện trong cuộn dây làm việc, tạo ra một từ trường quay trong lòng stator Từ trường này tác động lên các thanh dẫn trên rôto, sinh ra sức điện động cảm ứng Khi các thanh dẫn trên rôto được nối ngắn mạch, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện, tương tác với từ trường quay trong stator, tạo ra ngẫu lực tác động lên rôto, làm cho rôto quay và trục quay hoạt động.
Khi rôto quay, các thanh dẫn cũng xoay theo và cắt vuông góc các đường sức từ trường, tạo ra sức điện động phản điện Điều này dẫn đến sự hình thành mô men cản, chống lại chuyển động của rôto Khi mô men quay đạt cân bằng với mô men cản, rôto sẽ quay với tốc độ đều và đạt giá trị tốc độ định mức.
Nguyên lý làm việc của động cơ điện xoay chiều 1 pha kiểu vòng chập
Gồm có 2 phần chính: Phần tĩnh (stator) và Phần động (rôto) a Phần tĩnh: Gồm có 2 phần lõi thép và dây quấn
Lõi thép được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng, được ghép lại với nhau và được phủ một lớp sơn cách điện trên bề mặt Lõi thép thường có hình dạng vành khăn hoặc hình trụ.
Dạng vành khăn bao gồm các lá thép ghép lại, với các rãnh gia công ở phía trong để tạo thành các cực từ cho dây quấn Trên 1/3 bề rộng của mỗi cực từ, người ta xẻ rãnh để đặt vòng chập làm bằng đồng hoặc nhôm, với hai đầu được hàn kín.
Khi động cơ hoạt động, rôto luôn quay về phía vòng chập mạch Do đó, các vòng đồng chập mạch ở các cực cần được đặt thống nhất về cùng một phía Khi lồng dây, cần lồng sao cho chiều dòng điện di chuyển từ nơi không có vòng ngắn mạch đến nơi có vòng ngắn mạch.
Hình trụ được sử dụng cho động cơ quạt trần vòng chập, bao gồm các lá thép kỹ thuật điện dạng đĩa tròn ghép lại Ở giữa có lỗ để lắp trục, trong khi bên ngoài có các rãnh tạo thành các cực từ cho dây quấn Trên bề rộng mỗi cực từ, cũng có các rãnh để đặt vòng chập.
Dây quấn của động cơ được làm bằng dây đồng hoặc dây nhôm, được đặt trong rãnh stator, bao gồm cuộn dây làm việc ôm lấy cực từ lồi Vòng chập đóng vai trò cuộn dây khởi động cho động cơ tụ điện, trong khi động cơ quạt bàn còn có thêm cuộn dây số lồng chung với cuộn dây làm việc Phần động của động cơ sử dụng rôto lồng sóc, có cấu tạo tương tự như rôto của động cơ 1 pha cơ tụ điện Các bộ phận phụ cũng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của động cơ.
- Ổ đỡ được đặt trên mặt bích hoặc giá đỡ có dạng ổ bạc hay ổ bi
Khi dòng điện xoay chiều một pha đi vào cuộn dây stato, sẽ xuất hiện từ thông đập mạch trong mạch stato Từ thông này phân thành hai thành phần: thành phần đi qua lõi cực có vòng ngắn mạch là ’, và thành phần qua lõi cực không có vòng ngắn mạch là ’’ Thành phần ’ tạo ra suất điện động cảm ứng e nm, dẫn đến dòng điện ngắn mạch inm Dòng điện này tạo ra từ thông nm có chiều ngược lại với từ thông ’ Hai từ thông ’ và nm trừ khử lẫn nhau, để lại từ thông phụ p chạy trong phần mạch từ có vòng ngắn mạch và khép mạch qua rôto.
Từ thông chính, ký hiệu là ’’, là thành phần từ thông đi qua lõi cực mà không có vòng ngắn mạch, đồng thời khép kín mạch từ qua lõi thép rôto.
Khi hai từ thông chính và phụ lệch nhau về không gian một góc β và thời gian một góc α, chúng sẽ tạo ra từ trường quay, khiến rôto lồng sóc quay về phía có vòng chập mạch Khi rôto quay, các thanh dẫn trên rôto cũng chuyển động và cắt vuông góc các đường sức từ trường, dẫn đến sự xuất hiện của sức điện động phản điện, chống lại sự quay của rôto Khi mômen quay đạt cân bằng với mômen cả, rôto sẽ quay với tốc độ tròn đều và đạt đến trị số tốc độ định mức.
Cấu trúc đơn giản và độ tin cậy cao giúp thiết bị dễ dàng chế tạo và sửa chữa Khi xác định chính xác bối dây cực bị hỏng, người dùng có thể tháo riêng từng bối dây để sửa chữa mà không ảnh hưởng đến bối dây khác.
Động cơ này có nhược điểm chính là hiệu suất thấp, do tổn hao đáng kể ở vòng đồng ngắn mạch, dẫn đến việc động cơ hoạt động không ổn định và khả năng quá tải kém.
Từ trường quay của động cơ có hình bầu dục thay vì hình sin, dẫn đến mômen khởi động nhỏ, điều này hạn chế khả năng chế tạo động cơ với công suất lớn.
Nguyên lý làm việc của động cơ điện xoay chiều 1 pha roto dây quấn
Trên thực tế động cơ này được sử dụng ở 2 dạng :
Động cơ đồng bộ là loại động cơ có dây quấn stator với một cặp cực từ, thường được ứng dụng rộng rãi trong thực tế Khi cấp nguồn, dòng điện sẽ đi vào cả cuộn dây stator và rôto, tạo ra sự hoạt động hiệu quả của động cơ.
Động cơ không đồng bộ là loại động cơ có dây quấn stator với từ 2 cặp cực từ trở lên Trong loại động cơ này, dòng điện chỉ đi vào dây quấn stator Để khởi động, dây quấn của rôto được nối tắt qua biến trở, và sau khi động cơ khởi động, toàn bộ dây quấn rôto sẽ được nối ngắn mạch Khi đó, động cơ hoạt động như một động cơ không đồng bộ xoay chiều một pha.
9.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc a Cấu tạo: Gồm có 2 phần: Phần tĩnh(Stator) và Phần động (rôt)
* Phần tĩnh(Stator): Gồm 2 phần: lõi thép và dây quấn
Lõi thép bao gồm hai cực từ, được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng được ghép lại với nhau Hình dạng của nó tương tự như vành khăn, giống như cấu trúc của động cơ một pha vòng chập.
Dây quấn của động cơ bao gồm hai tổ bối đơn được lồng vào các rãnh của stato, mỗi bối dây ôm lấy một cực từ của lõi thép Các bối dây được đấu nối tiếp nhau và kết nối với dây quấn của rôto, với hai tổ bối được bố trí đối xứng qua trục động cơ Đối với những động cơ có dây quấn stato từ hai tổ bối trở lên, cấu tạo của stato tương tự như động cơ xoay chiều một pha tụ điện.
* Phần động(rôto): Gồm có 2 phần: Lõi thép và dây quấn rôto
Lõi thép của động cơ điện được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng, ghép lại thành hình đĩa, tạo thành khối trụ bên ngoài Khối trụ này có các rãnh để lắp đặt dây quấn rôto, trong khi ở trung tâm có một lỗ để gắn với trục quay Một đầu của trục quay được lắp cổ góp, trên đó có ép một chổi than để đảm bảo hoạt động hiệu quả của động cơ.
- Cổ góp: Được làm bằng các thanh đồng, ghép cách điện với nhau và cách điện so với trục, phần cách điện thường là mica
Chổi than được lắp trong giá đỡ cách điện và được ép chặt vào cổ góp bằng lò xo, có nhiệm vụ dẫn dòng điện vào dây quấn rôto Khi động cơ hoạt động, hai chổi than sẽ lệch nhau một góc 180 độ điện.
Dây quấn được chế tạo từ dây đồng, được bao phủ bởi một lớp sơn cách điện Nó bao gồm các bối dây và tổ bối dây được đặt trong các rãnh của lõi thép rôto.
Dựa vào số rãnh trên lõi thép rôto và số thanh dẫn trên cổ góp, dây quấn của rôto sẽ có các kiểu quấn khác nhau Nguyên lý hoạt động của rôto phụ thuộc vào cấu trúc này, ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng vận hành của động cơ.
* Trường hợp 1: Dây quấn của stato chỉ có 2 tổ bối đơn, thì dòng điện sẽ đi vào cả
Dây quấn của rôto và stator được đấu nối tiếp với nhau, khi dòng điện xoay chiều đi vào dây quấn của động cơ, từ trường đập mạch được tạo ra trên stator Nhờ vào chổi than, dòng điện đi qua một số tổ bối dây của rôto, tạo ra ngẫu lực làm quay rôto Khi tốc độ quay của rôto khác với tốc độ biến thiên của từ trường, sức điện cảm ứng xuất hiện trên rôto, tạo ra dòng điện cảm ứng tương tác với từ trường, sinh ra mômen.
U v cản giúp ngăn chặn sự quay của rôto Khi mômen quay đạt đến sự cân bằng với mômen cản, rôto sẽ quay với tốc độ ổn định và đạt giá trị tốc độ định mức.
Trong trường hợp stator có từ 2 tổ bối trở lên, dòng điện chỉ đi vào dây quấn của stator mà không vào dây quấn rôto Rôto được trang bị thêm 2 chổi than phụ, có nhiệm vụ nối tắt tất cả các thanh dẫn của rôto khi động cơ quay đạt tốc độ trên 75% tốc độ định mức Hai chổi than chính kết nối một số tổ bối dây của rôto với biến trở trong quá trình khởi động Khi động cơ được kết nối với lưới điện xoay chiều 1 pha, dòng điện vào dây quấn stator tạo ra từ trường đập mạch, từ trường này biến thiên qua dây quấn rôto, sinh ra sức điện động cảm ứng Nhờ vào chổi than phụ và biến trở, chỉ một số tổ bối dây được nối tắt qua biến trở, tạo ra dòng điện cảm ứng, tác động với từ trường, hình thành các ngẫu lực để quay rôto Khi tốc độ rôto gần đạt tốc độ định mức, chổi than phụ sẽ nối tắt tất cả các bối dây của rôto, lúc này động cơ hoạt động như động cơ rôto lồng sóc.
Dây quấn động cơ điện xoay chiều
10.1 Các khái niệm cơ bản
10.1.1 Khái niệm về bối dây
Bối dây, hay bin dây, là cấu trúc bao gồm nhiều vòng dây quấn liên tiếp, tạo thành một bối dây với hai cạnh được lồng vào hai rãnh khác nhau của lõi thép stator hoặc rôto Cạnh nằm trong rãnh được gọi là cạnh tác dụng, tham gia vào việc tạo ra từ trường quay (đối với bối dây stator) hoặc cảm ứng ra các sức điện động cảm ứng (đối với bối dây rôto) Phần đầu nối giữa hai cạnh tác dụng nằm ngoài rãnh và không tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng.
* Các thông số của bối dây:
- Số vòng dây trên một bối Ký hiệu là:Wb, bối dây cũng có 2 đầu: Đầu đầu bối và đầu cuối bối
Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai cạnh của bối dây được gọi là bước bối dây, ký hiệu là y Đơn vị đo lường của bước bối dây có thể tính theo số rãnh hoặc khoảng cách theo đơn vị chiều dài.
- Bước bối dây thường có 2 dạng:
Ví dụ ta có: y = 12(rãnh) thì cạnh đầu đặt vào rãnh số 1 thì cạnh thứ 2 đặt vào rãnh số 12 nếu ta tính theo đơn vị là khoảng cách thì y = 11(k/c)
- Bước đủ: Là bước có khoảng cách đúng bằng bước cực từ() y , với ( ãnh)
p Trong đó: - Z là số rãnh của lõi thép stator
- 2p là số cực từ của động cơ
- Bước thiếu: Là bước của bối dây nhỏ hơn bước cực từ: y 0, 67 0, 97 (rãnh) , thường ta lấy y 0,8 (rãnh)
Ví dụ: Một động cơ điện có Z, 2P=4
Nếu là bước đủ thỡ : 16 4( ãnh)
Nếu là bước ngắn thỡ: 0,8 0,8 0,8 16 3( ãnh)
Bước đủ và bước thiếu khác nhau 1 rãnh, và việc sử dụng bước ngắn giúp tiết kiệm kim loại màu, giảm chi phí và cải thiện đặc tính điện của động cơ Phương pháp này thường được áp dụng cho dây quấn 2 lớp.
10.1.2 Khái niệm về tổ bối dây
Tổ bối dây là một cấu trúc bao gồm nhiều bối dây quấn liên tiếp, được lồng vào các rãnh cạnh nhau trong lõi thép stator hoặc rôto Điều này đảm bảo rằng dòng điện chạy trong các bối dây luôn có cùng chiều tại mọi thời điểm.
* Các thông số của tổ bối dây:
- Số bối dây trong 1 tổ bối thường từ 1 đến 6 bối dây
- Những tổ bối dây mà có 1 bối dây thì ta gọi là tổ bối dây đơn
- Những bối dây có 2 bối dây ta gọi là tổ bối đôi
- Những bối dây có 3 bối dây ta gọi là tổ bối ba
Khoảng cách giữa rãnh đầu và rãnh cuối của tổ bối được gọi là bước của tổ bối Mỗi tổ bối dây sẽ tạo thành một cặp cực từ cho động cơ.
- Số bối dây trong 1 tổ bối được ký hiệu là q, có đơn vị là (bối dây) hoặc (cạnh tác dụng)
Trong đó: Z là số rãnh của động cơ
2p Là số cặp cực từ của động cơ m Là số pha của động cơ,với động cơ 3 pha thì m=3, động cơ 1 pha thì m=1
Ví dụ: Ta có động cơ 3 pha có:
Z = 24, 2p = 4, số tổ bối dây là: 24 2
- Số bối dây trong 1 tổ bối của 1 pha hay của 1 cuộn dây đều giống nhau
Mỗi tổ bối dây bao gồm hai đầu: đầu đầu tổ và đầu cuối tổ Cả hai đầu này phải tuân theo một quy luật nhất định, dựa trên chiều lồng dây.
10.1.3 Khái niệm về cuộn dây
- Cuộn dây là bao gồm có nhiều tổ bối dây, được đấu với nhau tạo thành và đưa ra
2 đầu, đầu đầu và đầu cuối của cuộn dây để đấu với lưới điện
Ví dụ: Động cơ 3 pha có 3 cuộn dây pha, mối cuộn dây pha đặc trưng cho 1 pha Động cơ 1 pha tụ điện có 2 cuộn dây hoặc 3 cuộn dây
10.2 Các ký hiệu sơ đồ đấu dây động cơ điện
10.2.1 Ký hiệu sơ đồ đấu dây
* Ký hiệu kiểu răng cưa:
Dùng nét răng cưa để thể hiện số tổ bối dây trong 1 cuộn dây, mỗi một nét răng cưa thể hiện 1 tổ bối dây
- Thường sử dụng để thể hiện sơ đồ cấu tạo nguyên lý của động cơ
Nhược điểm của việc nhìn vào tổ bối dây là không thể xác định được số lượng bối dây trong một tổ cũng như cách đấu nối các tổ bối dây trong cuộn dây Hơn nữa, thông tin về các thông số khác của dây quấn cũng không được rõ ràng.
Dùng nét gợn sóng để thể hiện số tổ bối dây trong 1 tổ bối Mỗi một nửa vòng tròn đăc trưng cho 1 bối dây
Ký hiệu trên dây cho biết số lượng bối dây trong một tổ bối, số tổ bối trong cuộn dây, cũng như hướng dẫn cách đấu nối các tổ bối dây trong cuộn dây.
Sử dụng nét gạch đậm để thể hiện bối dây, với số thứ tự rãnh lồng bối dây được ghi ở đầu và cuối Sơ đồ này cung cấp đầy đủ các thông số cấu tạo của cuộn dây.
Sơ đồ này có nhược điểm là không thể hiện hình dáng của bối dây Ký hiệu này chủ yếu được sử dụng để diễn tả cấu trúc cụ thể của cuộn dây trong động cơ.
10.2.2 Các dạng sơ đồ đấu dây
* Dạng sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ nguyên lý là công cụ quan trọng để biểu diễn cách đấu nối các cuộn dây trong động cơ điện Nó mô tả cách kết nối động cơ với lưới điện, đồng thời thể hiện cấu trúc của rôto và số pha của động cơ.
- Với sơ dồ này nhìn vào ta không biết được cụ thể cuộn dây
* Dạng sơ đồ tròn: Ta tưởng tượng cắt ngang động cơ bằng 1 mặt phẳng vuông góc
* Dạng sơ đồ ngang: Ví dụ : động cơ điện 1 pha tụ điện có Z rãnh, 2p=4
Dạng ký hiệu này thể hiện tương đối đầy đủ nhưng không thể hiện được hình dáng của bối dây và kiểu quấn dây
* Sơ đồ dọc( sơ đồ trải): Ta tưởng tượng cắt dọc động cơ bằng một mặt phẳng song song với trục, sau đó trải ra 2 bên
Sơ đồ này cung cấp một cái nhìn tổng quát về các thông số cấu tạo của động cơ, cho phép người sử dụng tùy chỉnh theo yêu cầu và mục đích cụ thể Việc lựa chọn sơ đồ phù hợp là rất quan trọng để truyền đạt thông tin một cách hiệu quả.
10.3 Các kiểu tổ bối dây
10.3.1 Tổ bối dây kiểu Đồng Tâm
Kích thước của các bối dây không giống nhau nhưng có chung một tâm, với bối ngoài ôm lấy bối trong và độ rộng giữa các bối liền kề chênh lệch 2 rãnh Loại bối này thường được sử dụng cho cuộn dây lớp đơn, mặc dù trong một số trường hợp, nó cũng có thể áp dụng cho lớp kép, khi đó mỗi rãnh sẽ chứa 2 cạnh dây từ 2 bối dây của 2 cuộn khác nhau Thông thường, bối dây này được sử dụng cho động cơ 1 pha có công suất lớn và động cơ 3 pha có công suất nhỏ dưới 10kW.
10.3.2 Tổ bối dây kiểu Đồng Khuôn
Tổ bối dây kiểu đồng khuôn là loại tổ bối dây trong đó các bói dây có kích thước và hình dạng đồng nhất Khi quấn dây, quá trình này được thực hiện trên cùng một khuôn, đảm bảo sự đồng đều và chính xác cho từng bói dây.
* Tổ bối dây kiểu đồng khuôn lớp đơn
- Các bối dây có cùng một khuôn, trong mỗi rãnh chỉ có 1 cạnh của một bối dây
Kiểu tổ bối dây kiểu đồng tâm
- Các bối dây có cùng một khuôn, trong 1 rãnh sẽ chứa 1 cạnh của 1 bối dây
* Tổ bối dây kiểu đồng khuôn lớp kép
Trong 1 rãnh có 2 cạnh tác dụng của 2 bối dây khác nhau, 2 cạnh này có thể là 2 cạnh của 2 bối dây ở cùng 1 cuộn dây hoặc ở 2 cuộn dây khác nhau
Khi lồng dây, cần đảm bảo mỗi bối dây có một cạnh nằm trên và một cạnh nằm dưới, không được để cả hai cạnh cùng nằm trên hoặc cùng nằm dưới Trên sơ đồ vẽ, cạnh nằm trên được biểu thị bằng nét liền mảnh (nhìn thấy), trong khi cạnh nằm dưới được thể hiện bằng nét đứt (không nhìn thấy).
10.4 Cách đấu các tổ bối dây trong 1 cuộn dây
10.4.1 Cách đấu nối tiếp a Cách đấu các bối dây trong 1 tổ bối:
Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ
11.1 Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha
11.1.1 Các bước thành lập sơ đồ lồng và đấu dây động cơ 3 pha roto lồng sóc:
* Bước 1: Xác định bước cực từ:
* Bước 2: Xác định độ lệch pha giữa các đầu đầu và đầu cuối các pha với nhau:
* Bước 3: Xác định số tổ bối dây trong 1 pha và cả động cơ Cách đấu các tổ bối dây với nhau
- Số tổ bối dây trong 1 pha:
- Với trường hợp cuộn dây lớp đơn: N1=P
- Với trường hợp cuộn dây là lớp kép: N1=2P
-Với trường hợp cuộn dây là lớp đơn bổ đôi : N1=2P
- Số tổ bối dây cho cả động cơ: N=3.N1
Trong đó: N 1 là số tổ bối dây trong 1 pha
2P là số cực từ của động cơ
N là số tổ bối dây cho cả động cơ
- Nếu cuộn dây có số tổ bối bằng số cực từ của động cơ thì ta thực hiện đấu nối tiếp cùng phía
- Nếu cuộn dây có số cực từ gấp đôi số tổ bối thì ta thực hiện đấu nối tiếp khác phía
* Bước 4: Xác định số bối dây trong tổ bối:
- Trong trường hợp cuộn dây là lớp đơn, không phân tán và lớp kép:
- Trường hợp cuộn dây là lớp đơn phân tán bổ đôi: ,
* Bước 5: Xác định bước của bối dây và bước lồng dâycác bối dây trong 1 tổ bối
Tổ bối dây đồng khuôn:
- Trưòng hợp là bước ngắn: y 0, 8. (k/c)
- Trường hợp cuộn dây là bổ đôi phân tán: ( / )
Tổ bối dây kiểu mẹ con yêu cầu tính bước bối dây lớn nhất (y_max) và sau đó dịch vào bên trong 2 rãnh để xác định bước bối dây tiếp theo.
- Với lớp đơn không bổ đôi : y m ax q 1(k/c)
- Với lớp đơn bổ đôi : ax 2 , 1 y m q q (k/c)
11.1.2 Một số sơ đồ lồng và đấu dây động cơ KĐB 3 pha rô to lồng sóc
Tính toán và vẽ sơ đồ trải dây quấn động cơ 3 pha kiểu đồng tâm lớp đơn, bước đủ Biết: Z = 24, 2p = 4, m = 3
Xác định bước cực từ: 24 6
Xác định cách đấu dây và độ lệch pha giữa các đầu đầu và đầu cuối các pha với nhau: 2 2 6 4
Xác định số tổ bối dây rong 1 pha và cả động cơ.Cách đấu các tổ bối dây với nhau:
- Số tổ bối dây trong 1 pha: N1 = P = 2 (tổ bối)
- Số tổ bối dây cho cả động cơ: N = 3.N1 = 3.2 = 6 (tổ bối)
- Trong trường hợp này động cơ có số tổ bối dây bằng nửa số cực từ nên các tổ bối đấu nối tiếp khác phía
Xác định số bối dây trong tổ bối: 24 2
Xác định bước của bối dây và bước lồng dâycác bối dây trong 1 tổ bối: ax 1 6 2 1 8( ãnh) y m q r
Như vậy trong trường hợp này ta có 2 bước bối dây là: y 1 = 6(rãnh) và y 2 = 8
Ta có sơ đồ trải như sau:
* Tính và vẽ sơ đồ khai triển dây quấn kiểu đồng khuôn, lớp đơn, bước đủ: có Z = 24, 2p = 4, m = 3
Xác định bước cực từ: 24 6
Xác định cách đấu dây và độ lệch pha giữa các đầu đầu và đầu cuối các pha với nhau:
Xác định số tổ bối dân trong 1 pha và cả động cơ Cách đấu các tổ bối dây với nhau:
- Số tổ bối dây trong 1 pha: N1 = P = 2(tổ bối)
- Số tổ bối dây cho cả động cơ: N = 3.N1 = 3.2 = 6(tổ bối)
- Trong trường hợp này động cơ có số tổ bối dây bằng nửa số cực từ nên các tổ bối đấu nối tiếp khác phía
Xác định số bối dây trong tổ bối:
Xác định bước của bối dây và bước lồng dây các bối dây trong 1 tổ bối
Nếu ta tính theo đơn vị là rãnh thì ta cộng thêm 1
Ta có sơ đồ trải như sau:
* Hãy tính toán và vẽ sơ đồ khai triển dây quấn Stato động cơ 3 pha kiểu xếp đơn, dây quấn kiểu đồng khuôn phân tán: Biết Z = 24, p = 2, m = 3, bước đủ
Xác định bước cực từ: 24 6
Xác định cách đấu dây và độ lệch pha giữa các đầu đầu và đầu cuối các pha với nhau: 2 2
Xác định số tổ bối dây rong 1 pha và cả động cơ.Cách đấu các tổ bối dây với nhau:
-Số tổ bối dây trong 1 pha: N1 = 2p = 4(tổ bối)
- Số tổ bối dây cho cả động cơ: N = 3.N1 = 3.4 = 12(tổ bối)
- Trong trường hợp này động cơ có số tổ bối dây bằng số cực từ nên các tổ bối đấu nối tiếp cùng phía
Xác định số bối dây trong tổ bối: 24 2
p m (bối dây) vì dây quấn bổ đôi phân tán nên ta phải tính ra q , :
Xác định bước của bối dây và bước lồng dâycác bối dây trong 1 tổ bối:
Ta có sơ đồ trải như sau:
* Tính toán số liệu và vẽ sơ đồ khai triển dây quấn Stato động cơ ba pha kiểu đồng khuôn, xếp kép, bước thiếu, biết: Z = 24, 2p = 4, m = 3
Xác định bước cực từ: 24 6
Xác định cách đấu dây và độ lệch pha giữa các đầu đầu và đầu cuối các pha với nhau:
Xác định số tổ bối dây rong 1 pha và cả động cơ
Cách đấu các tổ bối dây với nhau:
-Số tổ bối dây trong 1 pha: N1=2P=4(tổ bối)
- Số tổ bối dây cho cả động cơ: N=3.N1=3.4(tổ bối)
- Trong trường hợp này động cơ có số tổ bối dây bằng số cực từ nên các tổ bối đấu nối tiếp cùng phía
Xác định số bối dây trong tổ bối: 24 2
Xác định bước của bối dây và bước lồng dây các bối dây trong 1 tổ bối:
Nếu ta tính theo đơn vị là rãnh thì ta cộng thêm 1 rãnh
Ta có sơ đồ trải như sau:
11.2 Sơ đồ dây quấn động cơ điện xoay chiều 1 pha tụ điện
11.2.1 Các bước tính toán sơ đồ trải dây quấn động cơ một pha
Bước 1: Xác định bước cực từ:
Bước 2: Xác định số rãnh của từng cuộn dây(khởi động và làm việc)
- Gọi Zlv là số rãnh của cuộn dây làm việc và Zkđ là số rãnh của cuộn dây khởi động
- Gọi Nlv là số tổ bối dây trong cuộn dây làm việc và Nkđ là số tổ bối dây của cuộn dây khởi động
* Trường hợp cuộn dây làm việc và cuộn dây khởi động có số rãnh bằng nhau(bằng ẵ tổng số rónh của lừi thộp stator)
Ta có số rãnh của các cuộn dây được tính như sau: k® 2 lv
* Trường hợp cuộn dây làm việc bằng 2/3 và cuộn dây khởi động bằng1/3.Ta có số rãnh của các cuộn dây được tính như sau: ®
Bước 3: Xác định độ lệch pha giữa các đầu đầu và đầu cuối các pha với nhau:
Bước 4 : Xác định số tổ bối dây trong các cuộn dây
- Với trường hợp cuộn dây là lớp kép: N lv = N kđ = 2P
-Với trường hợp cuộn dây là lớp đơn bổ đôi : N lv = N kđ = 2P
- Nếu cuộn dây có số tổ bối bằng số cực từ của động cơ thì ta thực hiện đấu nối tiếp cùng phía
- Nếu cuộn dây có số cực từ gấp đôi số tổ bối thì ta thực hiện đấu nối tiếp khác phía
Bước 5: Xác định số bối dây trong tổ bối:
Trong trường hợp cuộn dây là lớp đơn, không phân tán và lớp kép:
- Đối với cuộn dây làm việc: lv lv lv q Z
- Đối với cuộn dây khởi động: ® ® ® k k k q Z
Trường hợp cuộn dây là lớp đơn phân tán bổ đôi:
- Đối với cuộn dây làm việc: ,
2 lv lv q q (bối dây), với: v lv lv q Z
- Đối với cuộn dây làm việc: , ® ®
Bước 6 : Xác định bước của bối dây và bước lồng dây các bối dây trong 1 tổ bối
* Tổ bối dây đồng khuôn:
- Trường hợp bước đủ: ® ( / ) lv k 2 y y Z k c
- Trưòng hợp là bước ngắn: y lv y k ® 0, 8. (k/c)
- Trường hợp cuộn dây là bổ đôi phân tán:
Tổ bối dây kiểu mẹ con yêu cầu chúng ta tính bước bối dây lớn nhất (y max) và sau đó dịch vào bên trong 2 rãnh để xác định bước của bối dây tiếp theo.
- Với lớp đơn không bổ đôi : y lvm ax q lv 1(k/c) y k m ® ax q k ® 1 (k/c)
- Với lớp đơn bổ đôi : ax , 1
11.2.2 Một số sơ đồ lồng và đấu dây động cơ 1 pha tụ điện
Tính toán, vẽ sơ đồ trải dây quấn Stato động cơ một pha tụ điện có: Z =
16, 2p = 4 Dây quấn xếp đơn , phân tán và đồng khuôn, Z lv = Z kđ
Xác định bước cực từ: 16 4
Xác định số rãnh của từng cuộn dây(khởi động và làm việc)
Vì số rãnh của 2 cuộn dây giống nhau nên trong trường hợp này ta chỉ cần tính 1trong 2 cuộn rồi suy ra cuộn còn lại ®
Xác định độ lệch pha giữa đầu đầu, đầu cuối cuộn làm việc với đầu đầu, đầu cuối cuộn dây khởi động:
Xác định số tổ bối dây trong các cuộn dây
- Nl v= Nkđ= 2P = 4(tổ bối dây)
- Cuộn dây có số tổ bối dây bằng số cực từ, nên các tổ bối dây được đấu nối tiếp cùng phía
Xác định số bối dây trong tổ bối: ® , , ® ®
4 2 2 2 lv lv lv k lv k lv
Xác định bước của bối dây và bước lồng dâycác bối dây trong 1 tổ bối ® ®
Ta có sơ đồ trải:
* Tính toán, vẽ sơ đồ khai triển Stato động cơ một pha tụ điện có: Z = 24, 2p = 4 Dây quấn xếp đơn và đồng khuôn, Z lv = 2/3, Z kđ =1/3
Xác định bước cực từ: 24 6
Xác định số rãnh của từng cuộn dây(khởi động và làm việc)
- Số rãnh của cuộn dây làm việc: 2 2 24 16
- Số rãnh của cuộn dây khởi động: ® 1 1 24 8
Xác định độ lệch pha giữa đầu đầu, đầu cuối cuộn làm việc với đầu đầu, đầu cuối cuộn dây khởi động: 1 1 6 3
Xác định số tổ bối dây trong các cuộn dây
- N lv = N kđ = 2P = 4(tổ bối dây)
- Cuộn dây có số tổ bối dây bằng số cực từ, nên các tổ bối dây được đấu nối tiếp cùng phía
Xác định số bối dây trong tổ bối:
- Đối với cuộn làm việc: 16 4 , 4 2
4 2 2 lv lv lv lv lv
- Đối với cuộn khởi động: ® ® , ® ® ®
Xác định bước của bối dây và bước lồng dâycác bối dây trong 1 tổ bối
- Đối với cuộn làm việc:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 ĐầuLV Cuối LV Đầu KĐ
- Đối với cuộn khởi động:
Ta có sơ đồ trải như sau:
Câu 1 Trình bày khái niệm và phân loại của động cơ điện xoay chiều?
Câu 2 Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện xoay chiều?
ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU
Khái niệm và phân loại động cơ điện 1 chiều
Là một thiết bị điện từ quay, động cơ này hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, chuyển đổi điện năng một chiều thành cơ năng trên trục động cơ.
Dựa vào phương pháp cung cấp dòng điện kích từ, người ta chia máy điện một chiều thành những động cơ chính như sau:
- Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu
- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
- Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp
- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song
Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp có cấu tạo bao gồm hai cuộn dây kích từ: một cuộn được nối tiếp với phần ứng và một cuộn được mắc song song với phần ứng.
1.3 Các trị số định mức động cơ điện 1 chiều
Chế độ làm việc định mức của động cơ điện là chế độ hoạt động theo các điều kiện mà nhà sản xuất quy định Các thông số này được thể hiện qua những đại lượng định mức ghi trên nhãn máy.
1 Công suất định mức P đm(kW hay W)
2 Điện áp định mức U đm (V)
3 Dòng điện định mức I đm (A)
4 Tốc độ định mức n đm (vòng/ph)
Ngoài việc ghi chú kiểu máy và phương pháp kích thích, cần lưu ý rằng công suất định mức chỉ là công suất mà máy điện cung cấp Đối với máy phát điện, công suất này được đo ở đầu cực của máy phát, trong khi đối với động cơ, công suất được xác định tại đầu trục của động cơ.
Cấu tạo chung của động cơ điện 1 chiều
Phần tĩnh gồm các bộ phận chính như sau a Cực từ chính
Cực từ là bộ phận tạo ra từ trường, bao gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ bên ngoài Lõi sắt cực từ được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật.
Sơ đồ nguyên lý máy điện một chiều : a).Kích thích độc lập; b Kích thích song song; c Kích thích nối tiếp; d Kích thích hỗn hợp
Mũi tên nét dứt chỉ dòng điện ở chế độ động cơ sử dụng điện hoặc thép carbon dày từ 0,5 đến 1mm được ép và tán chặt Trong các máy điện nhỏ, thép khối có thể được sử dụng Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy bằng các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện, mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thuật và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên các cực Các cuộn dây kích từ này được nối tiếp với nhau, bao gồm cả cực từ phụ.
Dọc theo chu vi của stato, cực từ phụ được lắp đặt giữa các cực từ chính để hạn chế tác động tiêu cực của phản ứng phần ứng khi máy hoạt động, từ đó cải thiện quá trình đổi chiều và giảm tia lửa trên vành góp Lõi thép của cực từ phụ thường được làm từ thép khối, và trên thân cực từ phụ có dây quấn tương tự như dây quấn của cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ bằng bulông, và kích thước của nó thường nhỏ hơn nhiều so với cực từ chính.
Gông từ là thành phần quan trọng trong máy điện, giúp nối liền các cực từ và tạo vỏ máy Đối với máy điện nhỏ và vừa, người ta thường sử dụng thép tấm dày được uốn và hàn, trong khi máy điện lớn thường sử dụng thép đúc Ngoài ra, máy điện nhỏ cũng có thể sử dụng gang để làm vỏ máy.
Các bộ phận khác gồm có:
Nắp máy có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy khỏi các vật thể rơi vào, ngăn chặn hư hỏng dây quấn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng khỏi nguy cơ chạm phải điện Đối với máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn đóng vai trò làm giá đỡ ổ bi, thường được chế tạo từ chất liệu gang để tăng cường độ bền và ổn định.
Cơ cấu chổi than là hệ thống quan trọng giúp dẫn điện từ phần quay ra ngoài, bao gồm chổi than được đặt trong hộp chổi than và được giữ chặt lên cổ góp nhờ lò xo Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than, cách điện với giá để đảm bảo an toàn Giá chổi than có khả năng quay để điều chỉnh vị trí chổi than, và sau khi điều chỉnh xong, cần sử dụng vít để cố định lại Số lượng chổi than tương ứng với số cực của máy, với các chổi than dương được kết nối chung thành một cực dương duy nhất, tương tự cho các chổi than âm.
2.2 Phần quay (Roto):Gồm có các bộ phận sau: a Lõi sắt phần ứng (rôto)
Lõi sắt phần ứng là bộ phận dẫn từ, thường được làm từ thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5 mm, được phủ lớp cách điện mỏng ở cả hai mặt để giảm thiểu hao tổn do dòng điện xoáy Trên bề mặt lá thép có dập hình dạng rãnh, giúp định vị dây quấn sau khi ép lại.
Dây quấn phần ứng là bộ phận tạo ra sức điện động (s.đ.đ.) và dẫn dòng điện, thường được làm từ dây đồng có lớp cách điện Nó bao gồm nhiều phần tử nối tiếp, được đặt trong các rãnh của phần ứng để tạo thành một hoặc nhiều vòng kín Mỗi phần tử dây quấn là một bối dây với một hoặc nhiều vòng, kết nối với hai phiến góp của vành góp, trong khi hai cạnh của phần tử nằm trong hai rãnh dưới hai cực từ khác nhau Các phần tử này được kết nối thành nhiều mạch nhánh song song, với số nhánh song song tương đương với số cực từ của thiết bị.
Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài KW, thường sử dụng dây có tiết diện tròn, trong khi máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Để ngăn chặn việc dây quấn bị văng ra do sức ly tâm khi quay, cần sử dụng nêm để đè chặt ở miệng rãnh hoặc đai chặt dây quấn Nêm có thể được làm từ tre, gỗ hoặc bakêlit.
Cổ góp, hay còn gọi là vành góp hoặc vành đổi chiều, là thiết bị dùng để đổi chiều dòng điện Cấu trúc của cổ góp bao gồm nhiều phiến đồng được cách điện bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm, tạo thành hình trụ tròn Hai đầu của trụ tròn được giữ chặt bởi hai vành ốp hình chữ V, và giữa vành ốp với trụ tròn cũng được cách điện bằng mica Đuôi của vành góp được thiết kế cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp.
Cánh quạt được sử dụng để làm nguội máy điện một chiều, thường được thiết kế với kiểu bảo vệ Hai đầu nắp máy có lỗ thông gió, giúp cánh quạt lắp trên trục máy hoạt động hiệu quả Khi máy quay, cánh quạt hút gió từ bên ngoài vào trong, gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn, sau đó thoát ra ngoài qua quạt gió, giúp làm nguội máy.
- Trục máy : Trên có đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường làm bằng thép cácbon tốt.
Nguyên lý làm việc của máy điện 1 chiều
3.1 Chế độ máy phát điện
Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng (khung dây abcd) trong từ trường đều của phần cảm (nam châm S-N), các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt qua từ trường, tạo ra sđđ xoay chiều Theo định luật cảm ứng điện từ, trị số tức thời của sđđ này được xác định bằng công thức: e = Blv.
B: (T) Cường độ từ cảm khi thanh dẫn quyét qua l (m): chiều dài dây dẫn nằm trong từ trường
V (m/s): tốc độ dài của thanh dẫn
Chiều của sức điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải Khi khung dây quay nửa vòng tròn (180 độ), vị trí của các phần tử thay đổi, dẫn đến việc sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều Tuy nhiên, nhờ có chổi than luôn đứng yên, chổi A vẫn tiếp xúc với phiến góp trên và chổi B tiếp xúc với phiến góp dưới, nên chiều dòng điện ở mạch ngoài không thay đổi Nhờ vào cổ góp và chổi than, điện áp trên chổi than và dòng điện đi qua tải được duy trì là dòng điện một chiều.
Để giảm thiểu hiện tượng đập mạch và duy trì điện áp lớn, người ta thiết kế dây quấn phần ứng với nhiều phần tử dây quấn, kết nối đến các phiến góp của vành đổi chiều Trong chế độ máy phát, dòng điện phần ứng Iư cùng chiều với sức điện động phần ứng Eư, và phương trình cân bằng điện áp được thiết lập để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Trong đó: RưIư là điện áp rơi trong dây quấn phần ứng
Rư là điện trở của dây quấn phần ứng
U là điện áp đầu cực máy
Eư là sức điện động phần ứng
Trên đây là nguyên lý làm việc cơ bản của máy phát điện một chiều
3.2 Chế độ động cơ điện
Khi áp dụng điện áp một chiều U vào hai chổi than A và B, dòng điện sẽ chạy qua dây quấn phần ứng Các thanh dẫn ab và cd trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng, khiến rotor quay Chiều lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab và cd sẽ đổi chỗ, nhờ vào phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi và đảm bảo động cơ quay theo một chiều cố định.
Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi động cơ hoạt động, các thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường và tạo ra sức điện động E Chiều của sức điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải Trong động cơ, sức điện động E ngược chiều với dòng điện I, vì vậy E còn được gọi là sức phản điện.
Phương trình cân bằng điện áp sẽ là:
Trên đây là nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.
Các phương pháp kích từ của động cơ điện 1 chiều
Phương pháp nối dây giữa phần cảm và phần ứng trong máy điện một chiều là rất quan trọng Tùy thuộc vào đặc tính tải, người ta sẽ lựa chọn các phương pháp kích từ phù hợp để máy hoạt động hiệu quả.
- Từ thông giữa phần cảm và phần ứng không phụ thuộc lẫn nhau vì hai mạch độc lập nhau không nối với nhau
- Có khả năng điều chỉnh điện áp trong một phạm vi rộng, công suất lớn, điện áp thấp( 4- 24 )v, hoặc điện áp cao trên 600 v
Dây quấn kích từ song song với dây quấn phần ứng
- r ư là điện trở dây quấn phần ứng có giá trị rất nhỏ, momen mở máy rất lớn
- rkt là diện trở dây quấn phần kích từ
- Có dây quấn 1 nối tiếp với dây quấn phần ứng
- Có dây quấn 2 song song với dây quấn phần ứng Tuỳ theo đặc tính tải mà cho 1 trong 2 cuộn làm dây quấn kích từ chính
Phương pháp kích từ hỗn hợp.