Định nghĩa và phân loại 13
Đối với máy điện tĩnh 14 1.2.2 Đối với máy điện quay 15 1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện 16
Máy điện tĩnh phổ biến nhất là máy biến áp, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Hiện tượng này xảy ra khi từ thông giữa các cuộn dây thay đổi mà không cần sự chuyển động tương đối giữa chúng.
Máy điện tĩnh là thiết bị quan trọng trong việc biến đổi thông số điện năng, nhờ vào tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ Quá trình biến đổi này cho phép máy biến áp chuyển đổi điện năng từ các thông số U1, I1, F1 sang U2, I2, F2 và ngược lại, đảm bảo tính linh hoạt trong việc điều chỉnh điện năng.
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 này dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, với lực điện từ phát sinh từ sự tương tác giữa từ trường và dòng điện của các cuộn dây khi chúng di chuyển tương đối Loại máy này thường được sử dụng để chuyển đổi năng lượng.
Biến điện năng thành cơ năng thông qua động cơ điện hoặc chuyển đổi cơ năng thành điện năng nhờ máy phát điện Quá trình này có tính thuận nghịch, cho phép máy điện hoạt động như cả máy phát và động cơ điện.
Xét một thanh dẫn đặt trong từ trường như hình vẽ.
Cho thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra một sức điện động e=B.l.v.sinα (1.1)
Nếu nối hai đầu thanh dẫn với tải R thì trong mạch sẽ có dòng điện I
Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn thì u=e và ta có công suất điện cung cấp cho tải là
Hình 1.3: Chế độ máy phát
Do có dòng I nên thanh dẫn chịu tác dụng bởi một lực điện từ 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 điện cung cấp cho máy điện tạo ra dòng điện i trong thanh dẫn Dưới tác động của từ trường, lực điện từ Fđt = Bil tác động lên thanh dẫn, khiến nó di chuyển với tốc độ v Công suất điện được cung cấp cho động cơ.
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 loại năng lượng được cung cấp Đây là đặc tính thuận nghịch của tất cả các loại máy điện.
1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện
Phát nóng của máy điện 16 1.3.2 Làm mát của máy điện 16 Bài 2: Máy biến áp 18
Trong quá trình hoạt động, máy điện gặp phải tổn hao công suất, bao gồm tổn hao sắt 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 các tổn hao này chuyển hóa thành nhiệt năng, làm tăng nhiệt độ của máy Nhiệt độ cao, cùng với chấn động và các tác động lý hóa khác, dẫn đến lão hóa lớp cách điện, làm giảm tính bền về điện và cơ Thực nghiệm cho thấy, khi nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép từ 8 đến 10°C, tuổi thọ vật liệu cách điện giảm đi một nửa Ở nhiệt độ làm việc cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện là khoảng 10 đến 15 năm Do đó, cần tránh tình trạng quá tải để không làm nhiệt độ tăng cao trong thời gian dài.
1.3.2 Làm mát của máy điện Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát.
Bài tập 1.1 yêu cầu xác định điện áp rơi trên một thanh dẫn dài 0.32m với điện trở 0.25Ω khi có lực tác dụng 120N trong từ trường đều có từ cảm B = 1.3T Ngoài ra, cần tính lại điện áp này khi thanh dẫn nghiêng một góc α = 25 độ.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Fđt=B.i.l.sinα, Pđt=Pcơ, e=B.v.l.sinα ĐS: 72.11V, 79.57V
Bài tập 1.2 Xác định vận tốc của một thanh dẫn dài l = 0.54m biết rằng khi nó chuyển động trong từ trường B = 0,86 T thì sđđ cảm ứng trong nó là e 30,6V
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 65,89m/s
Một thanh dẫn dài 1.2 m di chuyển với vận tốc 5.2 m/s cắt vuông góc các đường sức từ trong một từ trường đều có độ lớn B = 0.18 T Cần tính điện động cảm ứng (sđđ) trong thanh dẫn này.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 1,12v
Điện năng được sản xuất tại các nhà máy điện, nhưng việc truyền tải điện từ những nhà máy này đến các khu vực tiêu thụ thường gặp khó khăn do khoảng cách và tổn thất năng lượng Để giải quyết vấn đề này, bài viết sẽ nghiên cứu về thiết bị trung gian quan trọng là máy biến áp, giúp điều chỉnh điện áp và giảm thiểu tổn thất trong quá trình truyền tải Ngoài ra, bài viết cũng sẽ mở rộng để khám phá các loại máy biến điện khác như máy biến dòng và máy biến áp đặc biệt, nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về vai trò của chúng trong hệ thống điện.
- 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 các phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề Điều này không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm mà còn khuyến khích họ ghi nhớ công dụng của các loại máy điện.
- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Không có
Kiểm tra và đánh giá bài học
Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có
Kiểm tra định kỳ thực hành: không có
Cấu tạo và công dụng của máy biến áp 19
Cấu tạo của máy biến áp 19 2.1.2 Phân loại máy biến áp 21 2.1.3 Công dụng của máy bíên áp 21 2.2 Các đại lượng định mức 22
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 tạo thành từ các lá thép mỏng ghép lại, có hai loại chính: loại trụ và loại bọc Loại trụ, được cấu tạo từ các lá thép hình chữ U và chữ I, giúp giảm thiểu từ thông rò lớn do cuộn dây sơ cấp tạo ra, với mỗi cuộn dây được đặt trên một trụ của lõi thép Trong khi đó, loại bọc, với các lá thép hình chữ E và chữ I, bao bọc các cuộn dây quấn, tạo thành một mạch từ có hiệu suất cao và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện.
Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ.
Dây quấn máy biến áp được làm từ dây đồng hoặc nhôm với tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật Để giảm tổn thất do dòng điện xoáy, dây quấn có dòng điện lớn thường sử dụng các sợi dây dẫn mắc song song Bên ngoài dây quấn được bọc cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Dây quấn thứ cấp (Second Winding)
Hình 2.3 Hình dạng máy biến áp một pha loại trụ
Máy biến áp một pha loại bọc có hình dạng đặc trưng với dây quấn được tạo thành từ nhiều lớp và được đặt trong trụ của lõi thép Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, cần có cách điện tốt giữa các lớp dây quấn, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi thép Phần dây quấn kết nối với nguồn điện được gọi là dây quấn sơ cấp, trong khi phần dây quấn kết nối với tải được gọi là dây quấn thứ cấp.
Ngoài 2 bộ phận chính kể trên, để MBA vận hành an toàn, hiệu quả, có độ tin cậy cao MBA còn phải có các phần phụ khác như: Võ hộp, thùng dầu, đầu vào, đầu ra, bộ phận điều chỉnh, khí cụ điện đo lường, bảo vệ
2.1.2 Phân loại máy biến áp
Theo công dụng máy biến áp có thể gồm các loại sau đây:
- Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện
- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, máy biến áp hàn, các thiết bị chỉnh lưu,…
- Máy biến áp tự ngẫu: Có thể thay đổi điện áp nên dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều
- Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ đo
- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện - điện tử
Máy biến áp có nhiều loại, nhưng nguyên lý hoạt động của chúng đều tương tự nhau Bài giảng này sẽ tập trung vào máy biến áp một pha và ba pha, trong khi các loại máy biến áp khác sẽ được đề cập sơ lược ở phần cuối chương để các bạn tự tìm hiểu thêm.
2.1.3 Công dụng của máy bíên áp
Trong hệ thống điện, máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng Các nhà máy điện lớn thường nằm xa các trung tâm tiêu thụ, do đó cần xây dựng đường dây truyền tải Điện áp đầu ra của máy phát thường chỉ đạt vài chục kV, nhưng để truyền tải công suất lớn và giảm tổn hao, điện áp cần được nâng cao Do đó, ở đầu đường dây, máy biến áp tăng áp được lắp đặt, trong khi ở cuối đường dây, máy biến áp giảm áp được sử dụng để cung cấp điện cho phụ tải có điện áp từ 0,4-6kV.
2.2 Các đại lượng định mức
Các đại lượng định mức của máy biến áp xác định các điều kiện kỹ thuật cần thiết cho thiết bị Những thông số này được quy định bởi nhà máy sản xuất và thường được ghi rõ trên nhãn của máy biến áp.
Điện áp định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp 22 2.2.2 Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp 22 2.2.3 Công suất định mức của máy biến áp (S) 22 2.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 22
Điện áp sơ cấp định mức U 1đm (V, kV) là điện áp quy định cho dây quấn sơ cấp của máy biến áp Trong khi đó, điện áp thứ cấp định mức U 2đm (V, kV) là điện áp tại 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, còn đối với máy biến áp ba pha, điện áp định mức 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:
U = (75 - >90)% (2.2)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 với nguồn điện xoay chiều có 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 dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện i2 bằng 0, dẫn đến từ thông chính chỉ được sinh ra bởi cuộn dây w1 với trị số tương ứng với dòng từ hóa.
Khi máy biến áp hoạt động với tải, dây quấn thứ cấp kết nối với tải Zt và chịu tác động của sức điện động cảm ứng e2, dòng điện thứ cấp i2 sẽ cung cấp điện cho tải Trong quá trình này, từ thông chính trong lõi thép được sinh ra đồng thời bởi cả hai cuộn dây Điện áp U1 thay đổi theo dạng sin, dẫn đến từ thông chính cũng biến thiên theo dạng cos.
E1 và E2 là giá trị 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 f2, lúc này trên bóng đèn sẽ có một hiệu điện áp
Điện áp trên bóng đèn tăng từ 0 đến giá trị cực đại Ubđ = (Uml + Ump) và sau đó giảm về 0, quá trình này lặp lại liên tục Tần số biến đổi của điện áp bóng đèn là fbđ.
Tần số biến thiên của điện áp trên bóng đèn được xác định bởi sự chênh lệch giữa hai sao điện áp quay với tốc độ khác nhau, trong đó sao điện áp lưới đứng im Khi điện áp tăng dần, bóng đèn sẽ sáng lên cho đến khi đạt giá trị Uml + Ump, tại đó bóng đèn sáng nhất Sau đó, điện áp giảm dần khiến bóng đèn tối lại cho đến khi tắt hẳn, và quá trình này lặp lại Sự thay đổi cường độ sáng của bóng đèn cho thấy tần số của chúng không giống nhau.
Nếu thứ tự pha bị đấu nhầm, chẳng hạn như A của lưới với B của máy phát, sẽ dẫn đến tình trạng một bóng đèn tắt trong khi hai bóng đèn còn lại rất sáng, do điện áp trên bóng đèn là áp dây.
Bằng phương pháp quan sát trạng thái các đèn ta tìm được thời điểm đóng máy phát song song thích hợp nhất (khi các bóng đèn tối hết).
Phương pháp tắt đèn 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, khoảng từ cũng gặp nhiều khó khăn.
Động cơ và máy bù đồng bộ 166
Mã bài: MĐ11-05 Giới thiệu:
Máy điện một chiều đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhờ khả năng tạo ra công suất và mômen lớn, ổn định Chúng 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 cùng với động cơ điện một chiều.
- Giải thích được nguyên lý cấu tạo, các quan hệ điện từ, các phản ứng phần ứng xảy ra trong máy điện một chiều đúng nguyên tắc về điện.
- Trình bày được quá trình đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng, các nguyên nhân gây ra tia lửa và biện pháp cải thiện đổi chiều.
- Trình bày được các phương pháp mở máy, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
- Bảo dưỡng và sửa chữa được những hư hỏng thông thường của máy điện một chiều
- Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp
Phương pháp giảng dạy và học tập bài 5
Đối với người dạy, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề là rất quan trọng Điều này không chỉ giúp tăng cường sự tương tác trong lớp học mà còn khuyến khích người học ghi nhớ các khái niệm và công dụng của các loại máy điện một cách hiệu quả hơn.
- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Không có
Kiểm tra và đánh giá bài học
Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu
Máy điện một chiều 173
Đại cương về máy điện một chiều 174 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 179 5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều 180 5.6 Tia lử điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục 184
Trong sản xuất hiện đại, máy điện một chiều giữ vai trò quan trọng nhờ vào những ưu điểm nổi bật Đối với động cơ điện một chiều, khả năng điều chỉnh tốc độ rộng và ổn định giúp chúng trở thành sự lựa chọn phổ biến trong các ngành công nghiệp như dệt, giấy và cán thép Ngoài ra, máy phát điện một chiều không chỉ cung cấp nguồn điện cho động cơ điện một chiều mà còn được sử dụng làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ và trong ngành công nghiệp mạ điện.
Nhược điểm : Giá thành đắt do sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp.
5.2 Cấu tạo của máy điện một chiều
Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân làm hai thành phần chính là phần tĩnh và phần quay.
5.2.1 Phần tĩnh hay stator: Đây là phần đứng yên của máy nó gồm các bộ phận chính sau: a Cực từ chính:
Bộ phận sinh ra từ trường bao gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt Lõi sắt cực từ được làm từ thép lá kỹ thuật điện hoặc thép carbon dày từ 0,5 đến 1mm, ghép lại bằng đinh tán Lõi mặt cực từ được kéo dài để tăng thêm đường đi của từ trường, với vành cung của cực từ thường bằng 2/3 bước cực Trên lõi cực có cuộn dây kích từ, trong đó có dòng một chiều chạy qua, với các dây quấn bằng đồng được cách điện kỹ lưỡng Cuộn dây được quấn vào khung dây, thường làm bằng nhựa hoá học hoặc giấy bakêlit cách điện Các cực từ được gắn chặt vào thân máy nhờ những bu lông.
Cực từ phụ được đặt giữa cực từ chính nhằm cải thiện việc đổi chiều và giảm tia lửa trên chổi than Lõi thép của cực từ phụ có thể làm bằng thép khối và được trang bị 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, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc này.
Kết cấu của máy điện không chỉ thực hiện nhiệm vụ kết nối các cực từ mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra mạch từ Đối với máy điện nhỏ và vừa, thép tấm thường được sử dụng để uốn và hàn, trong khi máy có công suất lớn thường sử dụng thép đúc có chứa từ với tỷ lệ chất than từ 0,2% đến 2%.
6) Bu lông bắt chặt cực từ vào vỏ máy
1) Lõi; 2) Cuộn dây d Các bộ phận khác:
Nắp máy đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy khỏi các vật thể rơi vào, giúp ngăn ngừa hư hỏng dây quấn Đối với các máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ cho ổ bi, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.
- 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 được chia thành từng thếp và có khoảng hở giữa chúng để làm nguội máy Các khe hở này được gọi là rãnh thông gió ngang trục Bên cạnh đó, cũng có các rãnh thông gió dọc trục được dập để tăng cường khả năng làm mát.
Hình 5.4 Lõi thép phần ứng b Dây quấn phần ứng:
Phần sinh ra sức điện động và dòng điện trong máy điện được gọi là dây quấn phần ứng, thường làm bằng dây đồng bọc cách điện Trong các máy điện nhỏ, dây có tiết diện tròn được sử dụng, trong khi máy điện vừa và lớn thường 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 dây quấn bị văng ra ngoài do sức ly tâm khi quay, nêm được sử dụng để đè chặt ở miệng rãnh và các phần đầu nối dây quấn 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 được giữ chặt bằng hai vành ép hình chữ V, với lớp cách điện bằng mica hình V ở giữa Đuôi cổ góp cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây quấn vào các phiến góp Số lượng chổi than tương ứng với số cực của máy, với các chổi than dương được kết nối thành một cực dương duy nhất và 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 chuyển đổi cơ năng thành điện năng một chiều (máy phát điện) hoặc biến 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 một khung dây abcd kết nối với hai phiến góp, được quay quanh trục với vận tốc không đổi trong từ trường của hai cực nam châm Các chổi than A và B được cố định và 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, với sức điện động của thanh dẫn cd nằm dưới cực S có chiều từ d đến c, và thanh ab dưới cực N có chiều từ b đến a Khi mạch ngoài khép kín qua tải, sức điện động trong khung dây sinh ra dòng điện chạy từ A đến B Nếu từ trường B phân bố hình sin, e sẽ biến đổi thành dạng sóng sức điện động cảm ứng trong khung dây Tuy nhiên, chổi than A luôn tiếp xúc với thanh dẫn dưới cực N và chổi than B tiếp xúc với thanh dẫn dưới cực S, do đó dòng điện chỉ chạy từ A đến B Sức điện động xoay chiều cảm ứng trong thanh dẫn và dòng điện tương ứng đã được chỉnh lưu thành sức điện động và dòng điện một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi than, tạo ra dạng sóng sức điện động một chiều ở hai chổi than.
Khi dòng điện một chiều đi vào chổi than A và ra ở B, dòng điện chỉ đi vào thanh dẫn dưới cực N và ra ở các thanh dẫn dưới cực S Dưới tác dụng của từ trường, mô men 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, đó chính là nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.
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 một tốc độ nhất định, sẽ xuất hiện sức điện động trong dây quấn Sức điện động này tương ứng với mạch nhánh song song và bằng tổng sức điện động cảm ứng của các thanh dẫn nối tiếp trong mạch nhánh đó.
Sức điện động cảm ứng của 1 thanh dẫn: e x B x l v (5.2)
Trong đó: B x Từ cảm nơi thanh dẫn x quyét qua l: Chiều dài tác dụng của thanh dẫn. v: Tốc độ dài của thanh dẫn.
Hình 5.10 Xác định s.đ.đ phần ứng Nếu số thanh dẫn của 1 mạch nhánh là N thì b S.đ.đ và dòng điện đã được chỉnh lưu nhờ vành góp.
Qui tắc bàn tay phải và qui tắc bàn tay trái:
E: Sức điện động cảm ứng
Nếu số thanh dẫn đủ lớn thì
bằng trị số trung bình Btb nhân với tổng số thanh dẫn trong 1 mạch nhánh: tb a
Với v: tốc độ dài của phần ứng.
: từ thông dưới mỗi cực từ trong khe hở không khí: = B l. (5.6)
Trong đó: p: Số đôi cực từ kích thích
N Tổng số thanh dẫn của phần ứng n: Tốc độ quay của phần ứng (vòng/phút) a: Số đôi mạch nhánh song song Đặt: C E pn a
60 : Hệ số kết cấu của máy điện.
5.5 Công suất và mônmen điện từ của máy điện một chiều
Khi máy điện hoạt động, dòng điện chạy qua dây quấn phần ứng sẽ tạo ra mô men điện từ trên trục máy Theo định luật Faraday, lực điện từ tác động lên thanh dẫn có dòng điện được tính bằng công thức F = Bδilδ.
B: Từ cảm nơi thanh dẫn quyét qua iư: Dòng điện trong thanh dẫn l: Chiều dài tác dụng của thanh dẫn
Iư: Dòng điện phần ứng; N: Tổng số thanh dẫn của phần ứng
Dư: Đường kính ngoài của phần ứng
Thì mô men điện từ của máy điện một chiều là:
Thay vào công thức tính mô men điện từ ta được: u s dt I a
Trong đó: tính bằng weber (wb), Iư tính bằng Ampe (A)
Nếu chia hai vế của biểu thức trên cho 9,81 thì Mđt tính bằng Nm Đặt: a
60 hệ số kết cấu máy
Ta có: Mđt = CM .Iư (5.11)
Công suất điện từ của máy điện một chiều: Pđt = Mđt. với
Với n tính bằng vòng /phút
Thay vào biểu thức tính Pđt ta có P dt 2 pN a s I u 2 60 n , Pđt = Eư Iư (5.12)
Trong đó: Eư tính bằng volt (V)
Iư tính bằng Ampe (A) Máy điện 1 chiều có thể làm việc ở hai chế độ: