Chương II-MÁY ĐIỆN doc

Chương II.MÁY ĐIỆN I. Khái niệm chung: 1. Khái niệm: - Máy điện là thiết bị điện từ nguyên tắc làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ và lực điện từ. - Theo quan điểm năng lượng: Máy điện là thiết bị điện dùng để truyền tải hay biến đổi năng lượng điện tử. 2. Phân loại: * Theo sự chuyển động tương đối: - Máy điện tĩnh: Các bộ phận không chuyển động tương đối với nhau. Ví dụ: máy biến áp - Máy điện có chuyển động tương đối (quay hay tịnh tiến): Động cơ điện, máy phát điện… * Theo dòng điện: Máy điện xoay chiều và một chiều * Theo số pha: Máy xoay chiều 1 pha và 3 pha. * Theo tốc độ rô to và từ trường: Máy điện đồng bộ và không đông bộ 3. Các vật liệu chế tạo máy điện: a. Vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện để chế tạo các bộ phận dẫn điện. Thường là đồng, nhôm. Dây quấn điện từ lõi là đồng, bên ngoài bọc cách điện: Sợi vải, sợi e may, sợi thủy tinh, giấy…. b. Vật liệu dẫn từ: Dùng để chế tạo các bộ phận mạch từ. 1 Vật liệu dẫn từ là vật liệu bằng sắt pha them 2 ÷ 5% si. Nó được làm thành các lá mỏng: Gọi là thép lá điện kỹ thuật hay tôn si líc. Mạch từ tần số thấp thường…… dày 0,35 ÷ 0,5mm, tần số cao: 0,1 ÷ 0,2mm. Ngoài ra còn có thép đúc, thép rèn. c. Vật liệu cách điện: Dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện hay giữa các bộ phận dẫn điện với nhau. Vật liệu cách điện yêu cầu phải cách điện tốt, chịu nhiệt, chống ẩm, bền. Các chất cách điện chủ yếu: Giấy, vải lụa, amiăng, Mica, sợi thủy tinh, men sứ, sọi cách điện. d. Vật liệu kết cấu: Là vật liệu để chế tạo các chi tiết khác trong máy điện: Trục, ổ bi, vỏ, nắp máy. Các vật liệu thường dùng là: Gang, thép, chất dẻo, hợp kim nhôm, kim loại mầu. II. Máy biến áp 1. Khái niệm chung: a. Khái niệm: - Máy biến áp là một máy điện tĩnh làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ dùng để biến đổi điện áp dòng điện nhưng vẫn giữ nguyên tần số. - Trong máy biến áp: + Đầu vào nối với nguồn là mạch sơ cấp, các đại lượng được ghi chỉ số 1. ϕ W 1 : số vòng sơ cấp; U 1 : điện áp sơ cấp; I 1 : dòng sơ cấp. + Đầu nối với tải là mạng thứ cấp, các đại lượng được ghi chỉ số 2. W 2 : số vòng thứ cấp; U 2 : điện áp thứ cấp; I 2 : dòng thứ cấp. - Nếu máy biến áp: U 2 > U 1 : Là máy tăng áp U 2 < U 1 : Là máy hạ áp 2 b. Các đại lượng định mức: Các đại lượng định mức do người cấu tạo quy định để máy có khẳ năng làm việc lâu dài và tốt nhất. Các đại lượng định mức gồm: * Điện áp: Gồm điện áp sơ cấp, thứ cấp định mức. Người ta quy ước: - Máy 1 pha là điện áp pha. - Máy 3 pha là điện áp dây. * Dòng điện: Là dòng điện quy định khi máy làm việc với công suất và điện áp định mức. - Máy 1 pha là điện áp pha. - Máy 3 pha là điện áp dây. * Công suất định mức: Là công suất biểu kiến, đơn vị là VA, KVA. Ngoài ra trên biểu máy Biến áp còn ghi tần số, số pha, sơ đồ nối dây, Cosφ, điện áp ngắn mạch… c. Công dung máy biến áp: - Dùng để truyền tải điện đi xa và phân phối điện năng. - Dùng các thiết bi lò nung, hàn điện, làm nguồn cho các thiết bị điện, điện tử cần nhiều điện áp, trong đo lường,… 2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp. a/ Cấu tạo: Gồm các bộ phận sau: * Lõi thép: - Dùng để dẫn từ trường trong máy và dập từ trường - Được ghép bởi nhiều lá thép điện kỹ thuật, lõi gồm 2 phần: Phần trụ để quấn dây, phần gông để khép kín mạch từ. - Hình dạng cơ bản của lõi thép là: 3 * Dây quấn: - Dây quấn là dây điện từ lõi bằng đồng hay nhôm, có tiết diện tròn hay dẹt. - Cách quấn: Dây được quấn thành từng lớp vòng nọ sát vòng kia, giữa các lớp có cách điện. Có thể dây quấn cùng trên một trục hoặc các trục riêng rẽ. * Các bộ phận phụ khác: Ngoài ra máy biến áp còn có các bộ phận khác: Vỏ để bảo vệ và đường dây biến áp. Trên vỏ có sứ xuyên cao áp, thấp áp để cách điện với vỏ, còn có bình đựng dầu. Bu lông đai ốc kẹp chặt. b. Sơ đồ và nguyên lý của Máy biến áp: Sau đây ta xét sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy biến áp 1 pha. Máy biến áp 1 pha. Trong đó W 1 , I 1 , U 1 Số vòng dòng điện, điện áp cuộn sơ cấp. W 2 , I 2 , U 2 : của mạch thứ cấp. * Nguyên lý làm việc: - Nối sơ cấp W 1 với nguồn điện xoay chiều hình Sin sẽ có dòng I, chạy trong W 1 , dòng I 1 sinh ra từ trường biến thiên chạy trong lõi thép móc vòng 4 qua 2 cuộn dây. Do đó theo định luật cảm ứng điện từ trong cuộn dây W 2 sinh ra một mức điện động cảm ứng và trong W 1 sinh ra sức điện động tự cảm. - Theo định luật cảm ứng trong cuộn: W 1 sinh ra: dt d We φ 11 −= ; W 2 sinh ra: dt d We φ 22 −= Dòng điện hình Sin do đó φ cũng là hình Sin: tSin Max ωφφ = Do đó: ) 2 (2 44,4 )( 111 π ωφ ωφ −=−= tSinfw dt tSind We Max Max ) 2 (2 44,4 )( 222 π ωφ ωφ −=−= tSinfw dt tSind We Max Max Trong đó: Max fwE φ 11 44,4= Max fwE φ 22 44,4= E 1 , E 2 Là trị số hoãn dụng của mạch sơ cấp và thứ cấp. Chia E 1 cho E 2 : K W W U U E E ==≈ 2 1 2 1 2 1 K được gọi là hệ số biến thế. Nếu bỏ qua tổn hao trong máy có thể coi gần đúng: 1122 IUIU ≈ K I I U U ==→ 1 2 2 1 Điện áp tỉ lệ thuận với số vòng dây. 3. Các chế độ xảy ra trong máy biến áp: a. Sơ đồ thay thế máy biến áp: - Trong máy biến áp sơ cấp và thứ cấp không liên hệ trực tiếp với nhau về điện. Năng lượng chuyển từ sơ cấp sang thứ cấp và thông qua từ trường. Để thuận tiện người ta có thể thay thế mạng sơ cấp và thứ cấp riêng thành một mạch điện chung. Sao cho việc nối này vẫn đảm bảo qúa trình năng lượng trong máy. Mạch như vậy gọi là sơ đồ thay thế máy biến áp. - Người ta đã đưa ra sơ đồ thay thế máy biến áp nư sau: 5 Trong đó: R 1 , X 1 : Điện trở và điện kháng mạch sơ cấp. R H 1 : Điện trở từ hóa đặc trưng cho tổn hao sắt từ X H 1 : Điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ trường trong lõi ' 2 R : Điện trở thứ cấp quy về sơ cấp: 2 2' 2 .RKR = ' 2 X : Điện kháng tải thứ cấp quy về sơ cấp: 2 2' 2 .XKX = ' t Z : Điện kháng phụ tải quy về sơ cấp: ZtKX t . 2' = 2 ' 2 •• = UKU Điện áp quy đổi về sơ cấp. K I I 2 ' 2 = Dòng điện quy đổi về sơ cấp. b. Các chế độ xảy ra trong máy biến áp: b 1 : Chế độ không tải: - Là chế độ sơ cấp nối vào nguồn, thứ cấp hở mạch - Sơ đồ thay thế khi không tải như hình trên: * Đặc điểm : 6 + Dòng không tải: 2 1 2 1 11 )()( 11 HH o o XXRR U Z U I + ++ == Z o rất lớn do đo sdòng không tải rất nhỏ. I o ≈ 2% ÷ 10% dòng định mức: 3,01,0 22 ÷= + = oo o XR R Cos ϕ Do đó không nên sử dụng chế độ không tải hay chạy non tải. b 2 : Chế độ ngắn mạch: - Là chế độ sơ cấp nối vào nguồn, thứ cấp bị nối tắt. Nó do nhiều nguyên nhân: dây bị chập , chạm mát.v.v - Sơ đồ thay thế: Như hình sau: * Đặc điểm: Từ sơ đồ ta thấy: 22 1 nn u XR U I + = Vì R n , X n rất nhỏ cho nên dòng I n rất lớn thường từ 10 ÷ 25 lần dòng định mức. Do đó làm máy rất nóng → cháy máy. Cho nên khi sử dụng cần tránh chế độ ngắn mạch. b 3 : Chế độ có tải: - Là chế độ máy Biến áp làm việc bình thường, để đánh giá mức độ tải người ta chia ra hệ số tải Kt. đmđm t I I I I K 1 1 2 2 ≈= - Nếu K t = 1: Tải định mức K t < 1: K t > 1: Quá tải 4. Một số máy biến áp đặc biệt: 7 a. Máy tự biến áp (biến áp tự ngẫu) - Là máy biến áp cuộn sơ cấp và thứ cấp dùng chung 1 cuộn. - Máy biến áp tự ngẫu có thể 1 pha hay 3 pha; Máy 1 pha có công suất nhỏ được dùng trong các phòng thí nghiệm, làm nguồn điều chỉnh điện áp liên tục Máy 3 pha để điều chỉnh điện áp khi mở máy các động cơ xoay chiều 3 pha. - Sơ đồ máy biến áp tự ngẫu 1 pha gồm có 1 dây quấn làm dây sơ cấp nối số vòng W 1 , 1 bộ phận của nó với số vòng W 2 là thứ cấp. Ta có: 2 1 2 1 W W U U = 2 1 12 . W W UU =→ W 1 : Không đổi nên thay đổi điểm a số vòng W 2 thay đổi dẫn đến U 2 . - Ưu điểm: + Ưu điểm: Truyền năng lượng qua từ trường và trực tiếp do đó η máy cao, tiết kiệm nhiên liệu. + Nhược điểm: Độ an toàn điện không cao vì có liên hệ trực tiếp về điện. b. Máy biến áp hàn: - Là loại máy biến áp đặc biệt để hàn bằng phương pháp hồ quang. - Máy biến áp hàn sơ đồ như hình dưới: 8 Cuộn sơ cấp nối với nguồn, thứ cấp nối với một cuộn điện kháng và que hàn, đầu còn lại nối với vật hàn. - Để thay đổi dòng điện hàn có thể thay đổi số vòng cuộn sơ cấp (thủ công) hay thay đổi khu hở δ c. Máy biến áp 3 pha: - Dùng để biến đổi điện áp mạch 3 pha. - Cấu tạo: Gồm lõi thép và các cuộn dây. + Lõi thép chỉ có dạng chữ E có 3 trụ = nhau. + Dây quốn: Gồm 3 cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp giống hệt nhau. ∆ /Y: 333 2 1 2 1 2 1 K W W U U U U P P d d === 9 ∆ / ∆ : K U U d d = 2 1 Y/Y: K U U d d = 2 1 Y/ ∆ : K U U d d 3 2 1 = III. Máy điện quay không đồng bộ: 1. Khái niệm và cấu tạo chung: a. Khái niệm: Máy điện quay không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều có tốc độ quay rô to khác tốc độ từ trường quay. Máy điện không đồng bộ vừa có tính máy phát vừa có tính động cơ. b. Cấu tạo: Gồm có: * Stato: Là phần tĩnh gồm 2 bộ phận chính: Lõi thép: Dạng hình trụ, bên trong rỗng hình trụ nó được ghép bởi nhiều la thép điện kỹ thuật. 10 [...]... Do vậy trong đông cơ điện để thuận tiện cho việc nghiên cứu và tính toán người ta lập một sơ đồ về mạch điện giữa Stato và Rôto gọi là sơ đồ thay thế - Sơ đồ thay thế như hình sau: Trong đó: R1, X1: Điện trở và điện kháng dây quấn Stato 1 1 RH , XH : Điện trở điện kháng từ hóa ' ' R2 , X 2 : Điện trở điện kháng rôto quy đổi ' I 2 : Dòng điện Rôto quy đổi về Stato ' R2 = 1 − S : Là điện trở tương đương... hồ điện, dụng cụ tự nghỉ, điện sinh hoạt v.v - Trong hệ thống điện máy bù đồng bộ để phát công suất phản kháng lên lưới điện để bù hệ số công suất và ổn định điện áp 2 Cấu tạo Gồm các bộ phận - Stato: Giống máy điện không đồng bộ gồm lõi thép rỗng hình trụ, bên trong sẻ rãnh dọc trục, trên đó quấn dây điện từ - Rôto: Rôto máy điện đồng bộ hình trụ được làm thành các cực từ trên đó quấn cuộn dây điện. .. tử nối tiếp, điện áp trên 2 chổi than bằng tổng các sức điện động của các phần tử nối tiếp, các phần tử đặt lệch nhau 1 góc α 30 nên sức điện động các phần tử lệch pha nhau 1 góc Pα do đó điện áp tổng sẽ đập mạch rất ít (bằng phẳng) b Động cơ điện một chiều Biến điện năng thành cơ năng: Khi cho dòng một chiều vào dây quấn Stato và Rôto sẽ tạo từ trường tương tác với dòng điện tạo ra lực điện từ kéo... trường cực đại 1 pha 2 3 Nguyên lý làm việc máy điện không đồng bộ: a Động cơ: 14 - khi ta cho dòng điện 3 pha vào dây cuốn Stato nó sẽ tạo ra từ trường quay từ trường cắt các thanh dẫn trên Rôto nó sẽ cảm ứng ra sức điện động và tạo ra dòng điện trong các thanh dẫn Dòng điện tương tác nối từ trường quay sẽ tạo ra lực điện từ kéo Rôto quay.(Chiều lực điện từ như hình bên theo quy tắc bàn tay trái)... cách thay đổi điện áp Stato 19 Phương pháp này chỉ được thực hiện việc giảm điện áp Khi giảm điện áp hệ số trượt sẽ thay đổi, dẫn đến tốc độ quay thay đổi Phương pháp này có nhược điểm là giảm khả năng quá tải của động cơ, dải điều chỉnh tốc độ hẹp d Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở mạch Rôto Khi điện trở mạch Rôto tăng (đối với Rôto dây quấn) dòng điện trong mạch Rôto giảm, mô men điện từ giảm... sức điện động - Ki: Là hệ số quy đổi dòng điện b Chế độ không tải: - Là chế độ động cơ làm việc không kéo phụ tải bên ngoài * Đặc điểm: Dòng điện nhỏ, an toàn Nhưng η thấp, Cosϕ thấp gây lãng phí điện năng Do đó không nên chạy không tải hay non tải c Chế độ ngắn mạch: - Là chế độ động cơ làm việc dòng điện tăng lên đột ngột quá dòng định mức, gây nóng động cơ dẫn đến cháy Nguyên nhân gây ra là do: Điện. .. đến cháy Nguyên nhân gây ra là do: Điện trở cách điện động cơ giảm (ẩm, va chạm hỏng cách điện, gây ngắn ,mạch giữa pha nối vỏ, giữa các vòng dây, hay giữa 2 pha ) Hay do khi đóng điện Rôto bị bó kẹt không quay - Cho nên khi cho đông cơ làm việc phải tiến hành kiểm tra độ cách điện, kiểm tra nơi bó kẹt, chạm chập d Chế độ điện áp không đối xứng: - Nếu điện áp đặt vào động cơ không đối xứng, trong động... Biến điện năng thành cơ năng: Cho dòng 1 chiều vào dây quấn Rôto nó sẽ tạo ra từ trường Khi cho dòng điện hình Sin vào dây Stato nó sẽ tương tác với từ trường tạo ra lực điện từ kéo Rôto quay - Không tự khởi động được: Xét sơ đồ 1 động cơ đồng bộ đơn giản như hình trên Giả sử nửa chu kỳ đầu dòng điện đi vào Dùng quy tắc bàn tay trái ta có lực điện từ F ' đ tác dụng lên Rôto Nửa chu kỳ sau dòng điện. .. độ đạt đồng bộ đóng dòng kích thích mở Rôto lúc đó động cơ đồng bộ làm việc V Máy điện một chiều Hiện nay máy điện một chiều vẫn được sử dụng trong các lĩnh vực: Dung kích thích cho máy điện đồng bộ, cho mạ điện, điện phân, mạch điều khiển, truyền động… Máy điện dùng dòng một chiều là máy điện một chiều 1 Cấu tạo: 1 Vỏ máy 2 Cực từ chính 3 Cực từ phụ 4 Dây quấn Gồm các bộ phận: a Phần của Stato Là... cầu mô men mở máy lớn - Các biện pháp giảm điện áp: + Dùng cuộn điện kháng nối tiếp vào mạch Stato Khi mở máy đóng cầu giao D1 Khi động cơ đã quay ổn định ngắt D1, đóng D2 + Dùng máy tự biến áp: 18 Điện áp mạng đặt vào sơ cấp máy biến áp tự ngẫu Điện áp thứ cấp đưa vào động cơ Khi mở máy cho vị trí con chạy ở điện áp thấp Khi động cơ đã ổn định chuyển về vị trí điện áp cao c Phương pháp đổi nối sao thành . đó: R 1 , X 1 : Điện trở và điện kháng dây quấn Stato R H 1 , X H 1 : Điện trở điện kháng từ hóa ' 2 R , ' 2 X : Điện trở điện kháng rôto quy đổi ' 2 I : Dòng điện Rôto quy đổi. trường: Máy điện đồng bộ và không đông bộ 3. Các vật liệu chế tạo máy điện: a. Vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện để chế tạo các bộ phận dẫn điện. Thường là đồng, nhôm. Dây quấn điện từ lõi. ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện hay giữa các bộ phận dẫn điện với nhau. Vật liệu cách điện yêu cầu phải cách điện tốt, chịu nhiệt, chống ẩm, bền. Các chất cách điện chủ yếu: Giấy,