tài liệu bài giảng máy điện

Phần mở đầuBài giảng máy điện Máy điện một chiều xoay chiều Máy điện đồng bộ động cơ không đồng bộ động cơ đồng bộ Máy phát đồng bộ... Còn trong các máy điện quay, mạch từ gồm hai l

Trang 1

Next

Nội dung Back

Khoa điện

bộ môn thiết bị điện

Bài giảng máy điện

Nguyễn Thị Thu H ờng

Trườngưđạiưhọcưkỹưthuậtưcôngưnghiệpưtháiưnguyên

Trang 2

Nội dung Back

Khoa điện

bộ môn thiết bị điệnBài giảng máy điện

Phầnư1:ưMáyưđiệnưmộtưchiều

Phầnư2:ưMáyưbiếnưáp

Trườngưđạiưhọcưkỹưthuậtưcôngưnghiệpưtháiưnguyên

Trang 3

Phần mở đầu

Máy điện

một chiều xoay chiều Máy điện

đồng bộ

động cơ

không

đồng bộ động cơ đồng bộ Máy phát đồng bộ

Trang 4

Nội dung Back

MF

Hộ tiêu thụ

1 Vai trò của các loại máy điện trong nền kinh tế quốc dân:

2 Khái niệm, phân loại và ph ơng pháp nghiên cứu máy điện:

a, Đại c ơng về máy điện:

- Nguyên lý làm việc của máy điện dựa trên cơ sở của định luật cảm ứng điện từ Sự biến đổi năng l ợng trong máy điện đ ợc thực hiện thông qua từ tr ờng trong nó Để tạo đ ợc những từ tr ờng mạnh và tập trung, ng ời ta dùng vật liệu sắt từ làm mạch từ

ở máy biến áp mạch từ là một lõi thép đứng yên Còn trong các máy điện quay, mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: một quay, một

đứng yên và cách nhau bằng một khe hở

b, Ph ơng pháp nghiên cứu máy điện:

Trang 5

Nội dung Back

3 Sơ l ợc về vật liệu chế tạo máy điện:

Gồm có vật liệu tác dụng, vật liệu kết cấu và vật liệu cách điện

Vật liệu tác dụng: bao gồm vật liệu dẫn điện và dẫn từ dùng để chế tạo dây quấn và lõi sắt

Vật liệu cách điện: dùng để cách điện các bộ phận dẫn điện với các

bộ phận khác của máy và cách điện các lá thép của lõi sắt

Vật liệu kết cấu: chế tạo các chi tiết máy và các bộ phận chịu lực cơ giới nh trục, vỏ máy, khung máy

Sơ l ợc đặc tính của vật liệu dẫn từ, dẫn điện và cách điện dùng trong chế tạo máy điện

Trang 6

PhÇn 1: M¸y ®iÖn mét chiÒu

Ch ¬ng 1 : Nguyªn lý lµm viÖc - kÕt cÊu c¬ b¶n

Ch ¬ng 3 : C¸c quan hÖ ®iÖn tõ trong m¸y

Ch ¬ng 4 : Tõ tr êng trong m¸y ®iÖn mét chiÒu

Bµi gi¶ng m¸y ®iÖn

Trang 7

Ch ơng 1:

Nguyên lý làm việc- kết cấu cơ bản

Next

Nội dung Back

 1.1: Cấu tạo của máy điện một chiều

 1.2: Nguyên lý làm việc

 1-3: các l ợng định mức

Trang 8

 1.1: Cấu tạo của máy điện một chiều

1 Phần tĩnh (Stato):

Next

Ch ơng I Back

a) Cực từ chính:

(Là bộ phận để sinh ra từ thông kích thích)

b) Cực từ phụ:

Đặt giữa các cực từ chính, dùng để cải thiện đổi chiều

c) Gông từ (vỏ máy):

d) Các bộ phận khác:

Nắp máy: Bảo vệ an toàn cho ng ời và thiết bị

Cơ cấu chổi than: Đ a dòng điện từ phần quay ra mạch ngoài

Phần I: máy điện một chiều

Cực từ chính Dây quấn cực từ phụ Dây quấn cực từ chính

Cực từ phụ

Trang 9

Ch ¬ng I Back

m¸y ®iÖn mét chiÒu

Trang 11

phần cảm động cơ điện một chiều

Bu lông

cực từ cuộn dây

vỏ

Trang 12

2 Phần ứng (Rôto):

a) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ

+) Với các máy công suất vừa và lớn ng ời ta dập lỗ

thông gió dọc trục

+) Với các máy điện công suất lớn còn xẻ rãnh thông

gió ngang trục

b) Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra sức

điện động và có dòng điện chạy qua

+) Dây quấn th ờng làm bằng đồng có bọc

cách điện Để tránh khi quay dây quấn bị

văng ra miệng rãnh th ờng đ ợc nêm chặt

bằng tre, gỗ phíp và đầu dây quấn th ờng đ ợc

đai chặt

+) Với các MĐ công suất nhỏ dây quấn có

tiết diện tròn, còn máy có công suất vừa và

lớn dây quấn có tiết diện hình chữ nhật

Nêm

Cách

điện rãnh

Dây quấn

máy điện một chiều

Trang 14

phần ứng động cơ điện một chiều

Cổ góp

cuộn dây lõi thép

trục

Trang 15

Trang 16

Phần động: Gồm khung dây abcd

c

a U

Trong đó: B là trị số cảm ứng từ ở nơi dây dẫn quét qua

l là chiều dài thanh dẫn nằm trong từ tr ờng

v là vận tốc dài của thanh dẫn

Trang 17

t t

Khi mạch ngoài có tải thì ta có: U = E - IR

Trong đó: E là sức điện động của máy phát

IR là sụt áp trên khung dây abcd

U là điện áp giữa 2 đầu cựcKhi đó vòng dây sẽ chịu 1 lực tác dụng gọi là lực từ:

Fđt = B.I.l

T ơng ứng ta sẽ có mô men điện từ: Mđt = Fđt.D/2.= B.I.l.D/2

Từ hình vẽ ta thấy ở chế độ máy phát Mđt ng ợc với chiều quay phần động nên nó đ ợc gọi là M hãm

Next

Ch ơng I Back

Sức điện động và dòng xoay chiều cảm ứng

trong thanh dẫn đã đ ợc chỉnh l u thành sức

điện động và dòng 1 chiều nhờ hệ thống vành

góp chổi than.Ta có thể biểu diễn sức điện

động và dòng điện trong thanh dẫn và ở

mạch ngoài nh hình vẽ:

N

S

F, Mđt n

Trang 18

Nh vậy: ở chế độ động cơ thì U > E còn ở chế độ máy phát

thì U < E

Next

Ch ơng I Back

ở chế độ động cơ Mđt cùng chiều với chiều quay phần động gọi là mômen quay

Nếu điện áp đặt vào động cơ là U thì ta có:

Trang 19

Next

Ch ¬ng I Back

Trang 20

Ch ¬ng 2:

D©y quÊn M¸y ®iÖn mét chiÒu

Trang 21

 2.1: Nhiệm vụ - cấu tạo - phân loại

1 Nhiệm vụ của dây quấn phần ứng:

- Sinh ra đ ợc 1 sức điện động cần thiết, có thể cho 1 dòng điện nhất

định chạy qua mà không bị nóng quá 1 nhiệt độ nhất định để sinh ra

1 mômen cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt, cách điện tốt, làm việc chắc chắn, an toàn Tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản

2 Cấu tạo của dây quấn phần ứng:

- Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối

với nhau theo 1 quy luật nhất định

- Phần tử dây quấn là 1 bối dây gồm 1 hay

nhiều vòng dây mà 2 đầu của nó nối vào 2

Trang 22

Nếu trong 1 rãnh phần ứng (rãnh thực)

chỉ đặt 2 cạnh tác dụng (dây quấn 2 lớp) thì

rãnh đó gọi là rãnh nguyên tố Nếu trong 1

rãnh thực có 2u cạnh tác dụng với u = 1,2,3

thì rãnh thực đó chia thành u rãnh nguyên tố

u=3

Quan hệ giữa rãnh thực Z và rãnh nguyên tố Znt : Znt = u.Z

Quan hệ giữa số phần tử của dây quấn S và số phiến góp G: S = G → Znt = S = G

+ Trong 1 số tr ờng hợp còn dùng cả dây quấn hỗn hợp: kết hợp cả dây quấn xếp và sóng

Trang 23

Dạng xếp Dạng sóng

- Theo kích th ớc các phần tử: dây quấn có phần tử đồng đều và dây quấn theo cấp

4 Các b ớc dây quấn:

- B ớc dây quấn thứ nhất y1 :

- B ớc dây quấn thứ hai y2 :

- B ớc dây tổng hợp y :

- B ớc vành góp yG :

Next

Ch ơng 2 Back

Dây quấn có phần

tử đồng đều

Dây quấn có phần

tử theo cấp

Trang 24

Trong đó: ε là 1 số hoặc phân số để y1 là 1 số nguyên

+ Nếu y1 = ta có dây quấn b ớc đủ

+ Nếu y1 > ta có dây quấn b ớc dài

+ Nếu y1 < ta có dây quấn b ớc ngắn.2p

π

τ = [rãnh ng tố]

p

Znt2

Trang 25

- B ớc dây quấn thứ hai y2: Trong dây quấn xếp đơn: y1 = y2 + y → y2 = y1 - y.

Trang 26

- Giả sử tại thời điểm khảo sát phần tử 1 nằm trên đ ờng trung tính hình học (đó là đ ờng thẳng trên bề mặt phần ứng mà dọc theo nó cảm ứng từ bằng 0)

- Vị trí của các cực từ trên hình vẽ phải đối xứng nhau, khoảng cách giữa chúng phải đều nhau Chiều rộng cực từ bằng 0,7 b ớc cực.Vị trí của chổi than trên phiến đổi chiều cũng phải đối xứng, khoảng cách giữa các chổi than phải bằng nhau Chiều rộng chổi than lấy bằng 1 phiến đổi chiều

- Yêu cầu chổi than phải đặt ở vị trí để dòng điện trong phần tử khi bị chổi than ngắn mạch là nhỏ nhất và sức điện động lấy ra ở 2 đầu chổi than là lớn nhất Nh vậy chổi than phải đặt trên trung tính hình học và trục chổi than trùng với trục cực từ Khai triển

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4

Lớp d ới

c) Giản đồ khai triển:

Trang 27

S

N S

Trang 28

Nếu máy có 2p cực thì sẽ có 2p mạch nhánh song song.

Kết luận:

- Trong dây quấn xếp đơn giản thì số mạch nhánh song song bằng

số cực từ hay số đôi mạch nhánh song song bằng số đôi cực : a = p

- Nếu dây quấn xếp thoả mãn 2 điều kiện: chổi than nằm trên đ ờng trung tính hình học và hệ thống mạch từ đối xứng thì sức điện động các nhánh bằng nhau và đạt giá trị lớn nhất

Next

Ch ơng 2 Back

(+)

Trang 29

 2-3: dây quấn xếp phức tạp

1 B ớc dây quấn:

Đặc điểm của dây quấn xếp phức tạp là yG = m (m = 2, 3, 4 ) Thông th ờng chỉ dùng m = 2 Trong những máy công suất thật lớn mới dùng m > 2

Khi m = 2 = yG:

- Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử là chẵn thì ta đ

ợc 2 dây quấn xếp đơn độc lập

- Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử lẻ ta đ ợc 2 dây

quấn xếp đơn nh ng không độc lập mà nối tiếp nhau

thành 1 mạch kín

Nh vậy có thể coi dây quấn xếp phức tạp gồm m dây quấn xếp đơn

làm việc song song nhờ chổi than Và chổi than phải có bề rộng ≥ m lần phiến góp mới có thể lấy điện ra

Next

Ch ơng 2 Back

y1

y y2

1 2 3 4 5

Trang 30

24p

Trang 31

Giản đồ khai triển dây quấn MĐMC

Cực từ và chổi điện nh ở dây quấn xếp đơn Chỉ khác là bề rộng chổi

điện ≥ 2 lần phiến góp để có thể lấy điện đồng thời ở 2 dây quấn ra

Dây quấn xếp phức tạp do m dây quấn xếp đơn cùng đấu chung chổi than do đó số đôi mạch nhánh song song của dây quấn: a = m.p

Trang 32

 2-4: dây quấn sóng đơn

1 B ớc dây quấn:

y1 = ± ε.Dây quấn sóng đơn khác với dây quấn xếp đơn ở yG

p 2

Znt

Next

Ch ơng 2 Back

Muốn cho khi quấn xong vòng thứ nhất đầu cuối của phần tử thứ p phải kề với đầu đầu của phần tử đầu tiên thì số phiến đổi chiều mà các phần tử v ợt qua phải là: p.yG = G ± 1→ yG = (G là số phiến góp)

Dấu (+) ứng với dây quấn phải Dấu (-) ứng với dây quấn trái

Trang 33

1

15−

p 2

Trang 34

Quy luật nối dây của dây quấn sóng đơn là nối tiếp tất cả các phần

tử d ới ở các cực có cùng cực tính lại rồi nối với các phần tử ở d ới các cực có cực tính khác cho đến hết

Dây quấn sóng đơn chỉ có 1 đôi mạch nhánh song song: a = 1

Trang 35

4

2 4

18 −

2

18 p

Trang 36

Giản đồ khai triển dây quấn MĐMC

Dây quấn sóng phức tạp có: m = 2; 2p = 4; Znt = S = 18

Next

Ch ơng 2 Back

Dây quấn sóng phức tạp gồm m dây quấn sóng đơn hợp lại do

đó số đôi mạch nhánh song song của dây quấn sóng phức tạp: a = m

Trang 37

Ch ơng 2 Back

1.Điều kiện để dây quấn đối xứng:

- Dây quấn MĐMC t ơng ứng nh 1 mạch điện gồm 1 số nhánh song song ghép lại Mỗi nhánh gồm 1 số phần tử nối tiếp nhau

- Dây quấn phải đảm bảo 1 số yêu cầu sau:

+ Đảm bảo về cảm ứng từ: Hệ thống mạch từ phải có cấu tạo

Trang 38

- Dây cân bằng điện thế làm mất sự không đối xứng của mạch từ trong MĐ để cân bằng điện thế ở các mạch nhánh của dây quấn xếp nằm d ới các cực từ có cùng cực tính đ ợc gọi là dây cân bằng loại 1 B ớc thế yt bằng số phiến đổi chiều d ới mỗi đôi cực:

yt =

a

Gp

G

=

- Dây cân bằng làm mất sự phân bố không đối xứng của điện

áp trên vành góp gọi là dây cân bằng loại 2

B ớc thế: yt =

a

Ga

Trang 39

Ch ¬ng 3:

C¸c quan hÖ ®iÖn tõ trong m¸y

- hiÖu suÊt

Next

PhÇn I Back

Trang 40

 3.1: Sức điện động dây quấn phần ứng

Sức điện động trung bình cảm ứng trong 1 thanh dẫn có chiều dài l, chuyển động với vận tốc v trong từ tr ờng bằng: etb = Btb.l.v

60

np

260

n

D

τ

=π

2 τ

60

n p

N

na

60

pN

Φδ

a60pN

.etb = Hay E = Ce.Φδ.n (V)

Trang 41

 3.2 M« men ®iÖn tõ - c«ng suÊt ®iÖn tõ

1 M«men ®iÖn tõ:

Khi M§ lµm viÖc trong d©y quÊn phÇn øng

sÏ cã dßng ®iÖn ch¹y qua T¸c dông cña tõ tr

êng lªn d©y dÉn cã dßng ®iÖn ch¹y qua sÏ

sinh ra m«men ®iÖn tõ trªn trôc m¸y

- Lùc ®iÖn tõ t¸c dông lªn tõng thanh dÉn:

f = Btb.l.i

M = Btb l.N

a 2

I

π

τ2

p

2

π

a 2 pN

Bδ B

δ tb

τ

Trang 42

- Trong chế độ máy phát: M ng ợc chiều quay với phần ứng nên

đóng vai trò là mômen hãm Máy chuyển công suất cơ (M.ω) thành công suất điện (EI)

- Trong chế độ động cơ: M có tác dụng làm quay phần ứng → cùng chiều với chiều quay phần ứng Máy chuyển công suất điện (EI) thành công suất cơ (M.ω)

Next

Ch ơng 3 Back

→ Pđt = Φδ.I = n.Φδ.I = E I

Trang 43

Với: R = r + rb + rf + rtx ; (r : điện trở dây quấn phần ứng;

rf : điện trở cực từ phụ; rb : điện trở dây quấn bù;

rtx: điện trở tiếp xúc chổi than.)

- Tổn hao đồng trên mạch kích thích:

(Bao gồm tổn hao đồng của dây quấn kích thích và của điện trở

điều chỉnh trong mạch kích thích):Back pcu.kt = Ukt Ikt Next

ω

0 p

- Hai loại tổn hao trên tồn tại ngay cả khi không tải nên gọi là tổn hao không tải: p0 = pcơ + pFe Tổn hao này sinh ra M hãm ngay cả khi không tải nên gọi là M không tải: M0 =

Ch ơng 3

Trang 44

cu Fe

co 1

1

2

P

p1

P

pp

p

PP

Trang 45

b) Động cơ điện:

Ta có công suất điện mà động cơ nhận từ l ới:

P1 = U.I = U.(I + Ikt )Với: I = I + Ikt là dòng nhận từ l ới vào

U là điện áp ở đầu cực máy

Pđt = P1 - (pcu + pcu.kt)

Pđt = EI Còn lại là công suất cơ đ a ra đầu trục: P2 = M.ω = Pđt - (pcơ +pFe)

cu Fe

co 1

1

2

P

p1

P

pp

p

PP

Trang 46

 4-1: tõ tr êng lóc kh«ng t¶i

 4-2: tõ tr êng khi cã t¶i

Next

PhÇn I Back

Ch ¬ng 4 : Tõ tr êng

trong m¸y ®iÖn mét chiÒu

Trang 48

- Để có từ thông chính φ0 ta cần cung cấp cho dây quấn kích thích 1 sức từ động F0 nào đó Để đơn giản cho việc tính toán ta dùng cách phân đoạn mạch từ thành 5 đoạn: khe hở không khí (δ), răng phần ứng (hr), l ng phần ứng (l), cực từ (hc), gông từ (lG)

Next

Ch ơng 4 Back

Trong đó: h chỉ chiều cao, l chỉ chiều dài

Trong mỗi đoạn đó c ờng độ từ tr ờng đ ợc tính: H = với B =

Φ, S, à là từ thông, tiết diện, hệ số từ thẩm của các đoạn

a) Sức từ động trên khe hở Fδ: Fδ = 2Hδ.δ

* Khi phần ứng nhẵn:

- Do khe hở giữa cực từ và phần ứng không đều: ở giữa thì khe hở nhỏ, 2 đầu mép cực từ khe hở lớn: δmax = (1,5 ữ 2,5)δ nên phân bố từ cảm ở những điểm thẳng góc với bề mặt phần ứng cũng khác nhau

Trang 49

τ δ

Bδ

τ

bδ

- Để đơn giản ta thay đ ờng cong từ cảm thực tế

bằng 1 hình chữ nhật có chiều cao là Bδ và đáy là

bδ = αδ.τ sao cho diện tích hình chữ nhật bằng

diện tích bao bởi đ ờng cong thực tế (bδ là cung

tính toán của cực từ còn αδ là hệ số tính toán

cung cực) Trong MĐMC có cực từ phụ thì αδ = 0,62 ữ 0,72;

ở MĐMC không có cực từ phụ thì αδ = 0,7 ữ 0,8

Next

Back

- Phân bố từ cảm d ới 1 cực từ biểu diễn nh

hình vẽ Từ cảm ở giữa cực từ có giá trị lớn nhất

còn ở 2 mép cực trị số giảm dần và ở đ ờng trung

tính hình học giữa 2 cực từ thì bằng 0

Ch ơng 4

Gọi l là chiều dài phần ứng theo dọc trục

và lc là chiều dài cực từ thì ta có chiều dài tính

Trang 50

Từ cảm khe hở không khí:

δ δ

B

.

δà

Φ

=

δà

=δ

=

δ δ

δ

δ δ

bl2

B2H

2

F

0 0

δ +

=

δ b 10

10 t

K

1 r 1

Ta có sức từ động phần ứng khi có răng :

Fδ = 2.Hδ.δ' Fδ = 2.Hδ Kδ.δ = 2.Fδ1 Kδ = 2 Kδ

δ' = Kδ.δ

δ à

Φ

δ δ

b l

0

Next

Ch ơng 4 Back

br1

t1

Trang 51

Xét 1 tiết diện đồng tâm với mặt phần ứng,

cách đỉnh răng 1 khoảng x thì từ thông đi qua

tiết diện đó gồm 2 thành phần:

x r rx

rx rx

t

S S

S

′

Φ +

Φ

= Φ

rx rx

Next

Ch ơng 4 Back

(1’)

Với phần ứng có răng và rãnh khi từ thông đi qua khe hở không khí thì phân làm 2 mạch song song đi vào răng và rãnh phần ứng Do từ dẫn của thép lớn hơn không khí nhiều nên đại bộ phận từ thông đi vào răng t1 là b ớc đỉnh răng

t2 là b ớc chân răng

Trang 52

rx x

r 0 rx

x

r rx

x r x

r

x r rx

x

S

SS

+ Vẽ đ ờng cong từ hoá của lõi sắt phần ứng

Khi đã biết kích th ớc của răng và rãnh ta có: 1

k l b

l

t S

S K

c rx

x rx

x

r

rx = ′ = δ −

Với: Kc là hệ số ép chặt lõi sắt; Stx,tx là tiết diện răng và b ớc răng ở

độ cao x; l, lδ là chiều dài thực và tính toán của lõi sắt

Định dạng
Số trang	205
Dung lượng	8,84 MB