bài giảng kỹ thuật điện

1 1 2 Tài liệu học tập  Sách, giáo trình chính [1] Lưu Thế Vinh, Kỹ thuật điện, 2006. ĐH Đà Lạt http://ebook.moet.gov.vn [2] Lưu Thế Vinh. Bài giảng kỹ thuật điện. 2010  Tài liệu tham khảo [1]. Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh. Kỹ thuật điện. Nxb. KH-KT, Hà Nội, 2005 [2]. Trương Trí Ngộ, Lê Nho Bội. Kỹ thuật điện. Nxb. KHKT, 2001 3 Phần thứ 1. CỞ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MẠCH ĐIỆN  Những khái niệm cơ bản về mạch điện  Dòng điện xoay chiều hình sin  Các phương pháp phân tích và giải mạch điện  Mạch điện 3 pha [Sinh viên tự nghiên cứu vì đã học trong giáo trình mạch điện] 4 Phần thứ 2. MÁY ĐIỆN  Chương 1. Khái niệm chung về máy điện  Chương 2. Máy biến áp  Chương 3. Máy điện không đồng bộ  Chương 4. Máy điện đồng bộ  Chương 5. Máy điện một chiều  Chương 6. Máy điện đặc biệt (đề tài)  Chương 7. Khí cụ điện (đề tài) 5 MỞ ĐẦU  Giáo trình kỹ thuật điện nhằm trang bị cho người học những kiến thức cơ bản về ứng dụng năng lượng điện trong sản xuất và đời sống.  So với các dạng năng lượng khác năng lượng điện có những ưu điểm hết sức to lớn sau đây: – Điện năng được sản xuất tập trung với nguồn công suất rất lớn – Dễ dàng biến đổi và truyền tải đi xa nhờ máy biến thế – Dễ dàng biến đổi sang các dạng năng lượng khác. – Nhờ điện năng có thể tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất cũng như các dịch vụ kỹ thuật khác. 6 SỰ PHÁT TRIỂN ĐIỆN NĂNG Ở VIỆT NAM  Năm 1975 cả nước chỉ có 1,5 tỷ kWh. Sau giải phóng chúng ta đã củng cố và xây dựng thêm nhiều nhà máy điện lớn:  Thủy điện Hòa Bình với công suất 1.920 MW,  Thủy điện Trị an (440MW),  Nhiệt điện Phả lại I (440MW)  Nhiệt điện Phả Lại II (600MW)  Thủy điện Ialy (720MW)  Năm 2003 sản lượng điện cả nước đã đạt 41 tỷ kWh bình quân 500kW/ đầu người năm 2 7  Năm 2010 sẽ đạt ~70 tỷ kWh, năm 2020 đạt 170 tỷ kWh.  Để đáp ứng nhu cầu phụ tải điện đến năm 2015 Việt nam sẽ xây dựng 61 nhà máy điện với tổng công suất 21.658 MW, trong đó có 32 nhà máy thủy điện với tổng công suất 7.975 MW, 17 nhà máy điện tuabin khí với tổng công suất 9.783 MW và 12 nhà máy nhiệt điện than với tổng công suất 3.900 MW.  Hiện nay đường truyền tải điện siêu cao áp 500 kV Bắc Nam được xem là huyết mạch chính của năng lượng điện Quốc gia. Tuyến 500 kV thứ hai đang được xây dựng. Tốc độ tăng trưởng điện năng giai đoạn 2003 – 2010 là 15%. Vốn đầu tư trung bình 2,16 tỷ USD mỗi năm. 8  Ngành sản xuất thiết bị điện đang được đầu tư phát triển. Các máy biến áp 110 kV, 25MVA và 63 MVA đã và đang được sản xuất hàng loạt. Máy biến áp 220 kV, 125 MVA đầu tiên đi vào sản xuất từ năm 2004 tại công ty thiết bị điện Đông Anh  Các động cơ điện công suất tới 1000 kW đã được chế tạo tại công ty chế tạo Việt Hung, công ty chế tạo điện cơ Hà Nội, Thủ Đức,… 9 10 Nhà máy thuỷ điện Thác Bà – nhìn từ hạ lưu Công suất ban đầu (1964): 108MW Mở rộng (1978) : 120MW 11 12 THỦY ĐIỆN VIỆT NAM  Sông Đà nổi tiếng với sự hung hãn và dữ dằn mỗi mùa mưa lũ, giờ đây đang khuất phục dưới bàn tay con người. Với 5 bậc thang thủy điện bao gồm: - NMTĐ Hòa Bình : 1.920 MW; - NMTĐ Sơn La : 2.400 MW; - NMTĐ Lai Châu : 1.200 MW; - MNTĐ Huội Quảng : 520 MW; - NMTĐ Bản Chát : 180 MW. 3 13 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÒA BÌNH Công suất thiết kế : 1920 MW Số tổ máy : 8 Chiều dài đập : 734 m Chiều cao đập : 128 m Mực nước dâng tối đa : 120 m Dung tích hồ chứa nước : 9 tỷ m 3 14 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÒA BÌNH 15 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÒA BÌNH 16 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÒA BÌNH 17 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SƠN LA  Là nhà máy thủy điện lớn nhất Đông Nam Á  Khởi công xây dựng ngày 2 /12/2005, tại xã Ít Ong, Mường La, Sơn La.  Chủ đầu tư: Tổng công ty điện lực Việt Nam (EVN).  Tổng số hộ dân phải di chuyển: 17.996 hộ tại 3 tỉnh Sơn La, Lai Châu, Điện Biện.  Tổng vốn đầu tư: 42.476,9 tỉ đồng Thông số kỹ thuật:  Diện tích hồ chứa: 224km 2 . Dung tích toàn bộ hồ chứa: 9,26 tỉ mét khối nước.  Công suất lắp máy: 2.400 MW, gồm 6 tổ máy.  Điện lượng bình quân hằng năm: 9,429 tỉ kWh. 18 NMTĐ SƠN LA: 2.400 MW 4 19 NMTĐ SƠN LA: 2.400 MW 20 NMTĐ SƠN LA: 2.400 MW 21 NMTĐ SƠN LA: 2.400 MW 22  Nhà máy thủy điện Trị An được xây dựng trên sông Đồng Nai , đoạn chảy qua huyện Hố Nai, tỉnh Đồng Nai, cách Thành phố Hồ Chí Minh 65 km về phía Đông Bắc .  Nhà máy được xây dựng với sự hỗ trợ về tài chính và công nghệ của Liên Xô từ năm 1984, khánh thành và đưa vào sử dụng từ năm 1991 .  Nhà máy thủy điện Trị An có 4 tổ máy, với tổng công suất thiết kế 400 MW, sản lượng điện trung bình hàng năm 1,7 tỉ KWh. Nhà máy thủy điện Trị An 23 Đập tràn Nhà máy thủy điện Trị An 24 Phối cảnh nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 5 25 Các thông số chính của công trình Thủy điện Đồng Nai 3:  - Diện tích lưu vực: 2441 km2  - Mực nước dâng bình thường (MNDBT): + 590 m  - Mực nước chết (MNC): + 570 m  - Dung tích hữu ích: 903,14 triệu m3  - Dung tích ứng với MNDBT: 1.612 triệu m3  - Công suất lắp máy: 180 MW (2 tổ máy)  - Điện lượng trung bình năm: 607,1 kwh  Khởi công xây dựng ngày 26/12/2004, dự kiến đến năm 2010 tổ máy số 1 sẽ phát điện  Đó là bậc thang thủy điện thứ 4 tính từ thượng nguồn sông Đồng Nai (sau công trình Đơn Dương, thủy điện Đại Ninh, thủy điện Đồng Nai 2). 26 Nhà máy thuỷ điện Yaly  Nhà máy thuỷ điện Yaly là tổ hợp kỹ thuật điều hành công trình thủy điện Yali trên sông Sêsan. Nhà máy được khởi công năm 1993 và hoàn thành vào năm 2003 .  Địa điểm: Huyện Chư Păh, tỉnh Gia Lai. Lòng hồ thuỷ điện Yaly phần lớn nằm trên địa phận huyện Sa Thầy , tỉnh Kon Tum, thuộc lưu vực sông Pô Kô và Đắk Bla,  Công suất thiết kế 720 MW. Mỗi năm nhà máy nộp thuế tài nguyên nước khoảng 70 tỷ đồng. 27 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN YALY • Chiều cao đập : 60 m • Dung tích hồ chứa nước : > 1 tỷ m 3 • Số tổ máy : 4 • Công suất thiết kế : 720 MW 28 Nhà máy thuỷ điện Sông Hinh 29 30 6 31 NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ 32 NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ 33 NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NINH BÌNH 34 NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NINH BÌNH 35 Dự án nhiệt điện Mông Dương đặt tại Quảng Ninh, Công suất 2.200 MW 36 Phối cảnh nhà máy nhiệt điện Hải Phòng - nhà máy nhiệt điện lớn nhất cả nước. Hai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 1 và 2 hoạt động với tổng công suất 1.200 MW, cung cấp cho lưới điện quốc gia 7,2 tỷ kWh điện/năm 7 37 38 39 Mô hình Nhà máy điện nguyên tử đầu tiên tại Việt Nam 40 Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 41 Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 42 8 43 Tháp năng lượng mặt trời ở Uzbekistan 44 ĐIỆN MẶT TRỜI 45 Trang trại năng lượng mặt trời lớn thứ hai thế giới được xây dựng tại Đức Với trị giá hơn 160 triệu euro (~ 230 triệu USD), dự án này xây dựng một trang trại năng lượng mặt trời với 560.000 ô, mỗi ô rộng 60 cm và dài 120 cm. Nguồn năng lượng tái tạo từ trang trại này sẽ có công suất 53 megawatts, cung cấp cho 15.000 hộ gia đình. Đây sẽ là nguồn năng lượng điện quý giá phục vụ các nhu cầu đời sống con người. 46 PHONG ĐIỆN 47 48 DỰ ÁN PHONG ĐIỆN CẦU ĐẤT (Xuân Trường, TP Đà Lạt).  Dự án này gồm 2 giai đoạn: – Giai đoạn 1 có công suất thiết kế là 30MW, công suất tua bin 1,5 - 2MW, trên diện tích 10,8 ha; – Giai đoạn 2 với công suất dự kiến là 100 - 300MW.  Tổng kinh phí đầu tư cho giai đoạn 1 của dự án là 56,61 triệu USD, dự kiến tháng 6-2011, nhà máy sẽ đi vào hoạt động. 9 49 Dự án Phong điện tại Cầu Đất (Xuân Trường, TP Đà Lạt). dự án này gồm 2 giai đoạn: giai đoạn 1 có công suất thiết kế là 30MW, công suất tua bin 1,5 - 2MW, trên diện tích 10,8 ha; giai đoạn 2 với công suất dự kiến là 100 - 300MW. Tổng kinh phí đầu tư cho giai đoạn 1 của dự án là 56,61 triệu USD, dự kiến tháng 6-2011, nhà máy sẽ đi vào hoạt động. 50 Phần thứ 2. MÁY ĐIỆN TS. LƯU THẾ VINH 51 Chương 1 Chương 1 52 1.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 1.1.1. Định nghĩa. Máy điện là thiết bị điện từ, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ và tương tác giữa từ trường và dòng điện, dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác nhau thành điện năng (máy phát điện), hoặc ngược lại biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện), hoặc dùng để biến đổi các thông số điện năng như điện áp, dòng điện, tần số, v.v…. 53 1.1.2. Phân loại. 1. Các máy điện tĩnh: Được dùng để biến đổi các thông số điện năng – Máy biến áp. Quá trình có tính chất thuận nghịch. 2. Các máy điện quay: dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ). Quá trình biến đổi cũng có tính thuận nghịch ~ U, f P điện P cđ  ~ U 1 , I 1 , f ~ U 2 , I 2 , f MBA 54 Máy điện tĩnh Máy điện tĩnh Máy điện một chiều Máy điện một chiều Máy điện Máy điện Máy điện quay Máy điện quay Máy điện xoay chiều Máy điện xoay chiều Máy điện đồng bộ Máy điện đồng bộ Máy điện Không đồng bộ Máy điện Không đồng bộ Máy Biến áp Máy Biến áp Động cơ đồng bộ Động cơ đồng bộ Đ. Cơ không đồng bộ Đ. Cơ không đồng bộ Máy phát đồng bộ Máy phát đồng bộ M.P không đồng bộ M.P không đồng bộ Động cơ một chiều Động cơ một chiều Máy phát một chiều Máy phát một chiều 10 55 PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 56 1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN  1.2.1. Định luật cảm ứng điện từ. Mỗi khi từ thông gửi qua một khung dây dẫn kín biến thiên thì trong khung dây sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng. Theo định luật Faraday và quy tắc Lenx thì sức điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch có giá trị bằng và ngược dấu với tốc độ biến thiên của từ thông: Trường hợp mạch điện hở, chẳng hạn một thanh dây dẫn chuyển động trong từ trường, trong thanh dây dẫn sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng. khi thanh dây dẫn chuyển động thẳng góc với các đường sức từ, sức điện động cảm ứng xuất hiện trong thanh là: - d e d t    e Bl v 57 Định luật cảm ứng điện từ. 58  1.2.2. Định luật lực từ 1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN Khi cho một thanh dẫn có dòng điện I chạy qua đặt trong một từ trường đều , thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của một lực điện từ xác định theo biểu thức: [ . ] F I l B     Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái B I F đt 59 1.3. NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA MÁY ĐIỆN  1.3.1. Chế độ máy phát điện  Xét nguyên tắc sau: dùng cơ năng từ một động cơ sơ cấp tác dụng vào một thanh dẫn một lực cơ học F cơ làm cho nó chuyển động với một vận tốc v trong từ trường của một nam châm N-S. Trong thanh dẫn sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng có độ lớn xác định theo: e Blv  Cơ năng điện năng. 60 Nếu nối hai đầu thanh dẫn vào điện trở tải R, qua R sẽ có dòng điện i. Nếu bỏ qua sụt áp trên thanh dẫn ta có thể viết: u = e Công suất máy phát điện cung cấp cho tải là: P đ = ui = ei Dòng điện i nằm trong từ trường lại chịu tác dụng của một từ lực F đt = iBl có chiều như hình vẽ 1.3.1. Chế độ máy phát điện. [...]... trình cân bằng điện áp sơ cấp 6.3.2 Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp  Mạch thứ cấp gồm sức điện động e2, điện trở dây quấn R2, điện cảm tản thứ cấp L2, điện áp đưa ra tải u2, tổng trở tải Zt Sơ đồ mạch tương đương như R2 L2 hình vẽ: Trong mạch sơ cấp gồm có các đại lượng: nguồn điện áp u1 , sức điện động e1, điện trở dây quấn sơ cấp R1, điện cảm tản L1 Sơ đồ mạch tương đương có thể biểu diễn như... cấp 1 Dòng điện ngắn mạch Do tổng trở Z2’ rất nhỏ so với nhánh từ hóa Zth nên một cách gần đúng có thể bỏ qua nhánh từ hóa Dòng điện sơ cấp lúc này là dòng điện ngắn mạch I1n Phương trình cân bằng điện áp: Vì tổng trở ngắn mạch Zn rất nhỏ nên dòng điện ngắn mạch In thường lớn gấp 1025 lần dòng điện định mức, gây nguy hiểm cho MBA đang vận hành và các phụ tải 2 Điện áp ngắn mạch Khi ngắn mạch điện áp...1.3.2 Chế độ động cơ điện Điện năng Cơ năng 1.3.1 Chế độ máy phát điện • Khi máy quay với một tốc độ khơng đổi thì lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp: Fcơ = Fđt • Nhân hai vế với vận tốc v ta có:  Fcơ v = Fđt.v = iBlv = ei Cung cấp một điện áp u cho thanh dẫn đặt trong từ trường đều của một nam châm N-S, qua thanh sẽ có dòng điện i Theo định luật lực từ thanh dẫn... Bài 13: Một máy biến áp ba pha Y/Y cung cấp điện cho tải nối , điện trở mỗi pha của tải R = 6 Máy biến áp có các số liệu sau: U1đm = 3000V ; U2đm = 230V; R1 = 2,41 ; X1 = 4,42; R2 = 0,0142; X2 = 0,026 Tính dòng trong mỗi pha của tải, điện áp đặt vào mỗi pha của tải và cơng suất tải tiêu thụ khi điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức ĐS: I2P = 37,79A; UP2 = 226,76V; Pt = 25705,51W 82 Bài. .. động cơ điện tương tự dây quấn sơ cấp MBA, do đó ta có phương trình cân bằng điện áp là:    U 1 Z 1I 1 E 1 Z 1 R1  jX 1 là tổng trở dây quấn stator R1 là điện trở dây quấn stator X1 = 2f L1 là điện kháng tản dây quấn stator, E1 là sức điện động pha stator do từ thơng của từ trường quay sinh ra, có trị số là: E1  4,44 f W1k1 m 60 f (1  s) vòng/phút p 30 5 3.6.2 Phương trình cân bằng điện mạch... thích hiện tượng sụt áp ở lưới điện thường xảy ra vào các giờ cao điểm Để có thể điều chỉnh giá trị của điện áp U2 trên tải theo u cầu người ta thay đổi số vòng dây của MBA trong khoảng  5% (thường thay đổi số vòng cuộn cao áp vì ở dây dòng nhỏ dễ thực hiện)    1 Tổn hao điện Pđ Đây là tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp Pđ1 và thứ cấp Pđ2 Giá trị tổn hao điện phụ thuộc vào dòng tải 2 '... pha có R1 = 200 ; R2 = 2 ; điện cảm tản L1 = 50mH; L = 0,5mH ; w1/w2 = 10 Sơ cấp máy biến áp nối với máy phát hình sin, có tần số f = 5000Hz, điện trở trong Rtr = 1600 ; sđđ E = 100V Thứ cấp nối với tải có Rt = 16 Tính cơng suất tải tiêu thụ và điện áp trên tải 78 13   Bài 10: Trong thí nghiệm ngắn mạch của một máy biến áp một pha 75KVA ; 6600V/230V người ta tăng dần điện áp sơ cấp từ 0 đến khi... 1.1.1 Định nghĩa Máy biến áp (MBA) là một thiết bị điện từ tĩnh dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác với cùng một tần số MBA ~ U1, I1, f 3 Bên trong 1 máy biến áp U2, I2, f 4 Hình dạng tiết diện lõi thép MBA 1.1.2 Cấu tạo:  Cấu tạo của MBA gồm 2 bộ phận chính là: lõi sắt từ và các cuộn dây quấn - Cuộn dây W1 nối với nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp - Cuộn dây W2 nối với tải... Tốc độ quay của rotor: n - Nếu n = n1: Máy điện đồng độ - Nếu n  n1: Máy điện khơng đồng độ  Theo cấu tạo có hai loại: - MĐ rotor dây quấn - MĐ rotor lồng sóc Theo cơng suất chia ra:   5 Trong sản xuất, máy điện khơng đồng bộ (asynchronous motor) chủ yếu được dùng làm động cơ Hiện nay đa số các động cơ điện dùng trong sản xuất và đời sống đều là động cơ điện khơng đồng bộ vì cấu tạo đơn giản, dễ... 3 pha - P . tĩnh Máy điện tĩnh Máy điện một chiều Máy điện một chiều Máy điện Máy điện Máy điện quay Máy điện quay Máy điện xoay chiều Máy điện xoay chiều Máy điện đồng bộ Máy điện đồng bộ Máy điện Không. Lưu Thế Vinh, Kỹ thuật điện, 2006. ĐH Đà Lạt http://ebook.moet.gov.vn [2] Lưu Thế Vinh. Bài giảng kỹ thuật điện. 2010  Tài liệu tham khảo [1]. Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh. Kỹ thuật điện. Nxb công trình Đơn Dương, thủy điện Đại Ninh, thủy điện Đồng Nai 2). 26 Nhà máy thuỷ điện Yaly  Nhà máy thuỷ điện Yaly là tổ hợp kỹ thuật điều hành công trình thủy điện Yali trên sông Sêsan. Nhà