Đề cương ôn tập kỹ thuật điện

Nguyờn lý làm việc của mỏy phỏt điện đồng bộ 3 pha: Khi động cơ sơ cấp quay Roto mỏy phỏt điện tới tốc độ định mức, mỏy phỏt điện 1 chiềuNguồn kớch từ thành lập được điện ỏp và cung cấp

I: M¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc

Câu 1: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha 2 dây quấn.

Trả lời:

a) Cấu tạo: Gồm 2 phần chính là lõi thép và dây quấn

+) Lõi thép: Gồm các lá thép kỹ thuật điện dày 0,1; 0,2; 0,35; 0,5mm được dập và gép cách điện với nhau Lõi thép gồm có phần trụ để cuốn dây và nối giữa các trụ là gông từ

+) Dây quấn: Bằng Đồng hoặc Nhôm, có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật, có bọc cách điện và các dây quấn sơ cấp(w1) được nối với nguồn, còn các dây quấn thứ cấp(w2) được nối với tải Các dây quấn cách điện với trụ và cách điện với nhau

+) Ngoài ra còn có vở máy, dầu làm mát và sứ cách điện

b) Nguyên lý hoạt động

+) Cấp điện áp u 1 = Usint (V) vào cuộn sơ cấp w1 của MBA thì trong cuộn w1 sẽ có dòng điện i1

sinh ra từ thông trong lõi thép có giá trị c =  max sin t Từ thông cbiến thiên sinh ra trong cuộn w1 một sức điện động là e1 = -w 1 dt

dc

Từ thông  0

móc vòng biến thiên sinh ra trong cuộn w2

một sức điện động là e 2 = -w 2 dt

dc

+) Nếu ta nối phía thứ cấp của máy biến áp với tải thì sẽ có dòng điện i2 chạy qua và điện áp u2 rơi trên tải

E 1 = 4,44w 1 maxf

E 2 = 4,44w 2 maxf

Câu 2: Thành lập các phương trình mô tả quá trình điện từ trong MBA Phân tích ý nghĩa năng

lượng của phương trình cân bằng sức từ động

Trả lời:

a) Các phương trình cân bằng điện áp trong MBA

+) Phương trình cân bẳng điện áp trong cuộn sơ cấp w1

u1, i1, e1, et1, tổn hao đồng trong cuộn sơ cấp w1 gọi là R1

I1.R1 – U1 = E1 + Et1

 U1 = -E1 + I1(R1 + j.X1)

 U1 = -E1 + I1.Z1

+) Phương trình cân bẳng điện áp trong cuộn sơ cấp w2

u1, i1, e1, et1, tổn hao đồng trong cuộn sơ cấp w2 gọi là R2

I2.R2 – U2 = E2 + Et2

 U2 = E2 - I2(R2 + j.X2)

 U2 = E2 - I2.Z2

Chú ý: I, U, E viết dưới dạng số phức (có dấu chấm trên đầu)

b) Phương trình cân bằng từ trong MBA

Vì cuộn sơ cấp và thứ cấp trong MBA không có sự liên hệ với nhau về điện mà chỉ có sự liên hệ về

từ, vì vậy ta có phương trình cân bằng từ trong MBA

Áp dụng ĐL bảo toàn mạch điện:

Hl = I w

+) Máy biến áp chạy không tải: i2 = 0; i1 # 0

i 1 w 1 = Hl = l

S.

.





+) Máy biến áp có tải: i1 # 0; 12 # 0

i 2 w 2 + i 2 w 2 = Hl = l

S.

.

'





c) Phân tích ý nghĩa năng lượng của phương trình cân bằng sức từ động:

Câu 3: Thành lập sơ đồ thay thế đầy đủ của MBA một pha hai dây quấn? Tại sao phải đảm bảo

điều kiện quy đổi khi thành lập sơ đồ thay thế MBA?

Trả lời

a) Thành lập sơ đồ:

Giả thiết MBA là lý tưởng: w1 = w2

 E1 = E'

2 = k.E2 Các quá trình xảy ra trong MBA trước và sau khi quy đổi là không thay đổi

k

I I E I E

2

' 2

' 2 2

2    (I, E dưới dạng số phức, có chấm trên đầu)

2 2 ' 2

' 2 2 ' 2 2

2

2 2 ' 2

' 2 2 ' 2 2

2

t

t k z

z' 2

 (z t R t  j.X t)

2

' 2

' 2

'

2 ;U ;R ;X ;z t

I là các tham số ở phía thứ cấp của MBA đã quy đổi về phía sơ cấp của MBA

Sơ đồ thay thế đầy đủ của MBA

b) Người ta phải đảm bảo đk quy đổi khi thành lập sơ đồ thay thế của MBA bởi vì điều kiện quy đổi

là bảo toàn năng lượng, công suất trên các phần tử trước và sau khi quy đổi bằng nhau

Câu 4: Trình bày cách xác định các thông số của dây quấn, lõi thép máy biến áp bằng hai thí

nghiệm không tải và ngắn mạch?

Trả lời

a) Thí nghiệm không tải:

Đặt điện áp U1 = U1dm

Thứ cấp hở mạch: i2 = 0

Ta có: k =

2

1

E

E



2

1

U U

P

 = P R1 + P R th = R 1 I2

0 + R th I2

0

Vì R 1 << R th nên P = R th I2

0 = P st = P0

 R th = 2

0

0

I

P

; z th =

0

1

I

U

=

0

1

I

; X th = 2 2

th

th R

z 

b) Thí nghiệm ngắn mạch:

Ta có:

R n = R 1 + R 2

X n = X 1 + X 2 









2 / 2 /

2 1 2 1

n n

X X X

R R R

Do w 1 = w 2

n

d I R I R I R

1

' 2 2 ' 2 1

2

1  





R n = 2

1dm

n

I

p

; z n =

dm

I

U

1

1

; X n = 2 2

n

n R

z 

R 2 = ' 2

2/ k

2/ k

X

Câu 5: Vẽ giản đồ năng lượng của MBA 1 pha 2 dây quấn Các tổn hao trong MBA phụ thuộc vào

những yếu tố nào? Viết biểu thức tính hiệu suất và vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiện suất MBA vào hệ số phụ tải

Trả lời

a) Giản đồ năng lượng của máy biến áp một pha hai dây quấn:

b) Các tổn hao trong MBA phụ thuộc:

+) Tổn hao đồng trên dây quấn sơ cấp w1 :

1

2

1

1 I R

P đ 



+) Tổn hao sắt từ : P st P0

+) Tổn hao đồng trên dây quấn sơ cấp w2 :

2

2

2

2 I R

P đ 



c) Biểu thức tính hiệu suất:

% 100

% 100

.

(%)

2

2 1

2

đ

st P P P

P P

P















) (

2 1

2 1

' 2

2 1 1

2 1

' 2 2 ' 2 1

2

1R I R I R I R R R I

P dt      

1 = k2pt.P n

0

P

P st 



Ta có:

P 2 = U 2 I 2 cos 2 = U 2dm I 2 cos 2

= U 2dm k pt I 2dm cos 2= S dm k pt cos 2

Để hiệu suất MBA đạt max thì đạo hàm riêng:

n

ptgh

P k

k

0

0  







III Máy phát điện đồng bộ 3 pha

Cõu 1: Cấu tạo và nguyờn lý làm việc của mỏy phỏt điện đồng bộ 3 pha.

Bài làm:

1 Cấu tạo của mỏy phỏt điện đồng bộ 3 pha:

Mỏy phỏt điện đồng bộ cũng như cỏc loại mỏy khỏc cú phần tĩnh phần quay và đặc biệt cú thờm phần nguồn kớch từ

a phần tĩnh (Stato)

cú cấu tạo như phần tĩnh mỏy điờn khụng đồng bộ, gồm lừi thộp, dõy quấn, voe và nắp mỏy Lừi thộp stato được ộp bằng cỏc là tụn silic dầy 0.35+0.5mm hai mặt phủ sơn cỏch điện dọc chiều dài lừi cứ cỏch khoảng 3 đến 6cm lại cú một rónh thụng giú ngang trục rộng 10mm dõy quấn stato là dõy quấn 3 pha trục cỏc dõy quấn lệch nhau 120o và thường được nối sao vỏ mỏy và thõn mỏy thường được làm băng gang hoặc thộp đỳc dựng để bảo vệ dõy quấn và đỡ trục rụto

b phần quay(Roto)

Là một nam chõm điện gồm lừi thộp và dõy quấn kớch thớch Rụto mỏy điện đồng bộ 3 pha cú

2 kiểu:

- kiểu cực ẩn: được làm bằng thộp hợp kim chất lượng cao, dạng hỡnh trụ, mặt ngoài cú rónh để

để đặt dõy quấn kớch từ phần khụng cú rónh Roto chớnh là mặt cực từ.dõy quấn kớch từ là dõy đồng tiết diện hỡnh chữ nhật đặt trong rónh Roto để cú định và ộp chặt dõy quấn kớch từ trong rónh Hai đầu của dõy quấn kớch từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt đặt ở đầu trục thụng qua hai chổi than để nối với nguồn kớch từ 1 chiều

- Roto kiểu cực lừi: được làm từ những tấm thộp dầy 1 đến 6mm rồi ghộp lại với nhau cực từ

cố định trờn lừi thộp nhờ đuụi hỡnh chữ T hoặc bằng cỏc bulụng xuyờn qua mặt cực và vớt chặtvào lừi thộp Roto Dõy quấn kớch từ là dõy đồng tiết diện hỡnh chữ nhật quấn thành quận

và lồng vào cỏc thõn cực

c Nguồn kớch từ: Dựng để cung cấp dũng điện 1 chiều cho dõy quấn kớch từ của phần cảm thường thỡ nguồn kớch từ là một mỏy phỏt điện 1 chiều tự kớch song song

2 Nguyờn lý làm việc của mỏy phỏt điện đồng bộ 3 pha:

Khi động cơ sơ cấp quay Roto mỏy phỏt điện tới tốc độ định mức, mỏy phỏt điện 1 chiều(Nguồn kớch từ) thành lập được điện ỏp và cung cấp dũng điện kớch từ cho dõy quấn phần mỏy phỏt đồng bộ phần cảm trở thành 1 nam chõm điện, từ trường của phần cảm cắt qua cỏc thanh dẫn dẫn của day quấn phần ứng và cảm ứng ra hệ thống sức điện động hỡnh sin ba pha đối xứng nếu phần cảm của mỏy phỏt đồng bộ cú p đối cực từ tốc độ quay roto là n, thỡ tần số sức điện động sẽ là: f 60pn

Biểu thức giỏ trị tức thời của hệ thống sức điện động cảm ứng ba pha sinh ra trong dõy quấn phần ứng được viết như sau: e^ E m Sint;

( 120 0 )



e B m  ; ( 240 0 )



e C m 

trị số hiệu dụng sức điện động cảm ứng trong mỗi pha dõy quấn phần ứng: e0  4 , 44fwk dq 0

trong đú  0 là từ thông dới mỗi cực từ, w là số vòng dây 1 pha, Kdq là hệ số dây quấn

Khi hệ thống sức điện động ba pha thành lập đã ổn định, đóng cầu giao để cung cấp dòng điện ba pha cho phụ tải, hệ thống dòng điện này sẽ sinh ra từ trờng quay Stato quay với tốc độ

P

f

n1 60

Dễ thấy n1=n

Câu 2: trình bầy các loại từ thông và SĐĐ trong máy phát điện đồng bộ 3 pha?

Bài làm:

Cỏc loại từ thụng và sức điện động trong mỏy điện đồng bộ gồm 3 loại sau:

+ từ thụng chớnh  0: được gọi là từ thụng chớnh và sinh ra SĐĐ E0

+ từ thụng tản phần ứng t: chỉ múc vũng với dõy quấn stato và sinh ra SĐĐ tản Et, tỉ lệ với dũng điện phụ tải sinh ra sức điện động phụ tải chậm sau dũng điện 90o đặc trưng cho SĐĐ tản bằng

1 điện ỏp rơi do dũng điện phần ứng gõy nờn trờn điện khỏng tản Xt Et  j I X t

+ từ thụng phần ứng u: là từ thụng phần ứng chạy qua cả lừi thộp stato và roto, sinh ra SĐĐ

Eư Cú thể đặc trưng SĐĐ E bằng 1 điện áp rơi trên một điện kháng gọi là điện kháng đồng bộ

Eu Et  j I (X t X u) j IX db

Cõu 4: Xõy dựng đường đặc tớnh khụng

tải, đặc tớnh ngoài và đặc tớnh điều

chỉnh của mỏy phỏt điện đồng bộ 3 pha

(coHV)

Bài làm:

1 Đặc tính không tải:

Biểu diễn mối quan hệ giữa sự thay đổi sức điện động E0 cảm ứng trong dây quấn phần ứng với dòng

điện kích từ Ikt trong điều kiện tốc độ động cơ sơ cấp không thay đổi và mạch ngoài của máy phát hở: E0 = f(Ikt) khi n = cosnt và I = 0

đặc tính không tải có dạng đờng cong từ hoá vật liệu sắt từ chế tạo lõi thép

2 Đặc tính ngoài:

Khi máy phát điện đồng bộ mang tải, dòng điện phụ

tải sẽ gây nên điện áp rơi trên điện trở và điện kháng

đồng bộ dây quấn phần ứng làm cho điện áp hai cực

của máy phát thay đổi Sự thay đổi của điện áp phụ

thuộc vào độ lớn và tính chất của phụ tải đặc tính

ngoài của máy phát biểu diễn mối quan hệ giữa điện

áp U trên 2 cực với dòng điện phụ tải I khi giữ cho

dòng điện kích từ Ikt, hệ số công suất Cosφ và tốc độ

động cơ sơ cấp n không thay đổi Đối với phụ tải

thuần trở hoặc tải mang tính cảm thì khi phụ tải tăng

điện áp U sẽ giảm còn với phụ tải mang tính dung

thì ngợc lại điện áp U tăng

3 Đặc tính điều chỉnh:

Phần lớn các phụ tải trong thực tế đều yêu cầu điện

áp cung cấp phải bằng hàng số Mặc dù phụ tải thay

đổi để đạt đợc điều đó có ngời ta thờng thay đổi

dòng điện kích từ Ikt Đặc tính điều chỉnh mô tả quan

hệ giữa dòng điện kích từ với dòng điện phụ tải khi

giữ cho điện áp trên cực máy phát U tốc độ động cơ

sơ cấp n và hệ số côngsuất Cosφ không thay đổi Ikt

= f(I)khi U,n,Cosφ = const

IV: Mỏy điện 1 chiều

Câu 1: Cấu tạo của máy điện 1 chiều? Nguyên lý

làm việc của máy phát điện và động cơ điện một

chiều?

Bài làm:

 Cấu tạo: MĐ1C gồm 2 phần chính:

+ stato đợc gọi là phần cảm, có tác dụng tạo ra rừ thông chính cho máy

+ Roto đợc gọi là phần ứng có tác dụng trực tiếp biến đổi năng lợng của máy

1 phần cảm: gồm 2 bộ phận chính hợp thành:

a vỏ máy làm từ thép đúc đồng thời nó cũng là mạch từ

b Cự từ có 2 loại: cực từ chính có tác dụng tạo ra từ trờng chính cho máy mỗi khi đợc cung cấp dòng điện kích từ Nó gồm 2 phần dây quấn và lõi thép Loại thứ 2 là cực từ phụ có kích thớc

bé hơn cực từ chính, nó có tác dụng cải thiện quá trình làm việc của MĐMC mỗi khi nó làm việc có phụ tải hai laọi cựctừ này đợc xen kẽ nhau và các cực từ cùng loại đợc đặt đối xứng với nhau qua tâm vỏ Chúng đợc giữ chặt với vỏ nhờ bulông, các loại cực từ này kết hợp với vỏ máy tạo thành hệ thống mạch từ phần cảm của MĐMC

2 phần ứng: gồm các bộ phận nh trục, lõi thép, dây quấn và cổ góp điện

a trục đợc chế tạo bằng lõi thép, khi 2 đầu trục đợc đặt lên ổ đỡ nó cho phép phần ứng quay nhẹ nhàng và đồng tâm trong lòng phần cảm

b lõi thép: đợc chế tạo từ những lá thép kỹ thuật điện, có chiều dầy quy định 0,35 hoặc 0.5 mm

c dây quấn: là một bộ phận rất quan trọng vì nó là phần trực tiếp biến đổi các quá trình điện từ xẩy ra khi máy làm việc Dây quấn của MĐMC đợc tạo thành từ nhiều phần tử dây quấn, chúng đợc mắc nối tiếp với nhau qua các phiến góp của cổ góp điện mà tạo thành một mạch vònh khép kín

d Cổ góp điện: là một bộ phận không thể thiều đợc đối với MĐMC vì khi làm việc oẻ chế độ máy phát nó có tác dụng chỉnh lu dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều Còn khi làm việc ở chế độ động cơ nó có tác dụng biến dòng 1 chiều đa vào 2 cực từ thành dòng xoay chiều Cổ góp đợc chế tạo từ những phiến góp và làm bằng đồng đỏ sau đó đợc ghép cách điện với nhau mà tạo thành cổ góp điện

 Nguyên lý làm việc của máy phát điện và động cơ điện một chiều?

1 nguyên lý làm việc của máy phát điện

MD1C chiều:

- xét dây quấn phần ứng gồm một phần tử

nối với 2 phiến 1, 2, đổi chiều

- Xét phần ứng là khung a,b,c,d sử dụng

động cơ sơ cấp để quay phần ứng thì thanh

AB và CD sẽ cắt từ trờng của cực từ và cảm

ứng các sức điện động Chiều của sức điện

động xác định bằng quy tắc bàn tay phải

sức điện động của khung dây ABCD bằng

2 lần sức điện động của thanh dẫn Khi ta

nối 2 phiến 1, 2 với tải thì trên tải sẽ có

dòng điện đi từ 1 đến 2 và điện áp của máy

pháp điện sẽ có cực dơng ở 1 và cực âm ở

2 khi ABCD quay đợc nửa vòng thì vị trí

của thanh ABCD thay đổi Lúc này AB

chuyển xuống S, CD chuyển sang N làm

cho sức điện động trong thanh dẫn đổi

chiều nhờ phiến 1, 2 dẫn đến chiều dòng điện ở mạch ngoài không đổi ta có máy phát điện có cực dơng ở 1 cực âm ở 2

Phơng trình cân bằng điện áp: U E u  I u R u với

E là sức điện động phần ứng

U là điện áp ở đầu cực máy

R là điện trơ dây quấn phần ứng

IR là điện áp rơi trên dây quấn phần ứng

2 Nguyên lý làm việc của máy động cơ điện 1 chiều:

- khi ta cho điện áp 1 chiều vào 2 phiến 1,2 thì khung ABCD có dòng điện I các thanh dẫn ABCD có dòng điện chạy qua nằm trong từ trờng sẽ chịu tác dụng của lực điện từ theo quy tắc bàn tay trái tác dụng của lực điện từ làm cho khung quay Khi khung quay đợc nửa vòng vị trí của thanh AB và CD đổi chỗ cho nhau nhờ phiến góp 1,2 đổi chiều dòng điện giữ cho lực điện

từ tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều không đổi

Phơng trình cân bằng điện áp: U E u I u R u

Cõu 3: Cỏc nguyờn nhõn chớnh gõy ra tia lửa điện trờn vành đổi chiều và cỏch khắc phục?

Bài làm:

1 Các nguyên nhân chính:

a Nguyên nhân cơ khí:

- Do lâu ngày các chổi than bị mài mòn hoặc do lực tỳ của lò so bị yếu

- Do bề mặt của cổ góp điện không còn đợc nhẵn, bị rỗ gồ ghề hoặc bị méo

- Do ổ trục lâu ngày bị mòn, không còn đồng tâm nữa, làm lực tỳ của các lò so lên chổi than không đồng đều

- Do lực ma sát quá lớn làm máy phát điện quay chậm khi điện áp lên nó đủ lớn

b. Nguyên nhân về điện tử:

nguyên nhân này là nguyên

nhân bẩm sinh của MD1

- khi chổi than khác cực tính đợc

đặt cố định ở vị trí thích hợp ở

trên bề mặt của cổ góp điện thì

số đôi mạch nhánh a của dây

quấn phần ứng hình thành Vì

thế khi phần ứng quay thì các

phần tử dây quấn sẽ lần lợt

thay nhau chuyển dịch từ mạch

nhánh chịu ảnh hởng của cực

từ chính này sang chịu ảnh

h-ởng của cực từ chính khác tên

khác, do đó sức điện động và

dòng trong các phần tử đổi

chiều đó sẽ đổi chiều Nếu hiện

tợng chỉ nh vậy thì sự đổi chiều không gây ra tia lửa điện, đó là đổi chiều đờng thẳng nhng thực tế dòng điện trong phần tử đổi chiều i biến thiên từ +Ia đến –Ia làm cho từ thông Фa sinh

ra trong phần tử đó cũng đổi chiều từ + Фa đến - Фa đó là nguyên nhân gây ra SĐĐ tự cảm eL ngay trong phần tử đổi chiều, do vậy quá trình đổi chiều bị chậm đi so với đổi chiều đờng thẳng, vì thế mà tia lửa điện xuất hiện khi chổi than bắt đầu tiếp xúc với phiến góp 2

2 Cách khắc phục

a Nguyên nhân cơ khí: cần phải quan tâm bảo dỡng, phát hiện hỏng hóc cần sửa chữa ngay

b Nguyên nhân về điện tử: phải dùng tới cực phụ để loại trừ tổn hại của các loại SĐĐ trên, đặc biệt là SĐĐ eL, vì thế khi tính toán chế tạo cực phụ ngoài việc khắc phục hiện tợng phản ứng phần ứng ta còn phải tăng trị số của từ trờng cực lên khoảng 20 đến 30% so với từ trờng Ф0 để khắc phục hiện tợng đổi chiều dòng điện thì SĐĐ eL và eP đợc loại trừ Tia lửa hoàn toàn đợc khắc phục

Cõu 4: Xõy dựng đặc tớnh ngoài, đặc tớnh điều chỉnh của mỏy phỏt điện 1 chiều kớch từ độc lập và mỏy phỏt điện một chiều tự kớch song song

1 1 Đặc tính ngoài

a máy phát điện một chiều kích từ độc lập:

Do phơng pháp cung cấp

dòng điện kích từ mà độ

sụt áp ΔU U chỉ phụ thuộc

vào 2 yếu tố là độ sụt áp

trên điện trở R và hiện

t-ợng phản ứng phần ứng

làm cho sức điện động E

giảm, kéo theo điện áp

giảm còn nguồn kích từ

không bị ảnh hởng vì nó

hoàn toàn độc lập với

phần ứng của máy phát

điện Do nguồn kích từ

độc lập nên khi sấy ra

ngắn mạch điện áp trên

cực máy sẽ băng 0, dòng

điện I tăng tới trị sô Inm

dòng điện này rất lớn thờng bằng từ 10 đến 20 lần Idm của nó

để tránh hiện tợng này khi làm việc phải có cầu chì để bảo vệ đề phòng hiện tợng ngắn mạch sẩy ra

b máy phát điện tự kích song song

đối với loại máy MPD1C

kích từ song song , trong

quá trình làm việc có thể

sẩy ra 2 khả năng làm

máy điện bị ngắn mạch

Nếu nh hiện tợng ngắn

mạch sẩy ra đột ngột

hiện tợng này cũng giống

nh MPD1C kích từ độc

lập Dòng điện ngắn

mạch rất lớn Nếu nh sẩy

ra ngắn mạch từ từ thì

dòng điện ngắn mạch lúc