Giáo trình máy điện 1

Bài 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 1. Các định luật cơ bản dùng trong máy điện 1.1 Định luật lực điện từ (định luật Laplace): 1.2 Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday): 2. Định nghĩa và phân loại máy điện 2.1. Các loại máy điện và vai trò của chúng trong nền kinh tế quốc dân: Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lí làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Về cấu tạo máy điện gồm các mạch từ (Lõi thép) và mạch điện (các dây quấn), dung để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại biến đổi điện năng thành cơ năng ( động cơ điện), hoặc dung để biến đổi thông số như biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha… 5. Phát nóng và làm mát máy điện Trong quá trình làm việc có tổ hao công suất. Tổn hao trong máy điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy) trong thép, tổn hao đồng trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay). Tất cả các tổn hao năng lượng đề biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện Bài 2: MÁY BIẾN ÁP 2.1. KHÁI NIỆM CHUNG 2.1.1. Vai trò và công dụng. Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (hình 21). Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề đặt ra là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất. 2.2. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP Các đại lượng định mức của máy biến áp do xưởng chế tạo qui định để cho máy có khả năng làm việc lâu dài và tốt nhất. Gồm các đại lượng sau: + Điện áp định mức. + Dòng điện định mức. + Công suất định mức. 2.3.2. Dây quấn máy biến áp. Nhiệm vụ của dây quấn máy biến áp là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng (hoặc nhôm), có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn có cách điện với nhau và các dây quấn cách điện với lõi thép. Dây quấn máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn. Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ, thì dây quấn thấp áp đặt sát trụ thép, dây quấn cao áp đặt lồng ra ngoài. Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện

Bài 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Các định luật dùng máy điện 1.1 Định luật lực điện từ (định luật Laplace): Khi dẫn với chiều dài l mang dòng điện i đặt thẳng góc với từ cảm B (đường sức từ trường, trường hợp thường gặp động điện) Nó chịu lực điện từ F:    f = i l ∧ B Chiều Có trị Trong B: l: độ lớn lực f xác định tích vectơ: số: F = i.l.B (i ⊥B)=90° (1-5) đó: từ cảm có đơn vị (T) chiều dài tác dụng dẫn đơn vị (m) Hình 1.6 Qui tắc bàn tay trái i: dòng điện đo ampe (A) F: lực điện từ đo Niuton (N) Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái: Để cho đường sức từ đâm vào lòng bàn tay trái, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều dòng điện chiếu ngón tay chãi chiều lực điện từ 1.2 Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday): a Trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua dòng dây(định luật Lenxơ): Hình 1.4 Sức điện động vòing dây có từ thông biến thiên Giả sử ta có vòng dây, từ thông qua diện tích vòng dây Φ Qui ước chiều dương cho vòng dây sau: Vặn vặn nút chai theo chiều tiến từ thông chiều xoay vặn nút chai chiều dương vòng Khi từ thông Φ biến thiên xuyên qua dòng dây dẫn, vòng dây cảm ứng sức điện động Nếu chiều suất điện động cảm ứng phù hợp với chiều chọn, có giá trị dương ngược lại có giá trị âm Cho nam châm lại gần dịch xa vòng dây để làm thay đổi từ thông qua vòng làm xuất sức điện động cảm ứng vòng dây Nếu từ thông biến thiên nhanh s.đ.đ lớn Như s.đ.đ cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông Nếu thời gian dt, từ thông qua vòng biến thiên lượng dΦ trị số sức điện động cảm ứng vòng dây đựơc viết theo công thức Maxwell sau: e = - dΦ/dt − w.dΦ dψ =− dt dt Nếu cuộn dây có w vòng, sđđ cảm ứng cuộn dây là: e = Trong đó: Ψ =w.Φ từ thông móc vòng cuộn dây Đơn vị Webe (Wb) b Trường hợp dẫn chuyển động từ trường: Một dẫn có chiều dài l, chuyển động với vận tốc v vuông góc với đường sức từ trường (thường gặp máy phát điện), dẫn cảm ứng sđđ e từ trường đứng yên có từ cảm B e = B.v.l (v B hợp với góc 90°) (1.4) Trong đó: B: cảm ứng từ tính T (tesla) L: chiều dài dẫn nằm từ trường, đo mét (m) Hình 1.5 Qui tắc bàn tay phải v: vận tốc dẫn đo m/s Chiều s.đ.đ cảm ứng xác định theo qui tắc bàn tay phải: Cho đường sức từ đâm vào lòng bàn tay phải, chiều ngón tay chãi chiều chuyển động dẫn chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều sức điện động Định nghĩa phân loại máy điện 2.1 Các loại máy điện vai trò chúng kinh tế quốc dân: Máy điện thiết bị điện từ, nguyên lí làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ Về cấu tạo máy điện gồm mạch từ (Lõi thép) mạch điện (các dây quấn), dung để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại biến đổi điện thành ( động điện), dung để biến đổi thông số biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha… Máy điện gặp nhiều ngành kinh tế công nghiệp, giao thông vận tải…và dụng cụ sinh hoạt gia đình 2.2 Phân loại: Máy điện có nhiều loại khác có nhiều cách phân loại: theo công suất, cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện (xoay chiều, chiều) nguyên lí làm việc vv… • Theo chức năng:  Các lọai máy phát điện để biến thành điện  Các lọai động điện để biến điện thành  Các lọai máy biến áp để truyền tải phân phối điện • Theo cấu tạo trạng thái làm việc phân làm lọai sau  Máy điện đứng yên: Máy biến áp  Máy điện quay: Dựa vào lưới điện chia thành loại nhỏ: máy điện xoay chiều máy điện chiều Máy điện xoay chiều phân thành máy điện đồng bộ, máy điện không đồng máy điện xoay chiều có vành góp Có thể mô tả hình vẽ sau: Máy biến áp Động không đồng Máy phát không đồng Động đồng Máy phát đồng Động chiều Máy phát chiều Máy điện Máy điện quay Máy điện tĩnh Máy điện chiều Máy điện xoay chiều Máy điện không đồng Máy điện đồng Hình 1.1 Phân loại máy điện Nguyên lý máy phát điện động điện Tính thuận nghịch máy điện: Máy điện có tính thuận nghịch nghĩa làm việc chế độ mày phát điện động điện 3.1 Chế độ máy phát điện: Cho động điện sơ cấp, dẫn chuyển động với vận tốc v từ trường nam châm N - S, dẫn cảm ứng sức điện động e - Nếu nối cực dẫn điện trở R tải dòng i chạy dẫn cung cấp điện cho tải - Nếu bỏ qua điện trở dẫn điện áp đặt vào tải u ≈ e Công suất điện máy phát cung cấp cho tải : P = U.I = e i Dòng điện i nằm từ trường , từ trường chịu tác dụng lực điện từ F dt = B.i.l có chiều hình vẽ Khi máy quay với tốc độ không đổi, lực điện cân F =F với lực sơ cấp động sơ cấp dt F v = F v=B.i.l.v=e.i dt Như công suất động sơ cấp P = F V biến đổi thành công cơ suất điện P = ei nghĩa biến đổi thành điện đ độ động điện: Chế Cung cấp điện cho máy điện điện áp U nguồn điện gây dòng điện i dẫn, tác dụng từ trường có lực điện từ F = Bil tác dụng dt lên dẫn làm dẫn chuyển động với tốc độ v Công suất điện đưa vào động cơ: P = u.i = e.i = B.i.l = F v Như công suất điện P = u.i đưa vào động biến dtthành công suất (P = F v) trục động điện biến thành dt Ta nhận thấy thiết bị điện từ tùy vào dạng lượng đưa mà máy điện làm việc chế độ máy phát điện đông điện Đây tính chất thuận nghịch loại máy điện Sơ lược vật liệu chế tạo máy điện + Vật liệu tác dụng: gồm vật liệu dẫn điện dẫn từ chủ yếu để chế tạo dây quấn lõi thép + Vật liệu cách điện dùng để cách điện phận dẫn điện không dẫn điện phận dẫn điện với + Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo chi tiết máy phận chịu lực tác dụng học ổ trục, vỏ máy, nắp máy …Trong máy điện, vật liệu kết cấu thường gang, thép lá, thép rèn, kim loại máy hợp kim chúng, chất dẻo Ta xét sơ lược đặc tính vật liệu dẫn từ, dẫn điện cách điện dùng chế tạo máy điện 4.1 Vật liệu dẫn điện: Đồng (Cu) nhôm (Al) Chúng có điện trở bé, chống ăn mòn tốt, tùy theo yêu cầu cách điện độ bền học ta dùng hợp kim đồng nhôm 4.2 Vật liệu dẫn từ: Người ta dùng thép kĩ thuật, thép thông thường thép đúc, thép rèn để chế tạo mạch từ Các thép kĩ thuật điện (tôn silic) thường có mã hiệu: ∋11, ∋12, ∋13, ∋22, ∋32, ∋310 Trong đó: + ∋ thép kĩ thuật + Số thứ hàm lượng tôn silic chứa thép, số cao hàm lượng silic nhiều thép dẫn từ tốt giòn dễ gãy + Số thứ hai chất lượng thép mặt tổn hao, số cao tổn hao + Số thứ ba số cho thép cán nguội (thép dẫn có hướng) thường sử dụng chế tạo máy biến áp Ngoài lõI thép kĩ thuật điện mang mã hiệu 3404, 3405…3408 có chiều dài 0,3 mm; 0,35 mm Để đơn giản tổn hao dòng điện xoáy, tôn silic thường phủ lớp sơn cách điện mỏng sau ghép chặt với nhau, từ sinh hệ số ép chặt Kc : tỉ số chiều dài lõi thép thép với chiều dài thực lõi thép kể phần cách điện ghép 4.3 Vật liệu cách điện: Dùng máy điện phải đạt yêu cầu: + Cường độ cách điện cao + Chịu nhiệt tốt, tản nhiệt dễ dàng + Chống ẩm ướt, độ bền học cao Các chất cách điện dùng máy phát điện thể thể rắn, thể lỏng Các chất cách điện thể rắn chia làm loại: + Các chất hữu thiên nhiên như: vải, lụa + Các chất vô như: mica, amiăng, sợi thủy tinh… + Các chất tổng hợp + Các chất men, sợi cách điện, chất tẩm sấy từ vật liệu thiên nhiên tổng hợp Tùy theo tính chịu nhiệt vật liệu cách điện chia thành cấp sau: Cấp cách điện: Y A E B F H C cho phép (°C) >1 90 105 120 130 155 180 > 180 Độ tăng nhiệt ∆t (°C) 50 65 80 90 115 140 > 140 Nhiệt độ cao Độ tăng nhiệt độ: ∆t = t1 − t2 Trong đó: t1 nhiệt độ máy, t2 nhiệt độ mộI trường Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): nhiệt độ môi trường 40°C máy điện ta bình quân Hiện ta thường dùng cách điện cấp A, E, B Chú ý: Trên nhiệt độ cho phép 10% tuổI thọ máy giảm 1/2 nên không phép làm việc thời gian dài Phát nóng làm mát máy điện Trong trình làm việc có tổ hao công suất Tổn hao máy điện gồm tổn hao sắt từ (do tượng từ trễ dòng xoáy) thép, tổn hao đồng điện trở dây quấn tổn hao ma sát (ở máy điện quay) Tất tổn hao lượng đề biến thành nhiệt làm nóng máy điện Tổn hao nhiều tải nặng máy nóng Nhiệt độ MĐ phụ thuộc vào chế độ làm việc: liên tục, ngắn hạn ngắn hạn lặp lại Vì kích thước chế độ làm việc định nên sử dụng không vượt giá trị định mức máy Nếu máy tản nhiệt môi trường tốt công suất tăng, khả mang tải nhiều Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt môi trường xung quanh Sự tnar nhiệt phụ thuộc vào bề mặt làm mát máy mà phụ thuộc vào đối lưu không khí xung quanh môi trường làm mát khác dầu máy biến áp… tường vỏ máy điện chế tạocacs cánh tản nhiệt máy đienj có hệ thống quạt gió để làm mát Kích thước máy, phương pháp làm mát phải tính toán lựa chọn độ tăng nhiệt vật liệu cách điện máy không vượt độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảo cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài khỏng 20 năm Khi máy điện làm việc chế độ đinh mức, độ tăng nhiệt phần tử khong vượt độ tăng nhiệt cho phép Khi máy tải, độ tăng nhiệt vượt nhiệt độ chop phép, không cho phép máy tải lâu dài Câu hỏi: Các phận máy điện gì? Nêu chức phận ấy? Trình bày định luật điện từ dùng máy điện? Nêu ứng dụng định luật cảm ứng điện từ lực điện từ máy điện? Các vật liệu chế tạo máy điện gì? Trình bày nguyên lý máy phát điện động điện? Các phương pháp làm lạnh máy điện? Bài 2: MÁY BIẾN ÁP 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 2.1.1 Vai trò công dụng Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (hình 2-1) Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất đến hộ tiêu thụ lớn, vấn đề đặt việc truyền tải điện xa cho kinh tế Hình 2-1 Sơ đồ cung cấp điện đơn giản Ta có, dòng điện truyền tải đường dây: P I= U.cosφ (2-1) Và tổn hao công suất đường dây: ΔP = R d I = R d P2 U cosφ (2-2) Trong đó: P: Công suất truyền tải đường dây U: Điện áp truyền tải lưới điện Rd: Điện trở đường dây tải điện Cosφ: Hệ số công suất lưới điện φ: Góc lệch pha dòng điện I điện áp U Từ công thức ta thấy, công suất truyền tải đường dây, điện áp truyền tải cao dòng điện chạy đường dây bé, trọng lượng chi phí dây dẫn giảm xuống, tiết kiệm kim loại màu, đồng thời tổn hao lượng đường dây giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn xa tổn hao tiết kiệm kim loại màu người ta phải dùng điện áp cao, thường 35kV, 110kV, 220kV, 500kV Trên thực tế máy phát điện phát điện áp từ ÷ 21kV, phải có thiết bị tăng điện áp đầu đường dây Mặt khác hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0,4 ÷ 6kV, cuối đường dây phải có thiết bị giảm điện áp xuống Thiết bị dùng để tăng điện áp đầu đường dây giảm điện áp cuối đường dây gọi máy biến áp (MBA) 2.1.2 Định nghĩa Máy biến áp thiết bị từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác, với tần số không thay đổi 2.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP Các đại lượng định mức máy biến áp xưởng chế tạo qui định máy có khả làm việc lâu dài tốt Gồm đại lượng sau: + Điện áp định mức + Dòng điện định mức + Công suất định mức 2.2.1 Điện áp định mức - Điện áp sơ cấp U1đm điện áp qui định cho cuộn dây sơ cấp - Điện áp thứ cấp U2đm điện áp qui định cho cuộn dây thứ cấp Với máy biến áp pha điện áp định mức điện áp pha (U pha), với máy biến áp ba pha điện áp dây (Udây) Đơn vị ghi nhãn máy thường V, kV 2.2.2 Dòng điện định mức Dòng điện định mức dòng điện qui định cho dây quấn máy biến áp, ứng với công suất định mức điện áp định mức + Đối với máy biến áp pha, dòng điện định mức Ipha + Đối với máy biến áp ba pha, dòng điện định mức Idây Dòng điện sơ cấp định mức I1đm, dòng điện thứ cấp định mức I2đm Đơn vị ghi máy thường A 2.2.3 Công suất định mức Công suất định mức máy biến áp công suất biểu kiến định mức (S đm), đơn vị VA, kVA - Đối với máy biến áp pha công suất định mức là: Sđm = U2đm I2đm (2-3) - Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức là: Sđm = U2đm I2đm (2-4) Ngoài nhãn MBA có ghi số liệu khác như: tần số f đm, số pha m, sơ đồ tổ nối dây 2.3 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp có phận sau đây: + Lõi thép + Dây quấn + Vỏ máy 2.3.1 Lõi thép máy biến áp Hình 2-2 1) Trụ từ; 2) Gông từ Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông máy, chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường thép kỹ thuật điện có bề dầy 0,35 ÷ mm, mặt thép có sơn cách điện ghép lại với thành lõi thép Lõi thép gồm hai thành phần: trụ gông (hình 2-2) Trụ phần để đặt dây quấn gông phần nối liền trụ để tạo thành mạch kín 2.3.2 Dây quấn máy biến áp Nhiệm vụ dây quấn máy biến áp nhận lượng vào truyền lượng Dây quấn máy biến áp thường chế tạo dây đồng (hoặc nhôm), có tiết diện tròn chữ nhật, bên dây dẫn có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây lồng vào trụ lõi thép Giữa vòng dây, dây quấn có cách điện với dây quấn cách điện với lõi thép Dây quấn máy biến áp thường có hai nhiều dây quấn Khi dây quấn đặt trụ, dây quấn thấp áp đặt sát trụ thép, dây quấn cao áp đặt lồng Làm giảm vật liệu cách điện Hình 2-3 Dây quấn: a) Một pha; b,c) Ba pha 2.3.3 Vỏ máy biến áp Vỏ máy làm thép gồm hai phận: thùng máy nắp máy  Thùng MBA: Trong thùng máy biến áp (hình 2-4) đặt lõi thép, dây quấn dầu biến áp Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện tản nhiệt Lúc máy biến áp làm việc, phần lượng tiêu hao thoát dạng nhiệt làm dây quấn, lõi thép phận khác nóng lên Nhờ đối lưu dầu truyền nhiệt từ phận bên MBA sang dầu từ dầu qua vách thùng môi trường xung quanh  Nắp thùng MBA: Dùng để đậy thùng có phận quan trọng như: + Sứ dây quấn cao áp dây quấn hạ áp, làm nhiệm vụ cách điện + Bình giãn dầu (bình dầu phụ) có ống thủy tinh để xem mức dầu + Ống bảo hiểm: làm thép, thường làm thành hình trụ nghiêng, đầu nối với thùng, đầu bịt đĩa thủy tinh Nếu lý đó, áp xuất dầu thùng tăng lên đột ngột, đĩa thủy tinh vỡ, dầu theo thoát để MBA không bị hỏng + Rơle dùng để bảo vệ MBA + Lỗ nhỏ để đặt nhiệt kế + Bộ truyền động cầu dao đổi nối đầu điều chỉnh điện áp dây quấn cao áp Bước 9: Chọn bề dầy cách điện làm khuôn quấn dây (ec) bề cao hiệu dụng quấn dây (Hhd) Để dễ thi công quấn dây, thông thường ta chọn: ak = a + (1 ÷ 2)mm bk = a + (1 ÷ 2)mm Hhd = H - [2ec + (1 ÷ 2)mm] Trong đó: Hhd: bề cao hiệu dụng để quấn dây ec: bề dày bìa cách điện, chọn theo cấp công suất biến áp Để đảm bảo độ bền học chọn ec theo cấp công suất biến bảng sau: S2 (VA) ec ÷ 10 0,5 10 ÷ 200 200 ÷ 500 500 ÷ 1000 1000 ÷ 3000 Bước 10: Xác định số vòng cho lớp dây quấn sơ thứ cấp Gọi: SV1 số vòng lớp dây quấn sơ cấp SV2 số vòng lớp dây quấn thứ cấp SV1 = H hd K q d1cd Ta có: (1.41) SV2 = H hd K q d 2cd (1.42) Trong đó: Kq: hệ số quấn dây + Với dây đồng bọc cotton: Kq = 0,9 ÷ 0,93 + Với dây đồng tráng emay: Kq = 0,9 ÷ 0,93 Bước 11: Xác định số lớp cho phần dây quấn sơ thứ cấp N SL1 = SV1 (1.43) SL = N2 SV2 (1.44) Trong (1.43) (1.44) làm tròn số, sau xác định bề dày cách điện lớp dây quấn bên sơ thứ cấp, sau xác định cách điện cuộn dây sơ cấp thứ cấp Ta có công thức tổng quát: Bề dầy cách điện lớp liên tiếp [mm] Hiệu điện hai lớp [V] 1000 = 1,4 (1.45) Từ công thức tổng quát (1.45) ta viết lại cách tính cho ecđ1 ecđ2: e cd1 = 0,0624 SV1 nV (1.46) e cd2 = 0,0624 SV2 nV (1.47) Trong đó: ecđ1 ecđ2: đơn vị [mm] SV1 SV2: đơn vị [vòng/lớp] nv: đơn vị [vòng/vôn] Bước 12: Xác định bề dày phần dây quấn Khi biến áp có lõi thép E I, cuộn dây sơ cấp thứ cấp quấn trục lõi (bố trí đồng trục), ta xác định bề dầy cuộn dây sơ thứ cấp sau: Gọi: BD1 bề dầy cuộn dây sơ cấp BD2 bề dầy cuộn dây thứ cấp BD bề dầy tổng dây BD1 = SL1 (d1cd + e cd1 ) Ta có: (1.48) BD = SL (d 2cd + e cd2 ) (1.49) BD = BD1 + BD + e c + e cd3 (1.50) Trong đó: ecđ3 cách điện sơ thứ e cd3 = 1,4 U1 + U 1000 (1.51) K ld1 = BD C Cuối cùng, kiểm tra hệ số lấp đầy k lđ1 theo bề dày choán chỗ cuộn dây so với bề rộng cửa sổ lõi thép, ta có: (1.52) Giá trị tối đa cho phép K lđ1 để bỏ lọt cuộn dây (kể cuộn dây sơ cấp thứ cấp) vào cửa sổ Klđ1 = 0,7 ÷ 0,8 Nếu Klđ1 tính thỏa mãn giá trị nói ta tính tiếp bước lại Nếu không thỏa mãn giá trị nói ta phải tính lại, điều chỉnh lại kết cấu để bỏ lọt dây quấn Chú ý: Cũng kiểm tra cách tính khác (ngay sau bước 8) Gọi kld2 hệ số lấp đầy, tính theo tiết diện choán chỗ dây quấn so với tiết diện cửa sổ mạch từ Klđ1 = (1.53) Tổng diện tích choán chổ dây K ld2 = N S1cd + N S cd c.h Gọi Scđ1 Scđ2 tiết diện dây quấn sơ thứ cấp kể lớp bọc cách điện, ta có: (1.54) Nếu Klđ2 = 0,4 ÷ 0,46 dây bỏ lọt vào cửa sổ, khoảng giá trị tương ứng khoảng giá trị Klđ1 = 0,7 ÷ 0,75 Bước 13 : Xác định chiều dài trung bình cho vòng dây quấn sơ cấp thứ cấp, suy tổng bề dài cho dây sơ cấp thứ cấp Trong bước này, tùy theo dây sơ cấp thứ cấp lắp đặt theo dạng (cùng trụ hay hai trụ khác nhau) mà ta có cách tính khác Đối với biến hai dây quấn thường ta có số cách bố trí dây quấn sau (xem hình 1.11) Sơ cấp Thứ cấp Sơ cấp Thứ cấp Sơ cấp Sơ cấp Thứ cấp Sơ cấp Thứ cấp Hình 1.11: Một số cách bố trí dây quấn biến hai dây quấn Giả sử kết cấu dây quấn sơ cấp bố trí bên thứ cấp bao bọc quanh sơ cấp, bề dài trung bình Ltb1 Ltb2 cho dây sơ thứ cấp xác định sau (xem hình 1.12) Hình 1.12: Cách bố trí dây quấn sơ cấp bên thứ cấp bên bao bọc quanh sơ cấp Đặt : a’ = a + 2ec b’= b + 2ec L tb1 = 2(a / + b / ) + π BD1 Ta có : (1.55) L tb2 = 2(a / + b / ) + π [ 2( BD1 + e cd ) + BD ] Tương tự, suy ra: (1.56) Gọi L1 L2 tổng bề dài dây quấn sơ thứ cấp L1 = N1.L tb1 Ta có: (1.57) L = N L tb2 (1.58) Bước 14: Xác định khối lượng dây quấn sơ cấp thứ cấp: W1 = k dp L1 π d 12 8,9.10 -4 (1.59) Trong đó: Kdp: hệ số dự phòng sai số thi công thực tế so với tính toán + Với dây emay: Kdp = 1,1 ÷ 1,15 + Với dây bọc cotton: Kdp = 1,2 ÷ 1,3 Tương tự, khối dây quấn thứ cấp tính: W2 = K dq L π d 22 8,9 10-4 (1.60) Thí dụ 4: Xác định khối lượng sử dụng cho dây biến tính thí dụ 1, 2, Giải: Từ thí dụ 1, 2, ta có kết sau: a = 32mm, b = 34mm, c = 16mm, h = 48mm Số vòng dây sơ cấp: N1 = 400 vòng d1/d1cđ = 0,45/0,5mm (dây tráng emay) Số vòng dây thứ cấp: N2 = 60 vòng d2/d2cđ = 1,1/1,15mm (dây tráng emay) Kiểm tra sơ hệ số lấp đầy Klđ: π 0,5 S1cđ = = 0,196 mm2 ≈ 0,2mm2 π 1,15 S2cđ = = 1,038 mm2 ≈ 1,04mm2 Diện tích cửa sổ lõi thép: Scs = c.h = 16 48 = 768mm2 400.0,2 + 60.1,04 142,4 = 768 768 = 0,185 Klđ = Với Klđ tính thấp so với tiêu chuẩn cho phép (0,7 ÷ 0,8) ta điều chỉnh giảm kích thước lõi thép, để giảm khối lượng dây Tuy nhiên muốn trì tham số khác không đổi ta phải giữ tiết diện lõi thép lúc đầu tính Ta thử xét phương án điều chỉnh sau: • Chọn Klđ tăng lên khoảng 0,36 giả sử số liệu dây quấn sơ thứ cấp không đổi Tổng diện tích choán chỗ dây không đổi, 142,4mm Suy diện tích cửa sổ là:cửa sổ là: 142,4 Scs = 0,36 = 395,55mm2 Căn theo Scs tính a: Vì: a 3a c = h = Nên: 3a Scs = 4 S cs = 4.395,55 = 22,96 mm Vậy: a= Đối chiếu theo thí dụ ta chọn a mức thấp a = 24mm • Nếu trì số vòng cũ, theo thí dụ ta cần trì: Ag = 10,88cm2 để có At = 10,336cm2 Ag = 10,88 2,4 = 4,5cm Muốn vậy: b = a Tóm lại, ta điều chỉnh lại kích thước lõi thép để giảm khối lượng thép khối lượng dây đồng, đồng thời nâng cao Klđ, lợi dụng tối đa khoảng trống cửa sổ lõi thép Ta chọn: a = 2,4cm; b = 4,5cm; Wth = 46,8a2b = 1,21kg ≈ 1,2kg (Xem hình 1.13) Hình 1.13: Kích thước lõi thép cần dùng sau điều chỉnh 24mm 45mm 12mm 36mm Như vậy, kết cấu điều chỉnh lại có số liệu sau: Ag = 10,8cm2 với Kf = 0,95 (khả ghép sát) At = Ag.Kf = 10,8 0,95 = 10,26cm2; Ssc = 432 cm2 Bm = 1,2T; nv = 3,66 vòng/vôn N1 = 402 vòng; N2 = 60 vòng d1/d1cđ = 0,45/0,5mm; d2/d2cđ = 1,1/1,15mm Hệ số lấp đầy rãnh (tính theo tiết diện) Klđ = 0,53 Căn vào số liệu mới, tính lại bước từ bước đến bước 14 Bước 9: Bề dầy khuôn quấn dây: ec = 1mm Kích thước khuôn giấy: ak = a + 1mm = 25mm bk = 45 + 1mm = 46mm Bề cao hiệu dụng: Hhd = h - (2ec + 1mm) = 36 - (2,1 + 1) = 33mm Bước 10: Số vòng quấn cho lớp sơ cấp thứ cấp: H hd 33 K q = 0,95 = 62,7 ≈ 62 d , SV1 = 1cd vòng / lớp 33 0,95 = 27,26 ≈ 27 SV2 = 1,15 vòng / lớp Bước 11: Số lớp cuộn dây sơ thứ cấp: N 402 = = 6,48 ≈ SV 62 SL1 = lớp N2 60 = = 2,2 ≈ SV 27 SL2 = lớp Xác định bề dầy cách điện lớp sơ cấp với nhau: SV1 nv 62 ≈ , 66 = 0,0624 0,25mm ecđ1 = 0,0624 chọn ecđ1 = 0,25mm Xác định bề dầy cách điện lớp thứ cấp với nhau: 27 ≈ ecđ2 = 0,0624 3,66 0,169mm Bước 12: chọn ecđ2 = 0,2mm Bề dầy cuộn dây sơ thứ cấp: BD1 = SL1 (d1cđ + ecđ1) = 7(0,5 + 0,25) = 5,25mm BD2 = SL2 (d2cđ + ecđ2) = 3(1,15 + 0,2) = 4,05mm Bề dầy cách điện cuộn sơ cấp thứ cấp: U1 + U ecđ3 = 1,4 1000 = 0,49mm Chọn ecđ3 = 0,5mm Tổng bề dầy dây BD = BD1 +BD2 + ecđ3 = 9,8mm Kiểm tra lại hệ số lấp đầy theo bề dầy cửa sổ bị choán chỗ BD 9,8 Klđ = c = 12 = 0,816 Chú ý: Nếu cách điện lớp chọn theo tiêu chuẩn kỹ thuật ta giảm bề dầy cách điện tính theo công thức (4.31), (4.32), (4.33), (4.37) xuống 0,5 lần Với thí dụ tính toán hiệu chỉnh: ecd1 = ecd2 = 0,1mm ecđ3 = 0,25mm, ta có: BD1 = 4,2mm; BD2 = 3,75mm; BD = 8,2mm nên Klđ = 0,683 Bước 13: Chọn cách bố trí dây giống hình 4.12, ta có: a’ = a + 2ec= 24 + 2.1 = 26mm b’ = 45 + = 47mm Bề dài trung bình vòng dây quấn sơ cấp: Ltb1= (a’+b’) + π BD1 = 2.(26 + 47) + 3,14 4,2 = 159,19 mm Chọn Ltb1= 159,2 mm = 1,592 dm Bề dài trung bình vòng dây quấn thứ cấp: Ltb2= 2(a’+b’) + π [2(BD1+ecđ3) + BD2] = 185,74 mm Chọn Ltb2= 186 mm = 1,86 dm Tổng bề dài cuộn dây quấn sơ cấp: L1= N1.Ltb1= 402.1,592 = 640 dm Tổng bề dài cuộn dây quấn thứ cấp: L2= N2.Ltb2= 60.1,86 = 111,6 dm = 112 dm Bước 14: Khối lượng dây quấn sơ cấp: π 0,452 W1= 1,1 640 10-4.8,9 W1= 0,0996 kg ≈ 0,1 kg Khối lượng dây quấn thứ cấp: π 1,12 W2= 1,1.112 10-4.8,9 W2= 0,1042 kg ≈ 0,11 kg Tổng khối lượng dây quấn: W= W1 + W2 = 0,1 + 0,11 = 0,21 kg  Tóm tắt kết sau: Hình 1.14: Kích thước mạch từ 24mm 45mm 12mm 36mm U1 = 110V U2 = 15V S2 = 75VA I2 = 5A  Kích thước mạch từ:  Số liệu: A = 24 mm; b = 45 mm; Ag = 10,8 cm2; At = 10,26 cm2 Bm = 1,2T; nv = 3,66vòng/vôn; N1 = 402 vòng d1/d1cđ = 0,45mm/0,5mm; N2 = 60 vòng Wth = 1,2kg d2/d2cđ = 1,1mm/1,15mm; W2 = 0,11kg W1 = 0,1kg Hệ số lấp đầy: Llđ = 0,33 (tính theo thiết diện choán chỗ) Llđ = 0,68 (tính theo bề dày choán chỗ) Bề dày cách điện lớp sơ cấp thứ cấp: ecđ1 = ecđ2 = 0,1 mm Bề dày cách điện khuôn: ec = mm Bề dày cách điện sơ cấp thứ cấp: ecđ3 = 0,25 mm 2.9.2 Thi công quấn dây máy biến áp pha 2.9.1 Yêu cầu tập: Sinh viên dựa kích thước lỏi thép có sẵn sơ đồ nguyên lý biến áp pha yêu cầu thực hiện; tính toán số liệu dây quấn biến áp Số liệu tính toán dây quấn phải đầy đủ thông số sau: Số vòng dây quấn (phía sơ cấp thư cấp); đường kính dây quấn (dây trần) đường kính dây tính đến lớp men (émail) cách điện boc xung quanh Khối lượng dây quấn Kiểm tra điều kiện lắp đầy; ước tính số vòng lớp số lớp trước thi công 2.9.2 Nội dung thực tập: Quá trình thực tập tiến hành theo bước sau • BƯỚC : Đo kích thước tiêu chuẩn thép E,I Khi sử dụng lỏi thép E, I; sinh viên cần đo kích thước sau (xem hình 1.1) sử dụng thép E, I tiêu chuẩn h a/ a/2 c a a b HÌNH 1.1: Các kích thước lõi thép dạng E,I Ký hiệu tên gọi kích thước lỏi thép: a: Bề rộng trụ lỏi thép b : Bề dầy lỏi thép biến ap c: bề rộng cửa sổ lỏi thép h: bề cao cửa sổ lỏi thép Các kích thước đo tính theo đơn vị [mm] hay [cm] CHÚ Ý: - Các kích thước a , c h đo trực tiếp thép E , I - Dụng cụ đo thước kẹp (sai số 1/50 mm) Riêng kích thước b xác định gián tiếp cách đo xác định bề dầy thép E, I ; sau đếm tổng số thép E tổng số thép I Từ tính bề dầy lõi thép biến áp cách áp dụng quan hệ sau: b = (Bề dầy thép) x (Tổng số thép) Với thép kỹ thuật tiêu chuẩn vận hành với tần số f = 50 Hz, bề dày tiêu chuẩn thép thường 0,5 mm hoăc 0,35mm Kích thước tổng quát toàn thép sau ghép sát xác định theo hình 1.2 Chúng ta tính khối lượng lỏi thép biến áp (dạng tiêu chuẩn) theo quan hệ sau: Gọi WFer khối lượng lỏi thép biến áp, với giá trị khối lượng riêng lỏi thép 7,8 kg/dm3 ; biết kích thước a, b có quan hệ sau: Wfer = 46,8.a2.b (1.2) Trong đó, đơn vị đo xác định sau: [Wfer] = [Kg] ; [a] = [b] = [ dm] TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ PHÚ THỌ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 61 GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN 61 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ PHÚ THỌ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG II Định nghĩa, công dụng máy biến áp? Cấu tạo nguyên lý làm việc máy biến áp pha hai dây quấn? Phương trình cân điện áp sức từ động máy biến áp? Mạch điện thay máy biến áp? Phân biệt chế độ ngắn mạch thí nghiệm ngắn mạch? Mục đích thí nghiệm ngắn mạch? Cách xác định tổ nối dây máy biến áp ba pha? Điều kiện đưa máy biến áp làm việc song song? Bài tập Vẽ sơ đồ dây quấn ứng với tổ nối dây Y/Y-2, 4, 8, 10 sơ đồ dây quấn ứng với tổ nối dây Y/∆-1, 3, 7, Hãy xác định tổ nối dây máy biến áp hình sau : Đáp số: Bài tập câu có đáp số Bài tập 2: Δ / Y – 9; Δ/Δ- 10; Δ/ Δ- 4; Y / Y - 62 GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN 62 [...]... (2 -14 ) Phương trình điện áp sơ cấp viết dưới dạng số phức: • • • • • • Hình 2-7 Mạch điện sơ cấp • U1 = R 1 I1 + jωL1 I1 = R 1 I1 + jX1 I1 = Z1 I1 - E 1 • • = Z1 I1 - E1 (2 -15 ) Trong đó: Z1 = R 1 + jX1 X1 = ωL1 là tổng trở phức dây quấn sơ cấp là điện kháng tản dây quấn sơ cấp 2.5.3 Phương trình điện áp phía thứ cấp Mạch điện thứ cấp (hình 2-8), gồm sức điện động e2, tổng trở dây quấn thứ cấp R 2, điện. .. cấp L1, L2: L1 = ψ t1 i1 ; L2 = ψ t2 i2 Hình 2-6 Máy biến áp một pha làm việc có tải 2.5.2 Phương trình điện áp phía sơ cấp Xét mạch điện sơ cấp (hình 2-7), gồm điện áp u 1, sức điện động e1, điện trở dây quấn sơ cấp R1, điện cảm tản sơ cấp L1 Áp dụng định luật Kirchoff 2 ta có phương trình điện áp sơ cấp viết dưới dạng trị số tức thời: R 1i1 + L1 di1 = u1 + e1 dt u1 = R 1i1 + L1 Suy ra; di1 - e1 dt... ≈ AC = AH + HC mà: AH = AKcosφt = I1 R n cosφt HC = AK sinφ t = I 1X n sin φ t ta được: ΔU 2% = I1R n cosφt - I1 Xn sinφt 10 0% U1đm I1đm Nhân tử số của vế phải với I1đm , đưa I1đm vào trong ngoặc, ta được: I1 ΔU 2% = I1 Biết I1đm I1đm (I1đm R n cosφt - I1đm Xn sinφt ) U1đm 10 0% = kt U nR % = R n I1đm 10 0% U1đm U nX% = X n I1đm 10 0% U1đm Ta được: ΔU2% = kt(UnR%cosφt + UnX%sinφt) (2-63) Khi cosφt = const,... của máy biến áp như hình 2 -10 Hình 2 -10 Mạch điện thay thế đơn giản của máy biến áp Ở hình 2 -10 R n =R1 +R '2 là điện trở ngắn mạch của máy biến áp X n =X1 +X '2 là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp 2.6 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP 2.6 .1 Chế độ không tải của máy biến áp 2.6 .1. 1 Chế độ không tải của máy biến áp + Chế độ không tải của máy biến áp là trạng thái cuộn sơ cấp được nối vào 1 điện. .. (2 -18 ) Chia cả hai vế phương trình (2 -18 ) cho W1 ta có: i 0 = i1 + i 2 W2 1 i = i1 + i 2 = i1 + 2 = i1 +i'2 W1 W1 k W2 (2 -19 ) Trong đó: W k= 1 W2 là hệ số biến áp i i '2 = 2 k là dòng điện thứ cấp đã quy đổi về sơ cấp Phương trình sức từ động dưới dạng số phức là: • • • I1 = I 0 - I '2 (2-20) Hệ ba phương trình (2 -15 ), (2 -17 ), (2-20) là hệ phương trình cân bằng điện áp và từ của máy biến áp viết dưới dạng... Phương trình cân bằng sức từ động Trong phương trình điện áp phía sơ cấp • Z1 I1 thường rất nhỏ, nên có thể gần đúng • • • • U1 = Z1 I1 - E1 , • U1 ≈ - E1 điện áp rơi trên dây quấn và về trị số cũng vậy U1 = E1 Vì điện áp đặt vào biến áp U1 không đổi nên E1 = 4,44fW1Φmax cũng không đổi Ở chế độ không tải (I2 = 0), dòng điện sơ cấp lúc này là dòng không tải I 0 nên sức từ động sơ cấp là i0W1 sinh ra... tránh Khi máy biến áp ngắn mạch U2 = 0, mạch điện thay thế máy biến áp như hình 2 -13 Dòng điện sơ cấp • • I1 lúc này gọi là dòng điện ngắn mạch I n Phương trình điện áp máy biến áp ngắn mạch: • • • U1 = I n (Z1 +Z'2 ) = I n Z n Trong đó: (2-46) Hình 2 -13 Mạch điện thay thế máy biến áp lúc ngắn mạch Zn =(Z1 +Z'2 )=(R n +R '2 )+(X n +X '2 ) Zn =R n +jX n Rn = R1 + R’2 là điện trở ngắn mạch máy biến... tỷ số biến áp: ku = E1 W = 1 E2 W2 (2 -11 ) Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp thì: E1 ≈ U1 và E2 ≈ U2 Do đó: ku = E1 U W = 1 = 1 E2 U2 W2 (2 -12 ) Nghĩa là tỷ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số vòng dây + Đối với máy tăng áp: U2 > U1; w2 > w1 + Đối với máy giảm áp: U2 < U1; w2 < w1 Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện, nhưng nhờ có từ... U 1, cuộn thứ cấp để hở mạch, như vậy dòng điện thứ cấp bằng 0 (I2 = 0), lúc này dòng điện sơ cấp gọi là dòng điện không tải I0 + Phương trình cân bằng điện áp là: • • • • • U1 = I 0 Z1 - E1 = I 0 (Z1 +Z th ) = Z 0 I 0 (2-36) Với Z0 = (Z1 + Zth ) là tổng trở máy biến áp không tải Sơ đồ thay thế máy biến áp không tải như hình 2 -11 Từ phương trình (2-36) ta tính được dòng điện không tải I0: I0 = U1 =... dòng điện từ hóa thì mạch điện có dạng như hình 2-37 Tổng trở tương đương mạch điện: Z= 1 = 1 1 1 + + ZnI ZnII ZnIII 1 1 ∑Z ni Điện áp rơi trên mạch tương đương: g g g g ∆ U = U1 + U'2 = Z I g g (2-78) g Trong đó: I = I1 + I'2 dòng điện tổng của các máy biến áp, do đó dòng điện tải của mỗi pha: g I 2I g I 2II g I 2III g Hình 2-37 Mạch điện thay thế của các máy biến áp làm việc song song g ZI I = = 1 ZnI ... Ch 1, 35 1, 28 1, 25 1, 22 1, 18 1, 16 1, 14 1, 13 50 60 70 80 90 10 0 12 0 15 0 1, 12 1. 11 1 ,10 1, 09 1, 085 1, 08 1, 075 1, 065 18 0 200 250 300 350 400 500 600 1, 060 1, 058 1, 052 1, 048 1, 045 1, 042 1, 038 1, 035... 3,6 10 , 81 ÷ 12 ,97 4÷ 4,8cm 1, 36 ÷ 1, 64 10 , 81 ÷ 12 ,97 3,86 ÷ 4,63 1, 42 ÷ 1, 7 10 , 81 12 ,97 3,6 ÷ 4,32 1, 52 ÷ 1, 82 10 , 81 12 ,97 3,37 ÷ 4,05 1, 62 ÷ 1, 94 10 , 81 12 ,97 3 ,18 ÷ 3, 81 1,72 ÷ 2,06 10 , 81 12 ,97... Máy điện Máy điện quay Máy điện tĩnh Máy điện chiều Máy điện xoay chiều Máy điện không đồng Máy điện đồng Hình 1. 1 Phân loại máy điện Nguyên lý máy phát điện động điện Tính thuận nghịch máy điện: