Bài giảng kỹ thuật điện

Chương 1 Những khái niệm cơ bản về mạch điện 1 1.1 Mạch điện. Các bộ phận và kết cấu hình học của mạch điện 1 1.2 Các đại lượng đặc trưng quá trình năng lượng trong mạch điện 1 1.2.1 Dòng điện 1 1.2.2 Điện áp 1 1.2. 3 Công suất và năng lượng 2 1.3 Các thông số của mạch điện. Mô hình mạch điện 2 1.3.1 Nguồn điện áp u(t) 2 1.3.2 Nguồn dòng điện j(t) 2 1.3.3 Điện trở 2 1.3.4 Điện cảm 3 1.3.5 Điện dung 3 1.3.6 Mô hình mạch điện 3 1.4 Phân loại và các chế độ làm việc của mạch điện 4 1.4.1 Phân loại theo dòng điện trong mạch 4 1.4.2 Phân loại theo tính chất các thông số R, L, C của mạch 5 1.4.3 Phân loại theo quá trình năng lượng trong mạch 5 1.4.4 Phân loại bài toán về mạch điện 5 1.5 Các định luật cơ bản 5 1.5.1 Định luật Kirchhoff 1 5 1.5.2 Định luật Kirchhoff 2 6 Chương 2 Dòng điện hình sin 7 2.1 Khái niệm về dòng điện sin 7 2.1.1 Dạng tổng quát của đại lượng hình sin 7 2.1.2 Các thông số đặc trưng của đại lượng hình sin 7 2.1.3 Sự lệch pha của đại lượng hình sin cùng tần số 8 2.2 Giá trị hiệu dụng của dòng điện sin 9 2.3 Mạch điện sin qua các phần tử R, L, C 9 2.3.1 Mạch xoay chiều thuần trở 9 2.3.2 Mạch điện xoay chiều thuần cảm 10 2.3.3 Mạch xoay chiều thuần dung 11 2.3.4 Mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp 12 2.3.5 Mạch RLC song song 13 2.4 Các phương pháp biểu diễn dòng điện sin 14 2.4.1 Biểu diễn lượng hình sin bằng đồ thị vectơ 14 2.4.2 Biểu diễn lượng hình sin bằng số phức 16 2.5 Công suất mạch điện hình sin 18 2.5.1 Công suất tác dụng 18 2.5.2 Công suất phản kháng 19 2.5.3 Công suất biểu kiến 19 2.5.4 Công suất phức 19 2.6 Bài tập chương 2 20 Chương 3 Các phương pháp giải mạch điện sin 27 3.1 Giải mạch điện. Các công cụ giải mạch điện 27 3.1.1 Ứng dụng biểu diễn véctơ giải mạch điện 27 3.1.2 Ứng dụng biểu diễn số phức giải mạch điện 28 3.2 Phương pháp dòng điện nhánh 29 3.3 Phương pháp dòng vòng 32 3.4 Biến đổi tương đương mạch 34 3.4.1 Biến đổi tương đương điện trở R mắc nối tiếp 34 3.4.2 Biến đổi tương đương điện dẫn g mắc song song 35 3.4.3 Mạch chia dòng điện (định lý chia dòng) 35 3.4.3 Mạch chia áp (cầu phân thế) 35 3.4.5 Biến đổi tương đương điện trở mắc hình sao sang tam giác Y → ∆ 35 3.4.6 Biến đổi tương đương điện trở mắc hình tam giác sang hình sao ∆ → Y 36 3.4.7 Biến đổi tương đương nguồn sức điện động nối tiếp 36 3.4.8 Biến đổi tương đương nguồn dòng mắc song song 36 3.4.9 Biến đổi tương đương nguồn áp mắc nối tiếp với điện trở thành nguồn dòng song song với điện trở và ngược lại 37 3.5 Phương pháp điện thế nút 37 3.6 Phương pháp xếp chồng 40 3.7 Bài tập chương 3 43 Chương 4 Mạch điện ba pha 55 4.1 Khái niệm về dòng điện ba pha 55 4.2 Cách tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha 55 4.3 Sơ đồ đấu dây trong mạng ba pha 57 4.3.1 Nối hình sao(Y) 57 4.3.2 Nối tam giác (∆) 57 4.4 Công suất mạch điện ba pha 58 4.4.1 Công suất tác dụng 58 4.4.2 Công suất phản kháng 58 4.4.3 Công suất biểu kiến 59 4.5 Giải mạch điện ba pha đối xứng 59 4.5.1 Nguồn nối sao đối xứng 59 4.5.2 Nguồn nối tam giác đối xứng 59 4.5.3 Giải mạch điện ba pha tải nối sao đối xứng 60 4.5.4 Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác đối xứng 61 4.6 Giải mạch điện ba pha không đối xứng 62 4.6.1 Tải nối sao dây trung tính có tổng trở Z0 62 4.6.2 Khi tổng dẫn dây trung tính 63 4.6.3 Khi dây trung tính bị đứt hoặc không có dây trung tính 63 4.6.4 Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác không đối xứng 65 4.7 Bài tập chương 4 66 Chương 5 Máy biến áp 82 5.1 Khái niệm về máy điện. Phân loại máy điện 82 5.1.1 Khái niệm về máy điện 82 5.1.2 Phân loại máy điện 82 5.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp 83 5.2.1 Cấu tạo của máy biến áp 83 5.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 86 5.3 Chế độ hoạt động của máy biến áp 87 5.3.1 Chế độ không tải 87 5.3.2 Chế độ ngắn mạch 88 5.3.3 Chế độ có tải 90 5.4 Tổn hao và hiệu suất máy biến áp 91 5.4.1 Tổn hao máy biến áp 91 5.4.2 Hiệu suất của máy biến áp 92 5.5 Các máy biến áp đặc biệt 92 5.5.1 Máy biến áp đo lường 92 5.5.2 Máy biến áp tự ngẫu 94 5.5.3 Máy biến áp hàn 94 5.6 Bài tập chương 5 95 Chương 6 Máy điện không đồng bộ 99 6.1 Giới thiệu về máy điện quay 99 6.1.1 Kết cấu chung của các máy điện quay 99 6.1.2 Nguyên lý làm việc của các máy điện quay 99 6.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy điện KĐB 100 6.2.1 Cấu tạo của máy điện không đồng bộ 100 6.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện KĐB 102 6.2.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đồng bộ 103 6.3 Đặc tính làm việc của động cơ điện không đồng bộ 104 6.3.1 Tốc độ quay n=f(P2) 104 6.3.2 Hiệu xuất η = f(P2) 104 6.3.3 Hệ số công xuất cosφ = f(P2) 105 6.4 Động cơ điện không đồng bộ một pha 105 6.4.1 Dùng dây quấn phụ mở máy 106 6.4.2 Động cơ một pha có vòng ngắn mạch ở cực từ 107 Chương 7 Máy điện đồng bộ 108 7.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ 108 7.1.1 Cấu tạo máy điện đồng bộ 108 7.1.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 109 7.2 Đặc tính làm việc của máy điện đồng bộ 110 7.2.1 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ U=f(I) và độ thay đổi điện áp 110 7.2.2 Đặc tính điều chỉnh 111 7.3 Đồng cơ điện đồng bộ 111 7.3.1 Mở máy động cơ đồng bộ 112 7.3.2 Máy bù đồng bộ 112 Chương 8 Máy điện một chiều 113 8.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy phát điện một chiều 113 8.1.1 Cấu tạo 113 8.1.2 Nguyên lý hoạt động 114 8.2 Các chế độ và đường đặc tính làm việc của máy phát điện một chiều 116 8.2.1 Phân loại 116 8.2.2 Máy phát điện một chiều KT độc lập 117 8.2.3 Máy phát điện kích từ song song 118 8.2.4 Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp 119 8.2.5 Máy phát điện KT hổn hợp 119 8.3 Động cơ điện một chiều 119 8.3.1 Mở máy động cơ điện 1 chiều 120 8.3.2 Điều chỉnh tốc độ 120

MỤC LỤC Chương Những khái niệm mạch điện .1 1.1 Mạch điện Các phận kết cấu hình học mạch điện 1.2 Các đại lượng đặc trưng trình lượng mạch điện 1.2.1 Dòng điện 1.2.2 Điện áp 1.2 Công suất lượng 1.3 Các thông số mạch điện Mô hình mạch điện 1.3.1 Nguồn điện áp u(t) 1.3.2 Nguồn dòng điện j(t) .2 1.3.3 Điện trở 1.3.4 Điện cảm .3 1.3.5 Điện dung 1.3.6 Mô hình mạch điện .3 1.4 Phân loại chế độ làm việc mạch điện .4 1.4.1 Phân loại theo dòng điện mạch 1.4.2 Phân loại theo tính chất thông số R, L, C mạch 1.4.3 Phân loại theo trình lượng mạch 1.4.4 Phân loại toán mạch điện 1.5 Các định luật 1.5.1 Định luật Kirchhoff 1.5.2 Định luật Kirchhoff Chương Dòng điện hình sin 2.1 Khái niệm dòng điện sin 2.1.1 Dạng tổng quát đại lượng hình sin .7 2.1.2 Các thông số đặc trưng đại lượng hình sin 2.1.3 Sự lệch pha đại lượng hình sin tần số 2.2 Giá trị hiệu dụng dòng điện sin 2.3 Mạch điện sin qua phần tử R, L, C .9 2.3.1 Mạch xoay chiều trở 2.3.2 Mạch điện xoay chiều cảm 10 2.3.3 Mạch xoay chiều dung .11 2.3.4 Mạch xoay chiều R-L-C mắc nối tiếp 12 2.3.5 Mạch R-L-C song song .13 2.4 Các phương pháp biểu diễn dòng điện sin 14 2.4.1 Biểu diễn lượng hình sin đồ thị vectơ .14 i 2.4.2 Biểu diễn lượng hình sin số phức .16 2.5 Công suất mạch điện hình sin 18 2.5.1 Công suất tác dụng .19 2.5.2 Công suất phản kháng 19 2.5.3 Công suất biểu kiến 19 2.5.4 Công suất phức 19 2.6 Bài tập chương .20 Chương Các phương pháp giải mạch điện sin 26 3.1 Giải mạch điện Các công cụ giải mạch điện 27 3.1.1 Ứng dụng biểu diễn véctơ giải mạch điện 27 3.1.2 Ứng dụng biểu diễn số phức giải mạch điện .28 3.2 Phương pháp dòng điện nhánh 29 3.3 Phương pháp dòng vòng 32 3.4 Biến đổi tương đương mạch .34 3.4.1 Biến đổi tương đương điện trở R mắc nối tiếp 34 3.4.2 Biến đổi tương đương điện dẫn g mắc song song .35 3.4.3 Mạch chia dòng điện (định lý chia dòng) 35 3.4.3 Mạch chia áp (cầu phân thế) .35 3.4.5 Biến đổi tương đương điện trở mắc hình sang tam giác Y → ∆ 35 3.4.6 Biến đổi tương đương điện trở mắc hình tam giác sang hình ∆ → Y .36 3.4.7 Biến đổi tương đương nguồn sức điện động nối tiếp 36 3.4.8 Biến đổi tương đương nguồn dòng mắc song song 36 3.4.9 Biến đổi tương đương nguồn áp mắc nối tiếp với điện trở thành nguồn dòng song song với điện trở ngược lại 37 3.5 Phương pháp điện nút 37 3.6 Phương pháp xếp chồng 40 3.7 Bài tập chương 43 Chương Mạch điện ba pha 55 4.1 Khái niệm dòng điện ba pha .55 4.2 Cách tạo dòng điện xoay chiều ba pha .55 4.3 Sơ đồ đấu dây mạng ba pha 57 4.3.1 Nối hình sao(Y) 57 4.3.2 Nối tam giác (∆) 57 4.4 Công suất mạch điện ba pha 58 4.4.1 Công suất tác dụng .58 4.4.2 Công suất phản kháng 58 ii 4.4.3 Công suất biểu kiến 59 4.5 Giải mạch điện ba pha đối xứng 59 4.5.1 Nguồn nối đối xứng .59 4.5.2 Nguồn nối tam giác đối xứng .59 4.5.3 Giải mạch điện ba pha tải nối đối xứng 60 4.5.4 Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác đối xứng .61 4.6 Giải mạch điện ba pha không đối xứng 62 4.6.1 Tải nối dây trung tính có tổng trở Z0 62 4.6.2 Khi tổng dẫn dây trung tính .63 4.6.3 Khi dây trung tính bị đứt hoặc không có dây trung tính 63 4.6.4 Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác không đối xứng 65 4.7 Bài tập chương 66 Chương Máy biến áp 82 5.1 Khái niệm máy điện Phân loại máy điện 82 5.1.1 Khái niệm máy điện 82 5.1.2 Phân loại máy điện .82 5.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy biến áp 83 5.2.1 Cấu tạo máy biến áp 83 5.2.2 Nguyên lý hoạt động máy biến áp .86 5.3 Chế độ hoạt động máy biến áp 88 5.3.1 Chế độ không tải 88 5.3.2 Chế độ ngắn mạch 89 5.3.3 Chế độ có tải 91 5.4 Tổn hao hiệu suất máy biến áp 92 5.4.1 Tổn hao máy biến áp 92 5.4.2 Hiệu suất máy biến áp 93 5.5 Các máy biến áp đặc biệt 93 5.5.1 Máy biến áp đo lường 93 5.5.2 Máy biến áp tự ngẫu 95 5.5.3 Máy biến áp hàn 95 5.6 Bài tập chương .96 Chương Máy điện không đồng 100 6.1 Giới thiệu máy điện quay 100 6.1.1 Kết cấu chung máy điện quay .100 6.1.2 Nguyên lý làm việc máy điện quay 100 6.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy điện KĐB .101 iii 6.2.1 Cấu tạo máy điện không đồng 101 6.2.2 Nguyên lý làm việc động điện KĐB .103 6.2.3 Nguyên lý làm việc máy phát điện không đồng 104 6.3 Đặc tính làm việc động điện không đồng .104 6.3.1 Tốc độ quay n=f(P2) 105 6.3.2 Hiệu xuất η = f(P2) 105 6.3.3 Hệ số công xuất cosφ = f(P2) 105 6.4 Động điện không đồng pha 106 6.4.1 Dùng dây quấn phụ mở máy 107 6.4.2 Động pha có vòng ngắn mạch cực từ .107 Chương Máy điện đồng 109 7.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy phát điện đồng 109 7.1.1 Cấu tạo máy điện đồng 109 7.1.2 Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng 110 7.2 Đặc tính làm việc máy điện đồng .111 7.2.1 Đặc tính máy phát điện đồng U=f(I) độ thay đổi điện áp 111 7.2.2 Đặc tính điều chỉnh 111 7.3 Đồng điện đồng 112 7.3.1 Mở máy động đồng 112 7.3.2 Máy bù đồng 113 Chương Máy điện chiều 114 8.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy phát điện chiều 114 8.1.1 Cấu tạo 114 8.1.2 Nguyên lý hoạt động 115 8.2 Các chế độ đường đặc tính làm việc máy phát điện chiều .117 8.2.1 Phân loại 117 8.2.2 Máy phát điện chiều KT độc lập .118 8.2.3 Máy phát điện kích từ song song .119 8.2.4 Máy phát điện chiều kích từ nối tiếp 120 8.2.5 Máy phát điện KT hổn hợp .120 8.3 Động điện chiều 121 8.3.1 Mở máy động điện chiều 121 8.3.2 Điều chỉnh tốc độ 122 iv Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 Mạch điện Các phận kết cấu hình học mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối với dây dẫn tạo thành vòng kín dòng điện chạy qua Mạch điện thường gồm loại phần tử sau: Nguồn điện, phụ tải, dây dẫn Ví dụ 1.1: Hình 1.1: Mạch điện có ba nhánh, hai nút A, B ba vòng - Nguồn điện: thiết bị dùng để biến đổi dạng lượng khác sang điện - Phụ tải: thiết bị biến điện thành dạng lượng khác - Dây dẫn: dây kim loại làm Cu, Al dùng để truyền tải điện từ nguồn đến phụ tải • Kết cấu hình học mạch điện - Nhánh đoạn gồm phần tử ghép nối tiếp với nhau, có dòng điện chạy thông từ đầu đến đầu - Nút giao điểm gặp ba nhánh trở lên - Vòng (mạch vòng, mắt lưới) lối khép kín qua nhánh 1.2 Các đại lượng đặc trưng trình lượng mạch điện 1.2.1 Dòng điện Dòng điện i có trị số tốc độ biến thiên điện lượng Q qua tiết diện ngang vật dẫn dq i= (1.1) dt đơn vị ampe, A Người ta quy ước chiều dòng điện chạy vật dẫn ngược với chiều chuyển động điện tích dương điện trường 1.2.2 Điện áp Tại điểm mạch điện có điện ϕ Hiệu điện điểm gọi điện áp U, đơn vị vôn, V Điện áp điểm A B là: UAB = ϕA - ϕB (1-2) Chiều điện áp quy ước chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp Điện áp cực nguồn điện hở mạch (dòng điện I = 0) gọi sức điện động E 1.2 Công suất lượng a) Công suất tức thời p = u.i (W) Trong p công suất tức thời Tại thời điểm t p > tiêu thụ lượng P < phát lượng b) Công tác dụng gọi công suất trung bình hay công suất tiêu thụ T P = ∫ p.dt T0 Công suất tiêu thụ điện trở P = R.I2 c) Năng lượng tích lũy cuộn dây: WL = Li (J) d) Năng lượng tích lũy tụ điện: WC = Cu (J) 1.3 Các thông số mạch điện Mô hình mạch điện 1.3.1 Nguồn điện áp u(t) Đặc trưng cho khả tạo nên trì điện áp hai cực nguồn Nguồn điện áp biểu diễn sức điện động e(t) Chiều e(t) từ điểm điện thấp đến điểm điện cao Chiều điện áp theo quy ước từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp, chiều điện áp đầu cực nguồn ngược với chiều sức điện động Điện áp đầu cực u(t) sức điện động : u(t) = e(t) 1.3.2 Nguồn dòng điện j(t) Đặc trưng cho khả nguồn điện tạo nên trì dòng điện cung cấp cho mạch 1.3.3 Điện trở Đặc trưng cho tượng tiêu tán lượng, biến điện thành nhiệt Ký hiệu: R; Đơn vị: Ω (ohm) UR = Ri Điện dẫn: g g= ; Đơn vị: Siemen (S) R 1.3.4 Điện cảm Đặc trưng cho khả tạo nên từ trường phần tử mạch điện Ký hiệu: L; Đơn vị: Henry (H); mH = 10-3H di dt Trong đó: i dòng điện qua cuộn dây, u L điện áp đặt hai đầu cuộn dây, di/dt biến thiên dòng điện theo thời gian Lưu ý: mạch điện chiều, điện áp hai đầu cuộn dây Khi đó, cuộn dây xem bị nối tắt uL = L 1.3.5 Điện dung Đặc trưng cho tượng tích phóng lượng điện trường Ký hiệu: C; Đơn vị: Farad (F) idt C∫ Trong đó: i dòng điện qua cuộn dây, uC điện áp đặt hai đầu tụ điện 1µF = 10-6F; 1nF = 10-9F; 1pF = 10-12F Lưu ý: mạch điện chiều, dòng điện qua hai đầu tụ điện Khi đó, tụ điện xem bị hở mạch uC = 1.3.6 Mô hình mạch điện Mô hình mạch điện gọi sơ đồ thay mạch điện, kết cấu hình học trình lượng giống mạch điện thực, song phần tử mạch điện thực mô hình hóa thông số lý tưởng e, j, R, L, M, C Để thành lập mô hình mạch điện, ta liệt kê tượng lượng xảy phần tử thay chúng thông số lý tưởng nối với tùy theo kết cấu hình học mạch Ví dụ: Mạch điện thực hình a sau: Sơ đồ thay mạch điện thực hình b,trong máy phát điện thay ef nối tiếp với Lf Rf đường dây thay Rđ Lđ bóng đèn thay Rđ’ cuộn cảm thay R, L Mô hình mạch sử dụng thuận lợi việc nghiên cứu tính toán mạch điện thiết bị điện Cần ý rằng, phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu điều kiện làm việc mạch điện (tần số, dòng điện, điện áp), mạch điện có nhiều sơ đồ thay khác Hình b sơ đồ thay dòng điện xoay chiều, hình c sơ đồ thay dòng điện không đổi 1.4 Phân loại chế độ làm việc mạch điện 1.4.1 Phân loại theo dòng điện mạch a) Mạch điện chiều Dòng điện chiều dòng điện có chiều không thay đổi theo thời gian Mạch điện có dòng điện chiều mạch điện chiều Dòng điện có trị số chiều không thay đổi theo thời gian gọi dòng điện không đổi b) Mạch điện xoay chiều Dòng điện xoay chiều sử dụng nhiều dòng điện sin, biến đổi theo hàm sin thời gian Mạch điện có dòng điện xoay chiều gọi mạch điện xoay chiều 1.4.2 Phân loại theo tính chất thông số R, L, C mạch a) Mạch điện tuyến tính Tất phần tử mạch điện phần tử tuyến tính, nghĩa thông số R, L, C số, không phụ thuộc vào dòng điện i điện áp u chúng b) Mạch điện phi tuyến Mạch điện có chứa phần tử phi tuyến gọi mạch điện phi tuyến Thông số R, L, M, C phần tử phi tuyến thay đổi phụ thuộc vào dòng điện i điện áp u chúng 1.4.3 Phân loại theo trình lượng mạch a) Chế độ độ Chế độ xác lập trình, tác động nguồn, dòng điện điện áp nhánh đạt trạng thái ổn định Ở chế độ xác lập, dòng điện, điện áp nhánh biến thiên theo quy luật biến thiên nguồn điện: mạch điện chiều, dòng điện, điện áp chiều; mạch điện xoay chiều sin, dòng điện, điện áp biến thiên theo quy luật sin với thời gian b) Chế độ độ Chế độ độ trình chuyển tiếp từ chế độ xác lập sang chế độ xác lập khác Chế độ độ xảy sau đóng cắt thay đổi thông số mạch có chứa L, C Thời gian độ thường ngắn Ở chế độ độ, dòng điện điện áp biến thiên theo quy luật biến thiên chế độ xác lập 1.4.4 Phân loại toán mạch điện Việc nghiên cứu mạch điện phân thành hai loại toán: phân tích mạch tổng hợp mạch Nội dung toán phân tích mạch co biết thông số kết cấu mạch điện, cần tính dòng, áp công suất nhánh Tổng hợp mạch toán ngược lại, cần phải thành lập mạch điện với thông số kết cấu thích hợp, để đạt yêu cầu định trước dòng, áp lượng 1.5 Các định luật 1.5.1 Định luật Kirchhoff (Định luật nút, Định luật vòng) Tổng đại số dòng điện nút Với dòng điện vào nút mang dấu dương, dòng nút mang dấu âm Phương trình định luật Kirchhoff 1: ∑ ±i = 1.5.2 Định luật Kirchhoff (Định luật áp, Định luật vòng) Đi theo vòng kín với chiều tùy ý chọn tổng đại số điện áp phần tử Với chiều i, u, chiều vòng mang dấu dương, ngược lại mang dấu âm Phương trình định luật Kirchhoff 2: ∑±u = Chú ý: Nếu mạch có d nút, n nhánh ta có (d-1) phương trình định luật Kirchhoff 1và (n-d-1) phương trình định luật Kirchhoff Ưu điểm cấu tạo đơn giản, sử dụng lưới điện 1pha nên sử dụng nhiều tự động dân dụng Sử dụng động 3pha nguồn điện 1pha theo sơ đồ sau: 108 Chương MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 7.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy phát điện đồng 7.1.1 Cấu tạo máy điện đồng - Cấu tạo gồm hai phần stato roto Lá thép stato Dây quấn stato Lá thép Roto Dây quấn Roto a Stato Có cấu tạo tương tự máy điện không đồng gồm hai phần lỏi thép dây quấn ba pha Dây quấn stato gọi dây quấn phần ứng b Roto Roto máy điện đồng có cực từ dây quấn kích từ Có hai loại roto roto ccực ẩn roto cực lồi 109 + Roto cực lồi (hình c) dùng cho máy điện tốc độ chậm, có nhiều đôi cực + Roto cực ẩn (hình b) dùng cho máy điện tốc độ cao 3000vòng/phút, có đôi cực Để tạo sức điện động hình sin từ trường cực từ roto phải phân bố hình sin dọc theo khe hở không khí stato roto, đỉnh cực từ có từ cảm cực đại Đối với roto cực ẩn, dây quấn kích từ đặt rãnh Đối với roto cực lồi dây quấn kích quấn xung quanh thân cực Hai đầu cuộn dây kích từ luồn trục nối với hai vòng trượt đặt hai đầu trục, thông qua hai chổi than để nối với nguồn điện 7.1.2 Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi), vào dây quấn kích từ tạo nên từ trường roto Khi roto quay động sơ cấp, từ trường roto cắt dây quấn phần ứng stato cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có giá trị hiệu dụng là: E0=4,44.f.W1.kdq.Φ0 Trong đó: E0, W1, kdq, Φ0, sức điện động pha, số vòng dây pha, hệ số dây quấn, từ thông cực từ roto Nếu roto có P đôi cực, roto quay vòng, sđđ phần ứng biến thiên p chu kỳ, tốc độ roto n (v/p), tần số sức điện động f=p.n, roto tính vòng /phút f= p.n 60 Dây quấn ba pha stato có trục lệch không gian góc 120 điện, sức điện động pha lệch góc pha 1200 110 Dây quấn stato nối với tải, dây quấn có dòng điện ba pha Giống máy điện không đồng bộ, dòng điện ba pha dây quấn tạo nên từ trường quay, với tốc độ n1=60f/p, tốc độ n roto Do kiểu máy điện gọi máy điện đồng 7.2 Đặc tính làm việc máy điện đồng 7.2.1 Đặc tính máy phát điện đồng U=f(I) độ thay đổi điện áp Đặc tính máy phát điện quan hệ điện áp U cực máy phát điện dòng điện tải I tính chất tải không đổi (cos ϕt = const), tần số dòng điện kích từ không đổi, từ phương trình cân điện áp ta vẽ đồ thị vectơ ứng với loại tải khác Khi tải tăng, tải cảm trở, điện áp giảm( tải cảm điện áp giảm nhiều ), tải điện dung điện áp tăng Bằng đồ thị ta nhận thấy điện áp phụ thuộc vào dòng điện đặc tính tải Khi tải có tính chất điện cảm, phản ứng phần ứng dọc trục khử từ làm cho từ thông tổng giảm đặc tính dốc tải điện trở để giữ điện áp U định mức, phải thay đổi U0 cách điều chỉnh dòng điện kt * Độ thay đổi diện áp ( đầu cực máy phát ) Khi làm việc định mức so với lúc không tải xác định sau: U − U đm 100% = ΔU%= U đm E0 − U đm 100% = 25 ÷ 35% Xđb lớn U đm U U Tải R-C U0 Tải R-L Tải L Uđm I Iđm I Iđm 7.2.2 Đặc tính điều chỉnh 111 Đặc tính điều chỉnh quan hệ dòng điện kích từ dòng điện tải It=f(I) Khi điện áp U không đổi giá trị định mức, cos ϕ = const, f=fđm, cho biết chiều hướng điều chỉnh dòng điện I t máy phát để giữ cho điện áp U đầu máy không đổi Khi tải cảm tăng tác dụng khử từ phản ứng phần ứng tăng làm cho U bị giảm Để giữ cho U không đổi phải tăng dòng điện từ hoá i t, ngược lại tải điện dung tăng I, muốn giữ U không đổi phải giảm it 7.3 Đồng điện đồng Có cấu tạo giống máy phát điện đồng Nguyên lý hoạt động động điện đồng sau: Khi ta cho dòng điện xoay chiều ba pha i A,iB,iC vào dây quấn stato, tương tự động điện không đồng bộ, dòng điện pha tạo từ trường quay 60 với tốc độ n1= p f ta hình dung từ trường quay stato nam châm quay tưởng tượng (hình vẽ) Khi cho dòng điện chiều vào dây quấn roto, roto biến thành nam châm điện Tác dụng tương hổ từ trường stato từ trường roto có tác dụng lên roto Khi từ trường stato quay với tốc độ n 1, lực từ tác dụng kéo roto quay với tốc độ n=n1 Phương trình cân điện áp là: • • • • • • U = E + I R + j I X đb • U = E + j I X đb (bỏ qua R) 7.3.1 Mở máy động đồng Muốn động đồng làm việc, phải tạo nên momen mở máy để quay roto đồng với ttừ trường quay stato, giữ cho lực tác dụng tương hổ hai từ trường không đổi chiều Để tạo momen mở máy, mặt cực từ roto người ta đặt dẫn nối ngắn mạch roto lồng sóc đọng không đồng 112 Trong trình mở máy dây quấn kích từ cảm ứng điện áp lớn, phá hỏng dây quấn kích từ, dây quấn kích từ khép mạch qua điện trở phóng điện có giá trị ÷ 10 lần điện trở dây quấn kích từ Khi roto quayđén tốc độ gần tốc độ đồng n 1, đóng nguồn điện chiều vào dây quấn kích từ, động làm việc đồng 7.3.2 Máy bù đồng Máy bù đồng thực chất động đồng làm việc không tải với dòng điện kích từ điều chỉnh để phát tiêu thụ công xuất phản kháng, trì điện áp quy định lưới điện khu vực tập trung hộ dùng điện Để phát công xuất phản kháng cho máy điện làm việc chế độ kích từ, để tiêu thụ công xuất phản kháng từ lưới điện cho máy điện làm việc chế độ thiếu kích từ Ikt cos[...]... lệch pha của điện áp và dòng điện là: φ = ψu - ψi Nếu: φ > 0: điện áp vượt trước dòng điện một góc là φ (hình 2.2a) φ < 0: điện áp chậm sau dòng điện một góc là φ φ = 0: điện áp và dòng điện trùng pha nhau (hình2.2b) φ = ±1800: điện áp và dòng điện ngược pha nhau (hình 2.2c) φ = ±900: điện áp và dòng điện vuông pha nhau 2.2 Giá trị hiệu dụng của dòng điện sin Trị số hiệu dụng của dòng điện hình sin... hiệu dụng của điện áp và sức điện động là: U = Um / 2; E = Em / 2 2.3 Mạch điện sin qua các phần tử R, L, C 2.3.1 Mạch xoay chiều thuần trở Khi có dòng điện i=Imax.sin ω.t qua điện trở R, điện áp trên điện trở sẽ là: UR=Ri=RImax.sin ω.t =URmax.sin ω.t Trong đó : URmax = RImax UR = U Rmax = RI 2 Quan hệ giữa giá trị hiệu dụng của dòng điện và áp là : U R = RI hoặc I = UR R Dòng điện và điện áp có cùng... thấy các đại lượng dòng điện và điện áp trên các phần tử R, L, C đều biến thiên sin với cùng tần số Do đó ta có thể r biểu diễn trên cùng một đồ thị véctơ Gọi i là dòng điện chung cho các phần tử I từ đó r r r điện áp trên các phần tử: điện trở U R , điện cảm U L , điện dung UC 12 Điện áp nguồn U bằng: r r r r U = U R + U L + UC Từ đồ thị véctơ ta tính được trị số hiệu dụng của điện áp U = U R2 + ( U... tiếp là: U = IZ hoặc I = U Z Điện áp lệch pha với dòng điện một góc ϕ = ϕu − ϕi được tính như sau: tgϕ = U L − UC I ( X L − X C ) X L − X C X = = = U IR R R Khi XL – XC = 0, góc φ dòng điện trùng pha với điện áp, lúc này ta có hiện tượng cộng hưởng điện áp, dòng điện trong nhánh I = U đạt giá trị lớn nhất R Nếu XL > XC, φ > 0 mạch có tính chất điện cảm, dòng điện chậm sau điện áp một góc φ Nếu XL < XC,... dòng điện và áp là : 11 UC = X C I hoặc I = UC ZC Dòng điện và điện áp có cùng tần số song lệch pha nhau một góc π/2, dòng điện vượt trước điện áp một góc π/2 Công suất tức thời của điện dung là: π pC (t ) = uCi = UCmax Imax sin ωt.sin(ωt − ) = −UC I sin 2ωt 2 Từ đồ thị các đường cong uL, i và pL Ta nhận thấy có hiện tượng trao đổi năng lượng giữa điện dung với phần mạch còn lại Công suất tác dụng điện. .. lượng với dòng điện không đổi I nào đó Cho dòng điện hình sin i qua nhánh có điện trở R (hình 2.3) trong một chu kỳ T thì năng lượng tiêu tán trên nhánh có điện trở đó là: P= 1T 2 Ri dt T ∫o Chũng cho qua nhánh có điện trở R dòng điện một chiều I trong một khoảng thời gian T, ta có: 8 P = RI 2 T Kết hợp với biểu thức trên ta có trị hiệu dụng dòng điện hình sin 1T 2 i dt T ∫0 I= Thay dòng điện hình sin:... W 2.3.2 Mạch điện xoay chiều thuần cảm Khi có dòng điện i=Imax.sin ω.t qua điện cảm L, điện áp trên điện cảm sẽ là: uL = L di d ( Imax sin ωt ) π π =R = ω LImax sin(ωt + ) = U Lmax sin(ωt + ) dt dt 2 2 Trong đó : URmax = ωLImax = XLImax UL = U Lmax = X LI 2 XL = ωL là cảm kháng, đơn vị là Ω Quan hệ giữa giá trị hiệu dụng của dòng điện và áp là : U L = X L I hoặc I = UL ZL Dòng điện và điện áp có cùng... Công suất mạch điện hình sin Trong mạch điện xoay chiều R, L, C nối tiếp có 2 qúa trình năng lượng sau: - Quá trình tiêu thụ điện năng và biến đổi sang dạng năng lượng khác (tiêu tán, không còn tồn tại trong mạch điện) Thông số đặc trưng cho qúa trình này là điện trở R - Qúa trình trao đổi, tích luỹ năng lượng điện từ trường trong mạch Thông số đặc trưng cho qúa trình này là điện cảm L và điện dung C.Tương... U,I hđt và dòng điện hiệu dụng  cos ϕ : hệ số công suất  Rn,In: điện trở và dòng điện trên các nhánh  P: đặc trưng cho hiện tượng biến đổi điện năng sang cơ năng và nhiệt năng 2.5.2 Công suất phản kháng Q = U.I.sin ϕ = In2(ZLn - ZCn) (VAr)  Q đặc trưng cho cường độ trong quá trình trao đổi năng lượng điện từ trường  Trong đó: ZLn,ZCn,In,lần lượt là điện kháng, điện dung, dòng điện của mỗi nhánh... P + jQ ( VA) 19 2.6 Bài tập chương 2 I Lý thuyết 1) Mạch xoay chiều thuần trở i= UR ; ϕ = 0 Trong mạch điện xoay chiều thuần trở điện áp và R dòng điện cùng pha nhau Công suất PR = I 2 R; QR = 0 2) Mạch điện xoay chiều thuần cảm IL = UL π ; ϕ = ; X L = ω L Trong mạch điện xoay chiều XL 2 thuần cảm điện áp uL(t) nhanh pha hơn iL(t) góc π 2 Công suất PL = 0; QR = I 2 X L 3) Mạch điện xoay chiều thuần