Bài giảng máy điện 1 nghề điện công nghiệp

Khái niệm chung về máy điện.1.Các định luật điện từ dùng trong máy điện2.Định nghĩa và phân loại máy điện3.Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện4.Sơ lượt về các vật liệu chế tạo máy điện5.Phát nóng và làm mát máy điện Máy biến áp.1.Khái niệm chung2.Các đại lượng định mức của máy biến áp3.Cấu tạo của máy biến áp4.Nguyên lí làm việc của máy biến áp5.Mạch điện thay thế của máy biến áp6.Các chế độ làm việc của máy biến áp7.Máy biến áp ba pha8.Sự làm việc song song của máy biến áp9.Các máy biến áp đặc biệtMáy điện không đồng bộ.1.Đại cương về máy điện không đồng bộ2.Máy điện không đồng bộ ba pha3.Động cơ điện không đồng bộ một pha.4.Dây quấn động cơ không đồng bộ5.Xây dựng sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ ba phaSửa chữa và Quấn dây máy biến áp 1 pha1.Tính toán dây quấn máy biến áp cách ly 1 pha2.Tính toán dây quấn máy biến áp cách ly 1 pha3.Thi công quấn dây máy biến ápSửa chữa và Quấn dây động cơ 3 pha1.Quy trình quấn dây2.Thi công quấn dây3.Đấu dây và vận hành động cơ

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH

MÔ-ĐUN: MÁY ĐIỆN I

MÃ SỐ: MĐ17 NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH

MÔ-ĐUN: MÁY ĐIỆN I

MÃ SỐ: MĐ17 NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Trình độ Trung cấp nghề

Giáo viên soạn Khoa Điện – Điện lạnh

Vũng tàu – 2013

Giáo trình lưu hành nội bộ

MỤC LỤC

Contents

M C L CỤC LỤC ỤC LỤC 1

GI I THI U MÔ-ĐUNỚI THIỆU MÔ-ĐUN ỆU MÔ-ĐUN 2

BÀI 1: KHÁI NI M CHUNG V MÁY ĐI NỆU MÔ-ĐUN Ề MÁY ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN 5

1.1 CÁC Đ NH LU T ĐI N T DÙNG TRONG MÁY ĐI NỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN Ừ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN 6

1.2 Đ NH NGHĨA VÀ PHÂN LO I MÁY ĐI NỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ẠI MÁY ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN 19

1.3 NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐI N VÀ Đ NG C ĐI NỆU MÔ-ĐUN ỘNG CƠ ĐIỆN Ơ ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN 20

1.4 S LƠ ĐIỆN ƯỢT VỀ CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆNT V CÁC V T LI U CH T O MÁY ĐI NỀ MÁY ĐIỆN ẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN Ế TẠO MÁY ĐIỆN ẠI MÁY ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN 22

1.5 PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐI NỆU MÔ-ĐUN 24

CÂU H I ÔN T PỎI ÔN TẬP ẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 25

BÀI 2: MÁY BI N ÁPẾ TẠO MÁY ĐIỆN 29

2.1 KHÁI NI M CHUNG V MÁY BI N ÁPỆU MÔ-ĐUN Ề MÁY ĐIỆN Ế TẠO MÁY ĐIỆN 30

2.2 CÁC Đ I LẠI MÁY ĐIỆN ƯỢT VỀ CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆNNG Đ NH M C MBAỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ỨC MBA 30

2.3 C U T O MÁY BI N ÁPẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ẠI MÁY ĐIỆN Ế TẠO MÁY ĐIỆN 31

2.4 NGUYÊN LÝ LÀM VI C C A MÁY BI N ÁP LÝ TỆU MÔ-ĐUN ỦA MÁY BIẾN ÁP LÝ TƯỞNG Ế TẠO MÁY ĐIỆN ƯỞNGNG 33

2.5 M CH ĐI N THAY TH C A MÁY BI N ÁPẠI MÁY ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN Ế TẠO MÁY ĐIỆN ỦA MÁY BIẾN ÁP LÝ TƯỞNG Ế TẠO MÁY ĐIỆN 34

2.6 CÁC CH Đ LÀM VI C C A MÁY BI N ÁPẾ TẠO MÁY ĐIỆN ỘNG CƠ ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN ỦA MÁY BIẾN ÁP LÝ TƯỞNG Ế TẠO MÁY ĐIỆN 36

2.7 MÁY BI N ÁP BA PHAẾ TẠO MÁY ĐIỆN 38

2.8 MÁY BI N ÁP LÀM VI C SONG SONGẾ TẠO MÁY ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN 39

2.9 MÁY BI N ÁP Đ C BI TẾ TẠO MÁY ĐIỆN ẶC BIỆT ỆU MÔ-ĐUN 41

CÂU H I ÔN T PỎI ÔN TẬP ẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 44

BÀI 3: MÁY ĐI N KHÔNG Đ NG BỆU MÔ-ĐUN ỒNG BỘ ỘNG CƠ ĐIỆN 47

3.1 KHÁI NI M V MÁY ĐI N KHÔNG Đ NG BỆU MÔ-ĐUN Ề MÁY ĐIỆN ỆU MÔ-ĐUN ỒNG BỘ ỘNG CƠ ĐIỆN 48

3.2 MÁY ĐI N KHÔNG Đ NG B BA PHAỆU MÔ-ĐUN ỒNG BỘ ỘNG CƠ ĐIỆN 48

3.3 Đ NG C KHÔNG Đ NG B 1 PHAỘNG CƠ ĐIỆN Ơ ĐIỆN ỒNG BỘ ỘNG CƠ ĐIỆN 67

3.4 DÂY QU N Đ NG C KHÔNG Đ NG BẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ỘNG CƠ ĐIỆN Ơ ĐIỆN ỒNG BỘ ỘNG CƠ ĐIỆN 89

3.5 XÂY D NG S Đ DÀN TR I DÂY QU N STATORỰNG SƠ ĐỒ DÀN TRẢI DÂY QUẤN STATOR Ơ ĐIỆN ỒNG BỘ ẢI DÂY QUẤN STATOR ẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP 93

CÂU H I ÔN T PỎI ÔN TẬP ẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 103

BÀI 4: S A CH A VÀ QU N DÂY MÁY BI N ÁPỬA CHỮA VÀ QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP ỮA VÀ QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP ẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Ế TẠO MÁY ĐIỆN 112

4.1 TÍNH TOÁN DÂY QU N MÁY BI N ÁP CÁCH LY 1 PHAẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Ế TẠO MÁY ĐIỆN 113

4.2 TÍNH TOÁN DÂY QU N MÁY BI N ÁP T NG U 1 PHAẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Ế TẠO MÁY ĐIỆN ỰNG SƠ ĐỒ DÀN TRẢI DÂY QUẤN STATOR ẪU 1 PHA 126

4.3 THI CÔNG QU N DÂY MÁY BI N ÁPẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Ế TẠO MÁY ĐIỆN 132

BÀI 5: S A CH A VÀ QU N DÂY Đ NG C BA PHAỬA CHỮA VÀ QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP ỮA VÀ QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP ẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ỘNG CƠ ĐIỆN Ơ ĐIỆN 138

5.1 QUY TRÌNH QU N DÂYẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP 139

5.2 THI CÔNG QU N DÂY Đ NG C BA PHAẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ỘNG CƠ ĐIỆN Ơ ĐIỆN 144

5.3 Đ U DÂY VÀ V N HÀNH Đ NG C BA PHAẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ỘNG CƠ ĐIỆN Ơ ĐIỆN 144

TÀI LI U THAM KH OỆU MÔ-ĐUN ẢI DÂY QUẤN STATOR 153

GIỚI THIỆU MÔ-ĐUN

I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ-ĐUN:

Mô đun này phải học sau khi đã hoàn thành các môn học cơ sở và các mô-đun chuyênmôn, đặc biệt là học sau mô-đun Mạch điện và Khí cụ điện

II MỤC TIÊU MÔ-ĐUN

Sau khi học xong mô-đun này, học viên có khả năng:

Về kiến thức:

- Trang bị cho người học những kiến thức cơ bản về các loại máy điện

- Giúp cho người học xác định và phân tích được cấu tạo, nguyên lý làm việc củacác loại máy biến áp và máy điện không đồng bộ

Về kỹ năng

- Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn máy điện không đồng bộ xoay chiều ba pha

- Quấn lại động cơ ba pha bị hỏng theo số liệu có sẵn

- Tính toán lại một số thông số cơ bản của động cơ (tần số, điện áp)

- Tính toán quấn máy biến áp công suất nhỏ

Về thái độ:

Rèn luyện tính cẩn thận, tỷ mỷ khi phân tích và sử dụng các dụng cụ kiểm tra, đomạch điện

III NỘI DUNG MÔ-ĐUN

Th i gian ời gian

T n ổn g số

Lý thuyế t

Thự c hành

Kiể m tra*

I Khái ni m chung v máy đi n ệm chung về máy điện ề máy điện ệm chung về máy điện.

1 Các đ nh lu t đi n t dùng trong máy đi nịnh luật điện từ dùng trong máy điện ật điện từ dùng trong máy điện ện từ dùng trong máy điện ừ dùng trong máy điện ện từ dùng trong máy điện

2.Đ nh nghĩa và phân lo i máy đi nịnh luật điện từ dùng trong máy điện ại máy điện ện từ dùng trong máy điện

3 Nguyên lý máy phát đi n và đ ng c đi nện từ dùng trong máy điện ộng cơ điện ơ điện ện từ dùng trong máy điện

4 S lơ điện ượt về các vật liệu chế tạo máy điện ề các vật liệu chế tạo máy điệnt v các v t li u ch t o máy đi nật điện từ dùng trong máy điện ện từ dùng trong máy điện ế tạo máy điện ại máy điện ện từ dùng trong máy điện

5 Phát nóng và làm mát máy đi n ện từ dùng trong máy điện

1 Khái ni m chungện từ dùng trong máy điện

2 Các đ i lại máy điện ượt về các vật liệu chế tạo máy điệnng đ nh m c c a máy bi n ápịnh luật điện từ dùng trong máy điện ức của máy biến áp ủa máy biến áp ế tạo máy điện

3 C u t o c a máy bi n ápấu tạo của máy biến áp ại máy điện ủa máy biến áp ế tạo máy điện

4 Nguyên lí làm vi c c a máy bi n ápện từ dùng trong máy điện ủa máy biến áp ế tạo máy điện

5 M ch đi n thay th c a máy bi n ápại máy điện ện từ dùng trong máy điện ế tạo máy điện ủa máy biến áp ế tạo máy điện

6 Các ch đ làm vi c c a máy bi n ápế tạo máy điện ộng cơ điện ện từ dùng trong máy điện ủa máy biến áp ế tạo máy điện

7 Máy bi n áp ba phaế tạo máy điện

8 S làm vi c song song c a máy bi n ápự làm việc song song của máy biến áp ện từ dùng trong máy điện ủa máy biến áp ế tạo máy điện

9 Các máy bi n áp đ c bi tế tạo máy điện ặc biệt ện từ dùng trong máy điện

III Máy đi n không đ ng b ệm chung về máy điện ồng bộ ộ.

1 Đ i cại máy điện ươ điệnng v máy đi n không đ ng bề các vật liệu chế tạo máy điện ện từ dùng trong máy điện ồng bộ ộng cơ điện

2 Máy đi n không đ ng b ba phaện từ dùng trong máy điện ồng bộ ộng cơ điện

3 Đ ng c đi n không đ ng b m t pha.ộng cơ điện ơ điện ện từ dùng trong máy điện ồng bộ ộng cơ điện ộng cơ điện

4 Dây qu n đ ng c không đ ng bấu tạo của máy biến áp ộng cơ điện ơ điện ồng bộ ộng cơ điện

5 Xây d ng s đ dây qu n đ ng c khôngự làm việc song song của máy biến áp ơ điện ồng bộ ấu tạo của máy biến áp ộng cơ điện ơ điện

đ ng b ba phaồng bộ ộng cơ điện

IV S a ch a và Qu n dây máy bi n áp 1 pha ửa chữa và Quấn dây máy biến áp 1 pha ữa và Quấn dây máy biến áp 1 pha ấn dây máy biến áp 1 pha ế

1 Tính toán dây qu n máy bi n áp cách ly 1ấu tạo của máy biến áp ế tạo máy điện

V S a ch a và Qu n dây đ ng c 3 pha ửa chữa và Quấn dây máy biến áp 1 pha ữa và Quấn dây máy biến áp 1 pha ấn dây máy biến áp 1 pha ộ ơ 3 pha

1. Quy trình qu n dâyấu tạo của máy biến áp

2. Thi công qu n dâyấu tạo của máy biến áp

3. Đ u dây và v n hành đ ng cấu tạo của máy biến áp ật điện từ dùng trong máy điện ộng cơ điện ơ điện

* Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết được tính vào giờ lý thuyết, kiểm tra thực

hành được tính vào giờ thực hành

IV ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH:

Vật liệu:

 Dây điện từ các loại

 Giấy cách điện, phim phổi

 Ghen cách điện bằng amiăng

 Máy quấn dây chỉ thị số

 Khoan điện; Mỏ hàn điện

 Kìm điện các loại: kìm B (kìm răng), kìm nhọn, kìm cắt, kìm tuốt dây, kìm bấm cốt

 Tuốc-nơ-vít các loại (dẹp, bake): từ 2mm đến 6mm

 Cưa, bào, búa cao su

 Các loại máy đo (AC & DC): ampe kế, volt kế, Ohm kế, watt kế, tần số kế, Cos kế, điện kế1pha, 3 pha,

 Động cơ một pha và ba pha các loại

V PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ:

trình thi công và sản phẩm của học sinh

 Bài kiểm tra 2: 60 phút: Vẽ một loại sơ đồ dây quấn động cơ theo yêu cầu của giáoviên Chấm cụ thể trên bài vẽ của học sinh

 Bài kiểm tra 3: 60 phút: Đấu dây vận hành động cơ theo các cấp điện áp khác nhau:chấm cụ thể quá trình đấu động cơ của học sinh

 Bài kiểm tra 5: 60 phút: Thi công quấn dây động cơ ba pha: chấm cụ thể quá trình thicông và sản phẩm của học sinh

VI HƯỚNG DẪN CHƯƠNG TRÌNH :

1 Phạm vi áp dụng chương trình:

Chương trình mô-đun này được sử dụng để giảng dạy cho trình độ Trung cấp nghề vàCao đẳng nghề

2 Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy mô đun:

Cần tập trung cả lớp để hướng dẫn ban đầu: Phần này giáo viên cần thao tác mẫu chohọc sinh quan sát

Tùy vào thiết bị có của từng đơn vị để phân chia số lượng học sinh thực tập trongmỗi nhóm (Mỗi nhóm nên tối đa là 3 học sinh): Phần này giáo viên nên quan sát từng nhóm

và sửa sai tại chỗ (nếu có)

Tập trung cả lớp để rút kinh nghiệm sau mỗi ca thực tập: Phần này giáo viên cho họcsinh nêu lên những vướng mắc trong ca thực tập và đưa ra phương pháp khắc phục

-Kỹ thuật quấn dây, Minh Trí, NXB Đà Nẵng, năm 2000

Quấn dây sử dụng và Sửa chữa Động cơ điện xoay chiều thông dụng, Nguyễn XuânPhú - Tô Đằng, NXB Khoa học và Kỹ thuật , Hà Nội - 1989

Sổ tay thợ Sửa chữa, vận hành máy điện , A.S KOKREP, Phan Đoài Bắc dịch, NXBCông nhân kỹ thuật, năm 1993

Sổ tay thợ điện trẻ, A.M VISTÔC, M.B DÊVIN, E.P PARINI, Bạch Quang Văndịch, NXB Công nhân kỹ thuật, năm 1981

Các sách báo tạp chí và website về điện

BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN

(Lý thuyết: 7h; Bài tập: 3h; Kiểm tra: 0h)

Mục tiêu:

- Phát biểu hiện tượng cảm ứng điện từ và các định luật điện từ dùng trong máy điện

- Phát biểu về sự khác nhau của các loại máy điện hiện đang hoạt động theo cấu tạo,

theo nguyên tắc hoạt động, theo loại dòng điện

- Giải thích quá trình phát nóng và làm mát của máy điện hiện đang hoạt động, theo

nguyên tắc định luật về điện.

Nội dung tổng quát:

3.1 Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện

3.2 Tính thuận nghịch của máy điện

1.1 CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN

1.1.1 Tính chất của từ tính

- Từ tính là thuộc tính cố hữu của tất cả các loại vật chất

- Từ tính chỉ có thể nhận thấy một cách rõ ràng đối với các loại vật liệu sắt từ

- Do tất cả các loại vật chất đều mang từ tính nên có thể khẳng định rằng không có vậtliệu nào có thể cách từ

- Màng chắn từ được hình thành xung quanh một vật với sự tổ hợp hợp giữa các vật liệu

từ tính và không từ tính

- Hướng tác dụng của lực từ được thể hiện tương ứng bằng một đường cong liên tục và

có tên gọi là đường sức từ

- Đường sức từ có dạng các đường cong khép kín

- Các đường sức từ luôn đi theo con đường ngắn nhất và không bao giờ cắt nhau

- Các đường sức từ tác động theo cùng một hướng và nằm gần sát nhau nhưng cókhoảng cách nhất định

- Các đường sức từ hướng ra ngoài ở cực Bắc và hướng vào trong ở cực Nam

- Tập hợp các đường sức từ thể hiện từ trường và được gọi là từ thông

- Từ trường là vùng mà có thể phát hiện được từ tính

- Các nam châm đặt ở trạng thái tự do (lơ lửng) trong từ trường luôn có xu hướng xoaysong song với đường sức từ của từ trường đó

- Các nam châm hút các vật liệu có từ tính đặt bên trong từ trường của nó

- Lực từ được tập trung tại các cực của nam châm

- Cùng cực thì đẩy nhau và khác cực thì hút nhau

- Sự tác động sắp thẳng hàng phân tử từ tính để tạo ra một lực từ mạnh trong vật liệuđược gọi là cảm ứng từ

- Cảm ứng từ xảy ra trong vật liệu chưa nhiễm từ khi bị tác động bởi vật liệu có từ tính

- Lực từ luôn luôn tạo ra một cực nghịch ở bề mặt gần nhất của vật liệu được nhiễm từ

- Từ tính tồn tại trong vật liệu sau khi bỏ lực từ được gọi là từ trễ

- Vùng “trung gian” hay “phân cực” nằm giữa hai cực của vật liệu từ

- Nhiệt và sự dao động ảnh hưởng đến mức độ của từ tính

- Độ từ thẩm của vật liệu từ tính thể hiện mức độ cảm ứng từ xảy ra trong vật liệu

- Các vật chất có độ từ thẩm nhỏ hơn hoặc bằng so với không không khí được coi nhưkhông có từ tính

- Vật liệu sắt từ có độ từ thẩm cao nhất và được gọi là vật liệu từ tính

- Vật liệu khó nhiễm từ yêu cầu một lực từ lớn để làm thay đổi mức độ nhiễm từ vàđược gọi là nam châm vĩnh cửu

- Vật liệu dễ thay đổi mức độ nhiểm từ là những loại vật liệu được sử dụng làm namchâm điện

- Một vật làm bằng sắt mềm được dùng để bảo vệ nam châm vĩnh cửu khỏi sự khử từ

- Các đường sức từ nằm bên ngoài các phần từ tính hữu ích được gọi là “từ thông thấtthoát”.

dây dẫn đảo chiều thì tương ứng, kim la bàn cũng xoay đảo chiều

Từ trường xung quanh dòng điện đi trong dây dẫn thẳng

có chiều thuận chiều quay của kim đồng hồ

Dòng điện có chiều đi từ trong ra ngoài và tương ứng đường sức từ có chiều ngược chiều quay của kim đồng hồ

Hình 1.3Mũi tên trong hình vẽ trên chỉ chiều của dòng điện và từ trường Hướng của các đường

sức từ, đôi khi gọi là từ thông, có thể được xác định thông qua quy tắc Bàn tay phải.

Quy tắc bàn tay phải: Nếu dây dẫn được nắm bằng bàn tay phải thì khi chiều của

ngón tay cái chỉ chiều dòng điện thì các ngón tay còn lại sẽ chỉ chiều của đường sức từ

Từ trường xung quanh dây dẫn thẳng

Hình 1.5

Quy tắc bàn tay phải của Ampere áp dụng cho dây dẫn thẳng

Chiều của dòng điện

Tay phải

Các ngón tay chỉ chiều của đường sức từ

Hình 1.4: Quy tắc bàn tay phải – dây dẫn

thẳng

CHIỀU DÒNG ĐIỆN

Nắm dây dẫn bằng bàn tay phải sao cho ngón tay cái chỉ chiều của dòng điện Các ngón tay ôm vòng quanh dây dẫn chỉ chiều của từ thông

Hình 1.6

Lực tương tác giữa các dây dẫn

Từ trường của hai dây dẫn song song

Hình 1.7

Chú ý - Các dây dẫn có dòng điện chạy qua cùng chiều với nhau thì hút lẫn nhau; Các dây dẫn có dòng điện chạy qua ngược chiều nhau thì đẩy nhau.

Ký hiệu mũi tên.

Để chỉ hướng (chiều) của dòng điện trên sơ đồ mà dây dẫn vuông góc với mặt phẳngcủa tờ giấy, chúng ta sử dụng ký hiệu mũi tên như sau:

Nếu dòng điện đi từ trong ra ngoài thì biểu diễn bằng một dấu chấm ở tâm dây dẫn (cóthể tưởng tượng rằng một mũi tên đâm vào tờ giấy từ trong ra thì ta sẽ nhìn thấy một dấuchấm)

Nếu dòng điện có chiều đi từ ngoài vào trong thì biểu diễn bằng một dấu (+)

DÒNG

Từ trường xung quanh hai dây dẫn

song song có dòng điện chạy qua

ngược chiều nhau

Từ trường xung quanh hai dây dẫn song song có dòng điện chạy qua cùng chiều nhau

Khi hai dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua và đặt sát nhau thì từ trường của chúng

sẽ tác động lẫn nhau

Các đường sức từ luôn khép kín; như thể hiện trong các hình vẽ dưới đây Nhữngđường nét chấm biểu diễn dòng từ thông đi qua lõi sắt và sau đó quay trở lại thông qua môitrường không khí xung quanh

Hình 1.8

Một cách đơn giản, các đường nét chấm trong hình vẽ dưới thể hiện rằng mọi đườngsức từ đều khép kín và đối với máy điện DC (một chiều), một phần từ thông đi trong khôngkhí và phần còn lại đi trong sắt

Hình 1.9

Độ từ thẩm (Œ) là đại lượng thể hiện khả năng vật liệu có thể được từ hóa Để đưa ra

được giá trị của độ từ thẩm của vật liệu, người ta phải căn cứ vào độ từ thẩm của không khí

μ = μr.μo trong đó: Œ là độ từ thẩm thực tế

Ví dụ Một lõi từ có tiết diện ngang hình vuông 20mm x 25mm có chiều dài 110mm, nếu có

độ từ thẩm tương đối (Œr,) là 810, xác định từ trở của lõi từ

1.2733 Suất từ động (Fm)

Khả năng của một cuộn dây tọa ra từ thông được gọi là Suất từ động (Fm) và được xác

định qua đơn vị Ampe-vòng (A/t).

Ví dụ Xác định suất từ động tạo ra bởi cuộn dây có 960 vòng khi có dòng điện 0,25A chạy qua

Fm = I.N = 0.25 x 960 = 240 A/t

Lực từ hóa (H).

Lực từ hóa (H) là đại lượng thể hiện khả năng của suất từ động từ hóa vật liệu khi

tính đến chiều dài của vật liệu được từ hóa Do đó việc tính toán có thể thực hiện bằng cáchchia suất từ động cho chiều dài của mạch từ Nếu diện tích mặt cắt ngang của mạch dẫn từ

là không thay đổi thì có thể áp dụng công thức:

H = IN / l

Ví dụ Lực từ hóa tọa ra trên lõi có chiều dài 150mm ở ví dụ trên có thể tính toán đượcnhư sau:

Mật độ từ thông (B)

Mật độ từ thông (B) được xác định thông quan lượng từ thông tổng và diện tích mà từthông đi qua:

B = Φ)/S trong đó: B là mật độ từ thông với đơn vị Tesla (wb/m2)

Φ) là tổng lượng từ thông với đơn vị Vêbe (Wb)

S là diện tích với đơn vị m2

 Mật độ từ thông của một từ trường phụ thuộc vào lực từ hóa (H) và độ từ thẩm tuyệt

đối của môi trường từ tính

B = μH (Tesla)

Ví dụ Một mạch từ với diện tích mặt cắt ngang là 120mm2 dẫn dòng từ thông 0.24

Wb Xác định mật độ từ thông trong lõi dẫn B = Φ)/A

l

Rm = ŒS trong đó: Rm là từ trở với đơn vị amp-vòng/Vêbe

Œ là độ từ thẩm thực của lõi vật liệu dẫn từ

S là diện tích mặt cắt ngang của lõi dẫn từ với đơn vị m2

Mạch từ

Mạch từ có thể so sánh với mạch điện như thể hiện trong bảng dưới đây:

Truật ngữ Mạch điện Mạch từ

Sự cản trở Điện trở (R) Từ trỏ (Fm)

đóch mong muốn Từ thông thất thoát được đánh giá thông qua hệ số thất thoát vàthường có giá trị tuqf 1,1 đến 1,3 đối với các trang thiết bị điện

hệ số thất thoát = tổng từ thông tạo ra / từ thông hữu ích

tách Hiệu ứng này dẫn đến làm giảm mật độ từ thông qua khe hở không khí (cónghĩa là khe hở càng lớn thì sự phân tán càng xảy ra mạnh hơn)

ngay cả khi có sự phân tách bằng không khí, đồng, gỗ hay mọi loại vật liệu không có

từ tính khác

1.1.4 Cảm ứng điện từ

Quy tắc Bàn tay Phải của Fleming (cho Máy phát)

Như trong phần trên đã trình bày, điện áp sẽ hình thành trên đoạn dây dẫn nếu như có

từ trường di chuyển qua nó

Điều này đúng trong trường hợp dây dẫn di chuyển trong một từ trường tĩnh hoặc từtrường di chuyển ngang qua dây dẫn tĩnh

Chiều của dòng điện sinh ra trong dây dẫn có thể xác định được thông qua quy tắc: đặtngón cái, ngón trỏ và ngón giữa của bàn tay phải sao cho vuông góc với nhau như thể hiện ởhình vẽ dưới

Hình 1.10

Nếu như Ngón tay cái chỉ theo hướng Chuyển động của dây dẫn, Ngón tay trỏ chỉ hướng của từ trường thì Ngón giữa sẽ chỉ chiều của dòng điện sinh ra trong dây dẫn Quy tắc này được biết đến với tên gọi Quy tắc bàn tay phải của Fleming (áp dụng cho máy phát)

Định luật Lenz

Định luật Lenz phát biểu như sau: “Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ

trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó” Ðiều này có nghĩa là

Quy tắc bàn tay phải của Fleming dùng để xác định hướng của sức điệnđộng emf

Từ trường

khi từ thông qua mạch tăng lên, từ trường cảm ứng sinh ra có tác dụng chống lại sự tăngcủa từ thông: từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài Nếu từ thông quamạch giảm, từ trường cảm ứng (do dòng điện cảm ứng sinh ra nó) có tác dụng chống lại sựgiảm của từ thông, lúc đó từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài Đây chính

là nguyên nhân của việc tăng vận tốc vòng của máy phát nếu như muốn tăng cường độ dòngđiện cảm ứng của máy phát

Một Suất điện động - EMF có thể được hình thành bằng cách cho một đoạn dây dẫnchuyển động ngang qua từ trường hoặc di chuyển từ trường ngang qua đoạn dây dẫn

Nguyên lý trên được gọi là Suất điện động cảm ứng và có tên gọi là “Cảm ứng điện từ”.

Nguyên lý này được ứng dụng trong các máy điện như sau:

Hướng của đường sức từ

Hướng chuyển động của dây dẫn

Trong hình (b), thanh nam châm chuyển động vào trong cuộn dây và điện kế thể hiện

sự hình thành suất điện động cảm ứng trong cuộn dây

Hình (c) thể hiện không có suất điện động cảm ứng trong cuộn dây nếu như thanh namchâm đứng yên

Hình (d) thể hiện suất điện động cảm ứng hình thành khi di chuyển thanh nam châmtheo chiều ngược lại cắt ngang cuộn dây

Từ các hình vẽ thể hiện trong trang trước có thể nhận thấy rằng các nhân tố cần thiết

để hình thành “suất điện động cảm ứng” đó là:

Thanh nam châm

Chuyển động của Thanh nam châm

Điện kếCuộn dây

Chuyển động của Thanh nam châmNam châm

đứng yên

ĐỘ TỰ CẢM

trong nó bằng một từ trường biến thiên

Faraday đưa ra hai định luật về cảm ứng điện từ như sau:

Định luật Faraday thứ nhất:

Khi có chuyển động tương đối giữa từ trường và dây dẫn thì sẽ hình thànhtrong dây dẫn một suất điện động cảm ứng

Định luật Faraday thứ hai:

Cường độ của suất điện động cảm ứng tỷ lệ thuận với mức độ biến thiêncủa từ thông

Tổng hợp cả hai Định luật trên ta có:

Giá trị của suất điện động cảm ứng trong cuộn dây phụ thuộc vào số dây dẫn có trong mạch từ và tốc độ biến thiên của từ thông qua các dây dẫn.

Hiệu điện thế cảm ứng

Định luật Faraday thể hiện rằng hiệu điện thế cảm ứng tăng nếu:

 tăng tốc độ chuyển động tương đối giữa dây dẫn và từ trường

LỰC TÁC ĐỘNG LÊN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG

Nếu dây dẫn được đặt trong một từ trường có một dòng điện chạy qua thì dây dẫn sẽchuyển động Lực gây ra sự chuyển động của dây dẫn được hình thành do nó mang dòngđiện và đặt trong từ trường Cường độ lực tác động lên dây dẫn phụ thuộc vào ba thông sốsau:

2 chiều dài của dây dẫn trong từ trường

Hình 1.12(a)

Chỉ phần dây dẫn nằm trong từ trường chịu sự tác động

QUY TẮC BÀN TAY TRÁI CỦA FLEMING – NGUYÊN TẮC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Quy tắc này được áp dụng tương tự như quy tắc bàn tay phải và chỉ khác là phải dùng bàn tay trái

Hình 1.12(b)

điện trong dây dẫn

Sử dụng quy tắc bàn tay trái của Fleming đối với:

(Chiều dòng điện)

(Từ thông)

(Chiều chuyểnđộng)

HỖ CẢM (Cảm ứng tương hỗ)

Cảm ứng tương hỗ xảy ra tại nơi dòng điện chạy trong cuộn dây hay dây dẫn tạo ramột từ trường và tạo ra một suất điện động tự cảm trong cuộn dây hay dây dẫn liền kề

Hình 1.13Hiện tượng hỗ cảm được ứng dụng lớn nhất là trong máy biến áp với các mức điện áptăng hay giảm Nguồn điện được nối với cuộn dây sơ cấp tạo ra từ thông biến đổi cắt quacuộn dât sơ cấp rồi hình thành suất điện động trên cuộn dây sơ cấp

SỰ TỰ CẢM

Hiện tượng này xảy ra khi cuộn dây hay dây dẫn có một suất điện động tự cảm hình

thành bên trong bằng cách di chuyển nó trong từ trường riêng của nó Khi điện áp đặt lên

cuộn dây, từ trường tăng lên và di chuyển lệch ra khỏi tâm của cuộn dây và cắt các vòng

dây, lúc này sẽ hình thành một điện áp cảm ứng ngược với điện áp đătk lên cuộn dây

Khi cường độ dòng điện trong cuộn dây tăng lên sẽ tạo ra dòng từ thông trong cuộndây và hình thành một suất điện động cảm ứng ngược với suất điện động đặt vào cuộn dâyhoặc có xu hướng giữ cho cường độ trong cuộn dây không tăng

TĂNG

ĐIỆN KẾ

CUỘN DÂY THỨ CẤPCUỘN DÂY SƠ CẤP

DÒNGĐIỆN

SƠ CẤP

DÒNG ĐIỆNTHỨ CẤP

Từ trường tăng do hỗ cảm

ĐIỆN KẾ

TỪ TRƯỜNG GIẢM

MỞ CÔNG TẮC

Từ trường giảm do hỗ cảm

Khi cường độ dòng điện giảm sẽ tạo ra suất điện động cảm ứng và có tác động cùnghướng với suất điện động đặt vào cuộn dây và duy trì cường độ dòng điện trong cuộn mạchđiện

CÁC HIỆU ỨNG KHÔNG MONG MUỐN CỦA CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Hiệu ứng Hỗ cảm xảy ra khi từ thông của một dây cáp điện cắt ngang dây cáp dẫn điệnkhác

Hiệu ứng này có thể là không mong muốn trong trường hợp cáp điện đang có dòngđiện chạy qua với cường độ rất nhỏ, ví dụ như cáp tivi

Trong trường hợp khác, cường độ dòng điện cảm ứng có thể đủ lớn để dẫn đến Rơle ởtrạng thái hoạt động

SỰ NGHUY HIỂM CỦA SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG

Khi cáp dẫn điện được đặt sát nhau mà không có kèm theo dây nối đất hay vỏ bọ kim loại thì có thể tạo ra suất điện động cảm ứng có giá trị lớn.

1.2 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN

1.2.1 Định nghĩa

Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ,

về cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (dây quấn), dùng để biến đổi các dạng nănglượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại như điện năng thành cơnăng (động cơ điện), hoặc dùng để biến đổi các thông số điện năng như điện áp, dòng điện,tần số, số pha

1.2.2 Phân loại máy điện

Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại khác nhau ở đây ta phân loại máyđiện dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng như sau :

1 Máy điện tĩnh :

Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, do sự biến đổi từ thôngtrong các cuộn dây không có sự chuyển động tương đối với nhau Máy điện tĩnh thườngdùng để biến đổi các thông số điện năng như máy biến áp biến điện áp xoay chiều thànhđiện áp xoay chiều có giá trị khác,

2 Máy điện quay (hoặc có loại chuyển động thẳng):

Máy điện quay làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ do từ trường và dòng điện trong các cuộn dây gây ra loại máy này dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại như điện năng thành cơ năng (động cơ điện) Qúa trình biến đổi năng lượng này có tính thụận nghịch nghĩa là máy điện có thế làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện

1.3 NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

một điện áp giống nhau Nếu tất cả các đoạn dây dẫn được mắc nối tiếp với nhau,tương tự như cuộn dây, thì điện áp sẽ được cộng lại với nhau

động đem lại hiệu suất cao đều là chuyển động quay tròn nên mức độ cắt đượcxác định thông qua tốc độ quay

Như đã biết, định luật Lenz phát biểu rằng nếu chúng ta nối cuộn dây với một mạchđiện thì sẽ tạo ra một dòng điện ngược và làm cho cuộn dây khó thực hiện chuyển độngquay hơn (gây ra cản trở) Hay nói cách khác, cường độ dòng điện đi qua máy phát càng lớnthì yều cầu thực hiện công cơ học càng tăng để duy trì sự quay của máy phát Do luôn có sựtổn hao nên công đầu vào luôn luôn lớn hơn công đầu ra (công hữu ích)

Các loại máy khác sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ bao gồm cuộn dây đánh lửatrong ô tô, máy biến áp, chấn lưu của đèn huỳnh quang,

Động cơ điện.

Nếu hai nam châm được đặt gần nhau thì chúng sẽ có xu hướng làm một cái hoặc cảhai chuyển động Điều này rất dễ dàng nhận thấy trong thực tế đối với loại nam châm vĩnhcửu hay nam châm điện Sử dụng nguyên lý hoạt động trên có thể tạo ra được Động cơ điện.Nếu một dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong một từ trường của một nam châm thìhai từ trường sẽ tác động lên nhau để tạo ra lực tương tác cơ học.

CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO RA SUẤT ĐIỆN ĐỘNG

Từ những nội dung đã đề cập đến trong các phần trước, chúng ta có thể nhận thấy cósáu phương pháp cơ bản để tạo ra một suất điện động, đó là:

cặp nhiệt kế

Sử dụng: Cùng với các dụng cụ đo, thiết bị đo nhiệt độ cao.

2 Ma sát Cọ sát hai vật liệu khác nhau với nhau như thanh thủy tinh với vải lông

Sử dụng: Như bộ phận gom bụi (lọc bụi) trong hệ thống điều hòa không khí

của nhà xưởng

Sử dụng: Pin hay Ắc quy.

4 Ánh sáng Hội tụ nguồn sáng lên các tấm cực kim loại dán với nhau sẽ tạo ra suất điện

động

Sử dụng: Đồng hồ đo độ sáng của máy ảnh, pin năng lượng mặt trời dùng

cho bộ thu phát sóng radio lắp trên vệ tinh nhân tạo

Sử dụng: Điện thoại, microphone, kim đĩa hát.

Sử dụng: Củ phát điện cho đèn xe đạp, bộ phận phát điện của ôtô

Phương pháp tạo ra suất điện động cuối cùng trong các phương pháp kể trên chính lànội dung được đề cập đến trong phần này

Mắc một điện kế có độ nhạy cao với đoạn dây dẫn và sau đó cho đoạn dây dẫn chuyểnđộng lên xuống cắt ngang qua bề mặt của một nam châm, trên điện kế sẽ thể hiện có mộtsuất điện động được tạo ra Kim chỉ trên điện kế đầu tiên chuyển động theo một chiều rồisau đó đảo chiều

Hình 1.14 - Sự hình thành một Suất điện độngNếu di chuyển đoạn dây dẫn vòng tròn xung quanh thanh nam châm một cách liên tụcthì suất điện động được tạo ra cũng sẽ liên tục (Hình.1.15)

Hình.1.15 - Sự hình thành một Suất điện động liên tụcPhương pháp như thể hiện trong Hình 1.14 có tính khả thi cao hơn và là dạng cơ bảncủa máy phát điện

Suất điện động có thể tăng mạch lên bằng cách:

c tăng tốc độ chuyển động (tăng rad/phút)

1.4 SƠ LƯỢT VỀ CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN

Vật liệu chế tạo máy điện gồm vật liệu cầu trục, vật liệu tác dụng và vật liệu cách điện.Vật liệu cầu trục là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như trục, ổ trục,thân máy, nắp Vật liệu tác dụng là vật liệu dùng để chế tạo nhưng bộ phận dẫn điện và từ.Còn vật liệu cách điện dùng để cách điện giữa phần dẫn điện với không dẫn điện và giữacác phần dẫn điện với nhau

1.4.1 Vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện để chế tạo máy điện tốt nhất là đồng (Cu) vì chúng không đắt lắm và

có điện trở suất nhỏ Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau, đồngphốtpho Dây đồng hoặc dây nhôm được chế tạo theo tiết điện tròn hoặc tiết điện chữ nhật

có bọc cách điện Với nhưng máy có công suất nhỏ và trung bình, điện áp dưởi 1000Vthường dùng dây dẫn bọc êmay vì lởp cách điện của nó mong và đạt độ bền yêu cầu

1.4.2 Vật liệu dẫn từ

liệu sắt từ như thép kỹ thụật điện,

xoay Thép kỹ thụật điện được chế tạo

nguội

Hiện nay thường dùng thép cảm

kích từ, ta thấy thép kỹ thụật điện có từ cảm lớn nhất, sau đó lá thép đúc và cuối cũng làgang

Ở các phần dẫn từ có từ thông không đổi thường dùng thép đúc, thép rèn, hoặc thép lá

1.4.3 Vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện trong máy điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tảnnhiệt tốt, chống ẩm và be62n về cơ học Cách điện bọc dây dẫn chịu được nhiệt độ cao thìnhiệt độ cho phép của dây dẫn càng lớn và dây dẫn chịu được dòng tải lớn

Chất cách điện của máy điện phần lớn ở thế rắn và gồm có 4 nhóm:

a) Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, lụa

b) Chất vô cơ như amiang, mica, sợi thủy tinh

c) Các chất tổng hợp

d) Các loại men và sơn cách điện

Chất cách điện tốt nhất là mica nhưng đắt Giấy, vải, sợi rẻ nhưng dẫn nhiệt và cáchđiện kém, dễ bị ẩm Vì vậy chúng phải được tẩm sấy để cách điện tốt hơn

Căn cứ độ bền nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra các cấp như sau:

- Cấp Y : Nhiệt độ cho phép là 900C, bao gồm bông, giấy, vải, tơ lụa, sợi tổng hợp,không được tẩm sấy bằng sơn cách điện

Hình 1.7:Đường cong từ hóa của một

số vật liệu dẫn từ

- Cấp A : Nhiệt độ cho phép là 1050C, bao gồm vải, sợi xenlulô, sợi tự nhiên hoặcnhân tạo được qua tẩm sấy bằng sơn cách điện.

- Cấp E : Nhiệt độ cho phép là 1200C, bao gồm màng vải, sợi tổng hợp gốc hữu cơ cóthế chịu được nhiệt độ tương ứng

- Cấp B : Nhiệt độ cho phép là 1300C, bao gồm các vật liệu gốc mica, sợi thủy tinhhoặc amiang được liên kết bằng sơn hoặc nhựa gốc hữu cơ có thế chịu được nhiệt độ tươngứng

- Cấp F : Nhiệt độ cho phép là 1550C, giống như loại B nhưng được tẩm sấy và kếtdính bằng sơn hoặc nhựa tổng hợp có thế chịu được nhiệt độ tương ứng

- Cấp H : Nhiệt độ cho phép là 1800C, giống như cấp B nhưng dùng sơn tẩm sấy hoặcchất kết dính gốc silic hữu cơ hoặc các chất tổng hợp có khá năng chịu được nhiệt độ tươngứng

- Cấp C : Nhiệt độ cho phép là >1800C, bao gồm các vật liệu gốc mica, thủy tinh vàcác hợp chất của chung dùng trực tiếp không có chất liên kết Các chất vô cơ có phụ giả liênkết bằng hữu cơ và các chất tổng hợp có khá năng chịu được nhiệt độ tương ứng

Ngoài ra còn có chất cách điện ở thế khí (không khí) và thế lòng (dầu biến áp)

Khi máy điện làm việc, do tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hóa kháccách điện sẽ bị lão hóa nghĩa là mật dẫn các tính bên về điện và cơ Thực nghiệm cho biết,khi nhiệt độ tăng qua nhiệt độ làm việc cho phép 8-100C thì tụổi thọ của vật liệu cách điệngiảm đi một nửa

vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làmmát

Kích thước của máy, phương pháp làm mát phải được tính toán và lựa chọn để cho độtăng nhiệt của vật liệu cách điện trong máy không vượt qúa độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảocho vật liệu cách điện làm việc lâu dài, tụổi thọ của máy khoảng 20 năm

Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng thiệt của các phần từ không vượtqúa độ tăng nhiệt cho phép Khi máy quá tải độ tăng nhiệt của máy sẽ vượt qúa nhiệt độ chophép, vì thế không cho phép máy làm việc quá tải lâu dài

CÂU H I ÔN T P ỎI ÔN TẬP ẬP

1) Từ tính chỉ có thể nhận thấy trong các vật chất 2) Các đường sức từ có

dạng

3) Đường sức từ luôn chọn đường

đi và cắt qua nhau

4) Các đường sức từ tác động theo cùng một hướng và nằm sát nhau

8) Cảm ứng từ xảy ra đối với vật liệu chưa nhiễm từ khi

12) Trong dây dẫn của cuộn dây có dòng điện chạy qua, nơi có từ trường mạnh nhất là:

b tại đầu cuộn dây

d tại vị trí tâm và nằm ở đoạn giữa cuộn dây ( )

13) Nếu tăng dòng điện thì từ trường sẽ:

15) Một dây dẫn có dòng điện chạy qua, ký hiệu (+) biểu diễn điều gì:

b dòng điện có chiều từ sau ra trước

c dòng điện có chiều từ trước ra sau

d từ trường chuyển động ra xa phía người nhìn ( )

16) Một dây dẫn có dạng xoắn tròn thì được gọi là:

20) Xác định tổng từ thông của mạch điện từ có lõi sắt tiết diện 250mm² và tương ứng mật

24) Lõi dẫn từ có tiết diện vuông 30mm x 30mm với chiều dài là 90mm nếu lõi dẫn từ có

độ từ thẩm tương đối (Œr) là 810, xác định từ trở cuat lõi dẫn từ

BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP

(Lý thuyết: 10h; Bài tập: 3h; Kiểm tra: 2h)

Mục tiêu:

- Mô tả cấu tạo, phân tích nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha và ba pha.

- Xác định cực tính và đấu dây vận hành máy biến áp một pha, ba pha đúng kỹ thuật.

- Đấu máy biến áp vận hành song song các máy biến áp.

- Tinh toán các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn

mạch.

- Chọn lựa máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng Bảo dưỡng và sửa chữa máy

biến áp theo yêu cầu.

Nội dung tổng quát:

a Chế độ không tải

b Chế độ ngắn mạch

c Cế độ có tải

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP

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 (Hình1.1) Thông thường khọảng cách từ nơi sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn để đặt ra

là việc trụyền tải điện năng đi xa làm sao cho đảm bảo chất lượng điện áp và kinh tế nhất

Hình 2.1 Sơ đồ cung cấp điện đơn giảnGiả sử hộ tiêu thụ có công suất P, hệ số công suất cosφ, điện áp của đường dây trụyềntải là U, thì dòng điện trụyền tải trên đường dây là :

cos

P I

áp ở đầu đường dây Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0.4 ÷ 6kV, vìvậy cuối đường dây phải có thiết bị giảm điện áp xuống Thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầuđường dây và giảm điện áp cuối đường dây gọi là máy biến áp(MBA) Như vậy MBA dùng

để trụyền tải và phần phối điện năng

2.1.2 ĐỊNH NGHĨA MBA

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng đểbiến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điệnxoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi

2.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC MBA

Các đại lượng định mức của MBA qui định điều kiện kỹ thụật của máy Các đại lượngnày do nhà máy chế tạo qui định và ghi trên nhãn của MBA

1 Dung lượng (công suất định mức) Sđm [VA hay kVA] là công suất toàn phần hạybiểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của MBA

2 Điện áp Sơ cấp định mức U1đm [V hay kV] là điện áp của dây quấn Sơ cấp

3 Điện áp thứ cấp định mức U2đm [V hay kV] là điện áp của dây quấn thứ cấp khiMBA không tải và điện áp đặt vào dây quấn Sơ cấp là định mức

4 Dòng điện Sơ cấp định mức I1đm [A hay kA] và thứ cấp định mức I2đm là nhưngdòng điện của dây quấn Sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức Đối vớiMBA ba pha điện áp và dòng điện ghi trên nhãn máy là điện áp và dòng điện dây

Đối với MBA một pha:

5 Tần số định mức fđm[Hz] Các MBA điện lực có tần số công nghiệp 50Hz

Ngoài ra trên nhãn MBA còn ghi các số liệu khác như : số pha m, Sơ đồ và tổ nối dây 2.1.4 Các loại máy biến áp chính

1 MBA điện lực dùng để trụyền tải và phần phối công suất trong hệ thống điện lực

2 MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, MBA hàn

3 MBA tự ngẫu dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ không đồng bộcông suất lớn

4 MBA đo lường dùng để giảm điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ đo tiêuchuẩn hoặc để điều khiển

5 MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao

MBA có rất nhiều loại song thực chất hiện tưởng xảy ra trong chung đều giống nhau

Để thụận tiện cho việc nghiên cứu, sau đây ta xét MBA điện lực một pha hai dây quấn

2.3 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP

Cấu tạo MBA gồm ba bộ phận : lõi thép, dây quấn và vỏ máy

2.3.1 Lõi thép MBA

Lõi thép MBA (hình 2.2) dùng để dẫn từ thông, được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từtốt, thường lá thép kỹ thụật điện có bề dải từ 0,3 ÷ 1 mm, Mặt ngoài các lá thép có sơn cáchđiện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép Lõi thép gồm hai phần: Trụ và Gông Trụ T làphần để đặt dây quấn còn gông G là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín

Hình 2.2 Mạch từ MBA một pha a) kiểu trụ b) kiểu bọc

2.3.2 Dây quấn MBA

Dây quấn MBA (hình 2.2) thường làm bằng dây dẫn động hoặc nhôm, tiết diện trònhay chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồngvào trụ thép Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi thép đều cócách điện máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn Khi các dây quấn đặt trên cũngmột trụ thì dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép còn dây quấn điện áp cao đặt bên ngoài.Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện

2.3.3 Vỏ MBA

Vỏ MBA làm bằng thép gồm hai bộ phận : thùng và nắp thùng

1 Thùng MBA : Trong thùng MBA đặt lõi thép, dây quấn và dầu biến áp Dầu biến áp

làm nhiểm vụ tăng cương cách điện và tản nhiệt Lúc MBA làm việc, một phần năng lượngtiêu hao thoát ra dưởi dạng nhiệt làm dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác nóng lên Nhờ

sự đối lưu trong dầu và trụyền nhiệt từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu và từ dầu quavách thùng ra môi trường xung quanh (hình 2.3)

Hình 2.3 MBA dầu ba pha, hai dây quấn, 250kva

2 Nắp thùng : Dùng để đậy trên thùng và có các bộ phận quan trọng như :

- Sứ ra của dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp

- Bình dãn dầu (bình dầu phụ)

- Ống bảo hiểm

2.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP LÝ TƯỞNG

Máy biến áp lý tưởng có các tính chất như sau:

1 Cuộn dây không có điện trở

2 Từ thông chạy trong lõi thép móc vòng với hai dây quấn, không có từ thông tản vàkhông có tổn hao trong lõi thép

3 Độ từ thẩm của thép rất lớn (Œ = ∞), như vậy dòng từ hóa cần phải có để sinh ra từ), như vậy dòng từ hóa cần phải có để sinh ra từ

thông trong lõi thép là rất nhỏ không đáng kể, nghĩa là stđ cần để sinh ra từ thông trong lõithép bằng không

Hình 2.4 vẽ Sơ đồ nguyên lý của MBA một pha gồm lõi thép và hai dây quấn Dâyquấn sơ cấp có số vòng dây N1 được nối với nguồn điện áp xoay chiều và các đại lượngphía dây quấn Sơ cấp thường ký hiệu có chỉ số 1 kém theo như u1, i1, e1, Dây quấn thứcấp có N2 vòng dây, cung cấp điện cho phụ tải Zt và các đại lượng phía dây quấn thứ cấp cóchỉ số 2 kém theo như u2, i2 , e2,

Khi đặt điện áp u1 lên dây quấn Sơ cấp, trong dây quấn Sơ cấp sẽ có dòng điện i1 chạyqua, trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông Φ móc vòng với cả hai dây quấn Từ thông này cảmứng trong dây quấn Sơ và thứ cấp các sđđ e1 và e2 Dây quấn thứ cấp có tải sẽ sinh ra dòngđiện i2 đưa ra tải với điện áp u2 Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã đượctrụyền từ dây quấn Sơ cấp sang dây quấn thứ cấp

Giả sử điện áp đặt vào dây quấn Sơ cấp là hình sin và từ thông Φ do nó sinh ra cũng làhàm số hình sin và có dạng:

Nếu N2 < N1 thì U2 < U1 và I2 > I1 : MBA giảm áp.

2.5 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP

2.5.1 Mạch điện thay thế

Để đặc trưng và tính toán các qúa trình năng lượng xảy ra trong MBA, người ta thaymạch điện và mạch từ của MBA bằng một mạch điện tương đương gồm các điện trở và điệnkháng đặc trưng cho MBA gọi là mạch điện thay thế MBA

Hình 2.5 Mạch điện tương đương của MBA một pha hai dây quấnTrên hình 2.5a trình bày MBA mà tổn hao trong dây quấn và từ thông tản được đặc trưng bằng điện trở R và điện cảm L mắc nối tiếp với dây quấn Sơ và thứ cấp

Như vậy để có thế nối trực tiếp mạch Sơ cấp và thứ cấp với nhau thành một mạch điện, các dây quấn Sơ cấp và thứ cấp phải có cùng một cấp điện áp Trên thực tế, điện áp của các dây quấn đó lại khác nhau (hình 2.6a, E1 ≠ E2) Vì vậy phải qui đổi một trong hai dây quấn về dây quấn kia Để cho chung có cùng một cấp điện áp Muốn vậy hai dây quấn phải có số vòng dây như nhau Thường người ta qui đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn Sơ cấp (hình 2.6b), nghĩa là coi dây quấn thứ cấp có số vòng dây bằng số vòng dây của dây quấn Sơ cấp Việc qui đổi chỉ để thụận tiện cho việc nghiên cứu và tính toán MBA, vì vậy yêu cầu của việc qui đổi là qúa trình vậy

lý và năng lượng xảy ra trong MBA trước và sau khi qui đổi là không đổi

2.5.2 Mạch điện thay thế gần đúng của MBA

Để tiện việc tính toán, ta chuyển từ hóa Ym về trước tổng trở Z1, như vậy

ta có Sơ đồ thay thế gần đúng hình 2.6a Thông thường tổng dẫn nhánh từ hóa rất nhỏ (Ym << Z1 và Z’2), do đó có thế bỏ qua nhánh từ hóa (Ym = 0) và thành lập lại Sơ

đồ thay thế gần đúng (Hình 2.6b) Nếu bỏ qua cả tổn hao đồng trong hai dây quấn

Sơ cấp và thứ cấp (Rn = 0) thì mạch điện thay thế MBA chỉ còn điện kháng Xn

Hình 2-6 Mạch điện tương đương gần đúng của MBA một pha hai dây quấn

Khi bỏ qua nhánh từ hóa, ta có:

Zn = Z1 + Z’2 = Rn + jXn

Trong đó: Zn = Rn + jXn là tổng trở ngắn mạch của MBA; Rn = R1 + R’2 là điện trởngắn mạch của MBA; Xn = X1 + X’2 là điện kháng ngắn mạch của MBA

2.5.3 GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG MBA

Xét MBA làm việc ở tải đối xứng, sự cân bằng năng lượng dựa trên mạch điện thaythế

Hình 2.7 Giản đồ năng lượng của MBA

2.6 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP

2.6.1 CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP

Chế độ không tải MBA là chế độ mà thứ cấp hở mạch (I2 = 0), còn Sơ cấp được cungcấp bởi một điện áp U1

2.6.1.1 Mạch điện thay thế và phương trình cân bằng

Hình 2-8a là mạch điện thực, hình 2-9b là mạch điện tương đương chính xác, còn hình 2-20c là mạch điện tương đương gần đúng Khi không tải (hình 2-9b) dòng điệnthứ cấp I’2 = 0, nên dòng điện I1=I0và ta có phương trình là :

trong đó: Zm = Rfe // jXm là tổng trở nhánh từ hóa MBA

trong đó: Z0 = R1 + jX1 + (Rfe // jXm) = Rõ + jXo là tổng trở không của tải MBA,

còn Ro là điện trở không tải và Xo là điện kháng không tải

Hình 2-9 Chế độ không tải của MBA a Mạch điện thực tế.;

b Mạch điện tương đương chính xác; c Mạch điện tương đương gần đúng

2.6.1.2 Tổn hao không tải

Công suất do máy tiêu thụ lúc không tải Po gồm công suất tổn hao trong lõi thép PFe

và tổn hao đồng trên điện trở dây quấn Sơ cấp PCụ1 Vì dòng điện không tải nhỏ cho nên có

thế bỏ qua công suất tổn hao trên điện trở dây quấn Sơ

Theo mạch điện thay thế hình 2.9b, ta có tổn hao không tải :

0 0 1 0 fe 0 fe oR Fe

Như vậy có thế nói tổn hao không tải là tổn hao sắt trong lõi thép MBA

2.6.1.3 Hệ số công suất không tải

Công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng không tải P0 Hệ

số công suất không tải rất thấp :

Trong đó: công suất toàn phần không tải So =U1I0

2.6.2 CHẾ ĐỘ NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP

Chế độ ngắn mạch MBA là chế độ mà phía thứ cấp bị nối tắt, Sơ cấp đặt vào một điện

áp Trong vận hành, nhiều nguyên nhân làm MBA bị ngắn mạch như hai dây dẫn phía thứ

cấp chập vào nhau, rơi xuống đất hoặc nối với nhau bằng tổng trở rất nhỏ Đây là tình trạng

sự cố Hình 2.10