Bài 1: khái niệm Bại 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm Bài 1: khái niệm
Bài 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 1.1 Định nghĩa phân loại: 1.1.1 Các loại máy điện vai trò chúng kinh tế quốc dân: Trong tự nhiên ln có chuyển hóa lượng từ dạng sang dạng khác Điện dạng lượng Nó cần thiết sản xuất giữ vai trò định cho phát triển kinh tế đặc lĩnh vực điện khí hố, tự động hố cơng nghiệp, nơng nghiệp, giao thơng vận tải ngày đòi hỏi thiết bị khác Trong máy điện sử dụng phổ biến để biến năng, điện biến đổi dạng điện thành dạng điện khác (xoay chiều đến chiều) Biến đổi thành điện nhờ máy phát điện có động sơ cấp kéo tua bin hơi, tua bin nước, động đốt Biến đổi điện thành dùng truyền động điện người ta dùng loại động điện Việc truyền tải phân phối điện xoay chiều từ trạm phát điện đến hộ dùng điện …việc biến đổi thực nhờ máy biến áp Ngồi u cầu khác ngành sản xuất, giao thơng vận tải nên xuất loại máy điện đặc biệt máy điện xay chiều có vành góp, máy khuếch đại điện từ, máy điện cực nhỏ…Trong sản xuất thường dùng dòng điện xoay chiều chiều nên người ta chia loại máy điện thành loại máy điện xoay chiều chiều Máy điện hệ điện từ gồm mạch điện mạch từ liên quan với Máy điện thiết bị điện từ, ngun lí làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ Máy điện gặp nhiều ngành kinh tế cơng nghiệp, giao thơng vận tải…và dụng cụ sinh hoạt gia đình 1.1.2 Phân loại: Máy điện có nhiều loại khác có nhiều cách phân loại: theo cơng suất, cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện (xoay chiều, chiều) ngun 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 n: 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 khơng đồng máy điện xoay chiều có vành góp Có thể mơ tả hình vẽ sau: MÁY ĐIỆN MÁY ĐIỆN TĨNH MÁY ĐIỆN QUAY MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ MÁY BIẾN ÁP MÁY PHÁT KĐB ĐỘNG CƠ KĐB MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐB ĐỘNG CƠ ĐB MÁY PHÁT DC ĐỘNG CƠ DC Hình 1.1 Phân lọai máy điện 1.2 Tính thuận nghịch máy điện: Ngun lý làm việc máy điện dựa sở định luật cảm ứng điện từ Sự biến đổi lượng máy điện thực thơng qua từ trường Để tạo từ trường mạch tập trung người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ Ở máy biến áp mạch từ lõi thép đứng n, máy điện quay mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: quay đứng n cách khe hở Theo tính chất thuận nghịch định luật cảm ứng điện từ máy điện làm việc chế độ máy phát điện động điện: Đưa vào phần quay MĐ làm việc chế độ máy phát: Máy gồm khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây phiến góp quay quanh trục với vận tốc khơng đổi từ trường hai cực nam châm vĩnh cửu Theo định luệt cảm ứng điện từ dẫn cảm ứng lên sức điện động: e = B.l.v (V) B: Từ cảm nơi dẫn qt qua (T) l: Chiều dài dẫn từ trường (m) V: Tốc độ dài dẫn (m/s) Hình 1.2 Ngun tắc cấu tạo làm việc máy phát điện 10 Nếu mạch ngòai khép kín qua tải sức điện động khung dây sinh mạch ngòai dòng điện chạy từ A đến B Máy làm việc chế độ máy phát điện biến thành điện Máy làm việc chế độ động điện: Nếu ta cho dòng điện chiều vào khung dây vào chổi than A B Dưới tác dụng từ trường có lực điện từ F = B.i.l tác dụng lên cạnh khung dây Chiều lực điện từ xác định qui tắc bàn tay trái, lực F tạo thành mơ men quay rotor với vận tốc v Khi rotor quay cắt đường sức từ sinh sức điện động E có chiều ngược với chiều dòng điện Máy biến điện thành Hình 1.3 Ngun tắc cấu tạo làm việc động điện 1.3 Các định luật máy điện 1.3.1 Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday): a Trường hợp từ thơng Φ biến thiên xun qua dòng dây(định luật Lenxơ): Hình 1.4 Sức điện động vòing dây có từ thơng biến thiên Giả sử ta có vòng dây, từ thơng qua diện tích vòng dây Φ Qui ước chiều dương cho vòng dây sau: Vặn vặn nút chai theo chiều tiến từ thơng chiều xoay vặn nút chai chiều dương vòng Khi từ thơng Φ biến thiên xun 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 thơng qua vòng làm xuất sức điện động cảm ứng vòng dây Nếu từ thơng biến thiên nhanh s.đ.đ lớn Như s.đ.đ cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thơng Nếu thời gian dt, từ thơng qua vòng biến thiên lượng dΦ trị số sức điện động cảm ứng vòng dây đựơc viết theo cơng thức Maxwell sau: e = - dΦ/dt Nếu cuộn dây có w vòng, sđđ cảm ứng cuộn dây là: w.dΦ dψ =− e= − dt dt Trong đó: Ψ =w.Φ từ thơng móc vòng cuộn dây Đơn vị Webe (Wb) 11 b Trường hợp dẫn chuyển động từ trường: Một dẫn có chiều dài l, chuyển động với vận tốc v vng góc với đường sức từ trường (thường gặp máy phát điện), dẫn cảm ứng sđđ e từ trường đứng n 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 1.3.2 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: Chiều độ lớn lực f xác định tích vectơ: f = i l ∧ B Có trị số: F = i.l.B (i ⊥B)=90° (1-5) Trong đó: B: từ cảm có đơn vị (T) l: 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 1.3.3 Định luật ơm từ 1.3.3.1 Định luật ơm từ: Định luật ơm từ suy từ định lý ampere: Nếu H cường độ từ trường tập hợp dòng điện I 1, I2, I3,…In tạo C đường kín bao quanh chúng ∫ H.dl = ∑ i K C Xét mạch từ có w vòng dây cho dòng điện I chạy qua ta cường độ từ trường H mạch từ, tiếp xúc với đường sức từ trung bình (C) có chiều dài l lúc trở thành: H.l = w.i = F Viết tổng qt ta có: n ∫ H dl = ∑ H i li = w.i = F i =1 Trong F sức từ động để tạo từ thơng Φ 12 1.3.3.2 Tính tóan mạch từ: a Bài tóan thuận biết Φ tìm F: Cho mạch từ gồm m phần tử nối tiếp phần tử i có chiều dài li , tiết diện Si Tính sức từ động F để tạo từ thơng Φ chạy mạch từ Giải: Trong mạch từ nối tiếp, từ thơng xun qua tiết diện Cách tính sau: Bước 1: Tính từ cảm B Bi = Suy từ trường Hi sau: • Φ Si −7 Nếu phần từ khe hở khơng khí μ0 = 4π 10 H/m Hδ = Bδ µ0 • Nếu đọan mạch từ vật liệu sắt từ dựa vào đường cong từ hóa B= f(H) biết B suy H Bước : Tính sức từ động tổng tạo từ thơng Φ n F = ∑ HiL i i =1 Bước 3: Mặt khác F = i.w, tùy theo tóan cho số vòng dây dòng điện kích từ ta tính dòng điện số vòng dây cần có 1.4 Các đơn vị: Sử dụng loại đơn vị: Hệ tuyệt đối đơn vị có thứ ngun Hiện sử dụng loại đơn vị tuyệt đối CGS µ SI: Quan hệ đơn vị hệ MKSA, SI CGS µ Tên Kí hiệu đơn vị Kí hiệu đơn vị đại lượng hệ MKSA SI hệ CGS µ Thời gian s s Tần Số Hz Hz Chiều dài m cm 102 Tốc độ dài m/s cm/s 102 Gia tốc m/s2 cm/s2 102 Khối lượng kg g 103 Từ thơng Wb Mx 108 Từ cảm Wb/m2 G 104 Điện dung F Điện trở Ω 13 Đơn vị MKSA chuyển sang hệ CGS µ - Trong nghiên cứu tính tốn, thiết kế máy điện người ta dùng hệ tương đối I∗ = I / Iđm U∗= U / m P∗ = P / Pđm (1-6) Trong đó: I: dòng điện đơn vị (A) U: điện áp đơn vị (V) P: cơng suất đơn vị (W) Iđm, Uđm, Pđm: đại lượng định mức dòng điện, điện áp, cơng suất 1.5 Sơ lược vật liệu chế tạo máy điện: gồm có: + 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 khơng dẫn điện phận dẫn điện với + Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo chi tiết máy phận chịu lực tác dụng giới Ta xét sơ lược đặc tính vật liệu dẫn từ, dẫn điện cách điện dùng chế tạo máy điện a Vật liệu dẫn từ: Người ta dùng thép kĩ thuật, thép thơng thường thép đúc, thép rèn để chế tạo mạch từ Các thép kĩ thuật điện (tơn silic) thường có mã hiệu: ∋11, ∋12, ∋13, ∋22, ∋32, ∋310 Trong đó: + ∋ thép kĩ thuật + Số thứ hàm lượng tơn 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 Ngồi lõI thép kĩ thuật điện mang mã hiệu 3404, 3405…3408 có chiều dày 0,3 mm; 0,35 mm Để giảm tổn hao dòng điện xốy, tơn 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 b Vật liệu dẫn điện: Đồng (Cu) nhơm (Al) Chúng có điện trở bé, chống ăn mòn tốt, tùy theo u cầu cách điện độ bền học ta dùng hợp kim đồng nhơm c Vật liệu cách điện: 14 Dùng máy điện phải đạt u 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 vơ 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) >180 90 105 120 130 155 180 > 180 Độ tăng nhiệt ∆t (°C) 50 65 80 90 Nhiệt độ cao 115 140 > 140 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 mơi trường 40°C máy điện ta bình qn 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 khơng phép làm việc nhiệt độ cho phép thời gian dài 1.6 Phát nóng làm mát MĐ: 1.6.1 Đại cương: Các tổn thất q trình biến đổi lượng MĐ biến thành nhiệt làm nóng phận cấu tạo MĐ 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 khơng vượt q giá trị định mức máy Nếu máy tản nhiệt mơi trường tốt cơng suất tăng, khả mang tải nhiều Các máy điện thường làm việc nhiều chế độ khác đa dạng a Làm việc với tồn cơng suất thời gian dài b Làm việc ngắn hạn c Làm việc theo chu kì d Làm việc với tải thay đổi 15 Do chế độ làm việc khác nên phát nóng MĐ khác Vì MĐ phải thiết kế theo chế độ cụ thể cho phận phát nóng phù hợp với vật liệu Một số dạng sau đây: α Chế độ làm việc định mức liên tục: Ở chế độ này, nhiệt độ tăng máy phát đạt tới giá trị xác lập (với điều kiện tăng nhiệt độ mơi trường khơng đổi) β Chế độ làm việc định mức ngắn hạn: Thời gian làm việc máy khơng đủ dài để phận máy đạt tới giá trị xác lập sau thời gian máy nghỉ đủ dài để nhiệt độ hạ xuống nhiệt độ mơi trường xung quanh γ Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại: Thời gian máy làm việc nghỉ chu kì khơng đủ dài để nhiệt độ phận máy đạt đến giá trị xác lập Chế độ đặc trưng tỉ số thời gian làm việc thời gian chu kì làm việc nghỉ Các tỉ số chế tạo với 15%, 25%, 40%, 60% Chú ý: máy điện chế tạo để dùng chế độ làm việc định mức liên tục 1.6.2 Sự phát nóng nguội lạnh máy điện: Các máy điện có cấu trúc phức tạp gồm nhiều phận hình dạng khác làm lạnh vật liệu có độ dẫn nhiệt khơng giống Khi máy làm việc, nhiệt độ lõi thép, dây quấn khơng có trao đổi nhiệt phận Hơn nhiệt độ chất làm lạnh khu vực máy khơng giống a Các kiểu cấu tạo máy điện: Kiểu cấu tạo máy điện phụ thuộc vào phương pháp bảo vệ máy mơi trường bên ngồi Cấp bảo vệ kí hiệu chữ IP kèm theo hai số, chữ số thứ Ι chữ thứ hai P: + Ι gồm cấp đánh số từ đến mức độ bảo vệ chống tiếp xúc người vật rơi + P gồm cấp, đánh số từ dến mức độ bảo vệ chống nước vào máy + Số IP rằng, máy khơng bảo vệ Chia kiểu cấu tạo sau: - Kiểu hở: Khơng có phận che chở để tránh Hình 1.11 Hệ thống gió trục vật từ ngồi chạm máy diện chiều vào phần quay phận dẫn điện Loại đặt nhà máy phòng thí nghiệm, khơng tránh ẩm ướt (IP00) - Kiểu bảo vệ: Có chắn tránh vật nước rơi vào máy Loại đặt nhà (cấp bảo vệ từ ΙP11 đến ΙP33) Hình 1.12 Hệ thống gió ngang trục máy điện chiều 16 - Kiểu kín: Có vỏ bọc cách biệt phần máy với mơi trường bên ngồi Nó dùng nơi ẩm ướt, kể ngồi trời Tùy theo mức độ kín, cầp bảo vệ có từ ΙP44 trở lên b Các phương pháp làm lạnh máy điện: - Máy điện làm lạnh tự nhiên: khơng có phận thổi gió làm lạnh, nên cơng suất giới hạn khoảng (vài chục ÷ vài trăm) W nên có cách tản nhiệt để tăng thêm bề mặt tản nhiệt - Máy điện làm lạnh trong: có quạt gió đặt đầu trục thổi vào máy Đối với máy cơng suất nhỏ, chiều dài nhỏ 200 ÷ 250 mm, gió thổi dọc trục theo khe hở stato Rơto theo rãnh thơng gió dọc trục lõi thép Stato Rơto (Hình 1.11) Khi cơng suất máy lớn, chiều dài máy tăng nhiệt độ dọc chiều dài máy khơng Vì phải tạo rãnh thơng gió ngang trục Lõi thép chia thành đoạn dài khoảng cm khe hở đoạn khoảng cm Gió vào hai đầu rồI theo rãnh ngang trục thân máy để lai trở hai đầu (Hình 1.12) - Máy điện tự làm lạnh mặt ngồi: máy thuộc kiểu kín Ở đầu trục bên ngồi Hình 1.13 Máy điện tự làm lạnh mặt ngồi máy có gắn quạt gió nắp quạt gió để hướng thổi dọc mặt ngồi thân máy (Hình 1.13) Để tăng diện tích bề mặt máy lạnh thân máy đúc có cánh tản nhiệt, có đặt quạt gió để tăng tốc độ gió máy, tăng thêm trao đổi nhiệt vỏ lõi - Máy nhiệt làm lạnh độc lập: Ở máy lớn, quạt thường đặt riêng ngồi để hút gió Hình 1.14 Hệ làm lạnh đưa nhiệt lượng máy ngồi Để tránh hút bụi vào độc lập kín máy dùng hệ thống làm lạnh riêng Trong trường hợp đó, khơng khí khí làm lạnh sau máy đưa qua phận làm lạnh lại đưa vào máy theo chu trình kín trình bày (Hình 1.14) - Máy điện làm lạnh trực tiếp: Khi cơng suất máy điện lớn, khoảng 300 ÷ 500 ngàn kW hệ làm lạnh kín khí hyđrơ khơng đủ hiệu lực Đối với máy điện đó, dây quấn chế tạo dẫn rỗng có nước dầu chạy qua để làm lạnh trực tiếp Như nhiệt lượng dây quấn khơng phảI truyền qua chất cách điện mà nước dầu trực tiếp đem ngồi tăng mật độ dòng điện dẫn lên đến lần giảm kích thước máy, tiết kiệm vật liệu chế tạo Câu hỏi: Giải thích ngun lí thuận nghịch máy điện? Các vật liệu chế tạo máy điện gì? Các phương pháp làm lạnh máy điện? 17 ... A E B F H C cho phép (°C) >18 0 90 10 5 12 0 13 0 15 5 18 0 > 18 0 Độ tăng nhiệt ∆t (°C) 50 65 80 90 Nhiệt độ cao 11 5 14 0 > 14 0 Độ tăng nhiệt độ: ∆t = t1 − t2 Trong đó: t1 nhiệt độ máy, t2 nhiệt độ... s Tần Số Hz Hz Chiều dài m cm 10 2 Tốc độ dài m/s cm/s 10 2 Gia tốc m/s2 cm/s2 10 2 Khối lượng kg g 10 3 Từ thơng Wb Mx 10 8 Từ cảm Wb/m2 G 10 4 Điện dung F Điện trở Ω 13 Đơn vị MKSA chuyển sang hệ... thép rèn để chế tạo mạch từ Các thép kĩ thuật điện (tơn silic) thường có mã hiệu: 11 , 12 , 13 , ∋22, ∋32, ∋ 310 Trong đó: + ∋ thép kĩ thuật + Số thứ hàm lượng tơn silic chứa thép, số cao hàm lượng