Bài giảng máy biến áp

Khái niệm chung về Máy điện, Máy biến áp, máy điện đồng bộ-không đồng bộ, máy điện một chiều...

Trang 1

Máy điện (Electrical machines)

1

Trang 2

Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN

Chương 2: MÁY BIẾN ÁP

Chương 3: CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN QUAY Chương 4: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Chương 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Chương 6: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Chương 7: ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT NHỎ

Trang 3

[1] Máy điện 1 - Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà - Nhà xuất bản

[5] Analysis of Electric Machinery - P C Krause, O.

Wasynczuk, S D Sudhoff - Inc., New York 1994.

[6] Electrical Machines, Drives, and Power Systems - T Wildi

- Prentice-Hall, Inc 2000.

Trang 4

Nghe giảng lý thuyết : 30 tiết

Làm bài tập trên lớp : 15 tiết

Hoạt động theo nhóm : 30 tiết

Trang 5

Quá trình: 30%

-Điểm kiểm tra thường xuyên trong quá trình học tập: 10%

-Điểm tiểu luận: 10%

-Điểm thi giữa kỳ: 10%

-Thời lượng thi: 90 phút

-Được tham khảo tài liệu

Trang 7

Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN

7

Trang 8

Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa trên

hiện tượng cảm ứng điện từ Gồm Mạch từ (lõi thép) và mạch điện (dây quấn) để biến đổi cơ năng thành điện năng

( máy phát điện ), điện năng thành cơ năng ( động cơ điện ) ( máy phát điện ), điện năng thành cơ năng ( động cơ điện ) hoặc dùng để biến đổi các thông số điện năng như điện áp ,

dòng điện , tần số , số pha …

Trang 9

1.1 Định nghĩa và phân loại máy điện

Dựa trên nguyên lý biến đổi năng lượng:

-Máy điện tĩnh : Sự biến đổi từ thông trong các cuộn dây không có sự chuyển động tương đối với nhau như máy biến áp, máy biến dòng…

9

biến áp, máy biến dòng…

Trang 10

Dựa trên nguyên lý biến đổi năng lượng:

-Máy điện quay : Lực từ do từ trường và dòng điện trong các cuộn dây tạo ra gây nên sự chuyển động (xoay, tịnh tiến) như máy phát điện, động cơ điện…

tiến) như máy phát điện, động cơ điện…

Trang 11

1.1 Định nghĩa và phân loại máy điện

11

Trang 12

Trong máy điện thường sử dụng hai loại hệ đơn vị sau:

-Hệ đơn vị tuyệt đối là các đơn vị có thứ nguyên Hiện naythường sử dụng hai loại đơn vị tuyệt đối là CGSμ0 và SI

-Trong khi nghiên cứu, tính toán, thiết kế các máy điện để tiện lợi

-Trong khi nghiên cứu, tính toán, thiết kế các máy điện để tiện lợingười ta còn dùng hệ đơn vị tương đối

Trong đó:

I : Dòng điện (A)

U : Điện áp (V)

P : Công suất (W)Iđm, Uđm, Pđm: Là các đại lượng định mức của dòng điện, điện

áp, công suất

Trang 13

1.2 Các định luật điện từ cơ bản trong máy điện

Định luật cảm ứng điện từ

Trường hợp từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên (Lenz - Nga)

Khi từ thông đi qua một vòng dây biến

thiên sẽ làm xuất hiện một s.đ.đ trong

Trang 15

Trường hợp từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên (Lenxơ - Nga)

Trang 16

Trường hợp thanh dẫn chuyển động thẳng trong từ trường

Khi thanh dẫn chuyển động thẳng trong từ trường, trong thanhdẫn sẽ cảm ứng s.đ.đ e có trị số là:

e = B.l.ve: s.đ.đ cảm ứng (V); B: từ cảm (T); l: chiều dài thanh dẫn trong

từ trường (m)

Chiều của s.đ.đ được xác định bằng qui tắc bàn tay phải: Chođường sức từ đâm vào lòng bàn tay phải Ngón tay cái choãi rachỉ chiều chuyển động của dây dẫn, thì chiều từ cổ tay tới ngóntay chỉ chiều s.đ.đ

Trang 17

Trường hợp thanh dẫn chuyển động thẳng trong từ trường

Qui tắc bàn tay phải:

Cho đường sức từ đâm vào lòng bàn

17

Cho đường sức từ đâm vào lòng bàn

tay phải Ngón tay cái choãi ra chỉ

chiều chuyển động của dây dẫn, thì

chiều từ cổ tay tới ngón tay chỉ chiều

s.đ.đ.

Trang 18

Định luật điện từ

Trường hợp đơn giản nhất là lực của từ trường tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dòng điện.

Nếu một dây dẫn thẳng có dòng điện vuông góc với đường

Nếu một dây dẫn thẳng có dòng điện vuông góc với đường sức của từ trường, thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ là:

F = B.i.l

B: từ cảm (T); i: dòng điện chạy trong thanh dẫn (A); l: chiều dài thanh dẫn (m).

Trang 19

Ngửa bàn tay trái cho đường sức từ

(hoặc véc tơ từ cảm B) xuyên qua

lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón

tay chỉ chiều dòng điện thì ngón tay

cái choãi ra chỉ chiều lực điện từ.

Trang 20

Các định luật về mạch từ

Các phần tử làm bằng vật liệu sắt từ ghép nối với nhau để cho các từ thông khép kín trong mạch được gọi là mạch từ

Vì thép kỹ thuật điện có từ dẫn nhỏ hơn nhiều so với các

Vì thép kỹ thuật điện có từ dẫn nhỏ hơn nhiều so với các vật liệu khác, nên từ thông tập trung chủ yếu trong mạch từ.

Phần từ thông chạy ra ngoài mạch từ gọi là từ thông tản

Để tạo ra từ thông trong mạch cần có nguồn gây từ, thông thường là cuộn dây quấn trên mạch, gọi là cuộn dây từ hoá

Trang 21

Trang 22

Trong đó:

Khi cuộn dây có dòng điện i đi qua, nó tạo ra s.t.đ F = iw, với w là số vòng của cuộn dây.

+ H: cường độ từ trường (A/m).

+ l: chiều dài trung bình mạch từ (m)

+ w: số vòng dây của cuộn dây

+ Dòng điện i tạo ra từ thông cho mạch từ gọi là dòng điện từ hoá.

+ Tích số wi được gọi là sức từ động.

+ Hi: được gọi là từ áp rơi trong mạch từ.

Trang 23

Đối với mạch từ có n đoạn và m cuộn dây, định luật mạch

từ được viết dưới dạng:

Trang 24

Các vật liệu dùng trong chế tạo máy điện gồm có:

dùng chủ yếu để chế tạo dây quấn và lõi thép

không dẫn điện hoặc giữa các bộ phận dẫn điện với nhau

phận chịu lực tác dụng cơ giới như trục, vỏ máy, khung máy, ổbi nó bao gồm gang, sắt thép và các kim loại màu, hợp kimcủa chúng

Trang 25

1.4 Vật liệu chế tạo máy điện

Thép lá kĩ thuật điện, thép lá thông thường là thép đúc, théprèn để chế tạo mạch từ

Các thép lá kĩ thuật điện (tôn silic) thường được dùng có các mãhiệu: ∍11, ∍12, ∍13, ∍21, ∍22, ∍32, ∍310

25

Trang 26

Các thép lá kĩ thuật điện (tôn silic) thường được dùng có các mãhiệu: ∍11, ∍12, ∍13, ∍21, ∍22, ∍32, ∍310

Trong đó: ∍ chỉ thép lá kĩ thuật (∍lektrotexnik)

Số thứ nhất : Chỉ hàm lượng silic chứa trong thép, số càng cao hàm lượng silic càng nhiều thép dẫn từ càng tốt, nhưng dòn dễ

Trang 27

27

Trang 28

Ngoài ra còn các loại thép kỹ thuật điện mang mã hiệu 3404,

3405, , 3408 có chiều dày 0,3 mm, 0,35 mm

được phủ một lớp sơn cách điện mỏng sau đó mới được ghépchặt lại với nhau, từ đó sinh ra một hệ số ép chặt Kc

chặt lại với nhau, từ đó sinh ra một hệ số ép chặt Kc

Kc là tỉ số giữa chiều dài của lõi thép thuần thép với chiều dàithực của lõi thép kể cả cách điện sau khi ghép

Trang 29

Vật liệu dẫn điện chủ yếu là đồng (Cu) và nhôm (Al) vì chúng có điện trở bé, chống ăn mòn tốt.

Tùy theo yêu cầu về cách điện và độ bền cơ học người ta còn dùng hợp kim của đồng và nhôm Có chỗ còn dùng cả thép để tăng sức bền cơ học và giảm kim loại màu như

29

thép để tăng sức bền cơ học và giảm kim loại màu như

vành trượt

Trang 30

Vật liệu cách điện dùng trong máy điện phải đạt các yêu cầu:

-Cường độ cách điện cao

-Chịu nhiệt tốt, tản nhiệt dễ dàng

-Chống ẩm tốt, bền về cơ học

Các chất cách điện dùng trong máy điện có thể ở thể hơi nhưkhông khí, thể lỏng (dầu máy biến áp) và thể rắn

Trang 31

Vật liệu cách điện dùng trong máy điện phải đạt các yêu cầu:

-Các chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải, lụa

-Các chất vô cơ như mi ca, amiăng, sợi thủy tinh

Trang 32

Tùy theo tính chịu nhiệt, các vật liệu cách điện được chia thànhcác cấp sau:

-Cấp Y: Nhiệt độ giới hạn cho phép 900C, làm bằng vật liệu sợixenlulô hay lụa gỗ, các tông không tẩm hay không quét sơn

-Cấp A: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1050C, làm bằng vật liệu

-Cấp A: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1050C, làm bằng vật liệucách điện cấp Y có tẩm sơn cách điện

-Cấp E: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1200C, làm bằng các sợipolyme

-Cấp B: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1300C, làm bằng các sảnphẩm mica, amiăng, sợi thủy tinh

Trang 33

Tùy theo tính chịu nhiệt, các vật liệu cách điện được chia thànhcác cấp sau:

-Cấp F: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1550C, làm bằng vật liệu cấp

B dùng kết hợp với các chất tẩm sấy tương ứng

-Cấp H: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1800C, làm bằng vật liệu mi

33

-Cấp H: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1800C, làm bằng vật liệu mi

ca không chất độn hoặc độn bằng vật liệu vô cơ, vải thủy tinhtẩm sơn

-Cấp C: Nhiệt độ giới hạn cho phép trên 1800C, làm bằng vậtliệu gốm mica, gốm thủy tinh, thạch anh dùng kết hợp với cácchất vô cơ

Trang 34

Độ tăng nhiệt độ Δt có thể tính: Δt = t1 – t2

Trong đó: t1: Nhiệt độ của máy và t2: Nhiệt độ môi trường

0

Trang 35

Theo TCVN: Nhiệt độ môi trường là 400C còn của máy điện ta đobình quân

Trang 36

Quá trình hoạt động của máy điện luôn có tổn hao bao gồm tổnhao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng điện xoáy) trong thép,tổn hao đồng trong dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điệnquay) Những tổn hao này đều biến thành nhiệt và làm cho máynóng.

Trang 38

Sự biến đổi năng lượng trong các máy điện được thực hiệnthông qua từ trường trong máy.

Như vậy việc nghiên cứu các máy điện có thể xuất phát từ lýthuyết trường điện từ

Do cấu trúc vật lý và hình học phức tạp của các bộ phận trongmáy điện, việc xác định cường độ điện trường E và cường độ từ

nhiều khó khăn

Vì vậy khi nghiên cứu các máy điện người ta không dùng trựctiếp lý thuyết trường mà dùng lý thuyết mạch để nghiên cứu

Trang 39

1.6 Phương pháp nghiên cứu máy điện

Các bước nghiên cứu máy điện:

1.Mô tả hiện tượng vật lý xãy ra trong máy điện

2.Áp dụng các định luật vật lý để viết phương trình của máy điện(mô hình toán học)

39

(mô hình toán học)

3.Thành lập mô hình mạch (sơ đồ thay thế)

4.Tính toán các đặc tính và thông số của máy điện

Trang 41

41

Trang 42

Để truyền tải và phân phối điện năng đi cho

các hộ tiêu thụ điện cách xa nhà máy điện

được phù hợp và kinh tế thì phải có những

thiết bị để tăng và giảm điện áp ở đầu và

cuối đường dây Những thiết bị này gọi là

máy biến áp

Trang 43

Những máy biến áp dùng trong hệ thống

điện lực gọi là máy biến áp điện lực hay

máy biến áp công suất

43

Trang 44

Định nghĩa:

MBA là 1 thiết bị điện từ tĩnh làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứngđiện từ, biến đổi 1 hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp nàythành 1 hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần sốkhông đổi

Phía nối với nguồn gọi là sơ cấp, các đại lượng

liên quan đến sơ cấp được kí hiệu mang chỉ số 1

Phía nối với tải gọi là thứ cấp, các đại lượng liên quan đến thứcấp được kí hiệu mang chỉ số 2

Nếu U1 < U2 ta có MBA tăng áp, U1 > U2 có MBA giảm áp

Trang 45

45

Trang 46

Cấu tạo MBA:

Bao gồm 3 phần chính: vỏ máy, lõi thép và dây quấn

Trang 47

Sứ cao áp

Sứ hạ áp

Nắp thùng Bình giản dầu

Ống an toàn

47

Cánh tản nhiệt

Thùng toàn

Đế

Trang 48

Trang 49

Lõi thép

Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dâyquấn Theo hình dáng lõi thép người ta chia ra:

- Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu

trụ: Dây quấn bao quanh trụ

49

trụ: Dây quấn bao quanh trụ

thép Loại này hiện nay rất

thông dụng cho các máy biến áp

một pha và ba pha có dung

lượng nhỏ và trung bình

Trang 50

Lõi thép

Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dâyquấn Theo hình dáng lõi thép người ta chia ra:

- Máy biến áp kiểu bọc : Mạch từ được

phân nhánh ra hai bên và "bọc" lấy một

phần dây quấn Loại này thường chỉ

dùng trong vài ngành chuyên môn đặc

biệt như máy biến áp dùng trong lò luyện

kim, các máy biến áp một pha công suất

nhỏ

Trang 51

Lõi thép

Ở các máy biến áp hiện đại, dung

lượng lớn và cực lớn (80 đến 100

MVA trên một pha), điện áp cao

220 đến 400kV để giảm chiều cao

cho trụ thép, tiện lợi cho việc vận

51

cho trụ thép, tiện lợi cho việc vận

chuyển, mạch từ của máy biến áp

kiểu trụ được phân nhánh sang hai

bên nên máy biến áp mang hình

dáng vừa kiểu trụ vừa kiểu bọc, gọi

là máy biến áp kiểu trụ – bọc

Trang 52

lại với nhau thành mạch từ kín và không có dây quấn.

Do dây quấn thường quấn

thành hình tròn, nên tiết diện

ngang của trụ thép thường làm

thành hình bậc thang gần tròn

Trang 53

Lõi thép

Gông từ vì không có quấn dây, do đó để thuận tiện cho việc chếtạo tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản: hình vuông,hình chữ thập hoặc hình T

53

Các dạng gông từ

Trang 54

Dây quấn

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thunăng lượng vào và truyền năng lượng ra

Dây quấn thường làm bằng đồng hoặc bằng nhôm Theo cách sắp

Dây quấn thường làm bằng đồng hoặc bằng nhôm Theo cách sắpxếp dây quấn cao áp và hạ áp, người ta chia ra làm hai loại dâyquấn chính: Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ

Trang 55

Dây quấn

Dây quấn tập trung:

Ở dây quấn tập trung tiết diện ngang là những vòng tròn đồngtâm Dây quấn HA thường quấn phía trong gần trụ thép, còn dây

Trang 56

Những kiểu dây quấn tập trung chính bao gồm:

Dây quấn hình trụ

Dây quấn hình trụ:

•Dây quấn bẹt hai lớp;

•Dây quấn tròn nhiều lớp

Nếu tiết diện dây dẫn lớn thì dùng dây bẹt và thường quấn thành hailớp; nếu tiết diện dây dẫn nhỏ thì dùng dây tròn quấn thành nhiềulớp

Dây quấn hình trụ dây tròn thường làm dây cao áp tới 35 KW

Dây quấn hình trụ dây bẹt chủ yếu làm dây quấn hạ áp từ 6KV trởxuống

Trang 57

Dây quấn hình xoắn

Gồm nhiều dây bẹt chập lại với nhau quấn theo đường xoắn ốc,giữa các vòng dây có rãnh hở

Kiểu này thường dùng cho dây quấn HA của MBA dung lượngtrung bình và lớn

57

trung bình và lớn

Trang 58

Dây quấn hình xoắn

Dây quấn xoáy ốc liên tục:

Làm bằng dây bẹt và khác với dây quấn hình xoắn ở chỗ dâyquấn này được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhaubằng những rảnh hở

bằng những rảnh hở

Bằng cách hoán vị đặc biệt trong khi quấn, các bánh dây được nốitiếp một cách liên tục mà không cần mối hàn giữa chúng, cũng vìthế mà dây quấn được gọi là xoáy ốc liên tục

Dây quấn này chủ yếu dùng làm cuộn CA, điện áp 35kV trở lên vàdung lượng lớn

Trang 59

Dây quấn xen kẽ

Các bánh dây CA và HA lần lượt được đặt xen kẽ nhau dọc theotrụ thép Cần chú ý rằng, để cách điện được dễ dàng, các bánhdây sát gông thường thuộc dây quấn HA

59

Kiểu dây quấn này hay dùng trong các

MBA kiểu bọc Vì chế tạo và cách điện

khó khăn, kém vững chắc về cơ khí nên

các MBA kiểu trụ hầu như không dùng

kiểu dây quấn xen kẽ

Trang 60

Vỏ máy

Vỏ máy gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng

Thùng máy biến áp:

Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục Khi máy biến

áp làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng

áp làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạngnhiệt đốt nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác làm chonhiệt độ của chúng tăng lên

Do đó giữa máy biến áp và môi trường xung quanh có một hiệu sốnhiệt độ gọi là độ chênh nhiệt Nếu độ chênh nhiệt đó vượt quámức quy định sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cốđối với máy biến áp

Trang 61

Vỏ máy

- Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bêntrong máy biến áp sang dầu, rồi từ dầu qua vách thùng ra môitrường xung quanh

61

trường xung quanh

- Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển động xuống phíadưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hoàn các bộ phậnbên trong máy biến áp Ngoài ra dầu máy biến áp còn làmnhiệm vụ tăng cường cách điện

Trang 62

Vỏ máy

- Tùy theo dung lượng máy biến áp mà hình

dáng và kết cấu thùng dầu có khác nhau

Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu

phẳng thường dùng cho các máy biến áp

dung lượng từ 30kVA trở xuống

- Đối với các máy biến áp cỡ trung bình và

lớn, người ta hay dùng loại thùng dầu có

ống hoặc loại thùng có bộ tản nhiệt

Định dạng
Số trang	159
Dung lượng	3,27 MB