Bài giảng máy điện

Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÁY ĐIỆN KHÁI NIỆM CHUNG Máy điện thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép) mạch điện (dây quấn), dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại điện thành (động điện), dùng để biến đổi thông số điện điện áp, dòng điện, tần số, số pha Máy điện có nhiều loại có nhiều cách phân loại khác Ở ta phân loại máy điện dựa vào nguyên lý biến đổi lượng sau : - Máy điện tĩnh: Máy điện tĩnh làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, biến đổi từ thông cuộn dây chuyển động tương Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện máy biến áp biến điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có giá trị khác, - Máy điện quay: Máy điện quay làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ từ trường dòng điện cuộn dây gây Loại máy dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại điện thành (động điện) Quá trình biến đổi lượng có tính thuận nghịch nghĩa máy điện làm việc chế độ máy phát điện động điện Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp: CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN Trong nghiên cứu máy điện ta thường dùng định luật sau: định luật cảm ứng điện từ, định luật lực điện từ định luật mạch từ Các định luật trình bày giáo trình vật lý, nêu lại điểm áp dụng cho nghiên cứu máy điện 2.1 Định luật cảm ứng điện từ 2.1.1 Trường hợp từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên Khi từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên vòng dây cảm ứng sức điện động (sđđ) Sđđ cảm ứng có chiều cho dòng điện sinh có tác dụng chống lại biến thiên từ thông sinh Chiều dương vòng dây xác định theo quy tắc vặn nút chai Hình 1.1: Xác định chiều dương sđđ cảm ứng theo quy tắc vặn nút chai Sđđ cảm ứng vòng dây tính theo công thức Maxwell: e d dt [V] Nếu cuộn dây có W vòng sđđ là: e  W d d  dt dt [V] Trong =W [Wb] gọi từ thông móc vòng cuộn dây 2.1.2 Trường hợp dẫn chuyển động từ trường Khi dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường (đây trường hợp thường gặp máy điện), dẫn cảm ứng sđđ có trị số là: E = B.l.v Trong đó: B từ cảm, [T] l chiều dài tác dụng dẫn, [m] v vận tốc dài dẫn, [m/s] Chiều sđđ xác định theo quy tắc bàn tay phải: cho đường sức từ vào lòng bàn tay phải, ngón tay choải 900 chiểu chuyển động dây dẫn chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều sđđ Hình 1.2: Xác định chiều dương sđđ cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải 2.2 Định luật lực điện từ Khi dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, dẫn chịu lực điện từ tác dụng có trị số là: Fđt = B.i.l Trong B: từ cảm, [T] i: dòng điện chạy dẫn, [A] l: chiều dài dẫn, [m] Fđt: lực điện từ, [N] Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái: cho đường sức từ xuyên qua lòng bàn tay trái, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều dòng điện ngón tay choải chiều lực điện từ 2.3 Định luật mạch từ Lõi thép máy điện mạch từ Mạch từ mạch khép kín dùng để dẫn từ thông Định luật mạch từ định luật dòng điện toàn phần áp dụng vào mạch từ Nội dung định luật dòng điện toàn phần sau: Nếu H vectơ cường độ từ trường tập hợp dòng điện i 1, i2, …, in tạo L đường cong kín bao quanh chúng thì:  H dl   i k ( L) dòng điện ik có chiều phù hợp với chiều từ thông chọn theo qui tắc vặn nút chai mang dấu dương, ngược lại mang dấu âm Hình 1.3: Định luật bảo toàn dòng điện Định luật dòng điện toàn phần áp dụng cho mạch từ đồng có cuộn dây viết sau: Hl = Wi Trong H: cường độ từ trường mạch từ, [A/m] l: chiều dài trung bình mạch từ, [m] W: số vòng dây cuộn dây, [vòng] Hình 1.4: Mạch từ đồng có cuộn dây Đối với mạch từ có đoạn định luật mạch từ viết: H1l1 – H2l2 = W1i1 – W2i2 Trong H1, H2: cường độ từ trường tương ứng đoạn 1, l1, l2: chiều dài trung bình tương ứng đoạn 1, W1i1, W2i2: sức từ động tương ứng cuộn dây 1, Hình 1.5: Mạch từ có khe hở không khí hai cuộn dây Một cách tổng quát, mạch từ có n đoạn m cuộn dây định luật mạch từ viết: n m j 1 k 1  H j l j Wk ik j: số tên đoạn mạch từ k: số tên cuộn dây TỔN HAO NĂNG LƢỢNG TRONG MÁY ĐIỆN Trong trình biến đổi lượng có tổn hao Tổn hao máy điện gồm tổn hao sắt từ (do tượng từ trễ dòng xoáy) thép, tổn hao đồng dây quấn tổn hao ma sát (ở máy điện quay) Tất tổn hao lượng biến thành nhiệt làm cho máy điện nóng lên Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt môi trường xung quanh Sự tản nhiệt phụ thuộc vào bề mặt làm mát máy mà phụ thuộc vào đối lưu không khí xung quanh môi trường làm mát khác dầu máy biến áp Thường vỏ máy điện chế tạo có cánh tản nhiệt máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát Kích thước máy, phương pháp làm mát phải tính toán lựa chọn độ tăng nhiệt vật liệu cách điện máy không vượt độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảo cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài, tuổi thọ máy khoảng 20 năm Khi máy điện làm việc chế độ định mức, độ tăng nhiệt phần tử không vượt độ tăng nhiệt cho phép Khi máy tải độ tăng nhiệt máy vượt nhiệt độ cho phép, không cho phép máy làm việc tải lâu dài VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN Vật liệu chế tạo máy điện gồm vật liệu tác dụng, vật liệu kết cấu vật liệu cách điện Vật liệu tác dụng vật liệu dùng để chế tạo phận dẫn điện từ Vật liệu kết cấu vật liệu để chế tạo chi tiết chịu tác động học trục, ổ trục, thân máy, nắp Còn vật liệu cách điện dùng để cách điện phần dẫn điện với không dẫn điện phần dẫn điện với 4.1 Vật liệu tác dụng 4.1.1 Vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện để chế tạo máy điện tốt đồng Ngoài dùng nhôm hợp kim khác đồng thau, đồng phốt Dây đồng dây nhôm chế tạo theo tiết điện tròn tiết điện chữ nhật có bọc cách điện Với máy có công suất nhỏ trung bình, điện áp 1000V thường dùng dây dẫn bọc êmay lớp cách điện mỏng đạt độ bền yêu cầu Với phận khác vành góp, lồng sóc người ta dùng hợp kim đồng nhôm, dùng thép số phận không quan trọng để tăng độ bền giảm giá thành 4.1.2 Vật liệu từ Vật liệu từ dùng để chế tạo mạch từ máy điện, người ta dùng loại thép có từ tính khác chủ yếu thép kỹ thuật điện Hàm lượng silic từ 2-5% làm tăng điện trở suất, giảm dòng điện xoáy đồng thời để cải thiện tính chất từ thép 4.2 Vật liệu kết cấu Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo chi tiết truyền động kết cấu máy trục, ổ trục, thân máy, nắp Trong máy điện, vật liệu kết cấu thường gang, thép, kim loại màu, hợp kim vật liệu chất dẻo 4.3 Vật liệu cách điện Vật liệu cách điện máy điện phải có độ bền điện cao, độ dẫn nhiệt tốt, chịu ẩm, chịu hóa chất có độ bền định Cách điện bọc dây dẫn chịu nhiệt độ cao nhiệt độ cho phép dây dẫn lớn dây dẫn chịu dòng tải lớn Căn độ bền nhiệt, vật liệu cách điện chia cấp sau: - Cấp Y: Nhiệt độ cho phép 90oC, bao gồm bông, giấy, vải, tơ lụa, sợi tổng hợp, không tẩm sấy sơn cách điện - Cấp A: Nhiệt độ cho phép 105oC, bao gồm vải sợi xenlulô, sợi tự nhiên nhân tạo qua tẩm sấy sơn cách điện - Cấp E: Nhiệt độ cho phép 120oC, bao gồm màng vải, sợi tổng hợp gốc hữu chịu nhiệt độ tương ứng - Cấp B: Nhiệt độ cho phép 130oC, bao gồm vật liệu gốc mica, sợi thủy tinh amiăng liện kết sơn nhựa gốc hữu chịu nhiệt độ tương ứng - Cấp F: Nhiệt độ cho phép 155oC, giống loại B tẩm sấy kết dính sơn nhựa tổng hợp chịu nhiệt độ tương ứng - Cấp H: Nhiệt độ cho phép 180oC, giống cấp B dùng sơn tẩm sấy chất kết dính gốc silic hữu chất tổng hợp có khả chịu nhiệt độ tương ứng - Cấp C: Nhiệt độ cho phép >180oC, bao gồm vật liệu gốc mica, thủy tinh hợp chất chúng dùng trực tiếp chất liên kết Các chất vô có phụ gia liên kết hữu chất tổng hợp có khả chịu nhiệt độ tương ứng Khi máy điện làm việc, tác động nhiệt độ, chấn động tác động lý hóa khác cách điện bị lão hóa nghĩa dần tính bền điện Thực nghiệm cho biết, nhiệt độ tăng nhiệt độ làm việc cho phép 8-10oC tuổi thọ vật liệu cách điện giảm nửa Chƣơng ĐẠI CƢƠNG VỀ MÁY BIẾN ÁP KHÁI NIỆM CHUNG Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn, vấn đề đặt việc truyền tải điện xa cho kinh tế Hình 2.1: Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản Ta có, dòng điện truyền tải đường dây: I = P/(Ucos) Và tổn hao công suất đường dây: P = RdI2 = RdP2/(U2cos2) Trong đó: P công suất truyền tải đường dây; U điện áp truyền tải lưới điện; Rd điện trở đường dây tải điện cos hệ số công suất lưới điện,  góc lệch pha dòng điện I điện áp U Từ công thức cho ta thấy, công suất truyền tải đường dây, điện áp truyền tải cao dòng điện chạy đường dây bé, trọng lượng chi phí dây dẫn giảm xuống, tiết kiệm kim loại màu, đồng thời tổn hao lượng đường dây giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn xa tổn hao tiết kiệm kim loại màu người ta phải dùng điện áp cao, thường 35, 110, 220, 500kV Trên thực tế máy phát điện thường phát điện áp từ ÷21kV, phải có thiết bị tăng điện áp đầu đường dây Mặt khác hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0.4÷6kV, cuối đường dây phải có thiết bị giảm điện áp xuống Thiết bị dùng để tăng điện áp đầu đường dây giảm điện áp cuối đường dây gọi máy biến áp (MBA) Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ dùng biến đổi điện áp hệ thống dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp ngược lại không làm thay đổi tần số Theo công dụng, MBA gồm loại chính: - MBA điện lực: dùng để truyền tải phân phối công suất hệ thống điện lực - MBA chuyên dùng: sử dụng lò luyện kim, thiết bị chỉnh lưu, MBA hàn - MBA tự ngẫu: dùng để liên lạc hệ thống điện, mở máy động không đồng công suất lớn - MBA đo lường: dùng để giảm điện áp dòng điện lớn đưa vào dụng cụ đo tiêu chuẩn - MBA thí nghiệm: dùng để thí nghiệm điện áp cao CẤU TẠO Máy biến áp có phận lõi thép dây quấn, phần phụ khác a) b) Hình 2.2: Mạch từ MBA kiểu lõi: a) pha, b) ba pha 2.1 Lõi thép Lõi thép MBA dùng để dẫn từ thông máy, chế tạo từ vật liệu có độ dẫn từ cao thường thép kỹ thuật điện (tôn silic) Để giảm tổn hao dòng điện xoáy lõi thép người ta dùng thép có chiều dày từ 0,35-0,5mm có phủ cách điện ghép lại với Lõi thép MBA gồm phần: trụ (ký hiệu T) gông (ký hiệu G) Trụ phần lõi thép để đặt dây quấn, gông phần lõi thép để nối liền trụ để tạo thành mạch từ kín Hình 2.3: Hình dạng thép kỹ thuật điện Hình 2.4: Hình dạng số loại lõi thép MBA 2.2 Dây quấn Hình 2.5: Dây quấn MBA Dây quấn MBA thường chế tạo dây đồng (hoặc nhôm) có tiết diện tròn chữ nhật, bên có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng quấn quanh trụ từ, vòng dây, dây quấn cách điện với cách điện với lõi thép Dây quấn nối với điện áp nguồn (đầu vào) gọi dây quấn sơ cấp; dây quấn nối với tải (đầu ra) gọi dây quấn thứ cấp Khi dây quấn đặt trụ, thông thường dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ từ, dây quấn điện áp cao đặt lồng ngoài, làm giảm vật liệu cách điện Dây quấn MBA có hai loại chính: Dây quấn đồng tâm: dây quấn đồng tâm tiết diện ngang vòng tròn đồng tâm Dây quấn hạ áp thường quấn phía gần trụ thép, dây quấn cao áp quấn phía bọc lấy dây quấn hạ áp Những kiểu dây quấn đồng tâm gồm: - Dây quấn hình trụ: thường dùng cho máy biến áp dung lượng 630kVA trở xuống Nếu tiết diện dây nhỏ dùng dây tròn quấn thành nhiều 10 gọi rãnh thông gió ngang trục Ngoài người ta dập rãnh thông gió dọc trục b Dây quấn phần ứng Là phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, máy điện vừa lớn dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh cho quay bị văng lực ly tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt phần đầu nối dây quấn Nêm dùng tre gỗ ba kê lít c Cổ góp Hình 5.3: Phiến góp cổ góp Là phận để đổi chiều dòng điện Cổ góp bao gồm phiến góp làm đồng mỏng cách điện với mi ca có chiều dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ép hình chữ V ép chặt lại, vành ép cổ góp có cách điện mi ca hình V Đuôi cổ góp cao để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng d Các phận khác - Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy, có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép bon tốt Các trị số định mức 71 Chế độ làm việc định mức máy điện chế độ làm việc điều kiện mà nhà chế tạo qui định Chế độ đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức - Công suất định mức: Pđm (W hay KW) công suất đầu máy điện - Điện áp định mức: Uđm (V hay KV): Là điện áp hai đầu tải chế độ định mức (máy phát) Là điện áp đặt vào động chế độ định mức (động cơ) - Dòng điện định mức Iđm (A): Là dòng điện cung cấp cho tải chế độ định mức (máy phát) Là dòng điện cung cấp cho động chế độ định mức (động cơ) - Tốc độ định mức: nđm (vòng / phút) - Hiệu suất định mức: đm Ngoài ghi kiểu máy, cấp cách điện, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ, chế độ làm việc vv Nguyên lý làm việc Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý làm việc máy điện chiều 1.3.1 Máy phát điện Máy gồm khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây phiến góp quay quanh trục với vận tốc không đổi từ trường hai cực nam châm Các chổi than A B đặt cố định luôn tì sát vào phiến góp Khi cho khung quay theo định luật cảm ứng điện từ dẫn cảm ứng nên sức điện động: e = B.l.v (V) Trong đó: B từ cảm nơi dẫn quét qua (T) 72 l chiều dài dẫn nằm từ trường (m) v vận tốc dài dẫn (m/s) Chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải theo hình vẽ sức điện động dẫn cd nằm cực S có chiều từ d đến c, ab nằm cực N có chiều từ b đến a Nếu mạch khép kín qua tải sức điện động khung dây sinh mạch dòng điện chạy từ A (+) đến B (-) Khi khung dây quay 1/2 vòng, dẫn cd lúc nằm cực N nên chiều s.đ.đ dòng điện hướng từ c đến d, dẫn ab nằm cực S nên chiều s.đ.đ dòng điện hướng từ a đến b Như mạch chổi than A có dấu (+) chổi than B mang dấu (-) Như chiều s.đ.đ dòng điện dẫn thay đổi chiều chúng mạch không đổi Nói cách khác sức điện động xoay chiều cảm ứng dẫn dòng điện tương ứng chỉnh lưu thành sức điện động dòng điện chiều nhờ hệ thống vành góp chổi than, dạng sóng sức điện động chiều hai chổi than hình b Đó nguyên lý làm việc máy phát điện chiều 1.3.2 Động điện Nếu ta cho dòng điện chiều chạy vào chổi A(+) chạy chổi B(-) dòng điện dẫn cực N hướng từ trước sau, dòng điện dẫn cực S hướng từ sau trước lực (mômen) điện từ chúng sinh có chiều không đổi nên làm cho khung dây quay với chiều không đổi Đó nguyên lý làm việc động điện chiều DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Đây phần dây quấn đặt rãnh lõi thép phần ứng, có nhiều mạch vòng kín Dây quấn phần ứng phận tham gia trực tiếp trình biến đổi lượng điện từ máy chiếm tỷ giá đáng kể giá thành máy * Yêu cầu dây quấn phần ứng: - Sinh s.đ.đ cần thiết - Cho Iđm qua lâu dài mà không phát nóng mức cho phép - Sinh mômen đủ lớn - Đảm bảo đổi chiều tốt - Tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy an toàn 73 - Phân loại dây quấn: + Dây quấn xếp đơn giản, phức tạp + Dây quấn sóng đơn giản, phức tạp Hình 5.5: Dây quấn xếp (a) dây quấn sóng (b) * Rảnh nguyên tố: Gọi Z số rãnh thực (số rãnh lõi thép phần ứng) Znt = u.Z số rãnh nguyên tố (số rãnh chứa cặp cạnh tác dụng) Gọi S số phần tử, G số phiến góp, ta có quan hệ: S = G = Znt = u.Z * Bước cực:   Z nt 2p * Các bước dây quấn: - Bước dây quấn thứ nhất, ký hiệu y1, khoảng cách cạnh tác dụng phần tử y1  Z nt  2p Trong  số phân số để y1 số nguyên + Nếu y1 =  ta có dây quấn bước đủ + Nếu y1 >  ta có dây quấn bước dài + Nếu y1 <  ta có dây quấn bước ngắn - Bước dây quấn thứ 2, ký hiệu y2, khoảng cách cạnh tác dụng thứ phần tử thứ cạnh tác dụng thứ phần tử thứ hai - Bước tổng hợp, ký hiệu y, khoảng cách cạnh tác dụng thứ phần tử thứ phần tử thứ hai - Bước phiến góp, ký hiệu yG, khoảng cách hai phiến góp nối với hai đầu phần tử tính số phiến góp 74 Dây quấn xếp đơn giản Xét dây quấn xếp đơn giản có Znt = S = G = 16 ; 2p = Các bước dây quấn * Bước dây quấn thứ nhất: y1  Z nt 16    ; dây quấn bước đủ 2p * Bước dây quấn tổng hợp bước vành góp Đặc điểm dây quấn xếp đơn giản đầu phần tử nối vào phiến góp kề nên y = yG = * Bước dây quấn thứ 2: Trong dây quấn xếp đơn y2 = y1 – y = Sơ đồ khai triển Phần tử thứ có cạnh tác dụng thứ đặt lớp rảnh thứ nhất, cạnh tác dụng thứ đặt lớp rãnh thứ + y1 = Lớp trên: 10 11 12 13 14 15 16 kín Lớp dưới: 10 11 12 13 14 15 16 Quy ước: - Cạnh phần tử lớp vẽ nét liền, lớp nét đứt - Vẽ cực từ khoảng 0,75 - Vẽ bề rộng chổi than bề rộng phiến góp - Chổi than phải đặt vị trí cho sđđ lấy lớn nhất, phải đặt trục cực từ - Chổi than cực từ cực tính dấu nối lại Hình 5.6: Giản đồ khai triển dây quấn xếp đơn giản 75 Số đôi mạch nhánh song song Nhìn từ vào dây quấn phần ứng biểu thị hình 5.7 Ta thấy dây quấn phần ứng mạch điện gồm mạch nhánh song song hợp lại (mạch nhánh song song phần dây quấn nằm chổi than có cực tính khác nhau) Tổng quát: 2a = 2p Với a số đôi mạch nhánh song song Hình 5.7: Sơ đồ ký hiệu dây quấn xếp đơn giản Dây quấn xếp phức tạp Bước dây quấn Đặc điểm dây quấn xếp phức tạp yG = m (m = 2, 3, …) Thường m = (Đối với máy công suất lớn m > 2) Khi yG = m = 2: - Nếu số rãnh nguyên tố số phần tử chẵn ta dây quấn xếp đơn độc lập - Nếu số rãnh nguyên tố số phần tử lẻ ta dây quấn xếp đơn không độc lập mà nối tiếp thành mạch kín Như coi dây quấn xếp phức tạp gồm m dây quấn xếp đơn làm việc song song nhờ chổi than Và chổi than phải có bề rộng  m lần phiến góp lấy điện Xét dây quấn xếp phức tạp có yG = m = 2; 2p = 4; Znt = S = G = 24 y1  Z nt 24   6 2p y = yG = 2; y2 = y1 – y = 76 Sơ đồ khai triển Căn vào bước dây quấn, ta bố trí nối phần tử dây quấn: Lớp trên: 11 13 15 17 19 21 23 kín Lớp dưới: 11 13 15 17 19 21 23 Các phần tử số chẵn: Lớp trên: 10 12 14 16 18 20 22 24 kín Lớp dưới: 10 12 14 16 18 20 22 24 Như dây quấn có vòng kín độc lập Hình 5.8: Giản đồ khai triển dây quấn xếp phức tạp Số đôi mạch nhánh song song Dây quấn sóng phức tạp có số đôi mạch nhánh song song a = mp Với dây quấn xét có số đôi mạch nhánh song song a = mp = 2.2 = Dây quấn sóng đơn giản Xét dây quấn sóng đơn có Znt = 15; 2p = 4; Các bước dây quấn Bước dây quấn thứ dây quấn xếp đơn giản y1  Z nt 15     2p 4 Bước dây quấn tổng hợp: yG  y  G  15    7; p Dấu “+”: dây quấn sóng phải Dấu “-”: dây quấn sóng trái (thường dùng) Bước dây quấn thứ 2: y2 = y – y1 = 77 Sơ đồ khai triển Phần tử thứ có cạnh tác dụng nằm rảnh thứ nhất, cạnh tác dụng thứ nằm lớp rảnh thứ + y1 = Một đầu phần tử nối với phiến góp thứ 1, đầu nối với phiến góp thứ + yG = Tiếp tục cho phần tử tiếp theo, ta có: Lớp trên: 15 14 13 12 11 10 kín Lớp dưới: 11 10 15 14 13 12 Hình 5.8: Giản đồ khai triển dây quấn sóng đơn giản Số đôi mạch nhánh song song Dây quấn sóng đơn có a = Dây quấn sóng phức tạp Xét dây quấn sóng phức tạp có m = 2; Znt = 18; 2p = 4; Các bước dây quấn y1  Z nt 18     2p 4 yG  y  G  m 18    ; dây quấn sóng trái p y2 = y – y1 = Sơ đồ khai triển Phần tử thứ có cạnh tác dụng nằm rảnh thứ 1, cạnh tác dụng thứ nằm lớp của rảnh thứ + y1 = Một đầu phần tử nối với phiến đổi chiều thứ 1, đầu nối với phiến đổi chiều thứ + yG = Tiếp tục cho phần tử lại, ta có: Lớp trên: 17 15 13 11 kín Lớp dưới: 13 11 17 15 Còn phần tử số chẵn nối với để tạo thành vòng kín khác 78 Lớp trên: 10 18 16 14 12 kín Lớp dưới: 14 12 10 18 16 Hình 5.9: Giản đồ khai triển dây quấn sóng phức tạp Số đôi mạch nhánh song song Dây quấn sóng đơn có a = m CÁC QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Sức điện động dây quấn phấn ứng Sức điện động trung bình dẫn: etb = Btb.l.v Trong đó: Btb  v  từ cảm trung bình khe hở  l Dn 60  2 pn tốc độ dài 60  bước cực D đường kính phần ứng l chiều dài tác dụng dẫn p số đôi cực từ n tốc độ quay phần ứng  từ thông khe hở cực từ Thay vào ta có: etb  2  n 60 Gọi N số dẫn dây quấn phần ứng mạch nhánh song song có N dẫn nối tiếp 2a Như sức điện động máy: 79 Eu  N pN etb    n  Ce   n  C M    (V) 2a 60a Trong đó:  2n tốc độ góc rotor 60 Ce  pN pN hay C M  hệ số phụ thuộc kết cấu máy 60a 2a Từ công thức cho thấy, để thay đổi sđđ phần ứng thay đổi n từ thông  tức thay đổi dòng điện kích từ Hình 5.10: Xác định sđđ phần ứng mômen điện từ máy điện chiều Mômen điện từ, công suất điện từ Khi MĐ làm việc, dây quấn phần ứng có dòng điện chạy qua Tác dụng từ trường lên dây dẫn có dòng điện chạy qua sinh mômen điện từ trục máy Lực điện từ tác dụng lên dẫn: f = Btb.l.iư Nếu tổng số dẫn dây quấn N dòng điện mạch nhánh iư = Iư/2a Mômen điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng: M  Btb Trong đó: Iu D lN 2a Iư dòng điện phần ứng D p Btb   đường kính phần ứng   l Thay vào ta có: 80 M pN   I u  C M   I u (Nm) 2a Công suất ứng với mômen điện từ (lấy vào với máy phát đưa với động cơ) gọi công suất điện từ: Pđt  M  pN 2n pN  I u  n  I u  Eu I u 2a 60 60a Trong chế độ máy phát: M ngược chiều quay với phần ứng nên đóng vai trò mômen hãm Máy chuyển công suất (M.) thành công suất điện (EưIư) Trong chế độ động cơ: M có tác dụng làm quay phần ứng  chiều với chiều quay phần ứng Máy chuyển công suất điện (EưIư) thành công suất (M.) Quá trình lƣợng phƣơng trình cân Tổn hao máy điện chiều a Tổn hao pcơ Đây tổn hao ma sát ổ bi, tổn hao ma sát chổi than vành góp; tổn hao thông gió Tổn hao phụ thuộc tốc độ quay làm cho ổ bi, vành góp nóng lên b Tổn hao sắt pFe Tổn hao dòng điện xoáy từ trễ lõi thép gây nên Tổn hao phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày thép, trọng lượng lõi thép, từ cảm tần số Các tổn hao gọi tổn hao không tải: P0 = pcơ + pFe Mômen không tải: M0 = P0/ c Tổn hao đồng pCu - Tổn hao đồng mạch phần ứng: pcu.ư = Iư2Rư Với: Rư = rư + rf + rtx rư: điện trở dây quấn phần ứng rf: điện trở cực từ phụ rtx: điện trở tiếp xúc chổi than - Tổn hao đồng mạch kích thích: Bao gồm tổn hao đồng dây quấn kích thích điện trở điều chỉnh mạch kích thích: pcu.kt = UktIkt Trong đó: Ukt điện áp đặt lên mạch kích thích Ikt dòng điện kích thích 81 d Tổn hao phụ pf Trong đồng thép sinh tổn hao phụ Tổn hao phụ thường khó tính Ta lấy pf = 1%Pđm Quá trình lượng phương trình cân a Máy phát điện Gọi P1 công suất đưa vào đầu trục máy phát, để biến thành công suất điện từ phải tổn hao pcơ pFe Ta có phương trình cân bằng: Pđt = P1 – (pcơ + pFe) = P1 – P0 Công suất điện đưa đầu cực máy phát: P2 = Pđt – pCu = EưIư - Iư2Rư = UIư Ta có phương trình cân điện áp máy phát: U = Eư - IưRư Từ phương trình Pđt = P1 – P0 ta có: M = M1 - M0 Ta có phương trình cân mômen: M = M1 - M0 Với: M mômen điện từ M1 mômen đưa vào M0 mômen không tải Hình 5.11: Giản đồ lượng máy phát điện chiều b Động điện Công suất điện động nhận từ lưới: P1 = UI = U(Iư +Ikt) Trong đó: I dòng từ lưới vào Iư dòng điện vào phần ứng Ikt dòng điện vào kích thích 82 Công suất P1 phần cung cấp cho mạch kích thích, phần lớn vào phần ứng, tiêu hao phần dây đồng mạch phần ứng, đại phận công suất điện từ Ta có : P1 = pCu.ư + pCu.kt +Pđt Công suất điện từ sau chuyển thành công suất cơ, phần mát để bù vào tổn hao pcơ pFe, lại công suất đầu trục: Pđt = pcơ + pFe + P2 = P0 + P2 Công suất điện mạch phần ứng: UIư = Pđt + pCu = EưIư + Iư2Rư Ta có phương trình cân điện áp động điện chiều: U = Eư + IưRư Cũng từ công thức ta có: M = M2 + M0 Ta có phương trình cân mômen: M = M2 + M0 Với: M mômen điện từ M2 mômen đưa đầu trục M0 mômen không tải Hình 5.11: Giản đồ lượng động điện chiều MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 4.1 Mở máy động chiều Yêu cầu: - Mômen mở máy lớn tốt để dể dàng thích ứng với tải - Dòng điện mở máy bé tốt Các phương pháp mở máy: 4.1.1 Mở máy trực tiếp Theo phương pháp cần mở máy ta việc đóng thẳng động vào lưới Phương trình cân điện áp mạch phần ứng: 83 U = Eư + Rư.Iư Tại thời điểm ban đầu mở máy, tốc độ n = nên Eư = kE.n. = Dòng điện phần ứng lúc mở máy: I mm  I u  U  Eu U  Ru Ru Vì Rư bé nên Iưmm lớn (khoảng 5-10 lần Iđm) dễ làm hỏng cổ góp, chổi than ảnh hưởng đến lưới điện Phương pháp áp dụng cho động có công suất bé, với động Rư tương đối lớn 4.1.2 Mở máy nhờ biến trở Hình 5.12: Mở máy động điện chiều nhờ biến trở Để giảm dòng mở máy, ta sử dụng biến trở mắc nối tiếp vào mạch phần ứng Dòng điện mở máy: I mm  U  Eui Ru  R fi Với “i” số ứng với thứ tự bậc điện trở Biến trở mở máy tính cho Imm = (1,4-:-1,7)Iđm động lớn Imm = (2-:-2,5)Iđm động bé 4.1.2 Mở máy cách giảm điện áp đặt vào phần ứng Phải dùng nguồn độc lập điều chỉnh điện áp để cung cấp cho phần ứng động Một nguồn khác U = Uđm để cung cấp cho mạch kích thích Thường dùng mở máy cho động công suất lớn để kết hợp việc điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp 4.2 Điều chỉnh tốc độ động chiều Với phụ tải khác yêu cầu tốc độ khác Vì để phù hợp với tải cần phải điều chỉnh tốc độ động lúc có tải 84 Phương trình cân điện áp mạch phần ứng: Eư = U - Rư.Iư = kE.n. Tốc độ động cơ: n U  Ru I u k E  Như để điều chỉnh tốc độ động ta có biện pháp sau: - Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng - Thay đổi điện áp - Thay đổi từ thông 4.2.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ Khi mắc thêm điện trở vào mạch phần ứng, tốc độ động giảm Do dòng điện phần ứng lớn nên tổn hao công suất điện trở điều chỉnh lớn Phương pháp sử dụng động công suất nhỏ 4.2.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp Cần có nguồn, nguồn điều chỉnh điện áp nối với mạch phần ứng, nguồn khác nối với mạch kích từ 4.2.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Với động kích từ song song hỗn hợp, ta thay đổi từ thông cách thay đổi điện trở điều chỉnh để đổi dòng điện kích từ Còn với động kích từ nối tiếp, ta mắc thêm biến trở song song với điện trở R 85 ... máy trục, ổ trục, thân máy, nắp Trong máy điện, vật liệu kết cấu thường gang, thép, kim loại màu, hợp kim vật liệu chất dẻo 4.3 Vật liệu cách điện Vật liệu cách điện máy điện phải có độ bền điện. .. liệu cách điện dùng để cách điện phần dẫn điện với không dẫn điện phần dẫn điện với 4.1 Vật liệu tác dụng 4.1.1 Vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện để chế tạo máy điện tốt đồng Ngoài dùng nhôm... U điện áp truyền tải lưới điện; Rd điện trở đường dây tải điện cos hệ số công suất lưới điện,  góc lệch pha dòng điện I điện áp U Từ công thức cho ta thấy, công suất truyền tải đường dây, điện