Giáo trình máy điện và truyền động điện

máy phát điềm đặt và điều khiển tuàn tự cho phéo cài đặt độ nhảy từ -10V...+10V và dduwocj nuôi trực tiếp hay thông qua máy phát điểm đặt đến khối đo lường.

Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn Trờng trung cấp nghề cơ điện & kỹ thật nông lâm đông bắc

Chơng I: Một số vấn đề chung về máy điện. 5

1 Khái niệm và phân loại máy điện 5

2 Các định luật cơ bản dùng trong máy điện 6

3 Các loại vật liệu chủ yếu dùng trong máy điện 8

4 Các đại lợng định mức của máy điện 10

Chơng II: Máy biến áp. 11

1 Khái niệm và phân loại máy biến áp 11

3 Tính toán máy biến áp 1 pha công suất nhỏ 15

6 Những h hỏng và cách sửa chữa máy biến áp 26

Chơng III: Máy điện một chiều. 28

1 Khái niệm và phân loại máy điện một chiều 28

2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều 28

Chơng IV: Máy điện không đồng bộ. 32

1 Khái niệm và phân loại máy điện không đồng bộ 32

2 Từ trờng của dòng điện xoay chiều hình sin 33

Chơng VI: Dây quấn máy điện quay. 47

1 Những vấn đề chung về dây quấn Stato động cơ điện KĐB 3 pha 47

2 Cách thiết lập giản đồ dây quấn 3 pha loại dây quấn 1 lớp 48

3 Cách thiết lập giản đồ dây quấn 3 pha loại dây quấn 2 lớp 52

4 Những vấn đề chung về dây quấn Stato động cơ điện KĐB 1 pha 58

5 Dây quấn Stato động cơ điện KĐB 1 pha điện dung có ZA = ZB 58

6 Dây quấn Stato động cơ điện KĐB 1 pha điện dung có ZA = 2ZB 62

7 Những vấn đề chung về dây quấn máy điện một chiều 66

Chơng VII: Phụ tải và phần cơ khí của truyền động điện. 75

1 Phần cơ khí của truyền động điện 75

2 Phụ tải của truyền động điện 75

3 Đặc tính cơ của động cơ điện và của máy sản xuất 75

4 Các trạng thái làm việc của truyền động điện 79

Chơng VIII: Các đặc tính và các trạng thái làm việc của một

1 Các đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 80

2 Khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập 86

3 Các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 88

4 Các đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 89

5 Khởi động động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 92

6 Các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 94

7 Các đặc tính và trạng thái làm việc của động cơ điện một chiều

Chơng IX: Điều khiển tốc độ truyền động điện. 97

1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lợng điều chỉnh tốc độ 98

2 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập 99

3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ bằng cách thay

Lời nói đầu

Đất nớc ta đang trong quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nớc Cùng với xu thế phát triển chung của thế giới, nớc ta đã đạt đợc những thành tựu nhất định trong kinh tế, kỹ thuật, năng suất lao động đợc nâng cao, đời sống nhân dân ngày càng đợc ổn định Trong đó phải kể đến lỗ lực đa điện lới quốc gia về tất cả các vùng miền trên cả nớc Đi kèm với quá trình đó, các máy điện đã đợc sử dụng rộng rãi không chỉ trong các ngành công nghiệp, giao thông vận tải, nông lâmnghiệp v.v mà còn đợc sử dụng cả trong dân dụng.

Để bắt kịp với sự phát triển chung của xã hội, nhà trờng đã không ngừng đổi mới nội dung, phơng pháp giảng dạy với mục đích phấn đấu đạt kết quả cao nhất trong nhiệm vụ giáo dục, đào tạo

Giáo trình Máy điện – Truyền động điện là một giáo trình tổng hợp của hai môn học riêng biệt: Máy điện và Truyền động điện Căn cứ vào nhiệm vụ và mục tiêu đào tạo, giáo trình Máy điện – Truyền động điện đợc biên soạn với mục đích cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về một số loại máy điện thông dụng,cách sử dụngvà khai thác các loại máy điện Trên cơ sở kiến thức đợc trang bị, họcsinh có thể vận dụng để giải quyết các vấn đề có trong thực tế đời sống, trong quá trình sản xuất

Chơng 1 Một số vấn đề chung về máy điện

1 Khái niệm - Phân loại Máy điện

1.1 Khái niệm máy điện. Là thiết bị điện từ, làm việc dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi dạng năng lợng nh cơ năng thành điện năng (máy phát điện) và biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc dùng để biến đổi thông số điện nh biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha vv nhờ có mạch từ (lõi thép) và dây quấn 1.2 Phân loại máy điện. Máy điện có nhiều loại đợc phân theo nhiều cách khác nhau, ví dụ phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo loại dòng điện, theo nguyên lý làm việc vv Trong giáo trình này ta phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lợng

a Máy điện tĩnh

Thờng gặp đó là máy biến áp, làm việc dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ

do sực biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tơng đối với nhau

Máy điện tĩnh thờng dùng để biến đổi thông số điện năng, do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi có tính chất thuận

nghịch Ví dụ: Máy biến áp biến đổi điện năng có thông số U1, I1, f thành điện năng

có thông số U2, I2, f., hoặc ngợc lại biến đổi hệ thống điện U2, I2, f thành hệ thống

điện U , I , f, (hình vẽ)

Máy điện

Máy điện tĩnh Máy điện có phần quay

Máy điện xoay chiều Máy điện một chiều

Máy không

đồng bộ

Máy

đồng bộ

Máy

biến

áp

Động cơ

không

đồng bộ

Máy phát không

đồng bộ

Động cơ

đồng bộ

Máy phát

đồng bộ

Động cơ

một chiều

Máy phát một chiều

b Máy điện quay

Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ , lực điện từ do từ ờng và dòng điện các cuộn dây có chuyển động tơng đối với nhau gây ra Loại máy

tr-điện này thờng dùng để biến đổi tr-điện năng thành cơ năng (động cơ tr-điện) hoặc cơnăng thành điện năng (máy phát điện) Quá trình biến đổi có tính thuận nghịchnghĩa là máy điện có thể làm việc ở hai chế độ máy phát điện và động cơ điện

2 Các định luật cơ bản dùng trong máy điện.

2.1 Định luật cảm ứng điện từ.

Trờng hợp từ thông () biến thiên xuyên qua vòng dây: Khi từ thông () biếnthiên xuyên qua vòng dây dẫn, trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động, nếu chọnchiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông theo quy tắc vặn nútchai (hình vẽ), sức điện động cảm ứng trong một vòng dây đợc viết theo công thứcMácxoen nh sau:

Trờng hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trờng: Khi thanh dẫn chuyển

động thẳng vuông góc với đờng sức từ trờng (đó là trờng hợp thờng gặp trong máyphát điện), trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra sức điện động e, có trị số là: e = Blv

Trong đó: B - từ cảm đo bằng T (tesla);

l - chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (phần thanh dẫn nằm trong

Trong đó: B – từ cảm đo bằng T;

i - dòng điện đo bằng A (ampe);

l - chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn đo bằng m;

Fdt - Lực điện từ đo bằng N (Niutơn)

3 Các loại vật liệu chủ yếu dùng trong máy điện:

Vật liệu chế tạo máy điện bao gồm vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệucách điện và vật liệu kết cấu

3.1 Vật liệu dẫn điện.

Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện, vật liệu dẫn điệndùng trong máy điện tốt nhất là Đồng, vì chúng không đắt lắm lại có điện trở suất() tơng đối nhỏ, ngoài ra ngời ta còn dùng Nhôm và các hợp kim khác nh Đồngthau, Đồng phốt pho

Để chế tạo dây quấn ngời ta thờng dùng Đồng, đôi khi cả nhôm và đợc cách

điện với nhau bằng vật liệu cách điện nh sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy nhựa hoá học,sơn êmay Với các máy điện có công suất nhỏ và trung bình, điện áp sử dụng dới

700 vôn thờng dùng dây êmay vì lớp cách điện mỏng, đạt độ bền yêu cầu đối vớicác bộ phận khác nh vành đổi chiều, lồng sóc hoặc vành trợt

3.2 Vật liệu dẫn từ.

Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ, ngời ta dùng cácvật liệu sắt từ để làm mạch từ nh thép lá kỹ thuật điện, thép lá thờng, thép đúc, théprèn, gang ít khi đợc dùng vì dẫn từ không tốt

ở đoạn mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50 Hz thờng dùng thép lá kỹthuật điện có độ dày từ 0,35 đến 0,5 mm, trong thành phần của thép có từ 2 – 5%

Si (silic để tăng điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy) ở tần số cao hơn dùngthép lá kỹ thuật điện có độ dày từ 0,1 đến 0,2 mm, tổn hao công suất trong thép lá

là do hiện tợng từ trễ và dòng điện xoáy sinh ra đợc đặc trng bằng suất tổn hao

Thép lá kỹ thuật điện đợc chế tạo bằng phơng pháp cán nóng và cán nguội,hiện nay máy biến áp và máy điện thờng dùng thép cán nguội vì có độ từ thẩm caohơn và công suất tổn hao nhỏ hơn loại cán nóng

ở đoạn mạch từ có từ trờng không đổi, thờng dùng thép đúc, thép rèn hoặcthép lá

3.3 Vật liệu cách điện.

Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điệncách ly với nhau, cách ly giữa các bộ phận dẫn điện với nhau trong máy điện vậtliệu cách điện phải có độ bền cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm và có độbền cơ học cao, độ bền vững về nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn, quyết địnhnhiệt độ cho phép của dây dẫn và do đó quyết định tải của nó Nếu tính năng củavật liệu cách điện cao thì lớp cách điện mỏng và kích thớc máy giảm

Chất cách điện chủ yếu gồm 4 nhóm: Chất hữu cơ thiên nhiên nh giấy, vảilụa; Chất vô cơ nh amiăng, mica, sợi thuỷ tinh; Các chất tổng hợp; Các loại men,sơn cách điện

Chất cách điện tốt nhất là mica, song tơng đối đắt nên chỉ đợc dùng trong cácmáy điện có điện áp cao, thông thờng chỉ dùng các vật liệu nh giấy, vải, sơi vv,chúng có độ bền cơ cao, mềm, rẻ tiền xong dẫn nhiệt xấu, hút ẩm, cách điện kém,

do đó dây dẫn phải tẩm xấy sơn cách điện để cải thiện tính năng của vật liệu cách

T 0 trung bình cho phép dây quấn (0 0 c)

A Sợi Xenlulô, bông hoặc tơ tẩm trong vật liệu hữu

H Vật liệu gốc mica, Amiăng, Sợi thuỷ tinh phối

hợp chất kết dính và tẩm silíc hữu cơ 180 165

Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí, hydro) hoặc thể lỏng(dầu máy biến áp)

3.3 Vật liệu kết cấu.

Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học

nh trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy Trong máy điện, các vật liệu kết cấu thờng làgang, thép lá, thép rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng, các chất dẻo

4 Các đại lợng định mức của máy điện.

Câu 1 Anh/Chị hãy nêu khái niệm và phân loại máy điện?

Câu 2 Anh/Chị hãy trình bầy các định luật cơ bản dùng trong máy điện?

Câu 3 Anh/Chị hãy nêu các loại vật liệu chủ yếu dùng trong máy điện?

Câu 4 Anh/Chị hãy nêu các đại lợng định mức của máy điện?

Chơng 2 Máy biến áp

1 Khái niệm và phân loại máy biến áp.

1.1 Khái niệm máy biến áp.

Để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp và ngợclại

Trong hệ thống điện xoay chiều, hệ thống dùng để tăng, giảm điện áp gọi làmáy biến áp Máy dùng để biến đổi từ điện áp thấp lên điện áp cao gọi là máy tăng

áp, máy dùng để biến đổi từ điện áp cao xuống điện áp thấp gọi là máy giảm áp

1.2 Phân loại máy biến áp

Theo công dụng gồm: Máy biến áp động lực gồm truyền tải và phân phối ,

có công suất lớn và điện áp cao

Máy biến áp Nguồn; Máy biến áp Hàn;Máy biến áp đo lờng; Máy biến áp

Máy biến áp kiểu dầu tuần hoàn cỡng bức

Máy biến áp làm mát bằng kiểu thông gió mạnh , có quạt gió xung quanh vỏ

1.3 ứng dụng của Máy biến áp

Dùng để truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ Nếu tăng điện

áp lên cao sẽ giảm đợc tổn thất công suất và tiết diện dây, giảm kim loại màu

2 Máy biến áp 1 pha.

2.1 Cấu tạo của máy biến áp 1 pha.

Gồm 2 bộ phận chính:

* Lõi thép: Cấu tạo theo kiểu trụ hoặc kiểu vỏ, kiểu vành khăn (kiểu tròn)

Kiểu trụ: Là thép có kiểu khung chữ nhật (a)

Kiểu vỏ: Là thép kiểu liền hay chữ E và chữ I tạo nên (b)

Kiểu vành khăn: Lá thép mỏng, uốn thành cung tròn tạo nên (c)

P = 3 U d I d Cos ; I d =



Cos U

b

c

* Dây quấn:

Thông thờng biến áp có 2 cuộn dây, dây quấn bằng dây đồng hoặc nhôm gọi

là dây điện từ, quấn xung quanh trụ lói thép Dây quấn nối với nguồn điện gọi làdây sơ cấp , ký hiệu W1 Dây quấn nối với phụ tải là dây quấn thứ cấp, ký hiệu là

W2 Cả 2 cuộn dây thứ cấp và sơ cấp có thể quấn xung quanh một trụ hoặc 2 trụlõi thép Giữa 2 cuộn dây và lõi thép phải đặt chất cách điện

2.2 Nguyên lý làm việc

Làm việc dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ

Sơ đồ nguyên lý máy biến áp

Nếu ta đặt vào cuộn dây sơ cấp W1 , điện áp xoay chiều U1 sẽ sinh ra dòng

điện sơ cấp I1 Dòng điện sơ cấp I1 sẽ sinh ra từ thông chạy trong lõi thép Từ thôngnày sẽ móc vòng qua cả 2 cuộn dây sơ và thứ, đó là từ thông tính theo định luậtcảm ứng điện từ.Từ thông Ф sẽ biến thiên cảm ứng ở cuộn dây sơ cấp một sức

Trong đó: Фmax: là trị số từ thông chính lớn nhất

f: Là tần số lới điện Trong trờng hợp máy chạy không tải, thứ cấp hở mạch thì U1 = E1 ; U2=E2 Nếu chia E1 cho E 2 ta có

max 1 44 , 4

W f

W f

=

2

1

W W

2

1

W

W

: Gọi là tỷ số máy biến áp và đặt = K

Nếu K > 1 Tức W1> W2 : Gọi là máy biến áp giảm áp

Nếu K < 1 Tức W1< W2 : Gọi là máy biến áp tăng áp

2.3 Tổn thất và hiệu suất của máy biến áp

Tổn hao đồng: Là tổn hao trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp sinh ra, ký hiệu

Trong đó: R1 và R2 là điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp

I1 và I2 là dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp và thứ cấp

Tổn hao trong lõi thép (tổn hao sắt từ ) ∆Pst: Do hiện tờng từ trễ sinh ra vàdòng điện xoay (dòng Fu cô) trong lõi thép Tổn hao này chỉ phụ thuộc vào từthông trong lõi phép nghĩa là điện áp đặt vào chứ không phụ thuộc vào dòng điện,không thay đổi theo phụ tải Do vậy tổn hao trong máy biến áp sẽ là :

∆P = ∆Pđ + ∆Pst

Hiệu suất của máy biến áp:

Công suất đa vào phía sơ cấp là P1

Công suất lấy ra phía thứ cấp là P2 P1 = P2 + ∆P

Hiệu suất của máy biến áp sẽ là ŋ = P P12 = P Pd P Pst



 2 2

2.4 Các thông số kỹ thuật của máy biến áp

* Điện áp định mức:

- Điện áp sơ cấp định mức, điện áp đã quy vào dây quấn sơ cấp Ký hiệu U1đm

- Điện áp thứ cấp định mức là điện áp giữa 2 đầu dây quấn thứ cấp khi cuộnthứ cấp có tải định mức và điện áp vào cuộn sơ cấp định mức, ký hiệu U2đm

* Dòng điện định mức: Là đòng điện đã quy vào cho mỗi cuộn dây của máy biến

áp , ứng với công suất định mức và điện áp định mức , ký hiệu là Iđm , bao gồm

I1đm và I2đm

* Công suất định mức: Là công suất biểu kiến trên các cực của dây cuốn thứ cấp ởchế độ làm việc định mức, ký hiệu là Sđm

Với máy biến áp 1 pha: Sđm = U2 đm I2 đm

Với máy biến áp 3 pha: Sđm = 3 U2 đm I2 đm

Đơn vị tính là VAr hay KVAr Trong đó U2đm và I2 đm là điện áp và dòng

điện định mức của cuộn thứ cấp

Tần số: Ký hiệu là f (f = 50 Hz)

2.5 Các tình trạng của máy biến áp.

Tình trạng ngắn mạch: Là tình trạng dây quấn thứ cấp bị ngắn mạch, khi bị

ngắn mạch, dòng điện sẽ tăng cao từ 10 đến 20 lần dòng điện định mức, cho nên sẽgây lên cháy hỏng Tuyệt đối không đợc để thứ cấp ngắn mạch

Tình trạng phụ tải: Là máy làm việc nối đúng phụ tải để dòng điện sơ cấpkhông vợt quá trị số cho phép xong cũng có thể lớn hơn một chút nhng trong thờigian ngắn

Để đánh giá mức độ tải, ngời ta đa ra hệ số Kt

Kt =

dm I

I

2

2 ≈

dm I

I

1 1

Nếu Kt = 1: Là máy đợc mang tải định mức;

Nếu Kt > 1: Là máy đang làm việc quá tải;

Nếu Kt < 1: Là máy đang làm việc non tải

Tình trạng không tải: Là tình trạng sơ cấp có điện áp đặt vào định mức, cònthứ cấp hở mạch, do đó công suất đa vào máy chỉ bù vào tổn hao trong máy vàdòng điện chủ yếu chỉ để tạo ra từ trờng trong máy nên hệ số cos thấp Do vậykhông đợc để máy không tải hoặc non tải

3 Tính toán máy biến áp 1 pha công suất nhỏ.

3.1 Tính toán máy biến áp 1 pha công suất nhỏ loại cách ly (tự cảm).

Là loại máy có cuộn sơ cấp và thứ cấp riêng biệt, cách ly nhau

Ngoài ra còn chọn theo bảng sau Công suất VA Tiết diện thực tế cm 2

Trong đó: f là tần số lới điện (HZ) S là tiết diện lõi thép (cm2) B là cảm ứng

từ (GS) W1 và U1 là số vòng dây và điện trở sơ cấp

Cảm ứng từ B trong tính toán thực tế trong khoảng 700 đến 1.400 GS

Xong tổn thất điện áp trên thứ cấp khi không tải sẽ là

U2 = U 2 t + U2t ∆U %Trong đó: U 2t: là điện áp định mức thứ cấp khi có tải

∆U%: là tỷ lệ % tổn thất điện áp

Tổn thất điện áp phụ thuộc vào công suất máy

Công suất VA Tổn thất điện áp ∆U% Công suất VA Tổn thất điện áp ∆U%

Quan hệ giữa tiết diện lõi thép và số vòng/ vôn

Sd: là tiết diện dây quấn ;

I: là cờng độ dòng điện (A);

J: là mật độ dòng điện (A/mm2)

Tra mật độ dòng điện theo bảng sau

Ví dụ: Tính Sd có dòng điện đi qua là 2A, công suất máy là 200 VA.

Ta tra bảng tìm dợc J = 3 ứng với công suất máy là 200VA

Ta có: Sd = I/J = 2/3 = 0,66 mm

®iÖn trë d©y dµi

1 km ()

Sè vßng d©y trªn cm 2 (w 0 )

Tính tiết diện cửa sổ lõi thép: Σ Sdp =W W011 + W W022 ( cm2 )

Trong đó: Σ Sdp là tiết diện tổng của hai cuộn dây sơ và thứ, W01 và W02 là

số vòng dây cuộn sơ và cuộc thứ cấp trên 1cm2

W1 và W2 là số vòng dây cuộn sơ và cuộn thứ cấp Ngoài ra ta còn kể đếnbìa cách điện giữa hai cuộn dây với nhau và hai cuộn dây với lõi thép

Scs = KS ΣTrong đó Scs là tiết điện cửa sổ K là hệ số lấy tới 1,5đến 2,5 chọn Chọngiá trị lớn khi quấn bằng tay,chọn giá trị nhỏ khi quấn bằng máy.

Bài tập:

Chế tạo máy biến áp có điện áp sơ cấp là 220V,điện áp thứ cấp là 30V ,dòng điện áp thứ cấp 2A f = 50Hz

Giải

Công suất máy : P = U2 I2 = 30 2= 60VA

Cờng độ dòng điện sơ cấp: I1= P/ U1 = 6/ 220 ≈ 0,27(A)

Tra bảng tìm tiết diện có P = 60VA thì tiết diện lõi thép là 11 cm2 .Chọn láthép có bề dày bằng 0,4mm

Ta có 32 : 0,4 = 80 lá

Tính tổn thất điện áp Tra bảng có ∆ U% ≈ 11%

Nên điện áp thứ cấp khi không có tải là

30 ≈ 33,3 (V) Tra bảng ứng với s = 11 cm2 , ta có n 0 = 3,5( vòng / vôn)

Vậy số vòng dây sơ cấp là

W1 = U,n0 = 220.3,5 = 770 (vòng)

Và số vòng dây thứ cấp W2 = U2 n0 = 33,3.3,5 = 116,5 (vòng)

Tra bảng ứng với công suất máy P= 60VA

Vật tiết diện dây quấn sơ cấp là

S dq1 = I1/ J = 0,27/ 3,5 ≈ 0.0771 ( mm2) # Ф = 0,31mm

S dq2 = I2/ J = 0,2/ 3,5 ≈ 0.57 ( mm2) # Ф = 0,85mm Tiết diện mặt cắt cuộn dây (tra bảng ):

Chọn SCS = 10,06 ( cm2 ) có chiều cao cửa sổ là 5 cm, chiều rộng là 2,1 cm

3.2 Tính toán máy biến áp 1 pha công suất nhỏ loại tự ngẫu.

Cấu tạo máy biến áp 1 pha công suất nhỏ loại tự ngẫu, gồm có cuộn dây vừa

là sơ cấp vừa là thứ cấp, gọi tỷ số biến áp là K ta có:

K= U1/ U2 = W1/ W2

Nếu thay đổi vị trí vị trí điểm trợt B ta có thể thay đổi đợc số vòng dây W2,

do đó thay đổi đợc điện áp U2

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, tiết kiệm vật t, hiệu suất cao, xong giữa sơ cấp

và thứ cấp cùng dây nên có sự liên hệ về điện, cho nên cách điện phải tốt.Tỷ sốbiến áp K ≤ 2

Cách tính toán biến áp tự ngẫu:

Pt = Pđ

UCA

UHA UCA 

Trong đó: Pt: Là công suất từ để tính lõi thép biến áp ;

Pđ: Là công suất điện định mức , UCA là điện áp phía sơ cấp ;

UHA: Là điện áp phía thứ cấp

Ví dụ: Trên máy có ghi 220V/ 110V- 10A, có nghĩa là điện áp phía sơ cấp = 110vôn, dòng điện 10 A

ứng dụng chế tạo máy biến áp tự ngẫu (Sutvontơ)

Tạo ra nhiều điện áp khác nhau từ một trị số điểm áp của nguồn Điềuchỉnh để điện áp pha có 1 trị số nhất định trong khi điện áp nguồn vào thay đổi

S = 1,2 P = 1,2 2275 ≈ 20 (cm2)Tra bảng ta có N0 = 1,7( vòng/ vôn)

Tổn thất điện áp ∆ U% ≈ 7,2%.

∆ U2 = U1002 U. % = 110100.7,2 ≈ 8(V)Vì là biến áp tự ngẫu, do đó số vòng dây thứ cấp nằm trong sơ cấp, cộngthêm số vòng dây tổn thất điện áp thứ cấp

W 1,2 = ( 220 +8) 1,7 = 388(vòng)Tiết diện dây quấn:

I1 = Pđ/ U1 = 550/ 220 = 2,5( A)

I BC = I2- I1 = 5- 2,5 = 2,5( A)Tra bảng có J = 2:

Sdq1 = Sdq2 = I1/J = 2,5 / 2 = 1,25 mm2 # Ф =1,25(mm)Tiết diện mặt cắt ta có: W 01,2 = 50 (vòng / cm2)

Chọn lá thép có chiều rộng 4 cm, chiều xếp chồng là 5,5 cm Lá thép dày0,5 mm thì hết 110 lá Cửa sổ có chiều rộng 2,25 cm, chiều cao 7 cm

Cấu tạo máy biến áp tự ngẫu: Cấu tạo máy biến áp tự ngẫu có 4 nấc tăng lớn,

7 nấc tăng nhỏ, 3 nấc giảm vừa Tiếp điểm đỉnh rơ le mắc nối tiếp vào nguồn sơcấp Cuộn dây Rơle mắc song song tuỳ theo điện áp cuộn dây

4 Máy biến áp 3 pha.

4.1 Cấu tạo của máy biến áp 3 pha (có 2 kiểu chế tạo).

a Kiểu mạch từ riêng:

Gồm 3 biến áp 1 pha giống nhau đấu theo sơ đồ 3 pha, có u điểm vận chuyểntháo lắp dễ dàng, Sửa chữa thuận tiện song tốn nhiều vật t , chế tạo chiếm diện tíchkhông gian lớn , chỉ chế tạo khi cần có công suất lớn

b Kiểu mạch từ chung:

Lõi thép 3 trụ hoặc 5 trụ, dây quấn đợc mắc trên các trụ Dây sơ cấp đợc kýhiệu bằng chữ in hoa là AX, BY, CZ Dây thứ cấp đợc ký hiệu chữ in thờng là ax

by, cz

4.2 Tổ nối dây máy biến áp

Dây quấn, sơ cấp và thứ cấp có thể đấu theo hình sao, hoặc hình tam giác,

vậy sẽ tạo ra các cách nối sau đây:

Là loại biến áp đặc biệt, dùng để hàn bằng phơng pháp hồ quang Máy biến

áp hàn dùng cuộn kháng: Cuộn sơ cấp W1 đợc nối vào nguồn điện 220 v, hoặc380v Cuộn thứ cấp W2 nối tiếp với cuộn kháng số 3, điện áp khi không tải khoảng

70 vôn, khi có tải: U 2đm = 30(V) Dòng điện hàn có thể thay đổi đợc bằng cách cóthể thay đổi khe hở (6) của cuộn kháng (3) bằng cách di chuyển lõi thép động số 7(hình vẽ a)

Máy biến áp hàn dùng mạch từ chung: Cuộn kháng số (3) và cuộn kháng thứcấp W2 đợc quấn trên mạch từ chung Lõi thép động số (7) để thay đổi khe hở dẫn

đến thay đổi dòng điện hàn (hình vẽ b)

U

1

1

Chú ý: Các máy biến áp thông dụng không dùng để hàn đợc vì không tạo ra dòng

điện ngắn mạch Ban đầu dòng điện hàn rất lớn, gấp 15 - 20 lần dòng điện định

mức gây lên nguy hiểm và không khống chế đợc dòng điện hàn

5.2 Sự hình thành hồ quang hàn.

Khi hàn ngời ta châm que hàn vào vật hàn, dòng điện ngắn mạch sẽ chạy qua

chỗ tiếp xúc làm chỗ tiếp súc nóng lên dữ dội Khi nhấc que hàn lên khỏi mối hàn

một khoảng cách nhỏ, không khí do bị đun nóng sẽ bị Ion hoá sẽ phát sinh ra hồ

quang hàn giữa 2 cực hàn và que hàn làm nóng chảy kim loại chỗ hàn

6 Những h hỏng và cách sửa chữa máy biến áp

6.1 H hỏng do chế tạo.

Cuộn dây bị đứt hoặc sai số vòng

Ngắn mạch giữa các vòng dây giữa các lớp do cách điện không tốt , giữa

các cuộn dây với máy

6.2 H hỏng do sử dụng.

Sử dụng quá tải hoặc quá điện áp, các tiếp điểm chuyển mạch bị mài mòn h

hỏng

6.3 Nội dung của công tác sửa chữa

Phục hồi cách điện;

Quấn lại dây khi bị cháy chập ;

Thay thế lõi thép;

Thay thế các chi tiết khi bị h hỏng

Khi thay thế sửa chữa phải hiệu chỉnh sửa chữa đúng số liệu ban đầu

6.4 Bảo quản và sử dụng máy biến áp

Bảo quản nơi khô dáo, thoáng mát;

Trớc khi vận hành cần kiểm tra chạy thí nghiệm ;

Hiệu chỉnh lại những gì còn sai sót

C©u hái «n tËp ch¬ng 2

C©u 1 Anh/ChÞ h·y nªu kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i m¸y biÕn ¸p?

C©u 2 Anh/ChÞ h·y nªu nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y biÕn ¸p mét pha?

C©u 3 Anh/ChÞ h·y nªu tr×nh tù c¸c bíc tÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p 1 pha c«ng suÊt

nhá?

C©u 4 Anh/ChÞ h·y tr×nh bÇy tr×nh tù c¸c bíc tÝnh to¸n thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p tù

ngÉu cã 4 nÊc t¨ng lín, 7 nÊc t¨ng nhá, 3 nÊc gi¶m võa

Chơng 3 Máy điện một chiều

1 Khái niệm và phân loại máy điện một chiều.

1.1 Khái niệm máy điện một chiều.

Máy điện một chiều là loại máy có mô men mở máy lớn, có tốc độ bằngphẳng

Ngày nay mặc dù dòng điện xoay chiều đợc sử dụng rộng rãi xong máy điện mộtchiều vẫn tồn tại Trong công nghiệp động cơ điện một chiều đợc sử dụng ở nhữngnơi yêu cầu mô men mở máy lớn, yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng Trong cácthiết bị tự động, các máy khuyếch đại, các động cơ chấp hành cũng là máy điệnmột chiều, dùng làm máy hàn điện khi cần hàn các thiết bị có chất lợng cao, ngoài

ra máy điện một chiều còn dùng trong ôtô, tàu thuỷ, máy bay để làm máy phát

điện

1.2 Phân loại

Gồm có 2 loại đó là máy phát điện một chiều và động cơ điện một chiều

2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều.

2.1 Cấu tạo chung.

Những phần chính của máy điện một chiều gồm:

Stato: Còn gọi là phần cảm, là lõi thép làm bằng thép đúc vừa là mạch từ vừa

là vỏ máy, các cực từ chính có quấn các cuộn dây kích từ

Rôto: Còn gọi là phần ứng, gồm lõi thép và dây quấn phần ứng Lõi théphình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0,5 mm, phủ sơn cách điệnrồi ghép lại với nhau, các lá thép đợc dập có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấnphần ứng

Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, hai đầu đợc nối vớihai phiến góp, hai cạnh của phần tử dây quấn đặt trong hai rãnh dới hai cực kháctên

Cổ góp và chổi điện: Cổ góp gồm nhiều phiến góp bằng đồng đợc gép cách

điện, có dạng hình trụ, gắn ở hai đầu trục rôto

Chổi điện (chổi than): Làm bằng than graphit, các chổi tì chặt lên cổ góp nhờ

lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy

2.2 Nguyên lý hoạt động.

a Chế độ máy phát điện.

Trên hình vẽ mô tả nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều, trong

đó dây quấn phần ứng chỉ có một phần tử nối với hai phiến đổi chiều

Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt

từ trờng của cực từ, cảm ứng các sức điện động, chiều sức điện động xác định theoquy tắc bàn tay phải, từ trờng hớng từ cực N đến S (từ trên xuống dới), chiều quayphần ứng ngợc chiều quay của kim đồng hồ, ở các thanh dẫn phía trên, sức điện

động có chiều từ b đến a, ở thanh dẫn phía dới, chiều của sức điện động từ d đến c,sức điện động của phần tử bằng hai lần sức điện động của thanh dẫn Nếu nối 2chổi điện A và B với tải, trên tải sẽ có dòng điện chiều từ A đến b, điện áp của máyphát điện có cực dơng ở chổi A và cực âm ở chổi B

Khi phần ứng quay đợc nửa vòng, vị trí của phần tử thay đổi, thanh ab ở cực

S, thanh dc ở cực N, sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều, nhờ có chổi điện

đứng yên, chổi điện A vẫn nối với phiến góp phía trên, chổi B vẫn nối với phiếngóp phía dới, nên chiều dòng điện mạch ngoài không đổi, ta có máy phát điện mộtchiều có cực dơng ở chổi A và cực âm ở chổi B

Nếu máy chỉ có một phần tử, điện áp đầu cực nh hình vẽ, để điện áp lớn và ít

đập mạch, dây quấn phải có nhiều phần tử, nhiều phiến đổi chiều

ở chế độ máy phát, dòng điện phần ứng I cùng chiều với sức điện động phầnứng E

điện I, các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trờng, sẽ chịu lực Fđt tácdụng làm cho rôto quay, chiều của lực đợc xác định theo quy tắc bàn tay trái.

Khi phần ứng quay đợc nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ chonhau, do phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảmbảo động cơ có chiều quay không đổi

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trờng sẽ cảm ứng ra sức điện động E

, chiều sức điện động đợc xác định theo quy tắc bàn tay phải ở động cơ điện mộtchiều sức điện động E ngợc chiều với dòng điện I , nên E còn đợc gọi là sức phản

điện

Phơng trình điện áp là: U = E + RI

2.3 Một số vấn đề trong vận hành.

Vì điện trở R rất nhỏ cho nên dòng điện phần ứng lúc mở máy rất lớn gáp 20

đến 30 lần dòng điện định mức (Iđm), rất dễ làm hỏng cổ góp và chổi than, dòng

điện phần ứng lớn kéo theo dòng điện mở máy lớn, làm ảnh hởng đến lới điện Đểgiảm dòng điện mở máy trong phạm vi từ 1,5 đến 2 lần dòng điện định mức ta phảidùng các biện pháp sau

Dùng biến trở mở máy (Rmở), Mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng,

dòng điện mở máy phần ứng lúc có biến trở mở máy sẽ là: I mở =

Lúc đầu để biến trở Rmở ở vị trí lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ

động cơ tăng lên, sức điện động E tăng và điện trở máy giảm dẫn đến 0, máy làmviệc đúng với điện áp định mức

Giảm điện áp đặt vào phần ứng: Phơng pháp này đợc sử dụng khi có nguồn

điện một chiều có thể điều chỉnh điện áp, ví dụ trong hệ thống máy phát - động cơ,hoặc nguồn một chiều chỉnh lu Cần chú ý rằng để mô men mở máy lớn, lúc mởmáy phải có từ thông lớn nhất, vì thế các thông số mạch kích từ phải điều chỉnh saocho dòng kích từ lúc mở máy lớn nhất

Câu hỏi ôn tập chơng 3 Câu 1 Anh/Chị hãy nêu khái niệm và phân loại máy điện một chiều ?

Câu 2 Anh/Chị hãy nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều?

Chơng 4 Máy điện không đồng bộ

1 Khái niệm và phân loại máy điện không đồng bộ.

1.1 Khái niệm về máy điện không đồng bộ.

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều làm việc dựa trênnguyên lý cảm ứng điện từ có tốc độ quay của rôto (n) khác với tốc độ quay của từtrờng quay (n1)

Máy điện không đồng bộ có 2 cuộn dây quấn Stato (sơ cấp) đợc nối với lới

điện tần số không đổi f, dây quấn rôto (thứ cấp) đợc nối tắt hoặc khép kín qua điệntrở, dòng điện trong dây quấn rôto đợc sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số

f2 phụ thuộc vào tốc độ rôto nghĩa là phụ thuộc vào tải trên trục của máy Cũng nhcác máy điện khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là có thểlàm việc ở chế độ động cơ điện và cũng có thể làm việc ở chế độ máy phát điện

Riêng máy điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không tốt lắm so vớimáy phát đồng bộ nên ít đợc dùng

Động cơ điện không đồng bộ so với các loại động cơ khác có cấu tạo và vậnhành không phức tạp, giá thành rẻ,làm việc tin cậy nên đợc sử dụng nhiều trong sảnxuất và sinh hoạt

t T/4 T/2

3T/4 0

1.2 Phân loại máy điện không đồng bộ.

Máy điện không đồng bộ thờng đợc sử dụng nhiều trong động cơ điện, còn

ở chế độ máy phát ít đợc dùng do đó ta chỉ xét và phân loại động cơ điện không

Động cơ điện không đồng bộ 2 pha: có công suất trung bình từ vài trăm w

đến khoảng 3.000w (sử dụng điện áp dây)

Động cơ điện không đồng bộ 1 pha: có công suất nhỏ từ vài trăm w đếnkhoảng 1.500 w, đợc sử dụng rất nhiều trong sinh hoạt (sử dụng điện áp pha)

Động cơ điện không đồng bộ thờng có 2 loại chủ yếu

Động cơ điện không đồng bộ Rôtô lồng sóc gọi là Rôtô ngắn mạch: đợc sửdụng đối với các động cơ có công suất nhỏ đến vài Kw

Động cơ điện không đồng bộ Rôtô dây quấn gọi là Rôto pha: đợc sử dụng

đối với các động cơ có công suất lớn từ vài Kw đến hàng trăm Kw

2 Từ trờng của dòng điện xoay chiều hình sin

2.1 Từ trờng của dòng điện xoay chiều một pha - từ trờng đập mạch.

Để hình dung ra từ trờng đập mạch của dây quấn một pha ta xét động cơ mộtpha đơn giản có dây quấn một pha đặt trong 4 rãnh của stato và có dòng điện xoay chiều chạy qua

Nửa chu kỳ dơng của dòng điện từ 0 đến T/2 dòng điện theo 1 chiều Lúc đó

từ trờng đi tới trái sang phải chỉ số tăng từ 0 đến Bmax rồi lại phải về 0, sang nửa chukì âm từ T/ 2 đến T dòng điện đổi chiều từ trờng cũng đổi hớng từ phải sang trái,chỉ số tăng từ 0 đến(-)Bmax rồi cũng giảm về 0

Biểu diễn từ trờng này là 1 véc tơ, véc tơ này luôn luôn hớng theo trục cuộndây, trị số biến thiên từ và từ (-)Bmax đến Bmax và từ trờng này đợc gọi là từ trờng

đập mạch và có thể coi là tổng hợp của 2 từ trờng quay cùng tốc độ nhng ngợcchiều n = 60F/ P

i

t 0

Trên hình vẽ dòng điện cực đại nếu từ trờng cực đại (thời điểm a).

B = Bmax = Bt/2 + Bn /2

Trong đó Bmax là từ trờng đập mạch cực đại ;Bt và bn là từ trờng thuận vàngợc.Sang thời điểm b hai từ trờng này quay thuận nghịch theo 2 hớng và véctơ nàylệch nhau 1 góc đối xứng so với trục ban đầu (trục cuộn dây) từ trờng tổng B có ph-

ơng nh cũ nhng trị số giảm đi.Tới thời điểm c thì Bt và Bn đổi pha nhau nên từ ờng tổng bằng 0 sang thời điểm d tổng của 2 từ trờng Bt và Bn cho ta từ trờng ngợcchiều với từ trờng cũ, ở thời điểm e từ trờng Bt và Bn chập nhau theo hớng ngợc vớichiều ban đầu, tổng của chúng lúc này bằng Bn

tr-Qua đó cho thấy tổng của 2 từ trờng quay ngợc chiều sẽ tạo ra từ trờng đậpmạnh cũng tơng đơng với 2 từ trờng quay ngợc chiều nhau

* Nguyên lý tạo ra từ trờng quay không đồng bộ 1 pha:

Hai từ trờng thuận ngợc nhau của từ trờng đập mạnh sẽ tạo nên 2 mô men

điện từ ngợc nhau Tại thời điểm mở máy, 2 mô men này bằng nhau, xong ngợcchiều nhau, do đó mô men tổng hợp bằng không, động cơ không tự quay đợc Đểtạo ra từ trờng quay,2 pha lệch nhau 90o điện trong không, ta đi xét bộ dây cuốn 2pha AX và BY lệch nhau 90o về không gian, có các dòng điện iA, iB lệch nhau 90o

đi qua

Tại thời điểm t = 0, iB= imax, từ trờng tổng nằm theo trục cuộn dây BY, tạithời điểm T= T/4, iA = maxiB= 0 Từ trờng nằm theo trục cuộn dây AX.Tiếp tụclần lợt xét qua các thời điểm T/2,3T/ 4 dòng điện biến thiên tiếp một chu kỳ thì từtrờng quay đợc một vòng, do đó máy cuốn 2 pha cũng tạo ra từ trờng quay, tốc độn= 60f/ P

2.2 Từ trờng quay của dòng điện xoay chiều hai pha

Khi có dây quấn 2 pha (m = 2) đặt lệch nhau trong không gian một góc 900

điện, dòng điện trong hai dây quấn lệch pha nhau về thời gian 900, cũng phân tích

nh trên, từ trờng của dây quấn 2 pha cũng là từ trờng quay có các tính chất nh đãxét ở day quấn một pha và có biên độ là:

max = m/2 Pmax = Pmax

Từ trờng quay của dây quấn 2 pha có biên độ bằng biên độ từ trờng một pha.Qua phân tích ở trên ta thấy rằng khi dây quấn đối xứng và dòng điện các pha đối

xứng, từ trờng quay tròn và có biên độ không đổi và tốc độ không đổi Từ trờngquay tròn sẽ cho đặc tính của máy tốt, khi không đối xứng từ trờng quay hình elíp

có biên độ quay và tốc độ quay biến đổi

2.3 Từ trờng quay của dòng điện xoay chiều ba pha.

Trên Stato máy điên xoay chiều có 3 cuộn dây đặt lệch nhau 1200 Ký hiệucác cuộn dây là AX, BY, CZ cuối là X, Y, Z, có thể đấu theo hình sao hoặc hìnhtam giác

Khi cho dòng điện 3 pha vào 3 cuộn dây ta có dòng điện iA, iB, iC xoaychiều chạy trong các cuộn dây lệch nhau 1/3 chu kỳ

Dòng điện iA, iB, iC tạo ta từ trờng trong 3 cuộn dây AX, BY, CZ là Ba, Bb,

Bc Dấu và trị số của các từ trờng này cũng biến thiên nh dòng điện xoay chiều

iA, iB, iC Từ trờng do cuộn dây AX sinh ra có phơng theo trục ax và vuông gócvới trục AX, Từ trờng do cuộn dây BY sinh ra có phơng theo trục by và vuông gócvới trục BY Từ trờng do cuộn dây CZ sinh ra có phơng theo trục cz và vuông gócvới trục CZ

* Sự hình thành từ trờng quay.

Để xét chiều và trị số của từ trờng của các cuộn dây thuận tiện ta quy ớc Khicác dòng điện iA, iB, iC dơng thì dòng điện đi vào các cuộn dây pha ta đánh dấu(+) và khi ra các đầu cuối cuộn các pha ta đánh dấu (-) Khi các dòng điện iA,iB,

iC âm thì dòng điện đi vào đầu cuối các các cuộn dây pha ta đánh dấu (+), khi ra

đầu đấu các cuộn dây pha ta đánh dấu().Theo quy tắc vặn nút chai, ta xác định đ

-ợc Trong bất cứ thời điểm nào và từ trờng tổng.BΣ Σ là tổng 3 từ trờng do 3 cuộndây sinh ra

Xét thời điểm t = 0, ta có iA= 0, vậy từ trờng do cuộn dây AX sinh ra bằngkhông (Ba= 0) iC dơng, cho nên dòng điện đi vào đầu C, ra đầu Z, dòng điện iB

âm, do đó dòng điện đi vào đầu cuối Y và đi ra đầu đầu B Vậy 2 nhánh CY và BZtạo thành 1 đôi cực có từ trờng tổng BΣ Σ hớng về cực Z

BΣ Σ = Ba + BC và BΣ Σ = Ba + Bb

Và cứ sau 1/3 chu kỳ thì từ trờng BΣ Σ đổi hớng và quay đi 1 góc 120o Sau mộtchu kỳ từ trờng (từ thông) lại trở lại vị trí ban đầu Vậy động cơ có 1 đôi cực từ (2P

= 2) thì tốc độ quay của từ trờng trong 1 phút là: n = 60 f (vòng/ phút)

Với tần số lới điện f = 50 Hz thì tốc độ quay của từ trờng sẽ là:

n = 60 x 50 = 3.000(vòng/phút)Trờng hợp bộ dây quấn Stato tạo thành nhiều đôi cực thì tốc độ quay của từtrờng sẽ là

đầu nối với 2 vòng ngắn mạch giữa Rôtô và Stato có khe hở đợc ký hiệu là S, khe

3.2 Nguyên lý làm việc

Cho dòng điện xoay chiều 3 pha vào dây quấn Stato, xét tác dụng trên Roto

Giả sử động cơ có 2 cực, từ trờng biểu diễn nh hình vẽ, khi có từ trờng quay,các thanh dẫn của Roto cắt các đờng sức từ sinh ra sức điện động Chiều đợc xác

định theo quy tắc bàn tay phải và có chiều ngợc lại với chiều của từ trờng quay Dới tác dụng của sức điện động, trong dây quấn Roto kín mạch sẽ có dòng

điện biểu diễn chiều dòng điện trong thanh dẫn của nửa trên Rôtô hớng từ trong rangoài Còn nửa dới hớng từ ngoài vào trong Tác dụng tơng hỗ giữa 2 dòng điện cácthanh dẫn với từ trờng quay sinh ra lực điện từ F trên thanh dẫn Chiều lực điện từ

đợc xác định theo quy tắc bàn tay trái, ta thấy chiều lực điện từ F hớng theo chiềuquay của từ trờng tạo thành mô men quay với trục làm rô to quay theo từ trờngquay

Tốc độ quay của Rô to theo từ trờng quay của từ trờng quay Vì nếu tốc độbằng nhau các thanh rô to sẽ không cắt đợc các đờng sức từ để sinh ra sức điện

động cảm ứng; do vậy tốc độ quay của từ trờng bao giờ cũng lớn hơn tốc độ quaycủa Rô to Để thanh dẫn Rôto cắt đợc các đờng sức từ tạo ra sức điện động cảm ứngtrong dây quấn Rôto để có dòng điện

Hệ số trợt (độ trợt): Tốc độ quay của Rô to bao giờ cũng nhỏ hơn tốc độquay của từ trờng quay n (n tốc độ chênh lệch là ∆N = n - n1 gọi là hệ số trợt tuyệt

đối và tỉ số (n - n1)/ n gọi là hệ số trợt tơng đối, kí hiệu là s và đợc tính theo %

S % = n – n1/n.100%

ở trạng thái làm việc bình thờng, độ trợt vào khoảng từ 1 đến 6%

3.3 Cách bố trí đầu dây, nối dây và vận hành.

Bộ dây quấn động cơ không đồng bộ 3 pha đợc bố trí 6 đầu dây ra ngoài đólà:

Pha thứ nhất gọi là pha A: gồm 2 đầu dây ra, đầu đầu gọi là A, đầu cuối gọi

là X, ký hiệu cuộn dây gọi là AX

Pha thứ hai gọi là pha B: gồm 2 đầu dây ra, đầu đầu gọi là B, đầu cuối gọi là

Y, ký hiệu cuộn dây gọi là BY

Pha thứ ba gọi là pha C: gồm 2 đầu dây ra, đầu đầu gọi là C, đầu cuối gọi là

Z, ký hiệu cuộn dây gọi là CZ

Nối dây: Nối sao, nối 3 đầu cuối của 3 cuộn dây AX, BY, CZ lại với nhau (X+ Y + Z), còn 3 đầu đầu là A, B, C nối với lới điện, hoặc Nối 3 đầu đầu của 3 cuộndây AX ,BY, CZ lại với nhau (A + B + C), còn 3 đầu cuối là X, Y, Z nối với lới

điện

Nối tam giác: nối đầu đầu cuộn dây này với cuối cuộn dây kia: Nối A với Y,nối B với Z, nối C với X và nối 3 đầu đó với lới điện

Chú ý: Nối sao hay nối tam giác phải lu ý đến điện áp đã quy vào dây quấn cho

cuộn dây (điện áp pha hay điện áp dây) Ví dụ : Nếu đấu sao thì dùng ở điện áp dây

là 380 vôn, xong khi chuyển xang đấu tam giác thì phải đấu ở điện áp pha là 220vôn

Câu hỏi ôn tập chơng 4 Câu 1 Anh/Chị hãy nêu khái niệm và phân loại máy điện không đồng bộ?

Câu 2 Anh/Chị hãy trình bầy từ trờng của dòng điện xoay chiều một pha - từ trờng

đập mạch?

Câu 3 Anh/Chị hãy trình bầy cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ điện không

đồng bộ ba pha?

Chơng 5 Máy điện đồng bộ

1 Khái niệm và phân loại máy điện đồng bộ.

1.1 Khái niệm

Là loại máy điện có tốc độ quay của rôtô bằng tốc độ quay của từ trờngquay và không thay đổi theo phụ tải, máy điện đồng bộ có dây quấn Stato đấu vàolới điện còn rô tô là một nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện , do vậy máy

điện đồng bộ có stato và rôto đều là từ trờng quay với tốc độ bằng nhau

1.2 Phân loại máy điện đồng bộ: Gồm có 2 loại chủ yếu đó là.

Dùng làm máy phát điện: Máy phát điện chủ yếu dùng trong tất cả các lĩnhvực, máy phát làm việc ở tần số và điện áp là hằng số (Const), động cơ sơ cấpchuyển động máy phát chủ yếu là tua pin hơi nớc, động cơ điezel

Dùng làm động cơ, ở chế độ động cơ điện năng đa vào Stato biến thành cơnăng ở rô tô, đợc dùng trong các máy có công suất lớn tời vài chục MW đến cácmáy có yêu cầu công suất nhỏ nh trong luyện kim, khai thác, dùng trong các máyhoặc thiết bị, yêu cầu tốc độ không thay đổi, không biến thiên nh đồng hồ chạy

điện, thiết bị chơng trình máy quay phim và dùng để nâng cao hệ số Cos chomạch điện nh máy bù đồng bộ (máy bù hệ số cos)

2 Máy phát điện đồng bộ

2.1 Cấu tạo

Rô tô là nam châm điện gồm lõi thép và dây quấn Lõi thép là những láthép kỹ thuật điện lại và đợc dập định hình sẵn Có 2 loại , cực lồi và cực ẩn Cực lồi: Dùng cho máy có tốc độ thấp ( Rô tô chế tạo nhiều cực từ ) n > 1.000(vòng / phút) dây quấn kích từ đợc quấn xung quanh thân cực từ.

Rô tô cực ẩn: Với máy có tốc độ cao, có khả năng bền chắc, chịu lực li tâm,dây quấn đợc đặt trên các rãnh, dùng cho các máy phát điện trong nhà máy phát

điện

b Phần ứng

Thờng đặt ở Stato - Lõi thép: Gồm những lá thép kỹ thuật điện ghép lại dậpthành hình tròn có sẻ rãnh đặt dây, vỏ máy bọc ngoài lõi thép dùng để bảo vệ, dâyquấn đợc đặt trong Stato, có 3 cuộn dây là AX, BY, CZ đặt lệch nhau 120o về thờigian, có thể đấu sao hoặc tam giác, ở 1 số máy loại nhỏ, ngời ta đặt phần cảm ởStato và phần ứng ở rô tô

c Phần kích từ

Làm nhiệm vụ cung cấp dòng điện 1 chiều cho phần cảm để tạo ta từ thôngchính loại này chỉ cần thiết cho máy có phần cảm là nam châm điện , còn cácmáy có công suất lớn phần kích từ là một máy phát điện 1 chiều cùng lắp trên cùngtrục với máy điện đồng bộ

2.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ.

Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên

từ trờng rôto, khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ trờng của rôto sẽ cắt dây quấnphần ứng stato và cảm ứng ra một sức điện động xoay chiều hình sin có trị số hiệudụng là

E0 = 4,44 Kdqф0f,W1

Trong đó: kdq là hệ số quấn dây, W1 là số vòng dây nối tiếp của 1 pha dâyquấn phần ứng, f là tần số dòng điện sinh ra từ dây quấn phần ứng đợc đa lên lới

điện để cung cấp cho phụ tải ф0 từ thông lớn nhất của cực từ rôto (фmax)

Nếu rôto có P đôi cực, khi rôto quay đợc một vòng, sức điện động phần ứng

sẽ biến thiên P chu kỳ, do đó tần số f của sức điện động các pha lệch nhau một gócpha là 1200

f = p.n (n đo bằng vòng/giây) hoặc f = p.n/60 (n đo bằng vòng/phút)

Dây quấn 3 pha có trục lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện chonên sức điện động các pha lệch nhâu góc 1200 Khi dây quấn stato nối với tải, trongdây quấn sẽ có dòng điện ba pha giống nh ở máy điện không đồng bộ, dòng điện 3pha trong 3 dây quấn sẽ tạo nên từ trờng quay với tốc độ là n = 60f/p, đúng bằngtốc độ quay n của rôto Do đó loại máy điện này đợc gọi là máy phát điện đồng bộ

2.3 Một số vấn đề trong vận hành máy phát điện đồng bộ.

Trong hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện đồng bộ làm việc song songvới nhau, tạo thành lới điện, công suất của lới điện rất lớn so với công suất mỗimáy riêng rẽ do đó điện áp cũng nh tần số của lới có thể giữ không đổi khi thay đổitải

Để các máy làm việc song song, phải đảm bảo các điều kiện sau Điện ápcủa máy phát điện bằng điện áp của lới điện và trùng pha nhau Tần số của máyphát phải bằng tần số của lới điện Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự phacủa lới điện

Nếu không đảm bảo các điều kiện trên, sẽ có dòng điện lớn chạy quẩn trongmáy phát điện, phá hỏng máy và gây rối loạn hệ thống điện Để đóng máy phát

điện đồng bộ vào lới điện ta dùng thiết bị hoà đồng bộ

Đối với những máy phát công suất nhỏ ta có thể đóng vào lới điện bằng

ph-ơng pháp tự đồng bộ nh sau Dây quấn kích từ không đóng vào nguồn điện kích từ,

mà khép mạch qua điện trở phóng điện, để tránh xuất hiện điện áp cao, phá hỏngdây quấn kích từ, ta quay rôto đến gần tốc độ quay đồng bộ, sao đó đóng máy phát

điện vào lới điện và cuối cùng sẽ đóng dây kích từ vào nguồn điện kích từ, máy sẽlàm việc đồng bộ

Rô tô là nam châm điện gồm lõi thép và dây quấn Lõi thép là những láthép kỹ thuật điện lại và đợc dập định hình sẵn Có 2 loại , cực lồi và cực ẩn

Cực lồi: Dùng cho máy có tốc độ thấp (Rô tô chế tạo nhiều cực từ)n>1.000 (vòng/phút) dây quấn kích từ đợc quấn xung quanh thân cực từ

Rô tô cực ẩn: Với máy có tốc độ cao, có khả năng bền chắc, chịu lực li tâm,dây quấn đợc đặt trên các rãnh, dùng cho các máy phát điện trong nhà máy phát

điện

b Phần ứng

Thờng đặt ở Stato - Lõi thép, gồm những lá thép kỹ thuật điện ghép lại dậpthành hình tròn có sẻ rãnh đặt dây, vỏ máy bọc ngoài lõi thép dùng để bảo vệ Dâyquấn đợc đặt trong Stato, có 3 cuộn dây là AX, BY, CZ đặt lệch nhau 120o về thờigian, có thể đấu sao hoặc tam giác, ở 1 số máy loại nhỏ, ngời ta đặt phần cảm ởStato và phần ứng ở rô tô

Khi ta cho dòng dòng điện 3 pha iA, iB, iC vào 3 dây quấn stato, tơng tự nh

động cơ điện không đồng bộ Dòng điện 3 pha ở stato sẽ sinh ra từ trờng quay vớitốc độ là: n1 = 60f/p Ta hình dung từ trờng quay stato nh một nam châm quay tởngtợng (nét đứt trên hình vẽ) Khi cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto, rôto sẽbiến thành nam châm điện Tác dụng tơng hỗ (hỗ trợ) giữa từ trờng stato và từ trờngrôto sẽ có lực lên rôto, khi từ trờng quay stato quay với tốc độ quay là n1, lực tácdụng ấy sẽ kéo rôto quay với tốc độ là n = n1ví dụ: với tần số là f = 50Hz số đôi cực2p = 2 (p = 1), tốc độ rôto là: n = 60f/p = 3.000/1 = 3.000 vòng/phút Nếu trục củarôto nối với một máy nào đó, thì động cơ điện sẽ kéo máy quay với tốc độ không

đổi

3.3 Một số vấn đề trong vận hành.

Khi cho dòng điện vào dây quấn stato sẽ tạo nên từ trờng quay, kéo rôtoquay, xong do rôto có quán tính lớn nên vẫn đứng yên, muốn động cơ làm việc phảitạo nên mômen mở máy để rôto đồng bộ với từ trờng quay của stato

Trong quá trình mở máy, ở dây quấn kích từ sẽ cảm ứng điện áp rất lớn, cóthể pha hỏng dây quấn kích từ, vì thế dây quấn kích từ phải đợc khép mạch qua

điện trở phóng điện có trị số bằng 6 đến 10 lần điện trở dòng quấn kích từ, phải hạn