CƠ BẢN VỀ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ

Máy điện là môn học bắt buộc của sinh viên chuyên ngành Điện năng năm 3 hay môn tự chọn cho các chuyên ngành khác của ngành Điện – Điện tử. Mục tiêu của môn học nhằm cung cấp các kiến thức nền tảng về các thiết bị điện cơ. Sinh viên hoàn thành khóa học sẽ có khả năng giải thích và chứng minh trên cơ sở toán học các quá trình vận hành của các thiết bị điện cơ. Sinh viên cũng có thể nhận dạng được các loại máy điện có khả năng đáp ứng yêu cầu công việc, tuy nhiên, thiết kế chi tiết của các thiết bị điện cơ không thuộc nội dung môn học.Máy điện là môn học bắt buộc của sinh viên chuyên ngành Điện năng năm 3 hay môn tự chọn cho các chuyên ngành khác của ngành Điện – Điện tử. Mục tiêu của môn học nhằm cung cấp các kiến thức nền tảng về các thiết bị điện cơ. Sinh viên hoàn thành khóa học sẽ có khả năng giải thích và chứng minh trên cơ sở toán học các quá trình vận hành của các thiết bị điện cơ. Sinh viên cũng có thể nhận dạng được các loại máy điện có khả năng đáp ứng yêu cầu công việc, tuy nhiên, thiết kế chi tiết của các thiết bị điện cơ không thuộc nội dung môn học. Từ khóa:

Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B Chương I: CƠ BẢN VỀ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ I Lực điện từ sức điện động z iz iy y E r r r iz = ix × iy ix x Tích có hướng r F r I r B ( (với e chiều với i) r v r e r B Định luật Bio-Savart: r r r Fe = I l × B R ) Bài giảng Kỹ Thuật Điện Định luật Faraday: ( ) r r r e = v × B l I.1 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện r F T©B r v r I r e r B r B Định luật Bio-Savart: ( r r r Fe = I l × B ) Định luật Faraday: ( ) r r r r e = v × B l r F r v r I r B r e r B ( r r r Fe = I l × B ) ( r Fe r v r B n r e r I r I ) r r r r e = v × B l r Fe r e r v r B Động Bài giảng Kỹ Thuật Điện Máy phát I.2 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện Máy phát T©B Động Momen tốc độ máy điện Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.3 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện i T©B R u e L II Phân bố công suất máy điện II.1 Hiệu suất tổn hao II.1 Giản đồ phân bố công suất Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.4 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B Động cơ: Máy phát: III Mơ hình tốn máy điện Máy điện có n cuộn dây, xét cuộn dây thứ i: Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.5 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B Chú ý: Cơng suất tổn hao cơ: Tốc độ góc: Năng lượng cuộn dây: CM Với: Mômen điện: Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.6 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B k = 0: Trạng thái ổn định: Tóm tắt mơ hình máy điện: Với J k thông số máy điện III Mômen máy điện quay Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.7 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B Mơmen điện: Với động bình thường: dL dL r = i s2 s + i 2r =0 dθ dθ dL sr fundamental Te = Te = i si r dθ Te reluc tan ce Te > 0: động Te < 0: máy phát IV Sức điện động máy điện Hỗ cảm: Sức điện động cuộn dây stator: Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.8 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B Tương tự, sức điện động cuộn dây rotor: Nếu điện cảm cuôn dây số: Nếu máy điện DC, dòng rotor chiều: Ví dụ 1: Một hệ thống hai cuộn dây, Ls=0,8H, Lr=0,2H, Lsr=0,4cosθ H, tốc độ rotor ω=40rad/s, góc ban đầu (khi t=0) δ=0 Xác định giá trị tức thời sức điện động cuộn dây rotor er cuộn dây rotor hở mạch Biết dòng stator is=10cos(100t)A rotor θ ir stator is Ví dụ 2: Một hệ thống hai cuộn dây, Ls=0,1H, Lr=0,04H, Lsr=0,05cosθ H Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.9 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B a) Tốc độ rotor ω=200rad/s, góc ban đầu (khi t=0) δ=0 biết dòng stator is=10cos(200t) A Xác định giá trị tức thời sức điện động cuộn dây rotor er cuộn dây rotor hở mạch b) Dòng điện qua hai cuộn dây đấu nối tiếp nhàu is =ir=10cos(200t) A Tìm tốc độ rotor biết momen trung bình khác Tính giá trị momen trung bình Xác đinh góc tải (góc ban đầu t=0) δ để momen trung bình đạt cực đại Ví dụ 3: Một máy biến đổi điện-cơ có ba cuộn dây, cuộn stator cuộn rotor Hai cuộn stator đặt vng góc Ls1=1H, Ls2=1H, Lr=0,95H, Ls1r=0,9cosθ H, Ls2r=0,9sinθ H, Ls1s2=0 H Với θ=ωt-δ ir=10Adc, is1=10cos(ωst)A., is2=10sin(ωst)A a) Vẽ mô hình máy điện xác định loại máy điện b) Tính giá trị momen tức thời momen trung bình máy điện Tính momen trung bình góc tải 300 c) Vẽ đồ thị phụ thuộc momen trung bình vào góc tải, xác định vùng hoạt động động máy phát V Từ trường quay máy điện pha Dòng điện pha, dạng cos: B A C Sức tự động: Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.10 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B (Từ trường quay) Ví dụ 4: Một máy điện pha với rotor có cuộn dây có dòng điện DC Hỗ cảm cuộn stator rotor: Lra=Mcosθ, Lrb=Mcos(θ-2π/3), Lrc=Mcos(θ-4π/3) dòng điện pha cuộn dây stator: ia=Imcos(ωst), ib=Imcos(ωst-2π/3), ic=Imcos(ωst-4π/3) Tính giá trị momen tức thời momen trung bình máy điện Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.11 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B B A Ví dụ 5: Một máy điện đồng pha với dòng điện DC cuộn rotor Máy điện làm việc máy phát với tốc độ không đổi ω Các cuộn dây stator hở mạch Xác đinh sức điện động cuộn dây stator? Biết hỗ cảm cuộn stator rotor Lra=Mcosθ, Lrb=Mcos(θ-2π/3), Lrc=Mcos(θ-4π/3) VI Bài tập Bài tập 1: Bài tập 2: Bài tập 3: Bài tập 4: Bài tập 5: Bài tập 6: Các công thức lượng giác: 2sin2α = – cos2α cos(α+β) = cosα.cosβ- sinα.sinβ sin(α-β) = sinα.cosβ- cosα.sinβ sinα.cosβ = ½ [sin(α+β) + sin(α-β)] A.sinα cosβ + B.cosα sinβ = ½(A+B).sin(α+β) + ½(A-B).sin(α-β) Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.12 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B Động cơ: rotor θ ir ur stator is us Cách 1: Tính cho cuộn dây: p in = p e lec = p Cu + pc = ploss _ m + dWe + pc dt dWm + pout dt u s ( t ) = R s i s (t ) − e s ( t ) = R s i s (t ) + dψ s (t ) dt ψ s = Ls i s + Lsr i r u r ( t ) = R r i r (t ) − e r ( t ) = R r i s (t ) + dψ r (t ) dt ψ r = L rs i s + L r i r Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.13 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B p in = u s i s + u r i r p Cu = R s i s2 + R r i 2r 1 Wes = ψ sis = (Lsis2 + Lsr i r is ) 2 1 Wer = ψ r i r = (Lsr i r is + Lr i 2r ) 2 1 1 We = ψ s i s + ψ r i r = Ls i s2 + L r i 2r + Lsr i r i s 2 2 u s i s = R s i s2 + dψ s is dt ψ s = Lsi s + Lsr i r u r i r = R r i 2r + dψ r ir dt ψ r = L rs i s + L r i r p in = u s i s + u r i r = p Cu + dWe dψ s dψ r + pc = is + ir dt dt dt ⇒ Trong khi: 1 We = ψ s i s + ψ r i r 2 ⇒ d(We ) dψ s di di dψ r ir + ψ r r = is + ψ s s + dt dt dt dt dt ⇒ pc = ⇔ pc = ⇔ dψ s dWe dψ r is + i r = p Cu + + pc dt dt dt di dψ s di dψ r ir − ψ r r is − ψ s s + dt dt dt dt d(Lsis + Lsr i r ) di d(Lrsis + Lr i r ) di is − (Lsis + Lsr i r ) s + i r − (L rsis + L r i r ) r dt dt dt dt 2pcdt = d(Lsis + Lsr i r )is − (Lsis + Lsr i r )dis + d(Lrsis + Lr i r )i r `−(Lrsis + Lr i r )di r di dLs di dL di di is + Lsis s + sr isi r + Lsr is r − Lsis s − Lsr i r s dt dt dt dt dt dt dL di dL di di di + rs isi r + Lrsi r s + r i 2r + Lr i r r − Lrsis r − Lr i r r dt dt dt dt dt dt 2pc = ⇔ ⇔ 2pc = ⇔ pc = dLs dLsr dL dL is + isi r + rs isi r + r i 2r dt dt dt dt dLs dLrs dLr is + isi r + ir dt dt dt Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.14 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện ⇔ T©B dLs dθ dLr dθ dLrs dθ i si r is + ir + dθ dt dθ dt dθ dt pc = ω= dθ dt ⎡ dLs dLr dLrs ⎤ is + ir + isi r ⎥ω ⇔ pc = ⎢ dθ dθ ⎣ dθ ⎦ ⇔ te = pc ω = dLs dLr dLrs is + ir + isi r dθ dθ dθ ⎛ dLs dLr ⎞ ⎛ dLrs ⎞ te = ⎜ is + ir ⎟ + ⎜ isi r ⎟ = Tereluc tan ce + Tefundamental = Tetu tro + Teco ban dθ ⎠ ⎝ dθ ⎠ ⎝ dθ Động rotor cực từ ẩn: Có thể viết: Tereluc tan ce = dLs dLr is + ir = dθ dθ Tefundamental = dL rs isi r dθ T dL pc = i i dt T dL te = i i dθ với: ⎡i s ⎤ i=⎢ ⎥ ⎣i r ⎦ ⎡ L s L sr ⎤ L=⎢ ⎥ ⎣ L rs L r ⎦ Cách 2: Tính cho cuộn dây dạng ma trận (tổng quát): p in = p e lec = p Cu + pc = ploss _ m + dWe + pc dt dWm + pout dt u s ( t ) = R s i s (t ) − e s ( t ) = R s i s (t ) + dψ s (t ) dt ψ s = Lsi s + Lsr i r u r ( t ) = R r i r (t ) − e r ( t ) = R r i s (t ) + dψ r (t ) dt ψ r = L rs i s + L r i r Với: ⎡u s ⎤ u=⎢ ⎥ ⎣u r ⎦ ⎡i s ⎤ i=⎢ ⎥ ⎣i r ⎦ ⎡R s ⎤ R=⎢ R r ⎥⎦ ⎣0 ⎡ L s L sr ⎤ L=⎢ ⎥ ⎣ L rs L r ⎦ u = R is + ⎡ψ ⎤ ψ = ⎢ s ⎥ = Li ⎣ψ r ⎦ dψ dt Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.15 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B T p Cu = R s i s2 + R r i 2r = i R i T pin = u s i s + u r i r = i u dψ T⎛ pin = i ⎜⎜ R is + dt ⎝ mà pin = pCu + dψ ⎞ T T dψ ⎟⎟ = i R is + i T = pCu + i dt dt ⎠ dWe + pc dt dWe T dψ + pc = i dt dt nên 1 Wes = ψ sis = (Lsis2 + Lsr i r is ) 2 1 Wer = ψ r i r = (Lsr i r is + Lr i 2r ) 2 1 1 T T We = ψ s i s + ψ r i r = Ls i s2 + L r i 2r + Lsr i r i s = i Li = i ψ 2 2 2 dWe di dψ ψ + iT = dt dt dt T ⇒ vậy: pc = i T pc = i T dψ ⎛ diT dψ − ⎜⎜ ψ + iT dt ⎝ dt dt d (Li ) di (Li ) = iT d L i + iT L di − di Li − dt dt dt dt dt T T vì: ⎞ T dψ di T ⎟=i − ψ ⎟ dt dt ⎠ i L T T di di = Li dt dt ⇒ T dL pc = i i dt ⇒ te = pc T dL = i i ω dθ Ví dụ: Chứng minh sức điện động cuộn dây stator rotor: tương đương tương đương Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.16 ... Thuật Điện I.5 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B Chú ý: Công suất tổn hao cơ: Tốc độ góc: Năng lượng cuộn dây: CM Với: Mơmen điện: Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.6 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện. .. Động Bài giảng Kỹ Thuật Điện Máy phát I.2 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện Máy phát T©B Động Momen tốc độ máy điện Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.3 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện i T©B R u e L II... phát IV Sức điện động máy điện Hỗ cảm: Sức điện động cuộn dây stator: Bài giảng Kỹ Thuật Điện I.8 Chương I: Cơ biến đổi lượng điện T©B Tương tự, sức điện động cuộn dây rotor: Nếu điện cảm cuôn