Bài giảng Kỹ thuật điện Trường Trung cấp điện Nam Định Chương MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN MỘT PHA Dòng điện sin dòng điện xoay chiều biến đổi theo quy luật hàm sin biến thiên theo thời gian Trong kỹ thuật đời sống dòng điện xoay chiều hình sin dùng rộng rãi có nhiều ưu điểm so với dịng điện chiều Dòng diện xoay chiều dễ dàng chuyển tải xa, dễ dàng thay đổi cấp điện áp nhờ máy biến áp Máy phát điện động điện xoay chiều làm việc tin cậy, vận hành đơn giản, số kinh tế - kỹ thuật cao Ngoài trường hợp cần thiết, ta dễ dàng biến đổi dòng điện xoay chiều thành chiều nhờ thiết bị chỉnh lưu CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN Dịng điện xoay chiều dịng điện có chiều trị số thay đổi theo thời gian - Dòng điện xoay chiều biến thiên theo quy luật hình sin theo thời gian gọi dịng điện xoay chiều hình sin, biểu diễn đồ thị hình sin hình (2-1) đó: điện i = I max sin ( t + i)(2-1) i: trị số tức thời dòng Imax: giá trị cực đại dòng điện (hay biên độ dịng điện) : tần số góc : góc pha ban đầu dịng điện i Im ax t i T Hình 2-1 Dịng điện xoay chiều hình sin 1.1 Chu kỳ, tần số, tần số góc Chu kỳ: Là khoảng thời gian ngắn để dòng điện lặp lại trị số chiều biến thiên cũ Chu kỳ có ký hiệu T, đơn vị: giây (s) Tài liệu lưu hành nội Trang Bài giảng Kỹ thuật điện Trường Trung cấp điện Nam Định Tần số: Là số chu kỳ mà dòng điện thực đơn vị thời gian (trong giây) Tần số có ký hiệu f Đơn vị hertz, ký hiệu Hz Tần số góc: Là tốc độ biến thiên dịng diện hình sin Tần số góc có ký hiệu , đơn vị rad / s Quan hệ tần số góc tần số: = 2.f (2-3) 1.2 Trị số tức thời dòng điện Trị số tức thời trị số ứng với thời điểm t, ký hiệu i Trong biểu thức (2-1) trị số tức thời phụ thuộc vào biên độ Imax góc pha ( t + i) - Biên độ I max trị số cực đại dòng điện i, cho biết độ lớn dòng điện Góc pha ( t +i) nói lên trạng thái dòng điện thời điểm t Ở thời điểm t = góc pha dịng điện i i gọi góc pha ban đầu dịng điện Góc pha ban đầu phụ thuộc vào thời điểm chọn làm gốc thời gian Hình 2-2 góc pha ban đầu i chọn mốc thời gian khác i i t Tài liệu lưu hành nội i t t Trang Bài giảng Kỹ thuật điện i i i > Trường Trung cấp điện Nam Định i < i = Tài liệu lưu hành nội Trang Bài giảng Kỹ thuật điện Trường Trung cấp điện Nam Định Hình 2-2 Góc pha dịng điện ứng với mốc thời gian khác 1.3 Hệ số công suất 1.3.1 Định nghĩa ý nghĩa hệ số công suất Từ tam giác công suất ta có: P = S.cos = U.I.cos Từ tam giác tổng trở ta có: R R cos φ = X R C = ) Z (X L (2-36) cos gọi hệ số công suất, phụ thuộc vào kết cấu mạch điện Hệ số cơng suất có ý nghĩa lớn sản xuất, chuyển tải tiêu thụ điện - Mỗi máy điện chế tạo với công suất biểu kiến định mức (Sđm) Từ máy cung cấp công suất tác dụng P = Sđm.cos Do muốn tận dụng khả làm việc máy điện thiết bị hệ số cơng suất phải lớn 38 Tài liệu lưu hành nội Trang -Mỗi hộ tiêu dùng yêu cầu công suất tác dụng P xác định Khi đó, dịng điện P , hệ số cơng suất bé dòng điện chuyển tải đường dây I= lớn U.Cosφ điều dẫn đến tác hại: Dòng điện lớn phải dùng dây dẫn lớn dẫn đến tăng vốn đầu tư Tổn thất lượng đường dây lớn dịng I R.t điện lớn Vì thế, việc nâng cao hệ số cơng suất làm giảm vốn đầu tư, xây dựng đường dây làm giảm tổn thất lượng chuyển tải Ví dụ 2-26: Với máy phát điện có Sđm = 10.000 KVA Nếu cos = 0,7 cơng suất định mức phát Pđm = Sđm.cos = 10.000 x 0,7 = 7000 KW Nếu cos = 0,9 cơng suất định mức phát Pđm = Sđm.cos = 10.000 x 0,9 = 9000 KW 1.3.2 Nâng cao hệ số công suất Nâng cao hệ số công suất tăng khả sử dụng công suất nguồn tiết kiệm dây dẫn, giảm tổn hao điện đường dây Như với công suất biểu kiến, cos lớn (tối đa cos = 1) cơng suất tác dụng P lớn, cos đặc trưng cho khả tận dụng thiết bị điện để biến lượng nguồn thành cơng có ích Mặt khác cần cơng suất P định đường dây pha dòng điện đường P I dây U cos là: Nếu cos lớn I nhỏ dẫn đến tiết diện dây nhỏ hơn, tổn hao điện dây đường dây bé, điện áp rơi đường dây giảm RP Δp U cos 2φ Trong sinh hoạt cơng nghiệp, tải thường có tính cảm kháng nên làm cho cos giảm thấp Để nâng cao cos, ta dùng tụ điện nối song song với tải I IC It IC u Z C U t I IC Bài 2: Máy biến áp Khái niệm chung 1.1 Định nghĩa: Máy biến áp loại thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp hệ thống dòng điện xoay chiều nhng giữ nguyên tần số 1.2 Những quy định máy biến áp: - Hệ thống điện đầu vào máy biến áp là: điện áp U 1, dòng điện I1, tần số f - Hệ thống điện đầu máy biến áp là: U 2, dòng điện I2, tần số f - Ký hiệu máy biến áp vẽ nh hình II - Đầu vào máy biến áp nối với nguồn điện, đợc gọi sơ cấp Các đại lợng, thông sè s¬ cÊp ký hiƯu cã ghi chØ sè 1: số vòng dây quấn sơ cấp w 1; điện áp sơ cấp U1, dòng điện sơ cấp I1, công suất sơ cấp P1 - Đầu máy biến áp đợc nối với phụ tải gọi thứ cấp Các đại lợng, thông số thứ cấp ký hiệu có ghi số - Nếu điện áp thứ cấp lớn điện áp sơ cấp máy biến áp tăng áp - Nếu điện áp sơ cấp lớn điện áp thứ cấp máy biến áp giảm ¸p BA H×nh II – Ký hiƯu m¸y biÕn áp vẽ 1.3 Công dụng máy biến ¸p: - M¸y biÕn ¸p cã vai trß quan träng hệ thống điện Nó khâu quan trọng dùng để truyền tải phân phối điện - Để nâng cao khả truyền tải giảm tổn hao công suất đờng dây, phải giảm dòng điện chạy đờng dây, cách nâng cao điện áp Vì đầu đờng dây cần đặt máy biến áp tăng áp ( điện áp máy phát điện thờng lµ 6,3 ; 10,5 ; 15,75 ; 38,5 KV) - Để phân phối điện cho phù hợp với phụ tải ( điện áp phụ tải thờng khoảng 127V đến 500V ; động công suất lớn thờng 6KV) cuối đờng dây cần đặt máy biến áp giảm áp ( hình II -2) BA ~ Máy phát điện MBA tăng áp Đ Ư ờng dây truyền tải MBA hạ áp Hình II : Sơ đồ truyền tải điện 1.4 Phân loại máy biến áp: Có nhiều cách phân loại máy biến áp nh dựa vào công dụng mà máy biến áp đợc phân thành loại sau: - Máy biến áp điện lực dùng hệ thống lới điện - Máy biến áp lò đợc sử dụng thiết bị lò nung - Máy biến áp hàn đợc sử dụng hàn điện - Máy biến điện áp làm nguồn cho thiết bị điện, điện tử cần nhiều cấp điện áp khác - Máy biến điện áp, máy biến dòng đợc dùng lĩnh vực đo lờng v.v Cấu tạo máy biến áp Máy biến áp điện lực có phận : Lõi thép dây quấn, vỏ máy 2.1 Lõi thép máy biến áp: - Lõi thép mạch dẫn từ đồng thời chỗ quấn dây quấn, lõi thép gồm hai phần +Trụ nơi để đặt dây quấn +Gông phần khép kín mạch từ trụ Trụ gông tạo thành mạch từ khép kín - Lõi thÐp cã hai kiĨu: + Lâi thÐp kiĨu lâi: d©y quÊn bao quanh lâi thÐp (h×nh II -3a) + Lâi thép kiểu bọc lõi: thép bọc quanh dây quấn (hình II -3b) Để giảm dòng điện xoáy lõi thép, thờng dùng thép kỹ thuật điện có độ dày từ 0,35 đến 0,5 mm, hai mặt có sơn cách điện ghép lại với thành lõi thép (hình II – 3a) W1 W2 W1 W2 H×nh II -3a): Lâi thÐp MBA H×nh II – 3b): Lâi thÐp MBA song với điện áp lớn cần đo - Cuộn dây thứ cấp nối với vôn mét, mạch điện áp dụng cụ khác nh cuộn dây V điện ¸p cđa o¸t mÐt * Chó ý : Trong làm việc, Hình II 18: không đợc máy biến điện áp ngắn mạch thứ cấp 4.2.3 Máy biến dòng điện: a)Khái niệm: Máy biến dòng điện dùng biến đổi dòng điện lớn xuống dòng điện nhỏ để đo lờng số mục đích khác b) Cấu tạo: Giống nh máyđiện cảm ứng pha Vì dòng điện thứ cấp nhỏ dòng điện sơ cấp, nên số vòng dây thứ cấp W nhiều số vòng dây sơ cấp Dòng điện thứ cấp định mức I2đm = 5A c) Cách mắc máy biến dòng điện: (Hình II 19) - Dây quấn sơ cấp đấu nối tiếp với dòng điện lớn cần đo - Cuộn thứ cấp nối với ampe mét mạch điện dụng cụ khác nh cuộn dòng điện oát mét v.v A * Chú ý: Đối với máy biến Hình II - 19 dòng không đợc để hở mạch thứ cấp 4.3 Máy biến áp hàn điện: 4.3.1 Khái niệm: - Máy biến áp hàn điện loại máy biến áp đặc biệt dùng để hàn phơng pháp hồ quang điện - Máy biến áp hàn điện có điện kháng tải lớn, thêm cuộn điện kháng 4.3.2 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hàn điện: (Hình II 20) Cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn dăy thứ cấp đầu nối với cuộn điện kháng kim loại cần hàn, đầu nối với que hàn Khi di que hàn vào kim loại cần hàn, có dòng điện lớn chạy qua, làm nóng chỗ tiếp xúc Khi nhắc que hàn cách kim loại khoảng cách nhỏ, cờng độ điện trờng lớn làm iôn hoá chất khí, sinh Hình II -20: hồ quang toả nhiệt lợng lớn làm nóng chảy chỗ hàn Muốn điều chỉnh dòng điện hàn, thay đổi số vòng dâ quấn thứ cấp máy biến áp, thay đổi điện kháng cuộn K, cách thay ®ỉi khe hë kh«ng khÝ cđa lâi thÐp ChÕ độ làm việc máy biến áp hàn chế độ ngắn mạch thứ cấp Điện áp thứ cấp định mức máy biến áp hàn thờng từ đến 70V Bài 3: Máy điện không đồng Khái niệm chung máy điện không đồng 1.1 Định nghĩa: Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rôto n (tốc độ quay máy) khác với tốc độ quay từ trờng quay n1 1.2 Khái quát: - Máy điện không đồng có tính chất thuận nghịch, nghĩa làm việc chế độ động điện, nh chế độ máy phát điện - chế độ máy phát điện không đồng có đặc tính làm việc không tốt so với máy phát điện đồng nên thực tế đợc sử dụng - chế độ động điện không đồng so với loại động khác có cấu tạo vận hành không phức tạp, giá thành rẻ, làm việc tinh cậy nên đợc sử dụng nhiều sản xuất sinh hoạt - Động điện không đồng có loại: động ba pha, hai pha pha - Động không đồng có công suất > 600w thờng loại động ba pha có ba dây quấn làm việc ( phía stato), trục dây quấn đặt lệch không gian góc 120 điện Các động công suất < 600 w thờng động hai pha pha Động hai pha có hai dây quấn làm việc, trục hai dây quấn đặt lệch không gian góc 90 điện Động điện pha có dây quấn làm việc phơng pháp Mở máy động không đồng ba pha 2.1 Điều kiện mở máy cho động điện không đồng bộ: Động không đồng ba pha có mômen mở máy Để mở máy đợc, mômen mở máy động phải lớn mômen cản tải, lúc mở máy, đồng thời mômen động có phải đủ lớn để thời gian mở máy phạm vi cho phép Khi mở máy dòng điện pha lúc mở máy lµ: I pmm U1 R R ' 2 ( X X 2' ) = (5 7) Iđm 2.2 Mở máy động ®iƯn kh«ng ®ång bé ba pha r«to lång sãc: 2.2.1 Mở máy trực tiếp: a) Định nghĩa: Mở máy trực tiếp trực tiếp đặt điện áp điện áp định mức vào dây quấn ba pha phía stato b) Sơ đồ mạch điện dùng cầu dao điều khiển më m¸y trùc tiÕp: A B C CD Ik c) Phạm vi ứng dụng: Dùng cho động có công suất nhỏ vừa, thời gian mở máy không mang tải mang tải nhẹ d) Ưu, nhợc điểm: - Thao tác đơn giản - Nhợc điểm: + Dòng điện mở máy lớn, + ảnh hởng đến phụ tải lân cận; + Thời gian mở máy lớn quán tính mở máy lớn 2.2.2 Mở máy giảm điện áp: * Định nghĩa: Là phơng pháp giảm điện áp đặt vào động thời gian mở máy * Mục đích: Giảm điện áp đặt vào động cơ, để giảm dòng điện mở máy - Khuyết điểm phơng pháp mômen mở máy giảm nhiều, nên đợc sử dụng động có yêu cầu mômen mở máy không lớn - Có biện pháp giảm điện áp sau: a) Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stato: * Sơ ®å nguyªn lý: A B C CD L CD Ik Điện áp lới điện đặt vào động qua điện kháng ĐK - Lúc mở máy cầu dao CD2 mở ra, cầu dao CD1 đóng lại - Khi động đà quay đến tốc độ ổn định đóng cầu dao CD2 để ngắt mạch điện kháng khỏi mạch động Lúc điện áp trực tiếp đặt vào động giảm k lần Dòng điện giảm k lần, song mômen giam k lần ( mômen tỷ lệ với bình phơng ®iƯn ¸p) b- Dïng m¸y tù biÕn ¸p: A B C CD BAT N CD CD - Điện áp lới điện đặt vào sơ cấp máy tự biến áp, điện áp thứ cấp máy tự biến áp đặt vào động - Con trợt đặt vị trí cho lúc mở máy điện áp đặt vào động nhỏ, sau tăng lên định mức Điện áp pha đặt vào động lúc mở máy là: U dc Trong k hệ số máy tự biến áp U1 điện áp pha lới điện Dòng điện chạy vào động lúc mở máy U1 k I dc U dc U Z n kZ n Trong Zn tổng trở động lúc mở máy Dòng điện I1 lới điện cung cấp cho động lúc có máy tự biến áp : I1 I dc U (1) k k 2Zn Khi mở máy trực tiếp dòng điện I1 bằng: I1 U1 Zn (2) So s¸nh (1) víi (2) ta thấy, Lúc có máy tự biến áp, dòng điện giảm k2 lần Đây u điểm so với phơng pháp dùng điện kháng phơng pháp dùng máy tự biến áp dùng nhiều động công suất lớn Điện áp đặt vào động giảm k2 lần c- Phơng pháp đổi nối tam giác: Phơng pháp dùng đợc với động làm việc bình thờng chế độ tam giác Khi mở máy dây quấn stato đợc nối hình để điện áp đặt vào pha giảm lần Sau mở máy dây quấn stato đợc nối thành hình tam giác Dòng điện dây nối hình tam giác : I d 3U ù Zn Dòng điện dây nối hình sao: I dY U1 3Z n So sánh hai công thức ta thấy, lúc mở máy kiểu đổi nối tam giác dòng điện dây mạng giảm lần, nên mômen giảm ®i ( )2 = lÇn