Sáng kiên kinh nghiệm

[r]

Kỹ thuật điện ngành khoa học ứng dụng tợng điện từ để biến đổi năng lợng,gia công vật liệu,truyền tải thông tin bao gồm việc tạo ra,biến đổi và sử dụng điện hoạt động thực tiễn ngời.

Ngày điện đợc sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp,giao thông vận tải,nông lâm nghiệp,thông tin liên lạc dịch vụ Điện rất quan trọng cho khí hóa tự động hóa,nó nguồn lợng "cao cấp"tác động lên tài ngun khống sản khơng kim loại(các loại đá,cát,muối ), kim loại (bơ xít, thiếc, đồng, sắt )để tạo cải vật chất cho xã hội,cho phát triển kinh tế quốc dân.

Kiến thức Kỹ thuật điện lớp 12 mang tính chất thực tiễn rõ ràng.Các thiết bị máy móc khảo sát gần với học sinh đợc sử dụng rộng rãi sản xuất đời sống.Song trình xảy thiết bị điện,về nguyên tắc quan sát trực tiếp đợc.Chẳng hạn nh học sinh nhìn thấy rơto máy điện quay,nhng q trình điện từ xảy máy em hình dung qua lời giải thích giáo viên.Hơn tài liệu tham khảo lĩnh vực này cho học sinh phổ thơng khơng phổ biến.Vì vậy,tơi soạn ra"Những kiến thức máy điện chơng trình Kỹ thuật điện lớp 12" nhằm giúp học sinh phần hiểu sâu học chơng máy điện.

Đề tài gồm ba phần: Phần I cung cấp khái niệm chung máy điện nhằm giúp học sinh hiểu đợc định nghĩa phân loại máy điện,các định luật dùng máy điện,tính chất thuận nghịch máy điện,các vật liệu dùng trong máy điện,các tình trạng làm việc lợng định mức máy điện.Phần II cung cấp cho học sinh hiểu sâu máy biến áp (khái niệm chung,cấu tạo,nguyên lý làm việc máy biến áp pha ba pha).Phần III cung cấp cho học sinh kiến thức động không đồng ba pha (khái niệm máy điện không đồng bộ,khái niệm từ trờng quay cách tạo từ tr-ờng quay,cấu tạo,nguyên lý làm việc,cách nối dây quấn xtato,thay đổi tốc độ quay đổi chiều quay động cơ,sử dụng bảo dỡng động cơ).

T«i tin r»ng häc sinh sÏ dễ hiểu kết hợp với sách giáo khoa vµ tµi liƯu nµy.

Tơi mong đợc góp ý anh em tổ mơn ngời làm công tác kỹ thuật để đề ti thờm phong phỳ.

Tôi xin chân thành cảm ơn ! Tác giả

Hoàng Thị Thu Huyền

Phần I

Những khái niệm chung máy điện Đ1.Máy điện ?

Nhìn theo quan điểm lợng máy điện thiết bị dùng để truyền tải biến đổi lợng điện từ.Ví dụ:Máy biến áp thiết bị truyền tải lợng dòng điện xoay chiều từ điện áp này,sang lợng dòng điện xoay chiều điện áp khác.Máy biến đổi tần số thiết bị truyền tải lợng dòng điện xoay chiều tần số sang lợng dòng điện xoay chiều tần số khác.Các máy phát điện động điện, tơng ứng thiết bị biến đổi từ sang điện ngợc lại.Quá trình truyền tải biến đổi lợng điện từ máy điện phải thông qua trờng điện từ tồn máy.Do máy điện có hai mạch:mạch điện mạch từ đợc biểu diễn sơ đồ dới (hình 1-1)

Cưa vµo Cưa

(u,i) hoặc(M,n) (M,n)hoặc (u,i) Hình 1-1

Máy điện thiết bị cã hai cưa

Các máy điện có nhiều loại cấu tạo có khác nhau,song đứng mặt l-ợng coi máy điện nh thiết bị điện có hai cửa:Cửa vào cửa ra(cửa vào cửa nhận lợng đa vào máy cửa cửa đa lợng từ máy ngồi) Nếu máy phát điện lợng đa vào cửa vào năng,thể qua mô men M tốc độ quay n truyền lên trục quay máy phát;còn lợng lấy cửa điện năng,thể qua dong điện i điện áp u máy phát phát

Nếu động điện ngợc lại, lợng đa vào cửa vào điện năng(u,i) lợng lấy cửa (M,n)

Trong trờng hợp máy điện truyền tải lợng,ví dụ nh máy biến áp chẳng hạn ,thì lợng cửa vào cửa điện năng(vào u1,i1;ra u2,i2)

Nh vËy,ta cã thÓ coi nh có dòng lợng chảy liên tục qua máy điện(hình 1-2).Dòng lợng chảy vào máy với công suất P1,một phần lợng bị mát máy với công suất P.Nh dòng lợng chảy khỏi máy với công suất : P2 = P1- P

P1 P2 Hình 1-2

Dòng lợng chảy qua máy điện

Ta cú th dựng mt mạch điện để làm mơ hình diễn tả tính tốn cờng độ q trình lợng xảy máy điện (Năng lợng đa vào lấy ra,tổn thất lợng máy,cờng độ q trình tích phóng lợng trờng điện từ máy).Mạch điện mô hình có cấu tạo hình học với số nhánh nút tuỳ ý,nhng phải có bốn cực,do ngời ta gọi mạng bốn cực(hình1-3).Hai cực mạng bốn cực đợc nối với nguồn điện có điện áp U1 gọi hai đầu vào ; dòng điện đầu vào I1phải cho công suất đa vào mạng U1I1,bằng công suất cửa vào máy điện.Hai cực mạng nối với tổng trở phụ tải ZPTgọi hai đầu ; điện áp U2và dòng điện I2ở hai đầu mạng phải cho công suất đa U2I2 công suất cửa máy điện

I1 I2

U1 U2 ZPT Đầu vào Đầu Hình 1-3

Mạng bốn cực

Đ2.Định nghĩa phân loại máy điện

1 Định nghĩa máy điện

Máy điện thiết bị điện từ,nguyên lý làm việc dựa vào tợng cảm ứng điện từ,về cấu tạo gồm mạch từ(lõi thép) mạch điện (các dây quấn),dùng để biến đổi dạng lợng nh thành điện năng(máy phát điện)hoặc ngợc lại biến đổi điện thành năng(động điện),hoặc dùng để biến đổi thơng số điện nh biến đổi điện áp,dịng in,tn s,pha

2 Phân loại máy điện

P

Máy điện có nhiều loại có nhiều cách phân loại khác nhau,ví dụ phân loại theo cơng suất,theo cấu tạo,theo chức năng,theo loại dòng điện(xoay chiều,một chiều),theo nguyên lý làm việc Trong khn khổ đề tài này,ta phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi lợng nh sau:

a.Máy điện tĩnh: Máy điện tĩnh làm việc dựa vào tợng cảm ứng điện từ sù

biến thiên từ thông cuộn dây khơng có chuyển động tơng

Máy điện tĩnh thờng dùng để biến đổi thông số điện năng.Do tính chất thuận nghịch quy luật cảm ứng điện từ,q trình biến đổi có tính thuận nghịch.Ví dụ máy biến áp biến đổi hệ thống điện có thơng số(U1,f )thành hệ thống điện có thơng số(U2,f ),hoặc ngợc lại biến đổi hệ thống điện có thơng số(U2 ,f )thành hệ thống điện có thơng số(U1,f ) (hình 1- 4)

U1,f BA U2,f

H×nh 1-

b.Máy điện có phần động quay chuyển động thẳng

Nguyên lý làm việc dựa vào tợng cảm ứng điện từ,lực điện từ,do từ trờng dịng điện cuộn dây có chuyển đơng tơng gây ra.Loại máy điện thờng dùng để biến đổi dạng lợng,ví dụ biến đổi điện thành năng(động điện) biến đổi thành điện năng(máy phát điện).Q trình biến đổi có tính thuận nghịch (hình 1- 5) nghĩa máy điện làm việc chế độ máy phát điện động điện

U1,f



H×nh 1-

Ta phân loại máy điện thờng gặp sơ đồ (hình 1- 6)sau đây:

M¸y ®iƯn

Máy điện tĩnh Máy điện có phần động

Máy điện xoay chiều

chiều

Máy điện mộtchiều

Máy không

ng b ng bMỏy

M¸y biÕn

¸p

Đơng cơ khơng đồng bộ

Máy phát không đồng bộ

Động cơ ng b

Mỏy phỏt ng b

Động cơ mét chiỊu

H×nh 1-

Đ3.các định luật dùng máy điện

Nguên lý làm việc tất máy điện dựa sở hai định luật:cảm ứng điện từ lực điện từ mà học sinh đợc học chơng trình vật lý lớp 11,ở nêu lại điểm cần thiết,áp dng cho nghiờn cu mỏy in

1.Định luật cảm ứng điện từ

a.Trờng hợp từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây.

Khi t thụng  biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn,trong vòng dây cảm ứng sức điện động.Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều từ thông theo quy tắc vặn nút chai(hình 1-7)

e

H×nh 1-

Sức điện động cảm ứng vòng dây,đợc viết theo công thức Macxoen nh sau: e = - dφ

dt (1-1)

Dấu hình1-7 chiều  từ ngời đọc vào giấy.Nếu cuộn dây có W vịng,sức điện động cảm ứng cuộn dây là:

e = - Wdφ dt = -

dψ

dt (1-2) Trong đó: ψ = Wφ gọi từ thơng móc vịng cuộn dây

Trong công thức (1-1),(1-2) từ thông đo Wb,sức điện động đo V

b.Trờng hợp dẫn chuyển động từ trờng.

Khi dẫn chuyển động thẳng góc với đờng sức từ trờng(đó trờng hợp thờng gặp máy phát điện),trong dẫn cảm ứng sức điện động e,có trị số là:

e =Blv (1-3)

Trong đó:

B - Cờng độ từ cảm đo T(Tesla) l - Chiều dài hiệu dụng dẫn

(phần dẫn nằm từ trờng)đo m

v - Tốc độ dẫn đo m/s

Chiều sức điện động cảm ứng đợc xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình 1-8)

Quy tắc bàn tay phải

Hình 1-8 2.Định luật lực điện từ

nh luật lực điện từ xác định độ lớn chiều lực tác dụng t ơng hỗ từ tr-ờng dẫn mang dòng điện đặt từ trtr-ờng

Giả sử dẫn thẳng mang dòng điện đặt từ trờng ,thanh dẫn chịu lực tác dụng:



F = BIlsin

Khi dẫn mang dịng điện đặt thẳng góc với đờng sức từ trờng(đó trờng hợp thờng gặp độngcơ điện),thanh dẫn chịu lực điện từ tác dụng,có trị số là: F = BIl

Trong đó:

B- Cờng độ từ cảm đo T I- Dịng điện đo A

l- ChiỊu dài tác dụng dẫn đo m F- Lực điện từ đo N(Niutơn)

- Góc tạo chiều từ trờng dòng điện

Chiu ca lực điện từ xác định theo quy tắc bàn Quy tắc bàn tay trái

tay trái (hình 1- 9) Hình 1-9 Đ4.tính chất thuận nghịch máy phát động điện

Các máy phát động điện có tính chất đặc biệt vừa làm việc tình trạng máy phát- biến thành điện năng,vừa làm việc tình trạng động cơ- biến điện thành

Thực vậy,xét máy điện đơn giản gồm dẫn có độ dài đặt vng góc với từ trờng đôi từ trờng nam châm vĩnh cửu N-S (hình 1-10).trong tiết diện dẫn đợc biểu diễn vịng trịn hình vẽ

N

F®t  F S

H×nh 1-10

Nguyên lý làm việc máy phát động điện

Nếu cho dẫn chuyển động từ trái sang phải với vận tốc v, theo định luật cảm ứng điện từ, dẫn sinh sức điện động cảm ứng e, tính theoE = Blv Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải từ bạn đọc vào trang sách Nếu ta nối hai đầu dẫn với điện trở bên ngoài, dẫn có dịng điện I, chịu tác dụng lực điện từ Fđt , tính theo F = BIl.Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái ngợc với chiều chuyển động dẫn

Muốn dẫn chuyển động liên tục,lực bên tác dụng lên F phải cân với lực điện từ:

F = F®t

Nhân hai vế lực điện từ với vận tốc v,ta đợc cân cơng suất:Fv = Fđtv.Thay trị số Fđttính (F = BIl) vận tốc v rút từ (E = Blv) vào vế phải,ta đợc Fv = ei

Từ công thức ta thấy:cơ tác dụng lên dẫn với công suất Fv đợc biến thành điện với công suất ei,gọi cơng suất điện từ.Máy điện đơn giản hình 1- 10 trờng hợp đóng vai trị máy phát

Nhân hai vế với i,ta đợc :

Ui = ei -i2r

Ta thấy cơng suất mạch ngồi nhận đợc (Ui),bằng công suất điện từ (ei) trừ tổn thất công suất dẫn(i2r).

Bây giờ,cũng với máy phát điện đơn giản hình 1-10,ta đặt nguồn điện áp U vào hai đầu dẫn,sao cho dịng điện qua có chiều nh hình vẽ.Thanh dẫn chịu lực tác dụng điện từ Fđt chuyển động phía trái.Theo định luật cảm ứng điện từ,trong dẫn cảm ứng sức điện động e có chiều chống lại chiều i u.Nh vậy,muốn có dịng điện qua dẫn điện áp u phải cân với e điện áp rơi điện trở dẫn:

U = e +ir Do đó:

Ui = ei + i2r

Công suất điện (Ui) đa vào dẫn phần bị mát tổn hao nhiệt điện trở dẫn(i2r),phần cịn lại (ei) cơng suất điện đợc chuyển thành công suất

Thùc vËy:

ei = Blvi = F®tv

Đến ta có nhận xét quan trọng tất máy điện quay có tính chất thuận nghịch ; nghĩa làm việc tình trạng máy phát để biến thành điện năng,hoặc làm việc tình trạng động cơ,biến điện thành Đ5.các vật liệu dùng máy điện

Các vật liệu dùng máy điện gồm vật liệu dẫn điện,vật liệu dẫn từ, vật liệu cách ®iƯn vµ vËt liƯu kÕt cÊu

1.VËt liƯu dÉn ®iÖn

Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo phận dẫn điện.Vật liệu dẫn điện dùng máy điện tốt đồng chúng khơng đắt có điện trở suất nhỏ.Ngồi cịn dùng nhơm hợp kim khác nh đồng thau,đồng phốt pho.Để chế tạo dây quấn ta thờng dùng đồng sau đồng nhôm.Dây đồng dây nhôm đợc chế tạo theo tiết diện trịn chữ nhật,có bọc cách điện sợi vải,sợi thủy tinh,giấy,nhựa hóa học,sơn êmay.Với máy điện cơng suất nhỏ trung bình,điện áp dới 700V th-ờng dùng dây êmay lớp cách điện dây mỏng,đạt độ bền yêu cầu.Đối với phận khác nh vành đổi chiều,lồng sóc vành trợt,ngồi đồng ,nhơm,ngời ta cịn dùng hợp kim đồng nhơm,hoặc có chỗ cịn dùng thép để tăng độ bền học giảm kim loại màu

2.VËt liÖu dÉn tõ

Vật liệu dẫn từ máy điện vật liệu sắt từ khác nh thép kỹ thuật,gang,thép đúc,thép rèn,thép

phần mạch từ dẫn từ thông biến đổi với tần số 50Hz(nh lõi thép máy biến áp,stator,rơtor máy điện khơng đồng bộ)thì vật liệu sắt từ làm thép kỹ thuật điện dày 0,35 - 0,5mm,có pha thêm 1- 5%Ni để tăng điện trở đờng đi,giảm dịng điện xốy.ở tần số lớn thép kỹ thuật điện dày 0,1- 0,2mm để giảm tổn thất dòng điện xoáy mạch từ

phần mạch từ dẫn từ thông không đổi (rôtor máy điện đồng bộ,cực từ máy điện chiều) vật liệu sắt từ thép đúc,thép rèn thép

3.Vật liệu cách điện

Chất cách điện thỏa mãn đợc tất yêu cầu chất cách điện mica,song tơng đối đắt nên dùng máy điện có điện áp cao

Thông thờng ngời ta dùng vật liệu cách điện có sợi nh giấy,vải,sợi Chúng có độ bền học tốt,mềm,rẻ tiền nhng dẫn nhiệt kém,hút ẩm,cách điện kém.Do dây dẫn cách điện sợi phải đợc sấy tẩm để cải thiện tính vật liệu cách điện

Căn theo độ ổn định nhiệt chất cách điện,ngời ta chia thành nhiều loại.Trong máy điện thờng dùng hai loại loại A loại B.Chất cách điện loại A gồm tơ,giấy chất hữu tơng tự đợc tẩm dầu.Độ tăng nhiệt độ cho phép chất cách điện loại A 1050C.

ChÊt c¸ch điện loại B sản phẩm mica,amiante sản phẩm làm thủy tinh sợi.Độ tăng nhiệt cđa nã lµ 1300C.

4.VËt liƯu kÕt cÊu

Vật liệu kết cấu vật liệu để chế tạo chi tiết chịu tác động học nh trục,ổ trục,vỏ máy,nắp máy.Trong máy điện,các vật liệu kết cấu thờng gang,lá thép,thép rèn,kim loại màu hợp kim chúng,các chất dẻo

Đ5.các tình trạng làm việc lợng định mức máy điện

Mỗi máy điện sản xuất đợc thiết kế với công suất điện áp định,tuỳ theo tiết diện dây dẫn đặc tính,chất cách điện đợc sử dụng máy.Nếu ta chọn máy điện làm việc với điện áp quy định chất cách điện bị chọc thủng; cịn cho làm việc với cơng suất lớn q quy định máy phát nóng v ợt mức,chất cách điện bị già cỗi bị cháy máy

Vì nhãn hiệu máy có ghi trị số định mức xởng sản xuất quy định.Các trị số định mức quan trọng điện áp dây định mức Uđmvà công suất định mức Pđm.Công suất định mức ghi máy điện công suất cửa máy.Ví dụ trờng hợp máy điện máy phát cơng suất điện phát ngồi;trong trờng hợp động công suất trục;trong trờng hợp máy biến áp cơng suất phía thứ cấp

Tình trạng máy điện làm việc với trị số định mức ghi nhãn hiệu máy gọi tình trạng làm việc định mức máy

Ngoài tuỳ theo yêu cầu sản xuất mà máy điện cịn đợc sản xuất để làm việc tình trạng định mức lâu dài liên tục,hoặc tình trạng định mức thời gian ngắn nghỉ,hoặc thời gian ngắn nhng lặp lặp lại nhiu ln

Phần II

Máy biến ¸p §1.Kh¸i niƯm chung

Để biến đổi điện áp dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp,hoặc ngợc lại từ điện áp thấp lên điện áp cao,ta dùng máy biến áp.Ngày việc sử dụng điện phát triển rộng rãi,nên có loại máy biến áp khác nhau:máy biến áp pha,ba pha,hai dây quấn,ba dây quấn ,nhng chúng dựa nguyên lý,đó nguyên lý cảm ng in t

1.Định nghĩa

Mỏy biến áp 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 Hệ thống điện đầu vào máy biến áp ( trớc lúc biến đổi) có : điện áp U1, dịng điện I1 , tần số f Hệ thống điện đầu máy biến áp ( sau biến đổi ) có : điện áp U2, dòng điện I2và tần số f Trong vẽ máy biến áp đợc kí hiệu nh hình 2-1 Hình 2-1

Đầu vào máy biến áp nối với nguồn điện,đợc gọi sơ cấp.Đầu nối với tải gọi thứ cấp.Các đại lợng ,các thông số ký hiệu có ghi số1:W1,U1,I1,P1.Các đại lợng thơng số thứ cấp có số 2: W2,U2,I2,P2

Nếu điện áp thứ cấp lớn điện áp sơ cấp ta gọi máy biến áp tăng áp.Nếu điện áp thứ cấp nhỏ điện áp sơ cấp ta gọi máy biến áp giảm ¸p

2.Các đại lợng định mức

Các đại lợng định mức máy biến áp xởng chế tạo máy biến áp quy định máy có khả làm việc lâu dài tốt nhất.Ba đại lợng định mức là:

a.Điện áp định mức: Điện áp sơ cấp định mức ký hiệu U1đm,là điện áp quy định

cho dây quấn sơ cấp.Điện áp thứ cấp định mức ký hiệu U2đm,là điện áp cực dây quấn thứ cấp,khi dây quấn thứ cấp hở mạch điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức.Ngời ta quy ớc ,với máy biến áp pha điện áp định mức điện áp pha,với máy biến áp ba pha điện áp định mức điện áp dây.Đơn vị điện áp ghi máy thờng KV

b.Dòng điện định mức: Dòng điện định mức dòng điện quy định cho dây

quấn máy biến áp ,ứng với công suất định mức điên áp định mức.Đối với máy biến áp pha dòng điện định mức dòng điện pha.Đối với máy biến áp ba pha,dòng điện định mức dòng điện dây.Đơn vị dòng điện ghi máy thờng A.Dòng điện sơ cấp định mức ký hiệu I1đm ,dòng điện thứ cấp định mức ký hiệu I2đm

c.Công suất định mức: Công suất định mức máy biến áp công suất biểu kiến

thứ cấp chế độ làm việc định mức.Công suất định mức ký hiệu Sđm , đơn vị KVA.Đối với máy biến áp pha công suất định mức là:

Sđm = U2đm I2đm = U1đm I1đm Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức là:

S®m = √3 U2®m I2®m = √3 U1®m I1®m

Ngồi máy biến áp ghi tần số,số pha,sơ đồ nối dây,điện áp ngắn mạch,chế độ làm việc

3.C«ng dơng cđa m¸y biÕn ¸p

Máy biến áp có vai trò quan trọng hệ thống điện,dùng để truyền tải phân phối điện năng.Các nhà máy điện công suất lớn thờng xa trung tâm tiêu thụ điện(khu cơng nghiệp,đơ thị )vì cần phải xây dựng đờng dây truyền tải điện năng.Điện áp máy phát thờng 6,3 ; 10,5 ; 15,75 ; 38,5 KV.Để nâng cao khả truyền tải giảm tổn hao cơng suất đờng dây,phải giảm dịng điện chạy đ-ờng dây cách nâng cao điện áp.Vì đầu đđ-ờng dây cần đặt máy biến áp tăng áp.Mặt khác điện áp tải thờng khoảng 127V đến 500V ; động cơng suất lớn th-ờng 6KV,vì cuối đth-ờng dây cần đặt máy biến áp giảm áp nh (hình 2- 2)

M¸y MBA Đờng dây MBA Tải phát điện tăng áp truyền tải hạ áp

Hình 2-

Ngoi máy biến áp đợc sử dụng thiết bị lò nung(máy biến áp lò),trong hàn điện(máy biến áp hàn)làm nguồn cho thiết bị điện,điện tử cần nhiều cấp điện áp khác nhau,trong lĩnh vực đo lờng(máy biến dòng,máy biến điện áp) Đ2.cấu tạo máy biến áp

M¸y biÕn ¸p gåm ba bé phËn chính:Lõi thép,dây quấn vỏ máy 1.Lõi thép máy biến ¸p

- G«ng phần khép kín mạch từ trụ Trụ gông tạo thành mạch từ khép kín

Để giảm dịng điện xốy lõi thép,ngời ta dùng thép kỹ thuật điện(dày 0,35mm đến 0,5mm,mặt ngồi có sơn cách điện) ghép lại với thành lõi thép.Xem hình vẽ 2- 3a

W1 W2

H×nh 2- 3a

Hình 2- 3b 2.Dây quấn máy biến áp

Dây quấn máy biến áp thờng đợc chế tạo dây đồng(hoặc nhơm),có tiết diện trịn chữ nhật,bên ngồi dây dẫn có bọc cách điện

Dây quấn gồm nhiều vòng dây đợc lồng vào trụ thép.Giữa vịng dây,giữa dây quấn có cách điện với cách điện với lõi thép.Máy biến áp thờng có hai nhiều dây quấn.Khi dây quấn đặt trụ dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép,các dây quấn khác đặt lồng ngoài.Làm nh giảm đợc vật liệu cách điện(hình 2- 3b)

3.Vá m¸y biÕn ¸p

Dùng để bảo vệ phận bên máy đựng dầu máy biến áp Vỏ máy gồm thùng hình bầu dục,bên đặt lõi thép,dây quấn đựng đầy dầu.Dầu máy biến áp dùng để làm lạnh tăng cờng cách điện cho máy.ở máy công suất nhỏ,vỏ thùng dầu phẳng.ở máy công suất lớn,vỏ thùng có nhiều ống để tản nhiệt tốt.Trên nắp vỏ máy có sứ xuyên cao áp thấp áp,để cách điện đầu dây quấn cao áp thấp áp với vỏ

Có loại máy biến áp mà lõi thép dây quấn không đặt dầu gọi máy biến áp khô

Đ3.nguyên lý làm việc máy biến áp

Nguyên lý làm việc máy biến áp dựa vào tợng cảm ứng điện từ.Khi ta nối dây quấn sơ cấp máy biến áp vào lới điện hình sin có điện áp U1tromg dây quấn sơ cấp có dịng điện hình sin I1chạy qua,nó gây từ thơng  chạy lõi thép móc vịng lấy hai dây quấn,gọi từ thơng chính.Từ thơng  biến thiên hình sin nên cảm ứng dây quấn sơ cấp thứ cấp sức điện động tơng ứng e1 e2 (hình 2- 4):

e1 = - W1 dφ

dt ; e2=- W2 dφ dt

Hai sức điện động hình sin e1 e2 chậm sau từ thơng  góc 900 có trị số hiệu dụng:

E1= 4,44fW1max ; E2= 4,44fW2max W1,W2tơng ứng số vịng dây quấn sơ cấp thứ cấp

U1

U2

= E1

E2

= W1

W2

= k HÖ sè k = W1

W2

gäi lµ hƯ sè biÕn ¸p

I1 I2

U1 U2 Phơ t¶i

Hình 2-

Từ thông máy biến áp

Đối với máy tăng ¸p cã: U2 > U1 ; W2 > W1 Đối với máy giảm áp có: U2 < U1 ; W2 < W1

Nh dây quấn sơ cấp thứ cấp không trực tiếp liên hệ với điện nhng nhờ có từ thơng chính,năng lợng đợc truyền từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp.Nếu bỏ qua tổn hao máy biến áp,ta coi gần đúng,quan hệ đại lợng sơ cấp thứ cấp nh sau:

U2I2  U1I1 hc U1

U2

 I2 I1

 k Đ4.máy biến áp ba pha

biến đổi điện áp hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha,ta dùng ba máy biến áp pha (hình 2- 5a) dùng máy biến áp ba pha (hình 2- 5b)

A B C A B C x y z

X x X Y Z

a b c a b c

H×nh 2-5a H×nh 2- 5b

VỊ cÊu t¹o,lâi thÐp cđa máy biến áp ba pha gồm ba trụ.Dây quấn sơ cấp ký hiệu chữ in hoa :Pha A ký hiệu AX,pha B BY,pha C CZ.Dây quấn thứ cấp ký hiệu chữ thờng :Pha a la ax,pha b by,pha c cz.Dây quấn sơ cấp thứ cấp nối hình hình tam giác.Nếu sơ cấp nối hình tam giác,th cấp nối hình sao,ta ký hiệu /Y.Nếu sơ cấp nối hình sao,thứ cấp nối hình có dây trung tÝnh,ta ký hiƯu lµ Y/ Y0

Gäi số vòng dây pha sơ cấp W1,số vòng dây pha thứ cấp W2,tỉ số điện áp pha sơ cấp thứ cấp là:

UP1 UP2

= W1 W2

= k



Tỉ số điện áp dây khơng phụ thuộc vào tỉ số vịng dây mà cịn phụ thuộc vào cách nối hình hay tam giác.Dây quấn sơ cấp thứ cấp máy biến áp ba pha thờng đợc nối theo cách sau (hình 2- 6):

A B C A B C A B C

o a b c a b c a b c a.(Y/ Y0 ) b.(Y/) c.(/Y)

H×nh 2-

Sơ đồ nối dây quấn sơ cấp thứ cấp máy biến áp ba pha

HÖ số biến áp dây máy biến áp ba pha , ký hiệu C phụ thuộc vào cách nối dây quấn sơ cấp thứ cấp :

- Khi nối dây quấn theo cách Y/ Y0 (h×nh 2- 6a) th× : C = Ud1

Ud2

= √3UP1 √3UP2 = k - Khi nối dây quấn theo cách Y/ (hình 2- 6b) th× : C = Ud1

Ud2

= √3UP1

UP2 = √3 k - Khi nối dây quấn theo cách /Y (hình 2- 6c) th× :

C = Ud1 Ud2

= UP1 √3UP2 =

1 √3 k

Nh vậy,với số vòng dây cố định dây quấn sơ cấp thứ cấp,hệ số biến áp dây tăng giảm √3 lần tuỳ theo sơ đồ nối dây

PhÇn III

động không đồng ba pha Đ1.khái niệm chung máy điện không đồng bộ

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 n1.Cũng nh máy điện quay khác, máy điện khơng đồng có tính thuận nghịch,nghĩa làm việc chế độ động điện,cũng nh chế độ máy phát điện Máy phát điện khơng đồng có đặc tính làm việc không tốt so với máy phát điện đồng bộ,nên đợc sử dụng

Động điện khơng đồng có cấu tạo vận hành không phức tạp,giá thành rẻ,làm việc tin cậy nên đợc sử dụng nhiều sản xuất sinh hoạt.Dới ta xét động điện không đồng bộ.Động điện khơng đồng có loại:động ba pha,hai pha pha

Động điện khơng đồng có cơng suất lớn 600W thờng loại ba pha có ba dây quấn làm việc,trục dây quấn lệch khơng gian góc 1200điện.

Đ2.khái niệm từ trờng quay cách tạo từ trờng quay

1.C s để chế tạo động không đồng ba pha

Việc học sinh lớp 12 nghiên cứu động khơng đồng ba pha có thuận lợi:trong lý lớp 9,các em học tợng cảm ứng điện từ,tác dụng từ trờng lên dây dẫn có dòng điện chạy qua khảo sát trờng hợp cụ thể tác dụng từ trờng lên khung dây dẫn có dịng điện chạy qua.Để hiểu khái niệm từ trờng quay,ta sử dụng kết luận lực tác dụng lên khung dây dẫn có dịng điện chạy qua nh sau: khung dây ABCD chịu tác dụng cặp lực F1,, F2và quay tới vị trí mặt phẳng khung dây vng góc với đờng sức từ (hình 3-1a vàb)

F1

F1 AB

CD

S oo, N S oo, N AB

F2 CD F2 a) b)

H×nh 3-

Tại vị trí hình 3- 1b cặp lực F1, F2 có phơng ngợc chiều nên khơng làm khung quay quanh trục oo,.Giả sử cho nam châm quay góc  = 900 theo chiều kim đồng hồ vị trí khung dây từ trờng lại trở giống nh hình -1a khung dây lại quay chiều kim đồng hồ.Nếu quay nam châm liên tục theo chiều khung dây quay liên tục theo chiều quay nam châm.Đây sở để chế tạo động không đồng b ba pha

2.Đặc điểm từ trờng quay

Khái niệm từ trờng quay khái niệm khó.Ta cha thể dùng biểu thức tốn học biểu đồ véc tơ để giải thích từ trờng dòng điện ba pha tạo xtato động cơ.Do ta cơng nhận từ trờng quay từ trờng có đặc điểm : có trị số khơng đổi,có phơng quay liên tục khơng gian theo thi gian.

3.Cách tạo từ trờng quay

- Cho nam châm vĩnh cửu hình chữ U quay khơng gian từ trờng lịng từ trờng quay(giống nh trờng hợp xét trên,hình -1)

- Cho dịng điện ba pha vào ba bối dây đặt lệch 1200,từ trờng tổng hợp ba dòng điện sinh từ trờng quay.Đây trờng hợp động không đồng ba pha

- Cho hai dòng điện lệch pha

2 chu kỳ vào hai cuộn dây đặt lệch 900 thi từ trờng tổng hợp hai dòng điện sinh từ trờng quay.Đây trờng hợp động điện pha có tụ điện

Đ3.cấu tạo động không đồng ba pha

Cấu tạo động không đồng ba pha đợc vẽ hình3-2gồm hai phần chính:xtato(a) rơto(b),ngồi cịn có vỏ máy nắp máy.Hình 3-3 vẽ mặt cắt ngang trục máy,cho ta thấy rõ thép xtato(a) rôto(b)

1.Xtato

H×nh3-2 H×nh3-3

a.Lõi thép Lõi thép xtato hình trụ (hình3- 4a) thép kỹ thuật điện (a)đợc dập

rãnh bên (hình3-3),ghép lại với tạo thành rãnh theo hớng trục.Lõi thép đợc ép vào vỏ máy

b.Dây quấn Dây quấn xtato làm dây dẫn bọc cách điện(dây điện từ) đợc đặt

trong rãnh lõi thép (hình3- 4a).Trên hình 3- 4b vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ba pha đặt 12 rãnh,dây quấn pha A rãnh 1,4,7,10; dây quấn pha B rãnh 3,6,9,12; dây quấn pha C cỏc rónh 5,8,11,2

Dòng điện xoay chiều ba pha chạy ba dây quấn xtato tạo tõ trêng quay

a) b) H×nh 3-4

c.Vỏ máy Vỏ máy làm nhôm gang,dùng để giữ chặt lõi thép cố định

máy bệ.Hai đầu vỏ có nắp máy, ổ đỡ trục.Vỏ máy nắp máy dùng để bảo vệ máy

2.R«to

R«to phần quay gồm lõi thép,dây quấn trục máy

a.Lõi thép Lõi thép gồm thép kỹ thuật điện(b) đợc dập rãnh mặt ngồi

(hình3-3)ghép lại,tạo thành rãnh theo hớng trục,ở có lỗ để lắp trục

b.Dây quấn.Dây quấn động không đồng có hai kiểu: Rơto lồng sóc rơto

d©y qn

- Loại rơto lồng sóc: Trong rãnh mặt ngồi lõi thép có đặt dẫn,hai đầu nối ngắn mạch hai vòng kim loại tạo thành "lồng sóc" (hình3-5a)

- Loại rơto dây quấn: Trong rãnh mặt lõi thép có đặt dây quấn ba pha(hình3- 5b)

Động lồng sóc loại phổ biến,động rơto dây quấn có u điểm mở máy điều chỉnh tốc độ song giá thành đắt vận hành tin cậy động lồng sóc,nên đợc dùng động lồng sóc khơng đáp ứng đợc yêu cầu truyền động

H×nh 3-5

Đ4.nguyên lý làm việc động không đồng ba pha

Nguyên lý làm việc đông không đồng ba pha dựa việc sử dụng từ tr-ờng quay định luật điện từ

Khi cho dòng điện ba pha vào dây quấn xtato,trong lòng xtato tạo từ trờng.Để giải thích tợng này,ta xét trờng hợp đơn giản với xtatao có rãnh đặt ba bối dây,trục bối dây đặt cách không gian 1200,mỗi bối dây chỉ có phần tử.Đầu vào bối dây ký hiệu A,B,C; đầu X,Y,Z

Ta xét từ trờng động thời điểm t1,t2,t3,t4 (hình 3- 6a)

Đối với thời điểm ta vẽ từ thông tổng hợp bên xtato dòng điện ba pha chạy dây quấn xtato tạo nên.Ta quy ớc,tại thời điểm t dịng điện pha dơng có chiều chạy từ đầu pha đến cuối pha,dòng điện pha âm có chiều ngợc lại,di từ cuối pha đến đầu pha.ở đầu cuối pha dòng điện vào có dấu(+),đi có dấu() i

iA iB iC

t

t1 t2 t3 t4

H×nh 3-6a

Tại thời điểm t1dịng điện pha A khơng(iA= 0),từ trờng bối dây AX khơng,dịng điện qua B âm,đi từ Y tới B; dòng điện pha C dơng,đi từ C tới Z xem(hình3 -6b).Dùng quy tắc vặn nút chai ta đợc hình ảnh đờng sức từ trờng tổng hợp máy.Hớng từ trờng tổng hợp đánh dấu mũi tên

B»ng c¸ch trên,ta xét tiếp hình ảnh từ trờng tổng hợp thời điểm t2,t3,t4 kết luận:Hớng từ trờng tổng hợp quay 1800 sau nửa chu kỳ dòng điện.Vậy sau chu kỳ dòng điện,trục từ trờng tổng hợp quay vòng

A A A A

Y Z Y Z Y Z Y Z C B C B C B C B X X X X

H×nh -6b

Ta xét vị trí từ trờng tổng hợp thời điểm cụ thể,nhng dòng điện thay đổi liên tục,từ nói từ trờng quay liên tục với tốc độ n1.Tốc độ quay từ trờng (n1) phụ thuộc vào tần số f số đơi cực từ p.Cụ thể dịng điện biến thiên chu kỳ,từ tròng quay đợc vòng.Trong phút,dòng điện biến thiên 60f chu kỳ từ trờng quay đợc 60f vịng.Vậy xtato động có đơi cực từ (p =1) tốc độ quay từ trờng lớn (n1=60vòng/phút).Nếu xtato động có p cặp cực tốc độ từ trờng quay là:

n1= 60f p

Nếu gọi n tốc độ quay rơto chậm tơng đối rơto từ trờng đợc xác định đại lợng gọi hệ số trợt S :

S = n1− n

n1

100%

Khi rôto quay đồng với từ trờng (n = n1)thì S =0,lúc rơto đứng n(n=0) S có giá trị lớn hay 100%.Nh động thay đổi chế độ làm việc từ chạy không tải lý tởng đến đứng yên,S biến đổi từ đến1 hay từ đến 100%.Khi phụ tải động thay đổi S thay đổi theo.S thờng từ 3% đến 6% lúc động mang tải định mức

Đ5.cách nối dây quấn xtato động không đồng ba pha

Dây quấn xtato động không đồng ba pha đợc quấn nh hình 3- 4b.Khi quấn dây xong,đầu đầu đầu cuối pha đợc đa hộp đầu dây vỏ máy.Thông thờng,các đầu dây quấn đợc đa hộp đầu dây nh hình3-7a.Căn vào điện áp mạng điện vầ điện áp định mức động cơ,ta nối dây quấn xtato thành hình (hình3-7b) hình tam giác (hình 3-7c)

Ta phải nhãn gắn vỏ máy động nối động hình hay hình tam giác.Ví dụ: Trên nhãn gắn vỏ máy động có ký hiệu / Y-380V/220V có nghĩa lới điện có điện áp dây 380V dây quấn động đợc nối theo hình sao.Khi lới điện có điện áp dây 220V dây quấn động đợc nối hình tam giác

A Hộp B đầu C

dây

Cầu dao A X

B Y C Z

D©y quÊn xtato Nèi Y Nèi 

a) b) c) H×nh 3-7

Đ5.thay đổi tốc độ đổi chiều quay động không đồng ba pha

1.Thay đổi tốc độ động không đồng ba pha

Do yêu cầu trình sản xuất,vấn đề điều chỉnh tốc độ động vấn đề có ý nghĩa quan trọng.Dới đây,ta nghiên cứu phơng pháp điều chỉnh tốc độ động điện thơng gặp

a.Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ trờng quay.

Ta biết tốc độ quay động gần tốc độ từ trờng quay: n1= 60f

p

Nếu ta thay đổi tốc độ từ trờng quay tốc độ động thay đổi.Có hai phơng pháp thay đổi tốc độ từ trờng quay

*Thay đổi đôi cực từ

Tốc độ từ trờng quay n1= 60f

p Khi thay đổi số đơi cực từ p tốc độ thay đổi.Vì số đôi cực từ p số nguyên thay đổi số đơi cực từ tốc độ thay đổi

A B C Z X Y

A B C

Z X Y

A B C

không liên tục mà theo cấp.Đây khuyết điểm phơng pháp này.Muốn thay đổi số đơi cực từ phải thay đổi cách đấu dây xtato.Phơng pháp sử dụng nhiều máy công tác nh : máy tiện,máy khoan,máy ca

*)Thay đổi tần số f

Khi thay đổi tần số dịng điện xtato tốc độ từ trờng quay n1= 60f

p thay đổi

liên tục,bằng phẳng.Song phải sử dụng nguồn điện đặc biệt có tần số biến thiên(hoặc thiết bị biến đổi tần số).Vì dùng có nhiều động cần điều chỉnh tốc độ theo quy luật chung,cùng sử dụng chung nguồn điện đặc biệt

b.Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ đặt vào dây quấn xtato.

Phơng pháp dùng động điện rơto dây quấn.Ta nối điện trở phụ rP vào ba vành trợt đặt trục động cơ,để nối liền với mạch điện rơto.Thay đổi điện trở rP tốc độ động thay đổi.Phơng pháp điều chỉnh tốc độ liên tục phẳng.Song có khuyết điểm tổn hao cơng suất điện trở lớn,làm giảm hiệu suất động điện

2.Đổi chiều quay động không đồng ba pha

Muốn đổi chiều quay động khơng đồng ta đổi chiều quay từ trờng cách đổi thứ tự hai pha (hình3-8)

Trờng hợp sử dụng máy móc cần hoạt động hai chiều : nh thang máy,cần trục điện ta phải sử dụng thiết bị đảo đổi nối pha nh sơ đồ hình 3-9

A A B B C C

A B C A C B A B C

Cầu dao đảo CB

B A C

Hình3-8 Hình3-9 Đ6.sử dụng bảo dỡng động không đồng ba pha

1.Sử dụng động không đồng ba pha

Mỗi động đợc đặc trng đại lợng định mức nh : công suất định mức.điện áp pha điện áp dây định mức,dịng điện định mức,hiệu suất,hệ số cơng suất,kích thớc,trọng lợng Các giá trị ghi nhãn động cơ.Khi sử dụng,không đợc để động làm việc vợt giá trị định mức,nh động làm việc bình thờng.Ngồi ra,động cịn có tình trạng làm việc khác nh:khơng tải,ngắn mạch,điện áp khơng đối xứng

a.Tình trạng động làm việc không tải

Khi động không kéo phụ tải hay phụ tải nhỏ so với phụ tải định mức nó,dịng điện cung cấp cho động nhỏ,nó khơng gây tác hại cho máy song gây lãng phí điện năng.Vì ta khơng nên để động làm việc chế độ không tải non tải

b.Tình trạng động bị ngắn mạch

động cơ,khi điện trở cách điện pha,hay pha vỏ máy bị giảm gây tợng phóng điện phận.Ta gọi tợng ngắn mạch.Điện trở cách điện động giảm động bị ẩm hay va chạm làm hỏng cách điện gây tợng ngắn mạch pha vỏ máy vòng dây pha,hoặc hai pha với nhau.Nếu động đợc nối với điện áp định mức có dịng điện lớn chạy động làm cháy dây

§ C

quấn.Ngồi lý đó,động bị kẹt khơng quay đợc,lúc dịng điện cung cấp cho xtato động lớn toàn lợng đợc biến thành nhiệt làm cháy động

Tình trạng ngắn mạch động gây động làm việc tải lâu dài làm cho nhiệt tăng cao dẫn đến làm h hỏng cách điện

c.Tình trạng làm việc với điện áp khơng đối xứng

Nếu điện áp ba pha cung cấp cho động khơng đối xứng động ngồi từ trờng quay thuận cịn có từ trờng quay ngợc,gây mô men quay ngợc làm giảm mô men quay động cơ,mặt khác làm tăng tổn hao máy,dòng điện máy tăng làm cho động phát nóng nhanh.Tình trạng trầm trọng điện áp không đối xứng đờng dây cung cấp bị điện pha(hoặc cầu chì pha bị cháy) lúc động làm việc nh động pha,nếu không khắc phục sớm động phát nóng làm cháy máy.Để tránh tợng này,ngời ta thờng mắc đèn báo pha hoạt động song song với động

2.Bảo dỡng động không đồng ba pha