GIÁO TRÌNH MAY DIEN DC_MBA

PHẦN: MỞ ĐẦU 1.1 CÁC LOẠI MÁY ĐIỆN VÀ VAI TRÒ CỦA CHÚNG Điện ngày sử dụng rộng rãi sản xuất đời sống nhân dân Việc điện khí hóa, tự động hóa công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải ngày đòi hỏi thiết bị điện khác Trong loại máy điện chiếm vai trò chủ yếu để biến thành điện ngược lại để biến đổi dạng điện thành dạng điện khác (xoay chiều đến chiều) Biến đổi thành điện nhờ máy phát điện có động sơ cấp kéo tuốc bin hơi, tuốc bin nước, động đốt Biến đổi điện thành dùng truyền động điện người ta dùng loại động điện Việc truyền tải phân phối điện xoay chiều từ trạm phát điện đến hộ tiêu thụ điện, việc biến đổi điện áp thực nhờ máy biến áp Trong sản xuất thường dùng dòng điện xoay chiều chiều nên người ta chia loại máy điện thành hai loại máy điện xoay chiều máy điện chiều Có thể mô tả sơ đồ tổng quát sau: Ngoài yêu cầu khác ngành sản xuất, giao thông vận tải nên xuất loại máy điện đặc biệt máy điện xoay chiều có vành góp, máy khuếch đại điện từ, máy điện cực nhỏ 1.2 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC MÁY ĐIỆN Nguyên lý làm việc máy điện dựa sở định luật cảm ứng điện từ (e = d / dt) Sự biến đổi lượng máy điện thực thông qua từ trường Để tạo từ trường mạnh tập trung người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ Ở máy biến áp mạch từ lõi thép đứng yên, máy điện quay mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: Một quay đứng yên cách khe hở Theo tính chất thuận nghịch định luật cảm ứng điện từ máy điện làm việc chế độ máy phát điện chế độ động điện Nhưng đặc tính kỹ thuật người ta tính toán thiết kế để làm việc chế độ định Trong máy điện, lượng biến đổi với hiệu suất cao từ 93% đến 95% Khi làm việc tổn hao dòng Fucô (Foucault) lõi thép tác dụng Joule dây quấn nên máy nóng, ta làm nguội máy nhiều cách 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN Như nói biến đổi lượng máy điện thực thông qua từ trường máy Như việc nghiên cứu máy điện xuất phát từ lý thuyết trường điện từ Song cấu trúc vật lý hình học phức tạp phận máy điện, việc xác định cường độ điện trường E cường độ từ trường H khe hở không khí từ hệ phương trình Maxwell gặp nhiều khó khăn Vì nghiên cứu máy điện người ta không dùng trực tiếp lý thuyết trường mà dùng lý thuyết mạch để nghiên cứu 1.4 CÁC ĐƠN VỊ Trong máy điện thường sử dụng hai loại hệ đơn vị - Hệ đơn vị tuyệt đối đơn vị có thứ nguyên Hiện thường sử dụng hai loại đơn vị tuyệt đối CGS SI Quan hệ đơn vị hệ MKSA, SI CGS - Trong nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy điện để tiện lợi người ta dùng hệ đơn vị tương đối Trong đó: I: Dòng điện có đơn vị A U: Điện áp có đơn vị V P: Công suất có đơn vị W Iđm, m, Pđm : Là đại lượng định mức dòng điện, điện áp, công suất 1.5 SƠ LƯC VỀ CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN Các vật liệu dùng chế tạo máy điện gồm có: - Vật liệu tác dụng: Bao gồm vật liệu dẫn điện vật liệu dẫn từ dùng chủ yếu để chế tạo dây quấn lõi thép - Vật liệu cách điện dùng để cách điện phận dẫn điện không dẫn điện phận dẫn điện với - Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo chi tiết máy phận chịu lực tác dụng giới trục, vỏ máy, khung máy, ổ bi bao gồm gang, sắt thép kim loại màu, hợp kim chúng Ta xét sơ lược đặc tính vật liệu dẫn từ, dẫn điện cách điện dùng chế tạo máy điện 1.5.1 VẬT LIỆU DẪN TỪ Người ta dùng thép kó thuật điện, thép thông thường thép đúc , thép rèn để chế tạo mạch từ Các thép kó thuật điện (tôn silic) thường dùng có mã hiệu: 11, 12, 13, 21, 22, 32, 310 Trong -  thép kó thuật (lektrotexnik) - Số thứ nhất: Chỉ hàm lượng silic chứa thép, số cao hàm lượng silic nhiều thép dẫn từ tốt, dòn dễ gẫy - Số thứ hai: Chỉ chất lượng thép mặt tổn hao, số cao tổn hao - Số thứ ba: Số thép cán nguội (thép dẫn từ có hướng), thường sử dụng chế tạo máy biến áp Ngoài loại thép kỹ thuật điện mang mã hiệu 3404, 3405, , 3408 có chiều dày 0,3 mm, 0,35 mm Để giảm tổn hao dòng điện xoáy, tôn silic thường phủ lớp sơn cách điện mỏng sau ghép chặt lại với nhau, từ sinh hệ số ép chặt Kc: Là tỉ số chiều dài lõi thép thép với chiều dài thực lõi thép kể cách điện sau ghép 1.5.2 VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN Dùng chủ yếu đồng (Cu) nhôm (Al) chúng có điện trở bé, chống ăn mòn tốt Tùy theo yêu cầu cách điện độ bền học người ta dùng hợp kim đồng nhôm Có chỗ dùng thép để tăng sức bền học giảm kim loại màu vành trượt 1.5.3 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN Vật liệu cách điện dùng máy điện phải đạt yêu cầu: - Cường độ cách điện cao - Chịu nhiệt tốt, tản nhiệt dễ dàng - Chống ẩm tốt, bền học Các chất cách điện dùng máy điện thể không khí, thể lỏng (dầu máy biến áp) thể rắn Các chất cách điện thể rắn chia làm loại: - Các chất hữu thiên nhiên giấy, vải, lụa - Các chất vô mi ca amiăng, sợi thủy tinh - Các chất tổng hợp - Các chất men, sơn cách điện, chất tẩm sấy từ vật liệu thiên nhiên tổng hợp Tùy theo tính chịu nhiệt, vật liệu cách điện chia thành cấp sau: - Cấp Y: Nhiệt độ giới hạn cho phép 90 C, làm vật liệu sợi xen lu lô hay lụa gỗ, tông không tẩm hay không quét sơn - Cấp A: Nhiệt độ giới hạn cho phép 105 C, làm vật liệu cách điện cấp Y có tẩm sơn cách điện - Cấp E: Nhiệt độ giới hạn cho phép 120 C, làm sợi pô ly me - Cấp B: Nhiệt độ giới hạn cho phép 130 C, làm sản phẩm mi ca, a mi ăng, sợi thủy tinh - Cấp F: Nhiệt độ giới hạn cho phép 155 C, làm vật liệu cấp B dùng kết hợp với chất tẩm sấy tương ứng - Cấp H: Nhiệt độ giới hạn cho phép 180 C, làm vật liệu mi ca không chất độn độn vật liệu vô cơ, vải thủy tinh tẩm sơn - Cấp C: Nhiệt độ giới hạn cho phép 180 C, làm vật liệu gốm mi ca, gốm thủy tinh, thạch anh dùng kết hợp với chất vô Cấp cách điện Y A E B F H C 0 t cao cho phép ( C) 90 Độ tăng nhiệt t ( C) 50 Độ tăng nhiệt độ t tính: 65 80 t = t1 – t2 Trong đó: t1: Nhiệt độ máy t2: Nhiệt độ môi trường 105 120 130 15 90 115 140 180 >140 >180 Theo TCVN: Nhiệt độ môi trường 400c máy điện ta đo bình quân Hiện thường dùng cấp cách điện A, E, B Chú ý: Trên nhiệt độ cho phép 10% tuổi thọ máy giảm 1/2 nên không cho máy làm việc tải thời gian dài 1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 1.6.1 ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ  Trường hợp từ thông biến thiên qua vòng dây Năm 1833 nhà vật lý học người Nga Lenxơ phát qui luật chiều s.đ.đ cảm ứng Định luật cảm ứng điện từ phát biểu sau: Khi từ thông qua vòng dây biến thiên làm xuất s.đ.đ vòng dây, gọi s.đ.đ cảm ứng Sức điện động cảm ứng có chiều cho dòng điện sinh có tác dụng chống lại biến thiên từ thông sinh đường sức từ, chiều quay cán vặn nút chai chiều dương vòng dây Sức điện động cảm ứng vòng dây xác định theo công thức Mắùcxoen d e=− dt Nếu cuộn dây có W vòng, sức điện động càm ứng cuộn dây là: wd d e=− =− dt dt Trong  = W  từ thông móc vòng cuộn dây  tính Wb (vêbe), e tính (V) Hình 1.1: Từ thông biến thiên qua vòng day  Trường hợp dẫn chuyển động thẳng từ trường Khi dẫn chuyển động thẳng từ trường, dẫn cảm ứng s.đ.đ e có trị số e = B.l.v e: S.đ.đ cảm ứng (V); B: Từ cảm (T); l: Chiều dài dẫn từ trường (m) Chiều s.đ.đ xác định qui tắc bàn tay phải: Cho đường sức từ đâm vào lòng bàn tay phải Ngón tay choãi chiều chuyển động dây dẫn, chiều từ cổ tay tới ngón tay chiều s.đ.đ Hình 1.2: Qui tắc bàn tay phải 1.6.2 ĐỊNH LUẬT LỰC ĐIỆN TỪ Lực điện từ có ứng dụng rộng rãi kỹ thuật, sở để chế tạo máy điện khí cụ điện Trường hợp đơn giản lực từ trường tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dòng điện Nếu dây dẫn thẳng có dòng điện vuông góc với đường sức từ trường, dẫn chịu lực điện từ là: F = B.i.l B: Từ cảm (T); i: Dòng điện chạy dẫn (A); l: Chiều dài dẫn (m) Hình1.3 Qui tắc bàn tay trái Chiều lực điện từ xác định qui tắc bàn tay trái: Ngửa bàn tay trái cho đường sức từ (hoặc véc tơ từ cảm B) xuyên qua lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều dòng điện ngón tay choãi chiều lực điện từ 1.6.3 CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ MẠCH TỪ Các phần tử làm vật liệu sắt từ ghép nối với từ thông khép kín mạch gọi mạch từ Vì thép kỹ thuật điện có từ dẫn nhỏ nhiều so với vật liệu khác, nên từ thông tập trung chủ yếu mạch từ Phần từ thông chạy mạch từ gọi từ thông tản Để tạo từ thông mạch cần có nguồn gây từ, thông thường cuộn dây quấn mạch, gọi cuộn dây từ hoá Khi cuộn dây có dòng điện I qua, tạo s.t.đ F = IW, W số vòng cuộn dây Trong đó:  Hdl =  iW + H: cường độ từ trường đo A/ m + l: chiều dài trung bình mạch từ đo m + w: số vòng dây cuộn dây + Dòng điện i tạo từ thông cho mạch từ gọi dòng điện từ hoá + Tích số wi gọi sức từ động + Hl: gọi từ áp rơi mạch từ - Đối với mạch từ có n đoạn m cuộn dây, định luật mạch từ viết dạng: n m k =1 j =1  H k lk =  w j i j Trong dòng điện ij có chiều phù hợp với chiều  chọn theo quy tắc vặn nút chai mang dấu dương, không phù hợp mang dấu âm PHẦN 1: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong sản xuất đại máy điện chiều luôn chiếm vị trí quan trọng, có ưu điểm sau: Đối với động điện chiều: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, phẳng chúng dùng nhiều công nghiệp dệt, giấy , cán thép, Máy phát điện chiều dùng làm nguồn điện chiều cho động điện chiều, làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ, dùng công nghiệp mạ điện vv Nhược điểm: Giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp 1.1 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Kết cấu máy điện chiều phân làm hai thành phần phần tónh (Stator) phần quay (Rotor) 1.1.1 Phần tónh - Stator Đây phần đứng yên máy, gồm phận: lõi thép cực từ (chính phụ), dây quấn cực từ (chính phụ) vỏ máy • Cực từ chính: hình 1.1 Hình 1.1 Cực từ 1) Lõi cực 2) Mặt cực 3) Dây quấn kích từ 4) Khung dây 5) Vỏ máy 6) Bu lông bắt chặt cực từ vào vỏ máy Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ.Lõi sắt cực từ 1làm thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày 0,5 đến 1mm ghép lại đinh tán Lõi mặt cực từ kéo dài (lõm vào) để tăng thêm đường từ trường.Vành cung cực từ thường 2/3 t (t: Bước cực, khoảng cách hai cực từ liên tiếp nhau) Trên lõi cực có cuộn dây kích từ 3, có dòng chiều chạy qua, dây quấn kích từ quấn dây đồng cuộn cách điện kỹ thành khối, đặt cực từ mắc nối nối tiếp với Cuộn dây quấn vào khung dây 4, thường làm nhựa hoá học hay giấy bakêlit cách điện Các cực từ gắn chặt vào thân máy nhờ bu lông • Cực từ phụ: hình 1.2 Hình 1.2 Cực từ phụ 1) Lõi; 2) Cuộn dây Được đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều, triệt tia lửa chổi than Lõi thép cực từ phụ làm thép khối, thân cực từ phụ có đặt dây quấn, có cấu tạo giống dây quấn cực từ Để mạch từ cực từ phụ không bị bão hòa khe hở với rotor lớn khe hở cực từ với rotor • Vỏ máy (Gông từ) Làm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ nối liền cực từ Trong máy điện nhỏ vừa thường dùng thép để uốn hàn lại Máy có công suất lớn dùng thép đúc có từ (0,2 - 2)% chất than • Các phận khác: hình 1.3 - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi - Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ngược lại 1) Hộp chổi than 2) Chổi than 3) Lò so ép 4) Dây cáp dẫn điện Hình 1.3 Cơ cấu chổi than 1.1.2 Phần quay - Rotor Đây phần quay máy điện chiều, gồm có: lõi thép, dây quấn cổ góp • Lõi sắt phần ứng: 1) Trục máy 2) Lỗ thông gió dọc trục 3) Rãnh 4) Răng Hình 1.4 Lá thép phần ứng Để dẫn từ thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện cách điện hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xóay gây nên Trên thép có dập rãnh để đặt dây quấn Rãnh hình thang, hình lê hình chữ nhật Trong máy lớn lõi thép thường chia thành thếp cách khoảng hở để làm nguội máy, khe hở gọi rãnh thông gió ngang trục Ngoài người ta dập rãnh thông gió dọc trục • Dây quấn phần ứng Là phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, máy điện vừa lớn dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh cho quay bị văng sức ly tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt phần đầu nối dây quấn Nêm dùng tre gỗ ba kê lít • Cổ góp Dây quấn phần ứng nối cổ góp Cổ góp thường làm nhiều phiến đồng mỏng cách điện với mi ca có chiều dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ép hình chữ V ép chặt lại, vành ép cổ góp có cách điện mi ca hình V Đuôi cổ góp cao để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng 1) Phiến góp 2) Vành ép hình V 3) Mi ca cách điện hình V 4) Ống cách điện 5) Đầu hàn dây Hình 1.5 Hình cắt dọc cổ góp kiểu trụ • Chổi than Máy có cực có nhiêu chổi than Các chổi than dương nối chung với để có cực dương Tương tự chổi than âm 1.1.3 Các phận khác - Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy, có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép bon tốt 1.2 CÁC TRỊ SỐ ĐỊNH MỨC Chế độ làm việc định mức máy điện chế độ làm việc điều kiện mà nhà chế tạo qui định Chế độ đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức • Công suất định mức Được ký hiệu Pđm, đơn vị tính W, KW, MW HP (Horse Power) Ý nghĩa: laø công suất đầu định mức máy điện • Điện áp định mức: Được ký hiệu Uđm, đơn vị tính V, KV Ý nghĩa: điện áp định mức cung cấp vào dây quấn Rotor cuûa động điện chiều Hoặc điện áp định mức phát từ đầu cực máy phát điện chiều • Dịng điện định mức: Được ký hiệu Iđm, đơn vị tính A Ý nghĩa: dịng điện định mức cung cấp vào dây quấn Rotor cuûa động điện chiều Hoặc dịng điện định mức phát máy phát điện chiều • Tốc độ định mức: Được ký hiệu nđm, đơn vị tính vịng/phút rpm Ý nghĩa: tốc độ quay định mức Rotor • Hiệu suất định mức: Được ký hiệu đm Ý nghĩa: tỉ số cơng suất định mức máy Ngoài ghi kiểu máy, cấp cách điện, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ, chế độ làm việc vv Hình 1.6 Nhãn máy động điện chiều 1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Người ta định nghóa máy điện chiều sau: Là thiết bị điện từ quay, làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi thành điện chiều (máy phát điện) ngược lại để biến đổi điện chiều thành trục (động điện) • Chế độ Máy phát điện ... suất cung cấp cho máy phải tăng Đối với động điện : chiều quay n máy chiều Mđt • 2.3 Quá trình lượng phương trình cân 2.3.1 Các tổn hao máy điện chiều Tổn hao pcơ : Bao gồm tổn hao ổ bi, ma sát...  P − p P2 P2 100 100 = 100 = 100 =  1−  P1 P2 +  p P1 P   2.3.2 Quaù trình lượng máy điện chiều phương trình cân : • Chế độ Máy phát điện: phần nhỏ cơng suất cung cấp vào máy phát P1... máy điện, việc xác định cường độ điện trường E cường độ từ trường H khe hở không khí từ hệ phương trình Maxwell gặp nhiều khó khăn Vì nghiên cứu máy điện người ta không dùng trực tiếp lý thuyết