2. Bài giảng Máy điện 10-5-2021

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG Giáo án số: 01 Bài mở đầu: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 1.1: ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN I Mục tiêu: - Trình bày khái niệm máy điện, định luật điện từ dùng máy điện, nguyên lý làm việc máy phát điện động điện, loại vật liệu dùng để chế tạo máy điện - Nhận biết phân loại loại máy điện thực tế sản xuất - Phân tích nguyên lý làm việc loại máy khác nhau, trình phát nóng máy điện Thực biện pháp làm mát máy điện - Bố trí nơi làm việc khoa học, xác Thực tốt cơng tác an tồn vệ sinh phân xưởng II Nội dung học: Định nghĩa: Trong trình khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho kinh tế quốc dân, khơng nói đến biến đổi lượng từ dạng sang dạng khác Các máy thực biến đổi thành điện ngược lại gọi máy điện Máy điện thiết bị điện từ nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ Về cấu tạo máy điện gồm mạch từ (lõi thép) mạch điện (các dây quấn) , dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại biến đổi điện thành (động điện), dùng để biến đổi thông số điện biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha Phân loại: Máy điện có nhiều loại phân nhiều cách khác phân loại theo công suất, cấu tạo, chức năng, nguyên lý làm việc Trên ta phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi lượng sau: a Máy điện tĩnh: Máy điện tĩnh thường gặp máy biến áp Máy điện tĩnh làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ biến thiên từ thông cuộn dây khơng có chuyển động tương Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện Do tính chất thuận nghịch quy luật cảm ứng điện từ, trình biến đổi có tính chất thuận nghịch Ví dụ máy biến áp biến đổi điện có thơng số U , I1 , f , thành điên có thơng số U2 , I2 , f , ngược lại biến đổi hệ thống điện có thơng số U , I2 , f , thành hệ thống điện có thơng số U1 , I1 , f (Hình - 1) BA U1, I1, f U2, I2, f Hình - b Máy điện có phần động (quay chuyển động thẳng): Nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ từ trường dịng điện cn dây có chuyển động tương gây Loại máy điện thường dùng để biến đổi dạng lượng biến đổi điện thành (động điện) biến đổi thành điện (máy phát điện) Q trình biến đổi có tính chất thuận nghịch nghĩa máy phát điện làm việc chế độ động điện chế độ máy phát điện (Hình - 2) U, f Pđiện Pcơ Hình – - Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp: (Hình – 3) Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện quay Máy điện xoay chiều Máy không đồng Máy điện chiều Máy đồng Máy biếnĐộng không Máyđồng phát khôngĐộng đồng đồngMáy phát đồng Động Máy phát chiều áp chiều Hình – 1.2: CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIÊN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN Định luật cảm ứng điện từ: a Trường hợp từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây:  x e Hiện tượng cảm ứng điện từ Faraday phát năm 1931, sau năm 1833 Lentz phát qui tắc chiều Nội dung định luật sau: Khi từ thơng xun qua vịng dây biến thiên, vịng dây cảm ứng sức điện động, sức điện động có chiều cho dịng điện sinh có xu hướng chống lại biến thiên từ thông Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều từ thông theo qui tắc vặn nút chai sức điện động cảm ứng vòng dây viết theo công thức Macxoen sau: e Nếu cuộn dây có w vịng, sức điện động cảm ứng cuộn dây là: e Trong đó: = w gọi từ thơng móc vịng cuộn dây b Trường hợp dẫn chuyển động từ trường: N B e v S - Khi dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường (trường hợp gặp máy phát điện) dẫn xuất suất điện đồng cảm ứng e có giá trị e = B.l.v.sin Trong : góc chiều vận tốc với chiều từ trường, mà dẫn chuyển động thẳng góc với với đường sức từ trường nên = 900 - Biểu thức sức điện động cảm ứng là: e = B.l.v Trong B: cảm ứng từ (Tesla) l: chiều dài dẫn (m) v: vận tốc dẫn (m/s) - Chiều sức điện động cảm ứng xác định theo qui tắc bàn tay phải Nội dung qui tắc bàn tay phải phát biểu sau: Đặt bàn tay phải cho đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay ngón tay chỗi 900 trùng với chiều chuyển động chiều từ cổ tay đến ngón tay cịn lại chiều sức điện động cảm ứng Định luật lực điện từ: N I B Fđt S - Khi dẫn mang dịng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường (thường gặp động điện), dẫn chịu lực điện từ có giá trị Fđt= B.l.I.sin Trong : góc chiều dịng điện chiều từ trường, mà dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức tù trường nên = 900 - Biểu thức lực điện từ Fđt= B.I.l B: cảm ứng từ (T) I: cường độ dịng điện dẫn (A) l: chiều dài dẫn (m) Fđt : lực điện từ (N) - Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái Nội dung qui tắc bàn tay trái phát biểu sau: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay chiều từ cổ tay đến ngón tay cịn lại trùng vơi chiều dịng điện, ngón tay chỗi 90 chiều lực tác dụng lên dây dẫn 1.3 : SƠ LƯỢC CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN Vật liệu dẫn điện: - Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo phận dẫn điện Vật liệu dẫn điện chế tạo máy điện tốt đồng chúng khơng đắt có điện trở suất nhỏ Ngồi ra, cịn dùng nhơm hợp kim khác đồng nhôm - Để chế tạo dây quấn người ta thường dùng đồng, nhôm Dây đồng dây nhôm cách điện sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy nhựa hoá học, sơn êmay Với máy điện nhỏ trung bình, điện áp 700V thường dùng dây êmay lớp cách điện mỏng, đạt độ bền yêu cầu phận khác vành đổi chiều, lống sóc vành trượt Vật liệu dẫn từ: Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo phận mạch từ, người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ như: thép kỹ thuật điện, thép thường, thép đúc, thép rèn Gang dùng dẫn từ khơng tốt Ở đoạn mạch từ có từ thơng biến đổi với tần số 50 Hz thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,35 ÷ 0,5 mm, thành phần thép có từ ÷ 5% Si (để tăng điện trở thép, giảm dịng điện xốy) Ở tần số cao hơn, dùng thép kỹ thuật điện dày 0,1 ÷ 0,2 mm Tổn hao công suất thép tượng từ trễ dịng điện xốy đặc trưng cơng suất tổn hao Thép kỹ thuật điện chế tạo phương pháp cán nóng cán nguội Hiện máy biến áp máy điện thường dùng thép cán nguội để chế tạo thép cán nguội có độ từ thẩm cao công suất tổn hao thấp Vật liệu cách điện: Vật liệu cách điện dùng để cách ly phận dẫn điện không dẫn điện cách ly phận dẫn điện với Trong máy điện, vật liệu cách phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm bền học Độ bền vững nhiệt chất cách điện bọc dây dẫn định nhiệt độ cho phép dây dẫn định tải Nếu tính vật liệu cách điện cao lớp cách điện mỏng kích thước máy giảm Chất cách điện tốt mica, song tương đối đắt nên dùng máy điện có điện áp cao Thơng thường dùng vật liệu có sợi giấy, vải, sợi… Chúng có độ bền tốt, mềm, rẻ tiền dẫn nhiệt kem, hút ẩm, cách điện Do dây dẫn cách điện sợi phải đước sấy tẩm để cải thiện tính vật liệu cách điện Vật liệu kết cấu: Vật liệu kết cấu vật liệu để chế tạo chi tiết chịu tác động học trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy Trong máy điện, vật liệu kết cấu thường gang, thép lá, thép rèn, kim loại màu hợp kim chúng, chất dẻo Phát nóng làm mát máy điện: Trong q trình biến đổi lượng ln có tổn hao Tổn hao máy điện bao gồm tổn hao sắt từ (do tượng từ trễ dịng điện xốy) thép, tổn hao đồng dây quấn tổn hao ma sát (ở máy điện quay) Tất tổn hao biến thành nhiệt làm máy nóng lên Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt bên ngồi mơi trường xung quanh Sự tản nhiệt phụ thuộc vào bề mặt làm mát máy mà cịn phụ thuộc vào đối lưu khơng khí xung quanh mơi trường làm mát khác dầu máy biến áp… Thường vỏ máy điện chế tạo có cánh tản nhiệt máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát Kích thước máy, phương pháp làm mát phải tính tốn lựa chọn độ tăng nhiệt vật liệu cách điện máy không vượt độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảo cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài khoảng 20 năm Khi máy điện làm việc chế độ định mức, độ tăng nhiệt phần tử không vượt độ tăng nhiệt cho phép Khi máy tải, độ tăng nhiệt vượt q nhiệt độ cho phép khơng cho phép tải lâu dài Ngày tháng năm Giáo viên soạn Nguyễn Văn Tâm ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG Giáo án số: 02 BÀI 1: MÁY BIẾN ÁP 2.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP I Mục tiêu: - Trình bày khái niệm, cơng dụng máy biến áp thực tế sản xuất - Lựa chọn loại máy biến áp phù hợp với yêu cầu sử dụng - Bố trí nơi làm việc khoa học, xác Thực tốt cơng tác an tồn vệ sinh phân xưởng II Nội dung học: Định nghĩa: Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp mạng điện xoay chiều giữ nguyên tần số Hệ thống đầu vào máy biến áp (trước lúc biến đổi) có: điện áp U1, dòng điện I1, tần số f Hệ thống điện đầu máy biến áp (sau biến đổi) có: điện áp U2, dịng điện I2, tần số f Đầu vào máy biến áp nối với nguồn điện, gọi sơ cấp Đầu nối với tải tiêu thụ gọi thứ cấp Các đại lượng, thơng số sơ cấp ký hiệu có ghi số 1: Số vòng dây sơ cấp W1, điện áp sơ cấp U1, dịng điện sơ cấp I1, cơng suất sơ cấp P1 Các đại lượng, thông số thứ cấp ký hiệu có ghi số 2: Số vòng dây sơ cấp W 2, điện áp sơ cấp U2, dịng điện sơ cấp I2, cơng suất sơ cấp P2 Nếu điện áp thứ cấp lớn điện áp sơ cấp máy biến áp tăng áp Nếu điện áp thứ cấp nhỏ điện áp sơ cấp máy biến áp giảm áp Các đại lượng định mức: Các đại lượng định mức máy biến áp xưởng chế tạo máy biến áp quy định máy có khả làm việc lâu dài tốt Ba đại lượng định mức là: a Điện áp định mức: Điện áp sơ cấp định mức ký hiệu U1đm, điện áp quy định cho dây quấn sơ cấp Điện áp thứ cấp định mức ký hiệu U2đm, điện áp cực dây quấn thứ cấp, dây quấn thứ cấp hở mạch điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức Người ta quy ước, 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 thường V 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 điện 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 thường A Dòng điện sơ cấp định mức ký hiệu I 1đm, 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 định mức Công suất định mức ký hiệu Sđm, đơn vị VA, 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: Sđm = U2đm I2đm = U1đm I1đm Công dụng máy biến áp: Sơ đồ truyền tải máy biến áp: Đường dây Nguồn MBA tăng áp Tải MBA hạ áp Máy biến áp có vai trị quan trọng hệ thống điện Nó khâu quan trọng dung để truyền tải phân phối điện Các nhà máy điện công suất lớn thường xa trung tâm tiêu thụ (khu đơi thi, khu cơng nghiệp…) cần phải xây dựng đường dây truyền tải điện Điện áp máy phát thường 6,3; 10,5; 15,75; 38,5 kV Để cao khả truyền tải giảm tổn hao cơng suất đường dây, phải giảm dịng điện chạy đường dây, cách nâng cao điện áp Vì đầu đường dây cần phải đặt máy biến áp tăng áp Mặt khác điện áp tải thường khoảng 127V đến 500V; động công suất lớn thường đến kV, cuối đường dây cần phải đặt biến áp giảm áp 2.2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP I Mục tiêu: - Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc máy biến áp - Phân tích q trình chuyển hóa lượng máy biến áp - Bố trí nơi làm việc khoa học, xác Thực tốt cơng tác an tồn vệ sinh phân xưởng II Nội dung học: Cấu tạo máy biến áp: Máy biến áp cấu tạo bởi: - Lõi thép (mạch từ) - Dây quấn a Lõi thép: Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thơng máy gọi mạch từ bao gồm trụ thép gông từ Trụ thép nơi đặt dây quấn Gông từ phần khép kín mạch từ trụ, lõi thép có dạng chữ U chữ I chữ E chữ I Khi từ thông xoay chiều qua lõi thép gây dịng điện xốy lõi Để giảm dịng điện xốy lõi thép ghép lại từ thép kỹ thuật điện có chiều dầy từ 0,35 đến 0,5 mm, hai mặt có sơn cách điện b Dây quấn: Dây quấn máy biến áp thường chế tạo từ dây đồng nhơm có tiết diện trịn hình chữ nhật, bên ngồi có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vịng dây lồng vào trụ lõi thép, vịng dây, dây quấn có bọc cách điện với dây quấn cách điện với lõi thép Máy biến áp thường có hai nhiều dây quấn Khi dây quấn đặt trụ , dây quấn thấp áp đặt sát trụ thép, dây quấn cao áp đặt lồng Làm giảm vật liệu cách điện khoảng cách cách điện với phần tiếp đất (lõi sắt) nên giảm kích thước máy biến áp Các máy biến áp thơng thưịng có hai dây quấn: Dây quấn sơ cấp nối với nguồn điện xoay chiều dây quấn thứ cấp nối với tải tiêu thụ Để làm mát tăng cường cách điện cho máy biến áp, người ta thường đặt lõi thép dây quấn thùng chứa dầu máy biến áp Đối với máy biến áp cơng suất lớn, vỏ thùng dầu có cánh tản nhiệt Nguyên lý làm việc máy biến áp:  i1 u1 i2 W1 W2 u2 Zt Khi ta nối dây quấn sơ cấp w vào nguồn điện xoay chiều có điện áp u 1, có dòng điện sơ cấp i1 chạy dây quấn sơ cấp w Dịng điện i1 sinh từ thơng biến thiên chạy lõi thép, từ thơng móc vòng (xuyên qua) đồng thời với hai dây quấn sơ cấp w thứ cấp w2 gọi từ thơng Theo định luật cảm ứng điện từ, biến thiên từ thông làm cảm ứng vào dây sơ cấp thứ cấp sức điện động là: e1 = -w1 e2 = -w2 Trong w1, w2 số vòng dây quấn sơ cấp thứ cấp Khi máy biến áp không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện thứ cấp i = 0, từ thơng lõi thép dòng sơ cấp sinh Khi máy biến áp có tải, dây quấn thứ cấp nối với tổng trở z t, tác động sức điện động e2, có dịng điện thứ cấp i2 cung cấp điện cho tải từ thơng đồng thời hai dòng sơ cấp i1 thứ cấp i2 sinh Điện áp u1hình sin nên từ thơng biến thiên hình sin ta có: e1 = -w1= -w1 = w1 Thay f biến đổi ta e1 = 4,44.w1.f e = E1 Thực tương tự ta có: e2 = E2 Trong E1 = 4,44.f.w1 E2 = 4,44.f.w2 E1, E2, trị số hiệu dụng sức điện động sơ cấp thứ cấp Nếu chia E1 cho E2 ta có k k gọi hệ số máy biến áp Nếu bỏ qua điện trở dây quấn từ thông tản ngồi khơng khí, ta coi gần U1 = E1 , U2 = E2 ta có Đối với máy tăng áp ta có U2 > U1 , w2 > w1 Đối với máy giảm áp ta có U2 < U1 , w2 < w1 Như dây quấn sơ cấp thứ cấp không trực tiếp liên hệ vơi điện nhờ có từ thơng chính, lượng truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp Nếu bỏ qua tổn hao máy biến áp, coi gần U2.I2 = U1.I1 2.3 Các chế độ làm việc máy biến áp pha: a Chế độ không tải: Là chế độ làm việc máy biến áp dây quấn sơ cấp nối với nguồn điện xoay chiều, dây quấn thứ cấp hở mạch (I2 = 0) Dịng điện sơ cấp chế độ khơng tải gọi dịng điện khơng tải I Gọilà góc lệch pha u1và i0 ta phân tích dịng điện khơng tải thành hai thành phần: Thành phần đồng pha với điện áp u1, I0.cos gọi thành phần tác dụng, thành phần nhỏ Thành phần phản kháng I0.sin lệch pha với điện áp u1 góc sinh từ thơng trùng pha với Vì thành phần tác dụng dịng điện khơng tải nhỏ nên coi thành phần phản kháng từ hố mạch từ gần dịng điện khơng tải Ở chế độ không tải công suất phản kháng không tải Q lớn so với công suất tác dụng không tải P0 hệ số công suất lúc không tải costhấp cos= 0,1- 0,3 b Chế độ ngắn mạch: - Ngắn mạch cố: Là chế độ phía thứ cấp ngun nhân bị nối tắt lại, phía sơ cấp đặt vào điện áp định mức Khi ngắn mạch cố dòng điện ngắn mạch lớn thường I n = (10 – 25)Iđm nguy hiểm máy biến áp ảnh hưởng tới tải dùng điện Vì sử dụng cần tránh tình trạng - Ngắn mạch thí nghiệm: Là chế độ cuộn dây thứ cấp nối tắt, cuộn sơ cấp đặt vào điện áp đủ nhỏ cho dòng điện dây quấn sơ cấp thứ cấp dòng điện định mức I = I1đm , I2 = I2đm , điền áp sơ cấp gọi điện áp gọi điện áp ngắn mạch U N thường UN =(3 – 10)% Uđm Ngắn mạch thí nghiệm dùng để xác định tổn hao điện trở dây quấn cac thông số sơ cấp thứ cấp máy biến áp c Chế độ tải định mức: Là chế độ dây quấn sơ cấp nối với nguồn điện xoay chiều cịn phía thứ cấp nối với tải Để đánh gia mức độ tải người ta đưa hệ số tải Kt: Kt Trong đó: - Kt = tải định mức - Kt < tải non - Kt > tải Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải: Máy biến áp có tải, thay đổi tải gây nên thay đổi điện áp thứ cấp U2 Khi điệ áp sơ cấp định mức, độ biến thiên điện áp thứ cấp tính sau: Khi máy biến áp làm việc có tổn hao sau: Tổn hao điện trở dây quấn sơ cấp thứ cấp gọi tổn hao đồng P đ Tổn hao đồng phụ thuộc vào điện trở dây quấn xác định qua thí nghiệm ngắn mạch Tổn hao Pst lõi thép dịng điện xốy từ trễ sinh Tổn hao sắt từ không phụ thuộc vào tải mà phụ thuộc vào từ thơng chính, nghĩa phụ thuộc vào điện áp Tổn hao sắt từ cơng suất đo thí nghiêm khơng tải Pst = P0 Hiều suất máy biến áp là: Trong P2 cơng suất tác dụng đầu (tải tiêu thụ), P1 công suất yêu cầu đầu vào cuộn sơ cấp Các máy biến áp trung bình lớn hiệu suất cao Ngày tháng năm Giáo viên soạn Nguyễn Văn Tâm ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG Giáo án số: 03 BÀI 1: MÁY BIẾN ÁP 2.4: QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CỠ NHỎ (KIỂU CẢM ỨNG) 2.4.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CỠ NHỎ I Mục tiêu: - Biết cách tính số liệu để thi cơng máy biến áp cảm ứng pha - Tính tốn nhanh, xác số liệu cần thiết để thi cơng máy biến áp - Bố trí nơi làm việc khoa học, xác Thực tốt cơng tác an tồn vệ sinh phân xưởng II Điều kiện thực hiện: Vật liệu: Lõi thép Dụng cụ thiết bị: - Dụng cụ: kìm, búa, tuốc nơ vít, - Thiết bị: máy tính 10 ... nghĩa máy phát điện làm việc chế độ động điện chế độ máy phát điện (Hình - 2) U, f Pđiện Pcơ Hình – - Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp: (Hình – 3) Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện quay Máy điện. .. CƯƠNG BÀI GIẢNG Giáo án số: 08 BÀI 2: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 2.1 : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ I Mục tiêu: - Trình bày khái niệm máy điện khơng đồng - Phân tích ứng dụng loại máy thực... chiều Máy không đồng Máy điện chiều Máy đồng Máy biếnĐộng không Máy? ?ồng phát khôngĐộng đồng đồngMáy phát đồng Động Máy phát chiều áp chiều Hình – 1.2: CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIÊN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN