Bài giảng Mạch điện tử - Chương 6: Khái niệm chung về máy điện

Bài giảng Mạch điện tử - Chương 6: Khái niệm chung về máy điện cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản sau: Định nghĩa và phân loại; các định luật điện từ cơ bản dùng trong máy điện; nguyên lý máy phát điện và động cơ điện; tính thuận nghịch của máy điện; định luật mạch từ, tính toán mạch từ,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chương 6: Khái niệm chung máy điện 6.1 Định nghĩa phân loại: 6.1.1 Định nghĩa: • • • • Máy điện thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa tương cảm ứng điện từ Cấu tạo: gồm mạch từ (lõi thép) mạch điện (các dây quấn) Tác dụng: - biến đổi thành điện (máy phát điện) - biến đổi điện thành (động điện) - biến đổi thông số điện biến đổi điện áp (máy biến áp), dòng điện (máy biến dòng)… Máy điện sử dụng rộng rãi công nghiệp sinh hoạt 6.1.2 Phân loại: Dựa theo nguyên lý biến đổi lượng phân máy điện thành loại: - Máy điện tĩnh: làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ biến thiên từ thông cuộn dây khơng có chuyển động tương (máy biến áp) Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thơng số điện năng, q trình biến đổi có tính thuận nghịch: BA ~ U1 , I1 , f ~ U2 , I2 , f - Máy điện có phần động (quay chuyển động thẳng): làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ Do từ trường dịng điện cuộn dây có chuyển động tương gây Máy điện động dùng để biến đổi dạng lượng (biến đổi điện thành ngược lại), trình biến đổi có tính thuận nghịch)  ~ Pđiện CuuDuongThanCong.com Pcơ https://fb.com/tailieudientucntt Sơ đồ phân loại máy điện: Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện có phần quay Máy điện xoay chiều Máy điện Không đồng Máy biến áp Động không đồng CuuDuongThanCong.com Máy phát không đồng Máy điện chiều Máy điện Đồng Động đồng Máy phát đồng Động chiều https://fb.com/tailieudientucntt Máy phát chiều 6.2 Các định luật điện từ dùng máy điện: 6.2.1 Định luật cảm ứng điện từ:  a/ Từ thông biến thiên xun qua vịng dây: Khi từ thơng  biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn, vòng dây cảm ứng sức điện động có chiều xác định theo quy tắc vặn nút chai: e e d dt N Nếu cuộn dây có w vịng, sức điện động cảm ứng cuộn dây wd d là: e dt  e B v dt Trong   w từ thơng móc vịng cuộn dây b/ Thanh dẫn chuyển động từ trường: Khi dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường, dẫn cảm ứng sức điện động e có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải, có trị số bằng: e  Blv B: từ cảm (T) l: chiều dài hiệu dụng dẫn (phần dẫn nằm từ trường) (m) v: tốc độ dẫn (m/s) S N I 6.2.2 Định luật lực điện từ: Khi dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, dẫn chịu lực điện từ tác dụng, có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái, trị số bằng: Fđt  Bil CuuDuongThanCong.com B Fđ t https://fb.com/tailieudientucntt S 6.3 Nguyên lý máy phát điện động điện Tính thuận nghịch máy điện: Máy điện có tính thuận nghịch, nghĩa làm việc chế độ máy phát điện động điện 6.3.1 Chế độ máy phát điện: Cho động sơ cấp tác dụng vào dẫn lực N học Fcơ , dẫn chuyển động với tốc dộ v từ trường i B nam châm, dẫn cảm ứng sức điện động e Fđt e Nếu nối cực dẫn với điện trở R tải, dòng điện i u Fcơ dẫn cung cấp điện cho tải Nếu bỏ qua điện trở E dẫn, điện áp đặt vào tải u = e Công suất điện máy phát cấp cho tải pđ = ui = ei S Dòng điện i nằm từ trường chịu tác dụng lực điện từ Fđt = Bil có chiều hình vẽ Khi máy quay với tốc độ không đổi: Fđt = Fcơ Fco v  Fđt v  Bilv  ei N pcơ pđiện 6.3.2 Chế độ động điện: Cấp điện cho máy điện, điện áp U nguồn điện gây dòng Điện I thành dẫn Dưới tác dụng cua trừ trường có lực điện từ Fđt tác dụng làm dẫn chuyển động với vận tốc v: i B i p đ  ui  ei  Blvi  Bilv  Fđt v  p co R Fđt ~ u S Như vậy, chế độ máy phát, máy điện biến thành điện ngược lại chế độ động điện Tùy lượng đưa vào mà máy làm việc chế độ Ta nói, máy điện có tính chất thuận nghịch CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6.4 Định luật mạch từ, tính tốn mạch từ 6.4.1 Định luật mạch từ: Lõi thép máy điện mạch từ Mạch từ mạch từ khép kín để dẫn từ thơng Định luật tồn dịng điện: l  Hdl   i • i l Áp dụng cho mạch từ mạch từ đồng có dây quấn, ta có: Hl  wi i: dịng điện từ hóa H: cường độ từ trường mạch từ (A/m) l: chiều dài trung bình mạch từ (m) wi = F: sức từ động Hl: từ áp rơi mạch từ • Áp dụng cho mạch từ không đồng gồm nhiều đoạn có vật liệu, tiết i1 diện khác có nhiều cuộn dây: H1l1  H l  w1i1  w 2i • Dấu trừ chiều dịng điện i2 khơng phù hợp với chiều từ thông chọn n m Tổng quát: mạch từ có n đoạn m cuộn dây:  H k l k   w ji j k 1 w l1,S1 H1 w1 w2 j1 i2 (dòng điện ij có chiều phù hợp với chiều từ thông chọn mang dấu dương ngược lại) CuuDuongThanCong.com H2 https://fb.com/tailieudientucntt l2,S2 6.4.2 Tính tốn mạch từ: a/ Bài tốn thuận: Cho biết từ thơng, tính dịng điện từ hóa số vịng dây để sinh từ thơng Ví dụ: Giải mạch từ hình vẽ: Mạch từ bên gồm đoạn đồng nhất, từ thông đoạn nhau, từ cảm đoạn: B1  l1,S1 H1 i1 w1   ; B2  S1 S2 w2 H2 l2,S2 Từ trị số từ cảm, ta tính cường độ từ trường H tương ứng với đoạn mạch: • Đoạn mạch từ khe hở khơng khí: H2  • B2 o i2 B(T) B1 Đoạn mạch làm vật liệu sắt từ, từ đường cong từ hóa B = f(H) loại vật liệu làm mạch từ, tra trị số H1 từ trị số B1 • Từ tìm  H k l k tìm giá trị dịng điện hay số vịng dây cần tìm b/ Bài tốn ngược: cho biết dịng điện cần tính từ thơng CuuDuongThanCong.com H1 https://fb.com/tailieudientucntt H(A/m) 6.5 Vật liệu chế tạo máy điện Vật liệu chế tạo máy điện gồm vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện vật liệu kết cấu 6.5.1 Vật liệu dẫn điện: • Dùng để chế tạo phận dẫn điện máy điện • Vật liệu dẫn điện dùng máy điện tốt đồng đồng có giá hợp lý điện trở suất nhỏ Ngồi sử dụng nhôm hợp kim khác ( 20oC: Cu  0,0172mm / m ;  Al  0,0282mm / m) • Chế tạo dây quấn: thường dùng dây đồng, đơi dùng nhơ, dây có tiết diện trịn chữ nhật, có bọc loại cách điện khác sợi vải, sợi thủy tinh, giấy, nhựa hóa học, sơn êmai Máy điện cơng suất nhỏ trung bình, điện áp 700V thường dùng dây êmai lớp cách điện mỏng, đạt độ bền yêu cầu • Chế tạo phận khác vành đổi chiều, lồng sóc vành trượt dùng đồng, nhơm hợp kim đồng, nhơm, có dùng thép để tăng độ bền học cho phận 6.5.2 Vật liệu dẫn từ: • Dùng để chế tạo phận mạch từ • Dùng liệu sắt từ: thép kỹ kỹ thuật điện, thép thường, thép đúc, thép rèn • Ở đoạn mạch từ có từ thơng biến đổi với tần số 50Hz thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,35-0,5mm, thành phần thép có 2-5% Si để tăng điện trở thép, giảm dòng điện xoáy Ở tần số cao sử dụng thép kỹ thuật điện dày 0,1-0,2mm • Tùy theo cách chế tạo thép kỹ thuật điện thành loại: cán nóng cán nguội Trong máy biến áp máy điện cơng suất lớn thường dùng thép cán nguội có độ từ thẩm cao công suất tổn hao nhỏ loại cán nóng • Mạch từ có từ trường không đổi thường dùng thép đúc, thép rèn thép thường CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6.5.3 Vật liệu cách điện: • Dùng để cách ly phận dẫn điện không dẫn điện, cách ly phận dẫn điện với • Vật liệu cách điện máy điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, chống ẩm bền học Đối với chất cách điện bọc dây dẫn, độ bền vững nhiệt định nhiệt độ cho phép dây định tải • Chất cách điện có tính tốt lớp cách điện mỏng, giảm kích thước máy • Căn vào độ bền nhiệt, vật liệu cách điện chia làm cấp: Cấp cách điện Y A E B F H C Nhiệt độ làm việc cho phép,oC 90 105 120 130 155 180 >180 Vật liệu Sợi xenlulo, tơ không ngâm tẩm vật liệu cách điện lỏng Vật liệu cấp Y ngâm tẩm trong vật liệu điện lỏng Vài loại màng tổng hợp Amiăng, sợi thủy tinh có vật liệu liên kết tẩm hữu gốc mica Amiăng, vật liệu gốc mica, sợi thủy tinh có chất kết dính tẩm tổng hợp Giống cấp F vật liệu liên kết nhựa silic hữu Vật liệu vô túy khơng có chất kết dính hay tẩm • 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… có độ bền tốt, mềm, rẻ tiền dẫn nhiệt xấu, hút ẩm, cách điện kém, cần phải sấy tẩm để cải thiện tính • Ngồi cịn có chất cách điện thể khí (khơng khí, hydro) hay thể lỏng (dầu máy biến áp) 6.5.4 Vật liệu kết cấu: • Chế tạo chi tiết trục, ổ trục, nắp máy, vỏ máy…, thường dùng gang, thép, kim loại màu, hợp kim, vật liệu chất dẻo… CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6.6 Phát nóng làm mát máy điện Trong q trình máy điện làm việc có tổn hao cơng suất: • Tổn hao sắt từ tượng từ trễ dịng xốy thép • Tổn hao đồng điện trở dây quấn • Tổn hao ma sát máy điện quay Nhiệt làm nóng máy điện Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt môi trường xung quanh: phụ thuộc vào bề mặt làm mát máy, đối lưu khơng khí xung quanh môi trường làm mát khác Thường vỏ máy điện chế tạo có cánh tản nhiệt có hệ thống quạt gió để làm mát Kích thước máy, phương pháp làm mát phải tính tốn lựa chọn để 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 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 nhiệt độ cho phép, khơng cho phép q tải lâu dài 6.7 Phương pháp nghiên cứu máy điện Nghiên cứu tương vật lý xảy máy điện Lập mơ hình tốn máy điện: dựa vào định luật vật lý, viết hệ phương trình tốn biểu diễn q trình làm việc máy điện Từ mơ hình tốn thiết lập mơ hình mạch điện thay máy điện Từ mơ hình tốn mơ hình mạch tính tốn đặc tính nghiên cứu máy điện, khia thác sử dụng theo yêu cầu cụ thể CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... loại máy điện: Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện có phần quay Máy điện xoay chiều Máy điện Không đồng Máy biến áp Động không đồng CuuDuongThanCong.com Máy phát không đồng Máy điện chiều Máy điện. .. https://fb.com/tailieudientucntt S 6.3 Nguyên lý máy phát điện động điện Tính thuận nghịch máy điện: Máy điện có tính thuận nghịch, nghĩa làm việc chế độ máy phát điện động điện 6.3.1 Chế độ máy phát điện: Cho động sơ cấp... luật mạch từ, tính tốn mạch từ 6.4.1 Định luật mạch từ: Lõi thép máy điện mạch từ Mạch từ mạch từ khép kín để dẫn từ thơng Định luật tồn dịng điện: l  Hdl   i • i l Áp dụng cho mạch từ mạch