Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Máy điện: Phần 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm về máy biến áp; Tổ nối dây và mạch từ của Máy biến áp; Các quan hệ điện từ trong Máy biến áp; Máy biến áp làm việc ở tải xác lập đối xứng; Sức động của dây quấn máy điện xoay chiều;...
ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN Biên soạn : ThS NGUYỄN NGỌC TRUNG ThS PHẠM HỮU TẤN TP.HCM, NĂM 2013 (LƯU HÀNH NỘI BỘ) LỜI NÓI ĐẦU Nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy làm tài liệu tham khảo cho môn chuyên ngành Điện Trường Cao Đẳng Giao Thơng Vận Tải TP.HCM Cuốn sách đời làm giáo trình để giảng dạy cho học sinh học hệ Cao đẳng Trung cấp chuyên ngành điện ngành liên quan Nội dung sách trình “ Máy điện” bày chi tiết vấn đề dựa theo chương trình khung Bộ Giáo Dục Đào Tạo kết hợp với kiến thức nhằm nâng cao chất lượng đào tạo, đáp ứng với phát triển công nghệ đại Trong trình biên soạn, giáo trình số hạn chế sai sót Mong nhận đóng góp ý kiến để hoàn thiện Mọi đóng góp xin gửi về: Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử ,Trường Cao Đẳng Giao Thơng Vận Tải TP.HCM Tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trang Chương mở đầu : Khái niệm máy điện PHẦN 1: MÁY BIẾN ÁP ( 15 tiết) Chương : Khái niệm Máy biến áp 1.1 Đại cương 1.2 Cấu tạo 1.3 Nguyên lý làm việc máy biến áp 1.4 Các đại lượng định mức Chương : Tổ nối dây mạch từ Máy biến áp 2.1 Mạch từ Máy biến áp 2.2 Tổ nối dây Máy biến áp Chương : Các quan hệ điện từ Máy biến áp 3.1 Các phương trình 3.2 Mạch điện tương đương 3.3 Đồ thị vectơ 3.4 Cách xác định tham số Chương : Máy biến áp làm việc tải xác lập đối xứng 4.1 Giản đồ lượng 4.2 Độ thay đổi điện áp cách điều chỉnh điện áp 4.3 Hiệu suất 4.4 Máy biến áp làm việc song song 4.5 Máy biến áp đặc biệt 10 11 13 15 17 17 23 25 27 28 32 34 36 38 39 PHAÀN II : LÝ LUẬN CHUNG CỦA MÁY ĐIỆN QUAY (18 tiết ) Chương : Sức điện động máy điện quay 1.1 Sức điện động máy điện chiều 1.2 Sức điện động cảm ứng dây quấn máy điện xoay chiều 1.3 Các phương pháp cải thiện dạng sóng sức điện động Chương : Dây quấn phần ứng máy điện quay 2.1 Đại cương 2.2 Dây quấn pha có q số nguyên 2.3 Dây quấn pha có q phân số 2.4 Dây quấn pha 2.5 Dây quấn máy điện chiều 43 43 44 46 48 52 55 60 Chương : Sức động dây quấn máy điện xoay chiều 3.1 Đại cương 3.2 Sức điện động dây quấn pha 3.3 Sức điện động dây quấn pha PHẦN III : MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ( 18 tiết) Chương : Đại cương Máy điện không đồng 1.1 Cấu tạo 1.2 Nguyên lý làm việc 1.3 Các đại lượng định mức Chương : Các quan hệ điện từ máy điện không đồng 2.1 Máy điện không đồng làm việc rotor đứng yên 2.2 Máy điện không đồng làm việc rotor quay 2.3 Giản đồ lượng đồ thị vectơ máy điện không đồng 2.4 Biểu thức Moment điện từ máy điện không đồng 2.5 Các đường đặc tính động không đồng 2.6 Các trạng thái hãm Chương : Mở máy điều chỉnh tốc độ động không đồng 3.1 Quá trình mở máy động không đồng 3.2 Các phương pháp mở máy động không đồng 3.3 Điều chỉnh tốc độ động không đồng Chương : Động không đồng pha 4.1 Khái qt 4.2 Ngun lý làm việc 4.3 Phương pháp mở máy loại động không đồng pha 4.4 Sử dụng động không đồng ba pha vào lưới điện pha PHẦN IV : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ( 12 tiết ) Chương : Đại cương máy điện đồng 1.1 Định nghĩa cơng dụng 1.2 Phân loại cấu tạo máy điện đồng 1.3 Các trị số định mức máy điện đồng 1.4 Nguyên lý làm việc máy điện đồng Chương : Từ trường máy điện đồng 2.1 Đại cương 2.2 Từ trường dây quấn kích từ 2.3 Từ trường phần ứng Chương : Quan hệ điện từ máy điện đồng 3.1 Đại cương 3.2 Phương trình điện áp đồ thị vectơ máy điện đồng 3.3 Cân lượng máy điện đồng 3.4 Các đặc tính góc máy điện đồng 65 65 66 69 72 73 76 79 82 83 84 85 90 91 93 97 97 98 103 103 105 106 108 108 109 111 111 113 114 Chương : Máy phát điện đồng làm việc tải xác lập đối xứng 4.1 Đại cương 4.2 Các đặc tính máy phát điện đồng 4.3 Tổn hao hiệu suất máy điện đồng Chương : Máy phát điện đồng làm việc song song 5.1 Đại cương 5.2 Ghép máy phát điện đồng làm việc song song 5.3 Điều chỉnh công suất tác dụng công suất phản kháng máy phát đồng Chương : Động máy bù đồng 6.1 Động điện đồng 6.2 Máy bù đồng 116 116 117 119 119 120 123 126 PHẦN V : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ( 12 tiết ) Chương : Đại cương máy điện chiều 1.1 Khái qt 1.2 Cấu tạo máy điện chiều 1.3 Nguyên lý làm việc máy điện chiều 1.3 Các trị số định mức Chương : Quan hệ điện từ máy điện chiều 2.1 Môment công suất điện từ 2.2 Quá trình lượng phương trình cân 2.3 Tính chất thuận nghịch máy điện chiều Chương : Từ trường lúc có tải 3.1 Đại cương 3.2 Từ trường phần ứng 3.3 Phản ứng phần ứng máy điện chiều 3.4 Từ trường cực từ phụ 3.5 Từ trường dây quấn bù 3.6 Đổi chiều dòng điện 3.7 Các phương pháp cải thiện đổi chiều 3.8 Tia lửa điện cổ góp biện pháp khắc phục Chương : Máy phát điện chiều 4.1 Đại cương 4.2 Các đặc tính máy phát điện chiều Chương : Động điện chiều 5.1 Đại cương 5.2 Mở máy động điện chiều 5.3 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều Tài liệu tham khảo 127 127 129 131 132 133 135 136 136 137 139 139 140 144 145 147 147 151 151 152 Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện PHẦN MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN I ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI Định nghóa Việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên có biến đổi lượng, từ dạng sang dạng khác Các máy thực biến đổi thành điện biến đổi ngược lại gọi máy điện Máy điện dùng để biến đổi thành điện gọi “máy phát” Máy điện dùng để biến đổi ngược lại gọi “động cơ” Các máy điện có tính thuận nghịch, nghóa biến đổi lượng theo hai chiều Nếu đưa vào phần quay máy điện, làm việc chế độ máy phát điện Nếu đưa điện vào máy phần quay sinh công học Máy điện hệ điện từ gồm mạch từ mạch điện liên quan với Mạch từ gồm phận dẫn từ vật liệu từ khe không khí không từ tính tách biệt chúng với Sự biến đổi lượng – điện máy điện dựa tượng cảm ứng điện từ Các máy điện hoạt động dựa sở định luật cảm ứng điện từ gọi máy kiểu cảm ứng Máy điện máy thường gặp nhiều ngành kinh tế công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải … dụng cụ sinh hoạt gia đình Phân loại Máy điện có nhiều loại phân theo nhiều cách khác nhau, ví dụ phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo loại dòng điện (xoay chiều, chiều), theo nguyên lý làm việc v.v Trong giáo trình ta phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi lượng sau: a) Máy điện tĩnh: BA U1, l1, f U2 , l , f Hình 1: Nguyên lý máy biến áp -1- Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Máy điện tónh thường gặp máy biến áp Máy điện tónh làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ biến thiên từ thông cuộn dây chuyển động tương Máy điện tónh thường dùng để biến đổi thông số điện Do tính chất thuận nghịch quy luật cảm ứng điện từ, trình biến biến đổi co ùtính thuận nghịch, ví dụ máy biến áp biến đổi điện có thông số: U 1, I1, f, U2, I2, f, thành hệ thống điện U1, I1, f, U, f b) Máy điện quay: M Pđiện Pcơ Hình 2: Ngun lý máy điện quay Nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, từ trường dòng điện cuộn dây có chuyển động tương gây Loại máy điện thường dùng để biến đổi dạng lượng, ví dụ biến đổi điện thành (động điện) biến đổi thành điện (máy phát điện) Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch, nghóa máy điện làm việc chế độ máy phát điện động điện Máy điện Máy điện tónh Máy điện quay Máy điện xoay chiều Máy không đồng Máy biến áp Động không đồng Máy phát không đồng Máy điện chiều Máy đồng Động đồng -2- Máy phát đồng Động chiều Máy phát chiều Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện II CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN Nguyên lý làm việc tất máy điện dựa sở hai định luật cảm ứng điện từ lực điện từ Định luật cảm ứng điện từ a) Trường hợp từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn, 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, sức điện động cảm ứng vòng dây, viết theo công thức Mácxoen sau: e e K-4 Hình 3: Cảm ứng điện từ vịng dây d dt (K-1) Dấu hình chiều từ vào giấy Nếu cuộn dây có w vòng, sức điện động cảm ứng cuộn dây là: e wd d dt dt (K.2) Trong đó: = w gọi từ thông móc vòng cuộn dây Trong công thức (K.1), (K.2) từ thông đo Wb (vebe), sức điện động đo V b) Trường hợp dẫn chuyển động từ trường Hình 4: Cảm ứng điện từ dẫn -3- Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Khi dẫn chuyển động thẳng vuông góc với đường sức từ trường (đó trường hợp thường gặp máy phát điện), dẫn cảm ứng sức điện động e, có trị số là: e = B.l.v (K.3) Trong đó: B - từ cảm đo T(tesla) l - chiều dài hiệu dụng dẫn (phần dẫn nằm từ trường) đo m v- tốc độ dẫn đo m/s Chiều sức điện động cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình K-5) Định luật lực điện từ Hình 5: Lực điện từ Khi dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường (đó trường hợp thường gặp động điện), dẫn chịu lực điện từ tác dụng vuông góc có trị số là: Fđt = B.i.l (K.4) Trong đó:B- từ cảm đo T i- dòng điện đo A (ampe) l- chiều dài hiệu dụng dẫn đo m (mét) Fđt – lực điện từ đo N (niutơn) Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Định luật lực điện từ Lỏi thép máy điện mạch từ Mạch từ mạch khép kín dùng để dẫn từ thơng Định luật dịng điện tồn phần H.dl i → H.l = w.i H: cường độ từ trường mạch từ đo A/m L: chiều dài trung bình mạch từ (m) -4- Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giaùo Trình Máy Điện W: số vịng dây cuộn dây I: tạo từ thông mạch từ gọi dịng điện từ hóa l \ l w.i: gọi sức từ động H.l: gọi từ áp rơi i w inh 6: Cuộn dây mạch từ - Đối với mạch từ gồm nhiều cuộn dây nhiều đoạn khác H1.l1+H2.l2 = W1i1-W2I2 l1, S1 H1,H2: tương ứng cường độ từ trường đoạn 1,2 i L1, L2: chiều dài trung bình đoạn 1,2 W1.i1, W2.i2: sức từ động dây quấn 1,2 l2, S2 W1 Dấu – trước w2.i2 chiều i2 khơng phù hợp với chiều từ thơng chọn theo quy tắc vặn nút chai n H k 1 W2 n K l k Wl il l 1 i2 inh 7: Mạch từ hai cuộn dây Trong dịng điện il có chiều phù hợp với chiều Φ chọn theo quy tắc vặn nút chai mang dấu dương, không phù hợp mang dấu âm III NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA MÁY ĐIỆN Máy điện có tính thuận nghịch, nghóa làm việc chế độ máy phát điện động điện 1) Chế độ máy phát điện -5- ... liệu tham khảo 12 7 12 7 12 9 13 1 13 2 13 3 13 5 13 6 13 6 13 7 13 9 13 9 14 0 14 4 14 5 14 7 14 7 15 1 15 1 15 2 Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giaùo Trình Máy Điện PHẦN MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN I ĐỊNH... đồng 6 .1 Động điện đồng 6.2 Máy bù đồng 11 6 11 6 11 7 11 9 11 9 12 0 12 3 12 6 PHẦN V : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ( 12 tiết ) Chương : Đại cương máy điện chiều 1. 1 Khái qt 1. 2 Cấu tạo máy điện chiều 1. 3 Nguyên... 97 97 98 10 3 10 3 10 5 10 6 10 8 10 8 10 9 11 1 11 1 11 3 11 4 Chương : Máy phát điện đồng làm việc tải xác lập đối xứng 4 .1 Đại cương 4.2 Các đặc tính máy phát điện đồng 4.3 Tổn hao hiệu suất máy điện