Giáo trình Máy điện 1 (Ngành Điện công nghiệp)

UBND THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÕNG GIÁO TRÌNH Mơn học/ Mơ đun: Máy điện NGHỀ:ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Hải Phịng, 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI NÓI ĐẦU Việc tổ chức biên soạn giáo trình phục vụ cho việc đào tạo nghề Điện Công nghiệp nhiệm vụ quan trọng trường Cao đẳng Cơng nghiệp Hải Phịng Chính lẽ Khoa Điện có nhiều cố gắng để biên soạn giáo trình mơn học/modul nghề phục vụ cho việc đào tạo nghề Nhằm đáp ứng yêu cầu dạy Giáo viên học Học sinh – Sinh viên trường Sau thời gian nổ lực tập thể giảng viên mơn, lãnh đạo khoa nhận xét, góp ý, chỉnh sửa, đến Giáo trình “MÁY ĐIỆN” hồn thành Nội dung Giáo trình biên soạn, xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với kiến thức, công nghệ mới, nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo, tương xứng với cấp trình độ gắn với nhu cầu người học Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới, đề cập nội dung bản, cốt yếu theo tính chất ngành nghề đào tạo cho phù hợp theo qui định chương trình khung đào tạo nghề Bộ Lao động Thương binh Xã hội Tổng cục Giáo dục Nghề nghiệp Nội dung giáo trình biên soạn gồm: Bài 1: Khái niệm chung máy điện Bài 2: Máy biến áp Bài 3: Máy điện không đồng Bài 4: Máy điện đồng Bài 5: Máy điện chiều Mặc dù có nhiều cố gắng việc biên soạn, song chắn khơng thể tránh khỏi khiếm khuyết Vì vậy, mong nhận đóng góp ý kiến đồng nghiệp trường để lần tái sau hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Tổ môn GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Tên mơn học/mơ đun: MÁY ĐIỆN Mã mơn học/mơ đun: MĐĐCN 17 Vị trí, ý nghĩa, vai trị mơ đun: - Mơ đun học sau mơn học An tồn lao động, Mạch điện mô đun Đo lường điện - Là môn học chuyên ngành thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc - Trang bị cho Sinh viên kiến thức máy biến áp, động cơ, máy phát điện Mục tiêu mô đun: Sau hồn tất mơ đun này, học viên có lực: - Phân tích cấu tạo, nguyên lý loại máy điện thông dụng như: máy biến áp, động cơ, máy phát điện - Kết nối mạch, vận hành máy điện - Tính tốn thơng số kỹ thuật máy điện Nội dung mơ đun: Bài 01: Khái niệm chung máy điện Bài 02: Máy biến áp Bài 03: Máy điện không đồng Bài 04: Máy điện đồng Bài 05: Máy điện chiều BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN MÃ BÀI: MĐĐCN17-1 Mục tiêu: - Phân tích sơ đồ phân loại máy điện - Trình bày nguyên tắc máy phát điện, động điện Tính thuận nghịch máy điện quay - Trình bày vật liệu chế tạo máy điện - Phân tích q trình phát nóng làm mát động Nội dung: ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 1.1 Định nghĩa Máy điện thiết bị điện, nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại điện thành (động điện), dùng để biến đổi điện áp lưới điện cấp điện áp sang cấp điện áp khác tần số, 1.2 Phân loại máy điện Máy điện có nhiều loại có nhiều cách phân loại khác theo nhiệm vụ, tính chất sau: - Theo chuyển động phận bên máy điện + Máy điện tĩnh : máy điện khơng có phận chuyển động học (Máy biến áp) + Máy điện quay : máy điện có phận chuyển động học (Máy phát, động - Theo tính chất dịng điện + Máy điện chiều : máy điện sử dụng lưới điện chiều + Máy điện xoay chiều : máy điện sử dụng lưới điện xoay chiều - Theo tốc độ chuyển động máy điện quay + Máy điện đồng : máy điện có tốc độ rotor tốc độ từ trường + Máy điện không đồng : máy điện có tốc độ rotor khác tốc độ từ trường Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp: Hình 1-1 Sơ đồ phân lại máy điện NGUYÊN TẮC MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ 2.1 Nguyên tắc máy phát điện: Máy phát điện máy điện biến đổi thành điện Máy phát điện đơn giản gồm hai phần: Phần tĩnh (còn gọi stato) hai cực nam châm (N – S) Hình 1-2 Nguyên tắc làm việc máy phát điện Phần động (còn gọi rơto) lõi thép trịn, có đặt khung dây Khe hở stato rôto nhỏ đều, để từ trường khe hở dây dẫn ln cắt vng góc với đường sức quay (hình 1-2) Khi rơto quay dây dẫn cắt qua đường sức, tạo s.đ.đ E lấy hai vành đồng tiếp xúc A, B, nhờ chổi than A’, B’ Nếu mạch nối đến tải có điện trở R, có dịng điện I qua mạch: E I r0  R Ở r0 điện trở khung dây, điện trở máy phát điện Dòng điện I nằm từ trường B chịu tác dụng F có trị số: F = BlI Chiều lực F xác định theo quy tắc bàn tay trái, có tác dụng hãm chuyển động cuả rơto (hình 1-2) Như dịng điện cảm ứng có chiều cho có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh (ở quay rôto từ trường) Để dây dẫn quay với tốc độ v, rơto cần có mơ men (gọi mô men sơ cấp) động sơ cấp kéo (như tua-bin hơi, tua bin nước v.v…) rơto tiêu thụ cơng suất cơ: Pcơ = F v = BlI V = Blv.I Biết Blv = E s.đ.đ cảm ứng vậy: Pcơ = EI = Pđiện Kết dây dẫn chuyển động từ trường có tác dụng biến cơng suất động sơ cấp thành công suất điện cung cấp cho phụ tải Phương trình cân sđđ: E = Ir0 + IR = U0 + U Nhân hai vế với I ta có: Pđiện = EI = U0I+ UI = P0 + P P cơng suất phụ tải, cịn P0 tổn thất đồng máy phát điện 2.2 Nguyên tắc động điện Động điện máy điện biến đổi điện thành Động điện đơn giản có cấu tạo tương tự máy phát điện (hình 1-3) Khác máy phát điện động máy phát điện ta dùng động sơ cấp kéo cho rôto chạy nhận nguồn điện từ hai đầu cuộn dây, động ta đấu cuộn dây vào nguồn điện để làm quay rôto, kéo máy sản xuất khác(máy công tác) Khi cho dòng điện I vào khung dây, từ trường tác dụng lực F lên cạnh khung dây Chiều lực F xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1-3) Các lực F tạo thành mô men quay làm quay rôto Trị số lực F: F = BlI Khi rôto quay, dây dẫn cắt qua đường sức, cảm ứng sinh s.đ.đ E có trị số là: E = Blv Hình 1-3 Nguyên tắc làm việc động điện Chiều E ngược với chiều dòng điện (xác định theo quy tắc bàn tay phải) Gọi điện áp nguồn đặt vào động U, dòng điện mạch là: UE r0 Từ đó: U = Ir0 + E Nhân hai vế với I thay vào biểu thức ta có: UI  I r0  Blv I  I r0  Fv Biết UI = Pđiện công suất điện nguồn cung cấp I2r0 = U0I = P0 công suất tổn hao cuộn dây động Fv = Pcơ cơng suất trục động Từ đó: Pđiện = Pcơ + P0 Nghĩa là: Dây dẫn mang dịng điện đặt từ trườngđã nhân cơng suất điện nguồn biến thành cơng suất Đó ngun tắc động điện Trên hình 1-3 ta thấy s.đ.đ cảm ứng E ngược chiều với I, tức chiều s.đ.đ cảm ứng có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh (ở chống lại dịng điện I, ngun nhân làm rơto quay, sinh s.đ.đ E) 2.3 Tính thuận nghịch máy điện quay: Qua nguyên tắc làm việc ta thấy, máy điện quay (thanh dẫn đặt từ trường nam châm (N – S), tuỳ theo lượng đưa vào máy điện hay điện năng, máy điện làm việc chế độ máy phát điện hay động điện Đây tính thuận nghịch máy điện quay Mọi loại máy điện quay có tính thuận nghịch.(Dùng làm máy phát điện hoăc động điện) VẬT LIỆU CHÍNH CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN Vật liệu chế tạo máy điện gồm liệu cấu trúc, vật liệu tác dụng vật liệu cách điện Vật liệu cấu trúc vật liệu để chế tạo chi tiết chịu tác động học trục, ổ trục, thân máy, nắp Vật liệu tác dụng vật liệu dùng để chế tạo phận dẫn điện từ Còn vật liệu cách điện dùng để cách điện phần dẫn điện với không dẫn điện phần dẫn điện với 3.1 Vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện để chế tạo máy điện tốt đồng chúng khơng đắt có điện trở suất nhỏ Ngồi cịn dùng nhơm hợp kim khác đồng thau, đồng phốt Dây đồng dây nhơm chế tạo theo tiết điện trịn tiết diện chữ nhật có bọc cách điện Với máy có cơng suất nhỏ trung bình, điện áp 1000V thường dùng dây dẫn bọc emay lớp cách điện mỏng đạt độ bền yêu cầu 3.2 Vật liệu dẫn từ Vật liệu dẫn từ máy điện vật liệu sắt từ thép kỹ thuật điện, gang, thép đúc, thép rèn Ở phần dẫn từ có từ thơng biến đổi với tần số 50Hz thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,35 - 1mm, thành phần thép có từ - 5% silíc để tăng I điện trở thép, giảm dịng điện xốy Thép kỹ thuật điện chế tạo phương pháp cán nóng cán nguội Hiện thường dùng thép cán nguội để chế tạo máy điện thép cán nguội có độ từ thẩm cao suất tổn hao nhỏ thép cán nóng Hình 1-4 Đƣờng cong từ hố số vật liệu từ Trên hình 1.4 trình bày đường cong từ hoá số vật liệu dẫn từ khác Cùng dịng điện kích từ, ta thấy thép kỹ thuật điện có từ cảm lớn nhất, sau thép đúc cuối gang phần dẫn từ có từ thơng khơng đổi thường dùng thép đúc, thép rèn, thép 3.3 Vật liệu cách điện Vật liệu cách điện máy điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm bền học Cách điện bọc dây dẫn chịu nhiệt độ cao nhiệt độ cho phép dây dẫn lớn dây dẫn chịu dòng tải lớn Chất cách điện máy điện phần lớn thể rắn gồm có nhóm: Chất hữu thiên nhiên giấy, lụa Chất vô amiăng, mica, sợi thủy tinh Các chất tổng hợp Các loại men sơn cách điện Chất cách điện tốt mica đắt Giấy, vải, sợi rẻ dẫn nhiệt cách điện kém, dễ bị ẩm Vì chúng phải tẩm sấy để cách điện tốt Theo tiêu chuẩn Việt nam (TCVN) nhiệt độ mơi trường Việt nam 40 oC cịn máy điện ta lấy bình quân Hiện ta thường dùng vật liệu cách điện thuộc cấp A, E, B Căn độ bền nhiệt, nhiệt độ cho phép liệu cách điện cấp A, E, B sau: - Cấp A : Nhiệt độ cho phép 1050C, bao gồm vải sợi xenlulô, sợi tự nhiên nhân tạo qua tẩm sấy sơn cách điện - Cấp E : Nhiệt độ cho phép 1200C, bao gồm màng vải, sợi tổng hợp gốc hữu chịu nhiệt độ tương ứng - Cấp B : Nhiệt độ cho phép 1300C, bao gồm vật liệu gốc mica, sợi thủy tinh amiăng liện kết sơn nhựa gốc hữu chịu nhiệt độ tương ứng Ngồi cịn có chất cách điện thể khí (khơng khí) thể lỏng (dầu biến áp) Khi máy điện làm việc, tác động nhiệt độ, chấn động tác động lý hóa khác cách điện bị lão hóa nghĩa dần tính bền điện Thực nghiệm cho biết, nhiệt độ tăng nhiệt độ làm việc cho phép 10% tuổi thọ vật liệu cách điện giảm nửa PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN Trong q trình biến đổi lượng ln có tổn hao Tổn hao máy điện gồm tổn hao sắt từ (do tượng từ trễ dòng xoáy) thép, tổn hao đồng dây quấn tổn hao ma sát (ở máy điện quay) Tất tổn hao lượng biến thành nhiệt làm cho máy điện nóng lên Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt mơi trường xung quanh Sự tản nhiệt phụ thuộc vào bề mặt làm mát máy mà phụ thuộc vào đối lưu khơng khí xung quanh môi 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, tuổi thọ máy khoảng 20 năm Khi máy điện làm việc chế độ định mức, độ tăng thiệt phần tử không vượt độ tăng nhiệt cho phép Khi máy tải độ tăng nhiệt máy vượt nhiệt độ cho phép, không cho phép máy làm việc tải lâu dài Bài tập: 1, Định nghĩa máy điện, cách phân loại 2, Trình bày nguyên tắc máy phát động điện Hình 5-3 Q trình đổi chiều dịng điện bối dây qua chổi than Iư / = - iư ; iư dòng điện mạch nhánh Khi chổi than nằm hai góp – (hình 5-3b) dịng điện qua bối (7’ – 3”) không, bối dây bị ngắn mạch Khi chổi than nằm hồn tồn góp 7, bối 7’ – 3” chuyển sang mạch rẽ phía phải dòng điện Iư / từ cạnh 7’ sang cạnh 3” nên có giá trị dương + Iư / = + iư Như bối dây chuyển qua vị trí chổi than, bị nối tắt dòng điện bối biến thiên từ – iư đến + iư Do biến đổi dòng diện bối xuất s.đ.đ từ cảm e L tỷ lệ với tốc độ biến thiên dòng điện, chiều xác định theo định luật Lenxơ  ib 2i eL   Lb   Ib Tdc t Lb hệ số từ cảm bối,  ib tốc độ biến thiên dòng điện bối t Tdc thời gian bối qua chổi than gọi chu kỳ đổi chiều Vì bối bị ngắn mạch, nên bối xuất dòng điện tự cảm iL eL iL  rb  rtx  rct với rb điện trở bối dây, rtx điện trở tiếp xúc chổi than cổ góp, rct điện trở chổi than Khi khỏi chổi than, bối dây bị hở mạch đột ngột (hình 5-3c) dịng điện iL bị ngắt đột ngột, lượng từ cảm phát phía sau tạo thành tia lửa phía sau chổi than Đó ngun nhân tia lửa đổi chiều dòng điện gây Nếu máy điện có đặt cực phụ bối vào khu vực đổi chiều, cắt qua từ trường cực phụ, sinh sức điện động cảm ứng e b gọi s.đ.đ bù Dùng quy tắc xác định chiều ta thấy eb ngược chiều với e L, khử tác dụng e L Vì từ trường cực phụ tỷ kệ với Iư nên eb tỷ lệ với Iư Từ công thức ta thâys.đ.đ tự cảm e L tỷ lệ với dòng điện phần ứng Iư Như cách tính tốn thích hợp eb bù hoàn 111 toàn eL nhờ khắc phục dược tượng gây tia lửa q trình đổi chiều Ta thấy cực từ phụ ngồi việc chống phản ứng phần ứng làm nhiệm vụ cải thiện đổi chiều Nếu máy khơng có cực phụ, ta thực di chổi than để cải thiện đổi chiều hình 5-4 Từ vị trí cực phụ ta suy quy tắc di chổi than sau Đối với máy phát điện di chổi than theo chiều quay góc , cịn động điện di chổi than ngược chiều quay góc  so với bối nằm đường trung tính hình học Với cách di này, bối đổi chiều nằm từ trường cực nên xuất eb tương tụ có cực phụ Tuy nhiên từ coi thay đổi theo tải, nên tải thay đổi e L thay đổi ta phải thay đổi góc di  để eb thay đổi để bù hết e L Đó nhược điểm việc di chổi than Cần ý nói di chổi than khỏi bối nằm trung tính hình học, tức di chổi than khỏi vị trí trục cực a) Máy phát điện b) Động điện Hình 5-4 Phƣơng pháp di chổi than để cải thiện đổi chiều 5.3 Xử lý có tia lửa: Khi cổ góp có tia lửa nhẹ cần tìm nguyên nhân khắc phục Nguyên nhân tia lửa xảy vận hành chủ yếu tiếp xúc xấu Chỉ sau xác định chắn tiếp xúc tốt, ta tính đến nguyên nhân điện từ Khi xuất tia lửa mạnh có nguy thành vòng lửa cần ngừng máy để sửa chữa MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 6.1 Máy phát điện kích từ độc lập Nguồn kích từ nguồn chiều cung cấp (ác quy) Sơ đồ nguyên lý hình 5-5 112 Hình 5-5 Máy phát điện kích từ độc lập Tương tự máy phát điện đồng bộ, đặc tính làm việc máy phát chiều kích từ độc lập xác đinh đặc tính khơng tải U = Eư = f(Ikt) Đặc tính khơng tải đặc tính luyện từ máy có dạng (hình 5-5 b) Do cực từ có dư nên tương ứng có Edư (khoảng ÷ 5%Uđm) nên đặc tính có điểm xuất phát Edư Điện áp định mức máy lấy đặc tính đạt bắt đầu bảo hòa từ Nhằm cho phép điều chỉnh điện áp máy Đặc tính ngồi U = f(I) với n = số Đặc tính có dạng (hình 5-5 c) Khi I tăng, điện áp U cực máy giảm có sụt áp R phản ứng phần ứng làm giảm 0 Để đánh giá điện áp không tải so với định mức người ta dùng khái niệm biến thiên điện áp, ký hiệu U U  U  U đm  U  U đm 100 U đm U lớn biến thiên điện áp lớn Đặc tính điều chỉnh Ikt = f(I) với n = số; U = Uđm Đặc tính có dạng (hình 5-5d) Khi I tăng, điện áp U cực máy giảm Để giữ U cực máy Uđm ta phải điều chỉnh (tăng) Ikt Vậy dòng điện tải thay đổi điện áp cực máy thay đổi ta phải điều chỉnh dịng điện kích từ để giữ cho U = U đm 6.2 Máy phát điện tự kích từ a Q trình điều kiện tự kích từ: Khi mở máy cực từ có từ dư nên phần ứng có s.đ.đ Edư S.đ.đ cung cấp dịng điện kích từ qua cuộn kích từ tạo từ thông 0 chiều với dư làm cho s.đ.đ phần ứng tăng lên Tiếp dịng kích từ tăng làm tăng 0 Q trình tiếp diễn cực t bão hồ,  tăng chậm làm Ikt khơng tăng Q trình từ kích kết thúc s.đ.đ phần ứng đạt trị số cần thiết phụ thuộc trị số điện trở kích từ Điều kiện để máy tự kích từ là: - Máy phải có từ dư dư Trường hợp từ dư máy sử dụng lần đầu, ta phải mồi từ nguồn ngoài, tiện dùng ăcquy, quẹt hai đầu cực 113 ăcquy vào hai đầu cực tên cuộn kích từ Nếu làm ngược s.đ.đ khơng có ta bỏ nguồn kích từ - Dịng kích từ phải tạo 0 chiều với dư ngược chiều khử Edư Ikt = Q trình từ kích từ tự kết thúc U0 = - Điện trở mạch kích từ khơng lớn q để dịng Ikt đủ tăng Từ thông 0 mức độ xảy q trình tự kích từ Nếu R kt qua lớn, làm cho Ikt nhỏ đến mức khơng đủ để kích từ làm cho 0 tăng máy không tự kích từ được, giá trị lớn điện trở mạch kích từ gọi điện trở tới hạn R th b Máy phát tự kích song song Hình 5-7 Đặc tính ngồi máy phát song song so với máy phát độc lập máy phát song song máy phát độc lập Hình 5-6 Máy phát song song Sơ đồ nguyên lý máy phát tự kích song song hình 5-6 đặc tính ngồi hinh 5-7 Cách lập đặc tính máy phát điện song song tương tự mát phát độc lập Đặc tính khơng tải máy song song tương tự máy độc lập Chỉ ý là, chiều dịng điện kích từ khơng thể đổi ngược (điều kiện từ kích từ) nên đặc tính khơng tải máy song song có nhánh phía dương Trong máy độc lập ta lấy hai phía âm dương Đặc tính ngồi máy phát song song đốc máy độc lập (hình 5-7) Đó sụt áp máy song song hai nguyên nhân điện trở r phản ứng phần ứng nguyên nhân thứ ba dịng điện kích từ bị giảm điện áp giảm (khi tải tăng) biến thiên điện áp máy song song lớn Nếu vẽ đặc tính điều chỉnh máy song song ta thấy dốc máy độc lập c Máy phát tự kích nối tiếp Hình 5-8 vẽ sơ đồ máy phát điện tự kích từ nối tiếp Cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng nên dịng kích từ dòng điện tải Ikt = Iư = I 114 Hình 5-9 Đặc tính ngồi máy phát nối tiếp Hình 5-8 Sơ đồ máy phát nối tiếp Khi không tải Ikt = I = nên U0 = Edư nên máy phát điện nối tiếp khơng lấy đặc tính khơng tải Khi tải tăng, dịng lích từ tăng nên s.đ.đ Eư điện áp U tăng theo đặc tính ngồi có dạng hình 5-9 Ta thấy điện áp biến đổi nhiều theo phụ tải nên máy không dùng thực tế d Máy phát tự kích hỗn hợp Hình 5-10 sơ đồ máy phát điện hỗn hợp Ngồi cuộn song song, cịn có cuộn kích từ nối tiếp chiều với cuộn song song, ta có máy hỗn hợp kích từ dương Cịn cuộn nối tiếp ngược chiều với cuộn song song ta có máy hỗn hợp kích từ âm Đặc tính không tải máy hỗn hợp giống máy song song, lúc dịng kích từ qua cuộn nối tiếp khơng máy kích từ dương, tải tăng từ thơng cuộn nối tiếp tăng theo có tác dụng bù lại điện áp giảm nên điện áp trì khơng đổi, đặc tính ngồi có dạng gần nằm ngang (hình 5-11 đường 1) Như cuộn nối tiếp có tác dụng điều chỉnh điện áp gọi kích từ bổ sung Ở máy kích từ âm, tải tăng từ thông cuộn nối tiếp giảm làm giảm từ thông tổng, điện áp giảm nhanh, đặc tính ngồi dốc (hình 5-11 đường 2), máy phát điện cần hạn chế dòng điện ngắn mạch người ta dùng kiểu kích từ 115 Hình 5-11 Đặc tính ngồi máy phát hỗn hợp Hình 5-10 Máy phát hỗn hợp Kích từ dương Kích từ âm ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Nếu ta cho dòng điện từ mạng điện chiều vào máy điện chiều mơmen điện từ trở thành mơmen quay, quay rôto chạy với tốc độ n trở thành động điện Rôto động nối với máy công tác có mơmen cản M kéo máy cơng tác quay theo phương trình cân có dạng M = M2 + M0 Rôto quay quét qua từ thông phần cảm sinh sức phản điẹn E Phương trình cân s.đ.đ có dạng: U = Eư + Iư rư Cũng máy phát điện, động điện chiều loại kích từ song song, nối tiếp, hỗn hợp 7.1 Chiều quay động chiều Chiều quay động chiều tên cực từ chièu quay dòng điện hần ứng định Hình 5-12 trình bày cách xác định chiều lực điện từ, từ suy chiều mơmen điện từ, đồng thời chiều quay rôto (quy tắc bàn tay trái) Hình 5-12 Xác định chiều quay động chiều 116 Như muốn đổi chiều quay động cơ, ta đổi chiều dịng điện kích từ đổi chiều dòng điện phần ứng Nếu đổi chiều hai dịng điện chiều quay đơng không đổi Như xét, giữ nguyên chiều dịng điện tên cực từ, rơto đơng quay ngược chiều so với máy phát 7.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ: Ta có Eư = U – Iư Rư CE n = U – Iư Rư n U  I - RCE  Rư điện trở mạch phần ứng Từ ta thấy, động chiều thực phương pháp điều chỉnh tốc độ sau: Thay đổi điện áp nguồn điện U, tốc độ thay đổi chiều, tức U tăng n tăng; U giảm n giảm Phương pháp có ưu điểm điều chỉnh trơn, phạm vi rộng, không tổn hao lượng Nhưng có nhược điểm địi hỏi phải có nguồn điện riêng cung cấp cho động Vì áp dụng hệ truyền động đặc biệt (như hệ máy phát - động cơ, nắn điện động cơ) Thay đổi từ thông  cách thay đổi dịng điện kích từ tốc độ thay đổi ngược chiều Tức  tăng n giảm;  giảm n tăng Phương pháp cho phép điều chỉnh trơn rộng, cách thực đơn giản (dùng biến trở kích từ mạch kích từ song song biến trở phân nhánh mạch kích từ nối tiếp) Nói chung cơng suất mạch kích từ nhỏ (khoảng – 5% công suất động cơ) nên phương pháp gây tổn hao không đáng kể Vì sử dụng rộng rãi Thay đổi điện trở mạch phần ứng, tốc độ thay đổi ngược chiều R tăng n giảm; Rư giảm n tăng Muốn ta mắc nối tiếp với mạch phần ứng biến trở tương tự biến trở mở máy Từ R = rư + rmm (rư điện trở dây quấn phần ứng) Cần ý điện trở mở máy đồng thời dùng làm biến trở điều chỉnh tốc độ phải chọn lọc loại làm việc dài hạn với dòng điện định mức (biến trở mở máy loại làm việc ngắn hạn) dùng mở máy sau loại khỏi mạch để chống tổn hao Phương pháp có ưu điểm điều chỉnh trơn, dễ thực Tuy nhiên dòng điện phần ứng lớn nên biến trở điều chỉnh cồng kềnh, tiêu tốn điện năng, không kinh tế 7.3 Mở máy động cơ: Dòng điện phần ứng: I-  U  E- U  C E n  rr- Khi mở máy n = nên dòng điện phần ứng lúc mở máy có trị số lớn Imm  U  10  20 I d m r- 117 Trị số gấp 10 đến 20 lần Iđm, nên nguy hiểm Vì nói chung động điện chiều cần mở máy qua biến trở để hạn chế Imm Hình 5-13 vẽ sơ đồ mạch điện động kích từ song song có biến trở mở máy (r mm) Khi có biến trở dịng điện mở máy là: Imm  U r-  rm m Điều kiện để chọn rmm đảm bảo bội số Imm kmm = Imm / Iđm vào khoảng hai lần Ví dụ: Động song song có Uđm = 220 V, Iđm = 50A; rư = 0,212  Xác định dòng điện mở máy trực tiếp điện trở mở máy để kmm = Giải: Dòng điện mở máy trực tiếp là: Imm  220 U   1040 A 0,212 r- tức gấp 1040/50 21 lần Iđm Hình 5-13 Sơ đồ mở máy động song song Muốn kmm = dịng điện mở máy là: I’mm = 2Iđm = 50 = 100 A Vậy rư + rmm = U/ I’đm = 220/ 100 = 2,2 Ω Vậy điện trở mở máy là: rmm = 2,2 – rư suy rmm = 1,988 Ω Mômen mở máy là: Mmm = CM Imm = CM kmm Iđm Để có mơmen mở máy lớn, ta cần tạo dịng kích từ lớn để từ thông  lớn Tức mở máy, biến trở kích từ có cần đê vị trí có trị số bé Đối với động song song, từ thông  không đổi trình mở máy, nên mơmen mở máy tỷ lệ với dịng điện mở máy gấp kmm lần mơmen định mức VẬN HÀNH MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 8.1 Vận hành máy phát điện chiều a Thao tác theo dõi máy lúc làm việc - Muốn mở máy phát, ta khởi động động sơ cấp để quay Rơto lên tốc độ định mức, sau điều chỉnh biến trở kích từ để đưa dịng điện kích từ vào phần cảm để điện áp cực máy phát định mức Khi ta đóng cầu dao mạch ngồi để cung cấp dịng điện cho phụ tải (xem sơ đồ nguyên lý máy phát điện mục ) 118 - Trường hợp máy phát điện làm việc song song ta thực hòa máy tăng dần dịng điện kích từ, mơmen sơ cấp để máy phát tăng dần công suất phát cung cấp cho hệ thống Khi dừng máy ta cần chuyển hết công suất máy cho hệ thống cắt cầu dao mạch ngồi, giảm dần dịng điện kích từ sau dừng động sơ cấp Trong q trình máy làm việc cần theo dõi tiếng kêu, nhiệt độ, điện áp dòng điện nằm định mức Cần đặc biệt theo dõi tình trạng làm việc cổ góp, chổi than b Các tình trạng khơng bình thường cố Trong trình vận hành máy phát điện gặp trục trặc hư hỏng sau: - Máy phát khơng tăng kích từ Là điều chỉnh biến trở kích từ mà điện áp máy phát khơng tăng Ngun nhân có thể: Mất từ dư, dịng điện kích từ ngược với chiều tự kích từ, mạch kích từ bị đứt - Máy phát bị tải Là trường hợp máy mang tải công suất định mức máy - Máy bị nóng Có thể máy bị tải, bị chập số bối dây phần ứng - Máy phát phát sinh tia lửa cổ góp điện Nguyên nhân có thể: Tiếp xúc chổi than với cổ góp lỏng, cổ góp bị bụi bẩn, cách điện cổ góp nhơ cao 8.2 Vận hành động điện a Thao tác chông nom động lúc làm việc - Mở máy động chiều nói chung đề dùng biến trở mở máy Do trước đóng điện cần đưa biến trở mở máy trị số lớn nhất, biến trở kích từ trị số nhỏ Sau đóng điện giảm dần trị số biến trở mở máy không, đồng thời tăng dần trị số biến trở kích từ tốc độ động đạt định mức Cần ý điều chỉnh biến trở không thao tác nhanh chậm - Khi đưng máy ta cắt điện động đưa biến trở vị trí sẳn sàng mở máy lại Trong trình động làm việc cần theo dõi tiếng kêu, nhiệt độ, tia lửa cổ góp chổi than độ rung b Tình trạng khơng bình thường cố Cũng động điện xoa chiều động điện chiều gặp trục trặc sau: - Khơng mở máy Có thể đứt mạch phần ứng, đứt mạch kích từ, Rơto bị kẹt Khi gặp cố nhanh chóng cắt điện để kiểm tra - Động bị nóng Có thể điện áp đặt vào phần ứng cao, chập số bối dây phần ứng, động bị q tải, bị sát cốt hệ thống thơng gió - Tốc độ động bị giảm nhiều Có thể điện áp đặt vào phần ứng thấp, hư hỏng cổ góp chổi than - Xuất tia lửa cổ góp Nguyên nhân (xem tia lửa máy phát điện) - Động nối tiếp bị vượt tốc Do động bị tải đột ngột Cần cắt điện để xử lý 119 NỘI DUNG THỰC HÀNH 1.Chuẩn bị dụng cụ thiết bị TT Thiết bị, dụng cụ SL -Bàn thực hành máy phát điện chiều 01 - Mơ hình cắt bổ máy phát điện chiều - Bộ thực hành máy phát điện chiều - Mơ hình chứng minh tính thuận nghịch máy điện chiều - Nguồn điện AC, DC điều chỉnh điện áp -Đồng hồ vạn 01 Dây nối, Jắc cắm… 01 Ghi Nội dung: B1 Phân tích vẽ B2 Nhận vật tư B3 Nguyên nhân gây tia lửa biện pháp cải thiện đổi chiều B4 Máy phát điện chiều B5 Động điện chiều B6 Bảo dưỡng sửa chữa máy điện chiều B7 Xác định hư hỏng động điện chiều B8 Sửa chữa phần động điện chiều B9 Sửa chữa chổi than cổ góp Bài tập: 1, Vẽ hình, trình bày nguyên lý hoạt động động điện chiều? 2, Động chiều có công suất định mức 1,5 KW, điện áp định mức 220V, tốc độ định mức 1500 vòng/phút, hiệu suất 0,82 Tính mơmen định mức, dịng điện định mức tổng tổn hao động cơ? 3, Trên động chiều có ghi: kích từ song song, Uđm= 220V; Pđm= 14 Kw; nđm= 800 vòng/phút; Rkt= 55  ; = 0,8 ; rư= 0,2  ; Ce=10; 2∆Utx= 2V a Hãy giải thích bắt đầu khởi động động chiều dịng điện mở máy có giá trị lớn sau giảm dần tới dòng điện ổn định Muốn giảm dòng điện mở máy ta thực biện pháp nào? b.Hãy xác định mômen điện từ, mômen không tải mômen trục động chế độ định mức? c Hãy xác định loại tổn hao công suất động chế độ định mức? 4, Động chiều có cơng suất định mức 1,5 KW, điện áp định mức 220V, tốc độ định mức 1500 vòng/phút, hiệu suất 0,82 Tính mơmen định mức, dịng điện định mức tổng tổn hao động cơ? 5, Máy phát điện chiều kích từ song song có số liệu sau: r ư= 0,1  ; 2∆tx= 2V; dây quấn phần ứng dây quấn sóng đơn; 2p=4; Znt=25; rãnh đặt dây dẫn;  = 0,03Wb; n = 1200 vòng/phút; Ikt = 2A; cung cấp cho tải dòng điện I=18A 120 a Hãy phân tích máy phát làm việc bình thường mà xảy ngắn mạch cực máy máy phát kích từ độc lập nguy hiểm? máy phát kích từ song song khơng nguy hiểm b Hãy xác định điện áp cực máy phát điện trên? c Nếu tổn hao công suất không tải 5% cơng suất tải hiệu suất máy bao nhiêu? 121 ĐỀ MỤC MỤC LỤC TRANG Tuyên bố quyền Lời nói đầu Bài 1: Khái niệm chung máy điện Định nghĩa phân loại 1.1 Định nghĩa 1.2 Phân loại Nguyên tắc máy phát điện động điện 2.1 Nguyên tắc máy phát điện 2.2 Nguyên tắc động điện 2.3 Tính thuận nghịch máy điện quay Vật liệu chế tạo máy điện 3.1 Vật liệu dẫn điện 3.2 Vạt liệu dẫn từ 3.3 Vật liệu cách điện Phát nóng làm mát máy điện Bài 2: Máy biến áp Định nghĩa công dụng 1.1 Định nghĩa 1.2 Công dụng 13 Máy biến áp pha dây quấn 10 2.1 Cấu tạo 10 2.2 Nguyên lý làm việc 11 2.3 Các đại lượng định mức 12 Máy biến áp pha 13 3.1 Định nghĩa 13 3.2 Nguyên lý làm việc 15 3.3 Các đại lượng định mức 15 Tổ nối dây máy biến áp 15 4.1 Các ký hiệu đầu dây 16 4.2 Các kiểu đấu day quấn 17 4.3 Tổ nối dây MBA 17 Quá trình điện từ mạch điện thay máy biến áp pha 19 5.1 Các phương trình MBA 20 5.2 Mạch điện thay MBA 22 Các trạng thái làm việc máy biến áp 24 6.1 Trạng thái không tải MBA 24 6.2 Trạng thái ngắn mạch MBA 25 6.3 Trạng thái có tâỉ MBA 29 Giản đồ lượng hiệu suất máy biến áp pha 31 7.1 Giản đồ lượng 31 122 7.2 Hiệu suất 32 Máy biến áp làm việc song song 33 8.1 Công dụng vá ý nghĩa MBA làm việc song song 33 8.2 Điều kiệnghép MBA làm việc song song 33 Các máy biến áp đặc biệt 37 9.1 Máy biến áp tự ngẫu 37 9.2 Máy biến áp đo lường 39 9.3 Máy biến áp hàn hồ quang 40 10 Một số cơng thức tính toán máy biến áp 41 11 Sử dụng, bảo dưỡng, sửa chữa máy biến áp pha 42 11.1 Sử dụng bảo dưỡng MBA pha 42 11.2 Những hư hỏng thông thường biện pháp khắc phục 45 Bài 3: Máy điện không đồng 55 Khái niệm chung máy điện không đồng 55 Động không đồng pha 55 2.1 Cấu tạo 55 2.2 Nguyên lý làm việc 57 2.3 Các đại lượng định mức 59 2.4 Phương pháp xác định đầu dây động KĐB pha 60 2.5 Quan hệ điện từ máy điện KĐB 62 2.6 Mômen quay động không đồng 71 2.7 Mở máy động không đồng pha 74 2.8 Điều chỉnh tốc độ động không đồng 77 Động không đồng pha 80 3.1 Mô men quay động pha 80 3.2 Động pha có dây quấn pha 81 3.3 Sử dụng động pha chạy thành pha 82 Bảo dưỡng động KĐB 83 4.1 Bảo dưỡng thường xuyên 83 4.2 Bảo dưỡng định kỳ 83 Sử dụng động không đồng 85 5.1 Lắp đặt 85 5.2 Vận hành 87 5.3 Những hư hỏng thường gặp, nguyên nhân, biện pháp khắc phục 89 5.4 Quy trình sửa chữa số hư hỏng động điện 93 Bài 4: Máy điện đồng 97 Khái niệm chung máy điện đồng 97 Cấu tạo nguyên lý làm việc máy điện đồng 97 2.1 Cấu tạo 97 2.2 Nguyên lý làm việc 98 Đáu dây, vận hành, điều chỉnh máy phát điện đồng 100 3.1 Sơ đồ đấu dây máy phát điện cuộn dây phần ứng stator 100 123 3.2 Thao tác vận hành 102 Động máy bù đồng 102 4.1 Động đồng 102 4.2 Máy bù đồng 103 Bài 5: Máy điện chiều 105 Khái niệm chung máy điện chiều 105 Cấu tạo nguyên lý làm việc máy điện chiều 105 2.1 Cấu tạo 105 2.2 Nguyên lý làm việc 106 Sức điện động cảm ứng máy điện chiều 108 Mô men điện từ công suất điện từ máy điện chiều 109 Tia lửa cổ góp biện pháp khắc phục 110 5.1 Hiện tượng 110 5.2 Nguyên nhân 110 5.3 Xử lý có tia lửa 112 Máy phát điện chiều 112 6.1 Máy phát điện kích từ độc lập 112 6.2 Máy phát điện tự kích từ 113 Động điện chiều 116 7.1 Chiều quay động điện chiều 116 7.2 Điều chỉnh tốc độ động 117 7.3 Mở máy động 117 Vận hành máy điện chiều 118 8.1 Vận hành máy phát điện chiều 118 8.2 Vận hành động điện chiêu 119 Tài liệu tham khảo 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO Máy điện tập 1, tập 2, tập Tác giả Phan Tử Thục; Vũ Gia Hanh, NXB – KHKT năm 1992 Giáo trình kỹ thuật điện Tác giả Trần Minh Sơ, NXB – Đại học sư phạm năm 2004 Kỹ thuật điện (lý thuyết 100 tập có lời giải) Tác giả Đặng Văn Đào; Lê Văn Doanh, NXB – KHKT năm 1995 Đo lường, máy điện, khí cụ điện, Tác giả Hồng Hữu Thuận, NXB – CNKT năm 1982 Máy điện (dùng cho trường Đại học Cao đẳng kỹ thuật), Tác giả: PGS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, NXB – Xây dựng năm 2005 125 ... thơng m, W1 cịn có từ thơng tản: t1 Tạo nên Et1 đặc trưng điện cảm Lt1 tương ứng Xt1 Tại W1 có U1, E1 Et1 đặt vào R1 Xt1 m I1 U1 U20 t1 Hình 2 -19 Trạng thái khơng tải b Phương trình trạng... phận bên máy điện + Máy điện tĩnh : máy điện khơng có phận chuyển động học (Máy biến áp) + Máy điện quay : máy điện có phận chuyển động học (Máy phát, động - Theo tính chất dịng điện + Máy điện chiều... U 1n 15 20   16 ,4Ω I 1f 92,5 rn  Pn 57000   1, 8Ω 3I 1f 3.92,5 x n  z 2n  rn2  16 ,4  2,22  16 ,249Ω Các thành phần điện áp ngắn mạch: u nr %  I1f rn 92,5.2,22  10 0   10 0  1, 01 U1f