Tài liệu BÀI 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN pdf

Khoa Cơ điện Máy điện BÀI 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 1.1. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 1.1.1. Định luật lực điện từ Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là: f = B.I.l (1.1) Trong đó: - B là cường độ từ cảm (T). - I là dòng điện chạy trong thanh dẫn (A). - l là chiều dài tác dụng của thanh dẫn (m). - f là lực điện từ đo bằng Newton (N). Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1-1). 1.1.2. Hiện tượng cảm ứng điện từ Khi từ thông Φ = Φ(t) xuyên qua vòng dây biến thiên trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động (sđđ) e(t). sđđ đó có chiều sao cho dòng điện do nó sinh ra tạo ra từ thông chống lại sự biên thiên của từ thông sinh ra nó (hình 1-2). Sđđ cảm ứng trong một vòng dây được tính theo công thức Măcxoen: (1.2) Nếu cuộn dây có N vòng, sđđ cảm ứng là: (1.3) Trong đó: Ψ = NΦ (Wb) gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây. 1 Hình 1.1 Hình 1-1 Xác định lực điện từ bằng quy tắc bàn tay trái Hình 1-2 Chiều dương sđđ cảm ứng phù hợp với từ thông theo quy tắc vặn nút chai Khoa Cơ điện Máy điện 1.1.3. Sức điện động cảm ứng khi dân dẫn chuyển động cắt từ trường Khi thanh dẫn chuyển động thẳng vuông góc với đường sức từ trường (đó là trường hợp thường gặp trong máy phát điện), trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e, có trị số là: e = Blv (1.4) Trong đó: B là từ cảm đo bằng Tesla (T) l là chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (phần thanh dẫn nằm trong từ trường) đo bằng mét (m) v là tốc độ của thanh dẫn đo bằng m/s Chiều của sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình 1-3). 1.1.4. Tự cảm và hỗ cảm a/ Hiện tượng tự cảm: Là hiện tượng xuất hiện sđđ cảm ứng trong mạch do sự biến thiên của từ thông gây ra bởi dòng điện ở trong chính mạch đó (hình 1-4). φ = L.i (1.5) Với L là hệ số tự cảm (Henri – H) e tc = -dφ/dt = -dLi/dt = -Ldi/dt (1.6) b/ Hiện tượng hỗ cảm: Hiện tượng hỗ cảm của hai mạch là sự xuất hiện sđđ cảm ứng ở một trong hai mạch khi làm biến thiên dòng điện ở trong mạch kia (hình 1-5). φ 21 = M 21 .i 1 (1.7) Tương tụ: φ 12 = M 12 .i 2 (1.8) M 21 = M 12 = M Khi i 1 biến thiên ⇒ φ 21 cũng biến thiên qua cuộn 2 sinh ra sđđ cảm ứng: e cư2 = -dφ 21 /dt = -M.di 1 /dt (1.9) M là độ hỗ cảm của hai mạch 2 Hình 1-5 Hiện tượng hỗ cảm giữa hai mạch điện Hình 1-3 Xác định chiều sđđ cảm ứng trong thanh dẫn theo quy tắc bàn tay phải i Hình 1-4 Hiện tượng tự cảm trong cuộn dây có dòng điện i 1 e cư Khoa Cơ điện Máy điện 1.2. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 1.2.1. Định nghĩa: Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện tư, về cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (dây quấn), dùng để biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại như điện năng thành cơ năng (động cơ điện), hoặc dùng để biến đổi các thông số điện năng như điện áp, dòng điện, tần số, số pha 1.2.2. Phân loại máy điện. Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại khác nhau. Ở đây ta phân loại máy điện dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng như sau : 1. Máy điện tĩnh : Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, do sự biến đổi từ thông trong các cuộn dây không có sự chuyển động tương đối với nhau. Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi các thông số điện năng như máy biến áp biến điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có giá trị khác, 2. Máy điện quay (hoặc có loại chuyển động thẳng): Máy điện quay làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ do từ trường và dòng điện trong các cuộn dây gây ra. Loại máy nầy dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại như điện năng thành cơ năng (động cơ điện). Quá trình biến đổi năng lượng nầy có tính thuận nghịch nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp: 3 Khoa Cơ điện Máy điện 1.3. NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1.3.1. Nguyên lý máy phát điện Cho cơ năng của động cơ sơ cấp tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học F cơ , thanh dẫn sẽ chuyển động với tốc độ v trong từ trường của nam châm N-S (hình 1-6a), thanh dẫn sẽ cảm ứng sđđ e. Nếu nối vào hai cực của thanh dẫn điện trở R của tải, dòng điện i chạy trong thanh dẫn cung cấp điện cho tải. Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn, điện áp đặt vào tải u = e. Công suất điện máy phát cấp cho tải là P đ = ui = ei. Như vậy công suất cơ của động cơ sơ cấp P cơ =F cơ .v đã biến đổi thành công suất điện P đ = ei. a) b) Hình 1-6 Nguyên lý máy phát điện (a) và động cơ điện (b) 1.3.2. Nguyên lý động cơ điện Cung cấp điện cho thanh dẫn từ máy phát điện, điện áp của nguồn gây ra dòng điện i trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F đt = Bil tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều như hình 1-6b. Như vậy, công suất điện P = ui đưa vào động cơ đã được biến thành công suất cơ P cơ = Fđt.v trên trục động cơ. Điện năng đã được biến đổi thành cơ năng. Ta thấy rằng, tuỳ theo năng lượng đưa vào mà máy điện có thể làm việc được ở chế độ động cơ hoặc máy phát điện. Mọi loại máy điện đều có tính thuận nghịch. 1.4. SƠ LƯỢC VỀ CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN Vật liệu chế tạo máy điện bao gồm vật liệu cấu trúc, vật liệu tác dụng và vật liệu cách điện. Vật liệu cấu trúc để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như trục, ổ trục, thân máy, nắp. Vật liệu tác dụng dùng để chế tạo những bộ phận dẫn điện và từ. Còn vật liệu cách điện dùgn để cách điện giữa phần dẫn điện với không dẫn điện và giữa các phần dẫ điện với nhau. 1.4.1. Vật liệu dẫn điện: Tốt nhất là đồng vì chúng có điện trở suất nhỏ và không đắt lắm. Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thanh, đồng thau. Dây đồng và nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật có bọc cách điện. 4 Khoa Cơ điện Máy điện 1.4.2. Vật liệu dẫn từ: Trong máy điện dùng vật liệu sắt từ như thép kỹ thuật điện, gang, thép đúc, thép rèn. 1.4.3. Vật liệu cách điện: Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tót, tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học. Cách điện bọc dây dẫn chịu được độ cao thì nhiệt độ cho phép của dây dẫn càng lớn và dây dẫn chịu được dòng tải lớn. Chất cách điện phần lớn ở thể rắn và gồm 4 nhóm: - Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, lụa - Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thuỷ tinh - Các chất tổng hợp - Các loại men và sơn cách điện Chất cách điện tốt nhất là mica nhưng đắt. Giấy, vải, sợi rẻ nhưng dẫn nhiệt và cách điện kém, dễ bị ẩm. Vì vậy chúng phải được tẩm sấy để cách điện tốt hơn. Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí) và thể lỏng (dầu biến áp). 1.5. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN Trong quá trình biến đổi năng lượng luôn có sự tổn hao sắt từ trong thép, tổn hao đồng trong dây quấn và tổn hao do ma sát đều biến đổi thành năng lượng nhiệt làm nóng máy điện. Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra môi trường xung quanh bằng cách tạo ra bề mặt máy điện có khả năng làm mát tốt, tạo ra sự đối lưu không khí xung quanh hoặc môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp. * * * CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Các bộ phận cơ bản của máy điện là gì? Chức năng của các bộ phận ấy? 2. Giải thích ứng dụng của định luật cảm ứng điện từ và định luật lực điện từ trong máy điện. 3. Giải thích nguyên lý thuận nghịch của máy điện. 4. Các vật liệu chính chế tạo máy điện là gì? 5 Khoa C in Mỏy in Chơng trình Mô đun đào tạo: máy ĐIệN Mã số mô đun: MĐ17 Thời gian mô đun: 100h; (Lý thuyết: 60h; Thực hành: 40h) I. Vị trí tính chất của mô đun: Mô đun này học sau các môn học An toàn lao động, Mạch điện và mô đun Đo lờng điện. II. Mục tiêu mô đun: Sau khi hoàn tất mô đun này, học viên có năng lực: - Phân tích cấu tạo, nguyên lý của các loại máy điện thông dụng nh: máy biến áp, động cơ, máy phát điện. - Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn máy điện AC, DC. - Kết nối mạch, vận hành máy điện. - Tính toán các thông số kỹ thuật trong máy điện. III. Nội dung mô đun: 1. Nội dung tổng quát và phân bố thời gian : Số TT Tên các bài trong mô đun Thời gian Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra* 1 Khái niệm chung về máy điện. 08 07 00 1 2 Máy biến áp. 18 14 03 1 3 Máy điện không đồng bộ. 44 20 21 3 4 Máy điện đồng bộ. 12 08 03 1 5 Máy điện một chiều. 18 10 07 1 Cộng: 100 60 33 7 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra đợc tích hợp giữa lý thuyết với thực hành và đợc tính vào giờ thực hành. 2. Nội dung chi tiết Bài 1: Khái niệm chung về máy điện Mục tiêu của bài: - Phát biểu về sự khác nhau của các loại máy điện hiện đang hoạt động theo cấu tạo, theo nguyên tắc hoạt động, theo loại dòng điện - Giải thích quá trình phát nóng và làm mát của máy điện hiện đang hoạt động, theo nguyên tắc định luật về điện. Nội dung của bài: Thời gian: 7h (LT: 7h; TH: 0h) 1. Các định luật điện từ dùng trong máy điện. Thời gian: 4.5h - Lực từ. - Hiện tợng cảm ứng điện từ. - Sức điện động cảm ứng khi dây dẫn chuyển động cắt từ trờng. - Tự cảm và hổ cảm. 2. Định nghĩa và phân loại máy điện. Thời gian: 0.5h 3. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện. Thời gian: 1h - Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện. - Tính thuận nghịch của máy điện 4. Sơ lợt về các vật liệu chế tạo máy điện Thời gian: 0.5h 5. Phát nóng và làm mát máy điện. Thời gian: 0.5h 6 Khoa C in Mỏy in Bài 2: Máy biến áp Mục tiêu của bài: - Mô tả cấu tạo, phân tích nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha và ba pha. - Xác định cực tính và đấu dây vận hành máy biến áp một pha, ba pha đúng kỹ thuật. - Đấu máy biến áp vận hành song song các máy biến áp. - Tinh toán các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch. - Chọn lựa máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng. Bảo dỡng và sửa chữa máy biến áp theo yêu cầu. Nội dung của bài: Thời gian: 17h (LT: 14h; TH: 3h) 1. Khái niệm chung. Thời gian: 0.5h 2. Cấu tạo của máy biến áp. Thời gian: 1h 3. Các đại lợng định mức của máy biến áp. Thời gian: 1h 4. Nguyên lí làm việc của máy biến áp. Thời gian: 1h 5. Mô hình toán và sơ đồ thay thế của máy biến áp. Thời gian: 1h 6. Các chế độ làm việc của máy biến áp. Thời gian: 4.5h - Chế độ không tải. - Chế độ ngắn mạch. - Cế độ có tải. 7. Máy biến áp ba pha. Thời gian: 2h 8. Sự làm việc song song của máy biến áp. Thời gian: 3h 9. Các máy biến áp đặc biệt. Thời gian: 3h Bài 3: Máy điện không đồng bộ Mục tiêu của bài: - Phát biểu nguyên lý cấu tạo, các phơng pháp mở máy, đảo chiều quay của động cơ không đồng bộ. - Tính toán các đại lợng cơ bản của động cơ không đồng bộ theo tiêu chuẩn kỹ thuật. - Vẽ, phân tích chính xác sơ đồ dây quấn stato của động cơ một pha, ba pha. - Bảo dỡng và sửa chữa những h hỏng thông thờng của máy điện không đồng bộ đảm bảo máy hoạt động tốt theo đúng tiêu chuẩn về điện. Nội dung của bài: Thời gian: 41h (LT: 20h; TH: 21h) 1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ. Thời gian: 1h 2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha. Thời gian: 2h 3. Từ trờng của máy điện không đồng bộ. Thời gian: 1h 4. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ. Thời gian: 2h 5. Mô hình toán và sơ đồ thay thế của động cơ điện không đồng bộ. Thời gian: 2h 6. Biểu đồ năng lợng và hiệu suất của động cơ không đồng bộ. Thời gian: 2h 7. Mô men quay của động cơ không đồng bộ ba pha. Thời gian: 1h 8. Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha. Thời gian: 2h 9. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. Thời gian: 2h 10. Động cơ không đồng bộ một pha. Thời gian: 6h - Động cơ không đồng bộ một pha. - Sử dụng động cơ điện ba pha vào lới điện một pha. 11. Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ. Thời gian: 20h - Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha. - Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ một pha. Bài 4: Máy điện đồng bộ 7 Khoa C in Mỏy in Mục tiêu của bài: - Phân tích cấu tạo, nguyên lý, các phản ứng phần ứng xảy ra trong máy phát điện đồng bộ. - Điều chỉnh điện áp máy phát đúng phơng pháp đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. - Vận dụng đợc các phơng pháp hòa đồng bộ máy phát điện đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và an toàn. - Bảo dỡng và sửa chữa những h hỏng thông thờng của máy điện đồng bộ theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Nội dung của bài: Thời gian: 11h (LT: 8h; TH: 3h) 1. Định nghĩa và công dụng. Thời gian: 1h 2. Cấu tạo của máy điện đồng bộ. Thời gian:1h 3. Nguyên lí làm việc của máy phát điện đồng bộ. Thời gian: 1h 4. Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ. Thời gian: 1.5h 5. Các đờng đặc tính của máy phát điện đồng bộ. Thời gian: 1.5h 6. Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ. Thời gian: 4h 7. Động cơ và máy bù đồng bộ. Thời gian: 1h Bài 5: Máy điện một chiều Mục tiêu của bài: - Phân tích đợc cấu tạo, nguyên lý, quan hệ điện từ, các phản ứng phần ứng xảy ra trong máy điện một chiều. - Trình bày quá trình đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng, các nguyên nhân gây ra tia lửa và biện pháp cải thiện đổi chiều. - Trình bày các phơng pháp mở máy, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. - Vẽ và phân tích đúng sơ đồ dây quấn phần ứng máy điện một chiều. - Bảo dỡng và sửa chữa đợc những h hỏng thông thờng của máy điện một chiều. Nội dung của bài: Thời gian: 17h (LT: 10h; TH: 7h) 1. Đại cơng về máy điện một chiều Thời gian: 0.5h 2. Cấu tạo của máy điện một chiều Thời gian:1h 3. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện một chiều. Thời gian: 1h 4. Từ trờng và sức điện động của máy điện một chiều. Thời gian: 1h 5. Công suất điện từ và mô-men điện từ của máy điện một chiều. Thời gian: 1h 6. Tia lửa điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục. Thời gian: 1h 7. Máy phát điện một chiều. Thời gian: 1h 8. Động cơ điện một chiều. Thời gian: 1h 9. Dây quấn phần ứng máy điện một chiều. Thời gian: 9.5h IV.Điều kiện thực hiện mô đun: *Vật liệu: - Dây dẫn điện. - Một số vật liệu cần thiết khác. *Dụng cụ và trang thiết bị: - Bàn giá thực hành. - Trang bị bảo hộ lao động trong ngành điện. 8 Khoa C in Mỏy in - Bộ đồ nghề điện, cơ khí cầm tay. - Các loại máy đo: VOM/DVOM, Watt kế AC, Cos kế, tần số kế - Các loại máy điện. - Mô hình thực hành chứng minh tính thuận nghịch của máy điện. - Mô hình thực hành máy biến áp một pha, ba pha. - Mô hình thực hành động cơ một pha, ba pha. - Mô hình bổ cắt động cơ điện một pha, ba pha. - Mô hình thực hành đấu dây động cơ ba pha 2 cấp tốc độ. - Mô hình mô phỏng sự cố trên máy điện xoay chiều. - Máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha. - Bộ thí nghiệm máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha. - Mô hình hòa đồng bộ máy phát điện ba pha. - Mô hình mô phỏng các sự cố trong máy điện xoay chiều. - Mô hình cắt bổ máy phát điện một chiều. - Bộ thực hành máy phát điện một chiều. - Mô hình mô phỏng các sự cố trong máy điện một chiều. *Nguồn lực khác: - PC, phần mềm chuyên dùng. - Projector, overhead. - Máy chiếu vật thể 3 chiều. V. Phơng pháp và nội dung đánh giá: áp dụng hình thức kiểm tra tích hợp giữa lý thuyết với thực hành. Các nội dung trọng tâm cần kiểm tra là: - Phân tích cấu tạo, nguyên lý máy biến áp, động cơ không đồng bộ, máy phát điện đồng bộ, máy điện DC. -Phân tính, khảo sát các đặc điểm, đặc tính của các loại máy điện nói trên. -Nhận dạng và đo kiểm, đấu dây vận hành đúng sơ đồ. -Hòa đồng bộ máy phát. -Vẽ, phân tích sơ đồ dây quấn. -Dò tìm, phát hiện và sửa chữa khắc phục một số h hỏng. VI. Hớng dẫn thực hiện mô đun: 1. Phạm vi áp dụng chơng trình: Chơng trình mô đun này đợc sử dụng để giảng dạy cho trình độ Trung cấp nghề và Cao đẳng nghề. 2. Hớng dẫn một số điểm chính về phơng pháp giảng dạy mô đun: - Trớc khi giảng dạy, giáo viên cần căn cứ vào nội dung của từng bài học để chuẩn bị đầy đủ các điều kiện cần thiết nhằm đảm bảo chất lợng giảng dạy. - Nên áp dụng phơng pháp đàm thoại để Học viên ghi nhớ kỹ hơn. - Nên bố trí thời gian giải bài tập, làm các bài thực hành nhận dạng các loại động cơ, đo kiểm, đấu dây vận hành động cơ, máy phát. - Nên sử dụng các mô hình cắt bổ, để minh họa nguyên lý của các loại máy điện. 3. Những trọng tâm cần chú ý: - Cấu tạo, nguyên lý các loại máy điện. - Đấu dây, vận hành các loại động cơ, máy biến áp. - Vận hành máy phát, hòa đồng bộ máy phát. 9 Khoa C in Mỏy in - vẽ và phân tích sơ đồ dây quấn. - Sửa chữa một số h hỏng thờng gặp. 4. Tài liệu cần tham khảo: - Công nghệ chế tạo Máy điện và Máy biến áp, Nguyễn Đức Sĩ, NXB Giáo dục, Hà Nội 1995. - Máy điện 1, Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2001. - Máy điện 2, Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2001. - Hớng dẫn sử dụng và sửa chữa Máy biến áp, Động cơ điện, Máy phát điện công suất nhỏ, Châu Ngọc Thạch, NXB Giáo dục, Hà Nội 1994. - Tính toán cung cấp và lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, Nguyễn Xuân Phú - Nguyễn Công Hiền, NXB Giáo dục, Hà Nội 1998. - Kỹ thuật điện, Đặng Văn Đào - Lê Văn Doanh, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 1999. - Các sách báo và tạp chí về điện. 10 . Cơ điện Máy điện BÀI 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 1. 1. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 1. 1 .1. Định luật lực điện từ Khi thanh dẫn mang dòng điện. Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra* 1 Khái niệm chung về máy điện. 08 07 00 1 2 Máy biến áp. 18 14 03 1 3 Máy điện không đồng bộ. 44 20 21 3 4 Máy điện đồng bộ. 12 08 03 1 5 Máy điện