Nguyên lý máy điện xoay chiều và máy biến áp

KHÁI NIỆM CHUNG

Đại Học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách Khoa Khoa Điện - Nhóm Chuyên môn Điện Công Nghiệp Giáo trình MÁY ĐIỆN 1.

TỔ NỐI DÂY MÁY BIẾN ÁP

Ví dụ một mba ba pha có dây quấn sơ và dây quấn thứ nối hình sao, cùng chiều quấn dây và cùng ký hiệu các đầu dây (hình 2.7) thì vector sđđ pha giữa hai dây quấn hoàn toàn trùng nhau và góc lệch pha giữa hai điện áp dây sẽ bằng 360o hay 0o. Ví dụ cũng mba ba pha có dây quấn sơ nối hình sao và dây quấn thứ nối hình tam giác, cùng chiều quấn dây và cùng ký hiệu các đầu dây (hình 2. 8) thì vector sđđ pha giữa hai dây quấn hoàn toàn trùng nhau và góc lệch pha giữa hai điện áp dây sẽ bằng 330o.

MẠCH TỪ MÁY BIẾN ÁP

Góc α nhỏ hay lớn phụ thuộc vào mức độ trễ của B = f(H), nghĩa là phụ thuộc vào đường cong từ trễ vì thế góc α gọi là góc tổn hao từ trễ. Hình 2.14 biểu diễn vectơ dòng điện và từ thông khi có kể đến tổn hao trong lừi thộp. o không sin nên ta chỉ vẽ gần đúng với thành phần bậc 1. Ta thấy dòng điện không tải Io gồm hai thành phần :. + Iox : thành phần dũng điện phản khỏng để từ húa lừi thộp. Thực tế Ior < 10%Io , nghĩa là góc α thường rất bé, nên dòng điện Ior không ảnh hưởng mấy đến dòng điện từ hoá và ta coi như Iox ≈ Io. Mba ba pha. Khi mba không tải và xét từng pha thì dòng điện bậc ba trong các pha : t. Từ các phương trình trên ta thấy, ba pha trùng nhau về thời gian, nghĩa là ở mọi thời điểm chiều dòng điện bậc ba trong các pha hoặc hướng từ đầu đến cuối hoặc hướng từ cuối đến đầu, tức là luôn luôn tồn tại. α) Trường hợp mba nối Y/Y. Sơ cấp đấu Y nên dòng io3 không tồn tại, dòng io sẽ có dạng sin và từ thông Φ do nú sinh ra sẽ cú dạng vạt đầu. Ta phõn tớch từ thụng Φ trong lừi thộp thành súng cơ bản và sóng bậc cao :. Coỡn sõõ Ud khọng cọ thaỡnh phần e3. + Chọc thủng cách điện dây quấn + Hư thiết bị đo lường. + Aính hưởng đường dây thông tin. Mba ba pha ba truû :. Ở mọi thời điểm từ thông Φ3 không khép mạch qua mạch từ trụ mà bị đẩy ra ngoài, và khép mạch qua môi trường có từ trở lớn, nên Φ3 không lớn lắm, như vậy xem từ thông trong mạch từ là sin, và sđđ cảm ứng ra Ef sẽ sin. Chú ý : Φ3 khép mạch qua gông và vách thùng làm tăng tổn hao nên hiệu suất của máy giảm. Dây quấn sơ cấp nối Δ nên dòng io3 sẽ khép kín trong tam giác, vì vậy dòng io sẽ có dạng nhọn đầu. Giống mba một pha. γ) Trường hợp mba nối Y/Δ. Dây quấn sơ cấp đấu Y nên dòng io3 không tồn tại, dòng io sẽ có dạng sin và từ thông Φ do nó sinh ra sẽ có dạng vạt đầu.

CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA MÁY BIẾN ÁP

Mạch điện thứ cấp gồm sức điện động e2, sức điện động tản dây quấn thứ cấp et2, điện trở dây quấn thứ cấp r2, điện áp ở hai đầu của dây quấn thứ cấp là u2. Từ (3.16) ta thấy rằng: dòng điện sơ cấp gồm hai thành phần, thành phần dũng điện khụng đổi dựng để tạo ra từ thụng chớnh Φ trong lừi thộp mba, thành phần dòng điện dùng để bù lại dòng điện thứ cấp , tức là cung cấp cho tải.

MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Việc qui đổi chỉ để thuận tiện cho việc nghiên cứu và tính toán mba, vì vậy yêu cầu của việc qui đổi là quá trình vật lý và năng lượng xảy ra trong máy mba trước và sau khi qui đổi là không đổi. Xét phương trình (3.23a), vế phải phương trình có Z1I&1là điện áp rơi trên tổng trở dây quấn sơ cấp Z1 và −E&1 là điện áp rơi trên tổng trở Zm, đặc trưng cho từ thông chính và tổn hao sắt từ.

ĐỒ THỊ VECTƠ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Ta vẽ được đồ thị vector tương ứng khi phủ taới cọ tờnh caớm nhỉ hỗnh 3.5.

Thí nghiệm không tải mba

Điều này có ý nghĩa thực tế rất lớn là không nên để MBA làm việc không tải hoặc non tải, vì lúc đó sẽ làm xấu hệ số công suất của lưới điện.

Thí nghiệm ngắn mạch mba

Vì điện áp đặt vào dây quấn sơ không đổi, nên Φ, do đó B cũng không đổi, nghĩa là tổn hao sắt, tức tổn hao không tải không đổi. e) Hệ số công suất không tải. Điều này có ý nghĩa thực tế rất lớn là không nên để MBA làm việc không tải hoặc non tải, vì lúc đó sẽ làm xấu hệ số công suất của lưới điện. Tiến hành thí nghiệm NM như sau: Dây quấn thứ cấp nối ngắn mạch, dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ điều chỉnh điện áp. Ta điều chỉnh điện áp vào dây quấn sơ cấp sao cho dòng điện trong các dây quấn bằng định mức. Điện áp đó gọi là điện áp ngắn mạch Un. Lúc đó các dụng cụ đo cho ta các số liệu sau: Vôn kế chỉ Un là điện áp ngắn mạch; oát kế chỉ Pn là tổn hao ngắn mạch; Ampe kế chỉ I1đm và I2đm là dòng điện sơ cấp và thứ cấp định mức. a) Tổn hao ngắn mạch. Công suất đo được trong thí nghiệm ngắn mạch Pn là :. Như vậy tổn hao ngắn mạch chính là tổn hao đồng trên hai dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp khi tải định mức. b) Tổng trở, điện trở và điện kháng ngắn mạch. + Tổng trở ngắn mạch:. + Điện trở ngắn mạch:. + Điện kháng ngắn mạch:. Vậy điện trở và điện kháng tản của dây quấn sơ cấp:. và điện trở và điện kháng tản của dây quấn thứ cấp:. c) Hệ số công suất ngắn mạch. d) Điện áp ngắn mạch. Điện áp ngắn mạch Un gồm hai thành phần: Thành phần trên điện trở rn, gọi là điện áp ngắn mạch tác dụng Unr, Thành phần trên điện kháng xn, gọi là điện áp ngắn mạch phản kháng Unx.

B.A LÀM VIỆC Ở TẢI ĐỐI XỨNG

• CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA M.B.A
• MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG

Thay đổi số vòng dây khi máy đang làm việc (điều áp dưới tải) Trong hệ thống điện lực công suất lớn, nhiều khi cần phải điều chỉnh điện áp khi máy biến áp đang làm việc để phân phối lại công suất tác dụng và phản kháng giữa các phân đoạn của hệ thống. Nếu tỉ số biến đổi điện áp của hai máy khác nhau mà hai điều kiện còn lại thỏa mãn thì khi mba làm việc song song, điện áp thứ cấp không tải sẽ bằng nhau (E2I = E2II ), trong mạch nối liền dây quấn thứ của mba sẽ không có dòng điện chạy qua.

B.A LÀM VIỆC Ở TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG

• TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MBA 1. Khi có dòng điện thứ tự không

+ Đối với hệ thống dòng điện thứ tự ngược : dòng nầy có tác dụng hoàn toàn giống dòng điện thứ tự thuận vì nếu đổi 2 trong ba pha phía sơ và phía thứ thì hiện tượng trong mba không có gì thay đổi nên mạch điện thay thế và các tham số của mba không khác gì so với dòng điện thứ tự thuận. Vì không có dòng điện thứ tự không, hơn nữa các dòng điện thứ tự thuận và ngược phía sơ cấp và thứ cấp cân bằng nhau nên không cần thiết phải phân tích thành phân lượng đối xứng mà chỉ cần dùng phương pháp thông thường để phân tích điện áp từng pha.

QUẠ TRầNH QUẠ ÂÄĩ TRONG M.B.A

• QÚA DềNG ĐIỆN
• Điều kiện bất lợi nhất khi đóng mba vào lưới điện là : Ψ 0 = 0 tức điện áp u 1 = 0 và từ thông φ dổ > 0, lục âọ

Khi lấy độ dài của dq là một đơn vị, đối với một nguyên tố nhỏ của dq có độ dài dx có thể tìm được điện dung ngang Cqdx và tham số vi phân ngang Kdx, trong âọ K=1/Cd. Vì rằng giản đồ thay thế mba gồm r, L, C hình thành, nên một loạt những mạch vòng dao động và qtqđ từ điện áp ban đầu đến điện áp cuối cùng ở mỗi điểm của dây quấn đều mang đặc tính dao động.

CẤU TẠO MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Stator gồm hai bộ phận chớnh là lừi thộp và dõy quấn, ngoài ra cũn cú vỏ mỏy và nắp máy.

Dây quấn rotor

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p (f1 là tần số lưới điện; p là số đôi cực từ của máy; n1 là tốc độ từ trường quay bậc một) Từ trường nầy quét qua dõy quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trờn lừi sắt rụto, làm cảm ứng trong dõy quấn rôto các sđđ E2. Từ thông do dòng điện nầy sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở.

Phân theo kiểu dây quấn rôto

Cũng như tất cả các loại máy điện khác, máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy. Các trị số nầy do nhà máy thiết kế, chế tạo qui định và được ghi trên nhãn máy.

QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

• MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC KHI ROTOR QUAY Khi rôto quay thì tần số của trị số sđđ và dòng điện trong dây quấn roto thay
• MÔMEN ĐIỆN TỪ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
• THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ MẠCH ĐIỆN THAY THẾ Mọ hỗnh mạch điện của động cơ không đồng bộ tương tự như mba, các thông
• MÔMEN PHỤ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
• CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
• MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC TRONG ĐIỀU KIỆN

Dựa vào các phương trình cơ bản, ta thành lập sơ đồ thay thế hình T (hình 13.3) cho máy điện không đồng bộ khi rôto quay giống như mba, ở đây dây quấn sơ cấp mba là dây quấn stato, dây quấn thứ cấp mba là dây quấn rôto và phụ tải mba là điện trở giả tưởng r’2(1-s)/s. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ MẠCH ĐIỆN THAY THẾ Mô hình mạch điện của động cơ không đồng bộ tương tự như mba, các thông số cũng được xác định bằng thí nghiệm không tải (đầu trục động cơ không nối với tải) và ngắn mạch (giữ rôto đứng yên) giống như trong mba.

ÂÄĩNG CÅ RÄTO RAẻNH SÁU

Hiệu suất của động cơ rãnh sâu không khác rãnh thường là bao, chỉ có cosϕ hơi thấp vì điện kháng tản rôto rãnh sâu lớn hơn loại rãnh thường.

ĐỘNG CƠ RễTO HAI LỒNG SểC 1. Cấu tạo rãnh rôto

So với loại rọto raợnh sỏu thỗ õọỹng cồ điện loại này dùng nhiều kim loải maỡu hồn, nhỉng cọ thể thiết kế đặc tính mở mạy linh hoảt hồn.

Cấu tạo

Vỡ vậy để động cơ một pha làm việc được, ta phải có biện pháp mở máy, nghĩa là tìm cách tạo ra cho động cơ một mômen lúc rôto đứng yên (M = Mk khi s =1). Xét động cơ không đồng bộ một pha như chế độ không đối xứng của động cơ hai pha m =2, có hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc 900 điện, trong đó pha A tách ra nên dòng IA= 0 và pha B còn lại có , máy nối vào lưới điện có điện áp.

Mạch điện thay thế

Lúc này dòng điện cảm ứng trong dây quấn rotor có tần số sf, f tần số lưới điện nối vào dây quấn stator. Với hệ số trượt là 0,05, xác định dòng điện stato, công suất cơ, công suất ra trên trục, tốc độ và hiệu suất khi động cơ làm việc như động cơ một pha ở điện áp và tần số định mức với dây quấn khởi động cắt ra.

MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 1. Động cơ không đồng bộ dùng cuộn dây phụ

Dòng điện vào stato :. Công suất động cơ tiêu thụ từ lưới điện :. MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA. Để có được mômen mở máy, người ta tạo ra góc lệch pha giữa dòng điện qua cuộn chính Ic và dòng qua cuộn dây phụ Ip bằng cách mắc thêm một điện trở nối tiếp với cuộn phụ hoặc dùng dây quấn cở nhỏ hơn cho cuộn phụ, góc lệch nầy thường nhỏ hơn 300. Dòng trong dây quấn chính và trong dây quấn phụ sinh ra từ trường quay để tạo ra momen mở máy. Đồ thị vectơ lúc mở máy được trình bày trón hỗnh 16.5b. Khi tốc độ đạt được 70÷75 % tốc độ đồng bộ, cuộng dây phụ được cắt ra nhờ công tắt ly tâm K và động cơ tiếp tục làm việc với cuộn dây chính. Đặc tính momen được trình bày trên hình 16.4c. Các động cơ không đồng bộ một pha có cuộn dây phụ được mắt nối tiệp với một tụ điện được gọi là động cơ tụ điện. Loại động cơ nầy có cuộn dây phụ bố trí lệch so với cuộn dây chính một góc 900 điện trong không gian, để tạo góc lệch về thời gian ta mắt nối tiếp với cuộn dây phụ một tụ điện. Tùy theo yêu cầu về momen mở máy và momen lúc làm việc, ta có các loại động cơ tụ điện như sau:. Cuộn dây phụ và tụ điện mở máy được mắt luôn khi động cơ làm việc bình thường. Loại nầy có công suất thường nhỏ hơn 500W và có đặc tính cơ tốt. a) Tụ điện mở máy. b) Tụ điện thường trực.