Bài 2 : Động cơ kh\ông đồng bộ một pha
1. Đặc tớnh chung
Cỏc động cơ cụng suất nhỏ từ vài trăm oỏt đến dưới một kilụ oỏt thường được chế tạo dưới dạng 1 pha. Do dõy quấn một pha chỉ tạo ra từ trường đập mạch nờn động cơ 1 pha khụng thể tự khởi động được. Để khởi động động cơ một pha cần phải tạo ra mụmen mở mỏy bằng cỏc biện phỏp khỏc nhau sau đõy:
- Dựng vũng ngắn mạch;
- Dựng dõy quấn phụ kết hớp với tụ điện hoặc điện cảm.
2. Cấu tạo.
Cũng giống như cỏc loại động cơ khụng đồng bộ, động cơ 1 pha cú 2 phần chớnh : stator và rụtor
- Stator gồm vỏ mỏy, lừi thộp và dõy quấn. Lừi thộp stator được làm từ cỏc lỏ thộp kỹ thuật ghộp lại, phớa bờn trong cú rónh để đặt dõy quấn 1 pha. Đối với loại động cơ 1 pha cú vũng ngắn mạch, lừi thộp stator khụng cú rónh mà cú cực từ lồi, trờn cực từ người ta xẻ rónh và gắn một vũng đồng gọi là vũng ngắn mạch để tạo mụmen mở mỏy. Dõy quấn stator quấn xung quanh cực từ (hỡnh 3.14).
Hỡnh 3.14. Cấu tạo động cơ 1 pha cú vũng ngắn mạch
Ngoài dõy quấn chớnh, đối với động cơ 1 pha khởi động bằng tụ (hoặc bằng điện cảm L, điện trở R) cũn cú dõy quấn phụ để mở mỏy (hỡnh 3.15).
Hỡnh 3.15. Khởi động bằng cuộn dõy quấn phụ
- Rotor của động cơ khụng đồng bộ 1 pha thường là rụtor lồng súc.
3. Nguyờn lý làm việc.
Khi đặt điện ỏp xoay chiều một pha vào cuộn dõy quấn chớnh, dũng điện xoay chiều sẽ sinh ra từ trường đập mạch F. Từ trường này cú phương khụng đổi, giỏ trị thay đổi theo quy luật hỡnh sin (hỡnh 3.16)
Hỡnh 3.16.
Vỡ là từ trường đập mạch nờn khụng thể tạo mụmen quay và rụtor sẽ đứng yờn. Tuy nhiờn nếu ta đẩy rotor theo một chiều nào đấy rotor sẽ tiếp tục quay và động cơ sẽ làm việc.
Thật vậy, ta hóy phõn tớch từ trường đập mạch F thành 2 thành phần FA và FB cú biờn độ bằng nhau, quay với cựng tốc độ gúc ? nhưng theo 2 chiều ngược nhau (hỡnh
3.17):
Tỏc dụng của hai từ trường này sinh ra 2 mụmen MA và MB tỏc dụng lờn rụtor theo
hai chiều ngược nhau. Mụmen tổng M = MA + MB sẽ quyết định chiều quay của rotor.
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mụmen quay theo hệ số trượt s biểu diễn trờn hỡnh 3.18.
Hỡnh 3.18.
Từ đặc tớnh mụmen quay ta thấy khi s = 1 (lỳc mở mỏy) M = 0, nờn động cơ khụng tự mở mỏy được. Nếu ta dựng tay đẩy rụtor theo chiều quay từ trường FA mụmen tỏc dụng lờn rụtor sẽ khỏc khụng, và rụtor sẽ tiếp tục quay theo chiều quay của từ trường FA. Ngược lại, nếu ta đẩy rụtor theo chiều FB, động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại.
4. Mở mỏy động cơ khụng đồng bộ một pha.
Vỡ động cơ 1 pha khụng thể tự khởi động, nờn cần phải tạo ra mụmen mở mỏy bằng cỏc biện phỏp khỏc nhau: dựng dõy quấn phụ kết hớp với tụ điện hoặc điện cảm, dựng vũng ngắn mạch.
a) Dựng cuộn dõy phụ mở mỏy (starting bobbin).
Sơ đồ bố trớ 2 cuộn dõy như hỡnh 3.19. Cuộn dõy chớnh cũn gọi là cuộn dõy chạy (running bobbin) là cuộn dõy cú tiết diện lớn, khi quấn đặt vào trước. Cuộn dõy phụ cũn gọi là cuộn đề (starting bobbin), làm bằng dõy bộ đặt bờn ngoài và được bố trớ lệch 900 so với cuộn chớnh để sao cho từ thụng do nú sinh ra vuụng gúcvới từ thụng chớnh. Để tạo sự lệch pha 900 giữa dũng điện trong 2 cuộn dõy, người ta mắc nối tiếp với cuộn dõy phụ một tụ điện C. Do cỏch bố trớ 2 cuộn dõy lệch nhau 900 và cỏc dũng IR và IS lệch pha nhau 1/4 chu kỳ, nờn từ trường tổng hợp do chỳng tạo ra là một từ trường quay (hỡnh 3.20).
Hỡnh 3.19.
Hỡnh 3.20. Sự hỡnh thành từ trường quay
b) Tụ điện trong mạch khởi động.
Tụ điện được gắn trong cuộn dõy khởi động cú 2 dạng sau:
+ Dạng thường trực (running capacitor): Gắn thường trực trong mạch đề, mạch khụng cần khúa S . Tụ C phải là loại tụ dầu.
+ Dạng khởi động (statting capacitor): Tụ chỉ được nối vào mạch trong thời gian khởi động, sau khi mụ tơ đó quay ổn định tốc độ (~ 75% tốc độ định mức) tụ được ngắt ra khỏi mạch bằng ngắt tự động S.
c) Cỏc kiểu ngắt điện dựng cho mạch khởi động.
Ngắt điện cú nhiệm vụ đúng, cắt mạch đề trong thời gian mở mỏy. Trong thực tế, tựy thuộc vào loại động cơ mà cú cỏc kiểu ngắt sau: - Ngắt tự động kiểu ly tõm
- Ngắt tự động kiểu rơ le thế (Potential Relay), - Ngắt tự động kiểu rơ le dũng ( Current Relay).
1. Ngắt tự động kiểu ly tõm.
Loại ngắt này ỏp dụng phổ biến trong cỏc động cơ dựng cho mỏy bơm hơi, bơm nước, mỏy mài, cỏc loại mụtơ kộo. Hoạt động của ngắt dựa trờn nguyờn tắc ly tõm. Bộ phận ngắt được gắn trờn trục quay cú đối trọng 2 phớa. Khi mụtơ quay, lực ly tõm kộo cỏc đối trọng văng ra phớa ngoài kộo theo mỏ vớt bạch kim ngắt mạch điện gắn tụ C (hỡnh 3.21).
Hỡnh 3.21. Ngắt kiểu ly tõm
2. Ngắt điện kiểu rơle thế (Potential Relay).
Cuộn dõy relay mắc song song với mạch điện lưới. Khi khởi động, khoỏ K (tiếp điểm thường đúng NC – norman closed của relay) đúng nối tụ C vào mạch đề tạo từ trường quay làm mụtơ quay. Trong thời gian mở mỏy, dũng khởi động lớn làm sụt ỏp đầu nguồn lớn nờn từ trường của cuộn relay yếu khụng đủ sức ngắt khúa K (hỡnh 3.22, a).
Hỡnh 3.22.
Khi tốc độ động cơ đó ổn định, dũng khởi dộng giảm dần làm điện ỏp đầu nguồn trở lại giỏ trị định mức, cuộn dõy relay đủ điện ỏp tỏc động hỳt lẫy ngắt khúa K, Tụ C bị ngắt khỏi mạch đề. Loại ngắt này được dựng nhiều trong cỏc động cơ mỏy lạnh, tủ lạnh, tủ đỏ.
1. Ngắt điện kiểu rơle dũng (Current Relay).
Cuộn dõy relay mắc nối tiếp với mạch điện tải. Khoỏ K là tiếp thường mở NO (norman open) của relay (hỡnh 3.22, b). Khi đúng điện, dũng khởi động lớn làm cuộn dõy relay đủ sức hỳt tiếp điểm đúng khúa K nối tụ C vào mạch đề. Khi tốc độ động cơ đó ổn định, dũng khởi động giảm dần, cuộn dõy relay khụng đủ lực tỏc động ngắt khúa K nhả mạch tụ C ra khỏi mạch đề.
2. Cỏch xỏc định cỏc cuộn dõy và cỏc đầu dõy của động cơ.
Động cơ cú 2 cuộn dõy được đấu lại để đưa ra 3 mối dõy chớnh: - Mối dõy chung Common (C)
- Mối dõy chớnh Running (R) - Mối dõy phụ Starting (S)
Dựng đồng hồ ễm kế tiến hành đo luõn phiờn từng cặp 3 đầu dõy, nếu 2 mối dõy nào cú điện trở nhỏ nhất sẽ là 2 dõy chung (C) và dõy chớnh (R), mối cũn lại sẽ là dõy đề (S). Đo giữa đầu dõy đề (S) với 2 mối dõy cũn lại, mối nào cú điện trở nhỏ hơn sẽ là dõy chung (C), mối kia sẽ là dõy chớnh (R).
3. Vớ dụ về động cơ 1 pha khởi động bằng tụ.
Trờn hỡnh 7-33 là sơ đồ của một động cơ 1 pha, 2 cực, dựng điện 110V/220V với 2 cấp tốc độ 2800 và 3600 vg/ph. Đặc điểm, động cơ cú 2 lớp dõy, mỗi lớp dõy cú 2 cuộn dõy. Lớp dõy đề thường mắc cố định nối tiếp 2 cuộn dõy S1 và S2. Lớp dõy
chớnh gồm 2 cuộn dõy A và B được đấu nối ra khúa chuyển mạch 110/220V. Để đảo chiều quay của động cơ chỉ cần đảo ngược 2 đầu cuộn dõy đề
Hỡnh 3.23.
d) Điều chỉnh tốc độ động cơ.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ 1 pha người ta sử dụng phương phỏp chủ yếu là thay đổi cỏch đấu nối cỏc cuộn dõy stator để điều chỉnh số cặp cực p theo cụng thức:
Cỏch đấu chủ yếu là mắc nối tiếp : đầu với đầu, cuối với cuối hay là đấu cựng đơn vị. Vớ dụ. Trờn sơ đồ hỡnh 3.24 cho 3 trường hợp ứng với cỏc tốc độ 3000, 1500 và 1000 vg/ph.
Hỡnh 3.24. Đấu nối điều chỉnh tốc độ động cơ
5. Các sơ đồ mạch điện của động cơ không đồng bộ một pha cơ bản:
Sơ đồ kích thích dùng tụ điện để gây góc lệch pha ϕ
Hình 3.25 Sơ đồ kích thích dùng tụ điện để gây góc lệch pha ϕ
Sơ đồ kích thích bằng cuộn dây cảm ứng
Hình 3.26 Sơ đồ kích thích bằng cuộn dây cảm ứng
Hình 3.27 Sơ đồ kích thích bằng điện trở
Sơ đồ dùng động cơ không đồng bộ ba pha trong nguồn điện một pha
Hình 3.28 Sơ đồ dùng động cơ khơng đồng bộ ba pha trong nguồn điện một pha
Ngồi ra ngời ta cịn có thể kích thích bằng vịng ngắn mạch gắn trên lõi thép của Stato để gây ra góc lệch pha ϕ và bớt đợc một cuộn dây trong cấu trúc máy. Tuy nhiên phơng pháp đó chỉ đợc áp dụng đối với các động cơ có cơng suất nhỏ.
III. Câu hỏi ơn tập
1. Trình bày những khái niệm cơ bản về động cơ không đồng bộ một pha.
2. Phân biệt động cơ không đồng bộ một pha và động cơ không đồng bộ ba pha? (Nêu sự giống nhau và khác nhau)
Bài 3: Máy biến ápI. Mục tiêu I. Mục tiêu
Học xong bài này học sinh sẽ:
- Trình bày đợc những khái niệm cơ bản về máy biến áp.
- Phân biệt đợc máy biến áp với động cơ không đồng bộ một pha và động cơ không đồng bộ ba pha.
- Có tinh thần học tập tốt, hăng hái phát biểu xây dựng bài.
ii. Nội dung
1. Khái niệm
Mỏy biến ỏp (MBA) là một thiết bị điện từ tĩnh dựng để biến đổi dũng điện xoay chiều từ điện ỏp này sang điện ỏp khỏc với cựng một tần số.
- Máy biến áp dùng tăng điện từ thấp lên cao là máy tăng áp. - Máy biến áp dùng giảm điện từ cao xuống thấp là máy hạ áp.
Trong hệ thống dòng xoay chiều, thiết bị dùng để biến đổi tăng hoặc giảm điện áp gọi là máy biến áp.
* Lõi thép :
Đợc ghép bằng các lá thép mỏng kĩ thật điện có hàm lợng silic 1-4%, dày từ 0.35 – 0.5mm.
Với các máy có cơng suất lớn, các lá thép còn đợc cách điện với nhau bằng lớp sơn cách điện.
Lõi thép có dạng khung chữ nhật, các lá thép có thể gồm hai hay nhiều mảnh chữ C hoặc I ghép lại.
* Dây quấn :
Dây quấn máy biến áp thờng đợc chế tạo bằng đồng hoặc nhơm có tiết diện hình trịn hoặc hình chữ nhật, bờn ngoài dõy cú bọc lớp cỏch điện. Dõy quấn được quấn thành nhiều vũng và lồng vào trụ lừi thộp.
- Dây quấn nồi với nguồn là dây sơ cấp: W1 - Dây quấn nồi với tải là dây thứ cấp: W2
Cả hai dây quấn có thể quấn trên một trụ hoặc hai trụ. Giữa hai dây có đặt chất cách điện, giữa hai dây quấn với vỏ cũng đợc cách điện.
3. Nguyên lý làm việc
Hình 3.18
Hình 3.29 Cấu tạo máy biến áp
Xét hình 3.18
- Máy biến áp làm việc dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ. Đặt vào D.ây quấn sơ cấp W1 điện áp xoay chiều U1 sẽ tạo ra dòng sơ cấp I1 dịng I1 sinh ra từ thơng
xoay chiều chạy trong lõi thép. Từ thơng này mắc vịng cả hai cuộn sơ và thứ cấp gọi là từ thơng chính.
- Từ thông φ biến thiên sẽ cảm ứng ra một sức điện động ở quận sơ và thứ cấp:
dt d W e1=− 1 φ
dt d W e2=− 2 φ
- Hai sức điện động này biến đổi theo quy luật hàm số sin và có trị số hiệu dụng là
E1 = 4,44 f.W1. φ max
E2 = 4,44 f.W2. φ max
Trong đó: φmax là trị số từ thông lớn nhất
f là tần số
- Trờng hợp chạy không tải ( thứ cấp hở mạch ): U1= E1.0 U2= E2.0 Nếu chia E1 cho E2
K U U W W W W E E = = = = 2 1 2 1 max . 2 . 44 , 4 max . 1 . 44 , 4 2 1 φ φ
Trong đó k là hệ số máy biến áp.
Nếu K >1 tức W1>W2, U1>U2 : Máy biến áp hạ áp. Nếu K <1 tức W1<W2, U1<U2 : Máy biến áp tăng áp.
4. Các thông số cơ bản của máy biến áp
- Điện áp định mức: Là điện áp đã quy định đặt vào dây quấn sơ cấp. Ký hiệu U1đm
- Điện áp thứ cấp định mức: Là điện áp giữa 2 cực của cuộn dây thứ cấp khi cuộn W1 có tải định mức và điện áp đặt vào sơ cấp là định mức.
- Dòng điện định mức: là dòng đã qui định cho mỗi cuộn dây của máy biến áp ứng với Pđm và Uđm
Kí hiệu : Iđm1 và Iđm2
- Công suất định mức: Là công suất biểu kiến trên các cực của dây quấn thứ cấp ở chế độ làm việc định mức.
- Kí hiệu Sđm
- Với máy một pha : Sđm = U2đm. I2đm - Với máy ba pha : Sđm = 3U2đm. I2đm - Đơn vị VA hoặc KVA
- Tần số: máy biến áp thiết kế sử dụng với tần số lới điện công nghiệp: f = 50 , 60Hz.
III. Câu hỏi ôn tập
1. Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy biến áp?
2. Phân biệt máy biến áp với động cơ không đồng bộ một pha và động cơ không đồng bộ ba pha?
Chơng 3: thiết bị bảo vệ và điều khiển
(Thời gian: 08 giờ; lý thuyết: 06; thực hành: 02)
i. Mục tiêu
Học xong bài này học sinh sẽ:
- Trình bày đợc những khái niệm cơ bản khí cụ điện. - Phân biệt đợc một số khí cụ điện cơ bản.
- Có tinh thần học tập tốt, hăng hái phát biểu xây dựng bài.
ii. Nội dung
Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ các lới điện, mạch điện, máy điện ngồi ra nó cịn đ… ợc dùng để kiểm tra và điều chỉnh các q trình khơng điện khác.
Khí cụ bảo vệ
1. Các trạng thái làm việc khơng bình thờng của thiết bị điện 1.1. Trạng thái quá tải
Khi dòng điện qua thiết bị vợt q giá trị định mức thì khi đó thiết bị sẽ làm việc ở trạng thái quá tải.
Ta thấy tổn hao tỷ lệ với bình phơng dịng điện, nên khi bị quá tải thì tổn hao trong thiết bị tăng quá mức cho phép, khi đó dẫn đến thiết bị sẽ bị nóng lên gây ra cháy, nổ động cơ và h hỏng nặng thiết bị.
1.2. Trạng thái quá tải điện áp
Nếu điện áp đặt vào thiết bị lớn hơn điện áp định mức thì thiết bị sẽ làm việc ở trạng thái quá tải điện áp. Có hai loại quá tải điện áp là quá tải điện áp thiên nhiên và quá tải điện áp nội bộ.
+) Quá tải điện áp thiên nhiên: Do sét đánh trực tiếp hoặc do cảm ứng dòng điện sét vào lới điện, dẫn truyền đến thiết bị.
+) Quá tải điện áp nội bộ: Do các điều chỉnh sai lệch cũng nh sự cố trong lới điện, làm điện áp vợt quá giá trị định mức.
1.3. Trạng thái ngắn mạch
Là trạng thái hai dây dẫn có điện thế khác nhau bị nối tắt bởi một vật dẫn có điện trở nhỏ.
2. Cầu chì
2.1. Khái niệm và cơng dụng
Cầu chì là khí cụ dùng để bảo vệ thiết bị điện và lới điện tránh khỏi dịng điện ngắn mạch, nó thờng đợc dùng để bảo vệ đờng dây dẫn , máy biến áp, động cơ điện, các thiết bị điện khác
Cầu chì thờng gồm một dây chảy làm bằng chì, nhơm, đồng, kẽm đặt trong… một vỏ kín và đợc mắc nối tiếp trong mạch bảo vệ.
2.2. Cấu tạo, phân loại và ký hiệu cầu chì
+) Cầu chì hở: Thờng dùng dây chảy dạng lá, đặt hở lắp trong cầu dao nắp nhựa, đợc sử dụng ở các dòng điện 5A, 10A, 15A, 30A
+) Cầu chì kiểu nắp vặn: Dây chảy đợc nối với nắp ở phía trong. Nắp có dạng răng vit để vặn chặt vào đế. Dây chẩy băng đồng hoặc bằng bạc có dịng điện định mức 6A, 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 100A