X 0= Z2 −R 20 (4-41) Điện kháng từ hoá lấy gần đúng là: th ≈ 0 (4-42)
3. Máy biến áp hàn điện( hình 4-20)
Là loại máy biến áp dùng để hàn bằng ph−ơng pháp hồ quang điện. Ng−ời ta chế tạo máy biến áp hàn có điện kháng tản lớn, và thêm cuộn điện kháng ngoàị Vì thế đ−ờng đặc tính ngoài của máy rất dốc, phù hợp với yêu cầu hàn điện. Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp hàn vẽ trên hình 4-20.
Cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, còn cuộn thứ cấp một đầu nối với cuộn điện kháng và kim loại cần hàn, còn đầu kia nối với que hàn.
Khi dí que hàn vào tấm kim loại, sẽ có dòng điện lớn chạy qua, làm nóng chỗ tiếp xúc. Khi nhấc que hàn cách tấm kim loại một khoảng nhỏ, vì c−ờng độ điện
W1 W2 W2 Vật hàn que hàn Phần lõi thép di động H4-20
tr−ờng lớn làm iôn hoá chất khí, sinh hồ quang và toả nhiệt l−ợng lớn làm nóng chảy chỗ hàn. Muốn điều chỉnh dòng điện hàn, có thể thay đổi số vòng dây quấn thứ cấp của máy biến áp hoặc thay đổi điện kháng cuộn K, bằng cách thay đổi khe hở không khí của lõi thép. Chế độ làm việc của máy biến áp hàn là ngắn mạch thứ cấp. Điện áp thứ cấp định mức máy biến áp hàn th−ờng 60 ữ 70V.
Bài tập ch−ơng 4(MBA)
1. Máy biến áp 1 pha Sđm=25 kVA; U1đm=380V; U2đm=127V, un% = 4%.Tính dòng điện định mức; tính In khi Un= 70% U1đm vàkhi đổi vị trí 2 cuộn dâỵ
Đáp số:
I1đm= 65,79A; I1đm= 196,85A; In1đm= 1644A; I2nđm= 4927A Khi Un= 70% U1đmthì: I1nđm= 1151A; I2nđm= 3448A
Khi Un=127V đặt vào cuộn hạ áp thì: In2đm= 1644A; I1nđm= 4927A
2. Một máy biến áp 1 pha ghi 2500VA, 220 V/127V, Po= 30W, Io = 1.4A, Pn=80W; I1n=I1đm= 11,35A; Un=8,8 V.
- Xác định các thông số của sơ đồ thay thế .
- Khi tải R, L có cosϕ = 0.6, xác định hiệu suất và U2 khi kt =1 và 0.5?
Đáp số:
ηđm = 0.948, khi kt = 0.5 thì η= 0.952
Khi Kt = 1; U2 = 121.9V; Khi Kt = 0.5; U2 = 124.45V
3. Một máy biến áp 1 pha ghi 2500VA, 220 V/120V, Po= 80W, Io = 0.4A, Pn=135W, R1= 0.3Ω; R’2= 0.1Ω; X1= 0.25Ω; X'2 = 0.083Ω. Tải của máy Zt =5.8+5.17j Ω. Xác định công suất P1, Q1, cosϕ1, Pt, Qt, U2, ∆U2?
Đáp số:
I1= 9.13 A; P1= 1500.5 W; Q1= 1335.4 VAr; cosϕ1= 0.747; P2=1448W; Qt=1291VAr; U2 = 127.6 V; ∆U2=3.38 V.
4. Máy biến áp ba pha ghi 60 kVA, nối ∆/Yo - 35kV/ 0,4 kV; Pn=1200 W; Io% = 11%; Un% = 4.55%; Po=502 W ; R1 = R’2 ; X1 = X ‘2.
- Tính I1đm, I2đm , cosϕo; cosϕn, thông số sơ đồ thay thế. - Tính Kt khi hiệu suất cực đạị
- Máy làm việc với tải R, L có cosϕt = 0.9, kt= 0.5 tính η, P1, Q1, cosϕ1.
Đáp số:
R1 = R'2= 200 Ω; X1 = X'2= 414 Ω; Kp= W1/ W2 = 50.5; R2= 0.078Ω;
Q1= Qt + Qo=(13076+ 6649) VAr; tính tất cả Q1= Qt+ Qo+ Qtản; Qtản = k2tQn; 5. Máy biến áp ba pha nối Y/Yo- 3000V/ 230V; Cung cấp cho tải tam giác. Điện trở
mỗi pha tải là Rp= 6 Ω; R1 = 2.4 Ω; R2= 0.0142Ω; X1 = 4.4 Ω; X2= 0.026 Ω. Tính Ut , Pt.
Đáp số: Ut= 227.4 V; Pt =25859.5 W.
6. Máy biến áp 1 pha ghi 150 kVA, U1/U2- 2400V/240V; R1 = 0.2Ω; R2= 22 mΩ ; X1 = 0.45 Ω; X2= 4.5 mΩ.
- Tính Rn , Xn, Iđm;
- Tính Po, Pn, khi cosϕt = 0.8; kt= 1 và 0.8; η = 0.982
Đáp số:
Rn= 0.4 Ω; Xn= 0.9 Ω; Iđm= 62.5A; I2đm= 625 A; P0= 637W; Pn= 1562.5W. 7. Một cuộn dây lõi thép, có mạch từ làm thép lá KTĐ. Tiết diện lõi thép S = 24cm2,
hệ số điền kín 0.93. Bm= 1.2 T; u1 =311.12sin314t V. Xác định Φm, e và điện áp trên 1 vòng dâỵ
Đáp số:Φm = 26.784 Wb; e = 311.12sin(314t- 90o)V; 0.6 V/ vòng
8. Một cuộn dây lõi thép có W = 296 vòng, có điện trở r = 0,5 Ω. Lõi thép có chiều dài trung bình ltb= 0.4 m, tiết diện S = 32.26 cm2, và làm bằng thép lá kỹ thuật điện 3414 dày 0.35 mm. Hệ số điền kín 0.93, suất tổn hao P1,0/50= 0.6W, trọng l−ợng 7650 kg/m3.Tổng khe hở không khí toàn mạch 0,2 mm. U = 220 V; f = 50 Hz. Tính ∆P, I, P, Q, cosϕ ?
Đáp số: E = U = 220V; ∆P = 6.8W; Itd = 0.031 A; Ipk = 0.6 A; I = 0.6A; P = 6.98W; Q = 132 VAr; cosϕ = 0.053.
Ch−ơng 5. Máy điện không đồng bộ (KĐB)
Mục tiêu: Cấu tạo, nguyên lý, sơ đồ thay thế, mô men quay, các ph−ơng pháp mở
máy đông cơ kđb.
Đ5.1. Khái niệm chung
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo định luật cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rôto khác với tốc độ quay của từ tr−ờng quaỵ
Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ, nên ít đ−ợc sử dụng.
Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và vận hành đơn giản, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên đ−ợc sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt. Động cơ điện không đồng bộ có các loại: động cơ ba pha, hai pha, và một phạ
Đ5-2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha
Cấu tạo của máy điện không đồng bộ (hình 5-1), gồm 2 bộ phận chính stato và rôto, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máỵ Hình 5-2 vẽ mặt cắt ngang trục máy, cho thấy hình dạng các lá thép stato (1) và rôto(2). 1. Stato (hình 5-3). H5-2 2 1 dây stato Rôto Vỏ máy Lõi stato Nắp máy H5-1
Là bộ phận tạo ra từ tr−ờng chính trong máỵStato là phần tĩnh gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. Ngoài ra stato còn có vỏ máy và nắp máỵ
ạ Lõi thép
Lõi thép stato do các lá thép kỹ thuật điện đ−ợc dập nh− hình 5-2, ghép với
nhau tạo thành khối hình trụ (hình 5-4) bên trong có các rãnh để đặt dây quấn. Lõi thép đ−ợc ép chặt vào trong vỏ máỵ
b. Dây quấn
Dây quấn stato làm bằng dây điện từ đ−ợc đặt trong các rãnh của lõi thép (hình 5-3). Trên hình 5-5 vẽ sơ đồ khai triển dây quấn stato máy ba pha lõi thép có 12 rãnh. Dây quấn pha A trong các rãnh 1, 4, 7, 10, pha B trong các rãnh 3, 6, 9, 12 pha C trong các rãnh 5, 8, 11, 2.
Khi dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong ba dây quấn stato sẽ tạo ra từ tr−ờng quaỵ
c. Vỏ máy
Vỏ máy làm bằng gang hoặc nhôm, dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ. Hai đầu có nắp máy, ổ đỡ trục. Vỏ máy và nắp máy dùng để bảo vệlõi thép dây quấn và đỡ trục máỵ y y1 H5-5 Lõi thép stato Lõi thép rôto H5-4 H5-3 Lõi thép dây quấn
2. Rôto
Rôto là phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng các sđđ để sinh ra dòng điện chạy trong dây quấn rôtọ
Cấu tạo của rôto gồm lõi thép, dây quấn và trục máỵ
ạ Lõi thép (hình 5-4)
Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện đ−ợc dập nh− (hình 5- 2) ghép lại thành khối hình trụ trên trục máy và mặt ngoài có rãnh theo h−ớng trục để đặt dây quấn.
b. Dây quấn
Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ có hai loại: rôto lồng sóc và rôto dây quấn.
Loại rôto lồng sóc công suất trên 100kW, trong các rãnh của lõi thép rôto đặt các thanh đồng, hai dầu nối ngắn mạch bằng 2 vòng đồng, tạo thành lồng sóc.
ở động cơ công suất nhỏ, lồng sóc đ−ợc chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rôto, (hình5-6a) tạo thành thanh
nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và gân để làm mát. Động cơ điện có rôto lồng sóc gọi là động cơ không đồng bộ lồng sóc.
Loại rôto dây quấn (hình 5-6b), trong rãnh lõi thép rôto, đặt dây quấn ba phạ Dây quấn rôto th−ờng nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng lắp cố định trên trục rôto và đ−ợc cách điện với trục. Tỳ vào 3 vòng tiếp xúc là 3 chổi than đ−ợc nối với hộp biến trở bên ngoài để mở máy và điều chỉnh tốc độ của động cơ. Loại động
Biến trở
Vòng tr−ợt
Dây quấn lồng sóc H5-6a
cơ này gọi là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, đ−ợc ký hiệu nh− hình 5-6c. Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến, động cơ rôto dây quấn có −u điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ song giá thành đắt và vận hành kém tin cậy hơn động cơ lồng sóc, nên chỉ đ−ợc dùng khi động cơ lồng sóc không đáp ứng đ−ợc các yêu cầu về truyền động.
Đ5.3. Từ tr−ờng của máy điện không đồng bộ
1. Từ tr−ờng của dây
quấn một pha
Từ tr−ờng của dây quấn một pha là từ tr−ờng có ph−ơng không đổi,có trị số và chiều biến đổi theo thời gian, gọi là từ tr−ờng đập mạch. Số cực từ của từ tr−ờng phụ thuộc vào cánh nối dây quấn statọ
Để đơn giản ta xét từ tr−ờng stato của máy điện 1 pha, lõi thép có 4 rãnh (hình 5- 7). Dây quấn stato có 2 phần tử, nên có 2 cách nối nh− hình 5-7a,b. Dòng điện chạy trong
dây quấn là dòng điện xoay chiều hình sin một pha i = Imaxsinωt. ở thanh nào có dòng điện đi vào đ−ợc ký hiệu ⊗, và đi ra đ−ợc ký hiệu ~. Căn cứ vào chiều dòng điện ta vẽ đ−ợc chiều từ tr−ờng theo quy tắc cái đinh ốc.
Dây quấn hình 5-7a tạo thành từ tr−ờng 2 đôi cực: p =2. Dây quấn ở hình 5-7b tạo nên từ tr−ờng 1 đôi cực: p =1.
Kết luận:Số cực từ trong máy điện do cách nối dây stato quyết định.
2. Từ tr−ờng quay của dây quấn ba pha
Dòng điện xoay chiều ba pha có −u điểm lớn là tạo ra từ tr−ờng quaỵ
ạ Sự tạo thành từ tr−ờng quay.
Xét từ tr−ờng stato của máy điện đơn giản lõi thép có 6 rãnh, dây quấn stato có 3 phần tử. N N S S 2 1 3 4 b c d 2 3 4 a 1 H5-7a a b c d 1 2 3 4 H5-7b N S 2 1 3 4
Hình 5-8, vẽ mặt cắt ngang của stato của máy điện ba pha đơn giản, ba dây quấn AX, BY, CZ đặt trong 6 rãnh, có trục của các dây quấn lệch nhau góc 1200.
Cho 3 dòng điện:
iA = Imaxsinωt chạy trong dây AX tạo ra từ tr−ờng BrA
iB = Imsin(ωt - 1200) chạy trong dây BY tạo ra từ tr−ờng BrB iC = Imsin(ωt - 2400) chạy trong dây CZ tạo ra từ tr−ờng BrC Từ tr−ờng trong máy là: C B A B B B Br r r r + + =
+ Tại thời điểm pha ωt = 900:
Dòng điện pha A cực đại và d−ơng: IA= Im, nên IA đi từ A đến X, và từ tr−ờng pha A cực đại: BA= Bm, có ph−ơng nằm ngang và đi từ phải sang tráị Dòng điện pha B và C âm: IB =IC = - 0,5Im, nên IB và IC đi từ điển cuối đến điển đầụ Từ tr−ờng BB và BC có trị số bằng 0,5Bm.
Dùng quy tắc cái đinh ốc xác định chiều của từ tr−ờng BA, BB vàBC (hình 5- 8a). Từ tr−ờng tổng có một cực S và một cực N, ta gọi là từ tr−ờng một đôi cực (p = 1). Trục của từ tr−ờng tổng trùng với trục dây quấn pha A là pha có dòng điện cực đại và có trị số 1,5 Bm.
+ Thời điểm pha ωt = 2100: Dòng điện pha B cực đại và d−ơng: IB= Im, các dòng điện IA= IB= - 0,5Im(hình 5-8b). Dùng quy tắc cái đinh ốc xác định chiều của BA, BB, BC. Ta thấy từ tr−ờng tổng đã quay đi
một góc là 1200 so với thời điểm tr−ớc. Trục của từ tr−ờng tổng trùng với trục dây quấn pha B là pha có dòng điện cực đại và có trị số 1,5 Bm.
+ Thời điểm pha ωt = 3300: Là thời điểm chậm sau thời điểm đầu 2/3 chu kỳ; lúc này dòng điện pha C cực đại và d−ơng, còn dòng điện pha A và B âm (hình 5-
H5-8b O B Br A Br Br C Br A Y C Z B X H5-8c A Y C Z B X B Br A Br Br O C Br H5-8a X B Br A Br Br O C Br Y C Z B A
8c), t−ơng tự nh− trên thu đ−ợc từ tr−ờng tổng đã quay đi một góc 2400 so với thời điểm ωt=900. Trục của từ tr−ờng tổng trùng với trục BC và có trị số 1,5 Bm.
+ Xét t−ơng tự tại thời điểm ωt = 4100 từ tr−ờng trong máy giống nh− thời điểm ωt=900. Cứ xét lần l−ợt nh− vậy ta thấy từ tr−ờng stato của máy điện 3 pha là từ tr−ờng quaỵ Từ tr−ờng quay móc vòng với cả hai dây quấn stato và rôto, đó là từ tr−ờng chính của máy điện, tham gia vào quá trình biến đổi năng l−ợng.
Với cấu tạo dây quấn nh− trên, ta đ−ợc từ tr−ờng quay một đôi cực. Nếu thay đổi cách cấu tạo dây quấn, ta đ−ợc từ tr−ờng 2,3 hay 4... đôi cực.