- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- Giáo trình Máy điện (Nghề: Công nghệ kỹ thuật Điện-Điện tử - CĐ/TC) - Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp
Xem mẫu
- TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: MÁY ĐIỆN
NGÀNH, NGHỀ: CN T ĐI N ĐI N T
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định Số: /QĐ-CĐNĐT ngày… tháng…năm 2018
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp)
Đồng Tháp, năm 2018
- TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham
khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
- Giáo trình: MÁY ĐI N
LỜI GIỚI THI U
Quyển sách giáo trình “MÁY ĐIỆN” là quyển sách thuộc môn học chuyên môn
các ngành thuộc khối kỹ thuật nói chung và đặc biệt là ngành Công nhân kỹ thuật
Điện – Điện tử nối riêng. Giáo trình “MÁY ĐIỆN” rất quan trọng đối với giáo viên
cũng như học sinh sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử là môn học cơ
sở để học tập các môn học chuyên ngành như Trang bị điện, Truyền động điện và
vận dụng vào các mô đun chuyên ngành như Lập trình PLC một cách hiệu quả.
Quyển tài liệu được biên soạn theo cấu trúc từng chương, từng phần từ đơn giản đến
phức tạp giúp học sinh sinh viên có được những kiến thức kỹ năng của môn học làm
nền tản cho nhiều môn học chuyên môn khác. Quyển tài liệu được trích lọc từ nhiều
nguồn tài liệu tham khảo kết hợp sự chắt lọc nội dung phù hợp từ thực tế giảng dạy
nhằm đơn giản nội dung cho phù hợp với năng lực thực tiễn của học sinh sinh viên.
Cuối lời xin chân thành cám ơn những tác giả của nhiều tài liệu Máy điện, cám
ơn sự cộng tác của quý bạn bè, đồng nghiệp. Xin chân thành cám ơn đến ban tổ chức
biên soạn giáo trình và những đóng góp quý báu của các doanh nghiệp và các
chuyên gia để quyển tài liệu được hoàn thiện và xuất bản.
Đồng Tháp, ngày tháng năm 2018
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: LÊ VĂN HÒA
2. Cùng biên soạn: NGÔ TẤN NGÀ
Trang 2
- Giáo trình: MÁY ĐI N
MỤC LỤC
Trang
Lời giới thiệu 2
Lời nói đầu 3
Chương 1: hái niệm chung về máy điện 9
1. Định nghĩa và phân lọai 9
2. Tính thuận nghịch của máy điện 10
3. Các định luật cơ bản trong máy điện 11
4. Các đơn vị 13
5. Sơ lược về các vật liệu chế tạo máy điện 14
6. Phát nóng và làm mát 16
Chương 2: Máy biến áp 20
1. Đại cương 20
2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp 20
3. Các đại lượng định mức 22
4. Các lọai máy biến áp chính 23
5. Cấu tạo máy biến áp 25
6. Tổ nối dây máy biến áp 27
Chương 3: Máy điện không đồng bộ 33
1. Đại cương về máy điện không đồng bộ 33
2. Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ 37
3. Các đặc tính của máy điện không đồng bộ 51
4. Mở máy và điều chỉnh tốc độ 60
5. Máy điện không đồng bộ một pha 70
6. Sơ đồ trãi động cơ không đồng bộ ba pha 74
7. Sơ đồ trãi động cơ không đồng bộ một pha 86
Chương 4: Máy điện đồng bộ
Trang 3
- Giáo trình: MÁY ĐI N
1. Định nghĩa và công dụng 90
2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc 90
3. Động cơ điện đồng bộ 91
4. Mở máy động cơ đồng bộ 92
Chương 5: Máy điện một chiều 93
1. Đại cương về máy điện một chiều 98
2. Mở máy động cơ điện một chiều 98
Tài liệu tham khảo 103
107
Trang 4
- Giáo trình: MÁY ĐI N
Chương 1: hái niệm chung về máy điện
Mã chương: MH 12-01
Giới thiệu:
Máy điện là một thiết bị vô cùng quan trọng trong đời sống sinh hoạt và trong
công nghiệp. Sự hiểu biết và sửa chữa máy điện là một mảng công việc lớn đối với
công nhân và kỹ sư ngành Điện vì vậy việc đào tạo kiến thức về máy điện cho học
sinh sinh viên ngành Điện – Điện tử là một trách nhiệm lớn.
Mục tiêu:
Học xong chương này sinh viên phân loại được các máy điện, hiểu được các
được luật cảm ứng điện từ, cũng như hiểu được phát nóng và làm mát của máy điện.
Nội dung chính:
1. Đ nh ngh v ph n oại máy điện:
1.1 Định nghĩa:
Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng
điện từ. Về cấu tạo, máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây quấn),
dùng để biến đổi năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc biến
đổi ngược lại biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện), hoặc để biến đổi
thông số điện như biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha,…
Máy điện là máy thường gặp nhiều trong các nghành kinh tế như công nghiệp,
giao thông vận tải… và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình.
1.2 Phân loại:
Máy điện có nhiều loại, nhưng ở đây ta chỉ phân loại dựa trên nguyên lý biến
đổi điện năng như sau:
a. Máy điện tĩnh:
Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp. Nó dùng để biến đổi thông số điện
năng. Ví dụ máy biến áp biến đổi điện năng có thông số U 1, I1, f thành điện năng có
thông số U2, I2, f.
b. Máy điện có phần động (quay hoặc chyển động thẳng).
Loại máy điện này thường để biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng thành
điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại điện năng thành cơ năng (động cơ điện).
Nó làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ. Do từ trường và dòng
điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra.
Trang 5
- Giáo trình: MÁY ĐI N
Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thường gặp:
2. Tính thuận nghịch của máy điện:
2.1 Chế độ máy phát:
Cho cơ năng của động cơ sơ cấp tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học Fcơ
thanh dẫn sẽ chuyển động với tốc độ v trong từ từ trường của nam châm N – S , trong
thanh dẫn sẽ xuất hiện sức điện động e. Nếu nối vào 2 cực của thanh dẫn 1 điện trở R
của tải thì dòng điện I chạy trng thanh dẫn sẽ cung cấp điện cho tải. Nếu bỏ qua điện
trở thanh dẫn thì điện áp đặt vào tải u= e. Công suất điện máy phát cho tải
Pđ =ui =ei.
Dòng điện I nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ F đt = Bil. Khi
máy quay với tốc độ không đổi thì lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ
cấp: Fđt = Fcơ
Nhân 2 vế với v ta được: vFđt = vFcơ = Bilv =ei.
Như vậy công suất cơ của động cơ sơ cấp Pcơ = Fcơ .v đã được biến đổi thành
công suất điện Pđ =ei nghĩa là cơ năng biến thành điện năng.
Trang 6
- Giáo trình: MÁY ĐI N
2.2 Chế độ động cơ điện:
Cung cấp cho máy phát điện điện áp U của
nguồn điện sẽ gây ra dòng điện I trong thanh dẫn.
Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fđt=Bil
tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động
với tốc độ v có chiều như hình vẽ.
Công suất điện đưa vào động cơ:
P = ui = ei = Blvi = Fđt v
Như vậy công suất điện P = ui đưa vào động
cơ đã được biến thành công suất cơ Pcơ = Fđt v trên trục động cơ. Điện năng đã được
biến đổi thành cơ năng.
3. Các đ nh uật cơ bản trong máy điện:
3.1 Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday):
a. Trường hợp từ thông biến thiên xuyên qua dòng dây(định luật Lenxơ):
Hình 1.4 Sức điện động
trong vòng dây có từ thông
biến thiên
Giả sử ta có vòng dây, từ thông đi qua diện tích vòng dây là . Qui ước chiều
dương cho vòng dây như sau: Vặn cái vặn nút chai theo chiều tiến của từ thông thì
chiều xoay của cái vặn nút chai sẽ là chiều dương của vòng. Khi từ thông biến
thiên xuyên qua dòng dây dẫn, trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động. Nếu chiều
suất điện động cảm ứng phù hợp với chiều đã chọn, sẽ có giá trị dương và ngược lại
sẽ có giá trị âm. Cho một thanh nam châm lại gần và dịch xa vòng dây để làm thay
đổi từ thông qua vòng sẽ làm xuất hiện sức điện động cảm ứng trong vòng dây. Nếu
từ thông biến thiên càng nhanh thì s.đ.đ càng lớn. Như vậy s.đ.đ cảm ứng tỉ lệ với tốc
độ biến thiên của từ thông. Nếu trong thời gian dt, từ thông qua vòng biến thiên một
lượng là d thì trị số sức điện động cảm ứng trong một vòng dây đựơc viết theo công
thức Maxwell như sau:
e = - d/dt
Nếu cuộn dây có w vòng, sđđ cảm ứng của cuộn dây sẽ là:
w.d d
e=
dt dt
Trang 7
- Giáo trình: MÁY ĐI N
Trong đó: =w. là từ thông móc vòng của cuộn dây. Đơn vị Webe (Wb).
b. Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường:
Một thanh dẫn có chiều dài l, chuyển động với
vận tốc v vuông góc với đường sức của từ trường
(thường gặp trong máy phát điện), trong thanh dẫn sẽ
cảm ứng sđđ e ở trong một từ trường đứng yên có từ
cảm B.
e = B.v.l (v và B hợp với nhau 1 góc 90) (1.4)
Trong đó:
B: là cảm ứng từ tính bằng T (tesla).
l: chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường, đo bằng mét (m).
v: vận tốc thanh dẫn đo bằng m/s.
Chiều của s.đ.đ cảm ứng được xác định theo qui tắc bàn tay phải: Cho
các đường sức từ đâm vào lòng bàn tay phải, chiều ngón tay cái chãi ra chỉ
chiều chuyển động của thanh dẫn thì chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều sức
điện động.
Định luật lực điện từ (định luật Laplace):
Khi thanh dẫn với chiều dài l mang dòng điện i đặt
thẳng góc với từ cảm B (đường sức từ trường, trường hợp
rất thường gặp ở động cơ điện). Nó sẽ chịu một lực điện từ
F:
Chiều và độ lớn của lực f được xác định là tích
vectơ:
Có trị số: F = i.l.B (i B)=90 (1-5)
Hình 1.6 Qui tắc bàn tay trái Trong đó:
B: từ cảm có đơn vị (T)
l: chiều dài tác dụng thanh dẫn đơn vị (m).
i: dòng điện đo bằng ampe (A).
F: lực điện từ đo bằng Niuton (N).
Chiều của lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái: Để cho các đường sức
từ đâm vào lòng bàn tay trái, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện thì
chiếu ngón tay cái chãi ra chỉ chiều lực điện từ.
3.2 Định luật ôm từ:
Trang 8
- Giáo trình: MÁY ĐI N
Định luật ôm từ: Định luật ôm từ suy ra từ định lý ampere: Nếu H là cường độ
từ trường do một tập hợp dòng điện I 1, I2, I3,…In tạo ra và C là một đường kín bao
quanh chúng thì
H.dl i
C
K
Xét một mạch từ có w vòng dây và cho dòng điện I chạy qua ta được cường độ
từ trường H trong mạch từ, tiếp xúc với đường sức từ trung bình (C) có chiều dài l lúc
đó trở thành: H.l = w.i = F. Viết tổng quát ta có:
n
H .dl H i .li w.i F
i 1
Trong đó F là sức từ động để tạo ra từ thông .
Tính tóan mạch từ:
a. Bài tóan thuận biết tìm F: Cho một mạch từ gồm m phần tử nối tiếp. phần
tử i có chiều dài li , tiết diện Si. Tính sức từ động F để tạo ra từ thông chạy trong
mạch từ đó.
Giải: Trong mạch từ nối tiếp, từ thông xuyên qua mọi tiết diện đều bằng nhau.
Cách tính như sau:
Bước 1: Tính từ cảm B
Bi
Si
Suy ra từ trường Hi như sau:
Nếu phần từ là khe hở không khí thì μ0 4 .107 H/m và
B
H n
0 F HiLi
i1
Nếu đọan mạch từ là vật liệu sắt từ thì dựa vào đường cong từ hóa
B= f(H) biết B suy ra H.
Bước 2 : Tính sức từ động tổng tạo ra từ thông
Bước 3: Mặt khác F = i.w, tùy theo bài tóan cho số vòng dây hoặc dòng điện
kích từ ta tính được dòng điện hoặc số vòng dây cần có.
4. Các đơn v :
Sử dụng 2 loại đơn vị: Hệ tuyệt đối là các đơn vị có thứ nguyên.
Hiện nay sử dụng 2 loại đơn vị tuyệt đối là CGS 0 và SI: Quan hệ giữa các đơn
vị của hệ MKSA, SI và CGS 0
Trang 9
- Giáo trình: MÁY ĐI N
Tên các Kí hiệu đơn vị Kí hiệu đơn vị Đơn vị MKSA
đại lượng hệ MKSA và SI hệ CGS 0 chuyển sang
hệ CGS 0
Thời gian s s 1
Tần Số Hz Hz 1
Chiều dài m cm 102
Tốc độ dài m/s cm/s 102
Gia tốc m/s2 cm/s2 102
Khối lượng kg g 103
Từ thông Wb Mx 108
Từ cảm Wb/m2 G 104
Điện dung F
Điện trở
- Trong nghiên cứu tính toán, thiết kế các máy điện người ta dùng hệ tương
đối.
I = I / Iñm U= U / Uñm P = P / Pñm (1-6)
Trong đó:
I: là dòng điện đơn vị (A)
U: điện áp đơn vị (V)
P: công suất đơn vị (W)
Iđm, Uđm, Pđm: là các đại lượng định mức của dòng điện, điện áp, công suất.
5. Sơ ược về các vật iệu chế tạo máy điện: gồm có:
+ Vật liệu tác dụng: gồm vật liệu dẫn điện và dẫn từ chủ yếu để chế tạo dây
quấn và lõi thép.
+ Vật liệu cách điện dùng để cách điện các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện
hoặc các bộ phận dẫn điện với nhau.
+ Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo các chi tiết máy và bộ phận chịu lực tác
dụng cơ giới. Ta xét sơ lược đặc tính của vật liệu dẫn từ, dẫn điện cách điện dùng
trong chế tạo máy điện.
a. Vật liệu dẫn từ:
Người ta dùng những lá thép kĩ thuật, thép lá thông thường là thép đúc, thép
rèn để chế tạo mạch từ.
Các lá thép kĩ thuật điện (tôn silic) thường có mã hiệu: 11, 12, 13, 22, 32,
310
Trong đó:
+ chỉ lá thép kĩ thuật.
Trang 10
- Giáo trình: MÁY ĐI N
+ Số thứ nhất chỉ hàm lượng tôn silic chứa trong thép, số càng cao hàm lượng
silic càng nhiều thép dẫn từ tốt nhưng giòn dễ gãy.
+ Số thứ hai chỉ chất lượng thép về mặt tổn hao, số càng cao tổn hao càng ít.
+ Số thứ ba số 0 chỉ cho thép cán nguội (thép dẫn có hướng) thường sử dụng
chế tạo máy biến áp.
Ngoài ra các lõI thép kĩ thuật điện còn mang mã hiệu 3404, 3405…3408 có
chiều dày 0,3 mm; 0,35 mm.
Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy, các lá tôn silic trên thường phủ một lớp
sơn cách điện mỏng sau đó mới được ghép chặt với nhau, từ đó sinh ra hệ số ép chặt
Kc : là tỉ số giữa chiều dài của lõi thép thuần thép với chiều dài thực của lõi thép kể
cả phần cách điện khi ghép.
b. Vật liệu dẫn điện:
Đồng (Cu) và nhôm (Al). Chúng có điện trở bé, chống ăn mòn tốt, tùy theo yêu
cầu về cách điện và độ bền cơ học ta dùng hợp kim của đồng và nhôm.
c. Vật liệu cách điện:
Dùng trong máy điện phải đạt yêu cầu:
+ Cường độ cách điện cao.
+ Chịu nhiệt tốt, tản nhiệt dễ dàng.
+ Chống ẩm ướt, độ bền cơ học cao.
Các chất cách điện dùng trong máy phát điện có thể ở thể hơi và thể rắn, thể
lỏng.
Các chất cách điện ở thể rắn chia làm 4 loại:
+ Các chất hữu cơ thiên nhiên như: vải, lụa..
+ Các chất vô cơ như: mica, amiăng, sợi thủy tinh…
+ Các chất tổng hợp.
+ Các chất men, sợi cách điện, các chất tẩm sấy từ các vật liệu thiên nhiên và
tổng hợp.
Tùy theo tính chịu nhiệt các vật liệu cách điện chia thành các cấp sau:
Cấp cách điện: Y A E B F H C
Nhiệt độ cao nhất
cho phép (C) >180 90 105 120 130 155 180 > 180
Độ tăng nhiệt t (C) 50 65 80 90 115 140 > 140
Độ tăng nhiệt độ: t = t1 t2
Trong đó: t1 nhiệt độ của máy, t 2 nhiệt độ mộI trường.
Trang 11
- Giáo trình: MÁY ĐI N
Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): nhiệt độ môi trường là 40C còn của máy
điện ta bình quân. Hiện nay ta thường dùng cách điện cấp A, E, B.
Chú ý: Trên nhiệt độ cho phép 10% thì tuổI thọ của máy sẽ giảm đi 1/2 nên
không được phép làm việc trên nhiệt độ cho phép trong thời gian dài.
6. Phát nóng và làm mát MĐ:
6.1 Đại cương:
Các tổn thất trong quá trình biến đổi năng lượng của MĐ biến thành nhiệt năng
làm nóng các bộ phận cấu tạo MĐ. Tổn hao nhiều và khi tải nặng thì máy càng nóng.
Nhiệt độ của MĐ phụ thuộc vào chế độ làm việc: liên tục, ngắn hạn hoặc ngắn hạn
lặp lại. Vì kích thước và chế độ làm việc nhất định nên khi sử dụng không vượt quá
giá trị định mức trên máy. Nếu máy được tản nhiệt ra môi trường tốt thì công suất
tăng, khả năng mang tải nhiều hơn.
Các máy điện thường làm việc ở nhiều chế độ khác nhau và rất đa dạng.
a. Làm việc với toàn bộ công suất trong thời gian dài.
b. Làm việc ngắn hạn.
c. Làm việc theo chu kì.
d. Làm việc với tải thay đổi.
Do chế độ làm việc khác nhau nên sự phát nóng của MĐ cũng khác nhau. Vì
vậy MĐ phải thiết kế theo từng chế độ cụ thể sao cho các bộ phận của phát nóng phù
hợp với vật liệu.
Một số dạng sau đây:
. Chế độ làm việc định mức liên tục:
Ở chế độ này, nhiệt độ tăng của máy phát đạt tới giá trị xác lập (với điều kiện
tăng nhiệt độ của môi trường không đổi).
. Chế độ làm việc định mức ngắn hạn:
Thời gian làm việc của máy không đủ dài để các bộ phận của máy đạt tới giá trị
xác lập và sau đó thời gian máy nghỉ đủ dài để nhiệt độ hạ xuống bằng nhiệt độ môi
trường xung quanh.
. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại:
Thời gian máy làm việc và nghỉ trong một chu kì không đủ dài để nhiệt độ các
bộ phận của máy đạt đến giá trị xác lập. Chế độ này đặc trưng bằng tỉ số giữa thời
gian làm việc và thời gian của một chu kì làm việc và nghỉ. Các tỉ số được chế tạo
với 15%, 25%, 40%, 60%.
Chú ý: máy điện được chế tạo để dùng ở chế độ làm việc định mức liên tục.
6.2 Sự phát nóng và nguội lạnh của máy điện:
Trang 12
- Giáo trình: MÁY ĐI N
Các máy điện đều có cấu trúc phức tạp gồm nhiều bộ phận hình dạng khác
nhau và làm lạnh bằng các vật liệu có độ dẫn nhiệt không giống nhau. Khi máy làm
việc, nhiệt độ của lõi thép, dây quấn không bằng nhau do có sự trao đổi nhiệt giữa các
bộ phận. Hơn nữa nhiệt độ của chất làm lạnh ở mỗi khu vực trong máy cũng không
giống nhau.
a. Các kiểu cấu tạo của máy điện:
Kiểu cấu tạo của máy điện phụ thuộc vào phương pháp bảo vệ máy đối với môi
trường
bên ngoài. Cấp bảo vệ được kí hiệu bằng chữ IP kèm theo hai chỉ số, chữ số
thứ nhất là và chữ thứ hai P:
+ gồm 7 cấp được đánh số từ 0 đến 6 chỉ mức độ bảo vệ chống sự tiếp xúc
của người và vật rơi.
+ P gồm 9 cấp, đánh số từ 0 dến 8 chỉ mức độ bảo vệ chống nước vào máy.
+ Số 0 ở IP rằng, máy không bảo vệ gì cả. Chia kiểu cấu tạo như sau:
- Kiểu hở: Hình 1.11. Hệ thống gió trục
Không có bộ phận che của máy diện 1 chiều
chở để tránh các vật từ
ngoài chạm vào phần
quay hoặc các bộ phận
dẫn điện của nó. Loại
này đặt trong các nhà
máy hoặc phòng thí
nghiệm, không tránh
được ẩm ướt (IP00).
- Kiểu bảo vệ: Hình 1.12. Hệ thống gió ngang trục
của máy điện 1 chiều
Có các tấm chắn có
thể tránh được các vật và nước rơi vào máy. Loại này đặt trong nhà (cấp bảo vệ từ
P11 đến P33).
- Kiểu kín: Có vỏ bọc cách biệt trong phần máy với môi trường bên ngoài. Nó
dùng ở nơi ẩm ướt, kể cả ngoài trời. Tùy theo mức độ kín, cầp bảo vệ có từ P44 trở
lên.
b. Các phương pháp làm lạnh máy điện:
- Máy điện làm lạnh tự nhiên: không có bộ phận thổi gió làm lạnh, nên công
suất giới hạn trong khoảng (vài chục vài trăm) W nên có cách tản nhiệt để tăng
thêm bề mặt tản nhiệt.
Trang 13
- Giáo trình: MÁY ĐI N
- Máy điện làm lạnh trong: có quạt gió đặt đầu trục thổi vào trong máy. Đối với
máy công suất nhỏ, chiều dài nhỏ hơn 200 250 mm, gió chỉ thổi dọc trục theo khe
hở giữa stato và Rôto và theo các rãnh thông gió dọc trục ở lõi thép Stato và Rôto
(Hình 1.11).
Khi công suất máy lớn, chiều dài của máy tăng thì nhiệt độ dọc chiều dài của
máy sẽ không đều. Vì vậy phải tạo rãnh thông gió ngang trục. Lõi thép chia thành
từng đoạn dài khoảng 4 cm và khe hở giữa các đoạn khoảng 1 cm. Gió sẽ đi vào hai
đầu rồI theo các rãnh ngang trục và thoát ra ở giữa thân máy để rồi lai trở về hai đầu
(Hình 1.12).
- Máy điện tự làm lạnh
Hình 1.13. Máy điện tự làm lạnh mặt ngoài
mặt ngoài: máy thuộc kiểu kín.
Ở đầu trục bên ngoài máy có gắn
quạt gió và nắp quạt gió để
hướng thổi dọc mặt ngoài của
thân máy. (Hình 1.13).
Để tăng diện tích của bề
mặt máy lạnh thân máy được đúc
có cánh tản nhiệt, có đặt quạt gió để tăng tốc độ gió trong máy, do đó tăng thêm sự
trao đổi nhiệt giữa vỏ và lõi.
- Máy nhiệt làm lạnh độc lập: Ở các máy
lớn, quạt thường được đặt riêng ở ngoài để hút gió Hình 1.14. Hệ làm lạnh
đưa nhiệt lượng trong máy ra ngoài. Để độc lập và kín.
tránh hút bụi vào máy có thể dùng hệ thống
làm lạnh riêng. Trong trường hợp đó, không khí
hoặc khí làm lạnh sau khi ở máy ra được đưa qua
bộ phận làm lạnh rồi lại được đưa vào máy theo
chu trình kín như trình bày trên (Hình 1.14).
- Máy điện làm lạnh trực tiếp: Khi công suất của máy điện lớn, khoảng 300
500 ngàn kW thì hệ làm lạnh kín bằng khí hyđrô vẫn không đủ hiệu lực. Đối với các
máy điện đó, dây quấn được chế tạo bằng các thanh dẫn rỗng trong có nước hoặc dầu
chạy qua để được làm lạnh trực tiếp. Như vậy nhiệt lượng của dây quấn không phảI
truyền qua chất cách điện mà được nước hoặc dầu trực tiếp đem ra ngoài do đó có thể
tăng mật độ dòng điện trong thanh dẫn lên 3 đến 4 lần và giảm kích thước máy, tiết
kiệm vật liệu chế tạo.
Trang 14
- Giáo trình: MÁY ĐI N
CÂU HỎI
1. Giải thích nguyên lí thuận nghịch của máy điện?
2. Các vật liệu chế tạo máy điện là gì?
3. Các phương pháp làm lạnh máy điện?
Trang 15
- Giáo trình: MÁY ĐI N
Chương 2: Máy biến áp
Mã chương: MH 12-02
Giới thiệu:
Máy biến áp là một loại máy điện tĩnh được ứng dụng để truyền tải, phân phối
điện năng một cách hiệu quả và kinh tế. Sự hiểu biết về cấu tạo nguyên lý làm việc,
chức năng làm việc và cách sử dụng của các loại máy biến áp là một mảng quan trọng
của máy điện.
Mục tiêu:
Học xong chương này sinh viên hiểu, trình bày được cấu tạo và nguyên lý
làm việc, tổ nối dây của máy biến áp.
Nội dung chính:
1. Đại cương:
Để truyền tải và phân phối điện năng đi xa được phù hợp và kinh tế thì phải có
những thiết bị để tăng và giảm áp ở đầu và cuối đường dây. Những thiết bị này gọi là
mba (hình 2.1). Những mba dùng trong hệ thống điện lực gọi là mba điện lực hay
mba công suất. Mba chỉ làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng chứ không
phải biến hoá năng lượng. Các loại mba như: mba điện lực, hàn điện, các mba dùng
cho các thiết bị chỉnh lưu và đo lường…ngày nay, trong máy biến áp dây nhôm thay
thế bằng đồng nhằm giảm kích thước và trọng lượng, tiết kiệm được đồng và giá
thành rẻ hơn.
Hình 2.1 Sơ đồ mạng truyền tải đơn giản
2. Nguyên í m việc củ máy biến áp:
Khi ta nối dây quấn sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1, sẽ có
dòng điện sơ cấp I1 chạy trong dây quấn sơ cấp w1. Dòng điện sơ cấp I1 sing ra từ
thông biến thiên chạy trong lõi thép từ thông này móc vòng qua cả 2 cuộn sơ cấp w 1
và thứ cấp w2, được gọi là từ thông chính.
Trang 16
- Giáo trình: MÁY ĐI N
Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng trong
dây quấn sơ cấp 1 sức điện động là:
Và cảm ứng trong dây quấn thứ cấp sức điện động là:
Trong đó w1 và w2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Khi máy biến áp
không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện thứ cấp i 2 =0. Từ thông chính trong
lõi thép chỉ do dòng điện sơ cấp i1 không tải sinh ra, có giá trị bằng dòng từ hóa I0.
Khi máy biến áp có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở tải Z t, dưới tác
động của sức điện động e2, có dòng điện thứ cấp i2 cung cấp điện cho tải. Khi ấy từ
thông chính do đồng thời cả 2 dòng điện sơ cấp và thứ cấp sinh ra.
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, có thể coi
gần đúng thì:
nghĩa là tỉ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số vòng
dây.
E1 , E2 là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp, thứ cấp.
và k được gọi là hệ số biến áp.
- Đối với máy biến áp tăng áp ta có U2> U1 ; w2>w1.
- Đối với máy biến áp giảm áp ta có: U2
- Giáo trình: MÁY ĐI N
hoặc
Đối với máy biến áp 3 pha:
U w
- Tỉ số điện áp pha: k p = p1 1
Up2 w 2
Với W1 số vòng dây pha sơ cấp, W2 số vòng dây pha thứ cấp.
- Tỉ số điện áp dây không những chỉ phụ thuộc vào tỉ số vòng dây giữa sơ cấp
và thứ cấp mà còn phụ thuộc cách nốI hình sao hay tam giác:
+ Khi nối /Y:
Ud1 Up1 w1
kd =
Ud2 3.Up2 3.w 2
+ Khi nối /:
Ud1 Up1 w
kd = 1
Ud2 Up2 .w 2
+ Khi nối Y/Y:
Ud1 3.Up1 w1
kd =
Ud2 3.Up2 w2
+ Khi nối Y/:
Ud1 Up1 w1
kd = 3.
Ud2 3.Up2 w2
3. Các đại ượng đ nh mức:
3.1 Công suất định mức Sđm:
Là công suất toàn phần (hay công suất biểu kiến hay dung lượng) đưa ra ở dây
quấn thứ cấp máy biến áp, tính bằng VA hoặc KVA. Công thức tổng quát như sau
Sđm = m. Ufđm.I fđm với m là số pha của máy biến áp hoặc
Sđm 3UđmIđm
3.2 Điện áp định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp:
- Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm là điện áp dây quấn sơ cấp tính bằng V hay
kV.
- Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi
máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây sơ cấp là định mức, tính bằng V hay
kV.
3.3 Dòng điện định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp:
Dòng diện dây định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm là những dòng điện dây
của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức, tính bằng
ampe (A).
- Đối với mba 1 pha:
Trang 18
- Giáo trình: MÁY ĐI N
S đm S đm
I1đm I 2 đm
U1đm U 2 đm
- Đối với mba 3 pha:
S đm S đm
I1đm I 2 đm
3U1đm 3U 2 đm
3.4 Tần số định mức:
fđm tính bằng Hz. Các loại máy biến áp ở nước ta có tần số công nghiệp là 50
Hz.
Ngoài ra trên nhãn mba còn ghi các số liệu khác như: số pha (m); tổ nối dây
quấn; điện áp ngắn mạch Un%; chế độ làm việc; cấp cách điện; phương pháp làm
nguội.
4. Các oại máy biến áp chính:
Theo công dụng , máy biến áp có thể gồm những loại chính sau đây:
1. Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ
thống điện lực.
2. Máy biến áp chuyên dùng dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh
lưu, máy biến áp hàn điện, …
3. Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn, dùng để
mở máy các động cơ điện xoay chiều.
4. Máy biến áp đo lường dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn khi đưa
vào các đồng hồ đo.
5. Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao.
Máy biến áp có rất nhiều, song thực chất các hiện tượng xảy ra trong chúng
đều giống nhau. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, sau đây chủ yếu xét đến máy biến
áp điện lực hai dây quấn một pha và ba pha.
4.1 Máy biến áp tự ngẫu:
Máy biến áp tự ngẫu 1 pha thường có công suất nhỏ, được dùng trong các
phòng thí nghiệm và trong các thiết bị để làm cho nguồn có khả năng điều chỉnh được
điện áp đầu ra theo yêu cầu.
Máy biến áp tự ngẫu 3 pha thường được dùng để điều chỉnh điện áp khi mở
máy các động cơ xoay chiều 3 pha.
Máy biến áp tự ngẫu 1 pha gồm có 1 dây quấn dùng làm dây quấn sơ cấp với
dòng dây w1 và đồng thời 1 bộ phận của nó với số vòng dây w2 là thứ cấp.
Vậy tỉ số điện áp là:
Trang 19
nguon tai.lieu . vn
