Trao đổi trực tuyến tại:http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

Mục lục

Bài mở đầu: Khái niệm chung về máy điệnChương 1: Máy điện một chiều

1.1 Cấu tạo máy điện một chiều1.2 Bộ dây quấn phần ứng của máy điện một chiều 1.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện và động cơ điện một chiều.1.4 Từ trường và sức điện động trong máy điện một chiều.1.5 Máy phát điện một chiều.1.6 Động cơ điện một chiều.1.7 Kiểm tra

Chương 2: Máy biến áp.2.1 Khái niệm chung về máy biến áp.2.2 Cấu tạo của máy biến áp một pha2.3 Nguyên lý làm việc của MBA một pha2.4 Các trạng thái làm việc của MBA một pha2.5 Máy biến áp ba pha.2.6 Điều kiện làm việc song song của MBA 3 pha.2.7 Các loại máy biến áp đặc biệt

Chương 3. Máy điện không đồng bộ3.1 Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ3.2 Từ trường của máy điện không đồng bộ3.3 Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ.3.4 Sơ đồ thay thế và các phương trình của máy điện không đồng bộ.3.5 Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ.3.6 Mô men quay và phương trình đặc tính cơ của ĐCĐ không đồng bộ.3.7 Mở máy và đảo chiều quay của động cơ không đồng bộ ba pha.3.8 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ba pha

1

3.9 Hãm động cơ KĐBBài tập3.10 Động cơ không đồng bộ 1 pha.3.11 Dây quấn động cơ điện không đồng bộKiểm tra

Chương 4. Máy điện đồng bộ4.1 Khái niệm, cấu tạo máy điện đồng bộ4.2 Máy phát điện đồng bộ.4.3 Động cơ điện đồng bộ

Tài liệu tham khảo: 1. Giáo trình máy điện: Nhà xb Giáo dục; Vụ Trung Học chuyên nghiệp – Dạy nghề.Tác giả : Đặng Văn Đào – Trần Khán Hà – Nguyễn Hồng Thanh. 2. Kỹ thuật điện : (Tài liệu dùng cho các trường Trung Học Chuyên nghiệp và Dạy nghề). Tác giả : Nguyễn Ngọc Lân – Nguyễn Văn Trọng – Nguyễn Thị Quỳnh Hoa.

Bài mở đ ầu: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆNI. Những khái niệm về máy điện1. Khái niệm:- Máy điện là thiết điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào các định luật điện từ.- Về cấu tạo máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây quấn). Dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng như máy phát điện, biến đổi điện năng thành cơ năng như động cơ điện và đồng thời dùng để biến đổi dòng điện và điện áp ...2. Phân loại máy điện:

Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại khác nhau: như phân loại theo công suất, theo dòng điện, theo chức năng ....

Sơ đồ phân loại các máy điện cơ bản thường gặp:

2

Máy điện

Máy điện tỉnh Máy điện có phần quay

Máy điện xoay chiều

Máy điện một chiều

Máy điện không đồng bộ

Máy điện đồng bộ

Máy biến áp

Động cơ

điện không đồng bộ

Máy phát điện

không đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ

Động cơ

điện đồng bộ

Máy phát điện một

chiều

Động cơ

điện một

chiều

II. Vật liệu dùng trong máy điện.1. Vật liệu dẫn điện:Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phần dẫn điện, vật liệu dẫn điện dùng trong máy điện là đồng, nhôm và các hợp kim khác.2. Vật liệu dẫn từ: Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ, thường dùng các vật liệu sắt từ, thép kỹ thuật điện...

3. Vật liệu cách điện:Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện hoặc cách ly giữa các bộ phận dẫn điện với nhau, vật liệu chủ yếu là giấy, vải lụa, mica, sợi thuỷ tinh, sơn cách điện ...vv.

3

Chương I: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU1.1. CẤU TẠO MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1.1. Đại cương về máy điện 1 chiều:Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi, song máy điện một

chiều vẫn tồn tại, đặ.+c biệt là động cơ điện một chiều.

Là loại máy điện sử dụng với lưới điện một chiều và có thể vận hành theo chế độ máy phát hoặc chế độ động cơ.

Máy phát điện một chiều cung cấp nguồn điện một chiều cho động cơ và máy phát điện đồng bộ, cho công nghệ mạ, nạp ắc quy.

Động cơ điện môt chiều có momen khởi động lớn, có thể điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng và bằng phẳng nên được dùng nhiều trong các máy công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như máy mài, máy xúc, xe điện…

Nhược điểm chủ yếu của máy điện một chiều là cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền và kém tin cậy, nguy hiểm trong mọi môi trường dễ nổ. Khi sử dụng động cơ điện một chiều, cần phải có nguồn điện một chiều kèm theo (bộ chỉnh lưu hay máy phát điện một chiều).1.1.2. Cấu tạo máy điện một chiều.

Gồm có 2 bộ phận chính là phần tĩnh và phần quay.1.Phần tĩnh (Stato)Phần tĩnh còn gọi là phần cảm gồm cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, nắp máy và cơ cấu

chổi điện.a) Cực từ chínhCực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm lõi thép cực từ và dây quấn cực từ chính.

Lõi thép làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm hoặc 1mm được ép lại và tán chặt ở máy có công suất nhỏ thì được làm thép khối. Dây quấn cực từ chính làm bằng đồng có bọc cách điện, được quấn định hình thành từng bối, sau đó được quấn băng và tẩm vécni cách

4

điện. Bối dây được lồng vào thân lõi thép cực từ và gắn chặt cực từ vào gông nhờ các bulông.

b) Cực từ phụ:Cực từ phụ gồm lõi thép và dây quấn. Lõi thép thường bằng thép khối, dây quấn tương

tự dây quấn cực từ chính và được mắc nối tiếp với dây quấn rôto. Cực phụ đặt xen kẽ cực từ chính có tác dụng triệt tiêu tia lửa điện xuất hiện giữa chổi và cổ góp.

c) Gông từ:Gông từ làm bằng thép đúc, trong các máy công suất nhỏ làm bằng thép tấm cuốn lại và

hàn hoặc bằng gang. Gông từ làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.d) Cơ cấu chổi điện:Chổi điện làm bằng than hoặc graphít đôi khi được trộn bột đồng để tăng độ dẫn điện,

chổi điện được đặt trong một hộp nhờ 1 lò xo ép chổi tì sát vào cổ góp. Hộp chổi gắn chặt vào giá đỡ có nhiệm vụ đưa dòng điện từ phần ứng ra ngoài hoặc ngược lại.

2. Phần quay (rôto)Phần quay (rôto) là phần ứng, gồm lõi thép dây quấn, cổ góp và trục rôto.a) Lõi thép rôto: Làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, bề mặt có sơn cách

điện dập theo hình dạng rãnh rồi ghép lại thành rôto. Rãnh là nơi đặt dây quấn giữa có lỗ để thông gió dọc trục.

b) Dây quấn rôto: Bằng dây đồng, có bọc cách điện, tiết diện tròn hay chữ nhật được bố trí trong rãnh của lõi thép theo sơ đồ cụ thể, các mối dây được nối lên các phiến góp của cổ góp ở đầu trục.

c) Cổ góp: Gồm các phiến góp bằng đồng có đuôi én được ghép hợp lại thành hình trụ tròn, giữa các phiến góp được cách điện với nhau bằng lớp mica mỏng (0,2-1,2)mm và cách điện với trục, phần cuối của phiến góp có rãnh để hàn các bối dây vào. Thông qua cổ góp và chổi than dòng điện xoay chiều trong dây quấn rôto được đổi thành dòng 1 chiều đưa ra mạch ngoài do đó cổ góp còn gọi là vành đổi chiều.

1.2. BỘ DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU1.2.1. Khái niệm: Dây quấn phần ứng là loại dây quấn rải, đó là hệ thống dây dẫn khép kín đặt trong các rãnh của lõi phần ứng và được nối với các lá góp theo 1 quy tắc xác định hợp thành bộ dây phần ứng.1.2.2. Dây quấn phần ứng:- Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử được nối lại với nhau theo một quy luật nhất định.

+ Phần tử: Là phần dây quấn nằm giữa hai phiến góp kế tiếp nhau theo sơ đồ nối dây (một phần tử hay gọi là một bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây).

+ Cạnh tác dụng của phần tử là phần bối dây nằm trong rãnh rôto.+ Hai đầu dây của phần tử được nối với hai phiến góp và nối với hai đầu dây của hai

phần tử khác. Thông thương thì trong mỗi rãnh rôto ta đặt hai lớp dây quấn (hai bối dây), giữa hai lớp

dây quấn có sự cách điện. Một phần tử có 1 cạnh tác dụng đặt ở lớp trên của rãnh này thì cạnh tác dụng còn lại đặt ở lớp dưới của rãnh khác. Nếu một rãnh có hai cạnh tác dụng thì gọi là rãnh nguyên tố.

+ Rãnh nguyên tố:Trong một rãnh có hai cạnh tác dụng được gọi là rãnh nguyên tố, để phân biệt với một

rãnh có nhiều cạnh tác dụng ta kí hiệu rãnh nguyên tố là Znt. Nếu một rãnh có 2u cạnh tác dụng thì bằng u rãnh nguyên tố.

Gọi S là số phần tử. (và một phần tử có hai cạnh tác dụng)Gọi Z là số rãnh thực của Rôto.Mối quan hệ giữa S,Z và Znt là Znt=u.Z=S

5

Mặc khác mỗi phiến góp được nối với hai đầu dây của hai phần tử khác nhau, nên số phiến góp bằng số phần tử.

Gọi G là số phiến góp ta có G=SVậy ta có Znt=Z=S=G. (Bao nhiêu rãnh có bấy nhiêu phiến góp)

1.2.3. Các phương pháp quấn dây:Tuỳ theo cách nối phần tử với phiến góp mà ta có kiểu nối dây quấn xếp và dây quấn

sóng.a. Quấn dây kiểu xếp:Dây quấn kiểu xếp có hai loại là quấn xếp phải và quấn xếp trái.Ở dây quấn xếp phải hai đầu phần tử được nối hai phiến góp gần nhau và hai phần tử nối

tiếp ở gần nhau. Phần tử thứ hai nối tiếp sau phần tử thứ nhất ở bên phải của nó.

Ở dây quấn xếp trái là phần tử thứ hai nối tiếp sau phần tử thứ nhất ở bên trái của nó.(Để nối dây không bị chồng chéo nhau người ta thường dùng dây quấn xếp phải)

b. Dây quấn kiểu sóng: là dây quấn có hai đầu phần tử được nối với hai phiến góp cách xa nhau và hai phần tử nối tiếp nhau ở xa nhau (giống như làn sóng)

1.2.4. Các đại lượng đặc trưnga. Bước cực: Ký hiệu: (tô)Bước cực là khoảng cách giữa hai cực từ kế tiếp nhau được tính bằng số rãnh nguyên tố.

Với: Znt số rãnh nguyên tố2p là số cực từ của máy.

b. Bước dây quấn thứ nhất: Ký hiệu: y1

Bước dây quấn là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của một phần tử, được tính bằng số rãnh nguyên tố và cũng là khoảng cách của một bước cực.

6

1 2

13 4

1Quấn xếp phải

31

2

11

Quấn xếp trái

1 2

13 4

1Quấn xếp phải phiến góp

1 21

3 41

phần tử 1phần tử 2

y2

yG

yy1

1

Dây quấn sóng

yG

1 21

3 41

y

y2

y1

yG

1

y

y2

y1

c. Bước dây quấn thứ hai y2: là khoảng cách giữa cạnh tác dụng thứ hai của phần tử thứ nhất và cạnh tác dụng thứ nhất của phần tử thứ hai nối tiếp sau nó theo sơ đồ dây quấn. Bước dây quấn y2 phụ thuộc vào kiểu dây quấn. y2 = y1 - y

d. Bước dây quấn tổng hợp y: là khoảng cách giữa hai cạnh tương ứng của hai phần tử liên tiếp nhau. y = y1 – y2

e. Bước trên cổ góp: Kí hiệu yG

Bước trên cổ góp là khoảng cách giữa hai phiến góp nối với hai cạnh tác dụng của một phần tử. yG có thể có giá trị âm, dương, lớp hay nhỏ phụ thuộc vào kiểu dây quấn.

+ Với dây quấn xếp ta có yG = m, m là số tự nhiên. ( Dấu + là quấn xếp phải. Dấu - là quấn xếp trái.

+ Với dây quấn sóng ta có yG = m là số tự nhiên.(- dấu + là quấn phải- dấu - là quấn

trái).1.2.5. DÂY QUẤN KIỂU XẾPa. Dây quấn xếp đơn:

+ Tính toán bước dây quấn:Cho máy điện một chiều có các thông số sau: Số rãnh Z = Znt = S = G = 16 rãnh, số cực

từ 2p=4 cực, bước cổ góp yG = +1. Tính toán và vẽ sơ đồ khai triển dây quấn phần ứng (kiểu xếp) của máy điện một chiều.

- Bước dây quấn thứ nhất:

y1=

- Bước cổ góp yG=1 (dây quấn xếp phải)+ Biểu đồ nối dây:- Biểu điễn biểu đồ nối dây có hai dòng, dòng trên chỉ cạnh tác dụng ở lớp trên và dòng

dưới chỉ cạnh tác dụng ở lớp dưới.- Cách vẽ biểu đồ nối dây: Bắt đầu từ phần tử thứ nhất, phần tử này có cạnh tác dụng thứ

nhất đặt ở lớp trên của rãnh, cạnh tác dụng thứ hai đặt ở lớp dưới của rãnh 1+y1=1+4=5.- Đầu dây của phần tử này được nối với phiến góp 1 và 2 (vì yG=1 dây quấn xếp phải).- Tình tự nối các phần tử trong rãnh như hình vẽ:

Lớp trên

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1

Lớp dưới 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4

+ Sơ đồ khai triển dây quấn:- Để vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ta vẽ 16 rãnh và qui ước ở lớp trên vẽ bằng đường liền

nét và cạnh tác dụng ở lớp dưới vẽ bằng đường đứt nét.- Cách vẽ sơ đồ khai triển dây quấn: đặt lần lược 16 phần tử vào 16 rãnh, bắt đầu từ phần

tử thứ nhất, cạnh thứ nhất của phần tử nối với phiến góp đổi chiều thứ nhất đặt vào rãnh 1

7

(đường liền nét) ở lớp trên và cạnh thứ hai của phần tử thứ nhất được đặt lớp dưới của rãnh thứ 5 (đường đứt nét) và nối với phiến góp 2.

Tiếp tục nối tương tự với phần tử thứ hai, thứ ba….. cho đến phần tử thứ 16 rồi trở về phiến đổi chiều số 1. Ta được một mạch vòng khép kín được đặt đúng dưới các cực từ.

b. Dây quấn xếp phức:- Điểm khác nhau giữa dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức là bước dây quấn yG=m,

với dây quấn phức m=2,3…, thông thường yG=2.- Các bước dây quấn khác tính tương tự như dây quấn đơn.

+ Tính toán các đại lượng đặc trưng:Cho máy điện có các thông số sau Znt=24, 2p=4, yG=2. tính và vẽ biểu đồ nối dây, sơ đồ

khai triển dây quấn.

- Bước dây quấn y1=

- Bước cổ góp yG=2+ Biểu đồ nối dây:

- Có các số liệu tính toán về bước dây quấn ta lập biểu đồ thứ tự nối dây các phần tử.- Bắt đầu từ phần tử thứ nhất 1, phần tử này có cạnh tác dụng đặt ở lớp trên của rãnh 1,

vậy cạnh tác dụng còn lại phải đặt ở lớp dưới của rãnh là 1+y1=1+6=7.- Hai đầu dây của phần tử này được nối vào phiến góp 1 và 3. vì yG=2.- Do yG=2 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là phần tử

1+yG=1+2=3Tiếp tục theo qui luật này cho các phần tử còn lại ta được biểu đồ nối dây như hình vẽ

bên, gồm các phần tử số lẽ và chúng nối với nhau tạo thành vòng kín.Tiếp tục với phần tử chẳng, ta được biểu đồ nối dây tương tự.Gồm các phần tử số lẽ.

Lớp trên

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1

Lớp dưới 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5

Gồm các phần tử chẳn:Lớp trên

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2

Lớp dưới 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6

+ Sơ đồ khai triển dây quấn:Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn với qui luật như dây quấn xếp đơn.Dựa vào biểu đồ nối dây ta có phần tử 1 nối 3 và tiếp tục 5….đến khép kín mạch gồm

phần tử số lé và tiếp phần tử 2 nối với 4 tương tự đến hết phần tử chẳng.

8

Do yG=2 nên bề rộng chổi than lấy bằng hai phiến góp.Từ dó ta vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn như hình vẽ bên.

1.2.6. DÂY QUẤN KIỂU SÓNGa. Dây quấn sóng đơn: + Tính toán bước dây quấn:

Đặc điểm của dây quấn sóng là hai đầu của một phần tử nối với hai phiến góp cách xa nhau và hai phần tử nối tiếp nhau theo sơ đồ dây quấn nằm cách xa nhau.

- Bước dây quấn: y1=

- Bước cổ góp yG=

* Cho máy điện có thông số gồm Znt=15, 2p=4, m=-1 dây quấn sóng đơn, quấn trái.+ Tính các bước dây quấn:

y1=

chọn dây quấn bước ngắn =-3/4.

yG= y2=y1-y=7-3=4

+ Biểu đồ nối dây:- Sau khi có các số liệu tính toán về bước dây quấn y1, y2, yG… ta lập biểu đồ nối dây.- Bắt đầu từ phần tử thứ nhất 1, phần tử này có cạnh tác dụng thứ nhất đặt ở lớp trên của

rãnh 1, vậy cạnh tác dụng cơn lại sẽ đặt ở lớp dưới của rãnh 1+y1=1+3=4.- Đầu dây của phần tử này được nối với phiến góp 1 và phiến góp 1+yG=1+7=8.- Do yG=7 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là 1+yG=1+7=8.Tiếp tục thực hiện với phần tử tiếp theo theo qui luật ta vẽ được biểu đồ nối dây.Lớp trên

1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1

Lớp dưới 4 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 12

+ Sơ đồ khai triển dây quấn (sơ đồ trải)- Để vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ta vẽ 15 rãnh và qui ước lớp trên vẽ bằng đường liền

nét, lớp dưới vẽ bằng đường đứt nét.- Cách vẽ sơ đồ: Ta đặt lần lược 15 phần tử vào 15 rãnh, theo biểu đồ nối dây ta nối

phần tử 1 với phần tử 8, tiếp đến là phần tử 15…vv tiếp tục như thế ta được sơ đồ khai triển dây quấn như hình vẽ.H

- Dây quấn đơn nên bề rộng chổi than lấy bằng một phiến góp

9

b. Dây quấn sóng phức:- Điểm khác nhau giữa dây quấn sóng đơn và dây quấn sóng phức là bước dây quấn

yG=m, với dây quấn phức m=2,3,4…, thông thường yG=2.- Các bước dây quấn khác tính tương tự như dây quấn đơn.

+ Tính toán bước dây quấnCho máy điện có số liệu gồm Z=Znt=18, 2p=4, m=2. Tính bước dây quấn, vẽ sơ đồ nối

dây và khai triển dây quấn.- Các bước dây quấn:

y1=

chọn dây quấn bước ngắn =2/4.

yG=

+ Biểu đồ nối dây:Có các số liệu tính toán về bước dây quấn ta lập biểu đồ thứ tự nối dây các phần tử.- Bắt đầu từ phần tử thứ nhất 1, phần tử này có cạnh tác dụng đặt ở lớp trên của rãnh 1,

vậy cạnh tác dụng còn lại phải đặt ở lớp dưới của rãnh là 1+y1=1+4=5.- Hai đầu dây của phần tử này được nối vào phiến góp 1 và 9. vì yG=8.- Do yG=8 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là phần tử

1+yG=1+8=9 Tiếp tục theo qui luật này cho các phần tử còn lại ta được biểu đồ nối dây như hình vẽ bên, gồm các phần tử số lẽ và chúng nối với nhau tạo thành vòng kín.

Tiếp tục với phần tử chẳn, ta được biểu đồ nối dây tương tự.+ Biểu đồ nối dây+ Phần từ số lẻ:

Lớp trên

1 9 17 7 15 5 13 3 11 1

Lớp dưới 5 13 3 11 1 9 17 7 15

+ Phần tử số chẳn:Lớp trên

2 10 18 8 16 6 14 4 12 1

Lớp dưới 6 14 4 12 2 10 18 8 16

+ Sơ đồ khai triển dây quấn:- Để vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ta vẽ 18 rãnh và qui ước lớp trên vẽ bằng đường liền

nét, lớp dưới vẽ bằng đường đứt nét.

10

- Cách vẽ sơ đồ: Ta đặt lần lược 18 phần tử vào 18 rãnh, theo biểu đồ nối dây ta nối phần tử 1 với phần tử 9, tiếp đến là phần tử 17, phần tử 7…vv tiếp tục như thế ta được sơ đồ khai triển dây quấn như hình vẽ.H

- Dây quấn sóng phức nên bề rộng chổi than lấy bằng hai phiến góp

1.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.

1.3.1. Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp máy phát điện một chiều.a. Nguyên lý làm việc:

1- Cực từ stato (nam châm vĩnh cửu)2- Dây quấn phần ứng3- Chổi than4- Cổ góp5- Mạch ngoài (tải)

Khi động cơ sơ cấp quay với tốc độ góc là 1 có chiều như hình vẽ, dẫn đến các dây dẫn rôto cắt từ trường stato (từ trường cực từ), cảm ứng các sức điện động trong thanh dẫn.(chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải) từ trường hướng từ cực N đến S.

Trong thanh dẫn ab có sức điện động E1

Trong thanh dẫn cd có sức điện động E2

Sức điện động trong dây dẫn rôto là E=E1+E2

Xét tại thời điểm t: Lúc này dây dẫn quay một góc 1800, thanh ab ở cực S, thanh dc ở cực N.

Khi thanh dẫn phần ứng quay nửa vòng, vị trí của thanh dẫn trong từ trường thanh dẫn: ab ở cực S, thanh dc ở cực N, sức điện động trong phần tử đổi chiều, nhờ có chổi điện đứng yên tỳ vào phiến góp nên chổi than A vẫn nối với phiến góp phía trên, chổi than B vẫn nối với phiến góp phía dưới, chiều dòng điện mạch ngoài không thay đổi.

Ta có máy phát điện một chiều với cực dương ở chổi A và cực âm ở chổi B (nối 2 đầu với tải (bóng đèn) ta có nguồn một chiều)b. Phương trình điện áp đầu cực máy phát:

11

1

2

3

4

5

U = UAB = Eư - Iư.Rư

Trong đó: Iư.Rư là điện áp rơi trên dây dẫn phần ứng.Rư là điện trở dây dẫn phần ứng.Iư là dòng điện phần ứng.Eư là sức điện động phần ứng.Đơn vị:U, Eư (V); Iư (A); Rư ()

1.3.2. Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp của động cơ điện một chiều.a. Nguyên lý làm việc:Khi đặt điện áp một chiều vào hai đầu chổi than A và B, trong dây quấn phần ứng xuất

hiện dòng điện một chiều Iư, dưới tác dụng của từ trường sẽ chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm cho rôto quay, chiều lực điện từ được xác định theo qui tắc bàn tay trái.

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư, ở động cơ một chiều sức điện động phần ứng ngược chiều với dòng điện phần ứng nên sức điện động phần ứng con được gọi là sức phản điện.

b. Phương trình điện ápU = UAB = Eư + Iư.Rư

Trong đó: Iư.Rư là điện áp rơi trên dây dẫn phần ứng.Rư là điện trở dây dẫn phần ứng.Iư là dòng điện phần ứng.

Eư là sức điện động phần ứng.Đơn vị:U, Eư (V), Iư (A), Rư ()

1.4. TỪ TRƯỜNG VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU1.4.1. Từ trường của máy điện một chiều:

- Khi máy phát điện 1 chiều chạy không tải, trong máy chỉ có từ trường do cực từ chính sinh ra gọi ra từ trường chính hay từ trường phần cảm.

- Khi máy mang tải, dòng điện chạy trong dây quấn phần ứng sinh ra từ trường phần ứng.

- Tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường phần cảm gọi là phản ứng phần ứng.Tác dụng của phản ứng phần ứng làm méo từ trường tổng hợp của máy, ở mõm cực ra

của cực từ được trợ từ còn ở mõm cực vào bị khử từ. Nếu mạch từ không bão hoà thì tác dụng trợ từ và khử từ bằng nhau, nên từ thông tổng không đổi. Nếu mạch từ bão hoà thì tác dụng trợ từ ít hơn khử từ, nên từ trường tổng giảm do đó sức điện động cảm ứng trong thanh dẫn giảm. Đồng thời, phản ứng phần ứng làm cho từ trường tại 2 điểm trên đường trung tính hình học khác 0.

Đây là nguyên nhân làm xuất hiện tia lửa điện trên cổ góp.Để tránh hiện tượng trên phải xoay đường trung tính hình học đến 1 vị trí mới lệch so

với trung tính hình học 1 góc đó là đường trung tính vật lý O’O’’

Hình vẽ1.4.2. Sức điện động phần ứng.a. Sức điện động thanh dẫn:

Khi quay rôto, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường, trong mỗi thanh dẫn cảm ứng sức điện động là:

e = Btb.l.vTrong đó: Btb từ cảm trung bình dưới cực từ.

v là tốc độ của thanh dẫnl là chiều dài hiệu dụng thanh dẫn.

b. Sức điện động phần ứng Eư: Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối tiếp nhau thành mạch vòng kín. Các chổi

than chia dây quấn thành nhiều nhánh song song. Sức điện động phản ứng bằng tổng các sức điện động thanh dẫn trong một nhánh.

12

Gọi N là số thanh dẫn của dây quấn, a là số đôi nhánh.Số thanh dẫn một nhánh là N/2a (với a là số nhánh song song)

Sức điện động phần ứng là Eư

Tốc độ dài v xác định theo độ quay n (vòng/phút) bằng công thức: v =

Thay v = vào Eư = = và chú ý rằng từ thông dưới mỗi cực từ là =

Cuối cùng ta có: Eư = hoặc Eư = ken.

Trong đó p là số đôi cực. Hệ số ke = phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn phần ứng.

Sức điện phản ứng tỷ lệ với tốc độ quay phần ứng và từ thông dưới mỗi cực từ. Muốn thay đổi trị số sức điện động, ta có thể điều chỉnh tốc độ quay hoặc điều chỉnh từ thông, bằng cách điều chỉnh dòng điện kích từ. Muốn đổi chiều sức điện động thì hoặc đổi chiều quay hoặc đổi chiều dòng điện kích từ.

1.5. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.5.1. Phân loại máy phát điện một chiều.

Dựa vào phương pháp cung cấp dòng điện kích từ, để phân loại máy điện một chiều như sau:

- Máy điện một chiều kích từ tự kích trong đó gồm:+ Máy điện một chiều kích từ độc lập+ Máy điện một chiều kích từ nối tiếp+ Máy điện một chiều kích từ song song+ Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp.

1.5.2. Máy phát điện một chiều kích từ độc lậpa. Sơ đồ nối dây cơ bản:

- Rtải là điện trở tải- Rkt là điện trở kích từ.- Rdc là điện trở điều chỉnh dòng điện kích từ.- Ukt là điện áp đưa vào mạch kích từ.- U là điện áp tải lấy ra từ máy phát- Ikt là dòng điện kích từ.- Iư là dòng điện phần ứng.

b. Phương trìnhMạch kích từ: Ukt = Ikt(Rkt+Rdc) (1)

Mạch phần ứng It=Iư (2)U = Eư- Iư.Rư (3)

* Khi dòng điện tải tăng It thì dòng điện phần ứng tăng Iư (ptrình1) kéo theo điện áp giảm U xuống (ptrình 2) do hai yếu tố:

- Do tác dụng của từ trường phần ứng làm cho từ thông giảm kéo theo sức điện động Eư giảm (Eư=ke.n.)

- Điện áp rơi trong mạch phần ứng tăng.* Quá trình xác lập đặc tính ngoài như sau:

13

Rdc

Ecư

I Rkt

Rtải

- Khi dòng điện tải tăng thì điện áp giảm, để giữ cho điện áp máy phát không đổi ta phải tăng dòng điện kích từ bằng cách điều chỉnh biến trở.

* Ưu nhược điểm:- Ưu điểm: Dể điều chỉnh điện áp (được sử dụng trong các hệ thống máy phát và động

cơ để truyền động cho máy cán, máy cắt kim loại ...)- Nhược điểm: Phải cần nguồn kích từ.

1.5.3. Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp.a.Sơ đồ nối dây cơ bản:

b. Phương trình:U = Eư - Iư(Rư+Rkt+Rdc) (1)Iư =Ikt =It (2)

* Khi dòng điện tải tăng điện áp thay đổi rất nhiều, nên trong thực tế ít được sử dụng.* Quá trình xác lập đặc tính ngoài như sau: - Khi tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, từ thông tăng dẫn đến sức điện động phần ứng

tăng lên rất nhiều do đó điện áp đầu cực máy phát tăng nhiều.- Khi dòng điện tải It=(2-2,5)Iđm thì mạch từ của máy bị bão hòa, lúc này dòng điện tải

tăng thì điện áp giảm.Đường đặc tính ngoài của máy phát điện một chiều kích từ độc lập:

(Từ đường đặc tính nhận xét: Khi dòng điện tải tăng bằng 2Iđm máy phát lúc đó nếu Itải tiếp tục tăng thì điện áp đầu cực máy phát giảm.)1.5.4. Máy phát điện một chiều kích từ song song.a. Sơ đồ nối dây cơ bản:

b. Phương trình:U = Eư - IưRư (1)Iư =Ikt + It (2)U = Ikt(Rkt+Rdc) (3)

Ban đầu máy không có dòng kích từ, từ thông trong máy do từ dư của cực từ tạo ra(nếu từ dư không có phải kích nguồn một chiều tạo ra từ dư hoạt dùng ngồn một chiều

khởi động máy phát sau đó tách ra)

14

U=f(It)U

It

Ecư

RdcI Rkt

Rtải

U=f(It)U

It

Rdc

Ecư

I Rkt

Rtải

* Khi quay phần ứng, trong dây quấn phần ứng sẽ có sức điện động cảm ứng do từ thông dư tạo ra, sức điện động này khép mạch qua dây quấn kích từ sinh ra dòng điện kích từ, làm tăng từ trường cho máy. Quá trình tiếp tục cho đến khi điện áp ổn định.

* Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng (ptrình2) làm cho điện áp đầu cực máy phát giảm (ptrình1), dòng điện kích từ giảm (ptrình3). Do đó đường đặc tính ngoài dốc so với máy điện kích từ độc lập.

1.5.5. Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp.a. Sơ đồ nối dây cơ bản:

- Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp gồm hai cuộn dây phần cảm1. Khi nối thuận: chiều từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp cùng chiều với từ thông

của dây quấn kích từ song song.(phần cuộn kích từ song song nối trực tiếp với chổi than)Khi tải tăng, dẫn đến từ thông trong mạch nối tiếp tăng, làm cho từ thông của máy tăng,

dẫn đến sức điện động của máy tăng, điện áp đầu cực của máy phát được giữ hầu như không đổi.

(Ưu điểm: máy phát kích từ hỗn hợp giữ cho điện áp không thay đổi khi dòng tải thay đổi ứng dụng máy phát)

2. Khi nối ng ư ợc: chiều từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp ngược chiều với từ thông của dây quấn kích từ song song.(Nhược điểm: máy phát kích từ hỗn hợp giảm điện áp tải ứng dụng máy hàn điện một chiều)

1.6. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU1.6.1. Phân loại động cơ điện một chiều

Dựa vào phương pháp kích từ, phân loại động cơ điện một chiều như đối với máy phát điện một chiều.a. Động cơ kích từ độc lập.

b. Động cơ kích từ nối tiếp.

15

Ecư

Rdc

Rkt

I

Rdc

Ecư

I Rkt

U=f(It)U

It

Rdc

Ecư

I Rkt

Rtải

Rkt

c. Động cơ kích từ song song.

1.6.2. Mômen và phương trình đặc tính cơ.a. Mômen trong động cơ điện một chiều + Mômen quay: kí hiệu: M

- Khi đặc điện áp một chiều vào dây quấn phần ứng, trong dây quấn xuất hiện dòng điện phần ứng, dưới tác dụng của từ trường stato trong dây quấn phần ứng xuất hiện lực điện từ tác dụng dẫn đến xuất hiện mômen điện từ làm cho rôto quay. (Đối với động cơ mômen điện từ được gọi là mômen quay)

M=kM.Iư. (N.m)+ Mômen cản.

- Khi động cơ mang tải xuất hiện lực cản, tác dụng vào trục động cơ, lực cản này cản trở sự chuyển động của rôto do đó trên trục động cơ sẽ xuất hiện mômen cản.

- Mômen cản có chiều ngược với chiều chuyển động của rôto.- Khi động cơ quay ổn định với một phụ tải xác định lúc đó ta có mômen tải cân bằng

với mômen động cơ.1.6.2. Phương trình đặc tính cơ.a. Phương trình đặc tính cơ động cơ kích từ độc lập hoặc kích từ song song.

- Khi điện áp đặc vào mạch kích từ và mạch phần ứng có công suất lớn thì phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ song song giống nhau.

+ Phương trình điện áp: U=Eư + IưRư (1) Eư=U - IưRư (2)

Mặc khác ta có: Eư=ke.n. (3)Thay phương trình (3) vào pt (3) ta có:

ke.n.=U - IưRư

hay (4)

Ta lại có mômen điện từ:

M=ke.Iư. Iư thay Iư vào pt (4) ta có:

(5)

Nếu trong mạch phần ứng có điện trở phụ Rp ta có phương trình tốc độ là:

(6)

Trong đó điện trở phụ là Rplà điện trở đặc vào mạch phần ứng để điều chỉnh dòng điện phần ứng nhỏ hơn dòng điện giới han Iư<Igiới hạn.

Phương trình (6) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc kích từ song song.

Đường đặc tính cơ là đường quan hệ giữa tốc độ và mômen quay của động cơ khi điện áp U và điện trở mạch phần ứng và mạch kích từ không đổi.

Với U, là hằng số, Rư, Rp không đổin = A + B.M (n=f(M)) với A,B là hằng số.

16

n

M

AB C

no

n1

0 Mc=MD

đường đặc tính cơ

Đồ thị đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích từ độc lập hoặc kích từ song song

Ecư

I

Rdc

Rkt

- Lúc động cơ làm việc ở chế độ không tải (lý tưởng) tốc độ của động cơ là (xem đang làm việc không tải ổn định)

- Giả sử ta cho động cơ mang tải vào lúc này trên truc động cơ xuất hiện mômen cản Mc

động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm A đến điểm B trên đồ thi lúc này tốc độ của động cơ sẽ giảm dần xuống là n1<n0 và đồng thời mômen động cơ sẽ tăng dần cho đến khi cần bằng mômen cản Mc, khi đó động cơ làm việc ổn định từ điểm B trên đường đặc tính cơ với tải bằng mômen cản và tốc độ n1.* Nhận xét:

- Đối với động cơ một chiều kích từ độc lập hoặc kích từ song song thì phương trình đặc tính cơ cứng, tốc độ hầu như không đổi khi công suất tải thay đổi (thay đổi nhỏ)

- Ứng dụng : thường được dùng trong cơ cấu truyền động máy cắt kim loại, các máy công cụ gia công chi tiết có tải thay đổi lớn....

- Khi có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ, thường dùng động cơ kích từ nối tiếp.b. Phương trình đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

Phương trình dòng điện: Ikt=Iư (1)Khi mạch từ bảo hoà dòng điện phần ứng và từ thông tỉ lệ với nhau:

Iư=kI. (2) với kIlà hệ số tỷ lệ.

Phương trình tốc độ là: (3) trong đó: R=Rkt+Rp+Rư

Mặc khác ta có phương trình mômen: M=kM..Iư (4)Thay Iư=kI. vào phương trình (4) ta có: M=kM.kI2=k2.2 (5) đặt k2=kM.kI lấy căn hai vế

phương trình (5) ta có từ thông: (6)

Thay phương trình (6) và (2) vào pt (3) ta có phương trình tốc độ:

(7) đặc ;

ta có phương trình tốc độ là

Giả sử điện áp U và điện trở là hằng số, xây dựng đồ thị đặc tính tốc độ và mômen n=f(M)

17

Ecư

Rdc

Rkt

I

n

M0

Dựa vào phương trình tốc độ ta xây dựng đường đặc tính cơ là đường có dạng hypebol, đường đặc tính cơ mềm, khi mômen tăng thì tốc độ động cơ giảm nhiều.

Khi động cơ không tải hoặc tải nhỏ, mômen cản nhỏ dẫn đến tốc độ động cơ tăng lên rất nhiều dẫn đến dể gây hỏng động cơ về mặc cơ khí (ma sát ở ổ bi lớn làm gãy trục....) Vì thế không cho phép động cơ một chiều kích từ nối tiếp mở máy và làm việc ở chế độ không tải.1.6.3. MỞ máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.a. Dòng điện mở máy

- Phương trình điện áp: U=Eư+IưRư (1) Iư=

- Mặc khác ta có : Eư=ke.n.- Khi mở máy ban đầu tốc độ n=0 nên Eư=ke.n.=0,

- Dòng điện phần ứng lúc này là Iư= , vì điện trở phần ứng nhỏ Rư, nên dòng điện phần

ứng lúc mở máy rất lớn từ (20-30)Iđm, dễ làm hỏng cổ góp và chổi than, đốt nóng dây quấn rôto và cách điện bị già hóa.

- Để giảm dòng điện mở máy đạt từ Imm = (1,5-2)Iđm, dùng các phương pháp sau:+ Dùng biến trở mở máy Rmm:

Bằng cách mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng lúc này dòng điện mở máy Iưmm

Lúc đầu để biến trở mở máy Rmm lớn nhất, trong quá trình mở máy tốc độ tăng lên, dẫn đến sức điện động tăng, dẫn đến dòng điện phần ứng mở máy giảm đần và ta giảm điện trở Rmm giảm dần về 0, lúc này động cơ làm việc đúng dòng điện định mức.

+ Giảm đ iện áp đ ặt vào mạch phần ứng :Phương pháp này sử dụng khi có nguồn một chiều có thể điều chỉnh điện áp(chú ý: để mômen mở máy lớn, thì lúc mở máy phải có từ thông lớn nhất (M=ke.Iư.) vì

thế phải điều chỉnh dòng kích từ lớn nhấtb. Mômen mở máy:

Mmm=kM..Iưmm

Nếu dòng điện lúc mở máy Imm rất lớn dẫn đến mômen mở máy Mmm cũng rất lớn, dể tạo ra các xung lực lớn làm chô hệ truyền động động cơ giật, rung lớn... dể vỡ bánh răng, bánh đà.. làm hỏng động cơ và nguy hiểm cho người vận hành.1.6.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.

Từ phương trình điện áp : U=Eư+IưRưEư=U-IưRư

Mà Eư=ke.n. ke.n.=U-IưRư n (1)

Từ phương trình (1) ta nhân thấy để thay đổi tốc độ động cơ ta có một số phương pháp sau:

- Để thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp U, dùng nguồn điện phải điều chỉnh được điện áp cung cấp cho động cơ.

- Để thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông, tức là thay đổi dòng điện kích từ. - Để thay đổi tốc độ bằng cách mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng.

a. Điều chỉnh tốc độ động điện một chiều kích từ độc lập và song song bằng cách thay đổi điện áp.

18

Theo trên ta có đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc kích từ song song có dạng đường thẳng.

- Khi thay đổi điện áp ta được các đường đặc tính song song- Khi điều chỉnh mômen không đổi vì từ thông và dòng điện phần ứng không đổi do sức

điện động và điện áp giảm.

* Quá trình giảm tốc:Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên đường đặc tính cơ với điện áp đặc vào

mạch phần ứng là U1 lúc này động cơ quay đều với tốc độ nA. Ta giảm điện áp xuống U2 nhỏ hơn điện áp U1 động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đường đặc tính cơ U2, lúc này mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản MD<Mc dẫn đến tốc độ giảm dần theo đường đặc tính U2 tới điểm D, tại điểm D mômen động cơ bằng mômen cản động cơ quay ổn định với tốc độ nD<nA đó là quá trình giảm tốc của động cơ.* Quá trình tăng tốc: Ngược lại.....b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.

Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng điện kích từ.c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng

Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng tốc độ giảm. Vì rằng dòng điện phần ứng lớn, nên tổn hao công suất trên điện trở điều chỉnh lớn. Phương pháp này chỉ sử dụng ở động cơ công suất nhỏ.1.5.5. Hãm động cơ điện một chiều

Hãm động cơ là tạo mômen điện từ ngược chiều chuyển động của động cơ. Động cơ điện một chiều được hãm bằng các phương pháp hãm là hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng.a. Hãm tái sinh (trả năng lượng về lưới)

Hãm tái sinh xảy ra trong động cơ kích từ song song khi máy làm việc ở chế độ động cơ với tốc độ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng.

Trong trường hợp này sức điện động Eư>U và dòng điện phần ứng đổi dấu nên mômen điện từ cũng đổi dấu thành mômen hãm. Máy lúc này làm việc trong chế độ máy phát điện vào lưới (trả lại lưới)

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp không thể chuyển sang chế độ hãm tái sinh. Muốn hãm tái sinh ta phải chuyển sang chế độ kích từ song song.b. Hãm ngược. Trạng thái này thực hiện bằng hai cách.

- Máy được truyền động làm quay động cơ theo chiều ngược mômen điện từ.- Đổi chiều quay của động cơ bằng cách đổi chiều dòng điện phần ứng của động cơ.

c. Hãm động năng.- Khi hãm động năng động cơ kích từ song song ta cắt phần ứng ra khỏi lưới và nối

mạch qua một điện trở hãm.- Hãm động năng động cơ kích từ nối tiếp được thực hiện bằng cách chuyển động cơ

sang kích từ độc lập. Nếu động cơ kích từ nối tiếp thì khi tốc độ nhỏ, dẫn đến mômen hãm yếu, khi tốc độ lớn mômen hãm mạnh

19

n

M

A

B Uđm

no

n1

0 Mc=MD

đường đặc tính cơ

Đồ thị đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích từ độc lập hoặc kích từ song song

U1<Uđm

U2<U1

n

M

B Ano1

nA

0 Mc=MD

đường đặc tính cơ

Quá trình tăng tốc độ hay giảm

U1<Uđm

U2<U1

MB

D

BÀI TẬP MẪUBài 1: Một máy phát điện kích từ song song, công suất định mức Pđm = 25kW, điện áp định mức Uđm = 115V, có các thông số sau: Điện trở dây quấn kích từ song song Rkt = 12,5; điện trở dây quấn phần ứng Rư = 0,0238, số đôi nhánh a=2, số đôi cực từ p = 2, số thanh dẫn N = 300, tốc độ quay n = 1300vg/ph.

a) Xác định sức điện động Eư, từ thông .b) Giả sử dòng điện kích từ không đổi, bỏ qua phản ứng phần ứng, hãy xác định điện áp

đầu cực máy khi dòng điện giảm xuống I = 80,8A.Bài giải:

a) Dòng điện định mức

Iđm = = = 217,4A

Dòng điện kích từ

Ikt = = = 9,2A

Dòng điện phần ưngIư = Iđm + Ikt = 217,4+ 9,2 = 226,6ASức điện động của máyEư = U + Iư.Rư = 115 + 226,6. 0,0238 = 120,4VTừ thông

= = 1,852.10-2Wb

Dòng điện phần ứngIư = I + Ikt = 80,8 + 9,2 = 90AĐiện áp đầu cực máy phát.U = Eư – IưRư = 120,4 – 90.0,0238 = 118,3V.

Bài 2:Một máy phát điện một chiều kích từ song song, điện áp định mức Uđm = 115V, cung cấp dòng điện tải It = 98,3A cho tải. Điện trở phần ứng Rư = 0,0735, điện trở dây quấn kích từ song song Rkt = 19. Tổn hao cơ, sắt từ và phụ bằng 4% công suất điện.

a) Xác định sức điện đông Eư và hiệu suất của máy ở chế độ tải trênb) Tính dòng điện ngắn mạch khi ngắn mạch hai dầu cực máy phát. Cho biết từ thông

dư bằng 3% từ thông của máy ở chế độ tải trên, và tốc độ máy không đổi.Bài giải:

a) Dòng điện kích từ

Ikt =

Dòng điện phần ứngIư = I1 + Ikt = 98,3 + 6,05 = 104,35ASức điện động phần ứngEư = U + IưRư = 115 + 104,35.0,735 = 122,7VTổn hao trong dây quấn kích từ song song.Pkt = I2

ktRkt = 6,052.19 = 695WTổn hao trong dây quấn phần ứngPư = I2

ưRư = 104,352. 0,0735 = 800W.Tổn hao cơ, sắt từ và phụPcstf = 4%P = 0,04.115.98,3 = 452W

20

Hiệu suất của máy

= = = 0,853

b) Khi ngắn mạch đầu cực, dòng điện ngắn mạch chạy trong dây quấn phần ứng

Iưn =

Trong đó Eưn = kendư = 0,03ken = 0,03Eư = 0,03.122,7 = 3,7VỞ máy phát kích từ song song, dòng điện ngắn mạch nhỏ hơn dòng điện định mức.

Bài 3: Một động cơ điện một chiều công suất định mức Pđm = 1,5kW, điện áp định mức Uđm = 220V, hiệu suất = 0,82; tốc độ n= 1500vg/ph. Tính momen định mức, tổng tổn hao trong máy, dòng điện định mức.

Bài giải

Momen định mức

Mđm = 9550 = 9550 = 9,55Nm

Công suất cung cấp cho động cơ

P1 = W

Dòng điện định mức

Iđm =

Tổng tổn hao trong máyP = P - Pđm = 1829,3 – 1500 = 329,3W

BÀI TẬP HỌC SINH TỰ GIẢIBài 1:Một động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp điện áp định mức Uđm = 220V, dòng điện định mức Iđm = 502A, hiệu suất định mức = 0,905, điện trở dây quấn kích từ song song Rkt = 50, tổn hao cơ, sắt từ và phụ là 4136WTính công suất động cơ tiêu thụ, công suất định mức động cơ, tổng tổn hao trên các điện trở phần ứng, điện trở kích từ nối tiếp và dây quấn cực từ phụ.

Đáp số: P1 = 110,44kW; Pđm = 100kW; Pư.nt.f = 5336WBài 2: Động cơ điện một chiều kích từ song song công suất định mức Pđm = 10kW, điện áp định mức Uđm = 220V, hiệu suất định mức = 0,905, tốc độ định mức n = 2250vg/ph, dòng điện kích từ định mức Ikt = 2,26A, điện trở phần ứng Rư = 0,178

Tính dòng điện mở máy trực tiếp. Tính điện trở mở máy Rmm để giảm dòng điện mở máy xuống bằng 2 lần dòng điện định mức.

Đáp số: Imm = 1238A; Rmm = 1,95

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆMCâu 1: Động cơ điện một chiều kích từ song song Uđm = 220V; Iđm = 94A; Ikt = 0,65A; Rư = 0,15; nđm = 1100vòng/phút.

1) Tính Iưđm. Đáp án nào dưới đây đúng:a) Iưđm = 94Ab) Iưđm = 94,65Ac) Iưđm = 93,35A

21

2) Xác định tốc độ động cơ khi U = 180V, cho biết Iư, Ikt và tình trạng mạch từ không đổi.

Tìm đáp số đúng:a) 910,6 vòng /phút.b) 886,4 vòng /phút.c) 1000 vòng /phút.3) Khi mở máy động cơ điện một chiều kích từ song song, người ta nối thêm Rmở

vào mạch phần ứng nhằm mục đích sau:a) Hạn chế dòng mở máy.b) Tăng momen mở máy.c) Vừa hạn chế dòng điện mở máy vừa tăng momen mở máy.d) Để giảm thời gian mở máy.Câu trả lời nào đúng trong các câu trên?

Câu 2: Máy điện một chiều kích từ độc lập Uđm = 230V, Iđm =100A, Rư = 0,1. Tìm sức điện động phần ứng Eư khi làm việc ở chế độ máy phát và chế độ động cơ.Chọn phương án đúng:

a) 220V; 240Vb) 241V; 220Vc) 250V;215V

Câu 3: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập I = 100A, U = 240V, Rư = 0,1 quay với tốc độ 1000v/phút. Tìm momen điện từ. Chọn phương án đúng:

a) M = 218Nm.b) M = 350Nmc) M = 175Nm

Đáp ánCâu 1:

1) c.2) b.3) 3a

Câu 2:b

Câu 3:a

22

CHƯƠNG II: MÁY BIẾN ÁP2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP

2.1.1. Khái niệm chungĐể biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp, hoặc

ngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao, ngưòi ta dùng MBA. Ngày nay do việc sử dụng điện năng phát triển rất rộng rãi nên có những loại MBA khác nhau: MBA 1pha, 2 pha, 3pha,..nhưng chúng dựa trên 1 nguyên lý, đó là nguyên lý cảm ứng điện từ.2.1.2. Định nghĩa:

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, nguyên lý làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác nhưng có tần số không đổi.

+ Hệ thống đầu vào của MBA (trước lúc biến đổi): U1; I1; f+ Hệ thống đầu ra của MBA (trước lúc biến đổi): U2; I2; f

+ Đầu vào của MBA nối với nguồn điện được gọi là cuộn sơ cấp (các đại lượng, thông số sơ cấp trong kí hiệu có ghi chỉ số 1: W1,U1,I1,..)

+ Đầu ra nối với tải gọi là cuộn thứ cấp (các đại lượng và thông số thứ cấp trong ký hiệu ghi số 2: W2, U2, I2,...)2.1.3. Phân loại máy biến áp.

Có nhiều cách phân loại máy biến áp:- Theo loại dòng điện ta chia ra máy biến áp là MBA một pha, ba pha hay nhiều pha.- Máy biến áp có ít nhất là hai cuộn dây:+ Dây quấn nối với nguồn gọi là dây quấn sơ cấp. + Dây quấn nối với tải gọi là dây quấn thứ cấp.+ Dây quấn nối với nguồn cao áp gọi là dây quấn cao áp. + Dây quấn nối với nguồn hạ áp gọi là dây quấn hạ áp.- Máy biến áp có điện áp sơ cấp lớn hơn điện áp thứ cấp gọi là máy biến áp giảm áp.- Máy biến áp có điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp tăng áp.- Máy biến áp có ba cuộn dây (1 cuộn sơ, 2 cuộn thứ)- Máy biến áp tự ngẫu. (ngoài liên hệ về từ còn liên hệ về điện)- Máy biến áp đặc biệt như máy biến áp hàn, máy biến áp đo lường, máy biến áp điều

khiển.2.1.4. Vai trò của máy biến áp.

Để dẫn điện từ Trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần có đường dây truyền tải.

23

Đường dây truyền tải

MBA tăng ápHộ tiêu thụ

MBA hạ ápMáy phát điện

Hình 2-1: Sơ đồ truyền tải điện năng- Để truyền tải điện năng đi xa phải dùng các đường dây tải điện có điện áp cao để giảm

tổn thất điện năng trên đường dây. (Điện áp mà các máy phát phát ra bị hạn chế bởi điều kiện cách điện của máy và thường là 1-21kV). Để tăng điện áp lên cao ta phải dùng máy biến áp.

- Tại hộ tiêu thụ điện do không thể trực tiếp sử dụng điện áp cao, vì lý do an toàn phải hạ thấp điện áp xuống 6kv cho các động cơ công nghiệp hoặc 0,4kV, 220V cho các thiết bị điện dân dụng.

- Để làm được hai điều trên cần phải dùng máy biến áp.Máy biến áp được sử dụng rộng rải trong kỹ thuật, máy biến áp làm nhiệm vụ truyền tải

và phân phối năng lượng.2.1.5. Các đại lượng định mức của máy biến áp.

Các đại lượng định mức của máy biến áp qui định điều kiện làm việc của máy và do nhà chế tạo ghi trên biển máy.

- Điện áp định mức: Điện áp sơ cấp định mức ký hiệu là U1đm, là điện áp quy định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức ký hiệu là U2đm, là điện áp quy định cho dây quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức. Người ta quy ước, với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha, với máy biến áp 3pha là điện áp dây. Đơn vị điện áp ghi trên máy thường là V hoặc KV.

- Dòng điện định mức: Dòng điện định mức là dòng điện đã quy định cho mỗi dây quấn của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Đối với máy biến áp một pha, dòng điện định mức là dòng điện pha. Đối với máy biến áp 3 pha, dòng điện định mức là dòng điện dây. Đơn vị dòng điện ghi trên máy thường là A. Dòng điện sơ cấp định mức ký hiệu I1đm, dòng điện thứ cấp định mức ký hiệu I2đm.

- Công suất định mức: Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến định mức. Công suất định mức ký hiệu là Sđm. Đơn vị là VA, KVA. Đối với máy biến áp một pha công suất định mức là:

Sđm = U2đm.I2đm = U1đm.I1đm

Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức là:Sđm = U2đm.I2đm = U1đm.I1đm

Ngoài ra trên biển máy còn ghi tần số định mức fđm, số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc,..2.1.6. Các loại máy biến áp chính.

* Có rất nhiều loại máy biến áp cụ thể như sau: Máy biến áp điện lực để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện.Máy biến áp chuyên dùng sử dụng ở các lò luyện kim, chỉnh lưu, máy biến áp hàn...Máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ không đồng

bộ có công suất lớn.Máy biến áp đo lường để giảm điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ đo tiêu

chuẩn.Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao.

2. 2. CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP MỘT PHAMáy biến áp một pha có hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn.

2.2.1. Lõi thép máy biến áp: (Mạch từ)

24

Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt. Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,35mm đến 0,5mm, hai mặt có sơn cách điện) ghép lại với nhau tạo lõi thép. Lõi thép gồm hai bộ phận chính là trụ và gông

+ Trụ là nơi để đặt dây quấn.+ Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.+ Giữa các trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.- Theo kết cấu lõi thép ta chia ra máy biến áp kiểu trụ và máy biến áp kiểu bọc (kiểu chữ

U và chữ E).+ Máy biến áp kiểu trụ là phần dây quấn bao quanh trụ thép(loại mba kiểu trụ thưòng dùng trong mba một pha và b3 pha công suất nhỏ và trung

bình)+ Máy biến áp kiểu bọc là phần mạch từ phân nhánh ra hai bên và bao lấy dây quấn.

(thường là mba nhỏ và đặc biệt)

Hình a Hình b

Mạch từ Máy Biến Áp kiểu lõia) 1pha; b) 3 pha.

2.2.2. Dây quấn máy biến áp- Dây quấn máy biến áp thường được làm bằng dây đồng là loại dây mềm, có độ bền cơ

học cao, khó đứt, dẫn điện tốt, có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện.

- Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn có cách điện với nhau và các dây quấn cách điện với lõi thép

Máy biến áp thường có các loại dây quấn sau:+ Dây quấn nối với nguồn gọi là dây quấn sơ cấp.+ Dây quấn nối với tải gọi là dây quấn thứ cấp.+ Dây quấn nối với nguồn cao áp gọi là dây quấn cao áp.+ Dây quấn nối với nguồn hạ áp gọi là dây quấn hạ áp.

(Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ, thì dây quấn thấp áp được đặt sát trụ thép, dây quấn cao áp đặt lồng ra ngoài. Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện và khoảng cách cách điện với phần tiếp đất (lõi sắt) nên giảm được kích thước máy biến áp.

Ngoài hai bộ phận chính trên còn có các phụ kiện khác như võ máy, vật liệu cách điện...vv.

Vỏ máy thường làm bằng kim loại để bảo vệ, cố định máy và làm giá lắp đồng hồ đo, bộ phận chuyển mạch...

Vật liệu cách điện của máy biến áp làm nhiệm vụ cách điện giữa các vòng dây với nhau, giữa dây quấn và lõi thép, giữa phần dẫn điện và phần không dẫn điện.

(tuổi thọ máy biến áp phụ thuộc nhiều vào vật liệu cách điện. nếu cách điện không tốt sẽ gây sự cố cho máy biến áp, nhưng nếu cách điện quá mức sẽ tăng kích thước và tăng giá thành) Vật liệu cách điện trong máy biến áp công suất nhỏ gồm: giấy cách điện, vải thuỷ tinh, sơn cách điện. Với máy lớn dùng dầu cách điện....

25

3.3: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA3.3.1: Nguyên lý làm việc

Xét sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 1 pha 2 dây quấn như hình vẽ:(1) Cuộn sơ cấp (w1vòng).

(2) Cuộn thứ cấp (w2 vòng).(3) Lõi thép.(4) Phụ tải

* Nguyên lý làm việc của máy biến áp làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ:- Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp u1 sẽ có dòng điện sơ

cấp i1 chạy trong dây quấn sơ cấp w1.- Dòng điện i1 sinh ra từ thông biến thiên trong lõi thép do mạch từ khép kín nên từ thông

này móc vòng từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp.- Theo định luật cảm ứng điện từ thì sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây

quấn sơ cấp và thứ cấp suất điện động là:

e1= -w1 (1)

e2= -w2 (2)

- Dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở zt. Dưới tác động của suất điện động e2 cảm ứng tỉ lệ với số vòng dây w2 sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp u2. Lúc đó từ thông do cả hai dòng điện sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra.

Như vậy điện áp xoay chiều đã được truyền từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp.- Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin nên từ thông cũng biến thiên

theo hình sin: = maxsint; =2f.Thì suất điện động trong các dây quấn sơ cấp (1) và dây quấn thứ cấp(2)là:

e1 = -w1 = - w1maxcost =2fw1maxsin(t-/2) =

= 4,44fw1max sin(t-/2) = E1sin(t-/2) (3)

26

12

3

4

e2 = -w2 = - w2maxcost = 2fw2maxsin(t-/2) =

= 4,44fw2max sin(t-/2) = E2sin(t-/2) (4)Trong đó:

E1 = fw1max=4.44fw1max

E2 = fw2max=4.44fw2max (là giá trị hiệu dụng của các suất điện động dây quấn (1) và (2)).

Nhận xét: Từ (3) và (4) ta thấy sức điện động thứ cấp cùng tần số với sơ cấp nhưng trị số hiệu dụng khác nhau. Tỉ lệ với số vòng dây.3.3.2. Tỉ số máy biến áp * Nếu chia E1 cho E2 ta có:

k = =

(nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi U1E1; U2E2)k gọi là hệ số biến đổi của máy biến áp, nghĩa là tỉ số điện áp sơ cấp và điện áp thứ cấp

đúng bằng tỉ lệ số vòng dây sơ cấp và thứ cấp.Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, có thể coi gần đúng, quan hệ giữa các lượng sơ

cấpvà thứ cấp như sau: U2I2 ≈ U1I1

hoặc ≈

Trường hợp: k>1 tức U1> U2 hay w1> w2máy biến áp giảm áp k<1 tức U1< U2 hay w1< w2máy biến áp tăng áp

Như vậy dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp không liên hệ với nhau về điện nhưng nhờ có sự liên hệ về từ mà năng lượng được truyền từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp.

4.4. CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP4.1.1. Trạng thái không tải.

Trạng thái không tải là trạng thái mà phía thứ cấp hở mạch còn phía sơ cấp đặt vào điện áp định mức.a. Sơ đồ thay thế của máy biến áp không tảiVới R1, Rth là điện trở cuộn dây và mạch từ.

X1, Xth là điện kháng cuộn dây và mạch từ.U1 là điện áp sơ cấpI0 là dòng điện không tải.

Khi không tải ta có dòng điện thứ cấp bằng không I2=0

b. Các đặc điểm của trạng thái không tải.

- Dòng điện không tải:

Tổng trở không tải Z0 thường rất lớn, nên dòng điện không I0 rất nhỏ thường từ (2%-10%) dòng điện định mức, nên tổn thất trên dây quấn khi không tải rất nhỏ có thể bỏ qua.

- Công suất không tải:

27

Rth

Xth

U1

Sơ đồ thay thế của MBA không tải

XnRnIn

Ở trạng thái không tải công suất đưa ra phía thứ cấp bằng không (vì I2=0), song máy vẫn tiêu thụ công suất P0. Công suất không tải gồm công suất tổn hao sắt từ Pst trong lõi thép và công suất tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp PR1. vì dòng điện không tải I0 rất nhỏ có thể bỏ qua tức là PR10.

Vậy công suất không tải chính là công suất tổn hao trên lõi thép P0=Pst.(tổn thất sắt từ được tính dựa vào đặc tính của thép.....- Hệ số công suất không tảiCông suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng không tải P0. hệ số

công suất cos lúc không tải rất thấp.* Từ các đặc điểm trên, khi sử dụng không nên để máy biến áp làm việc ở trạng thái

không tải hoặc non tải.c. Thí nghiệm không tải của máy biến áp.

Để xác định các thông số như hệ số biến áp k, tổn thất sắt từ và các thông số của máy biến áp ở trạng thái không tải ta tiến hành thí nghiệm không tải như sơ đồ trên.Cách tiến hành: Đấu nối thiết bị như sơ đồ trên, đặt điện áp định mức vào dây quấn sơ cấp, thứ cấp hở mạch, các dụng cụ đo cho biết các số liệu sau:

+ Oát kế chỉ công suất không tải P0=Pst.+ Ampe kế chỉ dòng điện không tải I0.+ Vôn kế cho giá trị U1, U20 điện áp sơ cấp và điện áp không tải thứ cấp.Từ các số liệu trên ta tính được:

+ Hệ số biến áp .

+ Dòng điện không tải phần trăm I0%=

+ Điện trở không tải .

+ Tổng trở không tải

+ Điện kháng không tải

+ Hệ số công suất không tải cos0 =(0,1-0,3)4.1.2. Trạng thái ngắn mạch của máy biến áp

Trạng thái ngắn mạch là trạng thái khi đặt điện áp vào sơ cấp mà phía thứ cấp được nối tắt lại (đây là trường hợp sự cố. trong vận hành do nhiều nguyên nhân làm MBA bị ngắn mạch như hai đầu dây dẫn điện phía thứ cấp chập vào nhau, rơi xuống đất hoặc nối với nhau qua một tổng trở rất nhỏ).a. Sơ đồ thay thế của máy biến áp ngắn mạchVới Rn, là điện trở ngắn mạch.

Xn, là điện kháng ngắn mạch.Zn là tổng trở ngắn mạch

28

Sơ đồ thí nghiệm máy biến áp không tải

V

*

I0

P0

*

U1U02

A

W

V

U1

Sơ đồ thay thế của MBA ngắn mạch

XnRnIn

In là dòng điện ngắn mạch.Dòng điện sơ cấp là dòng điện ngắn mạch In.b. Đặc điểm của trạng thái ngắn mạch.

Khi đặt điện áp định mức vào sơ cấp, phía thứ cấp được nối tắt ta có dòng điện ngắn

mạch là .

Vì tổng trở ngắn mạch rất nhỏ nên dòng điện ngắn mạch rất lớn từ In=(10-25)Iđm, dòng điện lớn làm hỏng cách điện gấy hỏng máy biến áp và ảnh hưởng đến các đồ dùng điện.(Khi phát hiện sự cố hay ngắn mạch cần phải loại máy biến áp ra khỏi lưới điện... Khi sử dụng máy biến áp cần tránh trạng thái ngắn mạch...)c. Thí nghiệm ngắn mạch của máy biến áp

Để xác định tổn hao trên điện trở dây quấn và xác định các thông số sơ cấp và thứ cấp ta tiến hành thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp.Cách tiến hành: Đấu nối thiết bị như sơ đồ trên.

- Dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ điều chỉnh điện áp (máy biến áp tự ngẫu), Dây quấn thứ cấp nối ngắn mạch. Qua bộ điều chỉnh điện áp ta điều chỉnh điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng điện áp Un sao cho dòng điện trong dây quấn bằng dòng điện định mức (tức I2=I2dm).

Un gọi là điện áp ngắn mạch, được tính theo phần trăm của điện áp sơ cấp định mức: UN

%= .

- Lúc ngắn mạch điện áp thứ cấp U2=0, do đó điện áp ngắn mạch là điện áp rơi trên tổng trở dây quấn hay điện áp đọc được trên vônmet chính là tổn thất điện áp khi máy biến áp mang tải định mức.

- Công suất đo được trên oátmét W chính là tổn thất đồng trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp khi máy biến áp mang tải định mức (Pn).

Do điện áp đặt vào sơ cấp nhỏ nên tổn hao sắt từ nhỏ có thể bỏ qua và Pn=Pđ1+Pđ2.Tù thí nghiệm ta tính được các thông số dây quấn trong sơ đồ thay thế.

- Tổng trở ngắn mạch:

- Điện trở ngắn mạch:

- Điện kháng ngắn mạch: Để tính thông số dây quấn của máy biến áp, thường dùng các công thức gần đúng sau:

R1R'2 , X1X'

2 với R'2, X'

2 là điện trở và điện kháng thứ cấp qui đổi sang sơ cấp.

Biết hệ số biến áp k, tính được thông số thứ cấp chưa qui đổi R2 , X2

4.1.3. Trạng thái có tải của máy biến áp

29

Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp

biến áp

V

*

In

Pn

*

Un

A

W

A

điều chỉnh điện áp

Trạng thái có tải là trạng thái trong đó dây quấn sơ cấp nối vào nguồn điện áp định mức, dây quấn thứ cấp nối với tải.Để đánh giá mức độ mang tải của máy biến áp, ta có hệ số tải của máy biến áp là:

kt= trong đó: I1 là dòng điện sơ cấp

I1dm là dòng điện sơ cấp định mứckt là hệ số tải.

Khi kt=1 máy biến áp mang tải định mức.Khi kt<1 máy biến áp non tải.Khi kt>1 máy biến áp quá tải.- Tổn hao điện áp: Điện áp thứ cấp khi có tải là U2, điện áp thứ cấp khi không tải là U20.

Lượng tổn thất điện áp là U=U20-U2 hay(=U2dm-U2)Tổn thất điện áp tính theo phần trăm %.

U%= hay U%=

- Tổn hao công suất: Khi máy biến áp làm việc có các tổn hao sau:+ Tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp gọi là tổn hao đồng Pđ. Tổn hao

đồng phụ thuộc vào dòng điện tải Pđ=I12.R1+I2

2.R2 (với R1,R2 là điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp) hay Pđ=kt

2.Pn

+ Tổn hao sắt Pst trong lõi thép, do dòng điện xoáy và từ trể gây ra. Tổn hao sắt từ không phụ thuộc vào dòng điện tải mà phụ thuộc vào từ thông chính nghĩa là phụ thuộc vào điện áp Pst=P0 (Tổn hao sắt bằng tổn hao không tải)

+ Hiệu suất máy biến áp là

(với P2 là công suất tác dụng ở đầu ra)

4.5. MÁY BIẾN ÁP BA PHA4.5.1. Cấu tạo.

Cấu tạo gồm các bộ phận chính là lõi thép, dây quấn và vỏ máy- Lõi thép máy biến áp ba pha gồm ba trụ- Dây quấn:Dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng chữ in hoaPha A kí hiệu là AX, kí hiệu đầu đầu là A,B,CPha B kí hiệu là BX, kí hiệu đầu cuối là X,Y,ZPha C kí hiệu là CXDây quấn thứ cấp kí hiệu bằng chũ thường.Pha a kí hiệu là ax, kí hiệu đầu đầu là a,b,cPha b kí hiệu là bx, kí hiệu đầu cuối là x,y,z.Pha c kí hiệu là cxDây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối sao hoặc nối tam giác

30

c

x

a b

y z

w1w2

Y Z

C

X

A B

Lõi thép máy biến áp ba pha

- Khi nối sao điện áp sẽ giảm đi lần, giảm chi phí về cách điện.- Khi nối tam giác dòng điện sẽ giảm đi lần, giảm tiết diện dây.- Với máy biến áp tăng áp thường được nối sao-tam giác /.- Với máy biến áp giảm áp thường được nối sao-tam giác /.-Thùng dầu máy biến áp với các máy biến áp dầu, thùng dầu của máy biến áp làm cho

quá trình toả nhiệt được thuận lợi, với các máy lớn các thùng dầu có cánh tản nhiệt.-Trên nắp thùng dầu máy biến áp có gắn sứ cao áp và hạ áp, bình dầu phụ, ống bảo

hiểm, rơle hơi, bộ điều chỉnh điện áp...4.5.2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha.

Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha tương tự như nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha.

Gọi w1 là số vòng dây pha một pha sơ cấpGọi w2 là số vòng dây một pha thứ cấp

Tỷ số điện áp pha giữa sơ cấp và thứ cấp sẽ là

Tỷ số máy biến áp ba pha không chỉ phụ thuộc vào số vòng dây mà còn phụ thuộc vào cách đấu nối ba pha là nối sao hay tam giác .

Ví dụ: Khi nối / ta có:

Khi nối / ta có:

Khi nối / ta có:

* Chú ý: Khi sử dụng máy biến áp ba pha thì đại lượng điện áo, dòng điện ghi trên nhãn máy là điện áp dây, dòng điện dây, công suất định mức, tổn hao không tải... là các đại lượng viết cho ba pha.4.5.3. Tổ nối dây của máy biến áp ba pha.Khái niệm chung

Để các MBA ba pha có thể làm việc được, các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải nối với nhau theo một quy luật nhất định. Ngoài ra, việc phối hợp kiểu nối dây quấn sơ cấp với kiểu dây quấn thứ cấp cũng được hình thành các tổ nối dây quấn khác nhau. Hơn nữa khi thiết kế MBA, việc quyết định tổ nối dây quấn cũng phải thích ứng với kiểu kết cấu của mạch từ để tránh những hiện tượng không tốt như Sđđ không sin, tổn hao phụ tăng,..- Để nghiên cứu tổ nối dây MBA, trước hết ta xét đến ký hiệu các đầu dây và cách đấu dây quấn pha với nhau.a. Cách ký hiệu các đầu dây.- Một cuộn dây của máy biến áp có hai đầu tận cùng: Đầu đầu; đầu cuối.

Đối với dây quấn MBA một pha: do phía cao áp và hạ áp chỉ có một cuộn dây nên đầu đầu hoặc đầu cuối tuỳ ý chọn.

Đối với dây quấn MBA ba pha: do phía cao áp có ba cuộn dây của ba pha nên ta phải chọn đầu đầu và đầu cuối 1 cách thống nhất theo một chiều nhất định, nếu không điện áp ra của ba pha sẽ không đối xứng. Ví dụ: Pha A ta chọn đầu đầu là đầu A và đầu cuối là X sao cho đi từ A đến X theo chiều kim đồng hồ thì dây quấn các pha B, C còn lại cũng phải được chọn như vậy.

31

Đánh dấu đầu dây MBAĐánh dấu các đầu dây tận cùng của máy biến áp như sau:

Các đầu tận cùng Dây quấn cao áp Dây quấn hạ áp

Đầu đầu A, B, C a, b, c

Đầu cuối X, Y, Z x, y, z

b. Các kiểu đấu dây quấn.Trong máy biến áp ba pha các cuộn dây có thể nối hình sao hay nối hình tam giác.- Nối hình sao () là đem ba đầu cuối X, Y, Z nối chung lại và ba đầu đầu A, B, C còn lại để tự do.- Nối hình tam giác () thì cuối của pha này đước nối với đầu của pha kia

Cách đấu dây quấn cao áp và hạ áp ở trong MBA thường được ký hiệu như sau: Ví dụ MBA đấu / có nghĩa là dây quấn cao áp đấu và dây quấn hạ áp đấu c. Tổ nối dây của máy biến áp- Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây quấn sơ cấp so với kiểu đấu dây quấn thứ cấp. Nó biểu thị góc lệch pha giữa sđđ dây sơ cấp và dây thứ cấp và góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Chiều quấn dây+ Cách ký hiệu các đầu dây ra+ Kiểu đấu dây quấn sơ cấp và thứ cấp.

* Xét MBA một pha có hai dây quấn: sơ cấp: AX; thứ cấp: ax. Các trường hợp xảy ra như sau:

+ Hai dây quấn cùng chiều và ký hiệu tương ứng (hình a)+ Hai dây quấn ngược chiều (hình b)

32

+ Đổi chiều ký hiệu một trong hai dây quấn (hình c)Tổ nối dây của MBA 1 pha: kể từ vectơ sđđ sơ cấp đến véctơ sđđ thứ cấp theo chiều kim

đồng hồ.+ Trường hợp a: lệch pha 3600

+ Trường hợp b: lệch pha 1800

* Tổ nối dây của MBA 3 pha: Ở máy biến áp 3 pha, do nối và với những thứ tự khác nhau mà góc lệch pha giữa s.đ.đ sơ cấp và s.đ.đ thứ cấp lệch pha nhau là 300, 600, 900.....3600.

- Trong thực tế dùng kim đồng hồ để biểu thị và gọi tên tổ nối dây MBA, cách biểu thị như sau:

+Kim dài cố định ở con số 12, chỉ s.đ.đ sơ cấp.+Kim ngắn chỉ 1,2,3,..12 ứng với 300, 600, 900.....3600

chỉ s.đ.đ thứ cấp.

Trường hợp máy biến áp một pha: + Trường hợp a: I/I-12.+ Trường hợp b, c: I/I-6.Trường hợp máy biến áp ba pha có 12 tổ nối dây: + Máy biến áp ba pha nối Y/Y: Ví dụ một MBA ba pha có dây quấn sơ cấp và thứ cấp nối hình sao, cùng chiều quấn dây

và cùng ký hiệu các đầu dây thì véctơ s.đ.đ pha giữa hai dây quấn hoàn toàn trùng pha nhau và góc lệch pha giữa hai điện áp này là 3600 hay O0 ta nói MBA thuộc tổ nối dây 12 và ký hiệu là Y/Y-12 hay Y/Y-0. Để nguyên dây quân sơ cấp, dịch dây quấn thứ a→b, b→c, c→a, ta có tổ nối dây Y/Y-4, dịch tiếp một lần nữa ta có tổ nối dây Y/Y-8. Nếu ta đổi chiều dây quấn ta có tổ đấu dây Y/Y-6,10,2. Ta có tổ nối dây chẵn

33

+ Máy biến áp ba pha nối Y/Δ: Ví dụ cũng MBA ba pha có dây quấn sơ cấp nối sao và dây quấn thứ cấp nối tam giác,

cùng chiều dây quấn và cùng ký hiệu các đầu dây thì véctơ s.đ.đ pha giữa hai dây quấn hoàn toàn trùng nhau và góc lệch pha giữa hai điện áp dây sẽ bằng 3300. Ta nói MBA thuộc tổ nối dây 11 và ký hiệu Y/Δ-11. Để nguyên dây quân sơ cấp, dịch dây quấn thứ a→b, b→c, c→a, ta có tổ nối dây Y/Δ-3, dịch tiếp một lần nữa ta có tổ nối dây Y/Δ-7. Nếu ta đổi chiều dây quấn ta có tổ đấu dây Y/Δ-5,9,1. Ta có tổ nối dây lẽ.

Tổ nối dây Y/Δ-11Sản xuất nhiều máy biến áp có tổ nối dây khác nhau rất bất tiện khi chế tạo và sử dụng,

vì thế trên thực tế ở nước ta cũng như trên thế giới chỉ sản xuất các máy biến áp điện lực thuộc các tổ nối dây sau: Máy biến áp một pha có tổ I/I-12; máy biến áp ba pha có các tổ Y/Y-12 và Y/Δ-11. Phạm vi ứng dụng của chúng được ghi trong bảng dưới đây:

Tổ nối dây Điện áp Dung lượng của MBA (kVA)CA(kV) HA(V)

Y/Y-12

Y/Δ-11

Y/Δ-11

≤ 35

≤ 35

≥110

230

400525≥315

≤630

≤2500≤2500≥4000

4. 6 : ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY BIẾN ÁP BA PHA4.6.1. Lý do nối máy biến áp làm việc song song.

- Công suất lưới điện lớn hơn nhiều công suất của mỗi máy, (nếu máy biến áp với dung lượng quá lớn thì việc chế tạo, vận chuyển gặp nhiều khó khăn).

34

EAB

Eab

3600

EAB

Eab

A

B

CX

ZY

ay

cxbz

- Tăng thêm độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải khi xảy ra sự cố hỏng hóc, hoặc bảo dưỡng máy biến áp.

- Vận hành các máy biến áp một cách kinh tê nhất.4.6.2. Điều kiện máy biến áp làm việc song song.

- Muốn cho các máy biến áp làm việc song song tốt nhất cần bảo đảm các điều kiện sau: + Cùng tổ nối dây.+ Cùng tỉ số máy biến áp.+ Cùng điện áp ngắn mạch.- Ta đi vào xét ảnh hưởng riêng rẽ của từng điều kiện kể trên với sự làm việc song song

của các máy biến áp.a. Điều kiện cùng tổ nối dây.

- Các máy biến áp làm việc song song phải cùng tổ nối dây nhằm đảm bảo điện áp thứ cấp sẽ cùng pha nhau.

- Nếu khác tổ nối dây điện áp thứ cấp sẽ lệch pha nhau, sự lệch pha này phụ thuộc tổ nối dây.Ví dụ: Nối hai máy biến áp làm việc song song: Máy I có tổ nối dây Y/-11 và máy II tổ nối dây Y/Y-12. Thì điện áp thứ cấp của hai máy biến áp sẽ lệch pha nhau 300.

Trong mạch nối liền các dây quấn thú cấp sẽ xuất hiện một dòng điện Icb chạy quẩn trong máy biến áp làm phá hỏng máy biến áp.* Chú ý: Để đảm bảo điều kiện này có thể đổi ký hiệu của hai hoặc đấu lại các đầu dây của máy biến áp thì ta có thể biến các máy biến áp không cùng tổ nối dây trở thành có tổ nối dây giống nhau và có thể làm việc song song được.b. Cùng tỉ số máy biến áp.

kI = kII

+ kI: Hệ số máy biến áp I.+ Hệ số máy biến áp II.- Có nghĩa là:

U2I = U2II Trong đó: + U1I, U1II: Điện áp sơ cấp định mức tương ứng của các máy I, máy II+ U2I, U2II: Điện áp thứ cấp định mức tương ứng của các máy I, máy II- Trong thực tế cho phép hệ số máy biến áp khác nhau không quá 0,5%

c. Điện áp ngắn mạch các máy biến áp bằng nhau.UnI% = UnII%

Trong đó: + UnI% là điện áp ngắn mạch phần trăm của máy I. + UnII% là điện áp ngắn mạch phần trăm của máy II- Cần đảm bảo điều kiện này để tải phân bố trên các máy tỉ lệ với công suất của chúng.- Nếu điều kiên 3 không được bảo đảm ví dụ: UnI% < UnII% thì máy I nhận tải định mức

máy II còn non tải.Thật vậy: + Dòng điện máy I đạt định mức IIđm thì điện áp rơi trên máy I là I1đmznI;

35

U2I U2II

+ Dòng điện trong máy II là III thì điện áp rơi trong máy II là: IIIznII.Vì hai máy làm việc song song nên điện áp rơi trong hai máy phải bằng nhau. Ta có:

I1đmznI = IIIznII.(1)Mặt khác: UnI% < UnII%. Do đó:

I1đmznI < IIIđmznII (2)(1), (2) Suy ra: IIIznII< IIIđmznII hay III< IIIđm.Dòng trong máy II nhỏ hơn định mức vậy máy II còn non tải trong khi máy I đã định mức.

- Nếu máy II tải định mức thì máy I sẽ quá tải. * Chú ý:- Un% xác định từ thí nghiệm ngắn mạch MBA và thường được cho kèm theo- Un của các MBA không được khác nhau quá 10% và tỷ lệ dung lượng máy vào khoảng

3:1

4. 7. CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT4.7.1. Máy biến áp tự ngẫu.

- Trong trường hợp điện áp của các lưới điện khác nhau không nhiều, tức là tỉ số biến đổi điện áp nhỏ để được kinh tế hơn về chế tạo người ta thường dùng các máy biến áp tự ngẫu.a. Cấu tạo:

Cấu tạo giống máy biến áp thong thườn gồm mạch từ và dây quấn.Là loại máy biến áp trong đó cuộn sơ cấp và thứ cấp cùng chung một cuộn dây. Hình

bên.

- Cuộn sơ cấp AX có số vòng W1.- Cuộn thứ cấp aX có số vòng W2.- Cuộn sơ cấp và thứ cấp lien hệ trực tiếp về điện. Ngoài ra, cũng như các máy biến áp

khác liên hệ trực tiếp nhau về từ.- Cuộn sơ cấp nối song song với nguồn, cuộn thứ cấp nối tiếp với tải.- Tỉ số máy biến áp tự ngẫu.

-K <2,5 dùng để nối các lưới điện khác nhau không nhiều.b.Công dụng của máy biến áp tự ngẫu

+ Dùng để liên lạc giữa các hệ thống điện có điện áp khác nhau không nhiều.+ Dùng để mở máy các động cơ KĐB công suất lớn.+ Dùng làm nguồn các thiết bị điện sinh hoạt.+ Dùng ở các phòng thí nghiệm để có thể thay đổi điện áp liên tục.

c.Ưu nhược điểm.- Ưu điểm:

+ Giá thành rẻ hơn máy biến áp hai dây quấn cùng công suất.+ Tổn hao lúc vận hành MBA tự ngẫu nhỏ.+ Un của máy biến áp tự ngẫu nhỏ.

36

A

U1˜ W1

W2 U1˜ Zt

a

X

+ Sụt áp trong MBA TN nhỏ.- Nhược điểm:

+ Un nhỏ In lớn.+ Khi vận hành trong lưới điện trung tính không an toàn.+ Yêu cầu cách điện cao.

4.7.2. Máy biến áp đo lường.a. Máy biến điện áp.

- Dùng để biến đổi điện áp cao điện áp nhỏ để đo lường và điều khiển (1÷100V)- Máy biến điện áp thường có công suất 251000VA.

Cấu tạo:Máy biến điện áp có cấu tạo gồm 1 mạch từ bằng thép lá kỹ thuật điện trên mạch từ có

quấn dây.- Dây quấn sơ cấp W1 gồm nhiều vòng dây có tiết diện dây nhỏ được mắc song song với

nguồn điện áp cần đo.- Dây quấn thứ cấp W2 gồm ít vòng hơn được nối với các dụng cụ đo như vônkế, tần số

kế hoặc các cuộn dây rơle.

Tỉ số biến áp của máy: k =

- Các máy biến điện áp thường chế tạo công suất từ (25 ÷ 1000)VA, điện áp thứ cấp phù hợp với dụng cụ đo tiêu chuẩn (1 ÷ 100)V.

Nguyên lý làm việc Máy biến áp đo lường nguyên lý giống các máy biến áp thông thường nhưng chỉ khác là

người ta quy ước chế tạo điện áp ra thứ cấp là 100V.- Các dụng cụ đo như (V), (Hz), cuộn áp của một số đồng hồ khác mắc vào cuộn thứ cấp

của máy biến điện áp, mà tổng trở các dụng cụ này rất lớn nên máy biến điện áp chế tạo ở trạng thái làm việc không tải. Vì vậy, trong quá trình sử dụng không được nối ngắn mạch thứ cấp nó sẽ làm cho dòng điện sơ cấp rất lớn gây nên sự cố ngắn mạch.

b. Máy biến dòng điện.- Máy biến dòng để biến đổi dòng điện có giá trị lớn xuống dòng nhỏ để đo lường bằng

các dụng cụ đo thông dụng hoặc dùng cho cuộn dây của rơle dòng (như các đồng hồ ampe kế (A); đồng hồ Oátkế (W); đồng hồ công tơ (KWh) hoặc một số rơle dòng dùng để bảo vệ).

Cấu tạo: - Gồm mạch từ bằng thép kỹ thuật điện cách điện lại với nhau thành hình xuyến hoặc

hình chữ nhật có hai cuộn dây.

37

+ Dây sơ cấp: Có ít vòng dây, đường kính dây lớn, cuộn sơ cấp được mắc nối tiếp với mạch cần đo dòng.

+ Cuộn thứ cấp: Gồm nhiều vòng dây, đường kính dây bé hơn, để thuận tiện người ta thường chế tạo cuộn thứ cấp có dòng điện là 5A. Cuộn thứ cấp được nối tiếp với các dụng cụ đo như Ampe kế, cuộn dòng của oátkế, hay công tơ,…

Ký hiệu:

Nguyên lýMáy biến dòng làm việc theo nguyên tắc biến áp và chế độ làm việc bình thường của

máy biến dòng là ngắn mạch thứ cấp hoặc tải thứ cấp có điện trở rất nhỏ ≈ 0.

- Tỉ số biến áp k =

- Vì tổng trở của các dụng cụ đo như Ampe (A), cuộn dòng của (W), KWh…rất bé nên máy biến dòng được chế tạo để làm việc ở trạng thái như ngắn mạch. Do đó khi sử dụng không được để thứ cấp hở mạch vì khi đó I2 = 0, dòng điện từ hoá sẽ rất lớn, mạch từ bão hoà nghiêm trọng làm nóng máy, sẽ làm cháy dây quấn. Mà cuộn thứ cấp rất nhiều vòng nên xuất hiện những xung điện áp lớn, gây nguy hiểm cho người sử dụng.

Như vậy, khi sử dụng máy biến dòng tuyệt đối không được để thứ cấp hở mạch.- Các máy biến dòng thường chế tạo với công suất từ (5 ÷100)VA.- Hệ số biến dòng ghi trên nhãn là trị số dòng điện sơ cấp định mức trên trị số dòng điện

thứ cấp định mức.

Ví dụ: ; ; ,…

4.7.3. MAÏY BIÃÚN AÏP HAÌN HÄÖ QUANG- Máy biến áp hàn dùng để hàn bằng phương pháp hồ quang. Máy được chế tạo có điện

kháng tản lớn và cuộn dây thứ cấp nối với điện kháng ngoài K để hạn chế dòng điện hàn. Cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn thứ cấp một đầu nối với cuộn điện kháng K rồi nối tới que hàn, còn đầu kia nối với tấm kim loại cần hàn.

- Máy biến áp làm việc ở chế độ ngắn mạch. Điện áp thứ cấp định mức của máy biến áp hàn thường 60-70V.

+ 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 cường độ điện trường lớn làm

ion hoá chất khí, sinh hồ quang và toả nhiệt lượng lớn làm nóng chảy chỗ hàn. Để điều chỉnh dòng điện hàn, có thể thay đổi số vòng dây của dây quấn thứ máy biến áp hàn hoặc thay đổi điện kháng ngoài bằng cách thay đổi khe hở không khí của lõi thép K.

38

Sơ đồ máy biến áp hàn hồ quang.

CÂU HỎI ÔN TẬP1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp.2. Thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch.3. Cách xác định thông số máy biến áp bằng số liệu thí nghiệm.

MỘT SỐ BÀI TẬP MẪUBài 1: Máy biến áp một pha mạch từ lõi thép. Cuộn cao áp có Wca = 296 vòng, điện áp định mức cuộn cao áp Uca = 220V, điện áp định mức cuộn hạ áp Uha = 110V. Tính số vòng dây cuộn hạ áp.

Bài giảiSố vòng dây cuộn hạ áp

Wha = Wca = 296. = 148 vòng.

Bài 2:Thông số của Máy biến áp một pha: Sđm= 25kVA; U1đm = 380V; U2đm = 127V, điện áp ngắn mạch phần trăm un %= 4%

a) Tính dòng điện định mức.b) Tính dòng điện ngắn mạch khi đặt điện áp định mức và 70% định mức vào cuộn cao

áp, cuộn hạ áp ngắn mạch.c) Tính dòng điện ngắn mạch khi đặt điện áp định mức vào cuộn hạ pá, cuộn cao áp

ngắn mạch.Bài giải

a) Dòng điện định mức trong hai dây quấn:

I1đm = = =65,79A

I2đm = = =196,85A

b) Khi đặt điện áp định mức 380V vào cuộn cao áp, cuộn hạ áp ngắn mạch.Gọi U1n là điện áp ngắn mạch khi thí nghiệm với dòng điện định mức

Dòng điện ngắn mạch ở cuộn sơ cấp khi đặt điện áp định mức vào cuộn sơ cấp là :

I1n = I1đm = = (trong đó Un = )

Dòng điện ngắn mạch trong cuộn thứ cấp

I2n = = =

Tổng quát ta có:

39

In = (1)

Thay số vào ta có:Khi đặt điện áp định mức:

I1n = = =1644,75A

I2n = = =4927A

Khi đặt điện áp 70% định mức

I1n = 1644,75 =1151,32A

I2n = 4927 =3448,9A

c) Khi đặt điện áp định mức 127V vào cuộn hạ áp, cuộn cao áp ngắn mạch.Áp dụng công thức (1) ta được kết quả như trên nghĩa là dòng điện ngắn mạch trong mỗi dây quấn vẫn không đổi dù ngắn mạch ở phía nào.

Từ công thức (1): In = cho thấy rằng, máy biến áp có un nhỏ, dòng điện ngắn mạch lớn,

với un = 0,04 dòng điện ngắn mạch lớn hơn dòng điện định mức là 25lần.

Bài 3: Máy biến áp một pha Sđm= 2500VA; U1đm = 220V; U2đm = 127V. Thí nghiệm không tải: U10 = 220V; I10 = 1,4A; P10 = 30W. Thí nghiệm ngắn mạch: I1n = I1đm = 11,35A; U1n = 8,8V; P1n = 80W.a) Tính các thông số sơ đồ thay thế.b) Khi tải R, L có cost = 0,8. Xác định hiệu suất và điện áp thứ cấp khi hệ số tải k1 =1 ; 0,5

Bài giảia) + Điện trở nhánh từ hóa

Rth = = 15,3

+ Tổng trở nhánh từ hóa:

Zth = = 157

+ Điện kháng nhánh từ hóaXth = = 156,25 + Điện trở ngắn mạch

Rn = R1 + R’2 = = = 0,621

+ Tổng trở ngắn mạch

Zn = = = 0,775

+ Điện kháng ngắn mạchXn = = 0,46 + Coi R1 R’

2 , X1 X’2

R1 = R’2 = = 0,31

40

X1 = X’2 = = 0,23

Hệ số biến áp k = = 1,73

Thông số dây quấn thứ cấp chưa quy đổi

R2 = = = 0,1

X2 = = = 0,077

b) Hiệu suất máy biến áp khi định mức

= = = 0,948

+ Khi hệ số tải kt = 0,5

= = = 0,952

Un% =

Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trămU2% = kt(UnR%cost + UnX%sint)Trong đóUnR% = UnR%cosn = 4%.0,8 = 3,2% UnX% = UnX%sinn = 4%.0,6 = 2,4%

cosn =

sinn = =0,6Thay số+Khi kt = 1; cosn = 0,8 ; sinn = 0,6U2% = 1(3,2%.0,8 + 2,4%.0,6) = 4%

U2 = 4%U2dm =

U2 = U2dm - U2 = 127 – 5,1 = 121,9V+Khi kt = 0,5; cosn = 0,8 ; sinn = 0,6U2% = 0,5(3,2%.0,8 + 2,4%.0,6) = 2%

U2 = 2%U2dm =

U2 = U2dm - U2 = 127 – 2,55 = 124,45V

BÀI TẬP HỌC SINH TỰ LÀMBài 1: Máy biến áp một pha Sđm=150KVA; U1đm = 2400V; U2đm = 240V. R1= 0,2; X1 = 0,45; R2= 2m; X2 = 4,5m; a) Tính Rn, Xn, I1dm, I2dm

b) Tính Pn, Po biết rằng khi cost = 0,8, hệ số tải Kt = 1, hiệu suất = 0,982.Bài 2:Một máy biến áp ba pha 11000/415VBiết điện áp mỗi vòng dây 4VTính số vòng sơ cấp và thứ cấp trong các trường hợp:

41

a) Nối Y/Yb) Nối /Y

Bài 3: Máy biến áp ba pha Sdm = 160kVA; U1dm = 15kV; U2dm = 400V; P0 = 460W; Pn = 2350W; Y/Y – 12. Cho biết Coi R1 R’

2 , X1 X’2

a) Tính I1dm, Rn, R1, R2, X1, X2

b) Tính hiệu suất khi kt = 1, cost = 0,8.CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM

Câu 1: Máy biến áp một pha 150kVA; U2đm = 2410V, R1 = 0,2; R2 = 2m; X1 = 0,45;

X2 = 4,5m; .

1) Tính điện áp sơ cấp U1 khi U2 = 230V; I2 = I2đm; cos1 = 0,8 (có tính cảm). đáp số nào sau đây đúng?

a) U1 = 2300V;b) U1 = 2350V;c) U1 = 2600V.2) Giữ điện áp sơ cấp U1 không đổi, giảm số vòng dây sơ cấp W1, số vòng dây W2 và tải

không đổi. Câu phát biểu nào dưới đây sai?A. I1 tăngB. U2 tăng.C. I2 tăng.D. P1 giảm.

Câu 2: Một máy biến áp ba pha 50kVA, /Y0 – 11; 10/0,38kV.1) Câu giải thích nào dưới đây sai?a) Sđm = 50kVA;b) U1đm = 10kV; U2đm = 0,38kVc) Sơ cấp đấu tam giác, thứ cấp đấu sao có trung tính;

d) Tỷ số vòng dây = 26,32;

e) Góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là 3300.2) Khi máy biến áp làm việc với tải định mức và cost = 1, hiệu suất của máy % =

97,46%. Khi máy làm việc với hệ số tải kt = 0,5 và cost = 1, hiệu suất của máy % = 97,27%. Tính Pn và Po cua máy biến áp. Tìm đáp án sai:

a) Po = 500Wb) Pn = 500Wc) Pn = 800W3) Hiệu suất của máy biến áp phụ thuộc vào hệ số tải và cost. Câu phát biểu nào dưới

đây sai?a) Hiệu suất cực đại khi tổn hao sắt từ bằng tổn hao đồng.

b) Hiệu suất cực đại khi hệ số tải bằng

c) Khi làm việc với cost cao, hiệu suất của máy sẽ cao hơn khi cost thấp.d) Hiệu suất của máy chỉ phụ thuộc vào thông số dây quấn, không phụ thuộc vào vật

liệu chế tạo lõi thép.Câu 3: Máy biến áp một pha Sđm = 100kVA, 7200/240 V có số liệu thí nghiệm không tải và ngắn mạch như sau:

U0 = 7200V, I0 = 0,65A, Po = 425WUn = 250V, In = 13,89A, Pn = 1420WTìm thông số của sơ đồ thay thế và hiệu suất của máy biến áp? Khi cost = 1, hệ số

tải kt = 1. Chọn phương án đúng :

42

a) R0 = 7,36. Xn = 16,43, = 0,98b) R0 = 5,20. Xn = 10,35, = 0,96c) R0 = 8,25. Xn = 25,50, = 0,95

Đáp ánCâu 1: 1) b2) dCâu 2 :1) d2) b3) dCâu 3 : a.

43

CHƯƠNG 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘBài 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

I. Khái niêm chung:- Máy điện KĐB (không đồng bộ) là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý

cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rôto n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường n1.

- MĐKĐB làm việc ở hai chế độ: Chế độ máy phát và chế độ động cơ KĐB.+ Máy phát KĐB có đặc tính làm việc không tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ,nên

ít được dùng.+ Động cơ KĐB so với các loại động cơ khác có cấu tạo và cận hành không phức tạp,

giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt. Dưới đây ta chỉ xét động cơ KĐB. Động cơ KĐB có các loại: động cơ 1 pha, 2 pha, 3 pha.

+Các động cơ KĐB có công suất lớn trên 600W thường là loại 3 pha có 3 dây quấn làm việc, trục các dây quấn lệch nhau trong không gian 1 góc 1200. Các động cơ có công suất nhỏ dưới 600W thường là loại động cơ 2 pha hoặc 1pha. Động cơ 2 pha có 2 dây quấn làm việc, trục của 2 dây quấn đặt lệch nhau trong không gian một góc 90 0 điện. Động cơ điện 1pha chỉ có 1 dây quấn làm việc.* Các số liệu định mức của Động cơ KĐB là:

- Công suất cơ có ích trên trục: Pđm

- Điện áp dây Stato: U1đm

- Dòng điện dây Stato: I1đm

- Tần số dòng điện stato: f- Tốc độ quay rôto: nđm

- Hệ số công suất: cosđm

- Hiệu suất: đm

II. Kết cấu:Cấu tạo của Máy điện KĐB Rôto lồng sóc gồm hai bộ phận chủ yếu là stato và rôto,

ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy, trục máy. Trục máy làm bằng thép, trên đó gắn rôto, ổ bi và phía cuối trục có gắn một quạt gió để làm mát máy dọc trục.

Rôto

Stato

Hình 11. Stato: (Phần tĩnh)

Stato là phần tĩnh gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra có vỏ và nắp máy.

44

a. Lõi thép: Lõi thép là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi thép stato hình trụ, làm bằng những lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy.

b. Dây quấn:Dây quấn stato thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rãnh

của lõi thép. Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong ba pha dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay.2. Rôto (phần quay) Rôto gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.a. Lõi thép:

Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện như ở stato được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục ở giữa có lỗ để lắp trục.b. Dây quấn: Dây quấn Rôto của MĐKĐB có hai kiểu: rôto ngắn mạch(còn gọi là rôto lồng sóc) và rôto dây quấn.*Loại rôto lồng sóc: có công duất trên 100KW, trong các rãnh của lõi thép rôto đặt các thanh đồng hay thanh nhôm được nối ngắn mạch ở hai đầu

Hình 2: Rôto lồng sóc+ Với động cơ nhỏ, dây quấn rôto được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt, và cách quạt làm mát

Hình 3:+ Động cơ điện có rôto lồng sóc gọi là động cơ KĐB lồng sóc được ký hiệu như sau:

45

* Loại rôto dây quấn: Trong rãnh lõi thép rôto, đặt dây quấn ba pha. Dây quấn rôto thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng, cố định trên trục rôto và được cách điện với trục. Nhờ ba chổi than tỳ sát vào ba vòng tiếp xúc, dây quấn rôto được nối với 3 vòng tiếp xúc, đồng thời nối với 3 biến trở bên ngoài, để mở máy hay điều chỉnh tốc độ. Loại động cơ này gọi là động cơ KĐB rôto dây quấn.

* Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc đảm bảo. Động cơ rôto dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ song giá thành đắt và vận hành kém tin cậy hoen động cơ lồng sóc, nên chỉ được dùng khi động cơ lồng sóc không đáp ứng được các yêu cầu về truyền động.III: Nguyên lý làm việc của Máy đ iện KĐB: 1: Nguyên lý làm việc của động cơ điện KĐB:(Động cơ KĐB 3pha rôto lồng sóc) Động cơ KĐB Rôto lồng sóc là động cơ điện hoạt động với tốc độ quay của Rôto chậm hơn so với tốc độ quay của từ trường Stato. Stato được quấn các cuộn dây lệch nhau về không gian (thường 3 cuộn dây lệch nhau 1200)

Khi ta cho dòng điện ba pha 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 của lưới điện, p là số đôi cực từ của máy, n1

là tốc độ từ trường quay). Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rôto,cảm ứng trong dây quấn rôto các sức điện động E2. Vì dây quấn rôto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng này sẽ sinh ra dòng I2 trong các thanh dẫn rôto. Trong miền từ trường do stato tạo ra, thanh dẫn mang dòng I2 sẽ chịu tác dụng lực điện từ Fđt. Tương tác giữa từ trường của rôto và stato gây ra Momen kéo Rôto chuyển động theo từ trường quay của Stato

Giả thiết về chiều quay n1 của từ trường khe hở và của rôto n như hình trên. Theo quy tắc bàn tay phải, xác định được chiều sđđ E2 và I2; theo quy tắc bàn tay trái, xác định được lực Fđt và mômen M. Ta thấy Fđt cùng chiều quay của rôto, nghĩa là điện năng đưa tới stato, thông qua từ trường đã biến đổi thành cơ năng trên trục làm quay rôto theo chiều từ trường quay n1, Chuyển động quay của Rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác. Như vậy máy việc ở chế độ động cơ điện.

Hình 4: Quá trình tạo Mômen của Động cơ điện không đồng bộ.2. Nguyên lý làm việc của Máy phát đ iện KĐB:

Nếu bây giờ Stato vẫn nối với lưới điện, nhưng trục rôto không nối với tải mà nối với 1động cơ sơ cấp. Dùng động cơ sơ cấp kéo rôto quay cùng chiều với n1 (với n>n1). Lúc này dòng điện I2 ngược lại với chế độ động cơ và Fđt đổi chiều. Fđt tác dụng lên rôto ngược với chiều quay gây ra momen hãm cân bằng với Mq độn cơ sơ cấp. MĐiện làm việc ở chế độ máy phát.

46

S

N

.

+n1Fđt

Fđt

N

S

n1N

-Hệ số trượt là:

S =

Nếu từ trường quay cơ năng động cơ sơ cấp đưa vào rôto được biến thành điện năng ở Stato. Để tạo ra từ trường quay, lưới điện phải cung cấp cho máy phát KĐB 1 công suất phản kháng Q (vì thế làm chp hệ số cos của lưới điện thấp đi, khi máy làm việc riêng lẻ, ta phải dùng tụ điện nối ở đầu cực máy để kích từ cho máy.Đó là nhược điểm của Máy phát KĐB vì thế ít khi dùng Máy phát KĐB.3. Công dụng của động cơ điện không đồng bộ 3 pha:

Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ KĐB là một loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vàig chục đến hanhg nghìn KW

- Trong công nghiệp: làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ,..

- Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm.- Trong đời sống hằng ngày: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh,…Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và sinh hoạt hằng

ngày, phạm vi ứng dụng của động cơ điện KĐB ngày càng rộng rãi.IV. TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ.1. Từ trường của dây quấn một pha.Xét dây quấn một pha được đặt trong bốn rãnh của stato. Dòng điện chạy trong dây quấn là dòng điện một pha i=Imaxsin t, từ trường của dây quấn ,một pha là từ trường có phương không đổi, song trị số và chiều biến đổi theo thời gian.Gọi p là số đôi cực, ta có thể tạo dây quấn để tạo ra từ trường một, hai hoặc có p đôi cực.

Ví dụ P=1. Một pha AX đặt trong 4 rãnh của stato.

Ví dụ P=2. Một pha AX đặt trong 4 rãnh của stato.

47

A X

1 2 3 4

A X

1 2 3 4

A1

2

3

4

X

N+Fđt

Fđt

S

Xét một máy điện xoay chiều có i=Imax sint. với =2f=2/T (T là chu kỳ dòng điện)

Xét trong 1/2 chu kỳ của dòng điện từ (0-T/2). (hình vẽ) Hai phần tử dây quấn (1-2) và (3-4) có dòng điện xoay chiều i=Imax sint chạy qua sơ đồ nối dây các phần tử (hình a)Giả sử ban đầu trong nữa chu kỳ của dòng điện (0-T/2) ta có dòng điện chạy trong dây dẫn dương.

* Quy ước dòng điện chạy trong dây dẫn dương là , ngược lại chạy trong dây dẫn âm là - căn cứ chiều dòng điện ta xác định được chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai (như hình vẽ)

Xét trong chu kỳ còn lại (T/2-T) ta thấy dòng điện trong khoảng này âm.

Từ trường của dây quấn một pha của động cơ là từ trường có phương không đổi theo thời gian, nhưng trị số và chiều thay đổi theo thời gian nên gọi là từ trường đập mạch, từ trường này không thể làm quay động cơ nên loại động cơ 1 pha ta phải mắc thêm tụ điện C để chuyển từ trường đập mạch thành từ trường quay (từ trường quay là từ trường có phương thay đổi theo thời gian)2. Từ trường của dây quấn ba pha.a. Sự tạo thành từ trường quay.- Giả sử xét động cơ điện không đồng bộ ba pha, ba dây quấn là AX, BY và CZ. với A,B,C là ba đầu đầu của ba cuộn dây pha, X,Y,Z là ba đầu cuối của ba cuộn dây pha. Ba cuộn dây đặt cách đều nhau 1200, cho dòng điện ba pha có tần số f=50Hz. iA=Imax sint. iB=Imax sin(t-1200). iC=Imax sin(t-2400).

48

1

A X

2 3 4

1

A X

2 3 4

0 T/4

Imax

T3T/4

T/2

-Imax

t

i

i

iA

0

t=900

t

t=900+120

iB iC

t=900+20

t=900

t=900+1200

t=900+2400.* Quy ước: Chiều dòng điện đi từ đầu đầu đến đầu cuối của cuộn dây là dương + và ngược lại là âm -, (là dòng điện đi ra tức là từ đầu cuối đến đầu đầu).Xét trong một chu kỳ:

- Tại thời điểm a (t=900), dòng điện trong cuộn dây AX là cực đại và dương, dòng điện trong cuộn BY, CZ là âm, bằng nhau và bằng nữa trị số dòng điện cuộn AX. Vì vậy dòng điện trong cuộn AX đi từ đầu đầu đến đầu cuối, còn trong cuộn dây BY và CZ dòng điện đi từ đầu cuối đến đầu đầu.

Dùng qui tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ trường do các dòng điện sinh ra, từ trường tổng có một cực S và một cực N được gọi là từ trường một đôi cực (p=1), trục của từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha A là pha có dòng điện cực đại.- Tương tụ tại thời điểm b và c ta có:- Tại thời điểm c (t=900+1200) là thời điểm sau thời gian đã xét ở trên là một phần ba chu kỳ T/3. ở thời điểm này dòng điện pha B là cực đại và dương, dòng điện và pha A và C là âm. Vì vậy dòng điện trong cuộn BY đi từ đầu đầu đến đầu cuối, còn trong cuộn dây AX và CZ dòng điện đi từ đầu cuối đến đầu đầu. Dùng qui tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ trường do các dòng điện sinh ra, từ trường tổng đã quay đi một góc là 120 0 so với thời điểm trước, trục của từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha B là pha có dòng điện cực đại.

- Tại thời điểm d (t=900+2400) là thời điểm chậm sau thời gian đầu là một phần ba chu kỳ T/3. Lúc này dòng điện pha C là cực đại và dương, dòng điện và pha A và B là âm. Vì vậy dòng điện trong cuộn CZ đi từ đầu đầu đến đầu cuối, còn trong cuộn dây AX và BY dòng điện đi từ đầu cuối đến đầu đầu. Dùng qui tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ trường do các dòng điện sinh ra, từ trường tổng đã quay đi một góc là 240 0 so với thời điểm đầu, trục của từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha C là pha có dòng điện cực đại.

49

C

X

ZY

B

A

C

X

ZY

B

A

C

X

ZY

B

A

Theo chiều dòng điện ở các thời điểm ta sẽ có chiều từ trường, qua sự phân tích ở các thời điểm ta nhận thấy từ trường tổng của dòng điện ba pha là từ trường quay. Từ trường quay móc vòng với cả hai dây quấn stato và rôto, hay nói một cách khác la trong một chu kỳ từ trường quay được một vòng nên từ trường dây quấn ba pha gọi là từ trường quay, nhờ từ trường quay mà trục của động cơ có thể quay tròn khi đưa dòng điện ba pha vao dây quấn stato. Với cách cấu tạo dây quấn như trên ta có từ trường quay một đôi cực p=1.Nếu thay đổi cách cấu tạo dây quấn hay là cách quấn dây ta có số đôi cực là p=2,3,4...vv.b. Đặc điểm của từ trường quay.- Tốc độ từ trường quay: Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f và số đôi cực p.Khi dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay được một vòng, trong một giây dòng điện stato biến thiên f chu kỳ, do đó trong một phút dòng điện stato biến thiên 60f chu kỳ và từ trường quay được 60f vòng.+ Khi từ trường có một đôi cực p=1 thì tốc độ từ trường quay là n1=60f vòng/phút.+ Khi từ trường có hai đôi cực p=2, dòng điện biến thiên một chu kỳ và từ trường quay được 1/2 vòng (từ cực N qua cực S đến N là 1/2 vòng), do đó tốc độ từ trường quay là n1=60f/2 vòng/phút.Trường hợp tổng quát ta có: Khi từ trường quay có p đôi cực, tốc độ từ trường quay là n1=60f/p vòng/phút.- Chiều quay của từ trường: Chiều quay của từ trường phu thuộc vào thứ tự pha của dòng điện.Muốn đổi chiều quay của từ trường ta thay đổi thứ tự hai pha với nhau (tức là đảo chiều quay của động cơ).Ví dụ: Khi đấu cấp nguồn ba pha A,B,C vào dây quấn stato của động cơ KĐB ba pha nếu động cơ quay ngược, để đảo chiều quay ta giữ nguyên pha A và đổi hai pha B và C cho nhau.- Biên độ từ trường quay: Từ trường quay sinh ra từ thông xuyên qua mỗi dây quấn.

max=m/2pmax Với m là số pha.pmax là từ thông cực đại của một pha.

3. Từ trường của dây quấn hai pha.Xét động cơ không đồng bộ hai pha, hai dây quấn đặt lệch nhau trong không gian một góc 900 điện, dòng điện trong hai dây quấn lệch pha nhau về thời gian 900.

iA=Imax sint=Imax sin(2/T)t. iB=Imax sin(2t/T-/2).

50

iA

0

T/4

t

iB

3T/4T/2 T

X

Y

B

A

t=0

X

Y

B

A

t=T/4

X

Y

B

A

t=T/2

X

Y

B

A

t=3T/4

Xét trong một chu kỳ (0-T).ở thời điểm t=0.ở thời điểm t=T/4 từ trường stato đã quay được một góc 900 so với thời điểm ban đầu.ở thời điểm t=T/2 từ trường stato đã quay được một góc 1800 so với thời điểm ban đầu.Trong một chu kỳ (0-T) từ trường stato quay được một vòng.* Nhận xét: Khi dòng điện trong dây quấn stato biến thiên đến một chu kỳ, thì từ trường quay được một vòng, do đó từ trường của dây quấn hai pha cũng là từ trường quay với tốc độ từ trường là n1=60f/p

trong đó: p là số đôi cực.f là tần số dòng điệnn1 là tốc độ từ trường quay (vòng/phút hoặc rad/s)

51

X

Y

B

A

t=T

5. CÁC THÔNG SỐ TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ1. Hệ số trượt: kí hiệu s

Ta có : n2=n1-n với n2 là tốc độ trượt.Hệ số trượt là tỉ số giữa tốc độ trượt và tốc độ từ trường quay.

(tốc độ trượt/tốc độ từ trường)

2. Sức điện động trong dây quấn stato.Sức điện động pha stato do từ thông của từ trường sinh ra có trị số là

E1=4,44.f.kdq.w1.max.

trong đó: f là tần số lưới điện. (50Hz)kdq là hệ số dây quấn stato.W1 số vòng dây quấn statomax. biên độ từ thông của từ trường quay.E1 sức điện động pha stato.

3. Sức điện động trong dây quấn rôto.Kí hiệu : E2s

Ta có từ trường stato quay với tốc độ n1 và tần số f so với stato, do vậy từ trường stato sẽ quay so với dây quấn rôto với tốc độ trượt bằng n2=n1-n.

Sức điện động và dòng điện trong dây quấn rôto có tần số f2 là f2 .

trong đó: n2 là tốc độ quay của từ trường stato so với dây quấn rôto. f2 là tần số dòng điện trong dây quấn rôto.

Mặc khác ta có: n2=s.n1 f2 .

Mà f2=s.f1

Vậy tần số dòng điện rôto lúc quay bằng tần số dòng điện stato (tần số lưới điện) nhân với hệ số trước.Ta có sức điện động pha dây quấn rôto lúc quay là E2s=4,44.f2.w2.kdq2.max.hay E2s=4,44.s.f.w2.kdq2.max.(1)

trong đó: E2s là sức điện động của dây quấn rôto lúc quay.

w2 là số vòng dây của rôto.kdq2 là hệ số dây quấn rôto.

- Khi rôto đứng yên ta có s=1, tần số f2=f, tần số dòng điện rôto bằng tần số dòng điện stato.- Sức điện động dây quấn rôto lúc không quay là E2=4,44.f.w2.kdq2.max.(2)So sánh hai biểu thức (1) và (2) ta thấy : (lúc quay và lúc không quay)

E2s=s.E2.Sức điện động pha của rôto lúc quay E2s bằng sức điện động của rôto lúc đứng yên

nhân với hệ số trượt s.

Lập tỉ số sức điện động pha giữa stato và rôto ta có:

Với ke gọi là hệ số qui đổi sức điện động rôto.4. Điện kháng rôto:Vì rôto gồm các thanh dẫn nên khi rôto quay sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng trong dây quấn rôto dẫn đến xuất hiện thành phần điện kháng và trở kháng trong dây quấn rôto.Kí hiệu: X2s là điện kháng của dây quấn rôto lúc quay.

X2s=2.L2 (1) với 2 là tần số góc của dây quấn rôto (rad/s).L2 là điện cảm của dây quấn rôto (H)

52

2=2.f2 X2s=2.f2.L2=2.s.f.L2=s.X2

Với X2=2.f.L2 là điện kháng dây quấn rôto lúc đứng yên.Vậy X2s=s.X2

Điện kháng rôto lúc quay bằng điện kháng rôto lúc đứng yên nhân với hệ số trượt s.Điện kháng của dây quấn rôto là đại lượng đặc trưng tiêu thụ công suất phản kháng của máy điện không đồng bộ.5. Dòng điện cảm ứng trong dây quấn rôto.Kí hiệu I2 là giá trị hiệu dụng của dòng điện trong dây quấn rôto.Khi trong dây quấn rôto xuất hiện sức điện động E2s, dẫn đến xuất hiện dòng điện trong dây quấn rôto.

i2= (chọn chiều E2s và I2 như hình vẽ)Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch rôto

(1) với Z là tổng trở đoạn mạch.

Ta có tam giác tổng trở:

thay vào phương trình (1) ta có:

Dòng điện xoay chiều cảm ứng trong dây quấn rôto i2=I2

Dòng điện trong dây quấn rôto là dòng điện xoay chiều có tần số f2.6. BIỂU ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG

ĐỒNG BỘ.1. Biểu đồ năng lượng.Xét động cơ điện không đồng bộ. Giả sử động cơ nhận điện năng của lưới điện để tạo ra từ trường quay stato, nhờ từ trường quay mà điện năng đã được biến thành cơ năng làm quay rôto động cơ.Biểu đồ quá trình năng lượng trong động cơ không đồng bộ như sau:

trong đó: P1 là công suất điện động cơ nhận từ lưới điện.Pđt là công suất điện từPcơ là công suất điện từ được tính.P2 là công suất hữu ích trên trục động cơ, là công suất mà động cơ nhận được P2=Pcơ-Pcp

53

R

X

Z

IE2s

RL

Pđ1

PcơPđt khe hở không khí

rôto P2

P1

Pst1 Pđ2Pcp

Phương trình năng lượng là:P1-P=P2

trong đó: P là các thành phần tổn hao công suất. P=Pđ1+Pst1+Pđ2+Pcp

Với + Pst1 là tổn hao công suất do dòng điện xoáy và trừ trễ trong mạch từ stato.+ Pđ1 là công suất tổn hao đồng trong dây quấn stato Pđ1=3I1

2.R1. + Pđ2 là công suất tổn hao đồng trên điện trở dây quấn rôto Pđ1=3I2

/2.R/2=m2.R2.I2

2. với m2 là hệ số tỷ lệ.+ Pcp là công suất tổn hao cơ do ma sát ổ trục, quạt gió và các yếu tố phụ...

2. Hiệu suất của động cơ không đồng bộ:

trong đó: P0=Pst+Pcp gọi là tổn hao không tải gồm tổn hao sắt từ và tổn hao không tải.

Pn là tổn hao điện trên điện trở dây quấn rôto và stato lúc động cơ làm việc ở chế độ tải định mức.

Kt là hệ số tải của động cơ ; với I1 là dòng điện stato ứng với

phụ tải làm việc, I1dm là dòng điện stato ứng với phụ tải định mức.(Hiệu suất của động cơ thường khoảng =0,75-0,95).

7. MÔMEN QUAY CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHAMômen điện từ của động cơ đóng vai trò là mômen quay:

. (1)

trong đó: Pđt là công suất điện từ. Pđt với I2/ là dòng điện rôto qui đổi về

stato, R2/ là điện trở rôto qui đổi về stato. với ki là hệ số qui đổi dòng điện.

1 là tần số góc của từ trường quay. với (1=2f1),

là tần số góc của dòng điện stato, p là số đôi cực từ.

Pđt (2)trong đó: , ki là hệ số qui đổi dòng điệnR2

/=ke.ki.R2, với ke là hệ số qui đổi sức điện động.Bỏ qua tổn hao sắt từ, dòng điện I2

/ được tính như sau:

(3)

trong đó: U1 là điện áp pha statoR1,X1 là điện trở và điện kháng dây quấn stato. R1

/,X1/ là điện trở và điện kháng rôto qui đổi về stato X2

/=ke.ki.X2, R2,X2 là điện trở và điện kháng của dây quấn rôto.

Thay phương trình (2) và (3) vào phương trình (1) ta có:

54

Phương trình mômen biểu diễn quan hệ giữa mômen với hệ số trược hay giữa mômen với tốc độ được gọi là đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ.- Với tần số và các tham số cho trước mômen điện từ của máy điện không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp đặt vào stato.Phương trình mômen theo tốc độ M=f(n) gọi là phương trình đặc tính cơ của động cơ không

đồng bộ, với hệ số trượt .

Ban đầu khi bắt đầu cấpnguồn tốc độ động cơ bằng không (tại A) ta có hệ số trượt s=1, lúc này mômen của động cơ bằng mômen mở máy Mmm, nhỏ hơn mômen cản Mc, động cơ tăng tốc độ trên đường đặc tính cơ, trong quá trình tăng tốc này mômen của động cơ tăng dần và hệ số trượt của động cơ giảm dần. Tại điểm B ta có mômen của động cơ bằng mômen cản, lúc này động cơ làm việc ổn định với mômen điện từ bằng mômen cản và hệ số trượt gọi là hệ số trượt

làm việc slv. .

- ở đồ thị M=f(s) mômen đạt cực đại tại điểm C, mômen có trị số cực đại Mmax ứng với hệ số

trượt tới hạn khi đạo hàm .

Đạo hàm và biến đổi ta có:

Và trị số mômen cực đại Mmax

Khi mở máy ban đầu ứng với trường hợp hệ số trượt s=1 ta có mômen mở máy mà

Mmở

Với động cơ rôto lồng sóc mômen mở máy Mmở=(1,1-1,7)Mđm, Mmax/Mđm=1,6-2,5.

8. MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHAI. Yêu cầu mở máy và các phương pháp mở máy.1. Yêu cầu mở máy:

55

M

Mmở

B

s

A

SlvSth 1

MmaxC

Mc

0

Đồ thị đặc tính cơ động cơ KĐB

- Mômen mở máy phải lớn Mmm (lớn hơn mômen cản của tải lúc mở máy)- Dòng điện mở máy phải nhỏ Imm.- Thiết bị mở máy đơn giảm và thời gian mở máy nhanh.2. Các phương pháp mở máy:Tuỳ theo yêu cầu sử dụng động cơ và công suất (của lưới và động cơ) ta chọn một trong các phương pháp mở máy sau:a. Mở máy trực tiếp:b. Mở máy gián tiếp:- Mở máy bằng cách giảm điện áp đưa vào dây quấn stato.- Mở máy dùng điện trở phụ ở động cơ rôto dây quấn.II. Mở máy động cơ rôto lồng sóc.1. Mở máy trực tiếp:Mở máy trực tiếp là phương pháp mở máy đơn giản, chỉ việc đóng điện trực tiếp động cơ điện vào lưới điện.

- Ưu điểm: Thiết bị mở máy đơn giản.- Nhược điểm: Dòng điện mở máy lớn, làm tụt điện áp rất nhiều, nếu quán trính của máy lớn, thời gian mở máy sẽ rất lâu có thể làm chảy cầu chỉ bảo vệ. với I mm=(47)Iđm (làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác ví dụ chiếu sáng dùng chung..)- Phạm vi áp dụng: công suất động cơ điện nhỏ hơn rất nhiều so với công suất lưới điện. (phương pháp này sử dụng cho các máy có công suất vừa và nhỏ) 2. Mở máy gián tiếp bằng cách giảm điện áp đưa vào dây quấn stato.- Khi mở máy ta giảm điện áp đặt vào động cơ, lúc này dòng điện mở máy giảm Ipmm, khi dòng điện Ipmm giảm dẫn đến cách điện của động cơ được đảm bảo.- Khuyết điểm của phương pháp này là làm cho mômen động cơ khi mở máy giảm đi rất nhiều, do đó phương pháp mở máy bằng cách giảm điện áp chỉ sử dụng với trường hợp không yêu cầu mômen mở máy lớn. (ví dụ tuỳ trường hợp mang tải truyền động nhu bánh xích, puly dây đai...)a. Mở máy dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stato.Sơ đồ mở máy dùng điện kháng

Trước khi mở máy ta đóng cầu dao CD1, cầu dao CD mở, Khi động cơ đã quay ổn định ta đóng cầu dao CD để ngắn mạch điện kháng K, mở CD1 và kết thúc quá trình mở máy. Lúc

56

CD

động cơ điện KĐB ba pha

K là điện kháng.CD: cầu dao

CD1

KCD

động cơ điện KĐB ba pha

Hình 1 và 2

biến áp tự ngẫn

động cơ điện KĐB ba pha

CD

mở máy nhờ có điện áp rơi trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vào động cơ giảm đi k lần, dòng điện sẽ giảm đi k lần và mômen sẽ giảm đi k2 lần vì mômen tỉ lệ với bình phương điện áp.- Ưu điểm: Dòng điện mở máy giảm.- Nhược điểm: Mômen mở máy giảm.b. Mở máy dùng biến áp tự ngẫu.Sơ đồ máy biến áp tự ngẫu phía cao áp được nối với lưới điện, phía hạ áp được nối với động cơ.Điện áp lưới được đặt vào phía sơ cấp của máy biến áp và phía thứ cấp nối với động cơ, thay đổi vị trí con chạy để lúc mở máy điện áp đặt vào động cơ nhỏ sau đó tăng dần lên bằng định mức. Gọi U1 là điện áp pha lưới điện, Umm là điện pha động cơ lúc mở máy, k là hộ số biến áp máy biến áp tự ngẫu, Zn là tổng trở động cơ lúc mở máy. .

- Điện áp pha đặt vào động cơ lúc mở máy là .

- Dòng điện pha vào động cơ lúc mở máy là

từ biểu thức dòng điện ta thấy dòng điện pha mở máy của động cơ giảm đi k lần.

Mômen mở máy

mômen mở máy giảm đi k2 lần.Mặc khác ta có dòng điện cấp cho động cơ khi có máy biến áp là

với I1 là dòng sơ cấp (phía cao áp của máy biến áp)

Mà với (1)

Khi mở máy trực tiếp (2)

So sánh biểu thức (1) và (2) ta thấy khi mở máy dùng biến áp dòng điện giảm đi k2 so với khi mở máy trực tiếp, là một ưu điểm so với phương pháp mở máy dùng cuộn kháng dòng điện chỉ giảm đi k lần.- Phạm vi ứng dụng: dùng cho các động cơ có công suất lớn.c. Mở máy bằng cách đổi nối dây quấn stato từ nối sao sang nối tam giác.Sơ đồ:

57

động cơ

A

B

C

X

Y

Z

nguồn ba pha

nối tam giác (2) CDcầu dao đảo

nối sao(1)

Y

CD1

Phương pháp này chỉ sử dụng được với những động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato nối hình tam giác.Khi mở máy cầu dao CD ở vị trí (1), đóng CD1.Sau khi động cơ hoạt động đảo cầu dao CD từ (1) nối sao sang (2) nối tam giác.

Khi nối sao ta có điện áp Udây= Upha

Khi nối tam giác ta có điện áp Udây= tức là Upha=Udây

Khi mở máy dây quấn stato nối hình sao lúc này ta có điện áp đặt vào mỗi pha của động cơ giảm đi lần so với khi nối tam giác.

Dòng điện pha khi mở máy .

Khi nối sao Y: ta có .

Khi nối tam giác : ta có .

So sánh hai biểu thức dòng điện khi nối sao và tam giác ta nhận xét: Khi mở máy stato của động cơ nối hình sao thì dòng điện mở máy giảm đi lần so với khi mở máy stato nối hình tam giác. Khi mở máy mômen mở máy giảm đi lần tức giảm đi 3 lần vì mômen tỉ lệ với bình phương điện áp.* Qua các trường hợp mở máy động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc ở trên ta thấy mômen mở máy giảm xuống rất nhiều, để khắc phục điều này người ta chế tạo rôto lồng sóc kép hoặc loại rãnh sâu có đặc tính mở máy tôt.III. Mở máy động cơ rôto dây quấnChỉ sử dụng với loại rôto dây quấn, bằng cách mắc biến trở mở máy vào dây quấn rôto.Khi mở máy để biến trở lớn nhất, sau đó giảm dần biến trở về giá trị nhỏ nhất là Zêrô.Để mở máy động cơ, mômen động cơ phải lớn hơn mômen cản của tải lúc mở máy.

Do dòng điện mở máy rất lớn.

, Imm=(57)Iđm.

Dòng điện pha stato lúc mở máy rất lớn nên cần phải hạnchế thời gian mỏ máy, đồng thời đưa điện trở phụ và dây quấn rôto.

Khi mở máy (vì n=0)

Mômen lúc mở máy:

Để mômen mở máy đạt cực đại thì smm=sth=1 mà Rp=(X1+X2/)-R2

Với Rp là điện trở phụ của biến trở điều chỉnh còn gọi là biến trở mở máy.

58

CD

stato

rôto

biến trở

Để đảo chiều quay động cơ không đồng bộ ba pha ta đổi hai trong ba dây pha cho nhau, tức là đổi chiều của từ trường quay.

9.ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 PHAĐộng cơ không đồng bộ 1pha được dùng trong các thiết bị điện sinh hoạt và công

nghiệp, công suất bé từ vài Oát đến hơn 1KW sử dụng nguồn 1 pha xoay chiều 110V hoặc 220V.

Về cấu tạo, stato động cơ một pha chỉ có dây quấn một pha, rôto thường là lồng sóc. Dây quấn stato không tạo ra từ trường quay. Do sự biến thiên của dòng điên, chiều và trị số từ trường thay đổi, nhưng phương của từ trường cố định trong không gian. Từ trường này gọi là từ trường đập mạch. Vì không phải là từ trường quay, nên khi cho dòng điện vào dây quấn stato, động cơ không tự quay được. Để động cơ làm việc được, trước hết ta phải quay rôto của động cơ điện theo một chiều nào đó, rôto sẽ tiếp tục quay theo chiều ấy và động cơ làm việc.

Để giải thích rõ hiện tượng xảy ra trong động cơ điện một pha, ta xét bối dây: Cho dòng điện xoay chiều hình sin qua cuộn dây. Hình A. Xét từ trường trong một chu kỳ (chiều của từ trường xác định theo quy tắc vặn nút chai). Từ đồ thị, ta thấy 1/2 chu kỳ dòng điện dương, cảm ứng từ B tăng từ 0 đến Bm rồi lại về 0, tiếp T/2 chu kỳ sau dòng điện đổi chiều và B hướng theo chiều ngược lại và độ lớn cũng thay đổi tương tự.

Hình ANhư vậy, từ trường có tính chất thay đổi về độ lớn và hướng theo một trục cố định trong

không gian như vậy gọi là từ trường đập mạch. Từ trường của dòng điện 1 pha là từ trường đập mạch.

Phân tích từ trường đập mạch thành 2 từ trường quay ngược chiều nhau cùng tốc độ. Hình B

Biểu diễn bằng 2 vectơ có độ lớn không đổi = Bm/2, 1 vectơ quay thuận BT và một vectơ quay ngược BN. Xét trong một thời điểm của môt chu kỳ, ta luôn có véctơ tổng = T + N

thay đổi hướng trên một trục đúng theo quy luật biến đổi của từ trường đập mạch.Tác dụng của từ trường đập mạch lên bộ dây quấn rôto là tổng hợp của 2 từ trường quay

ngược chiều nhau. Hai từ trường này sẽ tạo ra 2 momen quay M th và Mng tác dụng ngược chiều nhau và trị số momen bằng nhau nên chúng triệt tiêu nhau làm cho rôto không quay được. Như vậy động cơ 1 pha không tự khởi động được. Nếu quay rôto theo 1 chiều nào đó thì sẽ xuất hiện momen quay theo chiều đó tác động làm cho rôto tiếp tục quay. Vì thế ta

59

t

i

O

Bm

Bm

t

i

O

BT BN

BN BT

phải có biện pháp mở máy, nghĩa là tạo cho động cơ một pha mômen mở máy. Ta thường dùng các biện pháp dây quấn phụ, vòng ngắn mạch ở cực từ.

1. Dùng dây quấn phụ mở máy.Ở loại động cơ này, ngoài dây quấn chính, còn có dây quấn phụ. Dây quấn phụ có thể

thiết kế để chỉ làm việc khi mở máy, hoặc làm việc lâu dài. Dây quấn phụ đặt trong một số rãnh stato, sao cho sinh ra một từ thông lệch với từ thông chính một góc 900 không gian, và dòng điện trong dây quấn phuj lệch pha với dòng điện trong dây quấn chính một góc 900. Dòng điện ở dây quấn chính và dây quấn phụ tạo ram omen mở máy.

Để dòng điện trong dây quấn phụ lệch pha với dòng điện trong dây quấn chính một góc 900, ta thường nối tiếp với dây quấn phụ điện dung C. Hình C. Loại động cơ tụ điện có đặc tính mở máy tốt.

Mở máy bằng dây quấn phụ2. Động cơ điện một pha có vòng ngắn mạch ở cực từ.Về cấu tạo động cơ này. Người ta chẻ cực từ ra, cho vào đó vòng đồng ngắn mạch. Vòng ngắn mạch được coi như dây quấn phụ, trong đó có dòng điện cảm ứng. Tổng hợp hai từ trường của dây quấn chính và phụ sẽ sinh ra từ trường quay để tạo ra momen mở máy.Các loại động cơ này chế tạo với công suất nhỏ từ 0,5 – 30W dùng vào các cơ cấu truyền

động tự động, và thường gặp nhất ở quạt bàn nhỏ.Động cơ điện một pha vòng ngắn mạch có các nhược điểm là cos thấp vì tổn hao ở rôto

lớn, mômen nhỏ nên làm việc kém ổn định, khả năng quá tải kém. Tuy nhiên nó có ưu điêmt là có cấu tạo gọn, sử dụng lưới điện một pha, nên được sử dụng nhiều trong các hệ tự động và dân dụng (quạt điện, máy giặt, máy bơm nước công suất nhỏ,..)10. DÂY QUẤNI: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG:

- Một cách tổng quát, dây quấn Máy Điện có thể chia làm 2 loại: dây quấn phần cảm (còn gọi là dây quấn kích từ) và dây quấn phần ứng.

Dây quấn phần cảm có nhiệm vụ sinh ra từ trường khe hở lúc không tải có cực tính xen kẽ, được quấn tập trung thành các cuộn dây đặt vào thân cực từ.

Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sức điện động nhất định khi có chuyển động tương đối với từ trường khe hở.

Nói chung dây quấn máy điện phải dảm bảo được những yêu cầu sau:+ Tạo ra ở khe hở một từ trường phân bố hình sin (đối với dây quấn phần cảm) và đảm

bảo được một sức điện động và một dòng điện tương ứng với công suất điện từ của máy (đối với dây quấn phần ứng).

+ Bền về mặt cơ, điện, nhiệt.+ Tiết kiệm được kim loại màu, nhất là đầu nối của dây quấn.+ Chế tạo, lắp ráp, sửa chữa và đảm dưỡng được dễ dàng.- Dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều có thể chế tạo với số pha m = 1, 2 ,3 trong đó

chủ yếu là dây quấn 3 pha, sau đó là dây quấn một pha. Dây quấn lồng sóc của máy điện không đồng bộ rôto lồng sóc được xem như dây quấn có số pha bằng m2 = Z2/p trong đó Z2

là số rãnh rôto.II: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

60

KC

1. Cực từ:Được hình thành bởi 1 cuộn dây và được đấu dây sao cho khi có dòng điện đi qua sẽ tạo

được các từ cực N, S xen kẽ kế tiếp trong cùng một pha. Số cực từ N, S luônluôn là số chẵn.

Cực từ được xác định bởi công thức: = (rãnh)

Trong đó: Zs: tổng số rãnh trên Stato 2p: số từ cực trong mỗi pha.

2. Cuộn dây:Có thể là 1 hoặc nhiều vòng, khi cuộn dây được bố trí trên Stato thì đoạn nằm trong rãnh

gọi là cạnh dây, còn phần ở ngoài rãnh là đầu cuộn dây.Bước cuộn dây là khoảng cách giữa 2 cạnh dây của cuộn dây đang được bố trí trên stato.

Ký hiệu là Y.So sánh bước cuộn dây với bước từ cực ta có:

- Bước đủ: Y = - Bước ngắn: Y < - Bước dài: Y >

3. Nhóm cuộn dây:Quấn dây trong máy điện xoay chiều nhìn chung có thể thực hiện với hai loại nhóm

cuộn dây:- Nhóm cuộn dây đồng tâm- Nhóm cuộn dây đồng khuôn

a) Nhóm cuộn dây đ ồng tâm: Nhóm cuộn dây đồng tâm được hình thành bởi nhiều cuộn dây có bước cuộn dây khác

nhau và được mắc nối tiếp với nhau theo cùng một chiều quấn. Các cạnh dây của mối cuộn chiếm các rãnh kế cận nhau để tạo thành từ cực.

b) Nhóm cuộn dây đ ồng khuôn :Nhóm cuộn dây này có bước của các cuộn dây đều bằng nhau. Các cuộn dây trong

nhóm này cũng được nối tiếp với nhau cùng chiều và được bố trí trên Stato ở các rãnh kế cận để tạo thành từ cực.4. Góc đ iện:

Góc điện là đại lượng tính theo thời gian, có đơn vị là độ điện, có thể dùng công thức quy đổi để xác định khoảng cách lệch pha tính theo số rãnh như sau:

= ( rãnh)

o: góc lệch pha tính theo độ điện: khoảng cách lệch pha tính theo số rãnhZs: tổng số rãnh trên Statop: số cặp từ cực.

III. PHÂN LOẠI DÂY QUẤN1. Dây quấn một lớp:Dây quấn một lớp thường được dùng trong các động cơ điện công suất nhỏ.Ví dụ: Cho stato của động cơ KĐB ba pha, dây quấn một lớp với số pha m = 3,

Z=24rãnh, số cực từ 2p = 4. Tính các đại lượng đặc trưng, vẽ sơ đồ sức điện động và sơ đồ khai triển dây quấn ba pha.

Đối với dây quấn máy điện xoay chiều sức điện động của ba pha phải bằng nhau về độ lớn và lệch pha nhau 1200 về thời gian

Để có thể thành lập sơ đồ nối dây, trước hết ta vẽ hình sao sức điện động của dây quấn

đó. Vì góc lệch pha giữa hai rãnh liên tiếp = nên sức điện động của

các cạnh tác dụng từ 1 đến 12 dưới đôi cực từ thứ nhất làm thành một hình sao sức điện

61

động có 12 tia như trên hình A. Do vị trí của các cạnh 13-24 dưới đôi cực từ thứ hai cũng hoàn toàn giống vị trí của các cạnh 1-12 nên sức điện động của chúng cũng có thể được biểu thị bằng một hình sao sức điện động trùng với hình sao sức điện động thứ nhất.

Vì số cạnh của một pha dưới một cực q= với một vùng pha

=q=2x30o=600, hơn nữa hai cạnh của bối dây cách nhau y = =mq=2x3=6 rãnh nên pha A gồm hai bối dây tạo thành bởi các cạnh tác dụng (1-7), (2-8) dưới đôi cực từ thứ nhất và hai bối dây (13-19), (11-20) dưới đôi cực từ thứ hai. Do các pha lệch nhau 1200 góc độ điện nên pha B gồm các bối dây (5-11), (6-12), (17-23), (18-24) và pha C gồm các bối dây (9-150, (10-16), (21-3),(24-4). Hình sao sức điện động của các bối dây được trình bày trên hình B. Cộng tất cả các vectơ sức điện động của các bối dây của cùng một pha ta sẽ được các sức điện động EA, EB, EC.Hình B trình bày kiểu dây quấn với các bối dây có kích thước hoàn toàn giống nhau, ta có kiểu dây quấn đồng khuôn. Vì mỗi pha có hai nhóm bối dây có vị trí dưới hai đôi cực hoàn toàn giống nhau nên nối cuối của nhóm bối dây này với đầu của nhóm bối dây sau thì có thể tạo thành một nhánh của dây quấn.

62

MỘT SỐ BÀI TẬP MẪUBài 1:

Động cơ không đồng bộ ba pha, rôto dây quấn, số đôi cực p=2, hệ số quy đổi sức điện động và dòng điện ke = ki =2. Điện trở và điện kháng pha rôto lúc đứng yên R2 = 0,2 ; X2

= 3,6. Y/ - 380/220V, f= 50Hz.Động cơ đóng vào lưới điện Ud = 380V, xác định cách đấu dây động cơ. Cho rằng sức

điện động pha stato gần bằng điện áp đặt vào, tổn hao đồng trong dây quấn rôto, tổn hao sắt từ Pst = 145W, tổn hao ma sát và phụ Pmsf = 145W, hệ số trượt s= 0,05.

Tính dòng điện rôto, công suất cơ hữu ích P2, hiệu suất của động cơ điệnBài giải:

Với lưới điện Ud = 380V động cơ đấu sao.

E1p = = 220V.

Sức điện động pha lúc rôto đứng yên.

E2p = = 110V

Dòng điện pha rôto lúc quay.

I2 =

Dòng điện pha Stato

I1 =

Công suất điện từ:

Pđt =

Tổn hao đồng ở Stato và Rôto:Pđ1= Pđ2 = 3R2I2

2 = 3.0,2.(20,43)2 = 250,4WCông suất cơ:Pcơ = Pđt - Pđ2 = 5008 – 250,4 = 4757,6WCông suất cơ hữu ích trên trục:P2 = Pcơ - Pmsf = 4757,6 – 145 = 4612,6 WCông suất điện cung cấp cho động cơ:P1 = P2 + Pmsf +Pđ2 +Pđ1+Pst

= 4612,6 +145+250,4+250,4+145 = 5403,4WHiệu suất động cơ điện:

=

Bài 2:Một động cơ điện không đồng bộ ba pha dây quấn Stato nối hình tam giác, điện áp lưới

220V; 50Hz. Số liệu động cơ: p = 2; I1 = 21A; cos1 = 0,82; = 0,837; s= 0,053.Tính tốc độ động cơ, công suất điện động cơ tiêu thụ P1, tổng các tổn hao, công suất cơ

hữu ích P2 momen quay động cơ.Bài giải

Tốc độ góc của động cơ

= 1(1-s) =

63

= radus

Tốc độ đông cơ:

n = vg/phút

Công suất điện động cơ tiêu thụ:P1 = cos1 = WCông suất hữu ích:P2 = 1P1 = 0,837.6561 = 5491WTổng tổn hao công suất:P = P1 – P2 = 6561- 5491 = 1070WMomen quay động cơ:

M2 = = = 36,9Nm

Bài 3: Một động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc: Pđm = 14kW, tốc độ định mức nđm

= 1450vg/ph, hiệu suất định mức đm = 0,885, hệ số công suất định mức cosđm = 0,8; Y/ -380/220V; tỷ số dòng điện mở máy Imở/Iđm = 5,5; momen mở máy Mmở/Mđm = 1,3; Momen cực đại Mmax/Mđm = 2. Điện áp mạch điện U = 380V.Tính:

b) Công suất tác dụng và công suất phản kháng động cơ tiêu thụ ở chế độ định mức.c) Dòng điện, hệ số trượt và momen định mức.d) Dòng điện mở máy, momen mở máy, momen cực đại.

Bài giải:a) Công suất tác dụng của động cơ tiêu thụ:

P1 = = = 15,82kW

Công suất phản kháng động cơ điện tiêu thụ:Q1 = P1tg = 15,82.0,54 = 8,54kVarb) Dòng điện định mức:

I1đm = = = 27,31A

Hệ số trượt định mức:

s = = = 0,0333

Momen định mức:

Mđm = = = 9550 = 9550 = 92,2Nm.

Momen mở máyMmở = 1,3Mđm = 119,8NmMomen cực đạiMmax = 2Mđm = 184,4NmDòng điện mở máyImở = 5,5I1đm = 150,2A

Bài 4: Động cơ điện không đồng bộ có thông số Pđm = 14kW, tốc độ định mức nđm = 1450vg/ph, hiệu suất định mức đm = 0,885, hệ số công suất định mức cosđm = 0,8; Y/ -380/220V; tỷ số dòng điện mở máy Imở/Iđm = 5,5; momen mở máy Mmở/Mđm = 1,3; Momen cực đại Mmax/Mđm = 2. Điện áp mạch điện U = 220V. Tính:

Công suất tác dụng P, phản kháng Q1, dòng điện định mức, dòng mở máy, momen định mức, momen mở máy, momen cực đại.

64

Dòng điện, momen mở máy bằng phương pháp đổi nối Y/. Động cơ có thể mở máy được không khi momen cản mở máy Mc = 0,5Mđm

Bài giải:a) Mạng điện U = 220V, động cơ đấu tam giác. Các kết quả tính P1, Q1, dòng điện pha

I1f, Mđm, Mmở, Mmax vẫn không đổi, giống đã tính ở bài 3.Vì đấu tam giác, nên dòng điện định mức (dòng điện dây) sẽ là:I1đm = I1p = . 27,31 = 47,3ATa có thể tính theo công thức:

I1đm = = = 47,3A

b) Khi mở máy, đấu sao, sau đó chuyển về tam giácDòng điện mở máy trong trường hợp này

Imở = = 86,7A

Momen mở máy:

Mmở = = 39,9Nm

Momen cản khi mở máy :Mc = 0,5Mđm = 0,5.92,2 = 46,1NmMomen mở máy nhỏ hơn momen cản vì thế không thể mở máy được khi dùng phương pháp đổi nối Y - .

BÀI TẬP HỌC SINH TỰ LÀMBài 1:Một động cơ điện không đồng bộ ba pha Pđm = 45kW, f=50Hz, Y/-380/220V; Imở/Iđm=6, Mmở/Mđm=2,7; cosđm = 0,86, đm = 0,91; nđm = 1460 vòng/ph. Động cơ làm việc với lưới điện Ud = 380V.

a) Tính Iđm, Mđm, Imở, Mmở.

b) Để mở máy với tải có momen cản ban đầu Mc = 0,45 Mđm, người ta dùng máy biến áp tự ngẫu để Imởba = 100A. Xác định hệ số biến áp k, và động cơ có thể mở máy được không.

Đáp số: a) Iđm = 87,36A; Mđm = 294,3Nm

Imở = 87,36A; Mmở = 294,3Nmc) k = 2,29; Mmởba = 151,52Nm = 0,515Mđm

Mmởba > Mc, động cơ mở máy đượcd) Umở = 0,381Uđm = 145V MmởĐK = 115,34Nm = 0,392Mđm

Mmởba < Mc, động cơ không mở máy được

Bài 2: Một động cơ không đồng bộ ba pha đấu sao nối vào lưới Ud = 380V. Biết Rn=0,122 ; Xn = 0,4 ; f = 50Hz.a) Tính dòng điện mở máy Imở

b) Dùng điện kháng mở máy ImởĐK = 300A. Tính điện cảm L của cuộn điện kháng mở máy.

Đáp số: Imở = 526A. L = 1,029mHBài 3: Một động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấnE2 = 157V; p = 4; f = 50Hz; nđm = 728vg/ph; R2 = 0,105; X2 = 0,525Tính mômen điện từ của động cơ Đáp số: Mđt = 257,34Nm.

CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

65

BÀI 1: KHÁI NIỆM, CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

I: KHÁI NIỆM1. Định nghĩa:

Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay của rôto n bằng tốc độ quay của từ trường n1

gọi là máy điện đồng bộ. Xác định theo biểu thức :

n = f : tần số

p : số đôi cựcMáy điện đồng bộ có hai dây quấn: dây quấn Stato nối với lưới điện có tần số f không

đổi, dây quấn rôto được kích thích bằng dòng điện một chiều.Máy điện đồng bộ có thể vận hành theo chế độ máy phát hay chế độ động cơ

2. Công dụngMáy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơ

cấp là các tuabin hơi, tuabin khí hoặc tuabin nước.Ở các lưới công suất nhỏ, MFĐB được kéo bởi các động cơ điezen hoặc các tuabin khí.ĐCĐB được sử dụng khi truyền động công suất lớn, có thể đạt đến vài chục MW.Trong công nghiệp luyện kim, khai thác dầu mỏ, thiết bị lạnh, động cơ đồng bộ được sử

dụng để truyền động các máy bơm, nén khí, quạt gió,..với tốc độ không đổi. Động cơ đồng bộ công suất nhỏ được sử dụng trong các thiết bị như đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị lập chương trình, thiết bị điện sinh hoạt,….

Trong hệ thống điện, máy bù đồng bộ dùng để phát công suất phản kháng cho lưới điện để bù cồng suất và ổn định điện áp.II : CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Gồm 3 phần chính : phần cảm ; phần ứng ; phần kích từ.1) Phần cảmLà phần tạo ra từ thông chính và có 2 dạng cực lồi và cực ẩn.+ Cực lồi : Chế tạo bằng thép kỹ thuật điện, trên cực có quấn dây kích từ (dùng cho

máy có tốc độ thấp nhiều cực, máy thuỷ điện, máy Điezen)Vì nhiều cực nên đường kính rôto lớn, chiều dài ngắn.+ Cực ẩn : Là lõi thép hình trụ, có phay rãnh đặt dây quấn kích từ để tăng độ bền chịu

lực ly tâm. Cực ẩn thường dùng trong máy điện đồng bộ có tốc độ cao như máy phát chạy bằng tuabin hơi.

2)Phần ứng   : Có nhiệm vụ tạo ra sức điện động cảm ứng.- Gồm các lá thép kỹ thuật điện mỏng ghép lại với nhau, bên trong có phay rãnh đê đặt

dây quấn, lõi thép có nhiệm vụ dẫn từ.- Dây quấn : Bằng đồng hay bằng nhôm có lớp êmay cách điện (dây điện từ) đặt trong

các rãnh của lõi thép dây quấn có nhiệm vụ tạo ra sức điện động cảm ứng. Dây quấn 3 pha có 6 đầu ra hộp cực và có thể đấu hình sao hay tam giác.

3) Phần kích từ   : Có nhiệm vụ tạo ra dòng điện 1 chiều cung cấp cho dây quấn phần cảm để tạo ra từ thông.

- Đối với những máy phát xoay chiều công suất lớn phần kích từ là một máy phát điện 1 chiều gọi là (máy kích từ) lắp cùng trục với máy điện đồng bộ. Dòng điện kích từ lấy từ máy kích từ qua 2 chổi than tiếp xúc với vòng trượt đặt trên trục và nối vào dây quấn phần cảm.

- Đối với máy công suất nhỏ thì lấy dòng điện xoay chiều của phần ứng, qua bộ nắn để cấp dòng điện 1 chiều cho phần cảm gọi là máy tự kích từ (với điều kiện có từ dư). Ngoài ra còn có vỏ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang đúc dùng để giữ chặt lõi thép và bảo vệ máy gần sát vỏ ngoài có rãnh thông gió.

Máy điện đồng bộ có 2 loại : Loại phần ứng quay và loại phần cảm quay.- Loại phần ứng quay : Cực từ cố định tại vỏ ngoài của máy, trên thực tế ít sử dụng

thường dùng cho máy có dung lượng 500V (trong rãnh của máy phát điện xoay chiều

66

phần ứng quay có thể đặt 2 loại dây quấn loại điện 1 chiều đấu ra cổ góp và loại điện xoay chiều đấu ra vành góp. Đối với loại 3 pha thì mỗi pha đưa ra một vành góp.

- Loại phần cảm quay : Phần ứng cố định tại vỏ máy còn phần cảm nối với trục của động cơ sơ cấp, dùng cho máy dung lượng lớn, điện áp phát ra cao, phần ứng đặt cố định nên chắc chắn, dòng điện lấy ra ngoài không phải qua chổi than và vành góp nên an toàn.

Với máy phát điện lớn điện áp có thể đạt đến 6,6KV, cao nhất có thể tới 35KV.Dòng điện một chiều đưa vào phần cảm để tạo ra từ trường thông qua chổi than và vòng

góp cổ điện áp này thấp (dưới 250V) dòng cần thiết lại nhỏ, nên vòng góp và chổi than làm việc an toàn so với điện áp cao và dòng điện lớn.

*****BÀI 2: MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

I : Nguyên lý làm việc của máy phát đ iện đ ồng bộ 3 pha   : Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường

rôto khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của rôto sẽ cắt dây quấn phần ứng stato và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là :

Eo = 4,44fw1kdqo

Trong đó: E0, w1, kdq, o là sđ đ pha, số vòng dây một pha, hệ số dây quấn, từ thông cực từ rôto.

Nếu rôto có p đôi cực, khi rôto quay được một vòng, sđđ phần ứng sẽ biến thiên p chu kỳ. Do đó tần số f của sđđ các pha lệch nhau góc pha 1200.

f = pn, n đo bằng vg/s.

hoặc f = , n đo bằng vòng/phút.

Dây quấn ba pha stato có trục lệch nhau trong không gian một góc 120 0, cho nên sđ đ các pha lệch nhau góc pha 1200. Khi dây quấn Stato nối với tải, trong các dây quấn sẽ có dòng điện ba pha giống như ở máy điện không đồng bộ, dòng điện ba pha trong ba dây quấn sé tạo nên từ trường quay, với tốc độ là n1 = 60f/n, đúng bằng tốc độ n của rôto. Do đó loại máy điện được gọi là máy điện đồng bộ.

II: SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘCác hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện đồng bộ làm viêc song song với nhau: tạo

thành lưới điện. Công suất của lưới điện rất lớn so với công suất mỗi máy riêng lẽ, do đó điện áp cũng như tần số của lưới có thể giữ không đổi, khi thay đổi tải.

Để các máy làm việc song song, phải đảm bảo các điều kiện sau:1. Điện áp của máy phát bằng điện áp của lưới điện và trùng pha nhau.2. Tần số của máy phát phải bằng tần số của lưới điện.3. Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới điện.Nếu không đảm bảo các điều kiện trên, sẽ có dòng điện lớn chạy quẩn trong máy, phá

hỏng máy và gây loạn hệ thống điện.Để đóng máy phát điện và lưới điện ta dùng thiết bị hòa đồng bộ.

BÀI 3: ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ1. Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ- Khi ta cho dòng điện ba pha vào ba dây quấn Stato, dòng điện ba pha ở Stato sẽ sinh ra

từ trường quay với tốc độ n = 60f/p. Khi cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto, rôto biến thành một nam châm điện.

- Tác động tương hỗ giữa từ trường Stato và từ trường Roto sẽ có lực tác dụng lên rôto. Khi từ trường Stato quay với tốc độ n1, lực tác dụng ấy sẽ kéo rôto quay với tốc độ n = n1.

67

Nếu trục của rôto nối với một máy nào đó, thì động cơ điện sẽ kéo máy quay với tốc độ n không đổi.

2. Mở máy động cơ điện đồng bộKhi cho dòng điện vào dây quấn Stato sẽ tạo nên từ trường quay, kéo rôto quay. Rôto có

quán tính lớn nên vẫn đứng yên,do đó lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay Stato và từ trường cực từ thay đổi chiều, rôto không thể quay được. Muốn động cơ làm việc phải tạo nên momen mở máy để quay rôto đồng bộ với từ trường quay stato, giữ cho lực tác dụng tương hỗ giữa hai từ trường không đổi chiều.

Để tạo nên momen mở máy, trên các mặt cực từ rôto, người ta đặt các thanh dẫn được nối ngắn mạch như rôto lồng sóc ở động cơ KĐB.

Khi mở máy nhờ có dây quấn mở máy, trên các cực từ rôto, động cơ sẽ làm việc như động cơ không bộ. Người ta chế tạo các động cơ có hệ số mở máy Mmở/Mđm từ 0,8 – 1,0.

Trong quá trình mở máy, ở dây quấn kích từ sẽ cảm ứng điện áp rất lớn, có thể gây phá hỏng dây quấn kích từ, vì thế dây quấn kích từ sẽ được khép mạch qua điện trở phóng điện có trị số bằng 6-10lần điện trở dòng quấn kích từ.

Phải hạn chế dòng mở máy bằng cách giảm điện áp đặt vào Stato, thường người ta dùng điện kháng hay máy tự biến áp nối vào mạch stato.

Nhược điểm của động cơ điện đồng bộ là mở máy và cấu tạo phức tạp nên giá thành đắt so với động cơ KĐB.

BÀI TẬP MẪU:Bài 1: Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn đấu sao: Sđm = 10000kVA; Uđm = 6,3kV; f=50Hz; cosđm = 0,8; số đôi cực p=2; điện trở dây quấn stato R = 0,04; điện kháng đồng bộ Xđb = 1; tổn hao kích từ Pkt = 2%Pđm ; tổn hao cơ, sắt từ và phụ Pcstf = 2,4%Pđm.

a) Tính tốc độ quay rôto dòng điện định mức.b) Tính công suất tác dụng và phản kháng máy phát ra; công suất động cơ sơ cấp kéo

máy phát và hiệu suất máy phát khi máy làm việc ở chế độ định mức.Bài giải

a) Tốc độ quay rôto: n = n1 = = =1500vg/ph

Dòng điện định mức: Iđm = = = 916,5A

Công suất tác dụng máy phát ra: Pđm = Sđm.cosđm = 10000.0,8 = 8000kWCông suất phản kháng máy phát ra: Q đm = Sđm.sinđm = 10000.0,6 = 6000kVarTổn hao kích từ: Pkt = 0,02Pđm = 0,02.8000 = 160kWTổn hao cơ, sắt từ và phụ: Psctf = 0,02Pđm = 0,024.8000 = 192kWTổn hao trên điện trở dây quấn phần ứng: Pđ = 3.916,52.0,04 = 100,8kWCông suất động cơ sơ cấp:

P1 = Pđm + Pkt + Pcstf +Pđ = 8000+160+192+100,8 = 8452,8kW

= = = 0,946.

68

69