Giáo trình Máy điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

(NB) Giáo trình Máy điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) cung cấp cho người học những kiến thức như: Bài mở đầu Khái niệm chung về máy điện; Bài 1 Máy biến áp; Bài 2 Máy điện không đồng bộ; Bài 3 Máy điện đồng bộ; Bài 4 Máy điện một chiều. Mời các bạn cùng tham khảo!

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ



GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: MÁY ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

(Ban hành kèm theo Quyết định số: 215/QĐ-CĐDK ngày 1 tháng 3 năm 2022

của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)

Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022

(Lưu hành nội bộ)

LỜI GIỚI THIỆU

Nội dung giáo trình “Máy Điện” được biên soạn dựa theo “Giáo trình Máy điện”

do Vụ Trung Học và Dạy Nghề – NXB GD, có tham khảo thêm các giáo trình, tài liệu

chuyên ngành từ các trường khác và có chỉnh sửa, bổ sung cho phù hợp với đối tượng là

học sinh hệ TC,CĐ Nghành Điện Công Nghiệp Trường CĐ Dầu Khí

Giáo Trình được trình bày theo tinh thần ngắn gọn, dễ hiểu, có bổ sung các hình

ảnh minh họa,nhằm giúp người học dễ tiếp thu hơn Các công thức có đánh số để dễ đối

chiếu, tham khảo Các ký hiệu của các đại lượng điện cũng được điều chỉnh nhằm

giúp người học thuận tiện cho việc tham khảo các tài liệu tương đương ở bậc học cao

hơn sau này

Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong

nhận được sự đóng góp của các đồng nghiệp cũng như người học để bài giảng ngày càng

hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn

Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 6 năm 2022

Tham gia biên soạn

1 Chủ biên: Ninh Trọng Tuấn

2 Nguyễn Lê Cương

3 Lê Thị Thu Hường

4

Trang 4

MỤC LỤC

4.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 98

S: Công suất toàn phần

MBA: Máy biến áp

ĐC: Động cơ

KĐB: Không đồng bộ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 1.Ký hiệu MBA 17

Hình 1 2.Máy điện quay 17

Hình 1 3.Máy điện quay 17

Hình 1 4.Từ thông xuyên qua vòng dây 18

Hình 1 5.Thanh dẫn trong từ trường 18

Hình 1 6.Định luật lực điện từ 19

Hình 1 7.Định luật mạch từ 19

Hình 1 8.Gồm nhiều cuộn dây 20

Hình 1 9.Nguyên lý máy điện một chiều 22

Hình 1 10.Nguyên lý máy điện đồng bộ 23

Hình 2 1.Hình da ̣ng chung của máy biến áp 28

Hình 2 2.Lõi thép kiểu tru ̣: 1 pha và 3 28

Hình 2 3.Lõi thép kiểu bo ̣c, 1 pha, 3 pha 28

Hình 2 4.ghép rời lõi thép 29

Hình 2 5.ghép xen kẽ lõi thép 29

Hình 2 6.Thùng máy biến áp 30

Hình 2 7.Nguyên lý làm việc MBA 31

Hình 2 8.Mạch điện thay thế 34

Hình 2 9.Mạch điện đơn giản 35

Hình 2 10.Sơ đồ thí nghiê ̣m không tải của m.b.a 36

Hình 2 11.Mạch điê ̣n thay thế m.b.a lúc không tải 36

Hình 2 12.Sơ đồ thí nghiê ̣m ngắ n ma ̣ch m.b.a 36

Hình 2 13.Mạch điê ̣n thay thế của m.b.a lúc ngắn ma ̣ch 36

Hình 2 14.Mạch điê ̣n thay thế đơn giản 36

Hình 2 15.Tam giác điê ̣n áp ngắ n ma ̣ch 37

Hình 2 16.Tam giác tổng trở ngắ n ma ̣ch 37

Hình 2 17.Đường đặc tính ngoài của máy biến áp 38

Hình 2 18.Giản đồ năng lượng m.b.a 40

Hình 2 19.Máy biến áp 3 pha ma ̣ch từ riêng (ghép bằ ng 3 máy 1 pha) 41

Hình 2 20.Máy biến áp 3 pha ma ̣ch từ chung 41

Hình 2 21.Cách đấu hình sao 42

Hình 2 22.Tổ nối dây củ a máy biến áp 1 pha 42

Hình 2 23.Xác đi ̣nh tổ nối dây bằ ng phương pháp kim đồng hồ 43

Hình 2 24.Tổ nối dây Y/Y-12 43

Hình 2 25.Tổ nối dây Y/∆-11 43

Hình 2 26.MBA mắc song song 44

Hình 2 27.Máy biến dòng 45

Hình 2 28.Máy biến điê ̣n áp 46

Hình 2 29.MBA tự ngẫu 46

Hình 3 1.Cấu tạo máy điện KĐB 68

Hình 3 2.Stato của máy điện 68

Trang 8

Hình 3 4.Rô to lồng sóc 69

Hình 3 5 Roto dây quấ n 70

Hình 3 6.Từ trường 2p=4 71

Hình 3 7.Từ trường 2p=2 71

Hình 3 8.Từ trường dây quấn ba pha 72

Hình 3 9.Đảo chiều quay ĐC ba pha 73

Hình 3 10.Nguyên lý làm việc ĐC 75

Hình 4 1.Cấu tạo máy điện đồng bộ 98

Hình 4 2.Roto cực nồi 99

Hình 4 3.Roto cực ẩn 99

Hình 4 4.Nguyên lý làm việc của máy phát ĐB 99

Hình 4 5.Phản ứng phần ứng 101

Hình 4 6.Đặc tính ngoài máy phát 103

Hình 4 7.Đặc tính điều chỉnh máy phát 103

Hình 5 1.Cấu tạo máy điện 1 chiều 108

Hình 5 2.Cấu tạo stato 108

Hình 5 3.Cấu tạo roto 109

Hình 5 4.Cấu tạo cổ góp 109

Hình 5 5.Nguyên lý làm việc máy phát 110

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: MÁY ĐIỆN

Tên mô đun: Máy điện

Thời gian thực hiện mô đun: 150 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành: 120 giờ)

Số tín chỉ: 6

I Vị trí, tính chất của mô đun:

- Vị trí: Máy điện là mô đun chuyên môn nghề sau khi học xong các MH/MĐ cơ sở, Môn học Đo lường điện của ngành Điện công nghiệp

- Tính chất: Máy điện là một mô đun thực hành chuyên môn nghề

II Mục tiêu mô đun:

- Về kiến thức:

+ Trình bày được cấu tạo, phân tích nguyên lý của các loại máy điện

- Về kỹ năng:

+ Vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn máy điện

+ Tính toán được các thông số kỹ thuật trong máy điện

+ Quấn lại được động cơ một pha, ba pha bị hỏng theo số liệu có sẵn

+ Tính toán được quấn máy biến áp công suất nhỏ

+ Chủ động lập kế hoạch, dự trù được vật tư, thiết bị

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Phát huy tính tích cực, chủ đô ̣ng, sáng ta ̣o và tư duy khoa ho ̣c trong công viê ̣c

III Nội dung mô đun:

1 Chương trình khung:

Thời gian đào tạo (giờ)

Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

Trang 10

Thời gian đào tạo (giờ)

Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

ELEI6412 Bảo dưỡng sửa chữa thiết

Mã MH, MĐ Tên môn học, mô đun Tín chỉ

Thời gian đào tạo (giờ)

Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

Thời gian (giờ)

Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

LT TH

1 Bài mở đầu: Khái niệm chung về máy

IV ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MÔ ĐUN:

- Phòng học chuyên môn hóa, nhà xưởng:

- Trang thiết bị máy móc:

 Bàn giá thực hành

 Trang bị bảo hộ lao động trong ngành điện

 Bộ đồ nghề điện, cơ khí cầm tay

 Các loại máy đo: VOM/DVOM, Watt kế AC, Cos kế, tần số kế

 Các loại máy điện

 Mô hình thực hành chứng minh tính thuận nghịch của máy điện

Trang 12

 Mô hình thực hành máy biến áp một pha, ba pha

 Mô hình thực hành động cơ một pha, ba pha

 Mô hình bổ cắt động cơ điện một pha, ba pha

 Mô hình thực hành đấu dây động cơ ba pha 2 cấp tốc độ

 Mô hình mô phỏng sự cố trên máy điện xoay chiều

 Máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha

 Bộ thí nghiệm máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha

 Mô hình hòa đồng bộ máy phát điện ba pha

 Mô hình cắt bổ máy phát điện một chiều

 Bộ thực hành máy phát điện một chiều

 Mô hình mô phỏng các sự cố trong máy điện một chiều

 Bộ đồ nghề cơ khí cầm tay

 Bộ đồ nghề điện cầm tay gồm:

 Pan me

 Máy quấn dây chỉ thị số

 Khoan điện; Mỏ hàn điện

 Kìm điện các loại: kìm B (kìm răng), kìm nhọn, kìm cắt, kìm tuốt dây, kìm bấm cốt

 Tuốc-nơ-vít các loại (dẹp, bake): từ 2mm đến 6mm

 Cưa, bào, búa cao su

 Các loại máy đo (AC & DC): ampe kế, volt kế, Ohm kế, watt kế, tần số kế, Cos

kế, điện kế 1pha, 3 pha,

- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu:

 Dây dẫn điện

 Một số vật liệu cần thiết khác

 Dây điện từ các loại

 Giấy cách điện, phim phổi

 Ghen cách điện bằng amiăng

- Về kỹ năng:

 Vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn máy điện

 Tính toán được các thông số kỹ thuật trong máy điện

 Quấn lại được động cơ một pha, ba pha bị hỏng theo số liệu có sẵn

 Tính toán được quấn máy biến áp công suất nhỏ

 Chủ động lập kế hoạch, dự trù được vật tư, thiết bị

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

 Phát huy tính tích cực, chủ đô ̣ng, sáng ta ̣o và tư duy khoa ho ̣c trong công viê ̣c

2 Phương pháp:

- Kiểm tra định kỳ được đánh giá bằng hình thức trắc nghiệm hoặc tự luận, thực hành

1 Bài kiểm tra số 1 Bài mở đầu và Bài 1 Lý thuyết 45 phút

- Kiểm tra hết môn được đánh giá bằng hình thức trắc nghiệm và thực hành

VI HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN MÔ ĐUN:

1 Phạm vi áp dụng chương trình:

Chương trình mô đun này được sử dụng để giảng dạy cho trình độ Trung cấp nghề

2 Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy mô đun:

- Đối với giảng viên, giáo viên:

 Trước khi giảng dạy, giáo viên cần căn cứ vào nội dung của từng bài học để chuẩn bị đầy đủ các điều kiện cần thiết nhằm đảm bảo chất lượng dạy học

 Bố trí thời gian làm các bài thực hành nhận dạng các loại động cơ, đo kiểm, đấu dây vận hành động cơ, máy phát

 Sử dụng các mô hình cắt bổ, để minh họa nguyên lý của các loại máy điện

 Cần tập trung cả lớp để hướng dẫn ban đầu: Phần này giáo viên cần thao tác mẫu cho sinh viên quan sát

 Tùy vào thiết bị có của từng đơn vị để phân chia số lượng sinh viên thực tập trong mỗi nhóm (Mỗi nhóm nên tối đa là 3 sinh viên ): Phần này giáo viên nên quan sát từng nhóm và sửa sai tại chỗ (nếu có)

 Tập trung cả lớp để rút kinh nghiệm sau mỗi ca thực tập: Phần này giáo viên cho sinh viên nêu lên những vướng mắc trong ca thực tập và đưa ra phương pháp

Trang 14

- Đối với người học:

 Tập trung nghe giảng, ghi chép, làm bài tập và thực hành theo hướng dẫn của giáo viên

3 Những trọng tâm cần chú ý:

- Cấu tạo, nguyên lý các loại máy điện

- Đấu dây, vận hành các loại động cơ, máy biến áp

- Vận hành máy phát, hòa đồng bộ máy phát

- Vẽ và phân tích sơ đồ dây quấn

- Sửa chữa một số hư hỏng thường gặp

4 Tài liệu cần tham khảo:

[1]- Nguyễn Đức Sĩ, Công nghệ chế tạo Máy điện và Máy biến áp, NXB Giáo dục

BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN

 GIỚI THIỆU BÀI MỞ ĐẦU:

Bài mở đầu là bài giới thiệu bức tranh tổng quan về một số nội dung cơ bản về máy điện

để người học có được kiến thức nền tảng và dễ dàng tiếp cận nội dung môn học ở những bài tiếp theo

 MỤC TIÊU BÀI MỞ ĐẦU:

Sau khi học xong bài này, người học có khả năng:

- Pha ́ t huy tính tích cực, chủ động, cẩn thận trong công viê ̣c

 PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI MỞ ĐẦU:

- Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm)

- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài mở đầu) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài mở đầu theo cá nhân hoặc nhóm

và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định

 ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI MỞ ĐẦU:

- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng máy điện

- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác

- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham

khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan

Trang 16

- Các điều kiện khác: Không có

 KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI MỞ ĐẦU:

- Nội dung:

 Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

 Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng

 Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

 Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)

 Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có

 NỘI DUNG BÀI MỞ ĐẦU:

1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN:

1.1.1 Định nghĩa:

Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ

Về cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (cuộn dây), dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng ( máy phát điện ) hoặc ngược lại biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện ), hoặc dùng biến đổi các thông số của mạch điện như biến đổi điện áp, dòng điện , tần số, số pha…

Máy điện là loại máy phổ biến trong công nghiệp và trong đời sống

1.1.2 Phân loại:

Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại ví dụ như phân loại theo công xuất, theo cấu tạo, theo chức năng dòng điện ( xoay chiều, một chiều ), theo nguyên lý làm việc và phân loại theo nguyên lý biến đổi điện năng

a Máy điện tĩnh:

Hình 1 1 Ký hiệu MBA

Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau

b Máy điện quay:

Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, do từ trường

và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra

Hình 1 2 Máy điện quay

Loại máy điện này dùng để biến đổi năng lượng, ví dụ biến đổi điện năng sang cơ năng( động cơ điện ) hoặc biến đổi cơ năng sang điện năng ( máy phát điện ) quá trình biến đổi có tính thuận nghịch, nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện

Máy điê ̣n tĩnh

Máy biến áp

Máy phát 1 chiều

Đô ̣ng

cơ mô ̣t chiều

Máy điê ̣n đồng bô ̣

Máy điê ̣n không đồng bô ̣

Đô ̣ng

cơ không đồng

bộ

Máy phát không đồng

bộ

Đô ̣ng

cơ điê ̣n đồng

Trang 18

1.2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN TRONG MÁY ĐIỆN:

Nguyên lý làm việc của tất cả các loại máy điện dựa vào cơ sở hai định luật cảm ứng điện từ và luật điện từ

1.2.1 Định luật cảm ứng điện từ:

a Trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua vòng dây:

Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn Trong vòng dây sẽ cảm ứng một sức điện động Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông theo quy tắc vặn nút chai, thì sức điện động cảm ứng:

e =

dt

d

Dấu (+): chỉ chiều Φ đi từ người đọc vào trang giấy

Hình 1 4.Từ thông xuyên qua vòng dây

- Nếu cuộn dây có W vòng :

e=-w

dt

d dt



Trong đó: Ψ = WΦ gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây

b Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường

Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động có trị số là: e=BlV

 B cường độ từ cảm đo bằng Tesla (T)

 L chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (m)

 B cường độ từ cảm đo bằng Tesla(T)

 I cường độ dòng điện (A)

 L chiều dài tác dụng thanh dẫn đo bằng m

- Chiều lực từ xác định bằng quy tắc bàn tay trái

1.4 ĐỊNH LUẬT MẠCH TỪ TÍNH TOÁN MẠCH TỪ

a Định luật mạch từ:

Lỏi thép máy điện là mạch từ Mạch từ là mạch khép kín dùng để dẫn từ thông Định luật dòng điện toàn phần H dli→ H.l = w.i

 H: cường độ từ trường trong mạch từ đo bằng A/m

 L: chiều dài trung bình của mạch từ (m

 W: số vòng dây của cuộn dây

 I: tạo ra từ thông trong mạch từ gọi là dòng điện từ hóa

 w.i: gọi là sức từ động

 H.l: gọi là từ áp rơi i

w

Trang 20

Hình 1 7.Định luật mạch từ

- Đối với mạch từ gồm nhiều cuộn dây và nhiều đoạn khác nhau

H1.l1+H2.l2 = W1i1-W2I2

 H1,H2: tương ứng là cường độ từ trường trong đoạn 1,2

 L1, L2: chiều dài trung bình đoạn 1,2

 W1.i1, W2.i2: sức từ động dây quấn 1,2

 Dấu – trước w2.i2 vì chiều i2 không phù hợp

Hình 1 8 Gồm nhiều cuộn dây

với chiều từ thông đã chọn theo quy tắc vặn nút chai

.

Trong đó dòng điện il có chiều phù hợp với chiều Φ đã chọn theo quy tắc vặn nút chai sẽ mang dấu dương, không phù hợp mang dấu âm

1.5 VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN:

Vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện và vật liệu kết cấu

1.5.1 Vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo bộ phận dẫn điện Vật liệu dẫn điện dùng trong máy điện là đồng và nhôm Dây đồng và dây nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật, có bọc cách điện khác nhau như sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học, sợi emay

Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ dùng các vật liệu sắt từ để làm mạch từ: Thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn

Thép lá kỹ thuật điện dày 0,35- 0,5mm, trong thành phần thép có 2-5% si( để tăng điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy )

Thép kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng và cán nguội Thép cán nguội có độ từ thẩm cao hơn thép cán nóng, dẫn từ tốt hơn

Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn gồm 4 nhóm:

 Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải lụa

 Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thuỷ tinh

Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như trục,

ổ trục, vỏ máy, nắp máy Vật liệu kết cấu thường là gan, thép lá, thép rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng

1.6 NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1.6.1.Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều

Trang 22

Hình 1 9.Nguyên lý máy điện một chiều

Máy điện gồm khung dây abcd đầu nối với 2 phiến góp Khung dây và phiến góp quay quanh trục với tốc độ không đổi trong từ trường của nam châm N – S Các chổi than

A và B đặt cố định và tuỳ sát vào phiến góp

Khi khung dây quay, theo định luật cảm ứng điện từ trong khung dây xuất hiện sức điện động cảm ứng e = B.l.v (v)

Trong đó:

B: từ cảm nơi dây quấn quét qua (T)

l: chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường (m)

v: vận tốc quét của thanh dẫn (m/s)

Chiều của sức điện động xác định bằng quy tắc bàn tay phải Sức điện động của thanh dẫn ab nằm dưới cực từ N có chiều đi từ b đến a, còn của thanh dẫn cd nằm dưới cực từ nam (S) có chiều đi từ d→c Nếu mạch ngoài khép kín sđđ trong khung có chiều đi

từ chổi than A đến chổi than B

Khi khung dây quay, nếu từ cảm thẳng góc với hướng quay của thanh dẫn phân bố hình sin→sđđ cũng có dạng xoay chiều hình sin do chổi than A luôn tiếp xúc với thanh dẫn nằm dưới cực (N), chổi than B tiếp xúc thanh dẫn nằm dưới cực (S)→dòng điện mạch ngoài chạy từ A→B

Nói cách khác sđđ và dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng điện sức điện động 1 chiều, nhờ hệ thống vành góp và chổi than

Để có sức điện động lớn → ghép nhiều khung dây đặt lệch nhau một góc trong không gian→gọi là dây quấn phần ứng, vì thế có nhiều phiến đổi chiều ghép cách điện với nhau→ cổ góp điện ( còn gọi là vành góp )

Ngược lại khi đưa dòng điện một chiều vào chổi than Avà ra ở chổi than B→ dưới tác dụng của từ trường lên thanh dẫn tạo ra momen quay có chiều không đổi→đó là nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

1.6.2 Nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ

Trong hình vẽ trên nếu thay hai vành đổi chiều thành hai vành trượt Hai chổi than

A và B luôn tì sát, khi khung dây abcd quay với tốc độ n, trên hai vành trượt và mạch ngoài khép kín → sức điện động và dòng điện xoay chiều có tần số f = p.n/60

Hình 1 10.Nguyên lý máy điện đồng bộ

Trong đó: n tốc độ quay vòng/ phút

P số đôi cực của máy

→đó là nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ 1 pha

Thường trong máy điện đồng bộ, cực từ đặt trong roto còn dây quấn phần ứng (khung dây)→đặt trong phần tĩnh (stato) gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian

1200đấu hình sao(Υ) hoặc hình tam giác(Δ)

Quay với tốc độ n, dây quấn phần ứng nối với một tải ngoài ba pha đối xứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng nên một sức điện động và dòng điện 3 pha lệch nhau một góc 1200 về thời gian và do đó sẽ tạo ra một từ trường quay với tốc độ n1=

p

f

60

, nghĩa

là tốc độ quay của roto chính vì vậy mà ta gọi là máy điện đồng bộ ba pha

1.7 NGUYÊN LÝ PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN

Trong quá trình làm việc có tổn hao công xuất Tổn hao trong máy điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng điện xoáy) trong thép, tổn hao đồng trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay) Tất cả tổn hao năng lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện

Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt ra môi trường xung quanh Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của máy điện mà còn phụ thuộc vào

sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi làm mát như dầu máy biến áp v v Thường vỏ máy điện được chế tạo co rãnh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió làm mát

Trang 24

Kích thước của máy, phương pháp làm mát, phải được tính toán và lựa chọn để cho

độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện trong máy, không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảo cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài khoảng 20 năm

Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép Khi máy quá tải, độ tăng nhiệt sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép, vì thế không cho phép quá tải lâu dài

 TÓM TẮT NỘI NỘI DUNG BÀI MỞ ĐẦU:

1.1 Định nghĩa và phân loại máy điện:

1.2 Các định luật cơ bản trong máy điện

1.3 Định luật lực điện từ:

1.4 Định luật mạch từ tính toán mạch từ

1.5 Vật liệu chế tạo máy điện:

1.6 Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện

1.7 Nguyên lý phát nóng và làm mát máy điện

 BÀI TẬP CỦNG CỐ:

1 Định nghĩa máy điện? Công dụng của máy điện?

2 Tính thuận nghịch của máy điện là gì?

3 Trình bày các định luật dùng trong máy điện Công dụng của từng định luật vào từng loại máy điện?

4 Nêu các loại vật liệu dùng trong máy điện, đặc điểm từng loại?

5 Tại sao phải làm mát động cơ điện

BÀI 1: MÁY BIẾN ÁP

 GIỚI THIỆU BÀI 1:

Bài 1 là bài trình bày về một số nội dung trọng tâm về máy biến áp để người học có được kiến thức nền tảng và dễ dàng tiếp cận các bài thực hành quấn máy điện

- Phân tích được nguyên lý hoạt động của máy phát và động cơ điện

- Xác định được cực tính và đấu dây vận hành máy biến áp một pha, ba pha đúng kỹ thuật

- Đấu máy biến áp vận hành song song các máy biến áp

- Tính toán được các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch

- Quấn lại được máy biến áp một pha cỡ nhỏ

- Chọn lựa đúng máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng Bảo dưỡng và sửa chữa máy biến áp theo yêu cầu

 Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

- Re ̀ n luyê ̣n tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo

 PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1

- Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài 1 1(cá nhân hoặc nhóm)

Trang 26

- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình(bài 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài mở đầu theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định

 ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1

- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng máy điện

- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác

- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham

khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan, dây quấn, khuôn quấn dây

- Các điều kiện khác: Không có

 KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1:

- Nội dung:

 Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

 Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng

 Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

 Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)

 Kiểm tra định kỳ thực hành: 1 điểm kiểm tra

 NỘI DUNG BÀI 1:

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

2.1.1 Định nghĩa

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không đổi

Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp có hai dây quấn Dây quấn nối với nguồn điện để thu năng lượng gọi là dây quấn sơ cấp Dây quấn nối với tải để đưa năng lượng gọi là dây quấn thứ cấp

Các thông số của dây quấn sơ cấp được ký hiệu bằng chữ in hoa và có thêm chỉ số

1, tương tự dây quấn thứ cấp ký hiệu và có thêm chỉ số 2 ( ví dụ dòng điện sơ cấp I1, điện

áp thứ cấp U2)

2.1.2 Các đại lượng định mức

Các đai lượng định mức do nhà chế tạo quy định và thường ghi trên máy

 Dung lượng hay công suất định mức Sđm là công suất toàn phần (hay công suất biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của mba [KVA], [VA]

 Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằng [KV] hay [V]

 Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm ứng với công suất định mức [A, KA]

 Số vòng dây sơ cấp định mức W1

 Dòng điện dây định mức thứ cấp I2đm ứng với công suất định mức, đơn vị là A, KA

 Đối với mba 3 pha:

M.b.a điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực

 Mba chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị cỉnh lưu mba hàn điện

 Mba tự ngẫu biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn lắm dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiểu

 Mba đo lường dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ

đo

Lõi thép dùng để làm mạch từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn

 Mba kiểu lõi hay kiểu trụ: dây quấn bao quanh trụ thép, loại này rất thông dụng

cho các mba 1 pha và 3 pha, dung lượng nhỏ và trung bình

 Mba kiểu bọc: mạch từ được phân nhánh ra 2 bên và bọc lấy một phần dây quấn,

loại này dùng cho mba có công suất nhỏ Các mba hiện đại dung lượng lớn và cực lớn (từ 80 đến 100 MVA cho 1 pha) để giảm chiều cao của trụ thép, dễ dàng cho việc vận chuyển, mạch từ được phân nhánh sang 2 bên, nên vừa có kiểu bọc, vừa

Hình 2 3.Lõi the ́ p kiểu bọc, 1 pha, 3 pha

Sứ cao áp

Sứ ha ̣ áp

Cánh tản nhiệt

 Mba có lõi hình xuyến: sử dụng trong máy biến áp đo lường, máy biến áp điêu

chỉnh vô cấp

 Lõi thép mba gồm 2 phần: phần trụ ký hiệu chữ T và phần gông ký hiệu chữ G

Trụ là phần lõi thép có quấn dây quấn, gông là phần lõi thép nối các trụ với nhau thành mạch kín và không có dây quấn

Lõi thép được ghép bới các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 – 0,5mm, có phủ sơn cách điện trên bề mặt (giảm dòng điện xoáy) Trụ và gông có thể ghép nối hoặc ghép xen

kẽ, ghép nối thì trụ và gông ghép riêng, sau đó dùng sà ép và bu lông vít siết chặt lại Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng thời và các lá thép được ghép xen kẽ với nhau Phương pháp này tuy phức tạp nhưng giản được dòng điện xoáy và bền về phương diện cơ học, do vậy hầu hết các máy biến hiện nay đều dùng kiểu ghép này

2.2.2 Dây quấn

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của mba làm nhiệm vụ thu năng lượng và truyền năng lượng ra Kim loại làm dây quấn thường là đồng, cũng có thể bằng nhôm nhưng không phổ biến

Dây quấn hạ áp thường quấn phía trong gần trụ thép, còn dây quấn cao áp quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp

Với cách quấn dây này có thể giảm bớt được điều kiện cách điện dây quấn cáo áp (kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện dây quấn cao áp) bởi vì dây quấn cao áp và trụ đã có cách điện của dây quấn hạ áp

Hi ̀nh 2-4 ghép rời lõi thép

Hình 2 5.ghe ́p rời lõi thép

Hi ̀nh 2-5 ghép xen kẽ lõi thép

Hình 2 5.ghe ́p xen kẽ lõi thép

số nhiệt độ gọi là độ chênh nhiệt Nếu độ chênh nhiệt đó vượt quá mức quy định sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với mba, để đảm bảo vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định (từ 15 – 20 năm) và không bị sự cố tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm mba trong thùng dầu

2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MBA

Khảo sát nguyên lý hoạt động của mba 1 pha có 2 dây quấnW1 , W2 Khi nối dây quấn W1 vào nguồn điện xoay chiều có điện áp U1 sẽ có dòng điện sơ cấp i1 chạy trong dây quấn sơ cấp W1 Dòng điện i1 sinh ra từ thông phi

biến thiên chạy trong lõi thép, từ thông này móc vòng (xuyên qua), đồng thời với cả 2 dây quấn W1 vàthứ cấp W2, được gọi là từ thông chính

Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn sơ cấp một suất điện động:

gọi là dòng điện không tải

Khi mba có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở Zt dưới tác dụng của dòng

e2, có dòng điện thứ cấp i2 cung cấp điện cho tải Khi ấy từ thông chính do đồng thời cả 2 dòng điện sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra

Vì điện áp U1 hình sin nên từ thông cũng biến thiên hình sin  = max.sint

2 sin(

2 44 , 4 ) sin (

1 max max

v t

W f

.

Trang 32

2 sin(

2 44 , 4 ) sin (

2 max

1

W

W E

E  K: gọi là hệ số biến áp Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, có thể coi gần đúng U1 E1, U2 E2, ta có:

K

W

W E

E U

* Đối với máy tăng áp có: U2 > U1, W2 > W1

* Đối với máy giảm áp có: U2 < U1, W2 < W1

Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện nhưng nhờ có từ thông chính, năng lượng đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp

Nếu bỏ qua tổn hao trong máy, có thể coi gần đúng quan hệ giữa các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau:

U1.I1 U2.I2 K

I

I U



1 2 2 1

2.4 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MBA

Khi nghiên cứu chế độ làm việc của mba dựa vào sự tính toán phối hợp của mạch điện và mạch từ ứng với chế độ bảo hoà khác nhau của lõi thép gặp nhiều khó khăn Để đơn giản trong tính toán, người ta thay mạch điện và mạch từ của mba bằng một mạch điện tương đương gồm điện trở, điện kháng đặc trưng cho mba gọi là mạch điện thay thế của mba

Để có thể nối trực tiếp mạch sơ cấp và thứ cấp với nhau thành một mạch điện, các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải có cùng điện áp Thực tế, (U1 U2) vì vậy phải quy đổi

một trong hai dây quấn về dây quấn kia, thông thường là quy đổi dây quấn thứ cấp về sơ cấp Việc quy đổi sao cho không làm thay đổi các quá trình vật lý và năng lượng xảy ra trong mba

Tất cả các lượng đã quy đổi từ thứ cấp về sơ cấp gọi là những lượng quy đổi và thêm dấu phẩy (‘) trên đầu (vd: sđđ quy đổi '

W

W E W

W E

Mặc khác khi thay đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp W2 = W1 nên sđđ thứ cấp quy đổi lúc này bằng sđđ sơ cấp:

2 '

2 '

2.I E

Do đó dòng điện thứ cấp quy đổi: I ' 2

2

2 2 '

2 1 .I

K E

E

Điều này có nghĩa là để đảm bảo cho công suất trong mạch thứ cấp không đổi, thì nếu E2

tăng lên K lần, I2 giảm xuống K lần và ngược lại

2.4.3 Điện trở, điện kháng và tổng trở thứ cấp quy đổi

Khi quy đổi, vì công suất không thay đổi nên tổn hao đồng ở dây quấn thứ cấp

trước và sau khi quy đổi phải bằng nhau: I '

2 2 ' 2 2 2

2.r I r

Do đó, điện trở thứ cấp quy đổi: r 2

2 2 2 ' 2

2 '

2 ( ) r K r I



Về mặt vật lý, điều này có nghĩa là khi quy đổi nếu dòng điện I2 giảm K lần để giữ cho tổng hao trong dây quấn không đổi, vì tổn hao đồng tỷ lệ với bình phương dòng điện thì điện trở tăng lên K2 lần

 Tương tự điện kháng thứ cấp quy đổi: X 2

'

2K X

2 2 '

2 ' 2 '

2K  jX K(r  jX )K Z

Trang 34

 Đối với tải ở mạch thứ cấp ta cũng có: Zt'K 2Z t (Zt = rt + jXt tổng trở tải lúc chưa quy đổi)

2.4.4.Các phương trình quy đổi

Thay các đại lượng quy đổi vào các phương trinh cân bằng sức điện động và sức từ động ở trên ta được hệ thống các phương trình đó viết dưới dạng quy đổi như sau:

1 I I I

Sau này việc nghiên cứu mba chủ yếu dựa vào các phương trình quy đổi

2.4.5 Mạch điện thay thế của mba

Dựa vào các phương trình s.t.d dưới dạng quy đổi, ta có thể suy ra một mạch điện tương đương gọi là mạch điện thay thế của mba

Như vậy, ta đã thay thế mba thực gồm các mạch điện sơ cấp, thứ cấp riêng biệt và mạch từ của nó bằng một mạch điện thống nhất gồm nhánh hai nhánh sơ cấp và thứ cấp

có tổng trở: Z1r1 jX1 và '

2 ' 2 '

U

, 2 1

X

, 2

R

 1

I

, 2

n n

2 Hình 2 9.Mạch điện đơn giản

2.5 CÁC THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Để xác định các tham số của máy biến áp ta dùng hai thí nghiệm không tải và thí nghệm ngắn mạch

2.5.1 Thí nghiệm không tải

Đặt điện áp hình sin vào cuộn sơ cấp U=U1đm, hở mạch thứ cấp nhờ Vônmet, Ampemet và oatmet đo điện áp U1, U20, I0và P0

Từ các tham số thí nghiệm ta xác định đươc tổng trở, điện trở và điện kháng mba lúc không tải

0 2 0 0 2 0

0 0

1

U

U W

0 0

I

P r I

U

Lúc ngắn mạch, điện áp đặt vào rất bé, nên từ thông chính rất bé Do đó mạch

điện thay thế của mba có thể xem như hở mạch từ hoá và còn lại mạch nối tiếp

của hai tổng trở sơ cấp và thứ cấp, có thể thay thế bằng tổng trở đẳng trị gọi là tổng trở ngắn mạch của mba

U

~

Hình 2 10.Sơ đồ thí nghiê ̣m

không ta ̉i của m.b.a

Hình 2 10.Mạch điê ̣n thay thế m.b.a lu ́ c không tải

x

, 2

r

 1

,

2 1 ,

2 1 , 2

1 Z ,r r r,X X X Z

100

%

đm

n đm đm

n n

U

Z I U

U

)(.10

)(100

.100

.100

.100

2

KVA S

W P S

r I I

I r U

I U

r I U

U U

đm

n n

đm đm

đm n đm

đm đm

n đm đm

nr

100

100

%

đm

n đm đm

nX nX

U

X I U

Trang 38

Chú ý: Ngắn mạch trên gọi là ngắn mạch thí nghiệm với điện áp đặt vào rất nhỏ để In=Iđm

Khi mba đang làm việc với điện áp sơ cấp định mức nếu xảy ra ngắn mạch gọi là

ngắn mạch vận hành

% 100

100 100 100

đm

đm

đm n đm

đm

đm n

đm n

đm n

U I U

I Z I I

I Z

U Z

U

2.6 CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MBA:

Chế độ có tải là chế đô ̣ trong đó dây quấn sơ cấp nối vào nguồn điê ̣n áp đi ̣nh mức,

dây quấ n thứ cấp nối với tải Để đánh giá mức đô ̣ của tải, người ta dùng hệ số tải kt

kt=

dm

dm I

I I

I

1 1 2

2  kt=1 tải đi ̣nh mức

kt<1 non tải

kt>1 quá tải

2.6.1 Độ thay đổi điện áp:

Khi mba làm việc điện áp đầu ra U2 thay đổi theo trị số và tính chất điện cảm hoặc

điện dung của tải (dòng I2), do có điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp Hiệu số học

giữa các trị số của điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải U2 trong điều kiện U1đm

2 20 2 2

20

100

% 1

U U U U

U

U U

Tải điện dung I2 tăng thì U2 tăng Khi tải điện cảm hoặc điện trở I2 tăng thì U2 giảm

(tải điện cảm U2 giảm nhiều hơn)

2.6.2 Cách điều chỉnh điện áp:

Trong thực tế muốn giữ điện áp U2 không đổi khi mba làm việc với các tải khác nhau thì phải điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi lại số vòng dây, nghĩa là thay đổi tỉ số biến đổi K=

2.6.3 Hiệu suất của mba:

Hiệu suất của mba là tỷ số giữa công suất đầu ra P2 và công suất đầu vào P1

100)

1(100)

1 1

2

fe cu

fe cu

P P P

P P P

P P

đm t

t đm t

P K P S

K

S K

cos

.

cos

I

2 2 2

P

2 0

2.7 GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG CỦA MBA:

Trong lúc truyền tải năng lượng qua mba một phần công suất tác dụng và công suất phản kháng bị tiêu hao trong máy

Trang 40

Gọi P1=U1I1cos1 là công suất đưa vào một pha của mba Một phần công suất này

bị tiêu hao trên điện trở của dây quấn sơ cấp Pcu1=r1.I12 và trong thép Pfe= 2

0

.I

r m , phần còn lại là công suất điện từ truyền qua thứ cấp:

Pđt=P1-Pcu1-Pfe= ' 2

2 '

2.I cos

E

Công suất đầu ra P2 = Pđt-Pcu2=U2.I2.cos2

Tương tự ta có công suất phản kháng đầu vào:

Q1=U1I1.sin1

Qđt= Q1 - q1 - qm= E ' 2

2 '

2.I sinCông suất phản kháng đầu ra: