ÔN THI CUỐI KỲ ĐIỆN KỸ THUẬT PHẦN A LÝ THUYẾT Chương 2 Máy biến áp Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp Trả lời Cấu tạo của máy biến áp Gồm có 2 bộ phận chính Lõi thép x Lõi thép dùng để dẫn.
Trang 1ÔN THI CUỐI KỲ ĐIỆN KỸ THUẬT
PHẦN A - LÝ THUYẾT.
Chương 2: Máy biến áp
● Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp
Trả lời:
- Cấu tạo của máy biến áp: Gồm có 2 bộ phận chính:
+ Lõi thép:
x Lõi thép dùng để dẫn từ thông chính của máy biến áp, thường được chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt (sắt non có pha silic)
x Lõi thép được ghép bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm có phủ sơn cách điện ở bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy
x Lõi thép gồm có 2 phần: trụ và gông Trụ (T): phần trên đó có quấn dây Gông (G): nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín, trên đó không có dây quấn
+ Dây quấn: Dây quấn MBA thường làm bằng dây dẫn đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện
+ Một số MBA lớn gồm cả vỏ máy:
x Thùng MBA: Thùng máy làm bằng thép, hình dáng và kết cấu của thùng tuỳ thuộc vào công suất của máy
x Nắp thùng: Nắp thùng dùng để đậy thùng và lắp đặt một số chi tiết quan trọng
- Nguyên lý làm việc của máy biến áp:
+ Nguyên lí làm việc của máy biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
+ Nếu đặt vào cuộn dây sơ cấp của máy biến áp một dòng điện xoay chiều với điện áp u1, sẽ có dòng điện sơ cấp i1 chạy trong cuộn dây sơ cấp Dòng điện i1 sinh ra từ thông 𝜙 biến thiên chạy trong lõi thép, từ thông này xuyên qua đồng thời cả hai dây quấn sơ cấp N1 và thứ cấp N2, gọi
là từ thông chính
Trang 2Theo định luật cảm ứng điện từ, cảm ứng vào dây quấn sơ cấp sức điện động là
Và cảm ứng vào dây quấn thứ cấp sức điện động là
Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp
Suy ra:
E1, E2 là trị số hiệu dụng của sđđ sơ cấp và thứ cấp, cho bởi:
=> Sức điện động thứ cấp và sơ cấp có cùng tần số, nhưng trị số hiệu dụng khác nhau
Tỉ số biến áp của MBA:
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, có
thể coi gần đúng sụt áp do điện trở và từ thông tản trên sơ cấp
Trang 3Nếu bỏ qua tổn hao trong MBA thì: U1I1 = U2I2
Tỉ số biến áp của MBA:
Nếu N2 > N1 thì k > 1 suy ra U2 > U1 : máy biến áp tăng áp
Nếu N2 < N1 thì k < 1 suy ra U2 < U1 : máy biến áp hạ áp
● Các máy biến áp đặc biệt
Trả lời:
1. Máy biến áp tự ngẫu (tự biến áp)
- Máy biến áp tự ngẫu một pha gồm có một dây quấn dùng làm dây quấn sơ cấp, với số vòng dây W_1 và với số vòng dây W_2 là thứ cấp
* cuộn sơ cấp nối song song với lưới điện có điện áp lớn cần đo
* dây quấn thứ nối với Vôn kế
- Biến áp tự ngẫu có nguyên lý hoạt động chỉ có 1 cuộn dây nên giá thành và kích thước, trọng lượng sẽ nhỏ gọn
2 Máy biến áp đo lường
Các máy biến áp đo lường dùng để mở rộng thang đo các dụng cụ đo lường
Trang 4a. Máy biến điện áp
- Máy biến điện áp dùng để biến điện áp cao thành điện áp thấp để đo lường bằng các dụng cụ đo tiêu chuẩn
* cuộn sơ cấp nối song song với lưới điện có điện áp lớn cần đo
* dây quấn thứ nối với Vôn kế
- Khi đo các điện áp cao hơn 250V người ta thường sử dụng máy biến điện áp Máy biến điện áp thực chất là một biến thế giảm thế Cuộn sơ cấp có rất nhiều vòng, thứ cấp ít vòng hơn và mắc vôn kế
- Điện trở của thiết bị đo rất lớn nên có thể xem máy biến điện áp hoạt động ở chế độ chạy không
b. Máy biến dòng
- Máy biến dòng điện dùng để biến dòng điện lớn xuống dòng điện nhỏ để
đo lường bằng các dụng cụ đo tiêu chuẩn và các mục đích khác
* dây quấn sơ cấp gồm ít vòng dây mắc nối tiếp với mạch cần đo dòng
* dây quấn thứ cấp gồm nhiều vòng dây nối với ampe mét
- Sao cho:
3 Máy biến áp hàn
- Cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn dây 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
N1 >> N2 thì I2 >> I1 do đó nhiệt lượng tỏa ra lớn
- Khi dí que hàn vào tấm kim loại, sẽ có dòng điện lớn chạy qua làm nóng chỗ tiếp xúc Nhấc que hàn cách tấm kim loại một khoảng ngắn, hồ quang sinh ra làm nóng chảy chỗ hàn
- Muốn điều chỉnh dòng điện hàn, ta thay đổi số vòng thứ cấp hoặc thay đổi khe
hở không khí của điện kháng ngoài
Trang 5- Máy biến áp làm việc ở chế độ ngắn mạch dây quấn thứ cấp Điện áp thứ cấp định mức của máy biến áp hàn thường là 60 - 70V
Trang 6Chương 3: Động cơ không đồng bộ ba pha
● Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha
Trả lời:
- Gồm có 2 bộ phận chính: Phần tĩnh (Stato); phần quay (roto)
1. Phần tĩnh (stator)
1.1 Lõi thép stator
- Hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau và được dập rãnh bên trong tạo thành các rãnh theo hướng trục
- Lõi thép được ép vào trong vỏ máy
1.2 Dây quấn stator
- Dây quấn stator làm bằng dây dẫn có bọc cách điện được đặt trong các rãnh của lõi thép
- Dòng điện xoay chiều ba pha trong ba dây quấn stator sẽ tạo ra từ trường quay
- Dây quấn ba pha có thể nối sao hoặc tam giác
2. Phần quay (rotor)
2.1 Lõi thép rotor
- Do lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa các lỗ để lắp trục
2.2 Dây quấn rotor
- Dây quấn rotor có 2 kiểu: Rotor lồng sóc (kiểu ngắn mạch) và rotor dây quấn
+ Rotor lồng sóc (kiểu ngắn mạch):
- Trong các rãnh của lõi thép rotor, đặt các thanh đồng (hoặc nhôm)
- Các thanh đồng thường đặt nghiêng so với trục
- Hai đầu nối ngắn mạch bằng 2 vòng đồng (hoặc nhôm)
+ Rotor dây quấn:
- Trong rãnh lõi thép rotor, đặt dây quấn ba pha
- Dây quấn rotor thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng (vành trượt), được nối với ba biến trở bên ngoài để điều chỉnh tốc
độ và mở máy
Trang 7● Từ trường quay của máy điện không đồng bộ
Trả lời:
- Dòng điện xoay chiều 3 pha có ưu điểm lớn là tạo ra từ trường quay trong các máy phát điện
- Ta xét máy điện 3 pha đơn giản gồm 6 rãnh, trong đó đặt 3 dây quấn đối xứng
AX, BY, CZ trên stator Khi cho dòng 3 pha đi vào 3 cuộn dây thì từ trường tổng hợp do 3 cuộn dây tạo ra ở O là từ trường quay
- Đặc điểm của từ trường quay:
+ Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số f và số đôi cực p theo công thức: n1 = f/p (vòng/giây) hoặc n1 = 60f/p (vòng/phút)
+ Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện đạt cực đại Muốn đổi chiều quay của từ trường, ta giữa nguyên một pha và thay đổi thứ tự hai pha còn lại với nhau
+ Biên độ của từ trường quay: Từ thông của từ trường quay xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng 3/2 từ thông cực đại của một
pha:
● Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha
Trả lời:
- Cho dòng điện ba pha có tần số f vào ba dây quấn stator, sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực quay với tốc độ là n1 = 60f/p
- Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rotor và cảm ứng các suất điện động Vì dây quấn rotor nối kín mạch nên suất điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rotor
- Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay với thanh dẫn rotor, kéo rotor quay với tốc độ n < n1 và cùng chiều với n1
- Tốc độ n của máy luôn nhỏ hơn tốc độ n1 vì nếu n = n1 thì không có sự chuyển động tương đối giữa các thanh dẫn rotor và từ trường quay, trong dây quấn rotor sẽ không có dòng điện cảm ứng, lực từ sẽ bằng không
Trang 8● Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha (rotor dây quấn, rotor lồng sóc)
Trả lời:
1. Yêu cầu khi mở máy:
- Moment mở máy phải lớn hơn moment cản của tải lúc mở máy
- Moment động cơ phải đủ lớn để thời gian mở máy không quá lâu
- Dòng mở máy nhỏ để điện áp lưới điện không bị sụt áp
- Thiết bị mở máy phải đơn giản, rẻ tiền, ít tốn năng lượng
2. Các phương pháp mở máy:
- Động cơ rotor dây quấn: Bằng biến trở.
+ Dây quấn rotor nối với biến trở qua chổi than tiếp
xúc trên vành trượt
+ Khi mở máy, biến trở được điều chỉnh để có giá
trị lớn nhất (để dòng mở máy nhỏ nhất)
+ Khi tốc độ động cơ dần ổn định, biến trở được
điều chỉnh giảm dần về không
- Động cơ rotor lồng sóc:
● Mở máy trực tiếp:
a. Phương pháp:
+ Động cơ nối trực tiếp vào lưới điện
+ I mở máy gấp xấp xỉ 5 → 7 lần I định mức
+ Dần dần tốc độ ổn định, dòng điện giảm xuống trị
số bình thường
b. Ưu điểm:
+ Thiết bị khởi động đơn giản
+ Thời gian khởi động nhỏ
c. Khuyết điểm:
+ I mở máy làm tụt điện áp mạng điện rất nhiều, ảnh hưởng các phụ tải khác
+ Dùng được khi công suất mạng điện lớn hơn công suất động cơ rất nhiều
Trang 9● Mở máy đổi nối sao tam giác:
a. Phương pháp:
+ Lúc khởi động, đóng CD2 ở vị trí 2
+ Khi động cơ quay được từ 6 → 8 giây, chuyển CD2 sang vị trí 1 để nối tam giác
b. Ưu điểm: Dòng điện mở máy giảm 3 lần nên điện
áp giảm \sqrt(3) lần → moment mở máy giảm 3 lần
c. Khuyết điểm: Chỉ dùng cho động cơ bình thường
stator đấu tam giác
● Mở máy dùng biến áp tự ngẫu:
a. Phương pháp:
+ Lúc khởi động cắt CD2, đóng CD3, CD1
+ Khi tốc độ quay ổn định, cắt CD3, đóng CD2
b. Ưu điểm: Dòng mở máy giảm đi k^2 lần (k là hệ số
máy biến áp)
c. Khuyết điểm:
+ Sơ đồ phức tạp
+ Thường dùng cho động cơ công suất lớn
Trang 10Chương 4: Máy điện đồng bộ
● Cấu tạo của máy điện đồng bộ.
Trả lời:
Gồm có hai bộ phận chính: Stator (phần tĩnh), rotor (phần quay) Ngoài ra còn có bộ kích từ
- Stator: Cấu tạo tương tự động cơ không đồng bộ, gồm có lõi thép và dây quấn.
+ Lõi thép là các lá thép kĩ thuật điện ghép với nhau, có rãnh để đặt dây quấn
+ Dây quấn gồm ba cuộn dây AX, BY, CZ có cùng số vòng dây đặt trong các rãnh lệch nhau một góc 120 độ trong không gian
+ Mỗi dây quấn được gọi một pha: Dây quấn AX gọi là pha A, dây quấn BY gọi
là pha B, dây quấn CZ gọi là pha C
- Rotor: Có thể là dạng rotor cực lồi hay rotor cực ẩn.
+ Rotor cực ẩn được chế tạo nguyên khối, có các rãnh để chứa dây quấn kích từ
(dây quấn phần cảm) Thường dùng cho các máy có ít cực từ (2 hay 4 cực), ứng với tốc độ quay rotor cao (vd: các tuabin khí, tuabin hơi)
+ Rotor cực lồi thường được dùng cho máy có nhiều đôi cực, ứng với tốc độ quay
chậm (vd: tuabin thủy điện) Dạng mặt cực từ của rotor được thiết kế đặc biệt
để tạo ra phân bố từ cảm trong khe không khí là hình sin
- Bộ kích từ: Dùng để tạo ra dòng một chiều cung cấp cho dây quấn kích từ Bộ
kích từ có thể ở một trong ba dạng:
+ Máy phát một chiều gắn đồng trục với máy đồng bộ hay được kéo bằng một động cơ riêng biệt
+ Bộ kích từ dùng chỉnh lưu tĩnh: điện áp ba pha của máy phát đồng bộ (ban đầu sinh ra do từ dư) được chỉnh lưu thành dòng một chiều
+ Bộ kích từ chỉnh lưu quay (không chổi than): bộ kích từ chính là một máy phát xoay chiều ba pha có phần ứng đặt trên roto đồng trục với máy đồng bộ
● Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ.
Trả lời:
- Dòng kích từ vào dây quấn rôto tạo ra một nam châm điện
Trang 11- Động cơ sơ cấp làm quay rôto nên từ trường của rôto sẽ quay
- Từ trường quay sẽ lần lượt quét qua các dây quấn pha A, pha B, pha C của stato và trong dây quấn pha stato xuất hiện các sức điện động cảm ứng
- Nếu roto có p cặp cực và quay với tốc độ n (vòng/phút) thì tần số suất điện động sinh ra trong các pha dây quấn là: f = np/60
- Các suất điện động này có dạng hình sin cùng biên độ, cùng tần số và lệch pha nhau một góc 120 độ
- Suất điện động cảm ứng trong mỗi pha dây quấn stato sẽ có giá trị hiệu dụng
- Nếu chọn pha đầu của sức điện động e_A của pha A bằng không, thì biểu thức sức điện động tức thời của các pha:
- Nối phụ tải 3 pha vào dây quấn stato sẽ có dòng điện 3 pha Dòng điện ba pha trong dây quấn ba pha stato sẽ tạo ra từ trường quay, với tốc độ n1 = 60f/p đúng bằng tốc độ n của roto
=> Do đó máy điện này được gọi là máy điện đồng bộ
● Nguyên lý hoạt động của động cơ đồng bộ ba pha.
Trả lời:
- Cho dòng điện xoay chiều 3 pha vào dây quấn stator Dòng điện này sẽ sinh ra
từ trường quay
- Cho dòng điện một chiều vào dây quấn rotor Từ trường quay tác dụng lực từ lên dòng điện trên dây quấn rotor gây momen quay làm quay rotor
- Tốc độ quay của rotor là tốc độ của từ trường quay n = 60f/p → động cơ đồng bộ
Trang 12Chương 5: Máy điện một chiều
● Cấu tạo của máy điện một chiều:
Gồm các bộ phận chính: Stator, rotor, cổ góp (vành góp/vành đổi chiều)
- Stato: Gồm có lõi thép và dây quấn kích từ.
+ Lõi thép được làm từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau
+ Các cực từ được quấn bởi dây quấn kích từ thường có chiều làm cho các cực từ có cực tính xen kẽ
+ Cực từ được gắn vào vỏ máy nhờ bulong
+ Một số máy có thêm cực từ phụ đặt giữa cực từ chính để cải thiện đổi chiều
- Roto: Gồm có lõi thép và dây quấn phần ứng:
+ Lõi thép hình trụ được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện, có rãnh để đặt dây quấn và thông gió
+ Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử đặt trong các rãnh Mỗi phần tử
là một bối dây hai đầu nối với hai phiến góp của vành góp
- Cổ góp:
+ Hay còn gọi là vành góp gồm nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn ghép với nhau thành một khối hình trụ
+ Các phiến góp cách điện với nhau và cách điện với trục máy bằng mica
+ Chổi than và giá đỡ chổi than:
Chổi than đặt trong hộp chổi than dùng để đưa điện từ phần quay ra ngoài
Nhờ có lò xo ép chổi nên chổi than tì vào cổ góp
Chổi được cố định tại một vị trí và nối dây ra mạch ngoài
● Nguyên lý hoạt động của máy phát điện một chiều:
- Khi khung dây quay, các thanh dẫn sẽ cắt các đường sức của từ trường Trong các thanh dẫn sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng:
e = I.B.v
Trang 13- Suất điện động trong khung dây sẽ sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện chạy từ chổi than A đến chổi than B
- Các cạnh của khung dây luôn thay đổi vị trí nên suất điện động cảm ứng là xoay chiều
- Do chổi than đứng yên nên dòng điện ở mạch ngoài vẫn chạy theo một chiều nhất định từ chổi than A đến chổi than B
=> Đối với mạch ngoài, máy phát tạo ra dòng điện một chiều
● Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều:
- Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than A và B, trong dây quấn phần
ứng có dòng điện
- Các thanh dẫn mang dòng điện trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực từ Lực
từ tác dụng lên dòng điện gây momen làm quay roto
- Khi phần ứng quay được nửa chu kỳ, hai thanh dẫn đổi vị trí Tuy nhiên, do hai chổi than cố định nên momen quay không đổi chiều
Trang 14Chương 6: Đo điện
● Cơ cấu đo kiểu từ-điện
a. Cấu tạo
- Phần tĩnh: nam châm vĩnh cửu (nam châm móng ngựa), lõi sắt Giữa cực từ và lõi sắt có khe hở không khí rất hẹp
- Phần động: khung dây được quấn bằng dây đồng Khung dây gắn trên trục, nó quay trong khe hở không khí
- Ngoài ra còn các bộ phận khác như: trục, trụ, lò xo cản, kim chỉ…
b. Nguyên tắc
- Khi có dòng điện chạy trong khung dây phần động, từ trường nam châm vĩnh cửu sẽ tác dụng 2 cạnh khung dây nằm vuông góc với đường sức một lực: F = Blw.I và gây ra momen quay M_q = F.d = B.l.w.I.d = k_q.I
- Dưới tác dụng của M_q, khung dây lệch khỏi vị trí cân bằng một góc alpha → lò xo bị xoắn lại gây momen cản M_c =
k_c.alpha
- Kim đứng yên khi M_q = M_c
k_q.I = k_c.alpha → alpha = k_q/k_ c I = S.I
S = k_q/k_c độ nhạy của cơ cấu
- alpha ~ I và S muốn S lớn phải dùng nam châm có từ dư mạnh
c. Đặc điểm
- Ít chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài
- Tổn thất điện ít, độ chính xác cao, độ nhạy cao
- Chỉ đo được dòng một chiều
- Dùng chế tạo Ampere kế, vôn kế 1 chiều
- alpha tỉ lệ bậc nhất với I nên thang đo đều
- Đối với cơ cấu từ-điện khung dây làm luôn nhiệm vụ cản dịu để kim dừng ở vị trí cần đo (Khung dây quay trong từ trường làm xuất hiện sdđ cảm ứng e và I,
từ trường tác dụng lên I gây moment cản, làm cho khung nhanh chóng dừng ở
vị trí ổn định)
● Cơ cấu đo kiểu điện-từ