Giáo trình máy điện (nghề điện dân dụng) trường cđ cộng đồng lào cai

1 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH NỘI BỘ MÔN HỌC/MÔ ĐUN MÁY ĐIỆN 60H NGÀNH/NGHỀ ĐIỆN DÂN DỤNG (Áp dụng cho trình độ trung cấp) LƯU HÀNH NỘI BỘ Lào cai, năm 2019 2 TUYÊN[.]

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH NỘI BỘ

MÔN HỌC/MÔ ĐUN: MÁY ĐIỆN - 60H NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG

(Áp dụng cho trình độ: trung cấp)

LƯU HÀNH NỘI BỘ

Lào cai, năm 2019

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình Máy điện được biên soạn trên cơ sở chương trình khung của nghề điện dân

dụng, giáo trình được viết cho đối tượng đào tạo hệ Cao đẳng nghề và trung cấp nghề ở sơ

cấp nghề có thể sử dụng được

Máy điện là một trong những tập bài giảng chuyên môn nghề quan trọng trong chương

trình đào tạo hệ Cao đẳng và trung cấp nghề.Vì vậy tập bài giảng đã bám sát chương trình

khung của nghề nhằm đạt mục tiêu đào tạo của nghề đồng thời tạo điều kiện cho người sử

dụng tài liệu tốt và hiệu quả

Nội dung của giáo trình Máy điện được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu bổ xung nhiều kiến

thức, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu, nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng

đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước

Giáo trình này dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho các giáo viên và học sinh hệ

cao đẳng và trung cấp, nghề điện Công Nghiệp, điện dân dụng Đồng thời cũng là tài liệu

tham khảo cho các giaó viên và học sinh ngành điện giảng dạy và học tập các hệ đào tạo

ngắn hạn và dài hạn khác ở trong trường

Tuy tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc không tránh khỏi

những thiếu sót mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của độc giả

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Máy điện

Mã số môn học: MH 12

Thời gian môn học: 60 giờ (Lý thuyết: 35 giờ; Bài tập: 23 giờ; Kiểm tra: 02 giờ)

I Vị trí tính chất của môn học:

- Vị trí: Môn học này được bố trí sau khi học xong môn học Điện kỹ thuật, Đo lường điện

- Tính chất: Là môn học chuyên môn nghề bắt buộc

II Mục tiêu của môn học:

1 Kiến thức:

- Mô tả được cấu tạo, phân tích nguyên lý làm việc của các loại máy điện

- Vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn máy điện

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

2 Kỹ năng:

- Tính toán và vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn động cơ 1 pha và 3 pha, máy điện 1 chiều

3 Năng tự chủ và trách nhiệm:

- Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và tư duy khoa học trong công việc

III Nội dung môn học:

I

Bài mở đầu KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN

1 Các định luật điện từ dùng trong máy điện

1.1 Lực từ

Khi thanh dẫn có dòng điện chuyển động trong từ trường thì trong thanh dẫn sẽ chi tác dụng một lực điện từ có trị số:

Fdt = BlI +Trong đó:

B là cường độ tự cảm đo bằng T(tesla)

I là chiều dòng điện chạy trong thanh dẫn tính bằng A

v vận tốc chuyển động thanh dẫn m/s

α góc hợp bởi Fđt=BI l sin α Chiều sức lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái

1.2 Hiện tượng cảm ứng điện từ:

(I ,B)

1.2.1 Thí nghiệm và hiện tượng :

* Thí nghiệm:

- Một ống dây (có nhiều vòng dây)

- Một thanh nam châm

- Một điện kế nhạy

* Tiến hành thí nghiệm :

Nối hai đầu của ống dây với điện kế , sau đó H×nh 20-2

S N

S N

Cho thanh nam châm di chuyển vào trong lòng ống dây, trong quá trình nam châm di

chuyển kim điện kế bị lệch đi chứng tỏ có s.đ.đ và dòng điện trong ống dây Khi thanh

nam châm đứng yên kim điện kế lại chỉ 0 Rút thanh nam châm ra khỏi ống dâykim điện

kế lại lệch đi nhưng về phía ngược lại (Hình 20-2) đổi cực nam châm rồi lại làm thí

nghiệm tương tự thì kim điện kế lại lệch nhưng với ngược với phía lệch của cực nam

châm cũ

1.2.2 Kết luận :

- Hiện tượng trên là hiện tượng cảm ứng điện từ s.đ.đ và dòng điện sinh ra trong trường

hợp đó được gọi là s.đ.đ và dòng điện cảm ứng Bằng nhiều thí nghiệm khác có thể kết

luận như sau:

- Dòng điện cảm ứng (s.đ.đ cảm ứng) chỉ xuất hiện trong thời gian nam châm chuyển

động tương đối với ống dây,nghĩa là khi từ thông qua ống dây biến thiên (biến đổi)

- Dù nam châm chuyển dịch hay ống dây chuyển dịch thì cũng đều xuất hiện s.đ.đ cảm

ứng

- Khi ống dây đặt trong từ trường của một dòng điện biến đổi thì ống dây cũng xuất hiện

dòng điện cảm ứng (s.đ.đ cảm ứng)

1.2.3 Định luật cảm ứng điện từ- Giải thích:

* Định luật : Khi từ thông qua cuộn dây biến thiên thì trongcuộn dây xuất hiện một s.đ.đ

cảm ứng S.đ.đ cảm ứng chỉ xuất hiện khi từ thông biến thiên

* Giải thích: Xét 1 dây dẫn thẳng chuyển

động trong từ trường đều B với tốc độ

không đổi v theo phương vuông góc với

đường sức từ

(hình 21-2) Trong các dây dẫn và các i

on dương Khi dây dẫn chuyển động các

điện tử tự do và các ion dương cũng

chuyển động theo

H × n h 2 1 - 2

v

l

E

Sự chuyển động của các điện tích là sự chuyển động của các điện tích dương tạo thành

dòng điện cùng chiều với phương chuyển động còn các điện tử sẽ tạo thành dòng điện có

chiều ngược lại, kết quả là các điện tích dương tương đương với một dòng điện có chiều

của v Dòng điện này nằm trong từ trường B nên mỗi điện tích sẽ chịu tác động mộtlực F

có chiều xác định bằng quy tắc bàn tay trái nên chuyển dịch về phía phải của dây dẫn

Các điện tử sẽ chịu tác dụng của Fo và dịch chuyển về đầu trái của dây dẫn Lực tác dụng

lên điện tử và các ion dương trong dây dẫn làm dây dẫn tích điện trái dấu ở hai đầu tạo

nên s.đ.đ cảm ứng

1.3 Sức điện động cảm ứng khi dây dẫn chuyển động cắt từ trường

1.3.1 Sức điện động cảm ứng trong dây dẫn thẳng chuyển động cắt từ trường:

a Dây dẫn chuyển động vuông góc với véc tơ B:

* Trường hợp dây dẫn chuyển động vuông góc với véc tơ B:

Khi dây dẫn chuyển động càng nhanh, thì dòng điện tương ứng với các điện tích trong

dây dẫn càng lớn , lực Fo càng lớn,do đó điện tích di chuyển về hai đầu càng nhanh và

nhiều, nên s.đ.đ càng lớn Nếu cường độ từ cảm B càng lớn thì lực Fo càng lớn, hoặc dây

dẫn nằm trong từ trường (đoạn l) càng lớn thì càng nhiều điện tích tác dụng lực , nên s.đ.đ

càng lớn Vậy khi dây dẫn thẳng chuyển động trong từ trường đều với vận tốc (v) vuông

góc với đường sức từ của từ trường

S.đ.đ cảm ứng trong dây dẫn tỷ lệ với cường độ từ cảm, tốc độ chuyển động và chiều dài

tác dụng của dây dẫn

E = B v l

Trong đó : E : sức điện động cảm ứng(V)

B : Cảm ứng từ (T)

v : Vận tốc chuyển động của dây dẫn (m/s)

l : chiều dài tác dụng của dây dẫn (m)

b.Trường hợp dây dẫn chuyển động không vuông góc với dây dẫn thì :

E = B v l sin

c Quy tắc bàn tay phải: Để tìm chiều s.đ.đ cảm ứng trong dây dẫn thẳng chuyển động

vuông góc với véc tơ cảm ứng từ B dùng quy tắc bàn tay phải:

Quy tắc : Để cho đường sức từ (hay véc tơ cảm ứng từ B) xuyên vào lòng bàn tay phải,

ngón tay cái choãi ra theo chiều chuyển động của dây dẫn thì chiều từ cổ tay tới 4 ngón

tay sẽ là chiều sức điện động cảm ứng

1.3.2 S.đ.đ cảm ứng trong vòng dây:

* Công thức tính s.đ.đ cảm ứng:

Giả sử có vòng dây từ thông qua diện tích vòng

dây là ( (hình vẽ 22-2).Quy ước chiều d?ơng

cho vòng dây như sau: vặn cho mở nút chai theo

chiều đường sức, thì chiều quay của cán mở nút

chai sẽ là chiều dương của vòng Nếu s.đ.đ của

vòng cùng chiều đã

S N

C hi Ò u

d u¬ n g



chọn sẽ có giá trị dương, ngược lại sẽ có giá trị âm

- Lần lựơt đưa một thanh nam châm lại gần và dịch ra xa vòng để làm thay đổi từ thông

qua vòng dây sẽ làm xuất hiện s.đ.đ cảm ứng trong vòng dây Nếu từ thông biến thiên

càng nhanh, thì trị số s.đ.đ càng lớn Như vậy s.đ.đ cảm ứng tỷ lệ với tốc độ biến thiên từ

thông

- Nếu trong thời gian (t từ thông qua vòng biến thiên một lượng là (t thì trị số của s.đ.đ sẽ

là :Ġ; ở đây e tính ra vôn(v); Ġ là số gia từ thông qua vòng (Wb); (t là số gia thời gian (s)

* Định luật Len xơ:

“Khi từ thông xuyên qua một vòng dây biến thiên sẽ làm xuất hiện một sức điện động

gọi là sức điện động cảm ứng trong vòng dây, sức điện động này có chiều sao cho dòng

điện do nó sinh ra tạo thành từ thông có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông đã

sinh ra nó"

* Khi từ thông biến thiên tăng tức là Ġ khi đó sức điện động cảm ứng sinh ra dòng điện

cùng chiều và tạo thành từ thông (chống lại sự tăng của từ thông )

* Khi từ thông biến thiên giảm nghĩa là Ġ khi đó sức điện động cảm ứng e dương, tức là

cùng chiều dương ,dòng điện do nó sinh ra cùng chiều, tạo ra ( cùng chiều với ( Nghĩa là

( có tác dụng chống lại sự giảm của từ thông (.Đúng như định luật về chiều sức điện động

cảm ứng đã nêu

*Trị số sức điện động cảm ứng: e = ĭ trong dó:

Dấu (-) thể hiện định luật Len - xơ về chiều sức điện động cảm ứng

t



 tốc độ biến thiên của từ thông theo thời gian t

S N

e , i

S N

e , i

H × n h 2 3 - 2

C h i Ò u s ® ® t ¨ n g ( a ) v µ g i ¶ m ( b )





'





'





1.3.3 S.đ.đ cảm ứng trong cuộn dây :

Xét một cuộn dây đứng yên có W vòng

cho một thanh nam châm chuyển động

dọc theo trục cuộn dây từ thông qua mỗi

vòng dây biến thiên làm xuất hiện s.đ.đ

cảm ứng

H×nh 24 -2

Sđđ trong các vòng dây nối tiếp nhau nên sđđ tổng của cuộn dây :

e=e1+e2+…+ew=-(

t

t t

w 2

1





















Đặt tổng đại số các từ thông qua từng vòng dây của cuộn dây đ?ợc gọi là từ thông móc

vòng ký hiệu là Ġ

Từ đó s.đ.đ trong cuộn dây:

t

e







Nếu từ thông như nhau thì : Ġ1=Ġ2=…=Ġw

Với một cuộn dây cụ thể thì W=cont =>Ġ

1.4 Tự cảm và hỗ cảm

Trong mạch điện cuộn dây có lõi thép sức từ động trong mạch bằng tích số giữa số vòng dây và dòng điện chạy qua dây dẫn:

Ftđ=W I Trong đó:

W là số vòng dây

I là dòng điện chạy qua dây dẫn

Chiều sức từ động xác định theo qui tắc vặn nút chai

Năng lượng tích lũy trong cuộn dây tỉ lệ với hệ số tự cảm và dòng điện chạy qua cuộn dây:

Ett=

2

1

LI2

Trong đó :

L là hệ số tự cảm

I là dòng điện chạy trong cuộn dây

Nếu mạch điện có hai hay nhiều cuộn dây hỗ cảm thì năng lượng từ trường trong mạch:

Ett=

2

1

L1I1 +

2

1

L2I2 +M12I1I2

Trong đó M12 hệ số hỗ cảm

2.Định nghĩa và phân loại máy điện

2.1 Định nghĩa

Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lí làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

Các bộ phận chính của máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (dây quấn) 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 để biến đổi các

thông số điện như: biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha… Ngoài ra còn một số bộ

phận khác như vỏ máy, tản nhiệt, giá đỡ…v.v…

Máy điện thường được sử dụng nhiều trong các nghành kinh tế công nghiệp, giao thông vận tải, trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình…

2.2 Phân loại máy điện

Máy điện có nhiều loại được phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo công suất;

theo cấu tạo; theo chức năng; theo nguyên lý làm việc …Tuy nhiên nếu dựa theo nguyên

lý biến đổi năng lượng ta có các loại máy điện sau:

*Máy điện tĩnh:

Là loại máy điện không có bộ phận thực hiện công bằng chuyển động cơ học thường gặp là máy biến áp

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

Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng Do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi năng lượng điện có tính chất thuận nghịch

Ví dụ: máy biến áp biến đổi điện năng có thông số : U1,I1,f thành hệ thống điện U2 ,I2

,f

* Máy điện quay:

Là loại máy điện luôn có bộ phận chuyển động quay gọi là phần quay (Rô tor), phần còn lại là phần tĩnh (Stator) Giữa phần tĩnh và phần quay có một khoảng cách nhỏ gọi là

khe hở không khí

Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ

Máy điện quay thường dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng( động cơ điện) hoặc ngược lại biến đổi cơ năng thành điện năng(máy phát điện) Quá trình biến đổi có

tính thuận nghịch tức máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ

điện

U 1 ,I 1 ,f U 2 ,I 2 ,f

~

P điện

U,f

P cơ

My pht

Động cơ

-Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thường gặp

3 Sơ lược về vật liệu chế tạo máy điện

Vật liệu dùng trong máy điện chia làm ba loại : vật liệu tác dụng, vật liệu cách điện

và vật liệu kết cấu

3.1.Vật liệu tác dụng

Đây là vật liệu dẫn từ và vật liệu dẫn điện,các vật liệu này được dùng để tạo điều kiện cần thiết sinh ra biến đổi điện từ

* Vật liệu dẫn từ

Vật liệu dẫn từ được dùng để chế tạo mạch từ của máy điện.Người ta thường dùng thép kỹ thuật điện có hàm lương si líc không vượt quá 4,5% Hàm lượng Si líc này để

hạn chế tổn hao do tuwf trễ và dòng điện xoáy.Đối MBA thường dùng thép dày 0,35mm

,máy điện quay dùng thép dày 0,5mm, các lá thép này được phủ sơn cách điện và ghép lại

với nhau để hạn chế tổ hao do dòng điện xoáy

Thép kỹ thuật điện hiện nay có hai loại đó là thép cán nóng và thép cán nguội

Thép cán nguội có từ tính tốt hơn và thường được sử dụng

*.Vật liệu dẫn điện

Máy diện

Máy diện xoay chiều

Máy diện một chiều

Máy diện Không đồng bộ

Máy diện đồng bộ

Máy biến áp

Máy phát không đồng bộ

Động cơ đồng bộ

Máy phát đồng bộ

Động cơ đồng bộ

Máy phát đồng bộ

Động cơ không đồng bộ

Vật liệu dẫn điện được dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện.Vật liệu dẫn điện thường dùng trong máy điện là đồng vì đòng có điện trở suất nhỏ ρ=0,0172

Ωmm2/m.Ngoài ra nhôm cũng được cũng được sử dụng rộng rãi trong máy điện ,tuy

nhiên điện trở suất của nhôm lớn gấp hai lần điện trở suất của đồng ρ=0,0282 Ωmm2/m

3.2.Vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và bộ phận không dẫ điện, hoặc giữa các bộ phận dẫn điện với nhau.Những vật liệu này đòi hỏi phải có độ cách điện

cao,chịu nhiệt tốt,tản nhiệt tốt,chống ẩm và bền về cơ học.Độ bền vững của cách điện bọc

dây dẫn quyết định nhiệt độ cho phép của dây dẫn

Nếu tính năng của chất cách điện cao thì lớp cách điện có thể mỏng và kích thước của máy điện giảm.Chất cách điện chủ yếu ở 4 nhóm:

- Chất hữu cơ tự nhiên như giấy,vải lụa

- Chất vô cơ như ami ăng, mica, sợi thủy tinh

- Chất tổng hợp

- Các loại men, sơn các điện

Chất cách điện tốt nhất là mica,nhưng mica lại đắt nên chỉ dùng trong máy điện có điện áp cao.Thông thường dùng vật liệu như có sợi như giấy,vải, các loại này có độ bền

cơ cao nhưng dẫn nhiệt, hút ẩm và cách điện kém.Do đó cách điện sợi phải được tẩm sấy

để cải thiện tính năng của vật liệu cách điện

Các cấp cách điện trong máy điện

Cấp

cách

điện

Vật liệu

Nhiệt độ giới hạn cho phép vật liệu (0C)

Nhiệt độ cho phép trung bình dây quấn(0C)

A Sợi xen lu lô, bông hoặc tơ

tẩm trong vật liệu hữu cơ lỏng

E Vài loại màng tổng hợp 120 115

B Ami ăng, sợi thủy tinh có chất

kết dính và vật liệu gốc mica

F Ami ăng,vật liệu gốc mica, sợi

thủy tinh có chất kết dính và tổng hợp

H Vật liệu gốc mica, sợi thủy

tinh phối hợp chất kết dính và tẩm silic hữu cơ

3.3.Vật liệu kết cấu