Đề cương máy điện đại học hàng hải

Chương 1 Câu 4 Viết các phương trình cân bằng điện áp mạch điện sơ cấp, thứ cấp máy biến áp một pha và chú thích các đại lượng và thông số Theo định luật KiếcKhốp 2 có thể viết phương trình cân bằng đ.

- Chuyển các phương trình trên sang dạng số phức như sau:

• Xác định suất điện động tản sơ cấp:

e t 1 =− L t 1 d(I d(t) m sinωt) =−I 1m ωL t 1 cosωt=√2I1X1sin ⁡(ωt − π2)=√2 E t 1 sin ⁡(ωt− π2)

- Khi chuyển biểu thức suất điện động tản sơ cấp sang dạng số phức như sau:

˙E t 1 =− j ˙I1 X1;với X1=ω L t 1 gọilà điệnkháng tản dây quấn sơ cấp

* Tương tự ở phía thứ cấp:

˙E t 2 =− j ˙I2 X2;với X2=ω L t 2 gọi làđiện khángtảndây quấn thứ cấp

Thay các biểu thức sđđ vào hệ phương trình trên và biến đổi sẽ nhận được phương

trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp có dạng sau:

˙U1=− ˙E1+ j ˙I1 X1+ ˙I1.r1=− ˙E1+ ˙I1¿)

˙U2= ˙E2− j ˙I2 X2− ˙I2.r2= ˙E2− ˙I2¿)

- Chức năng của lõi thép là mạch từ trong máy và nhiệm vụ là dẫn từ trường,

đồng thời là nơi sẻ rãnh để đặt dây quấn các pha của máy điện

- Lõi thép được chế tạo từ các lá thép KTĐ có độ dày từ 0,35 mm đến 0,5 mm

được ghép cách điện lại với nhau tạo thành hình trụ tròn rỗng, chu vi mặt

trong được phay các rãnh đều đặn để đặt dây quấn

- Nếu chiều dài lõi thép lớn sẽ được chia thành nhiều thếp, mỗi thếp dài từ (6

 8) cm và các thếp đặt cách nhau 1cm để làm mát lõi thép.\

là tổng trở của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

˙U1=− ˙E1+ ˙I1 Z1

˙U2= ˙E2− ˙I2.Z2 Z2=r2+ j X2

Z1=r1+ j X1

Lõi thép rôto được làm từ các lá thép kỹ thuật điện giống lõi thép stato Các lá thépkhi ghép lại với nhau sẽ tạo thành một hình trụ đặc và chu vi mặt ngoài của các lá thép đó được phay các rãnh đều đặn để đặt cuộn dây rôto và tạo thành răng và rãnhxung quanh lá thép, ở giữa các lá thép được đục một lỗ tròn để đặt trục máy

Thường các lá thép rôto và stato được gia công cùng nhau

Mô tả một lá thép như sau:

Câu 15: Phân tích nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ ba pha ở chế

độ động cơ.

⁡Nguyên⁡lý⁡làm⁡việc⁡ở⁡chế⁡độ⁡động⁡cơ⁡⁡không⁡đồng⁡bộ

- Khi đặt điện áp ba pha đối xứng dạng hình sin vào cuộn dây ba pha ở stato của động cơ không đồng bộ, thì trong các cuộn dây xuất hiện hệ thống dòng điện ba pha đối xứng và sẽ tạo ra trong lòng stato một từ trường quay tròn đều với tốc độ không đổi là: n1= ¿ 60.f1/ p

Lỗ đặt trục có then

Lỗ thông gió

Rãnh Răng

Lá thép

- Từ trường quay này sẽ quét lên các thanh dẫn rôto(dây quấn), theo định luật cảm ứng điện từ, trên dây quấn rôto xuất hiện hệ thống sức điện động xoay chiều ba pharôto e2 có chiều xác định bằng quy tắc bàn tay phải, nếu rôto kín mạch (hay rôto lồng sóc) thì hệ thống sức điện động xoay chiều ba pha rôto e2 sinh ra hệ thống dòng điện ba pha i2 và cũng sẽ sinh ra từ trường quay rôto, từ trường quay rôto tương tác với từ trường quay stato tạo thành từ trường quay tổng ở khe khí gọi là từtrường khe khí: ˙F= ˙F δ = ˙F1+ ˙F2

- Từ trường tổng ˙F δ tương tác với dòng điện i2 chạy trong dây dẫn rôto tạo ra lực điện từ Fđt có chiều xác định bằng quy tắc bàn tay trái và sẽ sinh ra mô men điện từ

Mdt kéo rôto quay theo chiều từ trường quay với tốc độ là n tăng dần lên và sẽ làm việc xác lập và mô tả như hình vẽ sau:

Nếu giả thiết tốc độ quay của roto bằng tốc độ từ trường quay (n = n1) thì khi

đó sẽ không còn sự chuyển động tương đối giữa từ trường quay stato và thanh dây dẫn rôto, do đó sức điện động trên thanh dây dẫn roto sẽ băng không (e2 = 0) tươngứng dòng điện cũng bằng không (i2 = 0) và đồng nghĩa lực điện từ và mômen cũng bằng không (Fđt = 0, Mdt = 0), nhưng khi đó rôto vẫn quay theo quán tính với tốc

độ nhỏ hơn tốc độ từ trường quay (n < n1) và ngay lập tức lại xuất hiện sự chuyển động tương đối giữa từ trường quay stato và thanh dây dẫn rôto, do vậy mô men điện từ (Mdt) lại hình thành kéo rô to quay

Quá trình cứ tiếp diễn như vậy, tốc độ quay của rôto luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay (n < n1) Với tính chất vật lý như vậy mà nó được gọi là động cơ không đồng bộ

Để đặc trưng cho sự không đồng bộ nói trên, người ta đưa ra một đại lượng gọi hệ

số trượt hay độ trượt được tính theo biểu thức sau:

động cơ đã biến năng lượng điện

nhận được từ lưới thành cơ năng

đưa ra trên trục động cơ

- Đặc điểm ở chế độ động cơ là tốc độ rôto nằm trong dải (0⁡<⁡n⁡<⁡n 1 )⁡và⁡hệ⁡số⁡ trượt⁡(0⁡<⁡s⁡<⁡1).

Chương 3

Câu 27: Vẽ sơ đồ kết cấu và chú thích phần cảm của máy điện đồng bộ ba pha khi nó là phần tĩnh (stato).

Cấu⁡tạo⁡máy⁡điện⁡đồng⁡bộ⁡với⁡phần⁡tĩnh⁡với⁡chức⁡năng⁡là⁡phần⁡cảm

Thông thường máy có công suất nhỏ thì phần tĩnh có chức năng là phần cảm

a Phần cảm: nếu là phần tĩnh, loại này có cấu tạo bao gồm các cực nam châm N –

S xen kẽ nhau, bao gồm các bộ phận sau: vỏ máy, cực từ, dây quấn và các bộ phận còn lại khác được mô tả như hình vẽ sau:

- Vỏ máy, cực từ và dây quấn kích từ tạo thành phần cảm của máy như hình trên

- Dây quấn kích từ là dây đồng có bọc cách điện, quấn đồng tâm trên thân cực từ

và cách điện với lõi thép Dây quấn trên các cực từ được nối tiếp với nhau, hai đầu đưa ra trên trụ đấu dây

Ngoài ra phần tĩnh còn có bộ phận chổi than, giá đỡ chổi than, các nắp máy, trụ đấu dây và đế máy

Câu 28: Vẽ sơ đồ kết cấu và chú thích phần cảm của máy điện đồng bộ ba pha khi nó là phần động (Rôto).

Câu 37: Viết phương trình đặc tính đặc tính không tải của máy phát đồng bộ ba pha và vẽ dạng đặc tính đó.

- Khi thí nghiệm, cần ngắt cầu dao khống chế tải và tăng giảm dòng kích từkhông quá đột ngột

- Để dễ dàng so sánh các đặc tính của các máy phát với nhau, người ta có thể xâydựng trên hệ trục toạ độ tương đối với:

phát là không đổi và được biểu diễn bằng quan hệ sau:

U = f(I) khi n = const; Ikt = const; cos = const

a Tải⁡là⁡thuần⁡trở

+ Sơ đồ tương đương khi bỏ qua điện trở mạch phần

ứng:

+ Phương trình đặc trưng như sau:

˙E0= ˙U + j ˙I X đb

+ Đồ thị véc tơ của máy phát khi tải thuần trở có dạng

Đây là dạng đường Elips

Phương trình của dạng đường Elips

+ Phương trình đặc trưng như sau: ˙E0= ˙U + j ˙I X đb

+ Đồ thị véc tơ của máy phát khi tải thuần dung có dạng như hình sau:

+ Từ đồ thị véc tơ, nếu xét về giá trị thì:

U = E0 + I.X;

Với sđđ E0 = const, nên quan hệ U = f(I) là

một dạng đường thẳng Đặc tính ngoài khi tải

thuần dung được biễu diễn ở hình trên bên

tương ứng với φ = - π/2

Chú ý:

- Khi tải là thuần dung thì đặc tính bắt đầu từ E0, nhưng nó cũng chỉ là đường thẳng trong một phạm vi nào đó Vì khi It tăng đến Ing tương ứng điện áp bằng không (U = 0) thì tụ điện được coi như bị xuyên thủng XC = 0, làm mất

tính chất dung kháng của tải và dòng điện ngắn mạch khi đó đạt giá trị ổn

định (Ingôđ)

- Mặt khác khi tải tăng quá lớn và khi đạt dòng ngắn mạch (U = 0) thì do

mạch từ bị bão hoà nên E và U không tăng được nữa trong khi sụt áp trên

điện trở thuần và điện kháng của máy càng tăng và đặc biệt khi ngắn mạch khi đó phản ứng phần ứng lại mang tính khử từ Bởi vậy đặc tính sẽ giảm

dần và trở về điểm ngắn mạch Ing như trên hình đặc tính ngoài

- Đặc tính ngoài cho cả ba loại tải như sau:

+ Cuộn kích từ độc lập WĐL được cấp nguồn điện áp (Ukt ) riêng cho cuộn kích

từ và nó sinh ra dòng điện kích từ Ikt và tạo ra sức từ động kích từ Fkt và sẽ tạo ra từthông kích từ Φkt

+ Cuộn dây phần ứng được cấp điện áp riêng và nó sinh ra dòng điện Iư;

Nhận xét: Khi tải là hỗn hợpgồm tải là R và L

(mang tính chất cảm kháng)các đường đặc tính nằmgiữa hai đường thuần trở vàthuần cảm, còn khi tải gồm

R và C (mang tính chất dungkháng), các đường đặc tínhnằm giữa hai đường thuầntrở và thuần dung

- Sơ đồ nguyên lý như hình vẽ sau:

Lưu ý:

- Máy phát điện kích từ độc lập thường

không có khả năng tự kích từ

- Nếu điện áp đặt vào cuộn kích từ

không đổi thì từ thông của động cơ

- Dòng điện kích từ phụ thuộc vào điện áp phầnứng và sơ đồ nguyên lý như sau:

- Lưu ý:

- Máy phát điện kích từ song song có khả năng tựkích từ do trong mạch từ phần cảm tồn tại từthông dư

- Động cơ điện kích từ song song nếu coi điện ápđặt vào phần ứng có giá trị không đổi thay đổithì có thể coi nó tương đương với động cơ kích

từ độc lập

 Máy điện một chiều kích từ nối tiếp:

- Cuộn kích từ nối tiếp Wnt được mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng qua chổithan và cổ góp như hình sau:

- Do đó máy có cùng một dòng điện đi qua Iư = Ikt = Itải Khi không tải Itải = 0thì Ikt = 0; nên Φkt = Φdư

Lưu ý: Ở chế độ máy phát chỉ có thể tự kích từ được khi máy phát có tải

 Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp:

Trong máy có hai cuộn kích từ là cuộn kích từ song

song Wss và cuộn kích từ nối tiếp Wnt; hai cuộn này có

thể đấu thuận hay đấu ngược để từ trường tổng bằng

tổng hoặc hiệu của từ trường là:

Φ Σ =Φ KTSS ±Φ KTNT

- Sơ đồ nguyên lý biểu diễn trên hình sau:

• Lưu ý:

- Cuộn kích từ song song (Wss) và nối tiếp (Wnt)

được quấn trên cùng cực từ chính

- Có thể nối cuộn kích từ song song và nối tiếp để

tạo ra từ thông kích từ như đường nét đứt

• Chú⁡ý:

- Trong một số máy điện một chiều có yêu cầu cao về tính năng công nghệ thường trong máy có các cuộn dây: Cuộn kích từ song song (Wss) và nối tiếp (Wnt) ; cuộn phụ; cuộn bù và cuộn dây phần ứng và sơ đồ nguyên lý đầy đủ như sau:

- Các cuộn dây kích từ song song

(độc lập), nối tiếp và cuộn bù (Wss,

Wnt, Wb ) được quấn trên cực từ

chính; còn cuộn phụ (Wp) quấn

trên cực từ phụ; cuộn dây phần

ứng Wư

- Cuộn phụ và cuộn bù được mắc

bởi nhà chế tạo, khi bảo dưỡng

phải đặc biệt lưu ý

Câu 41: Vẽ sơ đồ kết cấu và thuyết minh nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều.

Nguyên⁡lý⁡làm⁡việc⁡của⁡máy⁡phát⁡điện⁡một⁡chiều

- Khi đặt điện áp một chiều Ukt vào cuộn dây kích từ song song hoặc độc lập của máy phát điện một chiều, thì có dòng kích từ (Ikt) chạy trong cuộn kích từ sẽ sinh sức từ động kích từ (stđ Fkt ) và sẽ sinh ra trong phần cảm từ thông kích từ (Φkt) được mô tả như sơ đồ nguyên lý như sau:

- Khi quay phần ứng bằng một động cơ cấp bên

ngoài đạt đến một vòng quay định mức không

đổi, lúc đó từ trường Φkt sẽ quét lên các thanh

dẫn (dây quấn) phần ứng(rôto), theo định luật

cảm ứng điện từ, trên dây quấn phần ứng xuất

hiện sức điện động e xoay chiều, đồng thời nhờ

có chổi than và cổ góp, sức điện động xoay

chiều e này sẽ được biến đổi thành điện áp một

chiều như hình vẽ trên

 Phân tích nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều:

+ Để đơn giản xét máy phát điện một chiều có cuộn dây phần ứng (rôto) là một khung dây abcd đặt trong từ trường một nam châm gồm hai cực (N – S), hai đầu a

và d được nối với hai vành bán khuyên và tỳ lên vành bán khuyên là các chổi than

A và B như hình vẽ sau:

Dùng động cơ sơ cấp quay khung dây abcd với tốc độ: n = hằng số, thì các thanh

ab, cd sẽ cắt các đường sức từ của nam châm N – S và theo định luật cảm ứng điện

từ trong các thanh dẫn ab, cd xuất hiện các sđđ cảm ứng e mà chiều của nó được xác định theo quy tắc bàn tay phải

+ Tại thời điểm xét như hình vẽ các sđđ trên thanh ab hướng từ a đến b; thanh cd hướng từ c đến d và như vậy chổi than B là dấu dương (+) và chổi than A là dấu

âm (-)

+ Tiếp tục quay khung dây abcd tăng dần đến một góc 900thì khi đó các thanh dẫn

sẽ cắt các đường sức từ thưa dần và tại góc 90 0sẽ không cắt các đường sức từ, nghĩa

là sđđ trong các thanh dẫn ab, cd sẽ giảm dần từ giá trị lớn nhất về bằng không.+ Tiếp tục quay khung dây abcd tăng dần từ góc 900 đến 1800 thì khi đó các thanh dẫn sẽ cắt các đường sức từ mau dần (nhiều đường sức) và tại góc 180 0sẽ cắt các đường sức từ là nhiều nhất, nghĩa là sđđ trong các thanh dẫn ab, cd sẽ tăng dần từ giá trị bằng không lên lớn nhất, nhưng chiều sđđ ở thanh dẫn ab hướng từ b đến a; thanh cd hướng từ d đến c Mặt khác chổi than A và B cố định do vậy chổi B vẫn dương, chổi A vẫn âm Nếu quay tiếp 90 0 nữa thì sđđ sẽ bằng không và quay thêm

90 0 nữa thì sẽ về thời điểm ban đầu

Như vậy, khi khung dây quay hết một vòng, thì chiều dòng điện chạy trong khung dây biến thiên một lần, nhưng ở mạch ngoài lại luôn luôn có có cực âm ở

e e

A-B

chổi A và cực dương ở chổi B Hay nói một cách khác mặc dù sức điện động trong dây quấn phần ứng (rôto) là xoay chiều nhưng điện áp mạch ngoài là một chiều

Có thể mô tả dạng quan hệ sức điện động trong dây quấn phần ứng (rôto) và điện

áp mạch ngoài theo đồ thị thời gian như hình sau:

- Sức điện động xoay chiều trong cuộn

dây phần ứng có một khung dây:

- Điện áp một chiều trên chổi than của

cuộn dây phần ứng có một khung dây

- Điện áp một chiều trên chổi than của

cuộn dây phần ứng có hai khung dây

- Trong máy phát điện một chiều cổ góp và chổi than là bộ phận chỉnh lưu cơ khí,

nó có nhiệm vụ biến đổi sức điện động xoay chiều trong rôto thành điện áp một chiều ở mạch ngoài

Câu 42: Vẽ sơ đồ kết cấu và thuyết minh nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.

Nguyên⁡lý⁡làm⁡việc⁡của⁡động⁡cơ⁡điện⁡một⁡chiều

- Khi đặt điện áp một chiều vào cuộn dây kích từ của phần cảm (stato) thì trong phần cảm xuất hiện từ thông kích từ Φ KT(B KT) đồng thời đặt điện áp một chiều vào cuộn dây phần ứng (rôto) thì trong dây quấn phần ứng xuất hiện dòng điện Iư Khi

đó thanh dẫn nằm trong rãnh của dây quấn phần ứng mang dòng điện lại nằm trong

từ thông nên nó chịu một lực điện từ tác động F đt =B kt .l I ư; lực điện từ sẽ tạo ra mômen điện từ kéo phần ứng quay mô tả như sơ đồ nguyên lý như hình sau:

- Phân tích nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:

+ Để đơn giản xét động cơ điện một chiều có cuộn dây phần ứng (rôto) là một khung dây abcd đặt trong từ trường một nam châm gồm hai cực (N – S), hai đầu a

và d được nối với hai vành bán khuyên và tỳ lên vành bán khuyên là chổi than A

và B

+ Khi cung cấp dòng điện một chiều chạy vào khung dây theo chiều đi vào chổi than A và đi ra chổi than B, tại thời điểm như hình vẽ chiều dòng điện trong thanh dẫn ab hướng từ a đến b; thanh cd hướng từ c đến d và các dòng điện này tương tác

B

-với từ thông của nam châm tạo ra lực điện từ (chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái) và các lực điện từ tạo thành mô men điện từ kéo khung dây (phần ứng) quay theo chiều như hình vẽ

+ Tại thời điểm như hình vẽ lực điện từ sinh ra mô men điện từ lớn nhất, khi khung dây quay dần về góc 90 0 thì mô men quay giảm dần còn độ lớn lực điện từ làkhông đổi và khi đạt góc 90 0 thì mô men quay bằng không và theo quán tính nó vẫnquay qua góc đó và mô men quay vẫn giữ nguyên chiều như cũ lại xuất hiện kéo phần ứng quay, chỉ có điều khác lạ là từ góc 90 0 trở lên thì vành bán khuyên đã đổi

vị trí cho nhau mà chổi than A và B giữ cố định, do vậy mà dòng điện trong thanh dẫn ab hướng từ b về a và thanh cd hướng từ d về c Cứ như vậy dòng điện trong các thanh dẫn ab, cd liên tục được đổi dấu để giữ cho mô men điện từ có chiều không đổi Đông cơ một chiều đã biến đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng cơ đưa ra trên trục của nó

+ Thực tế cấu tạo dây quấn phần ứng của động cơ một chiều gồm nhiều khung dâyđặt lệch nhau một góc nhất định và mọi thời điểm luôn có khung dây tạo được mô men cực đại và tổng hợp lại sẽ nhận được mô men điện từ có giá trị không thay đổi

Nhận⁡xét:

- Động cơ điện một chiều đã biến đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng

cơ đưa ra trên trục của nó

- Trong động cơ điện một chiều cổ góp và chổi than đóng vai trò là bộ nghịch lưu cơ khí

- Tại mọi thời điểm, chiều của lực điện từ và mômen điện từ là không đổi

Câu 43: Viết phương trình về đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng máy điện một chiều và vẽ các dạng đặc tính đổi chiều dòng điện.

Câu 44: Vẽ sơ đồ nguyên lý, viết biểu thức suất điện động và vẽ đặc tính không tải của máy phát điện một chiều kích từ độc lập.

Đặc⁡tính⁡không⁡tải:⁡E 0⁡ =⁡f(I kt );⁡khi⁡n⁡=⁡const;⁡I⁡=⁡0.