tìm hiểu về máy biến áp và quấn máy biến áp mỏ hàn súng

Về cấu tạo gồm mạch từ lỏi 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 c

LỜI CẢM ƠN



Bất kể thành công nào cũng cần có sự hỗ trợ và giúp đỡ của mọi người, dù là trực tiếp hay gián tiếp Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự cố gắng, nỗ lực tìm tòi của bản thân, tôi còn nhận được nhiều sự giúp đỡ từ gia đình, bạn bè và quý thầy cô Những người đã luôn bên cạnh tôi, động viên, hỗ trợ và giúp đỡ tôi, tôi xin chân thành cảm ơn:

Xin chân thành cảm ơn cha mẹ tôi, người đã luôn quan tâm, lo lắng, chia sẻ và hỗ trợ tôi từ vật chất đến tinh thần, tạo điều kiện tốt để tôi hoàn thành luận văn

Cảm ơn những lời động viên, chia sẻ của bạn bè Hơn hết là tập thể Sư phạm Vật

Lý khóa 37, những người bạn đã luôn bên tôi khi tôi chùn bước, những người bạn luôn sẵn sàng chia sẻ với tôi những áp lực, luôn giúp đỡ tôi khi tôi cần

Cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Sư phạm, người đã truyền đạt tri thức và kĩ năng cho tôi trong suốt bốn năm trên giảng đường đại học Những tri thức quý báu đó không chỉ giúp tôi hoàn thành tốt luận văn mà nó còn là hành trang để tôi vững bước hơn trên đoạn đường đời

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Vương Tấn Sĩ đã chia sẽ kinh nghiệm giúp tôi quấn dây tốt và nhanh hơn

Và hơn hết, tôi xin gửi đến thầy Lê Văn Nhạn lời tri ân sâu sắc, cảm ơn thầy trong suốt khoảng thời gian qua thầy đã luôn tận tình hướng dẫn, khuyến khích và luôn giúp

đỡ mỗi khi tôi gặp khó khăn, để tôi có thể hoàn thành luận văn một cách hoàn thiện

Trân trọng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện Các số liệu, kết quả phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất

kỳ công trình nghiên cứu nào trước đây

Mọi tham khảo, trích dẫn đều được chỉ rõ nguồn trong danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Cần Thơ, ngày 17 tháng 05 năm 2015

Tác giả

Thạch Hy

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

3.GIỚI HẠN 1

4.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

5.CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH 1

PHẦN NỘI DUNG 3

CHƯƠNG MỘT SƠ LƯỢC VỀ MÁY ĐIỆN 3

1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 3

1.1.1 Định nghĩa 3

1.1.2 Phân loại 3

1.2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 4

1.2.1 Định luật cảm ứng điện từ 4

1.2.2 Định luật lực điện từ 5

1.2.3 Định luật tính toán mạch từ 6

1.3 CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN 7

1.3.1 Vật liệu dẫn điện 7

1.3.2 Vật liệu dẫn từ 8

1.3.3 Vật liệu cách điện 9

1.3.4 Vật liệu kết cấu 10

1.4 CÁC NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC - TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA MÁY ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 10

1.4.1 Nguyên lý làm việc của máy điện 10

1.4.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện 11

1.4.3 Nguyên lý phát nóng và làm mát máy điện 12

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN 12

CHƯƠNG HAI TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 13

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 13

2.1.1 Định nghĩa 13

2.1.2 Các đại lượng định mức 13

2.1.3 Các máy biến áp chính 14

2.2 VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 14

2.3 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP 15

2.3.1 Lõi thép: 16

2.3.2 Dây quấn 17

2.3.3 Vỏ máy 18

2.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 18

CHƯƠNG BA MÁY BIẾN ÁP BA PHA 20

3.1.2 Tỷ số máy biến áp 20

3.1.3 Sơ đồ đấu dây 21

3.2 TỔ NỐI DÂY MÁY BIẾN ÁP 21

3.2.1 Cách ký hiệu các đầu dây: 21

3.2.2 Các kiểu đấu dây quấn: 22

3.2.3 Tổ nối dây của máy biến áp ba pha: 22

CHƯƠNG BỐN TRẠNG THÁI LÀM VIỆC- 25

HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP 25

4.1 TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP 25

4.1.1 Trạng thái không tải 25

4.1.2 Trạng thái có tải 25

4.2 HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP 26

4.3 MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG 27

CHƯƠNG NĂM CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN TỪ - 28

MẠCH ĐIỆN THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP 28

5.1 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 28

5.1.1 Điện kháng tản 28

5.1.2 Phương trình cân bằng điện áp 29

5.2 ĐỒ THỊ VÉCTƠ CỦA MÁY BIẾN ÁP 30

5.2.1 Khi máy biến áp không tải 30

5.2.2 Khi máy biến áp mang tải 31

5.3 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP 32

5.3.1 Số điện động và điện áp thứ cấp quy đổi E2' và U'2 32

5.3.2 Dòng điện thứ cấp quy đổi I2 32

5.3.3 Điện trở, điện kháng và tổng trở thứ cấp quy đổi 32

5.3.4 Các phương trình quy đổi 33

5.3.5 Mạch điện thay thế của máy biến áp 33

5.3.6 Mạch điện thay thế đơn giản 33

CHƯƠNG SÁU CÁC VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP 35

TRONG MÁY BIẾN ÁP 35

6.1 TỪ HÓA LÕI THÉP MÁY BIẾN ÁP 35

6.1.1 Mạch từ máy biến áp 35

6.1.2 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép máy biến áp 36

6.2 QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ Ở MÁY BIẾN ÁP 38

6.2.1 Khái niệm 38

CHƯƠNG BẢY MỘT SỐ MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT 41

7.1 MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 41

7.1.1 Máy biến dòng điện 41

7.1.2 Máy biến điện áp 42

7.2 MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU 42

7.3 MÁY BIẾN ÁP HÀN 43

PHẦN THỰC NGHIỆM 44

CHƯƠNG MỘT KHẢO SÁT CÁC THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP 44

1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 44

1.1.1 Chế độ không tải của máy biến áp 44

1.1.2 Chế độ có tải của máy biến áp 44

1.1.3 Chế độ ngắn mạch của máy biến áp 44

1.2 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 44

1.2.1 Ở phòng thí nghiệm kỹ thuật điện- Khoa Công Nghệ- ĐHCT 44

1.2.2 Ở phòng thực tập Cơ Nhiệt- Khoa Sư Phạm- ĐHCT 47

CHƯƠNG HAI QUẤN MÁY BIẾN ÁP MỎ HÀN SÚNG 49

2.1 CỞ SỞ LÝ THUYẾT 49

2.2 TIẾN HÀNH QUẤN MÁY BIẾN ÁP MỎ HÀN SÚNG 51

PHẦN KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

“Quấn máy biến áp 1 pha sử dụng 220V”

Đường dây 500 kV

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Quấn máy biến áp mỏ hàn súng 1 pha sử dụng 220V

3 GIỚI HẠN

Đề tài trình bày cách quấn máy biến áp công suất nhỏ và quấn thành sản phảm mỏ hàn súng

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a Thu thập tài liệu ở thư viện trường, thư viện khoa, nhà sách, mạng internet

b Tham khảo ý kiến của thầy hướng dẫn

c Chọn lọc ý hay, sát với nội dung đề tài.

5 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH

a Nhận đề tài

b Sưu tầm tài liệu, tham khảo ý kiến của thầy hướng dẫn

c Tiến hành nghiên cứu chọn lọc, sắp xếp nội dung đề tài

d Thực nghiệm tại phòng thực tập kỹ thuật điện, phòng thực tập cơ nhiệt

e Lập đề cương cụ thể

f Trao đổi nội dung với giáo viên hướng dẫn

g Tập hợp ý kiến của giáo viên hướng dẫn, tài liệu tham khảo, viết đề tài, đánh máy, nộp bản thảo, chỉnh sửa

h Nộp đề tài cho giáo viên phản biện, tham khảo ý kiến, chỉnh sửa

i Viết báo cáo, tóm tắt đề tài, tập báo cáo thử

j Nộp đề tài cho hội đồng bảo vệ

k Bảo vệ đề tài

PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG MỘT SƠ LƯỢC VỀ MÁY ĐIỆN 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 (lỏi 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… Ngày nay máy điện được dùng trong hầu

hết các lĩnh vực kỹ thuật, như trong công nghiệp, giao thông vận tải, y học, với công

suất từ vài mili watt (mW) cho đến giga watt (GW) [1]

1.1.2 Phân loại

Máy điện quay là một loại máy điện nguyên lý hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng

điện từ và lực điện từ.[1]

Nguyên nhân: Do từ trường và cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra

Nhiệm vụ: Biến đổi năng lượng

Đặc trưng: Động cơ hoặc máy phát điện (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)

Hình 1.1 Sơ đồ máy điện quay [1]

Máy điện tĩnh là một loại máy điện làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.[1]

Nguyên nhân: do sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động

tương đối với nhau

Nhiệm vụ: dùng để biến đổi thông số điện năng Đặc trưng cho máy điện tĩnh là máy

biến áp

U1,f

ω

1.2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN DÙNG 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 định luật lực điện từ

1.2.1 Định luật cảm ứng điện từ

Giả sử ta có một vòng dây dẫn điện đặt trong từ trường biến thiên (động cơ điện)

Khi đó trong vòng dây sẽ cảm ứng một suất điện động Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông theo quy tắc vặn nút chai (nắm bàn tay phải), thì sức điện động cảm ứng được tính theo công thức: [1]

Hình 1.3 Sơ đồ phân loại các máy điện điện thường gặp [1]

Máy điện

Máy điện xoay chiều Máy điện một chiều

Máy điện không đồng bộ

Máy điện đồng bộ

Máy biến

áp

Động

cơ không đồng

bộ

Máy phát không đồng

bộ

Động

cơ đồng

bộ

Động

cơ một chiều

Máy phát một chiều

Máy phát đồng

bộ

Hình 1.7 Quy tắc bàn tay trái[2]

e =-N.

dt

d dt

1.2.1.2 Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường

Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức của từ trường (trường hợp máy phát điện), thanh dẫn sẽ cảm ứng suất điện động có trị số là:[2]

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

Ngoài ra, trong máy điện còn có các lõi làm bằng thép gọi là mạch từ của máy

e

Ф

Hình 1.6 Quy tắc bàn tay phải[2]

Hình 1.5 Từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây [1]

1.2.3 Định luật tính toán mạch từ

Mạch từ là mạch khép kín dùng để dẫn từ thông Định luật mạch từ là định luật dòng điện toàn phần áp dụng vào mạch từ Nội dung của định luật dòng điện toàn phần như sau:[2]

Nếu H

     (1.5) Với



l

d là độ dời vi phân trên (L) Dấu của ik được xác định theo qui tắc vặn nút chai:

quay cái vặn nút chai theo chiều dl , chiều tiến của vặn nút chai trùng với chiều dòng điện ik thì dòng điện ik mang dấu dương, còn ngược lại lấy dấu âm

Định luật dòng điện toàn phần áp dụng vào mạch từ đồng nhất có một cuộn dây như

hình 1.8.2, ta có như sau: H.l=Ni=F (1.6) Với: H l = B 1 l

µ=µr. µo (H/m): Độ từ thẩm tuyệt đối của mạch từ

µo=4.10-7 (H/m): độ từ thẩm của không khí

µr= µ/ µo: độ từ thẩm tương đối của mạch từ

l (m): chiều dài trung bình của mạch từ

N: số vòng dây của cuộn dây

i (A): gọi là dòng điện từ hóa, tạo ra từ thông cho mạch từ

Hình 1.8.1 Minh họa định luật dòng điện toàn phần[2]

Hình1.8.3 Mạch

từ có khe hở không khí và hai cuộn dây[2]

Hình1.8.2 Mạch từ đồng nhất có một cuộn dây[2]

H l : gọi là từ áp rơi trong mạch từ

S (m2): tiết diện ngang của mạch từ

Cũng áp dụng định luật dòng điện toàn phần vào mạch từ gồm hai đoạn có chiều dài l1

và l2 tiết diện S1 và S2, hình 1.8.3,ta có:

H 1. l 1 – H 2 l 2 =N 1 i 1 – N 2 i 2 (1.9) Trong đó:

H1, H2 (A/m): cường độ từ trường tương ứng trong đoạn mạch từ 1, 2

l1, l2 (m): chiều dài trung bình của đoạn mạch 1, 2

N1.i1 , N2 i2 (A): sức từ động của cuộn dây 1, 2

Một cách tổng quát, mạch từ gồm m đoạn ghép nối tiếp định luật mạch từ được viết:

F F i

N R

l H

m

k k k

m

k k m

j

m

j j j

Trong đó, dòng điện ik nào có chiều phù hợp với chiều từ thông  đã chọn theo qui tắc

vặn nút chai sẽ mang dấu dương, còn ngược lại sẽ mang dấu âm;

j: chỉ số tên đoạn mạch từ;

k: chỉ số tên cuộn dây có dòng điện.[2]

1.3 CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN

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

1.3.1 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.[2]

Sự dẫn điện có thể diễn tả bằng định luật Ohm, rằng mật độ dòng điện tỷ lệ với điện

trường tương ứng, và tham số tỷ lệ chính là độ dẫn điện:[2]

(International Annealed Copper Standard), phần trăm độ dẫn điện của đồng nóng chảy,

100 % IACS = 58 MS/m Giá trị độ dẫn điện của dây trần trong các đường dây điện cao thế thường được đưa ra bằng % IACS

Độ dẫn điện của 1 số kim loại ở khoảng 27 °C: [1]

Bạc Kim loại 61,39 · 106

Đồng Kim loại ≥ 58,0 · 106

Für Kupferkabel gilt typisch ca 56,18 · 106 S/m (kein reines Kupfer), siehe Spezifischer

Widerstand

Vàng Kim loại 44,0 · 106

David R Lide: CRC

Handbook of Chemistry and Physics: 87th Edition:

vì thép cán nguội có độ từ thẩm cao hơn và suất tổn hao nhỏ hơn thép cán nóng Trên hình 1.9 trình bày đường cong từ hóa của một số vật liệu dẫn từ khác nhau Cùng một dòng điện kích từ, ta thấy thép kĩ thuật điện có từ cảm lớn nhất, sau đó là thép đúc và cuối cùng là gang Ở các phần dẫn từ có từ thông thay đổi thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc lá thép.[2]

Hình 1.9 Đường cong từ hóa của một số vật liệu[2]

1.3.3 Vật liệu cách điện

Làm nhiệm vụ cách ly bộ phận dẫn điện và bộ phận không dẫn điện hoặc cách ly các

bộ phận dẫn điện với nhau.Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ cách

điện cao, chịu nhiệt tốt tản nhiệt tốt Chống ẩm và bền về cơ học

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

 Các chất tổng hợp như PVC, PE

 Các loại men sơn cách điện

Nhiệt độ làm việc 900 C 1050 C 1200 C 1300 C 1550 C 1800 C >1800 C

Chất cách điện tốt nhất là mica nhưng đắt Giấy, vải, sợi… rẻ nhưng dẫn nhiệt và cách

điện kém, dễ bị ẩm Vì vậy chúng phải được tẩm sấy để cách điện tốt hơn

Căn cứ độ bền nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra các cấp như sau:

-Cấp Y: Nhiệt độ cho phép là 900C, bao gồm bông, giấy, vải, tơ lụa, sợi tổng hợp, không

được tẩm sấy bằng sơn cách điện

-Cấp A: Nhiệt độ cho phép là 1050C, bao gồm vải sợi xenlulô, sợi tự nhiên hoặc nhân tạo

được qua tẩm sấy bằng sơn cách điện

-Cấp E: Nhiệt độ cho phép là 1200C, bao gồm màng vải, sợi tổng hợp gốc hữu cơ có thể

chịu được nhiệt độ tương ứng

-Cấp B: Nhiệt độ cho phép là 1300C, bao gồm các vật liệu gốc mica, sợi thủy tinh hoặc

amiăng được liên kết bằng sơn hoặc nhựa gốc hữu cơ có thể chịu được nhiệt độ tương

ứng

-Cấp F: Nhiệt độ cho phép là 1550C, giống như B nhưng được tẩm sấy và kết dính bằng

sơn hoặc nhựa tổng hợp có thể chịu được nhiệt độ tương ứng

-Cấp H: Nhiệt độ cho phép là 1800C, giống như B nhưng dùng sơn tẩm sấy hoặc chất kết dính gốc silic hữu cơ hoặc các chất tổng hợp có khả năng chịu được nhiệt độ tương ứng

-Cấp C: Nhiệt độ cho phép là >1800C, bao gồm các vật liệu gốc mica, thủy tinh và các hợp chất của chúng dùng trực tiếp không có chất liên kết Các chất vô cơ có phụ gia liên kết bằng hữu cơ và các chất tổng hợp có khả năng chịu được nhiệt độ tương ứng

Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí) và thể lỏng ( dầu biến áp)

Khi máy điện làm việc, do tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hóa khác cách điện sẽ bị lão hóa nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ Thực nghiệm cho biết, khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ làm việc cho phép 8-100C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm đi một nửa.[2]

1.3.4 Vật liệu kết cấu

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.[2]

1.4 CÁC NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC - TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA MÁY ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1.4.1.Nguyên lý làm việc của máy điện

Xét một thanh dẫn có độ dài l, đặt vuông góc với từ trường đều B

Nếu ta nối hai đầu thanh dẩn với một điện trở ở mạch ngoài thì trong thanh dẫn sẽ xuất hiện dòng điện i, do đó thanh dẫn sẽ chịu tác dụng một lực điện từ Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái sẽ ngược chiều chuyển động của thanh dẫn

Dòng điện i nằm trong từ trường của nam châm N – S lại chịu tác dụng của lực điện từ (Fđt):[2]

Nhân hai vế của biểu thức trên với tốc độ v ta có:

F cơ v = F đt v = B.l.i.v = e.i (1.13)

Hình 1.11: Nguyên lý làm việc của máy phát điện.[2]

Điều này có nghĩa là công suất của động cơ sơ cấp Pcơ = Fcơv đã được biến đổi thành công suất điện Pđiện = e.i , tức là cơ năng đã được biến thành điện năng ở máy phát điện.[2]

Giả sử thanh dẫn có điện trở Điện áp ở hai đầu thanh dẫn:[3]

u =e-ri (1.14) Nhân 2 vế cho i: ui=ei-ri2 (1.15)

Pn=Pđ -Pth (1.16) Vậy, Công suất mạch ngoài nhận được (Pn) bằng công suất điện (Pđ) trừ đi công suất tổn hao (Pth) trên thanh dẫn.[3]

1.4.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện

Cũng thí nghiệm trên, nếu đặt một điện áp U từ nguồn điện bên ngoài vào một thanh dẫn trong từ trường của nam châm N – S.[2]

Trong thanh dẫn sẽ có dòng điện i chạy qua theo định luật lực điện từ, thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực điện từ:

F đt = Bli (1.17)

Công suất điện đưa vào động cơ là:

Pđ = ui = ei = Blvi = Fđtv (1.18) Nghĩa là, công suất điện Pđ = u.i đưa vào động cơ

đã được biến thành công suất cơ:

Pc = Fđtv trên trục động cơ

Tức điện năng đã biến thành cơ năng trong động cơ điện.[2]

Theo định luật cảm ứng điện từ, trong thanh xuất

hiện suất điện động cảm ứng chống lại u và i

Công suất điện đưa vào thanh dẫn, một phần bị tổn hao do điện trở thanh dẫn, phần còn lại chuyển thành công suất cơ

Từ những kết quả trên, ta có thể kết luận: Tất cả các máy điện quay đều có thể hoạt động theo tính chất thuận nghịch.[3]

1.4.3 Nguyên lý phát nóng và làm mát máy điện

Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất 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 trường làm mát như dầu máy biến áp v v Thường vỏ máy điện được chế tạo có rãnh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió làm mát 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.[2]

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN

Nghiên cứu các hiện tượng vật lí xảy ra trong máy điện Dựa vào các định luật vật lý, viết hệ phương trình toán học diễn tả sự làm việc của máy điện Đó là mô hình toán của

máy điện Từ mô hình toán, thiết lập mô hình mạch, đó là mạch điện thay thế của máy điện.Từ mô hình toán và mô hình mạch, tính toán các đặc tính và nghiên cứu máy điện, khai thác, sử dụng theo yêu cầu cụ thể.[2]

CHƯƠNG HAI TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP

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 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,

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

áp thứ cấp U2).[1]

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 máy biến áp có đơn vị [MVA], [KVA], [VA]

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

 Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy

biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, đơn vị là [KV] hoặc

 Ngoài ra trên nhãn máy của máy biến áp còn ghi các số liệu như: số pha m, sơ đồ

và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch Un%, chế độ làm việc và phương pháp làm

mát.[2]

2.1.3 Các máy biến áp chính

Theo công dụng máy biến áp gồm những loại chính sau đây:[5]

 Máy biến áp công suất dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống

điện lực

 Máy biến áp chuyên sử dụng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu, máy

biến áp hàn điện

 Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn lắm dùng để mở

máy các động cơ điện xoay chiều hoặc dùng trong phòng thí nghiệm

 Máy biến áp đo lường dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các

đồng hồ đo

 Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao

2.2 VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG VỀ MÁY BIẾN ÁP

Truyền tải điện năng là quá trình truyền tải từ các trung tâm sản xuất điện (các nhà

máy phát điện: thủy điện, nhiệt điện, điện nguyên tử,….)đến nơi tiêu thụ Để dẫn điện từ

nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (hình 2.1) Nếu khoảng

cách từ nơi sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề đặt ra là việc truyền tải điện

năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất.[2]

Hình 2.1 Sơ đồ cung cấp điện [2]

Ta có, dòng điện truyền tải trên đường dây:

cos

P I

 (2.3)

Và tổn hao công suất trên đường dây là:

2 2

P là công suất truyền tải trên đường dây;

U là điện áp truyền tải của lưới điện;

r là điện trở đường dây tải điện

cos là hệ số công suất của lưới điện

 là gốc lệch pha giữa dòng điện I và điện áp U

-Từ các công thức trên cho ta thấy, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp truyền tải càng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ càng bé,do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, tiết kiệm được kim loại màu, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây sẽ giảm xuống Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi xa ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu người ta phải dùng điện áp cao, thường là 35, 110, 220,

500 kV

Trên thực tế các máy điện chỉ phát ra điện áp từ 321 kV, do đó phải có thiết bị tăng điện áp ở đầu đường dây Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện thế thấp, từ 0.46 kV, vì vậy cuối đường dây phải có thiết bị giảm điện áp xuống Thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu đường dây và giảm áp ở cuối đường dây gọi là máy biến áp.[2]

2.3 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP

Sứ cao áp

Sứ hạ áp

Cánh tản nhiệt

Nắp thùng

Thùng

Bình giản dầu

Ống an toàn

Đế Hình 2.2 Hình dạng chung của máy biến áp[1]

2.3.1 Lõi thép:

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

 Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu trụ: dây quấn bao quanh trụ thép, loại này rất

thông dụng cho các máy biến áp 1 pha và 3 pha, công suất nhỏ và trung bình

 Máy biến áp kiểu bọc: mạch từ đƣợc phân nhánh ra 2 bên và bọc lấy một phần

dây quấn, loại này dùng cho máy biến áp có công suất nhỏ Các máy biến áp hiện đại công suất 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 đƣợc phân nhánh sang 2 bên, nên vừa có kiểu bọc, vừa có kiểu trụ

Trong đó: 1,2 : khung quấn cao áp , hạ áp

áp điêu chỉnh vô cấp.[1]

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.[1]

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 giảm 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.[1]

2.3.2 Dây quấn

Hình 2.7 Dây quấn [2]

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp 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

Với máy biến áp công suất nhỏ, người ta thực hiện quấn xen kẽ giữa dây quấn hạ áp và

cao áp thành từng đĩa tách rời nhau.[2]

Hình 2.5 ghép rời lỏi thép[1] Hình 2.6 ghép xen kẻ lỏi thép[1]

2.3.3 Vỏ máy

Vỏ máy gồm 2 phần: thùng và nắp thùng

Thùng làm bằng thép, thường là hình bầu dục, lúc máy biến áp làm việc một phần năng

lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận

khác làm cho nhiệt độ tăng lên Do đó, giữa máy biến áp và môi trường xung quanh có

một hiệu 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 máy biến áp, 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 giải nhiệt bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng dầu.[1]

Hình 2.8 Thùng máy [1]

2.3.1.2 Nắp thùng:

Dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết quan trọng của máy như sứ cao áp và hạ

áp: làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn ra với vỏ máy

 Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt trên nắp và nối với thùng

bằng một ống dẫn dầu

 Ống bảo hiểm: làm bằng thép, thường là hình trụ nghiêng, một đầu nối với

thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thuỷ tinh [1]

2.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY BIẾN ÁP

Khảo sát nguyên lý hoạt động của máy biến áp 1 pha có 2 dây quấnN1 , N2 Khi nối

dây quấn N1 vào nguồn điện xoay chiều có điện áp U1 sẽ có dòng điện sơ cấp i1 chạy

trong dây quấn sơ cấp N1 Dòng điện i1 sinh ra từ thông  biến thiên chạy trong lõi thép,

từ thông này móc vòng (xuyên qua), đồng thời với cả 2 dây quấn N1 vàthứ cấp N2, được

gọi là từ thông chính.[1]

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:

Khi máy biến áp có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở Zt dưới tác dụng của suất diện động 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.[1]

2 44 , 4 ) sin (

1 max max

v t

N f

2 44 , 4 ) sin (

2 max max

v t

N f

Nếu (2.10) chiacho (2.11): K=

2 1 2

1

N

N E

E

 (2.12) K: gọi là hệ số biến áp

Nếu giả thiết máy biến áp đã cho là máy biến áp lý tưởng, nghĩa là bỏ qua sự sụt áp

gây ra do điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, có thể coi gần đúng

U1E1, U2E2, ta có:[1]

K

N

N E

E U

(2.13)

*Đối với máy tăng áp có: U 2 > U 1 , N 2 > N 1

*Đối với máy giảm áp có: U 2 < U 1 , N 2 < N 1

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:[1]

CHƯƠNG BA MÁY BIẾN ÁP BA PHA 3.1 KHÁI QUÁT CHUNG

3.1.1 Khái niệm

Để biến đổi của hệ thống xoay chiều ba pha người ta có thể dùng ba máy biến áp một

pha Nhưng sử dụng ba máy riêng biệt như vậy không kinh tế Vì vậy, máy biến áp ba

pha rất thông dụng

Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha cũng giống như máy biến áp một pha

Các phương trình và sơ đồ vecto của mỗi pha của máy biến áp ba pha cũng giống như

máy biến áp một pha.[2]

3.1.2 Tỷ số máy biến áp

-Đối với máy biến áp ba pha tỷ số máy biến áp là tỷ số giữa điện áp dây cuộn sơ và

thứ Tỷ số này phụ thuộc vào số vòng trên hai cuộn và cách đấu.[3]

Ví dụ: Nếu máy đấu Y/Y thì :

2 1 2 1 2

13

3

N

N U

U U

U K

p p d

(2.14)

2 1 2

1 2

1

3 3

N

N U

U U

U K

p p d

 (3.2)

3.1.3 Sơ đồ đấu dây

Về cách đấu dây, máy biến áp 3 pha có những ký hiệu sau:

Y/Y0-12, Y/- 11,…

Y: Đấu sao

Y0: Đấu sao có dây trung hòa

: Đấu tam giác

Số 11, 12 tượng trưng cho góc lệch pha giữa điện áp dây của cuộn sơ và thứ Góc lệch pha lấy theo chiều kim đồng hồ, mỗi đơn vị là 300.[2]

3.2 TỔ NỐI DÂY MÁY BIẾN ÁP

-Để nghiên cứu tổ nối dây máy biến áp, trước hết ta phải xét ký hiệu các đầu dây và cách đấu dây quấn ba pha với nhau

3.2.1 Cách ký hiệu các đầu dây:

Hình 3.1 Đánh dấu đầu dây máy biến áp [2]

-Một cuộn dây có hai đầu tận cùng: một đầu gọi là đầu đầu, đầu còn lại gọi là đầu cuối Đối với dây quấn máy biến áp một pha, đầu đầu hoặc đầu cuối chọn tùy ý Đối với dây quấn máy biến áp ba pha,đầu đầu hoặc đầu cuối chọn một cách thống nhất theo một chiều nhất định.[2]

-Để đơn giản và thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta thường đánh dấu các đầu tận cùng lên sơ đồ dây quấn của máy biến áp với quy ước sau đây:[1]

3.2.2 Các kiểu đấu dây quấn:

Hình 3.2 Đấu hình sao[2] Hình 3.3 Đấu tam giác[2]

a Đấu hình sao (Y): Đấu ba điểm cuối X,Y,Z lại với nhau (hình 3.8)

b Đấu tam giác.():Đấu điểm đầu của pha này với điểm cuối của pha kia (hình 3.9)

3.2.3 Tổ nối dây của máy biến áp ba pha:

-Tổ nối dây máy biến áp ba pha được hình thành do sự phối hợp kiểu dây quấn sơ

cấp so với kiểu dây quấn thứ cấp Nó biểu thị góc lệch pha giữa suất điện động dây của

dây quấn sơ cấp và suất điện động dây của dây quấn thứ cấp và góc lệch pha này phụ

thuộc vào các yếu tố sau:

+ Chiều dây quấn

+ Cách ký hiệu các đầu dây ra

+ Kiểu đấu dây quấn sơ cấp và thứ cấp

-Xét máy biến áp một có hai dây quấn (hình 3.4): sơ cấp AX, thứ cấp ax

Các trường hợp xảy ra như sau:

a Hai dây quấn cùng chiều (hình 3.4.a)

b Hai dây quấn ngược chiều (hình 3.4.b)

c Đổi chiều kí hiệu một trong hai dây quấn (hình 3.4.c)

-Tổ nối dây của máy biến áp một pha: kể từ vectơ suất điện động sơ cấp đến vectơ

suất điện động thứ cấp theo chiều kim đồng hồ:

+Trường hợp hình 3.4.a: lệch pha 3600

+ Trường hợp hình 3.4.b,c: lệch pha 1800

Hình 3.4 Sự lệch pha của máy biến áp một pha [2]

-Tổ nối dây của máy biến áp ba pha: ở máy biến áp ba pha, do nối Y và  với những thứ tự khác nhau mà góc lệch pha giữa suất điện động dây sơ cấp và suất điện động dây thứ cấp là 300,600,…,3600

-Thực tế không dùng độ để chỉ góc lệch pha mà dùng kim đồng hồ (hình 3.5) để biểu thị và gọi tên tổ nối dây máy biến máy, cách biểu thị nhƣ sau:

+Kim dài cố định ở số 12, chỉ suất điện động sơ cấp

-Trường hợp máy biến áp ba pha:

+Máy biến áp ba pha nối Y/Y:

Ví dụ một máy biến áp ba pha có dây quấn sơ và dây quấn thứ nối hình sao, cùng chiều quấn dây và cùng ký hiệu các đầu dây (hình 3.6) thì vectơ suất điện động pha giữa hai dây quấn hoàn toàn trùng nhau và góc lệch pha giữa hai điện áp dây sẽ bằng 3600 hay

00 Ta nói máy biến áp thuộc tổ nối dây 12 và ký hiệu là Y/Y-12 hay Y/Y-0 Để nguyên dây quấn sơ, dịch ký hiệu dây quấn thứ ab, bc, ca thì ta có tổ đấu dây Y/Y-4, dịch tiếp một lần nữa ta có tổ đấu dây Y/Y-8 Nếu đổi chiều dây quấn thứ ta có tổ nối dây Y/Y-6,10,2 Như vậy máy biến áp khi nối Y/Y, ta có tổ nối dây là số chẵn:[2]

Hình 3.6 tổ nối dây máy biến áp nối Y/Y [2]

+Máy biến áp ba pha nối Y/: -Ví dụ cũng máy biến áp ba pha có dây quấn sơ nối hình sao và dây quấn thứ nối hình tam giác, cùng chiều quấn dây và cùng ký hiệu các đầu dây (hình 3.7) thì vectơ suất điện động pha giữa hai dây quấn hoàn toàn trùng nhau và góc lệch pha giữa hai điện áp dây sẽ bằng 3300 Ta nói máy biến áp thuộc tổ nối dây 11 và ký hiệu là Y/-11 Để nguyên dây quấn sơ, dịch ký hiệu dây quấn thứ ab, bc, ca thì ta có tổ đấu dây Y/-3, dịch tiếp một lần nữa ta có tổ đấu dây Y/-7 Nếu đổi chiều dây quấn thứ ta có

tổ nối dây Y/ -5,9,1 Như vậy máy biến áp khi nối Y/, ta có tổ nối dây là số lẻ.[2]

Hình 3.7 tổ nối dây của máy biến áp nối Y/-11[2]