ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1 CAO ĐẲNG NGHỀ

ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN 1

Các định luật điện từ dùng trong máy điện

i: dòng điện đo bằng ampe (A)

F: lực điện từ đo bằng Niuton (N)

Chiều của lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái: Để cho các đường sức từ đâm vào lòng bàn tay trái, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện thì chiếu ngón tay cái ra chỉ chiều lực điện từ

2 Hiện tượng cảm ứng điện từ.

a Trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua dòng dây(định luật Lenxơ):

Giả sử ta có vòng dây, từ thông đi qua diện tích vòng dây là Φ Qui ước chiều dương cho vòng dây như sau: Vặn cái vặn nút chai theo chiều tiến của từ thông thì chiều xoay của cái vặn nút chai sẽ là chiều dương của vòng Khi từ thông Φ biến thiên xuyên qua dòng dây dẫn, trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động Nếu chiều suất điện động cảm ứng phù hợp với chiều đã chọn, sẽ có giá trị dương và ngược lại sẽ có giá trị âm Cho một thanh nam châm lại gần và dịch xa vòng dây để làm thay đổi từ thông qua vòng sẽ làm xuất hiện sức điện động cảm ứng trong vòng dây Nếu từ thông biến thiên càng nhanh thì s.đ.đ càng lớn Như vậy s.đ.đ cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông Nếu trong thời gian dt, từ thông qua vòng biến thiên một lượng là dΦ thì trị số sức điện động cảm ứng trong một vòng dây đựơc viết theo công thức Maxwell như sau:

e = - dΦ/dtNếu cuộn dây có w vòng, sđđ cảm ứng của cuộn dây sẽ là:

e = −wdt.dΦ = −ddtψ

Trong đó: Ψ =w.Φ là từ thông móc vòng của cuộn dây Đơn vị Webe (Wb)

b Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường:

Một thanh dẫn có chiều dài l, chuyển động với vận tốc v vuông góc với đường sức của từ trường (thường gặp trong máy phát điện), trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sđđ e ở trong một từ trường đứng yên có từ cảm B.

Hình 1.6 Qui tắc bàn tay trái

Hình 1.4 Sức điện động trong vòng dây

có từ thông biến thiên

4 Tự cảm và hổ cảm.

Hiện tợng và sức điện động tự cảm.

nếu dòng điện I qua cuận dây biến thiên thì từ thông móc vòng cũng biến thiên và trong cuận dây xuất hiện sđđ cảm ứng đó là hiện tợng tự cảm , sđđ sinh ra gọi là sđđ tự cảm và sức điện động cảm ứng trong dây dẫn do chính dòng điện qua dây dẫn biến thiên sinh ra Sđđ tự cảm ký hiệu là eL – từ công thức mác xoen ta có :

Hiện tượng và sức điện động hỗ cảm.

Nếu dòng điện I1 biến thiên thì từ thông hỗ cảm ϕ21 biến thiên làm xuất hiện sđđ cảm ứng trong cuận thứ hai e12, gọi là sđđ hỗ cảm giả sử trong thời gian ∆t, dòng điện biến thiên một lợng ∆I1, từ thông hỗ cảm sẽ biến thiên một lợng là:

Ngợc lại nếu I2 biến thiên, sẽ gây ra sự biến thiên của từ rhông hỗ cảm ϕ21 làm xuất hiện sđđ hỗ cảm e21.

Dấu trừ trong các công thức thể hiện định luật Lenxơ

Nguyờn lý mỏy phỏt điện và động cơ điện

1 Định nghĩa và phõn loại mỏy điện

1.1 Cỏc loại mỏy điện và vai trũ của chỳng trong nền kinh tế quốc dõn

Trong tự nhiờn luụn cú sự chuyển húa năng lượng từ dạng này sang dạng khỏc Điện năng cũng là một dạng của năng lượng Nú rất cần thiết trong sản xuất và giữ vai trũ quyết định cho sự phỏt triển kinh tế đặc trong lĩnh vực điện khớ hoỏ, tự động hoỏ trong cụng nghiệp, nụng nghiệp, giao thụng vận tải ngày càng đũi hỏi cỏc thiết bị khỏc nhau.Trong đú mỏy điện được sử dụng phổ biến để biến cơ năng, điện năng hoặc biến đổi dạng điện năng này thành dạng điện năng khỏc (xoay chiều đến 1 chiều) Biến đổi cơ năng thành điện năng nhờ mỏy phỏt điện cú động cơ sơ cấp kộo như tua bin hơi, tua bin nước, động cơ đốt trong

Biến đổi điện năng thành cơ năng dựng trong truyền động điện người ta dựng cỏc loại động cơ điện Việc truyền tải và phõn phối điện năng xoay chiều từ trạm phỏt điện đến cỏc hộ dựng điện …việc biến đổi được thực nhờ mỏy biến ỏp

Ngoài ra do cỏc yờu cầu khỏc nhau của ngành sản xuất, giao thụng vận tải nờn xuất hiện cỏc loại mỏy điện đặc biệt như mỏy điện xay chiều cú vành gúp, mỏy khuếch đại điện từ, cỏc mỏy điện cực nhỏ…Trong sản xuất thường dựng cả dũng điện xoay chiều và 1 chiều nờn người ta chia cỏc loại mỏy điện thành 2 loại mỏy điện xoay chiều và 1 chiều

Mỏy điện là một hệ điện từ gồm mạch điện mạch từ liờn quan với nhau Mỏy điện là thiết bị điện từ, nguyờn lớ làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ Mỏy điện gặp nhiều trong cỏc ngành kinh tế như cụng nghiệp, giao thụng vận tải…và trong cỏc dụng cụ sinh hoạt gia đỡnh

1.2 Phõn loại

Mỏy điện cú nhiều loại khỏc nhau và cú nhiều cỏch phõn loại: theo cụng suất, cấu tạo, theo chức năng, theo dũng điện (xoay chiều, 1 chiều) và nguyờn lớ làm việc vv…

• Theo chức năng:

 Cỏc lọai mỏy phỏt điện để biến cơ năng thành điện năng

 Cỏc lọai động cơ điện để biến điện năng thành cơ năng

 Các lọai máy biến áp để truyền tải và phân phối điện năng.

• Theo cấu tạo và trạng thái làm việc cĩ thể phân ra làm các lọai sau

 Máy điện đứng yên: Máy biến áp

 Máy điện quay: Dựa vào lưới điện chia thành 2 loại nhỏ: máy điện xoay chiều và máy điện một chiều Máy điện xoay chiều cĩ thể phân thành máy điện đồng bộ, máy điện khơng đồng bộ và máy điện xoay chiều cĩ vành gĩp Cĩ thể

mơ tả bằng hình vẽ như sau:

CHIỀU

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

MÁY BIẾN ÁP PHÁT KĐBMÁY ĐỘNG CƠKĐB PHÁT ĐBMÁY ĐỘNG CƠĐB PHÁT DCMÁY ĐỘNG CƠDC

2 Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện

2.1 Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện

2.2 Tính thuận nghịch của máy điện

Nguyên lý làm việc của các máy điện dựa trên cơ sở định luật cảm ứng điện từ Sự biến đổi năng lượng trong máy điện được thực hiện thơng qua từ trường Để tạo được từ trường mạch và tập trung người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ

Ở các máy biến áp mạch từ là một lõi thép đứng yên, cịn trong các máy điện quay mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: một quay và một đứng yên và cách nhau một khe hở Theo tính chất thuận nghịch của định luật cảm ứng điện từ máy điện cĩ thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện:

Đưa cơ năng vào phần quay của MĐ nĩ sẽ làm việc ở chế độ máy phát:

Máy gồm một khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến gĩp, khung dây và phiến gĩp được quay quanh trục của nĩ với vận tốc khơng đổi trong từ trường của

hai cực nam châm vĩnh cửu Theo định luệt cảm ứng điện từ trong thanh dẫn sẽ cảm ứng lên sức điện động: e = B.l.v (V).

B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua (T)

l: Chiều dài của thanh dẫn trong từ trường (m)

V: Tốc độ dài của thanh dẫn (m/s)

Nếu mạch ngoài khép kín qua tải thì sức điện động trong khung dây sẽ sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện chạy từ A đến B Máy làm việc ở chế độ máy phát điện biến cơ

năng thành điện năng

Máy làm việc ở chế độ động cơ điện:

Nếu ta cho dòng điện một chiều đi vào khung dây vào chổi than A và ra ở B Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F = B.i.l tác dụng lên cạnh khung dây Chiều của lực điện từ được xác định bằng qui tắc bàn tay trái, các lực F tạo thành mô men quay rotor với vận tốc v Khi rotor quay cắt các đường sức

từ sinh ra sức điện động E có chiều ngược với chiều dòng điện Máy đã biến điện năng thành cơ năng

3 Sơ lượt về các vật liệu chế tạo máy điện

+ ∋ chỉ lá thép kĩ thuật

+ Số thứ nhất chỉ hàm lượng tôn silic chứa trong thép, số càng cao hàm lượng silic càng nhiều thép dẫn từ tốt nhưng giòn dễ gãy

+ Số thứ hai chỉ chất lượng thép về mặt tổn hao, số càng cao tổn hao càng ít

+ Số thứ ba số 0 chỉ cho thép cán nguội (thép dẫn có hướng) thường sử dụng chế tạo máy biến áp

3.2 Vật liệu dẫn điện

Đồng (Cu) và nhôm (Al) Chúng có điện trở bé, chống ăn mòn tốt, tùy theo yêu cầu

về cách điện và độ bền cơ học ta dùng hợp kim của đồng và nhôm

Hình 1.2 Nguyên tắc cấu tạo và

làm việc của máy phát điện

Hình 1.3 Nguyên tắc cấu tạo và làm việc

của động cơ điện

3.3 Vật liệu cách điện.

Dùng trong máy điện phải đạt yêu cầu:

+ Cường độ cách điện cao

+ Chịu nhiệt tốt, tản nhiệt dễ dàng

+ Chống ẩm ướt, độ bền cơ học cao

Các chất cách điện dùng trong máy phát điện có thể ở thể hơi và thể rắn, thể lỏng.3.4 Vật liệu kết cấu

4 Phát nóng và làm mát máy điện

4.1 Đại cương về phát nóng và làm mát máy điện

- Chế độ làm việc liên tục:Ở chế độ này, nhiệt độ tăng của máy phát đạt tới giá trị xác lập (với điều kiện tăng nhiệt độ của môi trường không đổi)

- Chế độ làm việc định mức ngắn hạn: Thời gian làm việc của máy không đủ dài

để các bộ phận của máy đạt tới giá trị xác lập và sau đó thời gian máy nghỉ đủ dài để nhiệt độ hạ xuống bằng nhiệt độ môi trường xung quanh

- Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Thời gian máy làm việc và nghỉ trong một chu

kì không đủ dài để nhiệt độ các bộ phận của máy đạt đến giá trị xác lập Chế độ này đặc trưng bằng tỉ số giữa thời gian làm việc và thời gian của một chu kì làm việc và nghỉ Các tỉ số được chế tạo với 15%, 25%, 40%, 60%

4.2 Sự phát nóng và làm nguội máy điện

- Các kiểu cấu tạo của máy điện.:

Kiểu cấu tạo của máy điện phụ thuộc vào phương pháp bảo vệ máy đối với môi trường bên ngoài Cấp

bảo vệ được kí hiệu

Hình 1.8 Hệ thống gió ngang trục

của máy điện 1 chiều

+ P gồm 9 cấp, đánh số từ 0 dến 8 chỉ mức độ bảo vệ chống nước vào máy.

+ Số 0 ở IP rằng, máy không bảo vệ gì cả Chia kiểu cấu tạo như sau:

- Kiểu hở: Không có bộ phận che chở để tránh các vật từ ngoài chạm vào phần quay hoặc các bộ phận dẫn điện của nó Loại này đặt trong các nhà máy hoặc phòng thí nghiệm, không tránh được ẩm ướt (IP00)

- Kiểu bảo vệ: Có các tấm chắn có thể tránh được các vật và nước rơi vào máy Loại này đặt trong nhà (cấp bảo vệ từ ΙP11 đến ΙP33)

- Kiểu kín: Có vỏ bọc cách biệt trong phần máy với môi trường bên ngoài Nó dùng

ở nơi ẩm ướt, kể cả ngoài trời Tùy theo mức độ kín, cầp bảo vệ có từ ΙP44 trở lên

- Các phương pháp làm mát máy điện.

- Máy điện làm lạnh tự nhiên: không có bộ phận thổi gió làm lạnh, nên công suất

giới hạn trong khoảng (vài chục ÷ vài trăm) W nên có cách tản nhiệt để tăng thêm bề mặt tản nhiệt

- Máy điện làm lạnh trong: có quạt gió đặt đầu trục thổi vào trong máy Đối với

máy công suất nhỏ, chiều dài nhỏ hơn 200 ÷ 250 mm, gió chỉ thổi dọc trục theo khe

hở giữa stato và Rôto và theo các rãnh thông gió dọc trục ở lõi thép Stato và Rôto

(Hình 1.7).

Khi công suất máy lớn, chiều dài của máy tăng thì nhiệt độ dọc chiều dài của máy sẽ không đều Vì vậy phải tạo rãnh thông gió ngang trục Lõi thép chia thành từng đoạn dài khoảng 4 cm và khe hở giữa các đoạn khoảng 1 cm Gió sẽ đi vào hai đầu rồI theo các

rãnh ngang trục và thoát ra ở giữa thân máy để rồi lai trở về hai đầu (Hình 1.8).

- Máy điện tự làm lạnh mặt ngoài:

máy thuộc kiểu kín Ở đầu trục bên

ngoài máy có gắn quạt gió và nắp quạt

gió để hướng thổi dọc mặt ngoài của

thân máy (Hình 1.9).

Để tăng diện tích của bề mặt máy

lạnh thân máy được đúc có cánh tản

nhiệt, có đặt quạt gió để tăng tốc độ gió

trong máy, do đó tăng thêm sự trao đổi nhiệt giữa vỏ

và lõi

- Máy nhiệt làm lạnh độc lập: Ở các máy

lớn, quạt thường được đặt riêng ở ngoài để hút gió

đưa nhiệt lượng trong máy ra ngoài Để tránh hút

bụi vào máy có thể dùng hệ thống làm lạnh riêng

Hình 1.9 Máy điện tự làm lạnh mặt ngoài

Trong trường hợp đó, không khí hoặc khí làm lạnh sau khi ở máy ra được đưa qua bộ phận làm lạnh rồi lại được đưa vào máy theo chu trình kín như trình bày trên (Hình 1.10).

- Máy điện làm lạnh trực tiếp: Khi công suất của máy điện lớn, khoảng 300 ÷ 500 ngàn kW thì hệ làm lạnh kín bằng khí hyđrô vẫn không đủ hiệu lực Đối với các máy điện

đó, dây quấn được chế tạo bằng các thanh dẫn rỗng trong có nước hoặc dầu chạy qua để được làm lạnh trực tiếp Như vậy nhiệt lượng của dây quấn không phảI truyền qua chất cách điện mà được nước hoặc dầu trực tiếp đem ra ngoài do đó có thể tăng mật độ dòng điện trong thanh dẫn lên 3 đến 4 lần và giảm kích thước máy, tiết kiệm vật liệu chế tạo

-Bài 1: Máy biến áp Khái niệm chung về Máy biến áp

1 Khái niệm chung

Để truyền tải và phân phối điện năng đi xa được phù hợp và kinh tế thì phải có những thiết bị để tăng và giảm áp ở đầu và cuối đường dây Những thiết bị này gọi là mba (hình 2.1) Những mba dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công suất MBA chỉ làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng chứ không phải biến hoá năng lượng Các loại mba như: MBA điện lực, hàn điện, các MBA dùng cho các thiết

bị chỉnh lưu và đo lường…ngày nay, trong máy biến áp dây nhôm thay thế bằng đồng nhằm giảm kích thước và trọng lượng, tiết kiệm được đồng và giá thành rẻ hơn

Hình 2.1 Sơ đồ mạng truyền tải đơn giản

2 Cấu tạo của máy biến áp.

2.1 Lõi thép

- Lõi thép là 1 trong những bộ phận quan trọng nhất trên máy biến áp Nó được

ghép thành những từ lá thép silic có tính năng dẫn từ tốt là mạch từ của từ thông mà ta gọi là mạch từ Lõi thépgồm hai bộ phận là trụ và gông:

+ Trụ là nơi để đặt dây quấn

+ Gông là nơi khép kín mạc từ giữa các trụ

2.2 Dây quấn

Cuộn dây cũng là bộ phận cơ bản của máy biến áp Các máy biến áp thông thường đều có cuộn dây cao áp và cuộn dây hạ áp.

Nếu dòng điện nhỏ thì dùng dây đồng tròn, dòng điện lớn dùng dây đồng dẹt (cũng

có trường hợp dùng dây nhôm) bên ngoài dây đồng được cách điện bằng giấy cách điện hoặc sợi bông Cuộn dây thường được quấn thành hình ống tròn, các cuộn dây cao áp và

hạ áp cùng 1 pha thì quấn trên cùng 1 trụ của lõi sắt Thông thường thì cuộn dây cao áp được quấn vào ống giấy cách điện sát với lõi sắt, sau đó quấn cuộn dây hạ áp ở bên ngoài, giữa 2 cuộn cao áp và hạ áp đựơc ngăn bằng 1 lớp cách điện đủ lớn

2.3 Vỏ máy

3 Các đại lượng định mức của máy biến áp.

3.1 Công suất định mức

3.2 Điện áp định mức các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

- Điện áp sơ cấp định mức là điện áp mà máy biến áp có thể nối vào lưới và đảm bảo tuổi thọ lâu dài ( ký hiệu U1đm)

Ví dụ: U1đm = 380v Tức là máy biến áp này có thể nối vào lưới điện có áp là 380v

- Điện áp thứ cấp định mức: Ký hiệu U2đm là điện áp ra của máy biến áp Điện áp này cho ta biết máy biến áp này có thể dùng cho phụ tải có điện áp định mức là bao nhiêu

Ví dụ: Một máy biến áp có U2đm = 110V ta có thể dùng để nối vào quạt có Uđm = 110V.3.3 Dòng điện định mức các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

- Dòng điện sơ cấp định mức là dòng điện sơ cấp lớn nhất đảm bảo cho máy biến áp làm vịêc lâu dài Ký hiệu I1đm

- Dòng điện thứ cấp định mức là dòng điện lớn nhất phía thứ cấp cho phép máy biến

áp làm việc lâu dài Ký hiệu I2đm

- Dòng điện này cho ta biết có thể nối được với bao nhiêu phụ tải Tổng số dòng điện phụ tải nối vào biến áp phải nhỏ hơn hoặc bằng dòng I2đm

3.4 Tần số định mức Là tần số tốt nhất đảm bảo MBA làm việc lâu dài, ở nước ta

fđm = 50Hz

4 Nguyên lí làm việc của máy biến áp

Máy biến áp được chế tạo theo nguyên lý cảm ứng điện từ Một máy biến áp đơn giản nhất gồm có 1 lõi sắt khép kín và 2 cụôn dây có số vòng khác nhau quấn trên lõi sắt

đó (Hình 2.4)

Hình 2.4 Máy biến áp đơn giản nhất

Cuộn dây đấu vào nguồn điện xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp, cuộn dây đấu với phụ tải gọi là cuộn thứ cấp Các cuộn dây này đều được quấn bằng dây dẫn có bọc cách điện Khi đấu cuộn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều có điện áp u1 thì trong cuộn sơ cấp có dòng điện i1 đi qua, dòng điện này sinh ra từ thông trong lõi sắt , phần lớn từ thông đều xuyên qua cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp gọi là từ thông chính ø, từ thông này sinh ra sức điện động cảm ứng trong cuộn sơ cấp và thứ cấp Sau khi đấu cuộn thứ cấp vào phụ tải thì do tác dụng của Sđđ cảm ứng, trong cuộn dây sản sinh ra dòng điện Do đó trong giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp không có liên hệ về mạch điện, nhưng nhờ có từ thông chính trong lõi sắt đã truyền điện năng cho cuộn thứ cấp Đó là nguyên lý cơ bản của máy biến áp

Người ta chứng minh được rằng sức điện động trong cuộn sơ cấp E1 có biên độ tính theo công thức :

E1 = 4,44 f W1Φm

Trong đó: f là tần số của lưới điện

W1 là số vòng dây cuộn sơ cấp

Φm là từ thông cực đại khép kín trong lõi thép

Và sức điện động thứ cấp E2 có biên độ tính theo công thức:

1 20

1

W

W E

E U

U

=

=

(U20 là điện áp thứ cấp khi máy biến áp hở mạch)

- Nếu W1 < W2 thì k < 1 ta có máy biến áp tăng áp lúc đó U1 < U2

- Nếu W1 > W2 thì k > 1 ta có máy biến áp hạ áp lúc đó U1 > U2

Dựa vào tỷ số biến áp ta có thể tính được số vòng cuộn thứ cấp khi đã biết số vòng cuộn sơ cấp hoặc ngược lại

Zt

φ i

W

1

Mô hình toán, sơ đồ thay thế và chế độ làm việc của máy biến áp

1 Mô hình toán và sơ đồ thay thế của máy biến áp

Thường ta qui đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp, nghĩa là coi như dây quấn thứ cấp có số vòng dây bằng số vòng dây của cuộn sơ cấp

Việc qui đổi chỉ để thuận lợi cho việc tính toán chứ không làm thay đổi các quá trình vật lý và năng lượng xảy ra trong máy

1.2 Sơ đồ thay thế của máy biến áp

Thực tế thường Zm >> Z1 và Z2’ nên ta coi

2 Các chế độ làm việc của máy biến áp

2.1 Chế độ không tải

- Các đặc điểm ở chế độ không tải

Trạng thái làm việc không tải của máy biến áp là trạng thái sơ cấp đặt vào điện áp

U1 bằng định mức còn thứ cấp để hở mạch Lúc đó sơ cấp có dòng điện không tải I1 = I0

đi qua, còn thứ cấp I2 = 0 (hình 2.7) Dòng I0 qua cuộn sơ cấp, tạo ra trong mạch từ một

từ thông chính Φm móc vòng qua cả 2 cuộn dây, do đó trong các cuộn dây này sẽ có các sđđ E1, E2 trị số tính theo công thức:

E1 = 4,44f.W1Φm và E2 = 4,44f.W2Φm

Hình 2.7 Sơ đồ máy biến áp một pha ở trạng thái không tải.

Ngoài từ thông chính Φm ,dòng I0 còn có từ thông tản Φt1 móc vòng qua không khí bao lấy cuộn sơ W1 Như ta biết, từ thông tản bao lấy riêng cuộn dây sẽ tạo ra sđđ tự cảm

Et1 đặc trưng bởi hệ số tự cảm Lt1 và tương ứng sẽ có điện kháng tản Xt1

Như vậy, ngoài điện áp nguồn U1, sđđ E1 do từ thông chính tạo ra, ở cuộn dây sơ cấp còn có điện kháng Xt1 và điện trở r1 Áp dụng định luật Kiếc khốp II cho mạch của vòng sơ cấp ta có :

Hình 2.9 Sơ đồ máy biến áp 1 pha ở trạng thái không tải ngắn mạch

Nếu điện áp sơ cấp là định mức U1 = U1đm thì khi nối tắt thứ cấp dòng điện sơ cấp cũng như thứ cấp sẽ tăng lên rất cao, gấp từ 7 ÷ 9 lần dòng điện định mức, rất nguy hiểm

Đó là trạng thái ngắn mạch công tác, một sự cố ngắn mạch của MBA

Người ta phải đặt các thiết bị bảo vệ như cầu chì rơle để tự động cắt MBA ra khỏi nguồn điện U1 Khi xảy ra ngắn mạch công tác

Ngoài trạng thái ngắn mạch công tác còn trạng thái gọi là ngắn mạch thí nghiệm Nối tắt thứ cấp, rồi theo dõi dòng sơ cấp và thứ cấp

Khi các dòng điện này bằng trị số định mức I1= I1đm ; I2 = I2đm thì điện áp sơ cấp tương ứng gọi là điện áp ngắn mạch ký hiệu là UN Điện áp ngắn mạch nhỏ hơn điện áp định mức nhiều và thường được tính theo % điện áp định mức

UN% = (UN / U1đm).100 được ghi trên nhãn máy

Hình 2.11 Máy biến áp làm việc có tải

Dòng điện sơ cấp i1 đi qua cuộn sơ tạo ra từ thông chính đi trong lõi thép và từ thông tản Φt1 bao lấy cuộn sơ Phía thứ cấp do có Zt nên sức điện động E2 sinh ra trong dòng điện I2

Dòng điện này tạo ra sđđ I2W2 chống đối lại sđđ sơ cấp I1W1 và đồng thời tạo ra từ thông tản Φt2

Sức từ động của MBA là tổng sức từ động sơ và thứ : Sức từ động này tạo ra từ thông tổng Φm chạy trong lõi thép, làm xuất hiện các sđđ E1 và E2 trong các cuộn dây.

E1 = 4,44f W1 Φđm ; E2= 4,44f W2 Φđm

Các từ thông tản Φt1 và Φt2 tương ứng với các điện kháng tản Xt1 và Xt2 Từ đó ta có

sơ đồ thay thế máy biến áp (hình 2.12)

Hình 2.12 Sơ đồ thay thế máy biến áp một pha có tải

Phương trình cân bằng sđđ sơ cấp:

U1 = - E1 +I1r1+ I1xt1 (2-7)

và bên thứ cấp

U2 = E2 - I2r2 -I2xt2 (2-8)

Máy biến áp ba pha

1 Cấu tạo máy biến áp ba pha

Máy biến áp 3 pha dùng để biến đổi hệ điện áp 3 pha có 2 cách cấu tạo máy biến áp

3 pha

- Dùng 3 máy 1 pha đấu theo sơ đồ 3

pha (hình 2.13) loại này gọi là máy biến áp

3 pha loại mạch từ riêng hay máy biến áp 3

Hình 2.19 Điện áp không đối xứng lúc kí hiệu ngược hay đấu ngược 1 pha Hình 2.18 Cách qui ước các đầu đầu và đầu

cuối của MBA 3 pha

- MBA 3 pha ba mạch từ chung nhau gông

từ: Cuộn dây cao và hạ áp của mỗi pha quấn trên

cùng 1 trụ (hình 2.14)

Theo số trụ ta có máy biến áp 3 pha 3 trụ và

MBA 3 pha 5 trụ loại 3 pha 3 trụ còn gọi là

MBA kiểu lõi, loại 3 pha 5 trụ gọi là MBA kiểu

vỏ

Phân loại theo điện áp ta có máy biến áp hạ

áp và máy biến áp tăng áp

Phân loại theo tổ đấu dây ta có MBA đấu

dây theo kiểu Y-Yo-12; Y-∆-11 hoặc ∆-Y-11

2 Nguyên lý hoạt động của biến áp ba pha

2.1 Các ký hiệu đầu dây

Các đầu tận cùng của dây quấn mba, 1 đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu cuối Đối với mba 1 pha thì có thể tùy ý chọn đầu đầu và đầu cuối

Đối với mba 3 pha, các đầu đầu và đầu cuối phải chọn 1 cách thống nhất: giả sử dây

quấn pha A chọn đầu đầu đến đầu cuối theo chiều kim đồng hồ (Hình 2.18 a) thì các dây

quấn pha B, C còn lại cũng phải chọn thống nhất (Hình3 và c)

Điều này rất cần thiết bởi vì 1 pha dây quấn kí hiệu ngược thì điện áp lấy ra mất tính đối

xứng (hình 2.40).

a b c

A B C

Hình 2.20 Đấu sao và đấu sao không

2.2 Các kiểu đấu dây quấn

Dây quấn máy biến áp có thể đấu theo các kiểu chính sau:

Đấu hình sao (Y): thường 3 đầu X, Y, Z nối lại với nhau, 3 đầu còn lại A, B, C để tự

- Đấu tam giác (∆) thì đầu đầu của pha này nối với đầu cuối của pha kia theo thứ tự

AX- BY- CZ - A (Hình 2.21a) hoặc theo thứ tự AX – CZ – BY – A (hình 2.21b) Cách

đấu ∆ được dùng nhiều khi không cần điện áp pha

2.3 Tổ nối dây máy biến áp

Được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp so với kiểu đấu dây thứ cấp Nó biểu thị góc lệch pha giữa các sđđ, dây sơ cấp và dây thứ cấp của mba Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Chiều dây quấn

- Cách kí hiệu các đầu dây;

- Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp

Muốn xác định và gọi tên 1 tổ đấu dây ta phải chấp nhận các giả thiết sau:

- Các dây quấn cùng chiều trên trụ thép

- Chiều s.đ.đ trong dây quấn chạy từ đầu cuối đến đầu đầu

Xét mba 1 pha có 2 dây quấn thứ cấp ax và sơ cấp AX hình 2.24 Nếu có hai dây

quấn được quấn cùng chiều trên trụ thép, kí hiệu các đầu dây như nhau:

3 Sự làm việc song song của máy biến áp.

Ở 1 trạm biến áp tăng hoặc giảm áp thường đặt 2, 3 hay nhiều máy biến áp làm việc song song (hình 2.52) phụ thuộc vào công suất của trạm nhằm bảo đảm:

- Dự trù về cung cấp năng lượng cho nơi tiêu thụ trong trường hợp sự cố và cần thiết sửa chữa máy biến áp

- Giảm tổn thất năng lượng trong thời kì tải nhỏ của trạm bằng cách cắt 1 số máy biến áp làm việc song song đi

Hình 2.52 Các máy biến áp làm việc song song

a Máy biến áp 1 pha

b Máy biến áp 3 pha.

Những máy biến áp làm việc song song trong điều kiện có lợi nhất nếu thỏa mãn các điều kiện sau :

Trong thực tế chỉ có điều kiện 1 phải tuân thủ một cách tuyệt đối Các điều kiện 2, 3 được thực hiện với một mức độ sai khác nhất định được qui định trong một giới hạn cho phép.

Các máy biến áp đặc biệt

1 Máy biến áp tự ngẫu

Máy biến áp tự ngẫu là MBA

đặc biệt về các bộ phận khác giống

như MBA thông thường chỉ khác là

sơ cấp và thứ cấp chung nhau một

cuộn dây (hình 2.19), cuộn sơ cấp

1 2

1

U

U W

Hình 2.19 Cấu tạo máy biến áp tự ngẫu.

Do sơ cấp và thứ cấp có liên hệ với nhau về điện nên ngoài công suất chuyển từ sơ sang thứ qua mạch từ còn có công suất chuyển sang qua mạch điện:

Gọi dòng sơ cấp I1, thứ cấp I2 còn gọi là dòng điện phần chung là I1,2 , điều kiện cân bằng sức từ động là : I1WAa + I12Wax = I0W1 ≈ 0

Suy ra: I1WAa ≈ I12Wax

hay về trị số I1WAa ≈ I12Wax

Biết WAa= W1- W2; Wax = W2 ta có:

1) (K I 1) W

W ( I W

W W

I

2

1 1 2

2 1

Công suất chuyển qua mạch từ chính là công suất trên đoạn ax

) K

1 (1 S 1) (K I K

E I E S

12 2 max

1 − ) lần tiết diện lõi thép của MBA thường cùng sản xuất

Mặt khác, do công suất chuyển qua trực tiếp một phần bằng mạch điện, nên tổn hao công suất giảm đi, hiệu suất của máy tự biến áp cao hơn so với MBA thường cùng công suất.

2 Máy biến đo lường

Máy biến điện áp

- Dùng để biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp để đo lường bằng các dụng cụ đo thông thường

Điện áp thứ cấp U2 định mức được quy định là 100V

- Cách mắc: Cuộn dây sơ cấp mắc song song với điện áp lớn cần đo Cuộn thứ cấp nối với vôn mét, các mạch điện áp của các dụng cụ khác như cuộn dây điện áp của oát mét…

- Như vậy có thể coi máy biến điện áp luôn luôn làm việc ở chế độ không tải Do

đó:

2

1 2

Không cho phép ngắn mạch thứ cấp máy biến điện áp

Máy biến dòng điện

- Dùng để cung cấp cho cuộn dây của

(A), rơ le và cuộn dòng của công tơ

- Cách mắc: Máy biến dòng có cuộn

sơ cấp nối tiếp với mạch cần đo dòng Do

đặc điểm của tải (cuộn dây của các đồng hồ

đo có điện trở rất nhỏ) nên máy biến dòng

xem như làm việc ở trạng thái ngắn mạch

Hình 2.23 Cách mắc máy biến dòng điện

3 Máy biến áp hàn

Khi dòng điện phóng qua chất khí bị ion hoá sẽ phát sinh hồ quang Một đặc điểm của hồ quang là nhiệt độ rất cao Người ta lợi dụng nhiệt độ này để hàn kim loại Khi hàn, người ta nối 1 cực nguồn điện hàn vào vật hàn, cực kia vào que hàn Sau đó chấm que hàn vào vật hàn, tạo ra dòng điện ngắn mạch qua chỗ tiếp xúc, làm nóng tiếp xúc lên dữ dội Khi nhấc que hàn ra cách mối hàn 1 khoảng cách nhỏ, không khí do bị đốt nóng, sẽ

bị đót nóng làm phát sinh hồ quang giữa vật hàn và que hàn

Máy biến áp thông thường không thể dùng để hàn điện Vì khi tạo ra dòng điện ngắn mạch ở thời điểm đầu dòng điện rất lớn( gấp 15÷20 làn dòng điện định mức) gây nguy hiểm cho máy.

4 Xác định cực tính máy biến áp.

Bài 2: Máy điện không đồng bộCấu tạo, nguyên lý làm việc và từ trường của máy điện không đồng bộ

1 Khái niệm, phân loại và kết cấu.

Động cơ không đồng bộ là 1 loại máy điện xoay chiều có tốc độ rôto khác với tốc

độ từ trường quay

Động cơ không đồng bộ đựơc phân làm nhiều loại:

Theo số pha ta có: Động cơ không đồng bộ 3 pha và động cơ không đồng bộ 1 pha.Riêng loại 3 pha ta phân ra loại có vành góp

Trong động cơ không đồng bộ 3 pha dây quấn phần ứng sẽ đưa dòng điện xoay chiều 3 pha vào máy và tạo lên từ trường quay , gọi tần số dòng điện qua dây dẫn là f, tốc

rộng, người ta phải dùng động cơ

một chiều và khi cần nguồn cao

hiệu suất cần động cơ đồng bộ

Hình 4.1 Mô tả cấu tạo động cơ KĐB ba pha

2 Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha.

2.1 Stato

Hai bộ phận chính của stato là lõi thép (mạch từ) và dây quấn Lõi thép làm bằng các lá thép kỹ thuật điện rồi ghép lại thành dạng hình trụ rỗng, mặt trong có phay rãnh, để rãnh dây quấn máy Dây quấn có thể là dây quấn 3 pha (đối với động cơ 3 pha)

Phía ngoài stato là vỏ bằng gang hoặc thép đúc, phía dưới có chân để lắp máy trên

bệ Hai đầu stato có 2 nắp làm bằng cùng vật liệu với vỏ và bắt chặt vào vỏ

Hình 4.1 Vỏ, lõi thép, dây quấn stato

Trên nắp có lắp ổ trục để đỡ trục quay của rôto Đấu dây ra của dây quấn stato được bắt trên giá bắt dây Thông thường dây quấn stato động cơ 3 pha đều đưa ra 6 đầu dây A,B,C và X,Y,Z như hình 4.2

quấn stato thành tam giác

Để có thể tuỳ ý đấu 3 pha theo hình Y hay theo hình ∆ Gọi điện áp định mức của cuộn dây mỗi pha là Uf còn điện áp dây của lưới là U, thì khi đấu Y: U = 3 Uf ; Còn khi đấu tam giác U = Uf Chẳng hạn:

Nếu Uf = 220V thì khi đấu sao, điện áp lưới phải là U = 3.220 = 380V còn khi đấu

∆, điện áp lưới phải là U= Uf =220v

Vì thế, tuỳ theo điện áp lưới, ta chọn cách đấu dây thích hợp Trên nhãn máy thường ghi Y/Δ - 380/220 ta hiểu là khi điện áp dây của lưới điện là 380V thì đấu sao còn khi điện áp dây của lưới điện là 220V thì đấu tam giác

2.2 Rôto

Rôto của máy điện không đồng bộ gồm có lõi thép (mạch từ) hình trụ, bằng lá thép

kỹ thuật điện đập thành đạng đũa ép chặt lại, trên mặt có phay rãnh và đặt dây quấn Lõi thép được lắp ghép chặt với trục quay bằng thép, đặt trên 2 ổ trục của stato

Dây quấn rôto có 2 loại, là rôto lồng sóc và rôto dây quấn (rôto pha).

Rôto lồng sóc còn gọi là rôto ngắn mạch, có dây quấn dạng lồng sóc (hình 4.3) lồng sóc gốm các thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm, đặt trong các rãnh rôto, hai đầu các thanh dẫn được nối tắt với nhau bằng vòng ngắn mạch Nếu rôto bằng đồng thì thanh dẫn được chế tạo từ ngoài, lồng vào các rãnh, rồi hàn với vòng ngắn mạch Đối với lồng sóc nhôm, người ta chế tạo mạch từ rôto xong đem đúc nhôm, tạo thành lồng sóc liền khối, hai vòng ngắn mạch có đúc thêm các cánh quạt gió làm máy mát

Hình 4.3 Rôto lồng sóc

Đối với rôto dây quấn, trong rãnh thép rôto đặt dây quấn 3 pha Dây quấn 3 pha thường nối hình sao, ba đầu dây quấn được nối tới ba vòng tiếp xúc bằng đồng, cố định trên trục rôto và được cách điện với trục nhò 3 chổi than tì sát vào 3 vòng tiếp xúc, dây quấn rôto được nối với 3 biến trở bên ngoài để thực hiện vọêc mở máy và điều chỉnh tốc độ

3 Từ trường của máy điện không đồng bộ

3.1 Từ trường đập mạch của dây quấn một pha

Từ trường của dây quấn 1 pha khi có dòng điện xoay chiều qua là từ trường đập mạnh Từ trường này phân bố dọc theo khe hở có dạng hình sin, biên độ biến thiên theo thời gian cũng theo quy luật hình sin Để hình dung cụ thể từ trường này

ta xét dây quấn 1 pha đơn giản chỉ gồm 1 bối dây có dòng điện hình sin qua (hình 4.18)

Ở nửa chu kỳ dương dòng điện ( từ 0 ÷ π2) đi theo 1 chiều vẽ trên hình

(4.18b) lúc này từ trường hướng từ trái sang phải, trị số tăng dần từ 0 ÷ Bmax rồi giảm về 0.

Sang nửa chu kỳ (từ T/2 → T) dòng điện đổi chiều, từ trường cũng đổi hướng, hướng từ phải sang trái, trị số tăng từ 0 →Bmax rồi lại trở về 0 (H4.18c) Biểu thị từ cảm là 1 vectơ thì vectơ này luôn có phương theo trục cuộn dây trị số biến thiên từ - Bmax → + Bmax

Từ trường đập mạch có thể coi là tổng hợp 2 từ trường cùng tốc độ

P

60f

n = nhưng ngược chiều nhau (H4.19)

Tại thời điểm a trên hình, dòng điện đạt cực đại dương, nên từ trường đập

mạch cũng đạt cực đại duơng + Bmax, hai từ trường Bngựơc = Bthuận =

2

Bm trùng nhau nên tổng của chúng bằng Bm Sang thời điểm b, hai từ trường quay theo 2 hướng và

2 vectơ lệch nhau 1 góc đối xứng so với trục cuộn dây.Từ trường tổng B vẫn có phương như cũ trị số giảm đi.

Đến thời điểm c, Bthuận và Bngược đối pha nhau nên từ trường tổng bằng 0.

Ở thời điểm d, tổng Bthuận + Bngược sẽ cho từ trường B ngược chiều từ trường cũ.

Sang thời điểm e, Bthuận, Bngược lại chập nhau theo hướng ngược với chiều ban đầu Tổng của chúng bằng –Bm.

Rõ ràng tổng hợp hai từ trường quay ta được một từ trường đập mạch, và tác dụng của từ trường đập mạch tương đương với hai từ trường quay ngược chiều.

- Sự tạo thành từ trường quay

- Đặc điểm của từ trường quay

Mô hình tính toán, biểu đồ năng lượng và mô men quay của động cơ không đồng

bộ ba pha

1 Mô hình tính toán động cơ điện không đồng bộ

2 Sơ đồ thay thế động cơ điện không đồng bộ

Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

1 Quá trình mở máy động cơ không đồng bộ

Quá trình mở máy của động cơ là quá trình đưa tốc độ động cơ từ khi n tăng thì phương trình cân bằng động về moment như sau:

dt

d J j M c M Ñ

Để tốc độ của động cơ tăng thuận lợi thì > → ω > 0

dt

d c M M

Khi bắt đầu mở máy s = 1:

pha

U mm

2 2 2 1

+ +

=

Trên thực tế, mạch từ tản của máy bão hòa nhanh X giảm →Imm còn lớn hơn nhiều so với trị số tính theo công thức trên

2 Các phương pháp mở máy

Các yêu cầu khi mở máy:

- Mmm phải đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải

- Imm càng nhỏ càng tốt

- Phương pháp mở máy và các thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền và chắc chắn

- Tổn hao công suất trong quá trình mở máy ít

Mở máy trực tiếp động cơ rotor lồng sóc:

Dòng điện mở máy lớn, chỉ dùng cho các máy có công suất nhỏ Nếu máy có công suất lớn thì dùng trong lưới điện có công suất lớn Phương pháp này mở máy nhanh, đơn giản

Hình 3.25 Hạ áp mở máy bằng điện kháng

3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ.

Người ta phân biệt các phương pháp điều chỉnh tốc độ theo cách tác dụng vào động cơ:

- Từ phía stator: Thay đổi điện áp U, tần số f, số đôi cực p

- Từ phía rotor: Thay đổi điện trở trong mạch rotor, đưa vào mạch rotor một s.đ.đ phụ có cùng tần số với s.đ.đ chính của rotor

+ Điều chỉnh n bằng cách thay đổi số đôi cực:

Tốc độ quay đồng bộ n1 = 60pf1 nếu f1 đã cho thì khi p thay đổi → n1 thay đổi → n thay đổi

Sơ đồ nguyên tắc đổi số đôi cực: Có thể đổi nối số đôi cực stator bằng cách sau:

- Đặt vào stator một dây quấn và thay đổi số cực bằng cách đổi nối tương ứng các phần của nó, chỉ dùng với động cơ có 2 cấp tốc độ 2: 1

- Chế tạo 2 dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, chỉ dùng với động cơ có cấp tốc độ 4/3 hoặc 6/5

- Chế tạo 2 dây quấn độc lập trên stator, mỗi cái lại có đổi nối các cực Ví dụ: muốn cho động cơ có 4 cấp tốc độ quay đồng bộ 1500, 1000, 750, 500 vòng/1 phút thì trên stator có thể đặt 2 dây quấn: một dây quấn có số cực là 2p = 4 và 2p = 8, còn một dây quấn có số cực là 2p = 6 và 2p = 12

Nếu động cơ rotor dây quấn phải đổi nối số đôi cực đồng thời trên cả stator và rotor, điều này hơi phức tạp nên các động cơ có đổi nối p thường là rotor lồng sóc

n = ( 1 − ) = 601 1 −

M.P Kôxtenkô đã nghiên cứu vấn đề này và chứng minh rằng: Nếu ta muốn cho động cơ làm việc ở những tần số khác nhau với các trị số hiệu suất, hệ số công suất, KM không đổi, thì khi thép không bão hòa, đồng thời với việc biến thiên tần số ta phải điều chỉnh U, theo f và M theo qui luật sau:

M

M f

f U

1

/ 1 1

f U

/ 1 1 / 1

Tức là điện áp đặt vào động cơ phải tỷ lệ thuận với f Ta có dạng đồ thị biểu thị quan

hệ giữa mô men của tải và đặc tính cơ của động cơ như sau:

• Khi P = const:Thì moment của động cơ biến thiên tỷ lệ nghịch với n:

1

1 1

f

M n

Tức là /

1

1 / f

f M

M =

thế vào (1), ta có:

const f

U f

f U

U f

f f

f U

2 / 1 1

/ 1 2 1

2 / 1 /

1

1 1

/ 1 1

/ 1

• Khi M ≡ n2 (M ≡ f2):

const f

i U f

f U

U f

f M

2 1

2 / 1 1

/ 1 2

1

2 / 1 /

Điện áp đặt vào động cơ phải tỷ lệ thuận với bình phương tần số

+ Thay đổi điện áp:

Giả thiết đường 1 là U = Uđm, Mc = const và không phụ thuộc vào n làm việc với hệ

số trượt sa

Nếu U1 giảm x lần: U1=xUñm (x < 1) thì M giảm x2 lần: M = x2Mñm vì Mc = const

⇒n giảm ⇒s tăng từ sa →sb→ c

Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn stator: U1 E≈ 1≡ Φ nên U1 giảm x lần→ E 1, Φ

giảm x lần(Φ=xΦñm ) mà Mc = cMl2/Φ cos ϕ = const thì l2/ tăngx1 để M = const

Nhưng:

1 1

/ 2 2 / 2 1 2

Pcu

p

x s const M

ñt P

2

1 / 1

2

1 1 1 ) 1 (

+ Thêm Rf vào mạch của rotor:

Mặt vật lý của quá trình xảy ra khi điều chỉnh tốc độ:

Hình 3.34 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Hình 3.37 Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ một pha

Đưa Rf vào n chưa thay đổi kịp ⇒ I2 giảm ⇒ M =C M l2Φcosψ2 giảm ⇒ Mđc <

0 ⇒ n giảm ⇒ s tăng ⇒ E2s = sE2 tăng ⇒ I2 tăng đặt tới trị số mà M = Mc

Ta hãy xem các đường cong M = f(s) trên hình: Nếu M = const thì động cơ làm việc

ổn định tương ứng với các điểm a, b, c Ta thấy rằng đưa Rf vào rotor có thể điều chỉnh được n < nđm trong một giới hạn đủ rộng Xong do có tổn hao trên Rf (pCuR 1) ⇒ P2 giảm ⇒η giảm

Cách đổi nối trên hình 3.30a gọi là đổi nối nối tiếp, còn cách đổi nối trên hình 3.30b gọi là đổi nối song song

Động cơ không đồng bộ một pha

1 Nguyên lý làm việc

Đầu tiên, ta xét chế độ làm việc của động cơ điện một pha khi dây quấn mở máy đã ngắt ra khỏi lưới Dây quấn làm việc nối với điện áp một pha, dòng điện trong dây quấn

sẽ sinh ra từ trường đập mạch Φ Từ trường này có thể phân tích thành hai từ trường

ặc tính cơ của động cơ điện 2 tốc độ đấy Y sang YY tốc độ 2:1 với M = constcccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc ccccccccccccHình 3.35 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm diện trở phụ

vào mạch rotor.

quay ΦA và ΦB có chiều ngược nhau, có nA = nB và biên độ bằng 1/2 biên độ từ trường

đập mạch (hình 3.37a)

Như vậy, có thể xem động cơ điện một pha tương đương như 2 động cơ điện ba pha giống nhau có rotor đặt trên cùng một trục và dây quấn stator nối nối tiếp nhau sao cho từ trường của chúng sinh ra trong không gian theo chiều ngược nhau (hình 3.37b) Đến lượt chúng lại tương đương một động cơ điện ba pha có hai dây quấn nối nối tiếp nhau tạo ra A

Φ và ΦB (hình 3.37c) Trong động cơ điện một pha cùng như trong hai mô hình của chúng, từ trường quay thuận và nghịch tác dụng với dòng điện rotor do chúng sinh ra tạo thành hai moment MA và MB Khi động cơ đứng yên (s = 1) thì MA = MB và ngược chiều nhau, do đó moment tổng M = MA + MB = 0 Động cơ không quay được ngay cả khi không có MC trên trục

Nếu quay rotor của động cơ điện theo một chiều nào đó (ví dụ quay theo chiều quay

của từ trường dây quấn A như hình 3.37b) với tốc độ n thì tần số của s.đ.đ, dòng điện

cảm ứng ở rotor do từ trường quay thuận ΦA sinh ra sẽ là:

1 1

60

) 1 ( 1 60

) 1

(

n

n n pn n n p A

Còn đối với từ trường quay ngược ΦB thì tần số ấy là:

1 ) 2 ( 1

) 1 ( 1 2 60

1 60

) 1 (

n

n n n pn n n p B

Hình 3.40 Mở máy bằng điện dung Hình 3.39 Mở máy bằng điện trở

Khi s = 1 thì M = 0, động cơ không thể bắt đầu quay được khi trên stator chỉ có một dây quấn và điều kiện làm việc của động cơ khi rotor quay theo chiều này hoặc chiều kia với tốc độ n đều giống nhau (vì đường đặc tính moment có tính chất đối xứng qua góc tọa độ)

2 Phương pháp mở máy các loại động cơ điện một pha

2.1 Mở máy dùng dây quấn phụ

Như chúng ta đã biết, nếu chỉ có dây quấn chính nối vào lưới điện thì từ trường trong dây quấn một pha là từ trường đập mạch, nên động cơ điện không đồng bộ một pha không thể tự mở máy được vì khi s = 1 thì M = 0

Muốn động cơ tự mở máy (khởi động) thì từ trường trong máy phải là từ trường quay hoặc ít nhất từ trường quay ngược phải yếu hơn so với từ trường quay thuận ΦA, để tạo ra từ trường quay có thể dùng vòng

máy Dây quấn phụ đặt lệch pha so với

dây quấn chính một góc 900 trong không

gian trên mạch từ stator; phần tử mở máy

dùng dùng để tạo sự lệch pha về thời

gian giữa dòng điện trong dây quấn

chính và dây quấn phụ có thể là điện trở,

cuộn dây hoặc tụ điện, tụ điện được dùng

phổ biến vì dùng tụ động cơ có mô men

mở máy lớn, hệ số công suất cosϕ cao và

dòng điện mở máy tương đối nhỏ

- Dùng điện trở để mở máy:

Để làm cho Imm lệch pha so với Ilv

cuộn dây mở máy Mmm của loại động cơ này tương đối nhỏ Trong thực tế chỉ cần tính toán sao cho bản thân dây quấn phụ có điện trở tương đối lớn là được (dùng bối dây chập ngược) không cần nối thêm điện trở ngoài

Hình 3.41 Động cơ điện một pha kiểu điện d ung

Hình 3.42 Động cơ điện một pha có vòng ngắn

mạch

- Động cơ điện một pha kiểu điện dung:

Ta có thể để nguyên dây quấn mở máy có tụ điện nối vào lưới điện khi động cơ đã

làm việc Nhờ vậy động cơ điện được coi như động cơ điện hai pha Loại này có đặc tính làm việc tốt, năng lực quá tải lớn, hệ số công suất của máy được cải thiện Nhưng trị số

điện dung có lợi nhất cho mở máy lại thường quá lớn đối với chế độ làm việc, vì thế trong một số trường hợp khi mở máy kết thúc phải cắt bớt trị số của tụ điện ra bằng công tắc ly tâm

2.2 Mở máy Dùng vòng ngắn mạch

sinh ra một từ trường đập mạch Φc Một

phần của Φc là Φ 'c sẽ đi qua F và sinh ra In trong F (In−Φn), nếu bỏ qua tổn hao trong

vòng ngắn mạch thì Φn sẽ trùng phương với In.Φntác dụng với Φ 'c sinh ra Φ

¨-f=Φ¨n+Φ¨’c lệch pha so với phần từ thông còn lại Φ c − Φ ' c Do đó, sẽ sinh ra một từ trường gần giống từ trường quay và cho một moment mở máy đáng kể

3 Sử dụng động cơ điện ba pha vào lưới điện một pha

3.1 Điện áp nguồn bằng điện áp pha của động cơ

- Sơ đồ hình 3.43a