Bài giảng thiết bị điên, điện tử

Định Nghĩa: Máy điện là một thiết bị điện mà quá trình năng lượng trong nó dựa theo hiện tượng cảm ứng điện từ biến đổi tĩnh Có sự chuyển động tương đối giữa các cuộn dây trong MĐ c...

Bộ môn: THIẾT BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

KỸ THUẬT ĐIỆN

Định nghĩa, phân loại và công dụng

i1 – Định nghĩa, phân loại và công dụng

Chương 1 /

1 Định Nghĩa: Máy điện là một thiết bị điện mà quá trình năng lượng

trong nó dựa theo hiện tượng cảm ứng điện từ

biến đổi tĩnh

Có sự chuyển động tương đối giữa các cuộn dây trong MĐ

c Theo Tốc độ

chậm: n < 300 V/phút

Cao: n > 1500 V/phút trung bình: n < 1500 V/phút

3 Công dụng:

Sử dụng rộng rãi trong nền kt quốc dân:

i2 – Hai định luật cơ bản trong máy điện

1 Định luật cảm ứng điện từ

a Khi có từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây

Với cuộn dây có W vòng



de

i3 – Vật liệu chế tạo máy điện

Chương 1

Đồng, nhôm

Phân loại theo cấp chịu nhiệt

a b

c

i3 – Vật liệu chế tạo máy điện

PHẦN II MÁY ĐIỆN

Định nghĩa, công dụng và cấu tạo máy biến áp

Chương 2 MÁY BiẾN ÁP

Các chế độ làm việc của MBA

1 Định Nghĩa: MBA là máy điện dùng để biến đổi 1 hệ thống dòng điện từ điện áp này sang điện áp khác.

2 Công dụng:

U1  U2  U3

- Dùng để truyền tải và phân phối điện năng

24 kVMF

Giảm ápTăng áp

i1 – Định nghĩa, công dụng và cấu tạo MBA

B – Dây quấn: thường làm bằng dây đồng (có thể dùng nhôm)

- Dây quấn sơ cấp: là dây quấn nối với nguồn : w 1 , u 1 , i 1

- Dây quấn thứ cấp: là dây quấn nối với tải : w 2 , u 2 , i 2 / w 3 , u 3 , i 3

B – Dây quấn:

i1 – Định nghĩa, công dụng và cấu tạo MBA

C – Vỏ máy, nắp máy, sứ đầu ra / đầu vào

Công suất:

63 MVAĐiện áp danh định:

i2 – Nguyên lý làm việc của MBA

Khi nối dây quấn thứ cấp với tải i2

Năng lượng điện đưa vào sơ

i3 – Các phương trình cơ bản của MBA

Xét MBA có hai dây quấn w1 và w2:

u1  i1 có chiều như hình vẽ

từ thông  chiều phù hợp i1, móc

vòng với cả 2 cuộn dây

cảm ứng trong 2 dây quấn sức

điện đông e1 và e2 có chiều phù hợp

với  .chọn chiều i2 như hình vẽ

chỉ móc vòng với dây quấn thứ cấp

chỉ móc vòng với dây quấn sơ cấp

2

E 



~1

1 Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp

2

E 



~1

1

dt

di L i

R



1 1

1 1

1

dt

di L

i3 – Các phương trình cơ bản của MBA

2 Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp

2

E 



~1

3 Phương trình cân bằng stđ trong MBA

2

E 



~ 1

Theo định luật dòng điện toàn phần:

+ khi không tải

khi tải thay đổi từ “0” đến “định mức”  H  const

i4 – Qui đổi và sơ đồ thay thế MBA

A Qui đổi MBA

1 Mục đích qui đổi:

+ Khi k lớn  U1,U2 chệnh nhau nhiều

 khó khăn khi sử dụng đồ thị véc tơ để tính toán mạch từ

+ thuận tiện hơn khi nghiên cứu MBA

2 Thực chất của việc qui đổi:

2 Điều kiện qui đổi:

Quá trình năng lượng trong 2 máy phải như nhau

A Qui đổi MBA

+ qui đổi sức điện động: Cho E 2 , E 1 tìm E’ 2

i4 – Qui đổi và sơ đồ thay thế MBA

B Sơ đồ thay thế MBA

Hệ PT MBA đã qui đổi U 2   E 2   I R 2  ( 2   jX2  )

 U20 là điện áp đm thứ cấp

0 0

1

dm

I i

i5 – Các chế độ làm việc của MBA

Z

2 2 1

i5 – Các chế độ làm việc của MBA

n

P R

i5 – Các chế độ làm việc của MBA

AB U

1 1

i5 – Các chế độ làm việc của MBA

3 Chế độ mang tải

Đặc tính ngoài của MBA: U2  f I( )2

Đk:giữ cost không đổi trên mỗi đường đặc tính

Khi không tải: I2  0 U2 U20

+tải thuần dung: đi lên

3 Chế độ mang tải

ra vao

cost 1

i6 –MBA 3 pha

1 Cấu tạo và nguyên lí

Máy biến áp 3 pha được ghép từ 3 máy biến áp 1 pha

       

2 hệ số biến áp

1 m d

m

U k

ab U



12x30o = 360o

AB U

z,b x,c

B

X,Y,Z

AB U



A C

k n

mi nk

khi A thay đổi

U2 thay đổi từ:

- Dùng để khởi động động cơ công suất lớn

- Dùng trong các phòng thí nghiệm, trong dân dụng

Ưu điểm ?Nhược điểm ?

Chương 3 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

Định nghĩa, cấu tạo và công dụng

PHẦN II MÁY ĐIỆN

Chương 3 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

Quá trình năng lượng

Động cơ không đồng bộ 3 pha là động cơ có tốc độ roto nhỏ hơn tốc

độ từ trường quay

Gọi n1 là tốc độ từ trường quay

1 Định Nghĩa:

i1 – Định nghĩa, cấu tạo và công dụng

A Stato:

+ Dây quấn:

gồm các dây quấn pha AX, BY, CZ

các đầu dây được đưa ra hộp đầu nối

Kiểu đấu dây và điện áp định mức:

A B C

Z X YY/ : 380/220V

Y/ : 660/380V

i1 – Định nghĩa, cấu tạo và công dụng

B Roto: (Phần động)

+ Lõi thép: ghép bằng các lá thép KTĐ dày : 0,3 – 0,5mm

các lá thép được dập rãnh để đặt dây quấn roto

+ Dây quấn: có 2 loại

- Dây quấn ngắn mạch (lồng sóc)  gọi là động cơ KĐB roto lồng sóc

LÁ THÉP RÔTO

- Dây quấn pha: có cấu tạo giống dq stato (nối hình Y)

- Kết cấu đơn giản

- Không thay đổi được R2

LỒNG SÓC

i1 – Định nghĩa, cấu tạo và công dụng

- Cấu tạo phức tạp, giá thành cao

- Có thể thay đổi R mạch roto nhờ Rf

Dây quấn 3 pha = đồng nối Y

C Khe hở không khí  = (0,25 1) mm

Chổi than

- Dây quấn pha: có cấu tạo

giống dq stato (nối hình Y)

các đầu dây quấn roto 

đưa ra ngoài nhờ vành

trượt và chổi than

Vành trượt: bằng đồng gắn

trên trục roto

Chổi than: graphit, gắn trên

satato nối với mạch ngoài

VÀNH TRƯỢT

CHỔI THAN

DÂY QUẤN ROTO

i2 – Từ Trường quay trong động cơ KDB 3 pha

1 Định nghĩa: Là từ trường có phương thay

đổi trong không gian theo thời gian

2 Cách tạo ra từ trường quay

I i

2

  < 0

m C

I i

I i

2

  < 0

m C

I i

i2 – Từ Trường quay trong động cơ KDB 3 pha

* Nhận xét :

- Khi cho i3pha vào dq 3 pha có trục lệch 120o

- Khi iS biến thiên 1 CK

quay được 1/p vg

1 1

60fn

1 giây: iS biến thiên f1 CK f1

- Khi lệch pha t.gian = lệch pha k.gian = 120o

m m3p

3 2



1 Y

  

tong m

3 2

   

Trong động cơ 3 pha là từ trường quay tròn, có biên độ không đổi

tong



i3 – Nguyên lý làm việc của động cơ KDB 3 pha

60fn

sn

=> i2

Coi DQ Stato => Sơ cấp

Coi DQ Roto => Thứ cấp

Không tải lý tưởng của ĐC Giống MBA không tải

Thời điểm mở máy của ĐC Giống MBA ngắn mạch

i4 – Các phương trình cơ bản (mô hình toán học)

1 Phương trình cân bằng điện

 Dây quấn sơ cấp MBA

E1 = 4,44f1 W1 kdq1  kdq1 < 1 : hệ số dây quấn

a Phía Stato

b Phía Roto Khi R quay với vận tốc n

n1n

Dòng điện i2 có tần số f2 pn2

60

 Với n2 = n1 - n

n2

1 2

i4 – Các phương trình cơ bản (mô hình toán học)

X2 : điện kháng tản roto khi đứng yên

X2S : điện kháng tản roto khi quay

2 Phương trình cân bằng từ

Không tải,  do s.t.đ Fo :

Có tải,  do tổng 2 s.t.đ :

m1, m2 : số pha dây quấn S và R

kdq1, kdq2 : hệ số dây quấn của S và R

2 '

2

i

II

i5 – Qui đổi và sơ đồ thay thế

* Hệ phương trình của động cơ

e

2 2 dq 2

w k E

i

I I

* Biến đổi đơn giản ta có

i6 – Quá trình năng lượng

1 đ

P



P1 công suất điện đầu vào

P2 công suất cơ đầu ra

Chế độ định mức

dm 2

dm 1dm

P



st P

P2

oKhe hở

Công suất điện từ



1 đ

1dm

I k

i7 – Momen quay của động cơ KĐB 3 pha

Mặt khác:

2 2

2

U I

2 f p

Rs

 

2 1 max

3pUM

10 20 30 40 50 60

i7 – Momen quay của động cơ KĐB 3 pha

 dùng Rf nối tiếp vào roto để tăng Mmmkhi có Rf nối tiếp R2

2 f k

1

UM

3pUM

Đặc tính cơ của đ/c KĐB 3 pha

500 1000

i8 – Các phương pháp mở máy đ/c KĐB 3pha

U I

(R R ) (X X )



   = (5 7) IđmKhi mở máy trực tiếp 

• Mmm lớn

• Imm nhỏ

• Pm nhỏ

 Cần có biện pháp mở máy để có:

1 Mở máy bằng cuộn kháng nối tiếp Stato:

Imtt

Imđc =

ck

I k

mtt

=> Mmck = 2

ck

M k

i8 – Các phương pháp mở máy đ/c KĐB 3pha

2 Mở máy bằng biến áp tự ngẫu:

BA

U U

I k

BA

I k

3 Mở máy bằng đổi nối Y  :

Nếu MM bằng nối  trực tiếp:

II

3





mtt mY

MM



®

d c

U 3 Z



®

f c

U Z



®

d c

UZ



®3

CD1

CD2

X Y ZY

Chỉ sử dụng cho các động cơ nối  ở chế độ làm

việc bình thường

i8 – Các phương pháp mở máy đ/c KĐB 3pha

4 Mở máy bằng điện trở phụ:

- Đ/c roto dây quấn  nối thêm điện trở Rmm

vào dây quấn roto trong quá trình mở máy

R mởStato

Rôto

2 mth k

1 Các tiêu chí đánh giá 1 phương pháp điều chỉnh tốc độ đ/c

* Phạm vi điều chỉnh

max min

  Tỷ số giữa 2 tốc độ liền kề nhau

Nếu   1 thì gọi là điều khiển liên tục

* Độ ổn định tĩnh

Là n khi Mc thay đổi trong khoảng: 0 ÷ Mđm

- điều chỉnh điện áp stato

- điều chỉnh điện trở phụ nối vào roto

n

Tự nhiên

12Mc

nn’

n“

M

1 Cấu tạo

- Là động cơ sử dụng lưới điện 1 pha

- Stato:

+ Lõi thép: Ghép từ các lá thép KTĐ mỏng, có rãnh để đặt dây quấn stato

+ Dây quấn: là dây quấn 1 pha

- Roto:

+ Lõi thép: Ghép từ các lá thép KTĐ mỏng, có rãnh để đặt dây quấn roto

+ Dây quấn: là dây quấn ngắn mạch/ lồng sóc

i10 – Động cơ không đồng bộ 1 pha

2 Từ trường trong đ/c KĐB 1 pha

- Từ trường trong đ/c KĐB 1 pha là từ trường đập mạch

2 Từ trường trong đ/c KĐB 1 pha

- Tương đương đ/c KĐB 1 pha = 2 đ/c KĐB 3 pha có chung 1 trục

i10 – Động cơ không đồng bộ 1 pha

2 Từ trường trong đ/c KĐB 1 pha

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -100

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

- Mmax đc1 pha < Mmax đc 3pha

- Mmax đc 1pha phụ thuộc R2

* Phương pháp mở máy đông cơ KĐB 1 pha

a/ Cần có ít nhất 2 cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian

 Sử dụng dây quấn phụ, thường đặt

lệch so với dây quấn chính 1 góc 900

dq chính

C

f

KỸ THUẬT ĐIỆN CHƯƠNG 4 – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

Định nghĩa, công dụng, cấu tạo

Sự làm việc song song của máy phát đồng bộ

KỸ THUẬT ĐIỆN 4.1 – Định nghĩa, công dụng, cấu tạo

* Rotor (phần cảm): Là 1 nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện 1 chiều

- Lõi thép rotor : thép khối

a Roto cực ẩn

p = 1

b Roto cực lồi

p  2

KỸ THUẬT ĐIỆN 4.2 – Nguyên lý hoạt động của máy phát đồng bộ

Bộ môn TBĐ - ĐT

5

Roto quay với tốc độ n.

 Từ trường quay với tốc độ n.

Thanh dẫn

dq

k w

KỸ THUẬT ĐIỆN 4.3 – Phản ứng phần ứng trong máy điện ĐB

KỸ THUẬT ĐIỆN 4.3 – Phản ứng phần ứng trong máy điện ĐB

KỸ THUẬT ĐIỆN 4.5 – Phương trình điện trong máy điện đồng bộ

I j X

I j X

I j E

)

I j E

t uq

I j E U

Phương trình điện của máy điện ĐB cực lồi

Với máy điện ĐB cực ẩn: X d  X q  X đb

đb

X I j E U

cos     cos cos  sin sin

) sin sin

cos cos

d

dt

X X

U X

UE P

4.5 – Công suất điện từ và mômen điện từ

dt

X X

U X

UE P



sin 3

1 1

2 3

phu

X X

U P

3 sin

d

dt

X X

U X

UE M

4.5 – Công suất điện từ và mômen điện từ

P dt  3 cos 

đb

X I j E U

KỸ THUẬT ĐIỆN CHƯƠNG 5 – ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU

Phân loại máy điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN 5.1 – nguyên lý làm việc

-a

b

c d

+

-a

b n c d

+

-a

b n c d

- Dây quấn cực từ chính: là dây quấn kích từ  từ thông chính 0

* Cực từ phụ: làm giảm tia lửa điện giữa chổi than và vành góp

* Dây quấn phần ứng: được ghép từ các phần tử

(khung dây) nối tiếp nhau.

5.2 – Cấu tạo của MĐ 1 chiều

 Các phần tử chia thành các mạch nhánh song song

- Ký hiệu số mạch nhánh song song : 2a

 Sđđ của máy = sđđ của các nhánh song song

lv tb

B a

N td

e a

N u

E

2



Bộ môn TBĐ - ĐT

6

KL: Máy điện 1 chiều có cấu tạo

phức tạp hơn nhiều so với máy

điện KĐB 3 pha.

* Cổ góp: được ghép bằng các phiến đồng

Chổi than

Lò xo ép chổi than

Cổ góp

* Chổi than:

Phiến góp

KỸ THUẬT ĐIỆN 5.3 – SĐĐ và mômen điện từ

1 Sức điện động phần ứng: Eư

* Giả thiết: Máy điện có N thanh dẫn và 2a nhánh song song

a

N e

e td 

a

N n

D l p Dl

E u

2

.60

22

.2

2 Mômen điện từ của MĐ 1 chiều: Mđt

roto

dt dt

P M

KỸ THUẬT ĐIỆN 5.4 – Từ trường và phản ứng phần ứng

Đặc điểm:

 TT trong máy chỉ do dòng kích từ sinh ra.

- Phân bố đều trong khe hở không khí

- đối xứng qua đường trung tính hình học mn

 Thanh dẫn đi qua trung tính hình học sẽ

) (

ĐC M

MF E

KỸ THUẬT ĐIỆN 5.5 – Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp

1 Hiện tượng:

- Có tiếp xúc trượt giữa chổi than và vành góp

- Có dòng điện chạy qua tiếp xúc trượt này

 Dòng điện lớn đến giá trị nhất định sẽ xuất hiện tia lửa điện

B – Nguyên nhân điện từ:

Do quá trình đổi chiều dòng điện trong phần tử đổi chiều

* Quá trình đổi chiều:

dt

di L

e L  

dt

di M

e M  

v l B

e q 

q M

KỸ THUẬT ĐIỆN 5.5 – Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp

3 Biện pháp khắc phục:

- Triệt tiêu sức điện động phản kháng trong phần tử đổi chiều

 Sử dụng cực từ phụ:

+ đặt giữa 2 cực từ chính

+ nằm trong vùng đổi chiều

+ sinh ra từ thông sao cho trong phần tử

đổi chiều cảm ứng ra sđđ ephụ = ep và

ngược chiều với ep

Cực từ phụ

 Dịch chổi than về phía đường trung tính vật lý , sử dụng dây quấn bù

Bộ môn TBĐ - ĐT

13

n n

KỸ THUẬT ĐIỆN 5.6 – Phân loại máy điện 1 chiều

1 MĐ1 chiều kích từ độc lập:

Dựa trên mối quan hệ về điện giữa dây quấn kích từ và dây quấn phần ứng

2 MĐ1 chiều kích song song:

3 MĐ1 chiều kích nối tiếp:

Phần ứng

1 Quá trình thành lập điện áp trên 2 cực máy phát 1 chiều:

KỸ THUẬT ĐIỆN 5.7 – Máy phát điện 1 chiều

1.b – Máy phát 1 chiều kích từ song song

Phần ứng

U 

) (I kt f

U 

) (I kt f

U 

Bộ môn TBĐ - ĐT

17

2 Đặc tính ngoài của máy phát 1 chiều:

Là quan hệ giữa điện áp trên 2 cực máy phát với dòng điện tải.

Điều kiện: n  const I kt  const

Phương trình điện:

n k

E u  e. R u  R dâyu  R tx  P phu  (R bù  R kt)

u u

Khi tăng tải :

KỸ THUẬT ĐIỆN 5.7 – Máy phát điện 1 chiều

Bộ môn TBĐ - ĐT

19

2.b – Máy phát 1 chiều kích từ song song

Phần ứng

I

KỸ THUẬT ĐIỆN 5.7 – Động cơ điện 1 chiều

1 Phương trình điện của động cơ:

Bộ môn TBĐ - ĐT

21

u u

-2 Mở máy động cơ 1 chiều:

Imm  Icho phép  (23) IđmĐộng cơ 1 chiều không mở máy trực tiếp  cần phải có biện pháp mở máy

3 Đặc tính cơ:

Bộ môn TBĐ - ĐT

22

 M f

n 

)1( u

u

u I R E

U  

) 2 (

n k

Eu  e 

) 3 (

. u

M I k

M  

Lấy (2) thay vào (1)

u e

u e

I k

R k

k

R k

U n

m e

u e

.2

KỸ THUẬT ĐIỆN 5.7 – Động cơ điện 1 chiều

Là tốc độ không tải lý tưởng

M A n

-b Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp:

kt

U

u

M I k

2 1

R M

k k

U n

m e

u e

A

U



KỸ THUẬT ĐIỆN 5.7 – Động cơ điện 1 chiều

4 Điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều:

Bộ môn TBĐ - ĐT

25

+ Điều chỉnh điện áp U + Điều chỉnh từ thông  (Ikt) + Thêm điện trở vào roto

n

M Thêm điện trở Rp

Phần ứng

k

R R

k

U n

m e

p u