ĐỀ CƯƠNG MÁY điện CHƯƠNG 1 đại học hàng hải

đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.đề cương máy điện đại học hàng hải.

1

T T G

G

G G

T

G

G G

G

T T

G

G

G G

Chương 1

Câu 1: Trình bày chức năng nhiệm vụ và kết cấu mạch từ của máy biến áp một pha

- Chức năng của lõi thép là mạch từ của máy biến áp, nhiệm vụ của lõi thép là dẫn từ và làm khung để đặt cuộn dây

- Lõi thép được làm từ các lá thép kỹ thuật điện (KTĐ) có độ dầy từ (0,35 0,5) mm, hai

bề mặt được sơn cách điện ghép định hình lại với nhau (nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy Fu-cô)

- Lõi thép gồm có hai phần: Trụ từ (T) và Gông từ (G):

- Trụ từ là phần lõi thép dùng để đặt khung để quấn cuộn dây và là nơi sinh ra sức từ động

F = w.i Nếu mạch từ kín mạch thì sức từ động F sẽ sinh ra từ thông chạy trong mạch từ (lõi thép)

- Gông từ là phần lõi thép dùng để khép kín từ thông của mạch từ

- Nếu là biến áp kiểu trụ thì cuộn dây đặt lên các trụ (T) đối diện, còn nếu là biến áp kiểu bọc thì cuộn dây đặt ở trụ giữa còn hai trụ phía ngoài để bảo vệ:

Lõi thép kiểu trụ lõi thép kiểu bọc

- Các lá thép được ghép lại với nhau và được ép chặt bằng các xà thông qua các đinh ốc, nếu xiết càng chặt càng đỡ tiếng ồn khi máy công tác Các lá thép được ghép với nhau theo kiểu đan xen hoặc là kiểu ghép tiếp xúc có thể là dạng chữ I, L, E

Dạng chữ L Dạng chữ E và I



2

- Tiết diện của trụ càng gần với hình tròn càng tốt vì tăng khả năng sử dụng dây quấn và chịu được lực điện từ lớn sinh ra khi bị ngắn mạch các dạng cơ bản là:

Câu 2: Trình bày chức năng nhiệm vụ và kết cấu dây quấn của máy biến áp một pha

1 Chức năng, nhiệm vụ

Dây quấn máy biến áp là mạch điện, nhiệm vụ là dẫn điện Máy biến áp có dây quấn kiểu tập trung và được chế tạo chủ yếu là dây đồng hoặc dây nhôm có bọc cách điện Dây quấn có tiết diện nhỏ thì dùng loại dây có tiết diện hình tròn, còn dây quấn có tiết diện lớn thì dùng loại dây có tiết diện hình chữ nhật

2 Trình bày kết cấu dây quấn

- Các cuộn dây đồng tâm (lồng vào nhau), các cuộn dây xen kẽ

- Theo quan điểm về cách điện thì cuộn dây cao áp đặt ngoài, cuộn dây thấp áp đặt trong để dễ dàng cho việc cách điện với lõi

- Theo quan điểm về phát nhiệt thì cuộn có dòng điện lớn đặt ngoài, cuộn dây có dòng điện bé đặt trong (biến áp hàn)

- Yêu cầu đối với cuộn dây biến áp: Tỏa nhiệt dễ dàng; có đủ độ bền về cơ học ,độ bền về điện để chống được hiện tượng xuyên thủng

3 Tên gọi và ký hiệu

- Trong máy biến áp một pha thông thường có hai cuộn dây: Cuộn Sơ cấp và Thứ cấp

- Dây quấn sơ cấp là dây quấn nhận năng lượng điện xoay chiều cần biến đổi của nguồn điện Ký hiệu các đại lượng sơ cấp là: U1, I1,W1

- Dây quấn thứ cấp là dây quấn đưa năng lượng điện đã được biến đổi ra đến các nơi tiêu thụ Ký hiệu các đại lượng thứ cấp là: U2, I2, W2…

Lưu ý: Theo giá trị về điện áp đặt được trên từng cuộn dây người ta phân ra: cuộn dây cao áp và cuộn dây thấp áp Cuộn cao áp có thể là cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp; cuộn thấp áp cũng

có thể là cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp

4 Sơ đồ nguyên lý.

- Sơ đồ nguyên lý kết cấu:

3

- Sơ đồ ký hiệu:

Câu 3: Trình bày nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha

1 Sơ đồ

2 Nguyên lý, máy biến áp một pha ,ở chế độ không tải

- Đặt cuộn dây sơ cấp , số vòng dây w1 , điện áp xoay chiều một pha u1 ,tần số là

f1dòng điện i1 chạy trong cuộn sơ cấp, tạo ra sức từ động F = w1 i1 và sinh ra

từ thông sơ cấp Φ= Φ1 = Φ0 được gọi là từ thông không tải

- Từ thông Φ1 khép kín, qua mạch từ máy biến áp và móc vòng, với cả hai cuộn

w1 và w2

- Gọi từ thông móc vòng với cuộn sơ cấp w1 là 1 và với cuộn thứ cấp w2 là 2

thì 1 = w1.Φ1; 2 = w2.Φ1

- Dòng điện i1 còn sinh ra từ thông, chỉ móc vòng qua cuộn sơ cấp w1 và khép kín

qua không khí(hoặc dầu) được gọi là từ thông tản sơ cấp Φt1

- Giả sử điện áp u1 đặt vào cuộn sơ cấp w1 là hình sin, thì từ thông cũng biến

thiên sin và biểu diễn bằng công thức sau: Φ = Φ1 = Φm.sinωt

Ф 1

Ф 2

Ф

u 1

i 1

W 1

e 1

Ф s1 Ф s2

Z T

i 2

W 2

e 2

Ф 1

Ф 2

Ф

u 1

i 1

W 1

Z T

i 2

W 2

e 2

n1

Uv

n2

Ur

n1

Uv

n2

Ur

4

Trong đó: Φm là biên độ từ thông, ω = 2πf1 là tần số góc;

- Theo định luật cảm ứng điện từ ta có :

e1 = - d 1/dt = - w1.d 1/dt = E1 sin( - 900 )

e2 = - d 2/dt = - w2.d 1/dt = E2 sin( - 900 ) Trong đó gía trị hiệu dụng của chúng là:

E1 = w1 m.π f1 = 3,14 f1.w1 m = 4,44.f1.w1 m

E2 = w2 m.π f1 = 3,14 f1.w2 m = 4,44.f1.w2 m

3 Nguyên lý, máy biến áp một pha, ở chế độ có tải

- Cuộn dây thứ cấp (w2) nối với phụ tải dòng i2 chạy từ cuộn thứ cấp đến tải

- Năng lượng được truyền từ w1 sang w2

- Dòng điện i2 tạo ra một từ thông thứ cấp Φ2 cũng móc vòng với cả cuộn w1 và

w2 được gọi là từ thông tổng hợp ,của từ thông sơ cấp Φ1 và thứ cấp Φ2

- Khi có tải thì từ trường Φ1 được thay bằng Φ và 1 được thay bằng , ngoài ra ,dòng điện thứ cấp i2 cũng sinh ra ,từ thông tản thứ cấp đó là Φt2

- Hệ số máy biến áp: 1d

20

m

U K U

 ;

- Bỏ qua sụt áp :

E1 U1dm v Eà 2 U20  1 1 1

W W

dm

K

   ; hiệu suất η 1

 S = U1.I1 U2.I2  1 2 1 1

W W

K

4 Kết luận: MBA biến đổi điện áp và truyền năng lượng điện, từ cuộn dây sơ cấp sang

cuộn dây thứ cấp thông qua con đường từ trường

Câu 4: Dẫn dắt ra phương trình cân bằng điện áp mạch điện sơ cấp, thứ cấp máy biến áp một pha

1 Vẽ sơ đồ:





Ф 1

Ф 2

Ф

u 1

i 1

W 1

e 1

Ф s1 Ф s2

Z T

i 2

W 2

e 2

5

Trong đó:

- u1, W1, e1, i1: là điện áp nguồn, số vòng dây; sđđ, dòng điện cuộn sơ cấp

- u2, W2, e2, i2: là điện áp nguồn, số vòng dây; sđđ, dòng điện cuộn thứ cấp

- Φ1; Φ2; Φ; Φt1; Φt2: là từ thông sơ cấp, thứ cấp, chính, tản sơ cấp, tản thứ cấp

2 Phân tích :

- Theo nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha, khi đặt vào cuộn dây sơ cấp ( )

một điện áp u1 hình sin  dòng điện i1 và khi cuộn dây thứ cấp được khép mạch qua

tải  dòng i2; Dòng điện i1 và i2 tạo nên các sức từ động (stđ) tương ứng là ,

Cả hai stđ này sinh ra từ thông và sẽ tác động nên cuộn dây sơ và thứ cấp các sđđ

tương ứng là:

;

- Ngoài ra còn một phần nhỏ từ thông do hai stđ , tạo ra, chỉ khép mạch riêng

với từng cuộn dây tương ứng và gọi là các từ thông tản sơ cấp và thứ cấp : và

các từ thông tản này cũng gây ra các sđđ tản:

; *

- Vì đường đi khép kín của từ thông tản là không khí hay dầu máy biến áp , độ từ thẩm

xem như không đổi nên điện cảm tản ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Lt1 và Lt2 là không

thay đổi Theo quan hệ của từ thông móc vòng ở cuộn dây, do dòng điện chạy

trongcuôn dây gây ra thì từ thông móc vòng được tính như sau: ;

Từ *  ;

- Ngoài ra dòng điện , còn gây nên sụt áp trên các điện trở ,tác dụng của cuộn dây sơ

cấp và thứ cấp là: , .Theo định luật KiếcKhốp 2 ta có phương trình sau:

Ở mạch sơ cấp ta có: hay :

Ở mạch thứ cấp ta có: hay

Chuyển về dạng số phức như sau:

1

w

1 1

w i w i2 2



d

dt



dt



 

1 1

w i w i2 2

1

t

t





t





t L i t

1

t t

di

dt

t t

di

dt

 

1

i i2

1 1

i r i r2 2

u    e e i r u1  e t1 e1 i r1 1

e e i r u u2  e2 e t2i r2 2

1

U

1

E

  E.t1 I r.1 1

2

U

2

E

 E.t2 I r.2 2

6

Câu 5: Dẫn dắt ra phương trình cân bằng sức từ động trong máy biến áp một pha

1 Vẽ sơ đồ:

Trong đó:

 u1, W1, e1, i1: là điện áp nguồn, số vòng dây; sđđ, dòng điện cuộn sơ cấp

 u2, W2, e2, i2: là điện áp nguồn, số vòng dây; sđđ, dòng điện cuộn thứ cấp

 Φ1; Φ2; Φ; Φt1; Φt2: là từ thông sơ cấp, thứ cấp, chính, tản sơ cấp, tản thứ cấp

2 Phân tích:

- Theo nguyên lý làm việc của máy biến áp 1 pha, khi có tải thì từ thông chính do cả hai

sức từ động và tạo nên, còn khi chế độ không tải ứng với dòng điện ở dây quấn

sơ cấp là thì từ thông chính chỉ do sức từ động tạo nên

- Xét phương trình cân bằng điện áp:bỏ qua điện áp rơi trên tổng trở cuộn sơ cấp thì:

và coi điện áp nguồn là định mức ;

Do vậy: ,nghĩa là từ thông Như vậy khi từ thông

biên độ không đổi thì nhận được là sức từ động tổng ( + ), sinh ra

lúc có tải bằng với sức từ động lúc không tải , nên ta có phương trình cân bằng

sức từ động:

hay và biến đổi: = ;

3 Kết luận:

- Khi máy biến áp có tải thì dòng điện ở dây quấn sơ cấp gồm có hai thành phần: thứ nhất

tạo ra từ thông chính ; thứ hai dùng để bù lại tác dụng của dòng điện thứ cấp nên khi

tải tăng ( ) thì ( ) cũng tăng ,tức là dòng sơ cấp cũng tăng để giữ cho dòng đảm bảo

sinh ra từ thông trong máy là không đổi

- Như vậy trong máy biến áp, khi thay đổi ở phía dây quấn thứ cấp đều ảnh hưởng đến phía

sơ cấp Năng lượng từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp là không trực tiếp, bằng con

đường điện mà qua con đường từ trường (máy biến áp cảm ứng)

Ф 1

Ф 2

Ф

u 1

i 1

W 1

e 1

Ф s1 Ф s2

Z T

i 2

W 2

e 2



1 1

1

w

1 1 4, 44 .1 1m

1 4, 44 .1 1m

1m

1m

1

w

w

1

w

w

'

I  I

1

w

w



0

2

I



'

2

2

I

7

Câu 6: Thiết lập sơ đồ tương đương, phương trình cơ bản và đồ thị véc tơ của máy biến áp một pha ở chế độ không tải

1 Vẽ sơ đồ

Trong đó:

 U1, W1, E1, I0 = I1: là điện áp nguồn, số vòng dây; sđđ, dòng điện cuộn sơ cấp

 U2 = E20 W2, : là điện áp nguồn, số vòng dây; sđđ cuộn thứ cấp

 Φ1= Φ0; Φt1: là từ thông sơ cấp, tản sơ cấp

2 Phân tích:

- Sơ đồ tương đương:

Trên sơ đồ:

X - điện kháng mạch từ hóa đặc trưng cho sự tạo thành từ thông chính

X - điện kháng liên quan đến từ thông tản

R - điện trở thuần của cuộn dây sơ cấp

R - điện trở đặc trưng cho tổn hao thép (từ trễ và Phu cô)

Chú ý: R , R , X coi là hằng số còn X sẽ bị ảnh hưởng khi lõi thép bão hoà

- Áp dụng định luật Kiếckhốp 1, 2 ta có PT:

U   E I R1( 1JX1)

I0 I FeI

Trong đó: I - tạo ra từ thông ; IFe - sinh ra tổn hao thép

- Đồ thị véc tơ

I = Il 0

 0

 =

T1

1

X R

U l

I = I.l .0

l

I Fe

.

I .

RFe X

E l

1

1

fe



8

 Dựng véc tơ theo một hướng bất kỳ như hình a), từ thông được tạo ra bởi dòng

I và coi I ; vẽ véc tơ E chậm pha so véc tơ từ thông Véc tơ I vượt trước véc tơ từ thông và trùng pha với I và I I

 Quay véc tơ E 1 góc ta sẽ có véc tơ - E và từ mút của véc tơ -E ta đặt véc

tơ I R song song với véc tơ I Từ cuối của véc tơ I R ta dựng một véc tơ jI X1 vuông góc với I R Nối điểm cuối của mút vécto tơ jI X1 với điểm đầu của véc tơ

E ta được véc tơ U1

a) Đồ thị véc tơ đầy đủ b) Sơ đồ và đồ thị véc tơ đơn giản

Câu 7: Thiết lập sơ đồ tương đương, phương trình cơ bản và đồ thị véc tơ của máy biến áp một pha ở chế độ có tải

1 Vẽ sơ đồ

Trong đó:

- u1, W1, e1, i1: là điện áp nguồn, số vòng dây; sđđ, dòng điện cuộn sơ cấp

- u2, W2, e2, i2: là điện áp nguồn, số vòng dây; sđđ, dòng điện cuộn thứ cấp

- Φ1; Φ2; Φ; Φt1; Φt2: là từ thông sơ cấp, thứ cấp, chính, tản sơ cấp, tản thứ cấp

1

=

U l

.

E l

.

I 

U.l -E l

.

I  

.



Ul

-E l

E l

.

.

I 0R 1

.

I 0R1

j

I 0

.

I 

I Fe

.

0



X 

Ф 1

Ф 2

Ф

u 1

i 1

W 1

Z T

i 2

W 2

e 2

9

2 Phân tích :

- Sơ đồ tương đương:

- Các đại lượng quy đổi từ thứ cấp về sơ cấp được tính như sau:

 Số vòng dây thứ cấp quy đổi:

 Suất điện động thứ cấp quy đổi: E2' E1 K E2

 Dòng thứ cấp quy đổi:

 Điện trở cuộn thứ cấp quy đổi:

hay

 Điện kháng tản thứ cấp quy đổi:

 Vậy tổng trở mạch thứ cấp quy đổi:

- Áp dụng định luật Kiếckhốp 1, 2 ta có các phương trình :

I0 IR FeI và I0 I1I2

U1E1I1(R1J.X1)

U2 E2I2(R2J.X2)

- Đồ thị véc tơ

'

2

2

2

2

I R

I

'

2

s

X Tg

R

'

s s

10

 Dựng véc tơ từ thông bất kỳ và chậm sau véc tơ từ thông một góc 900

ta dựng véc

tơ E = và véc tơ dòng điện không tải I0 I feI

 Từ mút véc tơ ta đặt véc tơ - song song với véc tơ Véc tơ chậm sau một góc ; góc được xác định theo công thức:

t

t

R R

X X artg





2

' 2 '

2

; và từ mút véc tơ dựng véc tơ các sụt áp trên cuộn thứ cấp quy đổi về sơ cấp được

' 2

U

 Từ mút véc tơ ta đặt véc tơ - và nối mút véc tơ - với gốc toạ độ ta có véc tơ

và từ mút véc tơ

- 1

E dựng véc tơ các sụt áp trên cuộn sơ cấp sẽ nhận được véc tơ

.

1

U và nhận được đồ thị như hình sau

1

/ 2

E

.

o

I

/ 2

I

/ 2

I

/ 2

I

/ 2

E

/ 2

2

2



/

2

/

2

t t

t





/ 2

E

.

o

I

/ 2

I

/ 2

I

.

1

I

i R i

Fe

 2 2

I '

2

U '

E ' 2= E1

 1

1 1

µ

11

Câu8 Thiết lập sơ đồ tương đương, phương trình cơ bản và đồ thị véc tơ của máy biến áp một pha ở chế độ ngắn mạch thí nghiệm

1 Vẽ sơ đồ

Các chế độ ngắn mạch:

 Ngắn mạch sự cố là khi ngắn mạch cuộn thứ cấp mà điện áp đăt vào cuộn sơ cấp rất lớn (có thể là U1đm) và dòng điện chạy trong cuộn sơ và thứ cấp rất lớn có thể tới (10 20)Iđm làm cháy máy biến áp Loại ngắn mạch này thường gặp khi sử dụng vận hành các biến áp trong thực tế sản xuất

Ngắn mạch thí nghiệm là khi ngắn mạch cuộn thứ cấp và điện áp đăt vào cuộn sơ cấp đủ nhỏ sao cho dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp và thứ cấp là định mức

2 Phân tích

- Sơ đồ tương đương:

a) b)

a là sơ đồ tương đương dạng đầy đủ, b là sơ đồ tương đương đơn giản

- Áp dụng định luật Kiếckhốp 1, 2 ta có các phương trình:

Theo sơ đồ tương đương đầy đủ ta

Theo sơ đồ tương đương đơn giản ta có:

U 1



W 1

I 1ng

W 2

U 2 = 0

I 2ng



'

I 1

.

.

E = E 2

 X

Fe

R

.



I

Fe

I

X 1 l

.

Ul

2

I

'

'

I 2

l

U.

2

R

X 2

R l X 1

2 E

=

E l

1

I

'

' '

I 0

.

U   E I RJX

.

U   E I RJX

12

- 'I 2

I 1

El

-.

l

E=E2.'



I 1

. Rl .

l X 1

I j l

U.

'

I 2

2

R

. 'I 2

j RI 2.' 2



I '

0

I Fe

I

. Ul

l R ng

I

I ngXl j

.

-El

jI ngX2 '

I ngR2 '

- 'I 2

.

=

I 1

.

=I ng

2

l

U jI ngXl

I ngRl

I ngXl j

2 R ng

I .

.

El

-ng

I ngRng

ng

I .

jI ngXng l

U.

C

A

B

- ' I 2

I 1

E l

-.

l

E = E 2



I 1

R l

l

X

1

I j

l

U.

'

I 2

2

R

j R I 2.' 2



I

'

0

I

Fe

I

.

U l

l

R

ng

I

I ng X l

j

.

- El

j I ng X 2 '

I ng R 2'

- ' I 2

=

I 1

= I ng

2

l

U jI ngXl

I ng R l

I ng X l

j

2

R

ng

I .

.

E l

-ng

I ng R ng

ng

I .

j I ng X ng l

U.

C A B

Với = do vậy = ngm( ) + ngm(R +JX ) ;

Đặt Rtđ = R1 +R = Rngm; Xtđ = Xt1 + X = Xngm và Ztđ =Zngm = Rngm +JXngm là tổng trở ngắn

mạch của máy biến áp và phương trình điện áp như sau:

= ngm Zngm và khi đó Cos ng = Rng / Зng ; Зng =

- Đồ thị véc tơ

Vẽ đồ thị véc tơ tương tự như ở chế độ có tải, với các giả thiết về sơ đồ đầy đủ và đơn giản

a) Dạng đầy đủ b) Dạng rút gọn

Câu 9 Trình bày khái niệm về máy biến áp ba pha Dẫn dắt sự hình thành mạch từ không

đối xứng của máy biến áp ba pha

1 Khái niệm về máy biến áp ba pha

Máy biến áp ba pha dùng để biến đổi nguồn điện ba pha phục vụ trong sản xuất và đời sống

Biến áp ba pha được tạo bởi ba máy biến áp một pha riêng biệt và được nối với nhau một cách

thích hợp hoặc là một biến áp ba pha riêng biệt

2 Phân tích

- Cấu tạo của máy biến áp ba pha giả thiết gồm ba máy biến áp một pha

-

/

o

2

I

.

I

.

1

E

.

/

2

E

1

U

.

/ 2

/ 2

t

.

1

U

.

ng ng