BAI GIANG MÁY ĐIỆN 2

Máy điện là một trong những môđun cơ sở được biên soạn dựa trên chương trình khung và chương trình dạy nghề do Bộ Lao động Thương binh và Xã hội và Tổng cục Dạy nghề ban hành dành cho hệ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề Điện tử công nghiệp. Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất, trong mỗi bài đều có ví dụ và bài tập áp dụng để làm sáng tỏ lý thuyết. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm giảng dậy, tham khảo đồng nghiệp và tham khảo ở nhiều giáo trình hiện có để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế.

MÔ ĐUN: MÁY ĐIỆN 2 (Thí nghiệm xác đinh các thông số máy điện)

Bài 1: Thí nghiệm máy biến áp

Mục tiêu:

- Đấu dây đúng sơ đồ

- Sử dụng các dụng cụ đo thành thạo

- Xác đinh được chính xác các thông số máy biến áp

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

1 Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động của máy biến áp

1.1 Cấu tạo

Máy biến áp bao gồm ba phần chính:

Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)

Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)

Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)

 Lõi thép: Được tạo thành bởi các lá thép mỏng ghép lại, về hình dáng có hai loại: loại

trụ (core type) và loại bọc (shell type)

o Loại trụ: được tạo bởi các lá thép hình chữ U và chữ I Một lượng lớn từ trường sinh

ra bởi cuộn dây sơ cấp không cắt cuộn dây thứ cấp, hay máy biến áp có một từ thông ròlớn Để cho từ thông rò ít nhất, các cuộn dây được chia ra với một nửa của mỗi cuộn đặttrên một trụ của lõi thép

o Loại bọc: được tạo bởi các lá thép hình chữ E và chữ I Lõi thép loại này bao bọc cáccuộn dây quấn, hình thành một mạch từ có hiệu suất rất cao, được sử dụng rộng rãi

Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gôngtừ

Dây quấn máy biến áp: Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện hình tròn hoặc

hình chữ nhật Đối với dây quấn có dòng điện lớn, sử dụng các sợi dây dẫn được mắc song song

để giảm tổn thất do dòng điện xoáy trong dây dẫn Bên ngoài day quấn được bọc cách điện

 Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)

 Dây quấn thứ cấp (Second Winding)

Dây quấn được tạo thành các bánh dây ( gồm nhiều lớp ) đặt vào trong trụ của lõi thép Giữacác lớp dây quấn, giữa các dây quấn và giữa mỗi dây quấn và lõi thép phải cách điện tốt vớinhau Phần dây quấn nối với nguồn điện được gọi là dây quấn sơ cấp, phần dây quấn nối với tảiđược gọi là dây quấn thứ cấp.

Các phần phụ khác

Ngoài 2 bộ phận chính kể trên, để MBA vận hành an toàn, hiệu quả, có độ tin cậy cao MBA còn phải có các phần phụ khác như: Võ hộp, thùng dầu, đầu vào, đầu ra, bộ phận điều

chỉnh, khí cụ điện đo lường, bảo vệ

1.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

 : Từ thông cực đại sinh ra trong mạch từ

Như hình vẽ nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha có hai dây quấn W1,W2

Khi ta nối dây quấn sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều điện áp u1 sé có dòng điện sơcấp i1 chạy trong dây quấn sơ cấp w1 dòng điện i1 sinh ra từ thông biến thiên chạy trong lõithép, từ thông này móc vòng đồng thời với với cả 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, và được gọi là

Cảm ứng vào dây quấn thứ cấp sức điện động cảm ứng là:

dt

d w

e1  1 

Trong đó w1 vá w2 là số vòng dây của cuộn dây sơ cấp, thứ cấp

Khi máy biến áp không tải dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện i2 = 0, từ thông chínhchỉ do cuộn dây w1 sinh ra có trị số đúng bằng dòng từ hóa

Khi máy biến áp có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải Zt dưới tác dụng của sức điện động cảm ứng e2, dòng điện thứ cấp i2 cung cấp điện cho tải, khi đó từ thông chính trong lõi thép do đồng thời cả hai cuộn dây sinh ra

Điện áp U1 biến thiên dạng sin nên từ thông chính cũng biến thiên cos

Nếu chia E1 cho E2 ta c ó:

2

1 2

1

W

W E

E

K được gọi là hệ số biến áp

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ngoài không khí có thể coi gần đúng U1=E1,U2=E2

ta có:

2

1 2

1 2

1

W

W E

E U

U

Đối với máy tăng áp: U2>U1;W2>W1

Đối với máy tăng áp: U2<U1;W2<W1

Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, só thể coi gần đúng các quan hệ các đại lượng sơcấp và thứ cấp như sau: U2I2=U1I1

Ví dụ: Cuộn dây của máy biền áp nối vào mạng điện 10000v, điện áp ở đầu cực thứ cấp là

100v, tính tỷ số biến áp, số vòng của cuộn thứ cấp, nếu số vòng cuộn sơ cấp là 21000

2.3 Sơ đồ thay thế máy biến áp một pha

 X1; R1: Điện kháng và điện trở của cuộn sơ cấp.

 X2

/; R2/: Điện kháng và điện trở của cuộn thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp

 Xm; Rm: Điện kháng và điện trở của mạch từ.

SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA MBA 1 PHA

 I1: Dòng điện trong mạch sơ cấp.

 Im: Dòng điện trong mạch từ.

 I2

/: Dòng điện thứ cấp qui đổi

 U1: Điện áp đưa vào mạch sơ cấp.

 U2

/: Điện áp thứ cấp qui đổi

 Qui ước: Sơ đồ tương đương cuả MBA là 1 mạng 2 cửa với U1  U2, nên sẽ gặp khó khăntrong vấn đề tính toán các thông số của máy Để đơn giản hóa vấn đề trên, khi thành lập sơ

đồ thay thế, người ta có những qui ước sau:

Xem như điện áp ra và điện áp vào của máy là bằng nhau:

Với: R2; X2 lần lượt là điện trở và điện kháng thật của cuộn thứ cấp.

Theo lý thuyết mạch điện ta cũng có các biểu thức:

2 Thí nghiệm đặc tính không tải của máy biến áp 1 pha.

Là trạng thái mà điện áp đưa vào sơ cấp là điện mức và phía thứ cấp hở mạch Có thể khái

quát trạng thái như sau: U 1 = U 1đm ; I 2 = 0

2

Thí nghiệm đo các thông số không tải khi thay đổi U 10 ghi kết quả đo vào bảng

U 10

U20

I10

P0

Vẽ đặc tuyến U 10 theo f(I 0 )

Vẽ đặc tuyến P 0 theo f(U 10 )

Rn.100

; I0 = 0,05Iđm Các tổn hao P0 =800W; Pn = 2400W; Điện áp ngắn mạch thí nghiệm Un% = 4 Giã sử R1 = R2/; X1 = X2/; R0 =

Rm; X0 = Xm Hãy tính

a Các tham số lúc không tải của máy

b Hệ số công suất lúc không tải

c Các tham số ngắn mạch của máy

Thí nghiệm đo các thông số ngắn mạch khi thay đổi I 1n ghi kết quả đo vào bảng

U 1n

I1n

I2n

Pn

Vẽ đặc tuyến U 1n theo f(I 2n )

Vẽ đặc tuyến P n theo f(I 2n )

I1n

k

4 Chế độ có tải của mba:

Chế độ có tải là chế độ trong đó dây quấn sơ cấp nối vào nguồn điện áp định mức, dâyquấn thứ cấp nối với tải Để đánh giá mức độ của tải, người ta dùng hệ số tải kt

kt=

dm

I I

I

1

1 2

2  kt=1 tải định mức

kt<1 non tải

kt>1 quá tải

4.1 Độ thay đổi điện áp:

Khi mba làm việc điện áp đầu ra U2 thay đổi theo trị số và tính chất điện cảm hoặc điệndung của tải (dòng I2), do có điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp Hiệu số học giữa cáctrị số của điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải U2 trong điều kiện U1đm gọi là độ thay

2 20 2 2

20

100

%1

U U U U

U

U U

4.3 Hiệu suất của mba:

Hiệu suất của mba là tỷ số giữa công suất đầu ra P2 và công suất đầu vào P1

100)

1(100)

1 1

2

fe cu

fe cu

P P P

P P P

P P

đm t

t đm t

P K P S

K

S K

.cos

cos

I

2

2 2

2 

LRC

U2

10,5

L

CR4

0

∆u2 %

U20

0Đường đặc tính ngoài của máy biến áp

Nếu cost không đổi, hiệu suất cực đại khi Kt= t n

n

P K hayP P

P

2 0

5 Thí nghiệm xác định cực tính của máy biến áp cảm ứng.

Đối với máy biến thế hoặc động cơ, nếu mất cực tính khi đã mở nắp ra rồi, thì có thể xác địnhbằng mắt Xem chiều dây quấn của cuộn dây máy biến thế, xem cách ra dây của cuộn dây động

cơ có thể biết

Trong trường hợp không tháo nắp máy ra, có thể dùng các thí nghiệm đơn giản như sau: đối vớimáy biến thế

Cách 1.Đấu nối tiếp cuộn dây đã biết trước cực tính (cuộn 1) vào cuộn dây muốn biết cực tính

(cuộn 2) Cấp một điện thế AC vào cuộn 1

Đo điện thế ở mỗi cuộn 1 và 2 và điện thế tổng ở 2 đầu mút

Nếu điện thế tổng lớn hơn điện thế của cuộn 1 và 2( bằng tổng 2 điện thế đó) thì 2 cuộn cùngcực tính Nếu nhỏ hơn ( bằng hiệu hai điện thế) thì ngược cực tính

Cách 2

Dùng 1 bình accu, một milivolt kế một chiều loại có kim chỉ 0 ở giữa

Nối điện kế vào cuộn dây muốn biết cực tính

Cấp điện vào cuộn dây đã biết cực tính, sẽ thấy kim điện kế lệch về 1 bên rồi trở về 0

Cắt điện ra khỏi cuộn dây, điện kế sẽ lệch về phía còn lại, rồi lại trở về 0

Lý luận theo nguyên lý cảm ứng điện từ, sẽ biết được cực tính

Cách này dùng trong trường hợp không thể cấp điện vào bất kỳ cuộn nào, hoặc số vòng giữa 2cuộn chênh lệch nhau quá lớn Thí dụ như cần xác định cực tính biến dòng chân sứ của máybiến thế

6 Thí nghiệm máy biến áp ba pha.

6.1.Khái quát

Cấu tạo lõi thép gồm 3 trụ, dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng chữ in hoa: pha A ký hiệu là

AX, pha B ký hiệu là BY, pha C ký hiệu là CZ Dây quấn thứ cấp ký hiệu bằng chữ in thường:pha a ký hiệu bằng ax, pha b ký hiệu bằng by, pha c ký hiệu bằng cz

Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể đấu (Y) hoặc (), ngoài 2 kiểu đấu dây trên dây quấn mba

có thể đấu theo kiểu zic – zắc ký hiệu là Z

Nếu sơ cấp đấu hình tam giác, thứ cấp đấu hình sao ta ký hiệu là ∆/Y Nếu sơ cấp nối hìnhsao, thứ cấp đấu sao có dây trung tính ta ký hiệu là Y/Y0

Gọi số vòng dây một pha sơ cấp là w1, số vòng dây một pha thứ cấp là w2, tỷ số điện áppha giữa sơ cấp và thứ cấp là: 

Tỷ số điện áp dây không những chỉ phụ thuộc vào tỷ số vòng dây mà còn phụ thuộc vàocách đấu sao hay tam giác

Khi nối ∆/Y, ta có Ud1=Up1, còn thứ cấp nối sao Ud2= 3Up2 Vậy tỷ số điện áp dây là:

2

1 2

1 2

1

3

w U

U U

U

p

p d

1 2

1

w

w U

U U

U

p

p d

Khi nối Y/Y:

2

1 2

1 2

U U

U

p

p d

yY

zZC

Máy biến áp 3 pha mạch từ riêng

Máy biến áp 3 pha mạch từ

chung

2

1 2

1 2

w

w U

U U

U

p

p d

6.2 Tổ nối dây của mba

Tổ nối dây của mba được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp so với kiểu đấudây thứ cấp Nó biểu thị góc lệch pha giữa các suất điện động dây sơ cấp và dây thứ cấp củamba Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Chiều quấn dây

 Cách ký hiệu các đầu dây

 Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp

Xét mba 1 pha có 2 dây quấn sơ cấp AX và thứ cấp ax Nếu có 2 day quấn được quấn cùngchiều trên trụ thép thì suất điện động cảm ứng trong chúng khi có từ thông biến thiên đi qua sẽhoàn toàn trùng pha nhau Khi đổi chiều quấn dây của một trong 2 dây quấn hoặc đổi ký hiệuđầu dây (vd: dây quấn thứ cấp ax) thì suất điện động trong chúng sẽ hoàn toàn ngược pha nhau

Trường hợp thứ nhất góc lệh pha giữa các suất điện động kể từ vectơ suất điện động sơcấp đến vectơ suất điện động thứ cấp theo chiều kim đồng hồ là 3600 hai trường hợp sau là 1800

ở mba còn lại do cách đấu dây quấn Y hay  với những thứ tự khác nhau mà góc lệch pha giữacác suất điện động dây sơ cấp và thứ cấp có thể là 300, 600 … 3600

Trên thực tế người ta không dùng độ mà dùng

phương pháp kim đồng hồ để biểu thị

và gọi tên tổ nối dây của mba

Cách biểu thị như sau:

Hình b

AA

Xax

Xxa

aA

36

00

Xx

Kim dài chỉ suất điện động dây

sơ cấp đặt cố đinh ở con số 12

6.3 Sự làm việc song song của mba

Trong các trạm biến áp, để đảm bảo các điều kiện kinh tế và kỹ thuật như tổn hao vậnhành tối thiểu, liên tục truyền tải công suất khi xảy ra sự cố hay khi phải sửa chữa mba, người

ta thường cho 2 hoặc nhiều mba làm việc song song Muốn vậy, chúng phải thoả mãn các điềukiện sau đây

6.3.1 Điện áp sơ cấp định mức và thứ cấp của các mba phải bằng nhau

Xác định tổ nối dây bằng phương pháp Kim đồng hồ

11010098

432112

U1I=U1II

U2I=U2II

 nghĩa là KI=KIITrên thực tế cho phép hệ số biến áp K của các máy khác nhau không quá 0,5%

6.3.2 Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau

UnI%=UnII%=…

Cần đảm bảo điều kiện này, để tải phân bố trên các máy tỷ lệ với công xuất định mức củachúng Nếu không đảm bảo điều kiện này, ví dụ UnI%<UnII% thì khi máy I nhận tải định mức,máy II còn non tải Trong thực tế Un% sai khác nhau 10%

6.3.3 Máy biến áp cùng tổ nối dây

Ví dụ không cho phép hai máy có tổ nối dây Y/11và Y/Y-12 làm việc // với nhau vìđiện áp thứ cấp của hai máy này không trùng pha nhau, sẽ có dòng điện cân bằng lớn chạy quẩntrong các máy do sự chênh lệch điện áp thứ cấp của chúng

6.4 Thí nghiệm không tải:

6.4.1 Thí nghiệm MBA 3 pha đấu ∆/∆.

Bước 1 Xoay núm điều khiển điện áp (ngược chiều kim đồng hồ) về vị trí 0.

Chú ý: xác định cực tính cuộn dây MBA trước khi đấu kín.

Bước 2 Kiết nối MBA như sơ đồ.

Bước 3 Bật nguồn và điều chỉnh điện áp ES = 220V Khi sử dụng đồng hồ Voltkế

xoay chiều để đo và ghi lại kết quả:

Es = 220V E5-6(2) = ………V E1-2(2) = ………V

E1-2 tổng = E2 = ……… V

Các giá trị đo được có bằng không? Từ đó xác định các cuộn dây nối đúng thư tự pha?

………

Bước 4 Khi các cuộn dây thứ cấp còn ở dạng tam giác hở (∆) thì điện áp tổng của các

cuộn dây thứ cấp 1-2 có bằng 0 không? Đo U1-2 tổng = 0 V từ đó xác định rằng an toàn khi đóng kín mạch theo hình ∆ trên phần thứ cấp của MBA

Bước 5 Khi việc nối các cuộn dây được xác định là đúng theo cực tính thì đóng kín

hình ∆ trên phần thứ cấp của MBA

Bước 6 Nối 3 voltkế E1, E2, E3 vào 3 pha của cuôn dây thứ cấp

Bật nguồn và điều chỉnh điện áp để có ES = 220V.

Đo E1 = E2 = E3 = ………V ( bên phía thứ cấp)

Chú ý r ằng : MBA được kết nối theo tỷ số biến áp K = 1 nên điện áp sơ cấp bằng điện

áp thư cấp

Bước 7 Tắt nguồn tháo tất cả các dây nối.

6.4.2 Thí nghiệm MBA 3 pha đấu Y/Y.

Máy biến áp 3 pha đấu Y-Y

Bước 1 Nối Module MBA 3 pha theo hình Y/Y như sơ đồ.

Bước 2 Bật nguồn và điều chỉnh để được điện áp ES = 220V (ES = U5-5 = điện áp bên

Bước 4 Kết quả đo được xác nhận rằng: các cuộn dây thứ cấp được nối đúng quan hệ

pha

Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 1

Bước 5 Điện áp dây bên phần sơ cấp và bên thư cấp của MBA có lớn gấp 3 lần điện

áp pha trên từng cuộn dây MBA?

Ta đã xét MBA 3 pha đấu ∆/∆ và đấu Y/Y ở chế độ không tải và có tỷ số biến thế

Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 1

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

- Khi K >1 MBA là hạ thế

- Khi K <1 MBA là tăng thế

6.4.3 Thí nghiệm có tải MBA 3 pha đấu ∆/Y:

Bước 1 Công tắc chính của nguồn đặt ở vị trí 0 (OFF) núm điều khiển điện áp đặt ở

vị trí ngược chiều kim đồng hồ

Bước 2 Nối Module MBA 3 pha theo hình ∆/Y như trong sơ đồ.

X

Y1 Y2

Bước 3 Bật nguồn và điều chỉnh để được điện áp ES = 127 V

Đo điện áp dây trên phần sơ cấp và thứ cấp và ghi lại kết quả

Bước 4 Trên phần thứ cấp của MBA có 3 tải trở R với

R = 5100 // 2700 // 1500 ≈ 811 ΩĐọc và ghi lại kết quả các dòng điện trên tải R

I1 = ………mA I2 = ………mA I3 =………mA

Bước 5 Với tải trở R = 1500//2700 = 964 Ω Đo và ghi:

I1 = ………mA I2 = ………mA I3 =………mA

Bước 6 Tải nguồn

- Tháo I1 đấu vào giữa X-Y1 để đo đòng điện dây sơ cấp

- Tháo I2 đấu vào giữa X-Y2 để đo đòng điện pha sơ cấp

Bước 7 Bật nguồn và giữ nguyên ES = 127 V

12

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

Đo và ghi:

I1 = ………mA I2 = ………mA I3 =………mA

Bước 8 So sánh dòng điện đo được bên phần sơ cấp và thứ cấp.

13

Máy điện 2 GV: Lại Minh HọcNỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ:

1 Nội dung:

+ Về kiến thức:

- Phân loại; Công dụng của máy biến áp

- Cấu tạo của máy biến áp.

- Nguyên lý làm việc của máy biến áp

- Thí nghiệm các chế độ làm việc của máy biến áp

- Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp 3 pha

- Chế độ làm việc và các cách nối dây của máy biến áp 3 pha

- Các điều kiện đấu song song của máy biến áp 3 pha

+ Về kỹ năng:

- Giải bài tập cơ bản về tính toán máy biến áp 1 pha, 3 pha

- Thí nghiệm các chế độ làm việc của máy biến áp

+ Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác.

2 Phương pháp:

- Kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm

- Kỹ năng: Đánh giá kỹ năng tính toán các bài tập

Câu hỏi:

1.Định nghĩa và phân loại máy biến áp

2.Trình bày cấu tạo và cộng dụng của các phần chính

3.Trình bày nguyên lý làm việc của máy biến áp

4.Nêu các điều kiện ghép hai máy biến áp làm việc song song nhau

5.Tổ nối dây của máy biến áp là gì? Tại sao phải xác định tổ nối dây

6.Tại sao khi tăng dòng điện thứ cấp thì dòng điện sơ cấp lại tăng lên? Lúc đó từ thông trongmáy có thay đổi không

7.Làm thế nào để xác định tham số từ hóa của máy biến áp? Thực chất dòng điện không tải vàtổn hao không tải là gì? Tại sao dung lượng máy biến áp nhỏ thì dòng điện không tải lại lớn?Khi không tải tăng điện áp đặt vào máy biến áp thì cosφ của máy như thế nào

8.Tổn hao ngắn mạch là tổn hao gì? Khi thí nghiệm ngắn mạch tại sao phải hạ điện áp xuống?Trị số điện áp ngắn mạch có ý nghĩa gì

9.Cho một máy biến áp có dung lượng Sđm = 20KVA, U1 = 126,8KV, U2 = 11KV, f = 50hz, diệntích tiết diện lõi thép S = 35,95cm2, mật độ từ thông B = 1,35T Tính số vòng dây của dây quấn

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

Bài 2: Thí nghiệm máy điện không đồng bộ

Mục tiêu:

- Đấu dây đúng sơ đồ

- Sử dụng các dụng cụ đo thành thạo

- Xác đinh được chính xác các thông số máy điện KĐB

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

1 Tìm hiểu cấu tạo và ghi các số liệu định mức của động cơ

1.1 Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện

từ, có tốc độ quay của rô to n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường n1 Cũng nhưcác máy điện khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ởchế độ động cơ điện cũng như chế độ máy phát điện

Người ta chia động cơ điện không đồng bộ ra làm các loại sau:

 Theo kết cấu của vỏ đồng cơ điện không đồng bộ có thể chia là các kiểu sau: kiểu hở,kiểu kín, kiểu bảo vệ, kiểu phòng nổ …

 Theo kết cấu của rô to máy điện không đồng bộ chia làm 2 loại: loại rôto kiểu dây quấn

và loại rôto kiểu lồng sóc

 Theo số pha trên dây quấn stato có tghể chia làm các loại: 1 pha, 2 pha và 3 pha

1.2 Các dại lượng định mức

Công suất định mức mà động cơ tiêu thụ: P1đm=  3

đm đm

P

 UđmIđmcosφđmMomen quay định mức ở đầu trục: Mđm=

đm

đm đm

n

P P

975,081,9

1.3 Cấu tạo của máy điện không đồng bộ

Gồm 2 phần chính: phần tĩnh (stato), phần quay (rô to), ngoài ra còn có vỏ máy

1.3.1 Phần tĩnh (stato) : gồm lõi thép và dây quấn

a Lõi thép:

Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với

nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục, lõi thép được ép vào trong vỏ máy

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

c Vỏ máy:

Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên

bệ Hai đầu vỏ có nắp máy, ổ đỡ trục Vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy

1.3.2 Rô to: gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.

vòng đồng tạo thành lồng sóc Đối với động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cácthanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát

Loại rô to dây quấn trong các rãnh của lõi thép rô to, ta đặt dây quấn 3 pha dây quấn rô tothường nối sao, 3 đầu nối ra ngoài với 3 vòng tiếp xúc bằng đồng được đặt cố định trên trục vàđược cách điện với trục Ba chỏi than tỳ sát lên 3 vòng tiếp xúc để nói với 3 điện trở, dùng để

mở máy hoặc để điều chỉnh tốc độ Động cơ có kiểu rô to này gọi là động cơ không đồng bộ rô

to dây quấn

Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến, động cơ rô to dây quấn có ưu điểm là mở máy vàđiều chỉnh tốc độ, song giá thành đắt và vận hành kém tin cậy, nên nó chỉ được dùng khi động

cơ rô to lồng sóc không đáp ứng được các yêu cầu về truyền động

1.4 Từ trường của máy điện không đồng bộ

1.4.1 Từ trường của dây quấn 1 pha

Từ trường của dây quấn 1 pha là từ trường có phương không đổi, song trị số và chiềubiến đổi theo thời gian gọi là từ trường đập mạch Gọi P là số đôi cực ta có thể cấu tạo dây quấn

để tạo ra từ trường 1, 2 hoặc P đôi cực

Xét dây quấn 1 pha đặt trong 4 rãnh của stato Dòng điện đi vào dây quấn là dòng điện 1pha i = Im.sint, quy ước chiều dòng điện đi từ đầu đến cuối ký hiệu +, từ cuối đến đầu là dấuchấm

16

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

Căn cứ vào chiều dòng điện ta xác định được chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai.Dây quấn (hình a) tạo ra từ trường 1 đôi cực P = 1, hình b tạo ra từ trường 2 đôi cực

1.4.2 Từ trường quay của dây quấn 3 pha

Dòng điện xoay chiều 3 pha có ưu điểm lớn tạo ra từ trường quay trong các máy điện

a Sự tạo thành từ trường quay

Cho dòng điện xoay chiều 3 pha đối xứng vào dây quấn stato

Xét tại các thời điểm như sau:

* Thời điểm phat900: dòng điện pha A cực đại dương, dòng điện pha B và C âm, theo quy

ước trên dòng điện pha A dương nên đầu A ký hiệu , đầu cuối X ký hiệu dấu , dòng điệnpha B và pha C âm nên đầu B và C ký hiệu dấu cuối Y và Z ký hiệu dấu  Dùng quy tắc vặnnút chai xác định chiều từ trường do dòng điện sinh ra: Ta thấy từ trường tổng có 1 cực S và 1cực N ta gọi là từ trường một đôi cực (P=1) Trục từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha Apha là pha có dòng điện cực đại

17

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

* Thời điểm pha t90 0 1200: Dòng điện pha B cực đại dương, các dòng điện pha A và C

âm, dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường Ta thấy từ trường tổngquay đi một góc là 1200 với thời điểm trước Trục của từ trường tổng trùng với trục dây quấnpha B là pha có dòng điện cực đại

* Thời điểm phat90 0 2400: lúc này dòng điện pha C cực đại dương, dòng điện pha A và

B âm, ta thấy từ trường tổng lúc này quay đi một góc 2400 so với thời điểm ban đầu Trục của

từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha C

Qua sự phân tích trên, ta thấy từ trường tổng của dòng điện 3 pha là từ trường quay

Từ trường quay móc vòng móc vòng qua cả dây quấn stato và dây quấn roto, là từ trường chínhcủa máy điện, tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng

Với cách cấu tạo dây quấn như trên ta được từ trường quay một đôi cực, nếu thay đổicách cấu tạo dây quấn, ta được từ trường 2,3 hay 4…đôi cực

b Đặc điểm của từ trường quay

Từ trường quay của hệ thống dòng điện 3 pha có 3 đặc điểm quan trọng

Tốc độ của từ trường quay: phụ thuộc vào tần số dòng điện (f) và số đôi cực P khi dòngđiện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay được một vòng, do đó trong một phút dòng điệnstato biến thiên 60f chu kỳ Vậy khi từ trường có một đôi cực, tốc độ của từ trường quay là

n1=60f (vòng/phút) Khi từ trường có hai đôi cực, dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trườngquay ½ vòng (từ cực N qua cực S đến N là ½ vòng), do đó tốc độ trường quay là n1=60f/2, mộtcách tổng quát khi từ trường quay có P đôi cực, tốc độ từ trường quay(còn gọi là tốc độ đồngbộ) là n1=60f/P (vòng/phút)

Chiều quay của từ trường: chiều quay của từ trường

phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện

Muốn đổi chiều quay của từ trường

ta hay đổi thứ tự hai trong ba pha với nhau

Khi thứ tự lần lượt của pha là A, B, C

một cách chu kỳ thì từ trường quay từ

trục dây quấn pha A đến pha B rồi trục

pha C tương ứng

Nếu đổi thứ tự hai pha với nhau,

ví dụ dòng điện iB vào dây quấn CZ,

iC vào dây quấn BY từ trường sẽ quay

18

A B C

x y z

A B C

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

từ trục dây quấn AX đến CZ (có dòng iB) rồi đến trục dây quấn BY(có dòng điện iC) nghĩa là từtrường quay theo chiều ngược lại

1.4.3 Từ trường của dây quấn hai pha

Khi dây quấn hai pha (m=2) đặt lệch nhau trong không gian góc 900 điện, dòng điện tronghai dây quấn lệch nhau về thời gian 900, cũng phân tích tương từ như trên

1.4.4 Từ thông tản

Bộ phận từ thông chỉ móc vòng riêng rẽ với mỗi dây quấn gọi là từ thông tản, ta có từthông tản stato, chỉ móc vòng với dây quấn stato, từ thông tản roto chỉ móc vòng với dây quấnroto Từ thông tản được đặc trưng bằng điện kháng tản

1.5 Nguyên lý làm việc của máy điện KĐB.

1.5.1 Nguyên lý làm việc của động cơ điện KĐB.

khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào dây stato, sẽ tạo ra từ trường quay P đôi cực,quay với tốc độ là n1=60f/P, từ trường này cắt các thanh dẫn của dây quấn roto, cảm ứng cácsức điện động Vì dây quấn roto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòngđiện trong các thanh dẫn roto Lực từ tác dụng tương hổ giữa từ trường quay của máy với thanhdẫn mang dòng điện roto, kéo roto quay cùng chiều từ trường với tốc độ n

Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải, ta căn cứ vào chiềuchuyển động tương đối của thanh dẫn đối với từ trường, nếu coi từ trường đứng yên, thì chiềuchuyển động tương đối của thanh dẫn ngược chiều với n1, từ đó ta áp dụng quy tắc bàn tay phải,xác định chiều sức điện động cảm ứng như hình vẽ (dấu chỉ chiều đi từ ngoài vào trong).Chiều của lực từ xác định bằng quy tắc bàn tay trái, trùng với chiều n1

Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1 vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có

sự chuyển động tương đối, trong dây quấn roto không có sức điện động và dòng điện cảm ứng,lực từ bằng không

Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2 : n2= n1-n

* Hệ số trượt của tốc độ là: S=

1

1 1

2

n

n n n

1.5.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đồng bộ

Nếu stato vẫn nối với lưới điện nhưng trục roto không nối với tải, mà nối với một động cơ sơcấp Dùng động cơ sơ cấp kéo roto quay cùng chiều với n1và với tốc độ n lớn hơn tốc độ từtrường quay n1 Lúc này, chiều dòng điện roto I2 ngược lại với chiều chế độ động cơ và lực điện

từ đổi chiều Lực điện từ tác dụng lên roto ngược chiều với chiều quay, gây ram omen hãm cânbằng với momen quay của động cơ Máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện

19

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

1.6 Sơ đồ thay thế động cơ điện không đồng bộ.

Ke, ki : hệ số quy đổi sức điện động và dòng điện

2 , 2

R

2 2

, 2 2 ,

s R I

m .(1 ) 2 2.(1 )

2 2

, 2 2 , 2 1







1.7 Momen quay động cơ điện không đồng bộ ba pha.

Ở chế độ động cơ điện momen điện từ đóng vai trò momen quay, được tính là:

, 2 2 ,

, 2 1

1 ,

2

)(

)

s

R R

U I

, 2 1

, 2

2 1

) (

) (

.

3

X X s

R R s

R U p M

, ta có quan hệ n = f(M) đó là đặc tính cơ động cơ điện không đồng

bộ Động cơ sẽ làm việc ở điểm momen quay bằng momen cản (M=MC)

I

s

R, 2

, 2

, 2

X

X1

R1

 1

U

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

* Đặc điểm của momen quay động cơ không đồng bộ

, 2 ,

2 1 1

, 2

X X

R X

X R

(

.2

3

, 2 1 1

2 1 2

, 2 1

, 1 1

2 1

X X R

U P X

X R R

U p

Quan hệ giữa M, Mmax, sth có thể viết gần đúng như sau: M=

s

s s s

M

th th



max

.2

Thay s=1 vào biểu thức, momen mở máy động cơ là: Mmở=  , 2

2 1 2 , 2 1

, 2

2 1

)(

)(

3

X X R

R

R U p

1.8 Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

Khi bắt đầu mở máy thì roto đứng yên, hệ số trượt s=1 nên trị số dòng điện mở máy cóthể tính được theo mạch điện thay thế Imm= , 2

2 1 2 , 2 1

1

)(

Để hạn chế dòng điện mở máy ta cần có biện pháp mở máy, biện pháp mở máy cần đếnnhững yêu cầu cơ bản sau đây:

1 Phải có momen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải;

2 Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt;

3 Phương pháp mở máy và thiết bị càng dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn;

4 Tổn hao trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt;

1.8.1 Mở máy động cơ roto dây quấn

Khi mở máy, dây quấn roto được nối với biến trở mở máy, đầu tiên để biến trở nhỏ nhấtsau đó giảm dần về không

Muốn momen mở máy cực đại, sth=1, sth= , 1

2 1

, ,





X X

1

)(

Đây là phương pháp đơn giản nhất, chỉ việc đóng

trực tiếp động cơ điện vào lưới điện Khuyết điểm

của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn,

làm tụt điện áp mạng điện rất nhiều, nếu quán

tính mở máy lớn thời gian mở máy kéo dài, có thể làm

cháy cầu chì bảo vệ vì thế phương

pháp này được dùng khi công xuất nguồn điện lớn hơn công

suất động cơ điện rất nhiều, việc mở máy rất nhanh và đơn giản

b Mở máy bằng cách giảm điện áp đặt vào stato

Máy điện 2 GV: Lại Minh Học

Khi mở máy ta giảm điện áp đặt vào động cơ, cũng làm giảm dòng điện mở máy, khuyếtđiểm của phương pháp này là momen mở máy giảm đi rất nhiều, vì thế nó được dùng đối vớitrường hợp không yêu cầu momen mở máy lớn, có các biện pháp giảm điện áp như sau:

* Dùng điện kháng nối tiếp mạch stato:

Điện áp nguồn đặt vào động cơ qua cuộn kháng

Lúc mở máy cầu dao D2 mở, cầu dao D1 đóng

Khi động cơ đã quay ổn định thì đóng cầu dao D2

để ngắn mạch điện kháng Nhờ có điện áp rơi

trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vào động

cơ giảm đi k lần, dòng điện giảm k lần, song momen

giảm đi k2 lần (vì momen tỷ lệ bình phương điện áp)

* Dùng máy biến áp tự ngẫu:

Điện áp mạng điện đặt vào cuộn dây sơ cấp

của máy biến áp, điện áp thứ cấp đưa vào

động cơ điện Thay đổi vị trí con trượt để khi mở máy

điện áp đưa vào động cơ nhỏ, sau đó dần tăng lên định mức,

gọi k là hệ số biến áp tự ngẫu, U1điện áp pha của lưới điện,

Zn tổng trở động cơ lúc mở máy, điện áp pha đặt

vào động cơ lúc mở máy: Uđc=

đc

Z k

U Z

U

1



Dòng điện I1 lưới điện cung cấp cho động cơ lúc

có máy biến áp là dòng điện sơ cấp của máy biến áp

I1=

n

đc

Z k

U k

I

2 1

Phương pháp này chỉ áp dụng với động cơ

khi làm việc bình thường dây quấn stato nối tam giác



Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp

đặt vào mỗi pha giảm 3lần, sau khi mở máy

ta đổi nối lại thành tam giác như đúng quy định của máy

Dòng điện dây khi nối tam giác:

(1)Dòng điện dây khi nối hình sao:

1 (2)

23

KY

K∆

Z Y X

B

C A