+ Thay đổi điện áp của dòng điện xoay chiều đến các giá trị thích hợp. + Sử dụng trong việc truyền tải điện năng để giảm hao phí trên đường dây truyền tải. + Sử dụng trong máy hàn điện n[r]
Trang 1MÁY BIẾN ÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG
I Bài toán truyền tải điện năng đi xa
Xét sự truyền tải điện từ nhà máy điện (nguồn điện)
truyền tải điện năng đến nơi tiêu thụ (tải) trên hai dây dẫn
có điện trở trên mỗi dây là r/2 Điện trở tổng công trên dây
dẫn là r Công suất phát đi từ nhà máy phát điện là P xem
như ổn định Hệ số công suất trên dây dẫn và tải xem như tối ưu cos 1:
P = UIcos UI Công suất hao phí do sự tỏa nhiệt trên đường dây tải:
Php = rI2 = r(
U
P
)2 = P2 2
U r
Với công suất phát P xác định để giảm Php ta phải giảm r hoặc tăng U
Biện pháp giảm r có những hạn chế: Vì r =
S
l
nên để giảm r, ta phải dùng các loại dây có
điện trở suất nhỏ như đồng, bạc, dây nhôm, với giá thành quá cao hoặc tăng tiết diện S, mà tăng tiết diện S thì tốn kim loại và phải xây cột điện lớn nên không kinh tế
Trái lại, biện pháp tăng U có hiệu quả rõ rệt: Tăng U lên n lần thì Php giảm n2 lần
II Máy biếp áp
Máy biến áp là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều
1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
Bộ phận chính là một lỏi biến áp hình khung bằng sắt non có
pha silic cùng với hai cuộn dây có điện trở nhỏ và độ tự cảm
Nhà máy điện
Tải tiêu thụ r/2
r/2
Trang 2lớn quấn trên lỏi biến áp Cuộn thứ nhất có N1 vòng nối vào nguồn phát điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn thứ 2 có N2 vòng nối ra các cơ sở tiêu thụ điện năng gọi là cuộn thứ cấp
Nối hai đầu cuộn sơ cấp vào nguồn phát điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn
sơ cấp tạo ra từ trường biến thiên trong lỏi biến áp Từ thông biến thiên của từ trường đó qua cuộn thứ cấp gây ra suất điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp
2 Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp
* Cuộn thứ cấp để hở (I 2 = 0, máy biến áp ở chế độ không tải)
Thay đổi các số vòng N1, N2, đo các điện áp U1
và U2 ta thấy:
1 2
1
2
N
N U
U
Nếu N2 > N1thì U2 > U1: Máy tăng áp
Nếu N2 < N1thì U2 < U1: Máy hạ áp
* Cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ (I 2 0, máy biến áp ở chế độ có tải)
Nếu hao phí điện năng trong máy biến áp không đáng kể (máy biến áp làm việc trong điều kiện
lí tưởng) thì công suất của dòng điện trong mạch sơ cấp và trong mạch thứ cấp có thể coi bằng nhau
U1I1 = U2I2
Do đó:
2 2
1 2
2
1
N
N U
U I
I
III Ứng dụng của máy biến áp
+ Thay đổi điện áp của dòng điện xoay chiều đến các giá trị thích hợp
+ Sử dụng trong việc truyền tải điện năng để giảm hao phí trên đường dây truyền tải
+ Sử dụng trong máy hàn điện nấu chảy kim loại
Trang 3IV Bài toán ví dụ:
Một máy biến áp lý tưởng hạ áp từ 5 kV xuống 220 V Từ nơi đặt máy biến áp đến tải sử dụng điện, đường dây dẫn có tổng điện trở 0,12 Ω Công suất cung cấp điện của máy khi tải hoạt động
ổn định là 40 kW Trong điều kiện hoạt động ổn định này, xem hệ số công suất bằng 1 Hãy tính: a) Tỷ số số vòng dây giữa cuộn sơ cấp với cuộn thứ cấp và cường độ hiệu dụng trên dây
b) Độ sụt thế trên dây
c) Điện áp hiệu dụng ở cuối đường dây
d) Công suất tổn hao trên đường dây tải
Hướng dẫn giải bài toán
a) Tỷ số số vòng dây cuộn sơ cấp với cuộn thứ cấp:
Nsc/Ntc = Usc/Utc = 5000/220 = 22,73
Cường độ hiệu dụng trên dây tải điện
I = P/U = 40000/220 = 181,8 (A)
b) Độ sụt thế trên dây:
U = rI = 0,12.181,8 = 21,8 (V) c) Điện áp hiệu dụng ở hai đầu tải:
UC = U - U = 220 – 21,8 = 198,2 (V) d) Công suất tổn hao trên đường dây tải:
Php = rI2 = 0,12.181,82 = 3966 (W)
Trang 4MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
I Máy phát điện xoay chiều một pha
1 Cấu tạo và hoạt động
+ Cấu tạo gồm bộ phận chính:
Phần cảm là nam châm vĩnh cữu hay nam châm điện Đó là phần tạo ra từ trường
Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động Một trong hai phần đặt cố định, phần còn lại quay quanh một trục Phần cố định gọi là stato, phần quay gọi là rôto
+ Hoạt động: Khi rôto quay, từ thông qua cuộn dây biến thiên, trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng, suất điện động này được đưa ra ngoài để sử dụng
2 Tần số của dòng điện xoay chiều
Nếu máy phát có 1 cuộn dây và 1 nam châm (một cặp cực), rôto quay n vòng trong 1 giây thì tần số của dòng điện là f = n
Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong 1 giây thì f = np
Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong 1
phút thì f =
60
n
p
II Máy phát điện xoay chiều ba pha
1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
Máy phát điện xoay chiều ba pha cấu tạo gồm stato có ba cuộn
dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau quấn trên ba lỏi sắt đặt lệch
nhau 1200 trên một vòng tròn, rôto là một nam châm điện
Khi rôto quay đều, các suất điện động cảm ứng xuất hiện trong
ba cuộn dây có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha là
3
2
Trang 5
Nếu nối các đầu dây của ba cuộn với ba mạch ngoài (ba tải tiêu thụ) giống nhau thì ta có hệ ba
dòng điện cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha là
3
2
2 Cách mắc mạch ba pha (đã học ở môn Công nghệ)
+ Mắc hình sao
Ba điểm đầu của ba cuộn dây được nối với 3 mạch ngoài bằng 3 dây
dẫn, gọi là dây pha Ba điểm cuối nối chung với nhau trước rồi nối với 3
mạch ngoài bằng một dây dẫn gọi là dây trung hòa
Khi mắc hình sao ta có: Ud = 3Up (Ud là điện áp giữa hai dây pha,
Up là điện áp giữa dây pha và dây trung hoà)
+ Mắc hình tam giác
Điểm cuối cuộn này nối với điểm đầu của cuộn tiếp theo
theo tuần tự thành ba điểm nối chung Ba điểm nối đó được nối với 3
mạch ngoài bằng 3 dây pha
III Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ
Quay đều một nam châm hình chử U với tốc độ góc thì từ trường
giữa hai nhánh của nam châm cũng quay với tốc độ góc
Đặt trong từ trường quay với tốc độ góc một khung dây dẫn kín
có thể quay quanh một trục trùng với trục quay của từ trường thì
khung dây quay với tốc độ góc ’ < Ta nói khung dây quay không
đồng bộ với từ trường
Giải thích: Từ trường quay làm từ thông qua khung dây biến thiên,
trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng Cũng chính từ trường
quay này tác dụng lên dòng điện trong khung dây một mômen lực
làm khung dây quay Theo định luật Len-xơ, khung dây quay theo
chiều quay của từ trường để giảm tốc độ biến thiên của từ thông
Tốc độ góc của khung dây luôn nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường vì nếu tốc độ góc của khung dây bằng tốc độ góc của từ trường thì từ thông qua khung dây không biến thiên nữa, dòng điện cảm ứng không còn, momen lực từ bằng 0, momen cản làm khung dây quay chậm lại Lúc đó lại
Trang 6có dòng cảm ứng và có momen lực từ Khung dây sẽ quay đều khi momen lực từ và momen cản cân bằng nhau
IV Động cơ không đồng bộ ba pha (Đã học ở môn Công nghệ)
+ Tạo ra từ trường quay bằng cách cho dòng điện xoay chiều
3 pha đi vào trong stato gồm 3 cuộn dây giống nhau, đặt lệch nhau 120o trên một giá tròn thì trong không gian giữa 3 cuộn dây sẽ có một từ trường quay với tần số góc bằng tần số góc
của dòng điện xoay chiều
+ Đặt trong từ trường quay một rôto lồng sóc (có tác dụng như một khung dây dẫn có thể quay dưới tác dụng của từ trường quay) có thể quay xung quanh trục trùng với trục quay của từ trường
+ Rôto lòng sóc quay do tác dụng của từ trường quay với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của từ trường Chuyển động quay của rôto được sử dụng để làm quay các máy khác
V Bài toán ví dụ *
Một nguồn điện ba pha mắc hình sao:
a) Chứng minh Ud = 3Up
b) Nối nguồn điện với một động cơ điện ba pha Vẽ hình cách nối dây này
c) Nếu muốn đổi chiều quay của động cơ điện xoay chiều ba pha, người ta đổi vai trò của hai
trong ba dây pha của nguồn điện nối vào động cơ Giải thích tại sao?