Sáng kiên kinh nghiệm

[r]

Kỹ thuật điện là ngành khoa học ứng dụng các hiện tợng điện từ để biến đổi năng lợng,gia công vật liệu,truyền tải thông tin bao gồm việc tạo ra,biến đổi và

sử dụng điện năng trong các hoạt động thực tiễn của con ngời.

Ngày nay điện năng đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp,giao thông vận tải,nông lâm nghiệp,thông tin liên lạc và dịch vụ Điện năng rất quan trọng cho cơ khí hóa và tự động hóa,nó là nguồn năng lợng "cao cấp"tác

động lên các tài nguyên khoáng sản không kim loại(các loại đá,cát,muối ), kim loại (bô xít, thiếc, đồng, sắt )để tạo ra của cải vật chất cho xã hội,cho sự phát triển nền kinh tế quốc dân.

Kiến thức Kỹ thuật điện lớp 12 mang tính chất thực tiễn rõ ràng.Các thiết bị máy móc khảo sát ở đây rất gần với học sinh và đợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống.Song những quá trình xảy ra trong các thiết bị điện,về nguyên tắc không thể quan sát trực tiếp đợc.Chẳng hạn nh học sinh có thể nhìn thấy rôto máy điện quay,nhng quá trình điện từ xảy ra trong máy thì các em chỉ hình dung qua lời giải thích của giáo viên.Hơn nữa các tài liệu tham khảo về lĩnh vực

này cho học sinh phổ thông cũng không phổ biến.Vì vậy,tôi đã soạn ra"Những kiến thức cơ bản về máy điện trong chơng trình Kỹ thuật điện lớp 12"

nhằm giúp học sinh phần nào hiểu sâu hơn khi học chơng máy điện.

Đề tài gồm ba phần: Phần I cung cấp những khái niệm chung về máy điện nhằm giúp học sinh hiểu đợc định nghĩa và phân loại máy điện,các định luật dùng trong máy điện,tính chất thuận nghịch của máy điện,các vật liệu dùng trong máy điện,các tình trạng làm việc và những lợng định mức của máy

điện.Phần II cung cấp cho học sinh hiểu sâu hơn về máy biến áp (khái niệm chung,cấu tạo,nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha và ba pha).Phần III cung cấp cho học sinh những kiến thức về động cơ không đồng bộ ba pha (khái niệm về máy điện không đồng bộ,khái niệm về từ trờng quay và cách tạo ra từ tr-ờng quay,cấu tạo,nguyên lý làm việc,cách nối dây quấn xtato,thay đổi tốc độ quay và đổi chiều quay động cơ,sử dụng và bảo dỡng động cơ).

Tôi tin rằng học sinh sẽ dễ hiểu hơn khi kết hợp với sách giáo khoa và tài liệu này.

Tôi mong đợc sự góp ý của anh em trong tổ bộ môn và những ngời làm công tác kỹ thuật để đề tài thêm phong phú.

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Tác giả

Hoàng Thị Thu Huyền

Phần I Những khái niệm chung về máy điện

Nhìn theo quan điểm năng lợng thì máy điện là các thiết bị dùng để truyền tải hoặc biến đổi năng lợng điện từ.Ví dụ:Máy biến áp là thiết bị truyền tải năng lợng dòng

điện xoay chiều từ điện áp này,sang năng lợng dòng điện xoay chiều điện áp khác.Máy biến đổi tần số là thiết bị truyền tải năng lợng dòng điện xoay chiều ở tần

số này sang năng lợng dòng điện xoay chiều ở tần số khác.Các máy phát điện và động cơ điện, tơng ứng là các thiết bị biến đổi từ cơ năng sang điện năng và ngợc lại.Quá trình truyền tải hoặc biến đổi năng lợng điện từ trong các máy điện đều phải thông qua trờng điện từ tồn tại trong máy.Do đó bất kỳ một máy điện nào cũng đều có hai mạch:mạch điện và mạch từ đợc biểu diễn bằng sơ đồ dới đây (hình 1-1)

Máy

điện

Cửa vào Cửa ra

(u,i) hoặc(M,n) (M,n)hoặc (u,i)

Hình 1-1

Máy điện là một thiết bị có hai cửa

Các máy điện có nhiều loại và cấu tạo tuy có khác nhau,song đứng về mặt năng l-ợng thì có thể coi máy điện nh một thiết bị điện có hai cửa:Cửa vào và cửa ra(cửa vào

là cửa nhận năng lợng đa vào máy và cửa ra là cửa đa năng lợng từ máy ra ngoài) Nếu là máy phát điện thì năng lợng đa vào cửa vào là cơ năng,thể hiện qua mô men

M và tốc độ quay n truyền lên trục quay máy phát;còn năng lợng lấy ở cửa ra là điện năng,thể hiện qua dong điện i và điện áp u máy phát phát ra

Nếu là động cơ điện thì ngợc lại, năng lợng đa vào cửa vào là điện năng(u,i) và năng lợng lấy ở cửa ra là cơ năng (M,n)

Trong trờng hợp các máy điện truyền tải năng lợng,ví dụ nh máy biến áp chẳng hạn ,thì năng lợng ở cửa vào và cửa ra đều là điện năng(vào là u1,i1;ra là u2,i2)

Nh vậy,ta có thể coi nh có một dòng năng lợng chảy liên tục qua máy điện(hình 1-2).Dòng năng lợng chảy vào máy với công suất P1,một phần năng lợng này bị mất mát

ở trong máy với công suất P.Nh vậy dòng năng lợng chảy ra khỏi máy với công suất chỉ bằng : P2 = P1- P

P1 P2

Hình 1-2

Dòng năng lợng chảy qua máy điện

Ta có thể dùng một mạch điện để làm mô hình diễn tả và tính toán cờng độ các quá trình năng lợng xảy ra trong máy điện (Năng lợng đa vào và lấy ra,tổn thất năng lợng trong máy,cờng độ quá trình tích phóng năng lợng của trờng điện từ trong máy).Mạch

điện mô hình có cấu tạo hình học với một số nhánh và nút tuỳ ý,nhng phải có bốn cực,do đó ngời ta gọi là mạng bốn cực(hình1-3).Hai cực của mạng bốn cực đợc nối với nguồn điện có điện áp U1 gọi là hai đầu vào ; dòng điện ở đầu vào I1phải sao cho công suất đa vào mạng là U1I1,bằng công suất ở cửa vào của máy điện.Hai cực kia của mạng nối với tổng trở phụ tải ZPTgọi là hai đầu ra ; điện áp U2và dòng điện I2ở hai đầu

ra của mạng phải sao cho công suất đa ra là U2I2 bằng công suất ở cửa ra của máy

điện

I1 I2

U1 U2 ZPT

Đầu vào Đầu ra

Hình 1-3

Mạng bốn cực

Đ2 .Định nghĩa và phân loại máy điện

1 Định nghĩa máy điện

Máy điện là một thiết bị điện từ,nguyên lý làm việc dựa vào hiện tợng cảm ứng

điện từ,về cấu tạo gồm mạch từ(lõi thép) và mạch điện (các dây quấn),dùng để biến

đổi dạng năng lợng nh cơ năng thành điện năng(máy phát điện)hoặc ngợc lại biến đổi

điện năng thành cơ năng(động cơ điện),hoặc dùng để biến đổi thông số điện năng nh biến đổi điện áp,dòng điện,tần số,pha

2 Phân loại máy điện

P Máy điện

Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại khác nhau,ví dụ phân loại theo

công suất,theo cấu tạo,theo chức năng,theo loại dòng điện(xoay chiều,một chiều),theo nguyên lý làm việc Trong khuôn khổ của đề tài này,ta có thể phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi năng lợng nh sau:

a.Máy điện tĩnh: Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tợng cảm ứng điện từ do sự

biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tơng đối với nhau

Máy điện tĩnh thờng dùng để biến đổi thông số điện năng.Do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ,quá trình biến đổi có tính thuận nghịch.Ví dụ máy biến áp biến đổi hệ thống điện có thông số(U1,f )thành hệ thống điện có thông số(U2,f ),hoặc ngợc lại biến đổi hệ thống điện có thông số(U2 ,f )thành hệ thống điện có thông số(U1,f ) (hình 1- 4)

U1,f BA U2,f

Hình 1- 4

b.Máy điện có phần động quay hoặc chuyển động thẳng

Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tợng cảm ứng điện từ,lực điện từ,do từ trờng và dòng điện của các cuộn dây có chuyển đông tơng đối với nhau gây ra.Loại máy điện này thờng dùng để biến đổi dạng năng lợng,ví dụ biến đổi điện năng thành cơ năng(động cơ điện) hoặc biến đổi cơ năng thành điện năng(máy phát điện).Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch (hình 1- 5) nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện

U1,f



Hình 1- 5

Ta có thể phân loại các máy điện cơ bản thờng gặp bằng sơ đồ (hình 1- 6)sau đây:

Máy điện

Máy điện xoay chiều

chiều

Máy không

Máy

biến

áp

Đông cơ

không

đồng bộ

Máy phát không

đồng bộ

Động cơ

đồng bộ

Máy phát

đồng bộ

Động cơ

một chiều

Máy phát một chiều

Hình 1- 6

Đ3 .các định luật cơ bản dùng trong máy điện

Nguên lý làm việc của tất cả các máy điện đều dựa trên cơ sở hai định luật:cảm ứng điện từ và lực điện từ mà học sinh đã đợc học trong chơng trình vật lý lớp 11,ở

đây chỉ nêu lại những điểm cần thiết,áp dụng cho nghiên cứu máy điện

1.Định luật cảm ứng điện từ

a.Trờng hợp từ thông  biến thiên xuyên qua vòng dây.

Khi từ thông  biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn,trong vòng dây sẽ cảm ứng sức

điện động.Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông theo quy tắc vặn nút chai(hình 1-7)

e

Hình 1- 7

Sức điện động cảm ứng trong một vòng dây,đợc viết theo công thức Macxoen nh sau:

e = - dφ

dt (1-1)

Dấu trên hình1-7 chỉ chiều  đi từ ngời đọc vào trong giấy.Nếu cuộn dây có W vòng,sức điện động cảm ứng của cuộn dây sẽ là:

e = - Wd φ

dt = -

dψ

dt (1-2)

Trong đó: ψ = Wφ gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây

Trong các công thức (1-1),(1-2) từ thông đo bằng Wb,sức điện động đo bằng V

b.Trờng hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trờng.

Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đờng sức từ trờng(đó là trờng hợp thờng gặp trong máy phát điện),trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e,có trị số là:

e =Blv (1-3)

Trong đó:

B - Cờng độ từ cảm đo bằng T(Tesla)

l - Chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn

(phần thanh dẫn nằm trong từ trờng)đo bằng m

v - Tốc độ thanh dẫn đo bằng m/s

Chiều của sức điện động cảm ứng đợc xác định

theo quy tắc bàn tay phải (hình 1-8)

Quy tắc bàn tay phải

Hình 1-8

2.Định luật lực điện từ

Định luật lực điện từ xác định độ lớn và chiều của lực tác dụng t ơng hỗ giữa từ tr-ờng và thanh dẫn mang dòng điện đặt trong từ trtr-ờng

Giả sử thanh dẫn thẳng mang dòng điện đặt trong từ trờng đều ,thanh dẫn sẽ chịu một lực tác dụng:





F = BIlsin

Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đờng sức từ trờng(đó là trờng hợp

thờng gặp trong độngcơ điện),thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng,có trị số là:

F = BIl

Trong đó:

B- Cờng độ từ cảm đo bằng T

I- Dòng điện đo bằng A

l- Chiều dài tác dụng thanh dẫn đo bằng m

F- Lực điện từ đo bằng N(Niutơn)

- Góc tạo bởi chiều của từ trờng và dòng điện

Chiều của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn Quy tắc bàn tay trái

tay trái (hình 1- 9) Hình 1-9

Đ4 .tính chất thuận nghịch của máy phát và động cơ điện

Các máy phát hoặc động cơ điện đều có một tính chất đặc biệt là nó vừa có thể làm việc ở tình trạng máy phát- biến cơ năng thành điện năng,vừa có thể làm việc ở tình trạng động cơ- biến điện năng thành cơ năng

Thực vậy,xét một máy điện đơn giản nhất gồm một thanh dẫn có độ dài đặt vuông góc với từ trờng của một đôi từ trờng nam châm vĩnh cửu N-S (hình 1-10).trong đó tiết diện thanh dẫn đợc biểu diễn bằng một vòng tròn trên hình vẽ

N

Fđt  F

S

Hình 1-10

Nguyên lý làm việc của máy phát và động cơ điện

Nếu cho thanh dẫn chuyển động từ trái sang phải với vận tốc v, theo định luật cảm ứng điện từ, trong thanh dẫn sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng e, tính theoE = Blv Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải sẽ đi từ bạn đọc vào trang sách Nếu ta nối hai đầu thanh dẫn với một điện trở ở bên ngoài, trong thanh dẫn sẽ có dòng điện I, và do đó nó chịu tác dụng của lực điện từ Fđt , tính theo F = BIl.Chiều lực

điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái sẽ ngợc với chiều chuyển động của thanh dẫn

Muốn thanh dẫn chuyển động đều và liên tục,lực cơ bên ngoài tác dụng lên nó là F phải cân bằng với lực điện từ:

F = Fđt

Nhân hai vế của lực điện từ với vận tốc v,ta đợc cân bằng công suất:Fv = Fđtv.Thay trị số Fđttính ở (F = BIl) và vận tốc v rút từ (E = Blv) vào vế phải,ta đợc Fv = ei

Từ công thức trên ta thấy:cơ năng tác dụng lên thanh dẫn với công suất là Fv đã đợc biến thành điện năng với công suất ei,gọi là công suất điện từ.Máy điện đơn giản ở hình 1- 10 trong trờng hợp này đóng vai trò là một máy phát

Giả sử thanh dẫn có điện trở r,điện áp ở hai đầu thanh dẫn là:

U = e - ir

Nhân hai vế với i,ta đợc :

Ui = ei -i2r

Ta thấy công suất mạch ngoài nhận đợc là (Ui),bằng công suất điện từ (ei) trừ đi tổn thất công suất trong thanh dẫn(i2r)

Bây giờ,cũng với máy phát điện đơn giản ở hình 1-10,ta đặt nguồn điện áp U vào hai đầu thanh dẫn,sao cho dòng điện qua nó có chiều nh chỉ trên hình vẽ.Thanh dẫn sẽ chịu lực tác dụng điện từ Fđt và chuyển động về phía trái.Theo định luật cảm ứng điện từ,trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e có chiều chống lại chiều của i và u.Nh vậy,muốn có dòng điện qua thanh dẫn thì điện áp u phải cân bằng với e và điện áp rơi trên điện trở thanh dẫn:

U = e +ir

Do đó:

Ui = ei + i2r

Công suất điện (Ui) đa vào thanh dẫn một phần bị mất mát do tổn hao nhiệt trên

điện trở thanh dẫn(i2r),phần còn lại (ei) chính là công suất điện đợc chuyển thành công suất cơ

Thực vậy:

ei = Blvi = Fđtv

Đến đây ta có nhận xét quan trọng là tất cả các máy điện quay đều có tính chất thuận nghịch ; nghĩa là có thể làm việc ở tình trạng máy phát để biến cơ năng thành

điện năng,hoặc có thể làm việc ở tình trạng động cơ,biến điện năng thành cơ năng

Đ5 .các vật liệu dùng trong máy điện

Các vật liệu dùng trong máy điện gồm vật liệu dẫn điện,vật liệu dẫn từ, vật liệu cách

điện và vật liệu kết cấu

1.Vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện.Vật liệu dẫn điện dùng

trong máy điện tốt nhất là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ.Ngoài

ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác nh đồng thau,đồng phốt pho.Để chế tạo dây quấn ta thờng dùng đồng và sau đồng là nhôm.Dây đồng và dây nhôm đợc chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật,có bọc cách điện bằng sợi vải,sợi thủy tinh,giấy,nhựa hóa học,sơn êmay.Với các máy điện công suất nhỏ và trung bình,điện áp dới 700V th-ờng dùng dây êmay vì lớp cách điện của dây mỏng,đạt độ bền yêu cầu.Đối với các bộ phận khác nh vành đổi chiều,lồng sóc hoặc vành trợt,ngoài đồng ,nhôm,ngời ta còn dùng cả các hợp kim của đồng hoặc nhôm,hoặc có chỗ còn dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và giảm kim loại màu

2.Vật liệu dẫn từ

Vật liệu dẫn từ trong máy điện là các vật liệu sắt từ khác nhau nh thép lá kỹ thuật,gang,thép đúc,thép rèn,thép lá

ở các phần mạch từ dẫn từ thông biến đổi với tần số 50Hz(nh lõi thép máy biến

áp,stator,rôtor máy điện không đồng bộ)thì vật liệu sắt từ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 - 0,5mm,có pha thêm 1- 5%Ni để tăng điện trở trên đờng đi,giảm dòng điện xoáy.ở các tần số lớn hơn thì các lá thép kỹ thuật điện chỉ dày 0,1- 0,2mm

để giảm tổn thất dòng điện xoáy trong mạch từ

ở các phần mạch từ dẫn từ thông không đổi (rôtor máy điện đồng bộ,cực từ máy

điện một chiều) thì vật liệu sắt từ là thép đúc,thép rèn hoặc thép lá

3.Vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện là vật liệu quan trọng trong máy điện.Nó quyết định phần lớn sự làm việc ổn định của máy.Độ ổn định nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn quyết

định nhiệt độ cho phép của dây,do đó quyết định phụ tải của vật liệu tác dụng(mật độ dòng điện trong dây dẫn,cờng độ tự cảm trong lõi thép).Yêu cầu chất cách điện phải

có độ dẫn nhiệt tốt,có độ ổn định đối với khí ẩm và các chất hóa học.Ngoài ra các chất cách điện cũng yêu cầu có độ vững chắc về cơ khí để không bị hỏng khi lắp giáp

và vận hành máy điện

Chất cách điện thỏa mãn đợc tất cả các yêu cầu trên là chất cách điện bằng mica,song tơng đối đắt nên chỉ dùng trong các máy điện có điện áp cao

Thông thờng ngời ta dùng vật liệu cách điện có sợi nh giấy,vải,sợi Chúng có độ bền cơ học tốt,mềm,rẻ tiền nhng dẫn nhiệt kém,hút ẩm,cách điện kém.Do đó dây dẫn cách điện sợi phải đợc sấy tẩm để cải thiện tính năng của vật liệu cách điện

Căn cứ theo độ ổn định nhiệt của chất cách điện,ngời ta chia nó thành nhiều loại.Trong máy điện thờng dùng hai loại là loại A và loại B.Chất cách điện loại A gồm bông tơ,giấy và những chất hữu cơ tơng tự đợc tẩm dầu.Độ tăng nhiệt độ cho phép của chất cách điện loại A là 1050C

Chất cách điện loại B là các sản phẩm của mica,amiante và những sản phẩm làm bằng thủy tinh sợi.Độ tăng nhiệt của nó là 1300C

4.Vật liệu kết cấu

Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học nh trục,ổ trục,vỏ máy,nắp máy.Trong máy điện,các vật liệu kết cấu thờng là gang,lá thép,thép rèn,kim loại màu và hợp kim của chúng,các chất dẻo

Đ5 .các tình trạng làm việc và những lợng định mức của máy điện

Mỗi máy điện sản xuất ra đều đợc thiết kế với công suất và điện áp nhất định,tuỳ theo tiết diện dây dẫn và đặc tính,chất cách điện đợc sử dụng trong máy.Nếu ta chọn máy điện làm việc với điện áp quá quy định thì chất cách điện sẽ bị chọc thủng; còn nếu cho nó làm việc với công suất lớn quá quy định thì máy sẽ phát nóng v ợt mức,chất cách điện bị già cỗi hoặc có thể bị cháy máy

Vì vậy trên nhãn hiệu các máy có ghi trị số định mức do xởng sản xuất quy

định.Các trị số định mức quan trọng là điện áp dây định mức Uđmvà công suất định mức Pđm.Công suất định mức ghi trên các máy điện là công suất ở cửa ra của máy.Ví

dụ trong trờng hợp máy điện là máy phát thì chính là công suất điện nó phát ra ngoài;trong trờng hợp động cơ thì là công suất cơ trên trục;trong trờng hợp máy biến

áp là công suất phía thứ cấp

Tình trạng máy điện làm việc đúng với các trị số định mức ghi trên nhãn hiệu máy gọi là tình trạng làm việc định mức của máy

Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu của sản xuất mà máy điện còn đợc sản xuất để làm việc trong tình trạng định mức lâu dài và liên tục,hoặc trong tình trạng định mức chỉ trong một thời gian ngắn rồi nghỉ,hoặc trong một thời gian ngắn nhng lặp đi lặp lại nhiều lần

Phần II Máy biến áp

Đ1 .Khái niệm chung

Để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp,hoặc ngợc lại từ điện áp thấp lên điện áp cao,ta dùng máy biến áp.Ngày nay do việc sử dụng điện năng phát triển rất rộng rãi,nên có những loại máy biến áp khác nhau:máy biến áp một pha,ba pha,hai dây quấn,ba dây quấn ,nhng chúng đều dựa trên một nguyên lý,đó là nguyên lý cảm ứng điện từ

1.Định nghĩa

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhng vẫn giữ nguyên tần

số Hệ thống điện đầu vào của máy biến áp ( trớc lúc biến đổi) có : điện áp U1, dòng

điện I1 , tần số f Hệ thống điện đầu ra của máy biến áp ( sau khi biến đổi ) có : điện

áp U2, dòng điện I2và tần số f Trong các bản vẽ máy biến áp đợc kí hiệu nh hình 2-1

Hình 2-1

Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện,đợc gọi là sơ cấp.Đầu ra nối với tải gọi

là thứ cấp.Các đại lợng ,các thông số trong ký hiệu có ghi chỉ số1:W1,U1,I1,P1.Các đại lợng và thông số thứ cấp có chỉ số 2: W2,U2,I2,P2

Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp thì ta gọi là máy biến áp tăng áp.Nếu

điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp thì ta gọi là máy biến áp giảm áp

2.Các đại lợng định mức

Các đại lợng định mức của máy biến áp do xởng chế tạo máy biến áp quy định để cho máy có khả năng làm việc lâu dài và tốt nhất.Ba đại lợng định mức cơ bản là:

a.Điện áp định mức: Điện áp sơ cấp định mức ký hiệu U1đm,là điện áp đã quy định cho dây quấn sơ cấp.Điện áp thứ cấp định mức ký hiệu U2đm,là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp,khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức.Ngời ta quy ớc ,với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha,với máy biến áp ba pha điện áp định mức là điện áp dây.Đơn vị điện áp ghi trên máy thờng là KV

b.Dòng điện định mức: Dòng điện định mức là dòng điện đã quy định cho mỗi dây

quấn của máy biến áp ,ứng với công suất định mức và điên áp định mức.Đối với máy biến áp một pha dòng điện định mức là dòng điện pha.Đối với máy biến áp ba pha,dòng điện định mức là dòng điện dây.Đơn vị dòng điện ghi trên máy thờng là A.Dòng điện sơ cấp định mức ký hiệu là I1đm ,dòng điện thứ cấp định mức ký hiệu là

I2đm

c.Công suất định mức: Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến

thứ cấp ở chế độ làm việc định mức.Công suất định mức ký hiệu là Sđm , đơn vị là KVA.Đối với máy biến áp một pha công suất định mức là:

Sđm = U2đm I2đm = U1đm I1đm

Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức là:

Sđm = √3 U2đm I2đm = √3 U1đm I1đm

Ngoài ra trên máy biến áp còn ghi tần số,số pha,sơ đồ nối dây,điện áp ngắn mạch,chế độ làm việc

3.Công dụng của máy biến áp

Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện,dùng để truyền tải và phân phối điện năng.Các nhà máy điện công suất lớn thờng ở xa các trung tâm tiêu thụ

điện(khu công nghiệp,đô thị )vì thế cần phải xây dựng các đờng dây truyền tải điện năng.Điện áp máy phát thờng là 6,3 ; 10,5 ; 15,75 ; 38,5 KV.Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đờng dây,phải giảm dòng điện chạy trên đ-ờng dây bằng cách nâng cao điện áp.Vì vậy ở đầu đđ-ờng dây cần đặt máy biến áp tăng

áp.Mặt khác điện áp của tải thờng khoảng 127V đến 500V ; động cơ công suất lớn th-ờng 3 hoặc 6KV,vì vậy ở cuối đth-ờng dây cần đặt máy biến áp giảm áp nh (hình 2- 2)

Máy MBA Đờng dây MBA Tải

phát điện tăng áp truyền tải hạ áp

Hình 2- 2 Ngoài ra máy biến áp còn đợc sử dụng trong các thiết bị lò nung(máy biến áp lò),trong hàn điện(máy biến áp hàn)làm nguồn cho các thiết bị điện,điện tử cần nhiều cấp điện áp khác nhau,trong lĩnh vực đo lờng(máy biến dòng,máy biến điện áp)

Đ2 .cấu tạo của máy biến áp

Máy biến áp gồm ba bộ phận chính:Lõi thép,dây quấn và vỏ máy.

1.Lõi thép máy biến áp

Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy,đợc chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt,thờng là thép kỹ thuật điện.Lõi thép gồm hai bộ phận: trụ và gông

- Trụ là nơi đặt dây quấn

- Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.

Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín

Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép,ngời ta dùng thép lá kỹ thuật điện(dày 0,35mm đến 0,5mm,mặt ngoài có sơn cách điện) ghép lại với nhau thành lõi thép.Xem hình vẽ 2- 3a

W1 W2

Hình 2- 3a

Hình 2- 3b

2.Dây quấn máy biến áp

Dây quấn máy biến áp thờng đợc chế tạo bằng dây đồng(hoặc nhôm),có tiết diện tròn hoặc chữ nhật,bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện

Dây quấn gồm nhiều vòng dây và đợc lồng vào trụ thép.Giữa các vòng dây,giữa các dây quấn có cách điện với nhau và cách điện với lõi thép.Máy biến áp thờng có hai hoặc nhiều dây quấn.Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ thì dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép,các dây quấn khác đặt lồng ra ngoài.Làm nh vậy sẽ giảm đợc vật liệu cách điện(hình 2- 3b)

3.Vỏ máy biến áp

Dùng để bảo vệ các bộ phận bên trong của máy và đựng dầu máy biến áp Vỏ máy gồm thùng hình bầu dục,bên trong đặt lõi thép,dây quấn và đựng đầy dầu.Dầu máy biến áp dùng để làm lạnh và tăng cờng cách điện cho máy.ở các máy công suất nhỏ,vỏ thùng dầu phẳng.ở các máy công suất lớn,vỏ thùng có nhiều ống để tản nhiệt tốt.Trên nắp vỏ máy có các sứ xuyên cao áp và thấp áp,để cách điện giữa các đầu ra của dây quấn cao áp và thấp áp với vỏ

Có loại máy biến áp mà lõi thép và dây quấn không đặt trong dầu gọi là máy biến

áp khô

Đ3 .nguyên lý làm việc của máy biến áp

Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa vào hiện tợng cảm ứng điện từ.Khi ta nối dây quấn sơ cấp máy biến áp vào lới điện hình sin có điện áp U1tromg dây quấn sơ cấp có dòng điện hình sin I1chạy qua,nó gây ra từ thông  chạy trong lõi thép và móc vòng lấy cả hai dây quấn,gọi là từ thông chính.Từ thông chính  biến thiên hình sin nên cảm ứng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sức điện động tơng ứng e1 và e2 (hình 2- 4):

e1 = - W1 dφ

dt ; e2=- W2 dφ

dt

Hai sức điện động hình sin e1 và e2 sẽ chậm sau từ thông  góc 900 và có trị số hiệu dụng:

E1= 4,44fW1max ; E2= 4,44fW2max

trong đó W1,W2tơng ứng là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp

Khi máy biến áp không tải (dây quấn thứ cấp hở mạch) thì U2 = E2và gần đúng

U1E1,nên:

U1

U2

= E1

E2

= W1

W2

= k

Hệ số k = W1

W2 gọi là hệ số biến áp.

I1 I2

U1 U2 Phụ tải

Hình 2- 4

Từ thông trong máy biến áp

Đối với máy tăng áp có: U2 > U1 ; W2 > W1

Đối với máy giảm áp có: U2 < U1 ; W2 < W1

Nh vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện nhng nhờ có từ thông chính,năng lợng đã đợc truyền từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp.Nếu

bỏ qua tổn hao trong máy biến áp,ta có thể coi gần đúng,quan hệ giữa các đại lợng sơ cấp và thứ cấp nh sau:

U2I2  U1I1

hoặc U1

U2 

I2

I1  k

Đ4 .máy biến áp ba pha

Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha,ta có thể dùng ba

máy biến áp một pha (hình 2- 5a) hoặc dùng máy biến áp ba pha (hình 2- 5b)

A B C A B C

x y z

X

x

X Y Z

a b c a b c

Hình 2-5a Hình 2- 5b

Về cấu tạo,lõi thép của máy biến áp ba pha gồm ba trụ.Dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng các chữ in hoa :Pha A ký hiệu là AX,pha B là BY,pha C là CZ.Dây quấn thứ cấp

ký hiệu bằng các chữ thờng :Pha a la ax,pha b là by,pha c là cz.Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối hình sao hoặc hình tam giác.Nếu sơ cấp nối hình tam giác,th cấp nối hình sao,ta ký hiệu là /Y.Nếu sơ cấp nối hình sao,thứ cấp nối hình 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,tỉ số điện

áp pha giữa sơ cấp và thứ cấp sẽ là:

U P 1

U P 2 =

W1

W2 = k

