giao trinh may dien cho sinh vien khoa cong nghe

giaao trinh may dien cho sinh vien khoa cong nghe

Nội dung Back

Khoa điện

bộ môn thiết bị điện

Bài giảng máy điện

Nguyễn Thị Thu Hường

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp thái nguyên

Nội dung Back

Khoa điện

bộ môn thiết bị điệnBài giảng máy điện

Phần 1: Máy điện một chiều

Phần 2: Máy biến áp

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp thái nguyên

Phần mở đầu

Bài giảng máy điện

Máy điện

một chiều xoay chiều Máy điện

đồng bộ

động cơ

không

Nội dung Back

Bài giảng máy điện

MF

Hộ tiêu thụ

1 Vai trò của các loại máy điện trong nền kinh tế quốc dân:

2 Khái niệm, phân loại và phương pháp nghiên cứu máy điện:

a, Đại cương về máy điện:

- Nguyên lý làm việc của máy điện dựa trên cơ sở của định luật cảmứng điện từ Sự biến đổi năng lượng trong máy điện được thực hiệnthông qua từ trường trong nó Để tạo được những từ trường mạnh vàtập trung, người ta dùng vật liệu sắt từ làm mạch từ

ở máy biến áp mạch từ là một lõi thép đứng yên Còn trong cácmáy điện quay, mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: một quay, một

đứng yên và cách nhau bằng một khe hở

b, Phương pháp nghiên cứu máy điện:

Nội dung Back

Bài giảng máy điện

3 Sơ lược về vật liệu chế tạo máy điện:

Gồm có vật liệu tác dụng, vật liệu kết cấu và vật liệu cách điện.Vật liệu tác dụng: bao gồm vật liệu dẫn điện và dẫn từ dùng để chếtạo dây quấn và lõi sắt

Vật liệu cách điện: dùng để cách điện các bộ phận dẫn điện với các

bộ phận khác của máy và cách điện các lá thép của lõi sắt

Vật liệu kết cấu: chế tạo các chi tiết máy và các bộ phận chịu lực cơgiới như trục, vỏ máy, khung máy

Sơ lược đặc tính của vật liệu dẫn từ, dẫn điện và cách điện dùngtrong chế tạo máy điện

Phần 1: Máy điện một chiềuChương 1 : Nguyên lý làm việc - kết cấu cơ bản Chương 2 : Dây quấn Máy điện một chiều

Chương 3 : Các quan hệ điện từ trong máy

Chương 4 : Từ trường trong máy điện một chiều Chương 5 : Đổi chiều

Chương 6 : Máy phát điện một chiều

Chương 7 : Động cơ một chiều

Chương 8 : Máy điện một chiều đặc biệt

Next

Nội dung Back

Bài giảng máy điện

Chương 1:

Nguyên lý làm việc- kết cấu cơ bản

Bài giảng máy điện

Next

Nội dung Back

 1.1: Cấu tạo của máy điện một chiều

1 Phần tĩnh (Stato):

Next

Chương I Back

a) Cực từ chính:

(Là bộ phận đểsinh ra từ thôngkích thích)

b) Cực từ phụ:

Đặt giữa các cực từ chính, dùng để cải thiện đổi chiều

c) Gông từ (vỏ máy):

d) Các bộ phận khác:

Nắp máy: Bảo vệ an toàn cho người và thiết bị

Cơ cấu chổi than: Đưa dòng điện từ phần quay ra mạchngoài

Phần I: máy điện một chiều

Cực từ chính Dây quấn cực từ phụ Dây quấn cực từ chính

Cực từ phụ

Chương I Back

máy điện một chiều

phần cảm động cơ điện một chiều

Bu lông

cực từ cuộn dây

vỏ

2 Phần ứng (Rôto):

a) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ

+) Với các máy công suất vừa và lớn người ta dập lỗ

thông gió dọc trục

+) Với các máy điện công suất lớn còn xẻ rãnh thông

gió ngang trục

b) Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra sức

điện động và có dòng điện chạy qua

+) Dây quấn thường làm bằng đồng có bọc

cách điện Để tránh khi quay dây quấn bị

văng ra miệng rãnh thường được nêm chặt

bằng tre, gỗ phíp và đầu dây quấn thường

được đai chặt

+) Với các MĐ công suất nhỏ dây quấn có

tiết diện tròn, còn máy có công suất vừa và

lớn dây quấn có tiết diện hình chữ nhật

Nêm

Cách

điệnrãnh

Dâyquấn

máy điện một chiều

phần ứng động cơ điện một chiều

Cổ góp

cuộn dây lõi thép

trục

m¸y ®iÖn mét chiÒu

máy điện một chiều

Phần động: Gồm khung dây abcd

Trong đó: B là trị số cảm ứng từ ở nơi dây dẫn quét qua

l là chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường

v là vận tốc dài của thanh dẫn

t

Khi mạch ngoài có tải thì ta có: Uư = Eư - IưRư

Trong đó: Eư là sức điện động của máy phát

IưRư là sụt áp trên khung dây abcd

Uư là điện áp giữa 2 đầu cựcKhi đó vòng dây sẽ chịu 1 lực tác dụng gọi là lực từ:

Fđt = B.Iư.lTương ứng ta sẽ có mô men điện từ: Mđt = Fđt.Dư/2.= B.Iư.l.Dư/2

Từ hình vẽ ta thấy ở chế độ máy phát Mđt ngược với chiều quayphần động nên nó được gọi là M hãm

Next

Chương I Back

máy điện một chiều

Sức điện động và dòng xoay chiều cảm ứng

trong thanh dẫn đã được chỉnh lưu thành sức

điện động và dòng 1 chiều nhờ hệ thống

vành góp chổi than.Ta có thể biểu diễn sức

điện động và dòng điện trong thanh dẫn và ở

mạch ngoài như hình vẽ:

N

S

F, Mđt n

Như vậy: ở chế độ động cơ thì Uư > Eư còn ở chế độ máy

phát thì Uư < Eư

Next

Chương I Back

máy điện một chiều

ở chế độ động cơ Mđt cùng chiều với chiềuquay phần động gọi là mômen quay

Nếu điện áp đặt vào động cơ là Uư thì ta có:

máy điện một chiều

Next

Chương I Back

Chương 2:

Dây quấn Máy điện một chiều

 2.1. Nhiệm vụ, cấu tạo, phân loại

máy điện một chiều

 2.1: Nhiệm vụ - cấu tạo - phân loại

1 Nhiệm vụ của dây quấn phần ứng:

- Sinh ra được 1 sức điện động cần thiết, có thể cho 1 dòng điện nhất

định chạy qua mà không bị nóng quá 1 nhiệt độ nhất định để sinh ra

1 mômen cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt, cách điện tốt,làm việc chắc chắn, an toàn Tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản

2 Cấu tạo của dây quấn phần ứng:

- Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối

với nhau theo 1 quy luật nhất định

- Phần tử dây quấn là 1 bối dây gồm 1 hay

nhiều vòng dây mà 2 đầu của nó nối vào 2

Nếu trong 1 rãnh phần ứng (rãnh thực)chỉ đặt 2 cạnh tác dụng (dây quấn 2 lớp) thì

rãnh đó gọi là rãnh nguyên tố Nếu trong 1

rãnh thực có 2u cạnh tác dụng với u = 1,2,3

thì rãnh thực đó chia thành u rãnh nguyên tố

u=3

Quan hệ giữa rãnh thực Z và rãnh nguyên tố Znt : Znt = u.Z

Quan hệ giữa số phần tử của dây quấn S và số phiến góp G: S = G

máy điện một chiều

+ Trong 1 số trường hợp còn dùng cả dây quấn hỗn hợp: kết hợpcả dây quấn xếp và sóng

Dạng xếp Dạng sóng

- Theo kích thước các phần tử: dây quấn có phần tử đồng đều và dâyquấn theo cấp

4 Các bước dây quấn:

- Bước dây quấn thứ nhất y1 :

- Bước dây quấn thứ hai y2 :

- Bước dây tổng hợp y :

- Bước vành góp yG :

Next

Chương 2 Back

máy điện một chiều

Dây quấn có phần

tử đồng đều

Dây quấn có phần

tử theo cấp

Trong đó:  là 1 số hoặc phân số để y1 là 1 số nguyên

+ Nếu y1 > ta có dây quấn bước dài

+ Nếu y1 < ta có dây quấn bước ngắn

p 2

Znt

p 2

Znt

p 2

Znt

Next

Chương 2 Back

416

b)Thứ tự nối các phần tử:

Căn cứ vào các bước dây quấn ta có thể bố trí cách nối các phần tử

để thực hiện dây quấn

Next

Chương 2 Back

- Bước dây quấn thứ hai y2: Trong dây quấn xếp đơn: y1 = y2 + y

 y2 = y1 - y

máy điện một chiều

- Giả sử tại thời điểm khảo sát phần tử 1 nằm trên đường trung tínhhình học (đó là đường thẳng trên bề mặt phần ứng mà dọc theo nócảm ứng từ bằng 0)

- Vị trí của các cực từ trên hình vẽ phải đối xứng nhau, khoảng cáchgiữa chúng phải đều nhau Chiều rộng cực từ bằng 0,7 bước cực.Vị trícủa chổi than trên phiến đổi chiều cũng phải đối xứng, khoảng cáchgiữa các chổi than phải bằng nhau Chiều rộng chổi than lấy bằng 1phiến đổi chiều

- Yêu cầu chổi than phải đặt ở vị trí để dòng điện trong phần tử khi bịchổi than ngắn mạch là nhỏ nhất và sức điện động lấy ra ở 2 đầu chổithan là lớn nhất Như vậy chổi than phải đặt trên trung tính hình học

Lớp dưới

c) Giản đồ khai triển:

máy điện một chiều

S N

S N

m¸y ®iÖn mét chiÒu

Nếu máy có 2p cực thì sẽ có 2p mạch nhánh song song.

Kết luận:

- Trong dây quấn xếp đơn giản thì số mạch nhánh song song bằng

số cực từ hay số đôi mạch nhánh song song bằng số đôi cực : a = p

- Nếu dây quấn xếp thoả mãn 2 điều kiện: chổi than nằm trên

đường trung tính hình học và hệ thống mạch từ đối xứng thì sức

điện động các nhánh bằng nhau và đạt giá trị lớn nhất

Next

Chương 2 Back

(+)

máy điện một chiều

 2-3: dây quấn xếp phức tạp

1 Bước dây quấn:

Đặc điểm của dây quấn xếp phức tạp là yG = m (m = 2, 3, 4 ).Thông thường chỉ dùng m = 2 Trong những máy công suất thật lớnmới dùng m > 2

Khi m = 2 = yG:

- Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử là chẵn thì ta

được 2 dây quấn xếp đơn độc lập

- Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử lẻ ta được 2 dây

quấn xếp đơn nhưng không độc lập mà nối tiếp nhau

thành 1 mạch kín

Như vậy có thể coi dây quấn xếp phức tạp gồm m dây quấn xếp đơnlàm việc song song nhờ chổi than Và chổi than phải có bề rộng  mlần phiến góp mới có thể lấy điện ra

Next

Chương 2 Back

máy điện một chiều

y1

y y2

1 2 3 4 5

24p

Giản đồ khai triển dây quấn MĐMC

Dây quấn xếp phức tạp yG = m = 2; 2p = 4; Znt = S = G = 24

S N

Next

Chương 2 Back

Cực từ và chổi điện như ở dây quấn xếp đơn Chỉ khác là bề rộng chổi

điện  2 lần phiến góp để có thể lấy điện đồng thời ở 2 dây quấn ra

máy điện một chiều

Dây quấn xếp phức tạp do m dây quấn xếp đơn cùng đấu chungchổi than do đó số đôi mạch nhánh song song của dây quấn: a = m.p

Next

Chương 2 Back

Muốn cho khi quấn xong vòng thứ nhất đầu cuối của phần tử thứ pphải kề với đầu đầu của phần tử đầu tiên thì số phiến đổi chiều màcác phần tử vượt qua phải là: p.yG = G  1 yG = (G là sốphiến góp)

Dấu (+) ứng với dây quấn phải Dấu (-) ứng với dây quấn trái

1

15

p2

S N

S N

Giản đồ khai triển dây quấn MĐMC

Dây quấn sóng đơn có Znt = S = G = 15; 2p = 4

Next

Chương 2 Back

Quy luật nối dây của dây quấn sóng đơn là nối tiếp tất cả các phần

tử dưới ở các cực có cùng cực tính lại rồi nối với các phần tử ở dưới cáccực có cực tính khác cho đến hết

máy điện một chiều

Dây quấn sóng đơn chỉ có 1 đôi mạch nhánh song song: a = 1

4

2 4

18

2

218

Giản đồ khai triển dây quấn MĐMC

Dây quấn sóng phức tạp có: m = 2; 2p = 4; Znt = S = 18

Next

Chương 2 Back

S N

máy điện một chiều

Dây quấn sóng phức tạp gồm m dây quấn sóng đơn hợp lại do

đó số đôi mạch nhánh song song của dây quấn sóng phức tạp: a = m

Chương 2 Back

 2.6: Dây cân bằng điện thế

1.Điều kiện để dây quấn đối xứng:

- Dây quấn MĐMC tương ứng như 1 mạch điện gồm 1 số nhánhsong song ghép lại Mỗi nhánh gồm 1 số phần tử nối tiếp nhau

- Dây quấn phải đảm bảo 1 số yêu cầu sau:

+ Đảm bảo về cảm ứng từ: Hệ thống mạch từ phải có cấu tạo

đối xứng, từ thông ở các cực như nhau

+ Điều kiện về dây quấn: Tất cả các dây quấn tạo thành mạchnhánh phải tương đương nhau và số phần tử của các nhánh cũng phảitương đương

- ở điều kiện bình thường: sức điện động sinh ra trong các mạchnhánh song song bằng nhau, dòng điện phân bố đều trong các nhánh

máy điện một chiều

- Dây cân bằng điện thế làm mất sự không đối xứng của mạch

từ trong MĐ để cân bằng điện thế ở các mạch nhánh của dâyquấn xếp nằm dưới các cực từ có cùng cực tính được gọi là dâycân bằng loại 1 Bước thế yt bằng số phiến đổi chiều dưới mỗi

đôi cực:

yt =

a

G p

G



- Dây cân bằng làm mất sự phân bố không đối xứng của điện

áp trên vành góp gọi là dây cân bằng loại 2

Bước thế: yt =

a

G a

máy điện một chiều

Chương 3:

Các quan hệ điện từ trong máy

 3.1: Sức điện động dây quấn phần ứng

 3.2: Mô men điện từ - công suất điện từ

 3.3: Cân bằng năng lượng - tổn hao

- hiệu suất

Next

Phần I Back

máy điện một chiều

 3.1: Sức điện động dây quấn phần ứng

Sức điện động trung bình cảm ứng trong 1 thanh dẫn có chiềudài l, chuyển động với vận tốc v trong từ trường bằng: etb = Btb.l.v

60

np

260

nD

ư

2 

60

n p

2 .

Nếu gọi N là tổng số thanh dẫn của dây quấn thì mỗi mạch

N

na

60

pN



a 60 pN

máy điện một chiều

 3.2. Mô men điện từ - công suất điện từ

1 Mômen điện từ:

Khi MĐ làm việc trong dây quấn phần ứng

sẽ có dòng điện chạy qua Tác dụng của từ

trường lên dây dẫn có dòng điện chạy qua sẽ

sinh ra mômen điện từ trên trục máy

- Lực điện từ tác dụng lên từng thanh dẫn:

f = Btb.l.iư

M = Btb l.N

a 2

Iư



 2

p 2

a2pN

B B

 tb



 a 2

- Trong chế độ máy phát: M ngược chiều quay với phần ứng nên

thành công suất điện (EưIư)

- Trong chế độ động cơ: M có tác dụng làm quay phần ứng  cùngchiều với chiều quay phần ứng Máy chuyển công suất điện (EưIư)thành công suất cơ (M.)

Next

Chương 3 Back

 Pđt = .Iư = n..Iư = Eư Iư

máy điện một chiều

Với: Rư = rư + rb + rf + rtx ; (rư : điện trở dây quấn phần ứng;

rf : điện trở cực từ phụ; rb : điện trở dây quấn bù;

rtx: điện trở tiếp xúc chổi than.)

- Tổn hao đồng trên mạch kích thích:

(Bao gồm tổn hao đồng của dây quấn kích thích và của điện trở

điều chỉnh trong mạch kích thích): pcu.kt = Ukt Ikt

Next

Back



0 p

- Hai loại tổn hao trên tồn tại ngay cả khi không tải nên gọi là tổnhao không tải: p0 = pcơ + pFe Tổn hao này sinh ra M hãm ngay cảkhi không tải nên gọi là M không tải: M0 =

Chương 3 máy điện một chiều

cu Fe

co 1

1

2

P

p1

P

pp

pP

b) Động cơ điện:

Ta có công suất điện mà động cơ nhận từ lưới:

P1 = U.I = U.(Iư + Ikt )Với: I = Iư + Ikt là dòng nhận từ lưới vào

U là điện áp ở đầu cực máy

Pđt = P1 - (pcu.ư + pcu.kt)

Pđt = EưIưCòn lại là công suất cơ đưa ra đầu trục: P2 = M. = Pđt - (pcơ +pFe)

cu Fe

co 1

1

2

P

p 1

P

p p

p P

máy điện một chiều

 4-1: từ trường lúc không tải

Next

Phần I Back

Chương 4 : Từ trường trong máy điện một chiều

máy điện một chiều



Víi t = 1+ lµ hÖ sè t¶n tõ cña cùc tõ chÝnh

- Để có từ thông chính 0 ta cần cung cấp cho dây quấn kíchthích 1 sức từ động F0 nào đó Để đơn giản cho việc tính toán ta dùngcách phân đoạn mạch từ thành 5 đoạn: khe hở không khí (), răngphần ứng (hr), lưng phần ứng (lư), cực từ (hc), gông từ (lG).

Next

Chương 4 Back

, S,  là từ thông, tiết diện, hệ số từ thẩm của các đoạn

a) Sức từ động trên khe hở F: F = 2H.

* Khi phần ứng nhẵn:

- Do khe hở giữa cực từ và phần ứng không đều: ở giữa thì khe hởnhỏ, 2 đầu mép cực từ khe hở lớn: max = (1,5  2,5) nên phân bố từcảm ở những điểm thẳng góc với bề mặt phần ứng cũng khác nhau

máy điện một chiều

- Để đơn giản ta thay đường cong từ cảm thực tế

bằng 1 hình chữ nhật có chiều cao là B và đáy là

b = . sao cho diện tích hình chữ nhật bằng

diện tích bao bởi đường cong thực tế (b là cung

tính toán của cực từ còn  là hệ số tính toán

cung cực) Trong MĐMC có cực từ phụ thì  = 0,62  0,72;

ở MĐMC không có cực từ phụ thì  = 0,7  0,8

Next

Back

- Phân bố từ cảm dưới 1 cực từ biểu diễn như

hình vẽ Từ cảm ở giữa cực từ có giá trị lớn nhất

còn ở 2 mép cực trị số giảm dần và ở đường trung

tính hình học giữa 2 cực từ thì bằng 0

Chương 4

máy điện một chiều

Gọi lư là chiều dài phần ứng theo dọc trục

và lc là chiều dài cực từ thì ta có chiều dài tính

bl2

B2H

2F

0 0

10

t K

1 r 1

b l 0

Next

Chương 4 Back

máy điện một chiều

br1

t1

rx rx

t

SS

t B

S  

rx rx

Next

Chương 4 Back

(1’)

Với phần ứng có răng và rãnh khi từ thông đi qua khe hởkhông khí thì phân làm 2 mạch song song đi vào răng và rãnh phầnứng Do từ dẫn của thép lớn hơn không khí nhiều nên đại bộ phận từthông đi vào răng t1 là bước đỉnh răng

t2 là bước chân răng

máy điện một chiều

rx x

r 0 rx

x r rx

x r x

r

x r rx

x r

KH

K

BS

SS

Giá trị biểu thức này có thể tìm được từ đường cong từ hoá B = f(H)

và qua các bước tính cụ thể sau:

+ Vẽ đường cong từ hoá của lõi sắt phần ứng

k l b

l t S

S K

c rx

x rx

x r

rx     

ư

Với: Kc là hệ số ép chặt lõi sắt; Stx, tx là tiết diện răng và bước răng

ở độ cao x; lư, l là chiều dài thực và tính toán của lõi sắt

máy điện một chiều

(2) (1)

0

Hrx H

rx rx

Sau đó vẽ đường biểu diễn (đường 2)

- Ngoài ra trị số từ cảm tính toán của răng cũng có

thể xác định theo biểu thức:

c rx

1 rx

t rx

klb

ltBS

Trong máy điện 1 chiều từ cảm ở nơi hẹp nhất của răng = 1,8  2,3 T

máy điện một chiều

c) Sức từ động trên lưng phần ứng:

Từ thông sau khi đi qua khe hở không khí vào phần ứng quarăng và rãnh sẽ phân bố không đều: ở gần răng có từ cảm lớn hơnnhưng sự khác biệt không lớn lắm nên có thể lấy từ cảm trung bình ởlưng phần ứng để tính toán

Từ cảm ở lưng phần ứng:

c

0 0

k l h 2 S

2 S

B

.

máy điện một chiều