Kỹ thuật điện_ Phần mở đầu

Chia sẻ: Vu Xuan Thanh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:16

0
170
lượt xem
100
download

Kỹ thuật điện_ Phần mở đầu

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo môn kỹ thuật điện_ Phần mở đầu " Những định luật cơ bản" dành cho các bạn học viên, sinh viên đang theo học các ngành liên quan đến điện- điện tử.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật điện_ Phần mở đầu

  1. PHẦN MỞ ĐẦU NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN I. HỆ THỐNG ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG Trong máy điện nói riêng và kỹ thuật điện nói chung người ta phải dựa vào những đại lượng cơ bản như: độ dài, khối lượng, thời gian, độ thẩm từ, cường độ dòng điện v.v. các đại lượng này họp lại thành các hệ đo lường. Ta có các hệ đo lường sau: 1 Hệ MKSµ 0 Hệ MKSµ 0 bao gồm các đại lượng sau: -Độ dài đo bằng cen-ti-met [cm] -Khối lượng đo bằng gram [g] -Thời gian đo bằng giây [gy] hoặc [s] -Độ thẩm từ lấy độ thẩm từ trong không khí µ 0 2 Hệ MKSA Hệ MKSA bao gồm các đại lượng sau: -Độ dài đo bằng mét [m] -Khối lượng đo bằng kilogram [kg] -Thời gian đo bằng giây [gy] hoặc [s] -Cường độ dòng điện đo bằng am-pe [A] 3 Hệ thống SI(The International System Unite) Hệ SI bao gồm các đại lượng sau: -Độ dài đo bằng mét [m] -Khối lượng đo bằng kilogram [kg] -Thời gian đo bằng giây [gy] hoặc [s] -Cường độ dòng điện đo bằng am-pe [A] Trong kỹ thuật điện hệ MKSA khác hệ SI là độ cảm ứng từ. Hệ MKSA thì độ cảm ứng từ đo bằng [Wb/m2] còn ở hệ SI thì đo bằng Tesla[T]. Trong thực tế tính toán việc áp dụng các hệ đo lường đều có những phức tạp, do vậy người ta sử dụng các hệ đo lường một cách hỗn hợp. Do đó xuất hiện các hệ số ở các công thức cho trước. Ví dụ biểu thức suất điện động (sđđ) dòng một chiều thường gặp e=Blv.10-8. Để sđđ đo bằng von [V] thì B phải đo bằng Gauss, độ dài đo bằng [cm] còn tốc độ v đo bằng [cm/s]. Nếu muốn viết công thức trên không có hệ số 10-8 mà B,l,v vẫn đo bằng các đại lượng cũ thì sđđ sẽ đo ở đơn vị MKSµ 0 (không có tên gọi). Nếu B đo bằng [T], l đo bằng [m] v đo bằng [m/s] thì e đo bằng [V], thì biểu thức không có 10-8. Ở bảng 1 cho các đại lượng của 3 hệ trên cùng tỷ số của chúng. II. ĐỊNH LUẬT MẠCH TỪ. Như ta đã biết giữa dòng điện và từ trường có mối quan hệ mật thiết với nhau. Những định luật về điện động đã xác định mối quan hệ giữa chúng và 1
  2. cho phép ta lập những công thức tính toán các đại lượng cần thiết. Muốn nghiên cứu các hiện tượng của từ trường ta phải xây dựng được hình ảnh chính xác của từ trường. Bảng 1 Các đại lượng của hệ MKSµ 0, SI và MKSA Tên gọi các đại Tên gọi và ký hiệu 1 đơn vị của hệ đo Tỷ số các lượng lường đại lượng của hệ MKSA SI MKSµ 0 MKSA,SI so với hệ MKSµ 0 Thời gian Giây[s] Giây[s] Giây[s] 1 Tần số Hers[Hz] Hers[Hz] Hers[Hz] 1 Độ dài Mét[m] Mét[m] centimét[cm] 102 Tốc độ dài m/s m/s cm/s 102 Gia tốc m/s2 m/s2 cm/s2 102 Khối lượng Ki lô gam Ki lô gam Gam 103 Lực cơ học Niu tơn[N] Niu tơn[N] Đin 105 Công và năng lượng Jun[J] Jun[J] Erg[eg] 107 Công suất Woat[W] Woat[W] Eg/s 107 Điện tích Culông[C] Culông[C] eg/s 10-1 Cường độ dòng điện Ampe[A] Ampe[A] 10-1 Cường độ từ trường Am-pe/m Am-pe/m Oested(Oe) 10-3 Từ thông Wen-be[Wb] Wen-be[Wb] Mưxoen(Mx) 108 Cảm ứng từ Wb/m2 Tesla[T] 109 Điện dung Fara[F] Fara[F] 109 Điện trở Ohm[Ω] Ohm[Ω] 109 Theo Faraday thì từ trường là một không gian, trong đó có phân bố các đường sức vật lý gọi là đường sức từ trường. Đường sức từ trường(gọi tắt là đường sức) giúp ta xác định cường độ từ trường bằng cách đo số dường sức đi qua một tiết diện theo phương vuông góc với véc tơ của cường độ từ trường. Trong chân không hoặc trong môi trường gần như thế, véc tơ cường độ → → → từ trường H và độ cảm ứng từ B trùng phương. Ở những môi trường khác H → → → và B không trùng phương nhau, quan hệ giữa H và B là quan hệ phi tuyến. Một đường sức từ biểu diễn bằng một đường khép kín không đầu không cuối. Các đường sức từ không thể cắt ra làm đứt quãng và tìm kiếm các đầu của nó trong bất kỳ một quá trình nào xảy ra trong từ trường. Như vậy từ thông toàn phần xuyên qua một mặt kín sẽ bằng không. Về toán học mối quan hệ trên biểu diễn như sau: φ s= ∫ B cos βds =0 (1) S 2
  3. Ở đây Bcosβ là thành phần vuông góc của véc tơ cảm ứng từ. Ta có thể đặc trưng trường của khoảng không gian không có dòng điện bằng từ thế vô hướng thay đổi theo từng điểm. Gradien hoặc tốc độ thay đổi của trường theo một hướng nhất định, bằng cường độ của từ trường theo hướng đó với dấu ngược lại. Thế từ cho ta biểu diễn mặt phẳng từ thành những lớp cắt vuông góc với đường sức. Bằng cách đó ta nhận được mặt phẳng đẳng thế từ U=const và hệ thống đường sức F=const. Thế từ được biểu diễn bằng phương trình Laplace: ∂ 2u ∂ 2u ∂ 2u + 2 + 2 =0 (2) ∂x 2 ∂y ∂z Nếu ta cắt một từ trường thành những ống từ có tiết diện sao cho mọi điểm của tiết diện có H không đổi thì đại lượng của từ thông cơ bản ψ xuyên qua một tiết diện bất kỳ nào đó của ống từ sẽ bằng ψ = µHS (3) Trong đó S-tiết diện của ống từ. Nhận đường tích phân theo đường trục và vì ống cảm ứng từ khép kín nên định luật từ thông toàn phần có thể biểu diễn như sau: → → → → ∫ H dl = ∫ H dl cos( H dl ) = ∑ i (4) Trong đó dl-là đoạn chuyển dịch cơ bản theo một đường nào đó từ điểm A1→A2 trong từ trường (hình 1); → → ∑i-tổng dòng điện có trong vòng tích phân; cos( H dl ) - hệ số góc giữa hướng chuyển dịch và hướng của đường sức từ (hình 1) dl O2 . I5 A1 α + A2 I4=6A I3=1A . I =5A O1 +1 I2 =2A + Hình 1 Hình 2 Như vậy nếu ta ký hiệu ψ là tổng từ thông thì ta có thể biểu diễn bằng công thức: ψ=∑i Khi tính ∑i phải chú ý tới dấu của dòng điện. Ví dụ ở hình 2 ta có 2 vòng O1 và O2. Ở vòng O1 ta có: ψ1 =∑i = I1+I2=5+2=7A Ở vòng O2 ta có: ψ2 =∑i = I1+I2+I3+I4 = 5+2+6-1=12A 3
  4. Vì I5 nằm ngoài vòng nên ta không tính. Thông thường đường tích phân → → được chọn là đường sức nên cos( H dl ) =1. Vậy định luật mạch từ phát biểu như sau: “Tích phân theo một đường khép kín thì tích của cường độ từ trường với → đoạn dl theo phương dl có giá trị bằng tổng từ thông có ở trong vòng này”. Ở máy điện, từ thông khép kín chủ yếu trong mạch từ. Mạch từ máy điện gồm nhiều đoạn:stato, khe hở không khí, rô to, thân máy... cường độ từ trường các đoạn này coi như không đổi vậy biểu thức (4) có thể viết: → ∫ H dl = H1l1+H2l2+...+Hnln =∑i (5) Phía phải của (5) còn gọi là độ sụt từ của mạch, tương ứng với độ sụt điện áp ở mạch điện. Còn phía trái được gọi là sức từ động (stđ). Ta thường gặp một từ trường sinh ra do dòng điện chạy qua một cuộn dây tập trung. Nếu số vòng của cuộn dây là W, cường độ dòng điện là I thì std biểu diễn bởi biểu thức: F=IW (6) Biểu thức (6) giải thích rõ vì sao đôi khi gọi stđ là am-pe vòng. Nếu trong một mạch từ chỉ có một từ thông, ta có thể biến đổi phía trái của (5) như sau: → φ dl ∫ H dl = ∫ S dl = φ ∫ µS =∑i =IW = F (7) Dựa vào định luật Ohm ta có thể viết định luật mạch từ như sau: IW F F φ = dl = dl = R (8) ∫ µS ∫ µS µ Trong đó Rµ là trở từ, còn F là stđ tác dụng theo mạch từ. Khi tiết diện mạch từ nhỏ so với độ dài của nó thì định luật mạch từ giống như định luật Ohm của mạch điện. Trong những mạch từ phức tạp ngoài từ thông khép kín trong mạch từ còn có từ thông khép kín ngoài mạch từ được gọi là từ thông tản. Như vậy giữa µ và S của mạch từ ở những đoạn khác nhau sẽ khác nhau. Nếu ta giả thiết giá trị của l, µ, S của n phần tử thuộc mạch từ như nhau thì có thể viết: IW φ =nψ=n dl (9) ∫ µS Để đơn giản tính toán ta chia mạch từ làm thành những đoạn riêng biệt, lúc này ta có: dl dl1 dl2 dln ∫ µS = ∫ µ S + ∫ µ S 1 1 2 2 +...+ ∫ µ S n n Giả thiết rằng µ 1=µ 2=...=µ n = const và S1=S2=..Sn = cosnt ta được công thức gần đúng cho mạch từ: 4
  5. IW dl n l φ= = ∑ nS ∫ µS 1 n n n và ln (10) ∑ nS 1 n Đây là định luật Hopkinson. Định luật này không thể hoàn toàn tương đương với định luật Ohm ở mạch điện vì điện trở của mạch điện không phụ thuộc vào dòng điện còn trở từ của mạch từ thì phụ thuộc vào từ thông. 1. Định luật cảm ứng từ Định luật cảm ứng từ phát biểu như sau (hình 3): “Khi từ thông móc vòng với một cuộn dây nào đó thay đổi thì trong vòng dây sẽ xuất hiện một sđđ”. Về gia trị sđđ này có thể biểu diễn theo biểu thức: dφ e= (10a) dt dφ ≠0 dt e≠ 0 Hình 3 Giải thích định luật cảm ứng từ Hiện tượng xuất hiện sđđ trong vòng dây khi từ thông móc vòng với nó thay đổi hoàn toàn độc lập với nguyên nhân biế đổi từ thông. Sự biến đổi từ thông có thể do dòng điện biến đổi chạy trong vòng dây (tự cảm) hoặc do cuộn dây ngoại lai (cảm ứng) hoặc bởi sự dịch chuyểnbộ phận sinh ra từ trường (do dịch chuyển cuộn dây) hay do cả 2 nguyên nhân nêu trên. Bây giờ ta xét chiều của sđđ cảm ứng. Theo Lens thì chiều của sđđ cảm ứng là chiều sao cho dòng điện do nó sinh ra sẽ tạo ra từ thông có chiều chống lại sự biến đổi của từ thông đó. Điều đó có nghĩa là nếu từ thông tăng thì sđđ cảm ứng có chiều tạo ra dòng điện sinh ra từ thông ngược chiều từ thông móc vòng, còn nếu từ thông giảm thì chiều từ thông do sđđ cảm ứng sinh ra cùng chiều với từ thông móc vòng.. Để xác định chiều của sđđ ta dùng mũi tên chỉ hướng. Với dòng một chiều, chiều của mũi tên sẽ không thay đổi còn với dòng xoay chiều thì chiều mũi tên sẽ thay đổi. Bây giờ ta xét qui luật thay đổi đó. Khi dùng mũi tên chỉ hướng ta qui định như sau: 1.Với giá trị tức thời dương của từ thông, thì chiều đường sức từ trùng với chiều mũi tên chỉ hướng, còn với giá trị tức thời từ thông âm thì chiều đường sức từ ngược với chiều của mũi tên chỉ hướng. 2. Với giá trị tức thời dương của sđđ thì chiều mũi tên chỉ hướng điện áp sẽ hướng tới điểm có điện thế cao(+) còn ngược lại sẽ hướng tới điểm có điện thế thấp (-). 5
  6. Ta có thể dùng 2 phương pháp đánh mũi tên chỉ hướng cho cùng một hiện tượng (hình 4a,b)Theo qui ước trên đây thì hiện tượng xảy ra trong vòng dây khi từ thông thay đổi có thể biểu diễn như sau: e,φ e,φ e) e) φ φ t t 0 0 dφ dφ >0 0 thì sđđ cảm ứng trong cuộn dây ở hình 4a,b đều có chiều từ dt cực a đến cực b. Tuy nhiên trên hình 4a ta dùng mũi tên chỉ hướng sđđ ngược, còn trên hình 4b mũi tên chỉ hướng sđđ thuận. Như vậy nếu tính sđđ theo (10a) ở trường hợp hình 4a ta phải đặt dấu trừ(-) trước biểu thức, còn trong trường hợp hình 4b ta đặt dấu công (+) trước biểu thức. Cụ thể là: dφ -cho hình 4a e =- (11) dt dφ -cho hình 4b e=+ (11a) dt Tương tự dφ -Nếu
  7. phải đặt dấu (+) trước biểu thức (10a) cho trường hợp đánh mũi tên như hình dφ dφ 4b. Ta nhận được một biểu thức e = - (cho trường hợp hình 4a) và e = + dt dt cho trường hợp hình 4b. Như vậy dấu (-) hoặc (+) ở biểu thức (11, 11a) có một ý nghĩa vật lý nhất định. Khi đã xác định chiều mũi tên chỉ hướng của e và φ , dấu này cho phép xác định một cách nhất quán chiều của điện áp cảm ứng trong cuộn dây tại thời điểm bất kỳ khi từ thông móc vòng với cuộn dây thay đổi. Phương pháp nhận chiều véc tơ như hình 11 là nhận chiều mũi tên theo qui tắc vặn nút chai. Giáo trình này nhận chiều véc tơ theo cơ sở này. Nếu từ thông móc vòng với W vòng dây thay đổi thì sđđ cảm ứng trong cuộn dây biểu diễn bằng biểu thức: dφ e =-W (12) dt Thực ra các vòng dây của cuộn dây nằm cạnh nhau trong một không gian nhất định, nên những vòng dây khác nhau móc vòng với số lượng từ thông khác nhau nên biểu thức (12) không hoàn toàn đúng (hình 5). φ1 φ1 1 1 2 2 e =- 3 3 ψ=34 e 4 e 4 5 5 6 6  Hình 5 Cuộn dây phức tạp Hình 6 Cuộn dây tập trung Do đó ta hãy xác định từ thông móc vòng tổng: đó là tổng các từ thông móc vòng với tất cả các cuộn dây w ψ = ∑ φ x Wx (13) x =1 Để giải thích khái niệm trên ta dùng hình 5. Từ hình 5 ta thấy: Cuộn 1 và 5 gồm 4 đường sức từ (φ 1), cuộn 3,4 và 5 móc vòng với 6 đường sức (φ 2) còn cuộn 4 móc vòng với 8 đường sức (φ 3) Như vậy tổng từ thông móc vòng bằng: ψ= 2φ 1+2φ 2+φ 3 = 2.4+3.6+1.8= 34. Ta thấy rằng ở cuộn dây phân tán tổng từ thông móc vòng luôn nhỏ hơn, cùng lắm là bằng tích số vòng dây với số đường sức đang tồn tại (trong trường 7
  8. hợp xét thì ψ=38 còn Wφ = 6.8=48). Ở cuộn dây tập trung mỗi vòng dây sẽ móc vòng với tất cả các cuộn dây do đó: ψ=Wφ (hình 6) . Với khái niệm tổng từ thông móc vòng thì định luật cảm ứng từ còn có thể viết: dψ e =- (14) dt Hoặc dφ e =-W (14a) dt Sừ biến đổi từ thông móc vòng có thể theo thời gian cũng có thể thay đổi theo vị trí giữa cuộn dây và từ trường nên từ thông móc vòng có thể biểu diễn một cách tổng quát: ψ =ψ(t,x) (15) Sự thay đổi vị trí cũng là thay dổi theo thời gian x=x(t). Lúc này biểu thức (14) có thể biểu diễn: ∂ψ ∂x dψ dx e=- . =− (16) ∂x ∂t dx dt Trên hình 7 biểu diễn các trường hợp này. v v=0 B=var l e v dx b) a) v=var,B=const v=var B=var c) d) Hình 7 Hiện tượng cảm ứng từ a)mô hình, b)sđđ biến áp, c) sđđ- quay c) sức điện động biến áp và sđđ quay 8
  9. Sự thay đổi từ thông móc vòng với cuộn dây (hình 7a) do có sự chuyển động của thanh dẫn với độ dài l nằm trong từ trường có độ cảm ứng từ B=const nên có thể biểu diễn bằng: dψ=Bldx (B=const) (17) (Sở dĩ có như vậy vì φ =BS và ldx=∆S) dψ dx Vậy: =Bl còn = v tốc độ dài, do đó: dx dt e =Blv (18) Người ta gọi sđđ này là sđđ quay, ta gặp trong máy điện một chiều, chiều của sđđ quay xác định theo qui tắc bàn tay phải. Trên hình 7d biểu diễn sự thay đổi cảm ứng từ trong trường hợp tổng quát nhất, khi cả độ cảm ứng từ và tốc độ đều biến đổi. Sđđ cảm ứng trong trường hợp này biểu diễn bằng: dψ e=- +Blv (19) dx 2. Độ cảm ứng từ và cảm ứng tương hỗ Dòng điện i chạy qua cuộn dây, tạo ra một từ thông móc vòng ψ thì độ tự cảm L của cuộn dây tính bằng: ψ L= (20) i Nếu là cuộn dây tập trung có số vòng dây W thì tổng từ thông móc vòng ψ =Wφ ,. mặt khác φ =λ µ F mà F=IW, còn độ dẫn từ λ µ =1/Rµ do vậy: L=W2λ µ (21) Từ (21) ta thấy: khi một cuộn dây có một dạng cấu tạo nhất định, có số vòng dây không đổi, sẽ có độ tự cảm không đổi, nếu dòng điện chạy qua không đổi. Sử dụng khái niệm về độ tự cảm, biểu thức sđđ cảm ứng có thể viết: dψ di dL e=- =-( L + i ) dx dt dt Với L= const thì: di e =- L (23) dt Khi có 2 cuộn dây đặt cạnh nhau, cho dòng điện chạy trong cuộn 1 thì sẽ có từ thông móc vòng ψ12 với cuộn 2. Độ cảm ứng từ tương hỗ giữa cuộn 1 đối với cuộn 2 xác định như sau: dψ 12 L12= dt Ngược lại, khi cho dòng điện chạy qua cuộn 2 thì có từ thông ψ21 móc vòng với cuộn 1. Độ cảm ứng từ tương hỗ giữa cuộn 2 với cuộn 1 xác định như sau: dψ 21 L21= dt 9
  10. Người ta đã chứng minh được rằng: L12 = L21. Do ψ12 =W2φ 12 mà φ 12=F1λ µ , , F1=I1W1 do đó L12= W1W2λ µ12, ở đây λ µ12 là độ dẫn từ tương hỗ giữa cuộn 1 và cuộn 2. Khi 2 cuộn dây đặt cạnh nhau mà qua cuộn 1 chạy dòng i1, cuộn 2 chạy dòng i2 thì có hiện tượng móc vòng tương hỗ giữa 2 cuộn dây, trong trường hợp đó tổng từ thông móc vòng cuộn 1 là ψ1 còn của cuộn 2 là ψ2 , giá trị của chúng như sau: ψ1 =L1i1± L21i2 ψ2 =L2i1± L12i1 Ở đây dấu ‘+’ dùng cho trường hợp từ trường ngoài móc vòng cùng chiều với từ trường chính, còn dấu ’-‘ là khi chiều 2 từ trường này ngược nhau.. 3. Định luật lực điện từ. Định luật lực điện từ xác định độ lớn và chiều của lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường và thanh dẫn có dòng điện chạy qua nằm trong từ trường. Giả sử có một thanh dẫn thẳng mang dòng điện I đặt trong từ trường đều có độ cảm ứng từ B thì thanh dẫn sẽ chịu một lực tác dụng : F=BIlsinα (26) Trong đó l-là chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường, α-góc tạo bởi chiều của từ trường và dòng điện. Nếu thanh dẫn đặt vuông góc với từ trường thì: F = BIl (27) Chiều của lực F xác định theo qui tắc bàn tay trái. III CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN Các phần tử cấu trúc của máy điện có thể chia thành: a. Mạch điện b. Mạch từ c. Các phần tử cơ khí d.Phần làm mát máy. Người ta cũng còn có thể chia ra phần quay (rô to) và phần tĩnh (stato). Ngoài 2 phần cơ bản là mạch điện và mạch từ, người ta còn dùng các phần cơ khí phụ như: màng che, vỏ, nắp ổ bi để đảm bảo cho người sử dụng không chạm vào các phần quay hoặc các phần mang điện trong khi làm việc và ngăn cản không cho các vật rắn, nước lọt vào trong máy hoặc để các tia lửa lọt ra ngoài. Cách làm trên gọi là bảo vệ. Bảo vệ chống nước có nghĩa là không cho nước lọt vào bên trong dưới mọi hình thức như mưa, tia nước, độ ẩm hoặc do một lý do bất kỳ nào . Khi máy điện làm việc có tổn hao công suất nên nhiệt độ của máy tăng lên, để bảo vệ cách điện, không cho nhiệt độ máy điện lên quá cao ta phải sử dụng phương pháp làm mát. Tuỳ thuộc vào phương pháp dẫn nhiệt người ta chia ra : tự làm mát, làm mát nhân tạo và làm mát tự nhiên. Làm mát tự nhiên là phương pháp không dùng thiết bị phụ nào để đưa nhiệt ra khỏi máy. Đây là phương pháp thô sơ không nâng được công suất máy điện, nên hầu như không được sử dụng. 10
  11. Tự làm mát là phương pháp gắn lên trục máy một quạt gió để tạo ra một dòng không khí đưa nhiệt ra ngoài. Phương pháp này đơn giản nhưng cường độ làm mát phụ thuộc vào tốc độ quay của rô to nên nếu dùng cho động cơ có tốc độ thay đổi hoặc đóng ngắt nhiều lần không có lợi. Làm mát nhân tạo là phương pháp tạo ra sự chuyển động của chất làm mát(không khí, nước hoặc khí hydrô..) bằng truyền động nằm ngoài phạm vi máy. Chất làm mát có thể chuyển động trong một chu trình kín hay hở. Trên hình 8 biểu diễn các phương pháp làm mát:a-tự làm mátd, b-làm mát nhân tạo chu trình hở, c-làm mát chu trình kín. a) b) Hình 8 Các phương pháp làm mát máy điện : a)Tự làm mát, b-Làm mát nhân tạo chu trình hở,c) Làm mát chu trình kín c) Chất làm mát thường dùng là không khí. Ở những máy có công suất lớn có thể dùng hydrô vì hydrô nhẹ tổn hao quạt gió nhỏ, có khả năng trao đổi nhiệt lớn song dễ gây nổ khi gặp ô xy. Nước cũng có thể làm mát trong chu trình kín. Căn cứ vào cấu tạo vỏ, máy điện được chia thành: -Cấu tạo hở chỉ dùng nơi khô ráo, sạch sẽ. -Cấu tạo kín bình thường, thường dùng nhiều trong công nghiệp 11
  12. -Cấu tạo kín sử dụng ở những nơi có nhiều bụi bẩn. So với những máy cấu tạo kín bình thường thì loại này trao đổi nhiệt kém, nên vỏ có các gân tản nhiệt để tăng diện tích tản nhiệt. So với máy thường thì loại máy này to hơn, nặng hơn, đắt hơn vì nếu coi độ tăng nhiệt như nhau thì ở máy kín phải có tổn hao nhỏ hơn. -Loại chông nổ: là những máy điện làm việc ở những nơi có nguy cơ nổ, nó không được để lọt tia lửa ra ngoài. Loại máy này nặng, đắt hơn nên chỉ dùng ở những nơi cần thiết phải dùng. IV VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN Để sản xuất máy điện người ta dùng 4 loại vật liệu chính: Vật liệu từ, vật liệu điện, vật liệu cách điện và vật liệu làm các bộ phận cơ khí. a-Vật liệu từ Đây là những vật liệu dùng để tạo mạch từ. Vật liệu từ có đặc điểm sau: 1-Phải có độ thẩm từ lớn (µ>1) 2-Tổn hao từ nhỏ Tổn hao từ được chia làm 2 loại: -Tổn hao do dòng Fucô ∆Pf -Tổn hao do từ trễ ∆Ph ∆PFe = ∆Pf +∆Pf (28) Người ta đã chứng minh rằng: Tổn hao từ trễ được tính bằng: ∆Ph=ChB2f (29) Trong đó Ch-tỷ số phụ thuộc vào vật liệu B-cảm ứng từ f-tần số biến thiên của dòng điện. Còn tổn hao dòng Fucô: ∆Pf =CfB2f2 Ở đây Cf -hệ số phụ thuộc vật liệu. Nếu các là thép được cách điện với nhau thì: ∆Pf =C’fB2, điều này chứng tỏ rằng nếu từ trường biến thiên (dφ /dt ≠ 0) thì mạch từ phải làm bằng các lá thép mỏng, dày 0.35-0,5mm, cách điện với nhau. Vậy tổn hao trong lõi thép máy điện có thể tính: ∆PFe= (ChB2f+CfB2f2)GKFe (31) Nếu gọi ∆P1 là tổn hao riêng của vật liệu, tức là tổn hao của 1kg vật liệu đặt trong từ trường hình sin có độ cảm ứng từ Bmax = 1T, tần số 50Hz thì ta có thể viết: f k ∆PFe= KFeB2( )G (32) 50 12
  13. Ở đây 1 ≤ k ≤ 2 thường nhận k=2; KFe-là hệ số chú ý tới tổn hao sắt từ thực tế lớn hơn là tính toán theo công thức. Gang đúc thường dùng ở những nơi có từ thông không đổi ví dụ: thân máy điện một chiều. Phần cơ khí chịu tác dụng cơ học nhiều thì dùng thép giàu các-bon. Những vật liệu phi từ thường dùng vào những vị trí không cho từ thông tản đi qua. b-Vật liệu làm mạch điện. Vật liệu làm mạch điện gồm: đồng, nhôm và hợp kim của chúng. Trong đó đồng mềm (99%Cu) là vật liệu cơ bản làm cuộn dây vì độ dẫn điện tốt, hệ số nhiệt điện trở nhỏ v.v. Để làm cổ góp điện, người ta dùng đồng cứng (đồng pha thêm Cadimi) vì nó có độ dẫn điện tốt lại có độ bền cơ học cao, độ chống vết xước tốt. Nhôm được dùng làm cuộn dây rô to máy điện dị bộ rô to lồng sóc. c-Vật liệu cách điện: Vật liệu cách điện trong máy điện có thể là chất rắn hoặc chất lỏng. Chúng có những đặc điểm sau: 1-Có tính cách điện tốt; 2-Chịu sự thay đổi nhiệt độ tốt; 3-Có sức bền cơ học cao; 4 -Chịu được độ ẩm và tác dụng của hóa chất. Tuổi thọ của chất cách điện phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và độ ẩm làm việc của vật liệu. Nếu cách điện làm việc ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cho phép 100C thì tuổi thọ của nó giảm đi một nửa. Cách điện được chia làm 7 lớp phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc của chúng (bảng2): Bảng 2 Ký hiệu lớp cách điện Y A E B F H C Nhiệt độ đặc trưng của lớp 95 105 120 130 155 180 >180 Dưới đây là một số vật liệu cách điện và tính chất của nó; -Vật liệu thuộc lớp Y là những vật liệu làm từ cenlulô như sợi, tơ, giấy các tông, phíp những chất tổng hợp vv.. Những vật liệu này hầu như không dùng trong máy điện do hút ẩm mạnh -Vật liệu thuộc lớp A là những vật liệu thuộc lớp Y nhưng có tẩm sơn cách điện ví dụ: giấy các tông cách điện, sợi, vải v.v. -Cách điện lớp F là những vật liệu tạo từ mica asbest, sợi thuỷ tinh nhưng có phối hợp với chất tổng hợp và tẩm sơn. -Cách điện lớp H là những vật liệu thuộc lớp F nhưng sử dụng sơn có nhiệt độ cao hơn. -Cách điện lớp C là những vật liệu làm từ mica, thuỷ tinh, sứ cách điện, thạch anh v.v. Các chất cách điện dùng ở các phần sau dây trong máy điện : 1- Cách điện giữa các vòng dây: thường dùng loại sơn phủ, nếu điện áp lớn hơn 3000V thì dùng thêm băng cách điện ở dạng vải. 2- Cách điện giữa các bin 13
  14. 3- Cách điện đầu cuộn dây 4- Cách điện giữa đầu cuộn dây và giữa các mô bin 5- Cách điện rãnh(giữa cuộn dây đặt trong rãnh và sườn của rãnh) 6- Cách điện giữa đầu cuộn dây và bộ phận giữa cuộn dây. 7-Cách điện giữa các phiến góp điện và giữa phiến góp với bộ phận giữ nó; 8-Cách điện giữa các cực với cuộn dây; 9- Cách điện giữa chỗ nối và đầu dây ra Khi sản xuất máy điện người ta thường dùng các vật liệu sau: Giấy, giấy dây cáp, các-tông, vải nhựa cách điện đen, vải nhựa cách điện hồng, sợi vải cách điện, thuỷ tinh, mica, băng asbest, băng mica thuỷ tinh và đặc biệt là sơn cách điện. V TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT MÁY ĐIỆN . Như chúng ta đã biết máy điện là một thiết bị biến đổi năng lượng. Có 2 loại máy: máy lý tưởng là loại máy không có tổn hao và máy thực là máy có tổn hao. Tổn hao là một khái niệm qui ước. Dạng năng lượng biến đổi không được sử dụng vào mục đích theo yêu cầu, ta gọi là tổn hao. Tổng năng lượng ra và tổn hao bằng năng lượng vào. Cụ thể: Wv = Wr+∆Wth (33) Tương tự như năng lượng là công suất Pv = Pr+∆Pth (34) Pr Tỷ số η= P (35) v được gọi là hiệu suất của máy ( v-là đại lượng vào, r-là ra đại lượng ra th-tổn hao) Tổn hao máy điện gồm các tổn hao sau đây : -Tổn hao trong cuộn dây có dòng điện chạy; -Tổn hao lõi thép do dòng Fucô và hiện tượng từ trễ; -Tổn hao cơ học do ma sát ở ổ bi, ma sát chổi than với cổ góp điện, ma sát các phần quay với không khí; -Tổn hao trong chất cách điện do tác dụng của từ trường biến đổi gây nên. Sự biến đổi năng lượng trong máy điện nhờ mô men điện từ. Công suất cơ học biến thành công suất điện hoặc ngược lại gọi là công suất trong (PW) hay điện từ Pđt. Giữa công suất điện từ và mô men điện từ có mối liên hệ sau: Pđt=ω Mđt (36) Trong đó ω -tốc độ góc quay của từ trường quay đo bằng Rad/s. Khi máy điện làm việc như máy phát, công suất nhận vào lớn hơn công suất trong Pw một đại lượng tổn hao cơ ∆Pcơ và tổn hao trong lõi thép ∆PFe vậy: Pv = Pw+∆Pcơ+∆PFe 14
  15. Công suất phát ra của máy phát nhỏ hơn công suất trong (Pw) một đại lượng tổn hao ở cuộn dây ∆P: Pr = Pw- ∆P (37) Khi máy điện làm việc như động cơ thì công suất vào lớn hơn công suất ra một đại lượng tổn hao đồng: Pr = Pw+∆Pcu (38) Công suất đưa ra trên trục động cơ nhỏ hơn công suất trong (Pw) một đại lượng tổn hao ở lõi thép (∆PFe) và cơ vậy: Pr =Pw=∆PFe-∆Pcơ (39) Để xác định hiệu suất ta có 3 phương pháp: 1-Trực tiếp; 2- Phương pháp tổn hao chung; 3-Phương pháp tổn hao từng phần Cụ thể của các phương pháp xem ở [1] VI. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN Thông thường máy điện có thể làm việc lâu dài hay ngắn hạn. Tuỳ theo yêu cầu mà người ta thiết kế các máy điện thoả mãn các điều kiện làm việc cụ thể. Trên tàu thuỷ do điều kiện làm việc đặc biệt khác với máy điện làm việc trên đất liền, nên máy điện được chế tạo thoả mãn các điều kiện làm việc sau: 1-Máy điện làm việc trong phạm vi thay đổi nhiệt độ rộng từ -50 0C- +500C; 2-Trong một năm số ngày làm việc có nhiệt độ cao nhiều (khoảng 170ngày/năm) 3-Độ ẩm lớn, ở nhiệt độ 400C độ ẩm có thể đạt 25%, ở nhiệt độ 250C độ ẩm đạt 98%; 4-Hàm lượng muối trong không khí lớn có thể đạt 5mg/m3 do đó có thể đọng muối trên mặt sàn (có thời kỳ đạt 0,2mm/ngày); 5-Bên trong vỏ máy có nước chứa dầu, muối; 6-Các máy làm việc với độ nghiêng lớn đạt 220, chu kỳ từ 7-10s, gia tốc cực đại 1m/s2; 7-Độ rung cực đại có biên độ 0,5mmm tần số 35Hz; 8-Độ va đập lên vỏ tàu do sóng với gia tốc 20m/s2; 9-Điện áp dao động từ 85-115% đôi khi đạt 75% giá trị định mức trong khoảng 2-3s. Những động cơ làm việc trên boong tàu còn chịu đóng băng ở vùng Bắc cực, chịu các tia nước với áp suất 1 atmôt-phe ở khoảng cách 1,5m do rửa boong tàu, chịu đốt nóng của mặt trời nên nhiệt độ của nó có thể vượt 5 0C so với trong bóng râm, còn chịu ảnh hưởng trực tiếp của khí ozôn với nồng độ cao (40mg.m3). Do đó yêu cầu làm việc của các máy điện trên tàu thủy như sau: 15
  16. 1-Các máy điện làm việc với độ ẩm tương đối 75%± 3% ở nhiệt độ 45 C± 20C hoặc 80%± 3% ở nhiệt độ 400C± 20C, nếu nhiệt độ 250C thì độ ẩm 0 là 95,5± 3% 2-Các máy điện phải làm việc với độ nghiêng mạn tàu lâu dài 150, độ chúi mũi 50 và độ lắc ngang 2205 3-Các máy điện phải làm việc với độ rung có tần số từ 5-30Hz biên độ 1mm, ở độ rung có tần số 5-8Hz với gia tóc 0,5m/s2. 4-Máy điện phải làm việc ổn định trong phạm vi thay đổi điện áp và tần số cho ở bảng 3 Độ lệch tính bằng % Đại lượng Làm việc lâu dài Làm việc ngắn hạn Đại lượng Thời gian(s) Điện áp +6 ÷ -10 15 ÷ 30 1,5 Thời gian ±5 ± 10 5 Các máy điện trên tàu thuỷ được chế tạo theo các kiểu sau: hở, có cấu tạo bảo vệ, bảo vệ chống hơi nước, chịu lực tác động từ bên ngoài, chống nước đọng, chống nổ và kín nước hoàn toàn. . 16
Đồng bộ tài khoản