Bài giảng Kỹ thuật điện (Ngành Sư phạm Vật lý) - ĐH Phạm Văn Đồng

Chia sẻ: Cuahapbia | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:157

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của Bài giảng Kỹ thuật điện là cung cấp cho người học những khái niệm cơ sở trong kỹ thuật điện, từ cấu tạo - nguyên lý hoạt động của các máy móc, thiết bị đến các ứng dụng của chúng trong đời sống. Với nội dung bao gồm các phần: Mạch điện xoay chiều ba pha, máy biến áp, máy điện xoay chiều, máy điện một chiều, các dụng cụ đo điện - đo lường điện, an toàn điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện (Ngành Sư phạm Vật lý) - ĐH Phạm Văn Đồng

TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA CƠ BẢN BỘ MÔN VẬT LÝ Biên soạn: Đỗ Mƣời ĐIỆN KỸ THUẬT Tháng 12-2016 LƯU HÀNH NỘI BỘ 1
TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA CƠ BẢN BỘ MÔN VẬT LÝ Biên soạn: Đỗ Mƣời KỸ THUẬT ĐIỆN Tháng 12-2016 LƯU HÀNH NỘI BỘ 2
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ...............................................................................................................................................6 CHƢƠNG 1. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA ..................................................................................7 1.1. Khái niệm chung về mạch điện xoay chiều ba pha .............................................................................7 1.2. Cách nối hình sao (Y)..........................................................................................................................9 1.3. Cách nối hình tam giác   ...............................................................................................................12 1.4. Công suất mạch ba pha......................................................................................................................13 1.5. Ứng dụng cách nối hình sao và tam giác...........................................................................................15 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG 1......................................................................................16 CHƢƠNG 2. MÁY BIẾN ÁP ......................................................................................................................19 2.1. Khái niệm chung về máy biến áp ......................................................................................................19 2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp ...............................................................................20 2.3. Các phƣơng trình cân bằng điện và từ của máy biến áp....................................................................23 2.4. Hiệu suất của máy biến áp.................................................................................................................30 2.5. Máy biến áp ba pha ...........................................................................................................................34 2.6. Các máy biến áp đặc biệt...................................................................................................................35 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG 2......................................................................................40 CHƢƠNG 3. MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU ..................................................................................................43 3.1. Khái niệm chung ...............................................................................................................................43 3.2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha ....................................................................................43 3.3. Từ trƣờng quay của máy điện không đồng bộ...................................................................................44 3.4. Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ ba pha .................................................................49 3.5. Hệ số trƣợt và dòng điện trong rotor động cơ không đồng bộ ..........................................................50 3.6. Các phƣơng trình cân bằng điện và từ trong động cơ điện không đồng bộ ba pha ...........................51 3
3.7. Momen quay của động cơ điện xoay chiều ba pha ...........................................................................59 3.8. Động cơ điện không đồng bộ một pha ..............................................................................................61 3.9. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ ......................................................................64 3.10. Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ ...............................................................................67 3.11. Phản ứng phần ứng và điện áp của máy phát điện đồng bộ ............................................................69 3.12. Công suất và momen điện từ của máy điện đồng bộ.......................................................................72 3.13. Đƣờng đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh của máy phát đồng bộ..............................................74 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG 3......................................................................................76 CHƢƠNG 4. MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU.....................................................................................................80 4.1. Cấu tạo ..............................................................................................................................................80 4.2. Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều ....................................................................................81 4.3. Suất điện động và momen điện từ của máy điện một chiều ..............................................................83 4.4. Máy phát điện một chiều ...................................................................................................................86 4.5. Động cơ điện một chiều ....................................................................................................................90 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG 4......................................................................................99 CHƢƠNG 5. CÁC DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN VÀ ĐO LƢỜNG ĐIỆN ..........................................................102 5.1. Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật đo lƣờng ....................................................................................102 5.2. Các cơ cấu biến đổi điện cơ ............................................................................................................108 5.3. Đo dòng điện và điện áp ..................................................................................................................116 5.4. Đo các thông số của mạch điện .......................................................................................................121 5.5. Đo công suất và đo năng lƣợng điện ...............................................................................................127 5.6. Đo hệ số công suất cos  ................................................................................................................134 5.7. Đo lƣờng các đại lƣợng không điện ................................................................................................136 5.8. Đo lƣờng số .....................................................................................................................................137 CHƢƠNG 6. AN TOÀN ĐIỆN .................................................................................................................141 4
6.1. Tác dụng sinh lý của dòng điện đối với cơ thể ngƣời .....................................................................141 6.2. Các nguyên nhân gây ra tai nạn về điện ..........................................................................................142 6.3. Các biện pháp bảo vệ an toàn điện ..................................................................................................146 6.4. Các phƣơng tiện bảo vệ và xử lý khi có tai nạn về điện..................................................................148 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG 6....................................................................................152 PHỤ LỤC BIỂU DIỄN DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG SỐ PHỨC ......................................................153 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................................................157 5
LỜI NÓI ĐẦU Môn học Kỹ thuật điện đƣợc giảng dạy chính khóa cho sinh viên ngành Sƣ phạm Vật lý tại Trƣờng Đại học Phạm Văn Đồng. Đây là môn học có tính giao thoa giữa ngành Vật lý và các ngành khối kỹ thuật công nghệ nên các quá trình vật lý xảy ra trong các máy móc thiết bị sẽ đƣợc đặc biệt quan tâm trong tài liệu này. Mục đích của tài liệu là cung cấp cho ngƣời học những khái niệm cơ sở trong kỹ thuật điện, từ cấu tạo - nguyên lý hoạt động của các máy móc, thiết bị đến các ứng dụng của chúng trong đời sống. Với nội dung bao gồm các phần: Mạch điện xoay chiều ba pha, máy biến áp, máy điện xoay chiều, máy điện một chiều, các dụng cụ đo điện - đo lƣờng điện, an toàn điện. Ở cuối mỗi phần đều có hệ thống các câu hỏi hoặc bài tập nhằm hệ thống hóa kiến thức đã học. Ngoài ra, một số các phép biểu diễn dòng điện bằng số phức cũng đƣợc đƣa vào tài liệu nhƣ phần phục vụ tra cứu. Vì là lần đầu tiên lƣu hành, hẳn nhiên quyển tài liệu này không khỏi thiếu sót. Ngƣời biên soạn xin chân thành tiếp thu ý kiến đóng góp của đồng nghiệp. Mọi ý kiến xin gởi về: Đỗ Mƣời, email: dmuoi@pdu.edu.vn Người biên soạn 6
CHƢƠNG 1. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 1.1. Khái niệm chung về mạch điện xoay chiều ba pha Nguồn điện xoay chiều ba pha là một hệ thống gồm ba suất điện động một pha có 1 cùng biên độ, cùng tần số, nhƣng lệch pha nhau 120 0 hay chu kỳ. Mạch điện ba pha 3 gồm nguồn điện ba pha, đƣờng dây truyền tải và tải ba pha. Ngày nay, trong công nghiệp dùng rất rộng rãi điện năng dòng điện hình sin ba pha. Động cơ điện ba pha có cấu tạo đơn giản và đặc tính tốt hơn động cơ một pha. Hơn nữa, việc truyền tải điện năng bằng dòng điện ba pha tiết kiệm đƣợc kim loại màu hơn việc truyền tải điện năng bằng dòng điện một pha. Hình vẽ 1-1 vẽ mặt cắt ngang một máy phát điện ba pha đơn giản. Phần quay (rotor) là một nam châm điện N – S. Phần tĩnh (stator) gồm sáu rãnh, trên mỗi cặp rãnh đặt các dây quấn AX, BY, CZ, lệch nhau 1200 hình học trong không gian. Khi quay rotor, trong các dây quấn cảm ứng ra những suất điện động hình sin cùng biên độ và tần số. Các suất điện động sẽ lần lƣợt đạt các trị số cực đại ở thời điểm khi trục cực từ cắt các thanh dẫn ba cuộn dây, vì vậy chúng lệch pha nhau 1200 . A Y N Z C S B X Hình 1-1. Máy phát điện ba pha Nếu chọn pha ban đầu của sức điện động trong cuộn dây AX bằng 0, thì các suất điện động tức thời e A , e B , e C trong các cuộn dây sẽ có dạng: 7
e A  E max sin t  e B  E max sin t  1200  (1.1)    e C  E max sin t  1200  E max sin t  2400  Hoặc chuyển sang hiệu dụng phức: 0    Ee j0  00   e j120    1200 0 (1.2) C  e j120  e  j240  1200 0 0 Hình vẽ 1-2a, b vẽ đồ thị hình sin và đồ thị vectơ biểu diễn các suất điện động tức thời. Nhìn hình vẽ ta thấy tổng các suất điện động tại thời điểm bất kỳ nào cũng bằng không. Hệ thống suất điện động ba pha nhƣ vậy gọi là hệ thống suất điện động ba pha đối xứng. e eA eB eC EA 120 0 120 0 O EB  2   2   2  120 0    3 3 3 EC a) b) Hình 1-2. a) Đồ thị trị số tức thời sđđ ba pha b) Giản đồ vectơ sđđ ba pha Nếu các dây quấn AX, BY, CZ của nguồn điện nối riêng rẽ với các phụ tải có tổng trở pha   ,   ,  C , ta có hệ thống ba pha gồm ba mạch một pha không liên hệ nhau, mỗi mạch điện gọi là một pha của mạch điện ba pha (hình 1-3). 8
Các suất điện động, dây quấn của máy phát và phụ tải trong một pha gọi là suất điện động pha, dây quấn pha, phụ tải pha… sau này ta quen gọi một cách không chính xác các dây quấn máy phát là các pha của máy phát, các phụ tải pha là các pha của phụ tải. Mỗi pha của máy phát và phụ tải có hai đầu ra: điểm đầu và điểm cuối. Điểm đầu các pha ký hiệu bằng những chữ cái A, B, C; điểm cuối các pha ký hiệu bằng những chữ cái tƣơng ứng X, Y, Z. Chiều dƣơng dòng điện trong các pha máy phát quy ƣớc đi từ điểm cuối đến điểm đầu, còn ngƣợc lại ở trong các pha phụ tải đi từ điểm đầu đến điểm cuối. A IA ZA X Z Y C IB ZB ZC B IC Hình 1-3. Hệ ba pha không liên hệ Hệ thống mạch ba pha không liên hệ ít đƣợc ứng dụng trong thực tế vì cần tới sáu dây dẫn không kinh tế. Với cách nối các pha máy phát và phụ tải thành hình sao hoặc hình tam giác, giữa các pha mạch điện sẽ có liên hệ với nhau và mạch cần ít dây dẫn hơn. 1.2. Cách nối hình sao (Y) Id IA A A' UA Up U AB O Ud I0 O' C C' B' B IB IC Hình 1-4. Mạch ba pha bốn dây 9
- Mạch ba pha mắc hình sao tức là đấu ba điểm cuối X, Y, Z thành một điểm chung gọi là điểm trung tính (điểm O). Hình 1-4 vẽ mạch điện ba pha mà nguồn và phụ tải đều nối hình sao. - Dây dẫn nối với các điểm đầu A, B, C gọi là dây pha. - Dây dẫn nối với điểm O gọi là dây trung tính hay dây trung hòa. - Nếu mạch chỉ có ba dây pha A, B, C gọi là mạch ba pha ba dây. Còn nếu có cả dây trung hòa A, B, C, O thì gọi là mạch ba pha bốn dây. - Dòng điện đi trong các cuộn dây pha gọi là dòng điện pha I p . - Dòng điện đi trên các dây pha gọi là dòng điện dây I d . - Dòng điện đi trong dây trung tính ký hiệu là I 0 . - Điện áp giữa hai đầu cuộn dây pha gọi là điện áp pha U p . - Điện áp giữa hai dây pha gọi là điện áp dây U d . Quan hệ giữa các đại lƣợng dây và pha. Theo sơ đồ hình sao (hình 1-4) ta thấy: - Dòng điện đi trong cuộn dây pha chính là dòng điện đi trên dây pha tƣơng ứng. Suy ra dòng điện dây bằng dòng điện pha: Id  Ip 1.3 - Điện áp dây bằng hiệu hai điện áp pha tƣơng ứng. Hình 1-5 vẽ đồ thị vectơ hệ điện áp ba pha đấu sao đối xứng. Từ hình vẽ ta thấy giữa các vectơ số phức điện áp dây U AB , U BC , UCA và các vectơ số phức điện áp ba pha U A , U B , UC có quan hệ sau: U AB  U A  U B , U BC  U B  U C , 1.4 U CA  U C  U A 10
C U AB U CA 30 0 UC O B U BC UA UB U AB A Hình 1-5. Giản đồ vectơ của mạch ba pha nối hình sao đối xứng Xét OAB trên giản đồ, ta thấy: 3 AB  2OB cos 30 0  2OB  OB 3 2 AB là điện áp dây U d , OB là điện áp pha U p + Về góc pha: điện áp dây vƣợt trƣớc điện áp pha tƣơng ứng một góc 30 0 + Về trị số: điện áp dây bằng 3 lần điện áp pha U d  3U p 1.5 - Dòng điện trong dây trung tính I O có chiều dƣơng đi từ O đến O' . Khi phụ tải đối xứng thì: I0  I A  I B  IC  0 1.6 Nên ta có thể bỏ (không cần) dây trung tính. Mạch điện lúc đó là mạch ba pha ba dây nhƣ hình vẽ 1-6. Hình 1-6. Mạch ba pha ba dây 11
1.3. Cách nối hình tam giác   Mạch ba pha nối hình tam giác là lấy điểm cuối pha này với điểm đầu pha kia. Chẳng hạn nối X với B, Y với C và Z với A tạo thành một mạch vòng hình tam giác và ba đỉnh tam giác nối với ba dây dẫn gọi là ba dây pha. Hình 1-7 vẽ mạch điện ba pha mà nguồn và phụ tải đều nối hình tam giác. A Id A I AB Ip EA Ud Up EC B I CA I BC C C B EB Id IC Hình 1-7: Mạch ba pha nối hình tam giác Quan hệ giữa các đại lƣợng điện áp, dòng điện dây và pha. Theo sơ đồ đấu tam giác (hình 1-7). - Điện áp đặt vào đầu mỗi pha chính là điện áp dây: Up  Ud 1.7 - Quy ƣớc chiều dƣơng của dòng điện các pha chạy ở nguồn ngƣợc chiều kim đồng hồ, còn chiều dƣơng của dòng điện các pha ở phụ tải theo chiều kim đồng hồ. Theo định luật Kirchhoff 1 tại ba đỉnh A, B, C, ta có: I A  I AB  ICA I B  I BC  I AB 1.8 IC  ICA  I AB Hình 1-8 vẽ các vectơ dòng điện ba pha đấu hình tam giác đối xứng. Từ hình vẽ ta thấy: + Về góc pha: Dòng điện dây chậm pha sau dòng điện pha một góc 30 0 + Về trị số: Dòng điện dây bằng 3 lần dòng điện pha. Thực vậy xét, OAB ta thấy: 12
3 OA  2OB cos 30 0  2OB  OB 3; 2 OA  I d , OB  I p  Id  3I p 1.9 U AB IC  I CA I AB B p  I BC IA O I BA p p I BC U BC U CA  I AB Hình 1-8. Giản đồ vectơ của mạch ba pha đối xứng nối hình sao 1.4. Công suất mạch ba pha 1.4.1. Công suất mạch ba pha đối xứng Đối với mạch ba pha đối xứng, do trị số dòng điện hiệu dụng, điện áp và góc lệch pha ở ba pha nhƣ nhau nên công suất của các pha cũng bằng nhau. - Công suất tác dụng ba pha: P3pha  3P1pha  3U p I p cos   3U d I d cos   3R p I 2p 1.10 + Nếu mạch ba pha đấu sao thì: U d  3U p Id  Ip 13
+ Nếu mạch đấu tam giác thì: I d  3I p Ud  Up - Công suất phản kháng ba pha: Q3p  3U p I p sin   3U d I d sin   3X p I 2p 1.11 - Công suất biểu kiến ba pha: S3p  3U p I p  3U d I d  P32pha  Q32pha 1.12 1.4.2. Công suất mạch ba pha không đối xứng Đối với mạch ba pha không đối xứng thì hệ thống điện ba pha là tập hợp ba mạch điện một pha, nên công suất chung của hệ thống là tổng công suất của các pha. - Công suất tác dụng của mỗi pha: PA  U A I A cos  A PB  U B I B cos  B 1.13 PC  U C I C cos  C Trong đó: U A , U B , U C là điện áp các pha; I A , I B , I C là dòng điện các pha; A ,  B , C là góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp mỗi pha - Công suất tác dụng của ba pha: P3pha  PA  PB  PC  U A I A cos A  U B I B cos B  U C I C cos C 1.14 - Công suất phản kháng ba pha: Q3pha  Q A  Q B  QC  U A I A sin A  U B I B sin B  U C I C sin C 1.15 - Công suất biểu kiến 3 pha: S3pha  P32pha  Q 32pha 1.16 14
1.5. Ứng dụng cách nối hình sao và tam giác Nguồn điện và phụ tải ba pha đều có thể nối hình sao hoặc hình tam giác, tùy theo điều kiện cụ thể nhƣ điện áp quy định của thiết bị, điện áp của mạng điện và một số yêu cầu về kỹ thuật khác. Dƣới đây ta xét vài trƣờng hợp thƣờng gặp. 1.5.1. Cách nối nguồn điện Nguồn điện có thể là máy phát điện hoặc máy biến áp. Đối với máy phát điện có thể nối theo hình sao hoặc hình tam giác. Nhƣng thƣờng hay nối hình sao để tránh dòng điện chạy quẩn trong dây quấn các pha. Nếu nối dây quấn theo hình tam giác thì do hệ thống suất điện động của các pha không thể hoàn toàn đối xứng, nên trong mạch vòng dây quấn sẽ xuất hiện sức điện động tổng: e  eA  eB  eC  0 Trong dây quấn sẽ có dòng điện chạy quẩn do e gây nên, ngay cả khi máy phát chạy không tải. Đối với máy biến áp thì cách nối hình sao hay hình tam giác đều đƣợc dùng nhiều nhƣ nhau. 1.5.2. Cách nối dây động cơ điện Mỗi động cơ ba pha gồm có ba dây quấn pha. Khi thiết kế ngƣời ta đã quy định điện áp cho mỗi dây quấn. Lúc động cơ làm việc yêu cầu phải đúng với điện áp quy định ấy. Ví dụ động cơ ba pha có điện áp quy định cho mỗi dây quấn là 220V (nghĩa là U p  220V ), do đó trên nhãn hiệu của động cơ sẽ ghi là:  / Y  220 / 380V . Nếu nhƣ ta nối động cơ vào làm việc ở mạng điện có điện áp dây là 380V thì động cơ phải đƣợc nối hình 380 sao, vì lúc đó điện áp đặt lên mỗi dây quấn pha của động cơ sẽ là U p   220V , bằng 3 đúng điện áp quy định. Nếu động cơ đƣợc nối vào làm việc ở mạng điện có điện áp dây là 220V thì động cơ phải đƣợc nối hình tam giác, lúc đó điện áp đặt lên mỗi dây quấn bằng điện áp dây 220V, đúng bằng điện áp quy định. 15
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƢƠNG 1 1. Nêu những ƣu điểm của mạch điện ba pha 2. Các đặc điểm của mạch điện ba pha đối xứng 3. Định nghĩa điện áp dây, điện áp pha, dòng điện dây, dòng điện pha và quan hệ giữa chúng khi nối sao và nối tam giác 4. Các biểu thức của công suất P, Q, S trong mạch ba pha đối xứng 5. Vẽ tam giác công suất dựa trên biểu thức của công suất P, Q, S trong mạch ba pha đối xứng, tìm biểu thức cos  dựa trên tam giác công suất đó. 6. Hãy nêu ý nghĩa vật lý của hệ số công suất cos  của một mạng điện 7. Hãy giải thích tại sao ở một pha của mạch điện xoay chiều ta có: P  P1  P2  ...  Pn Q  Q1  Q 2  ...  Q n Nhƣng ta lại có: S  S1  S2  ...  Sn Trong đó Pi , Q i và S i là công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất biểu kiến của thiết bị tiêu thụ điện từ thứ i. Với điều kiện nào thì dấu = xảy ra. 8. Cho một mạch điện ba pha, nguồn điện nối hình sao, tải nối hình tam giác. Điện áp pha . của nguồn là U pn  200V , tổng trở pha tải Z pt  4  j3 () a. Tính điện áp pha tải, I p và I d b. Tính công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất biểu kiến trên tải 3 pha. Đáp số: U p  200 3 V ; I p  40 3 A; I d  120 A; P  57600W ; Q  43200Var ; S  72000VA 16
9. Một nguồn điện xoay chiều 3 pha có U p  220V . Khi đấu các pha của nguồn theo hình sao ngƣời ta đã đấu ngƣợc ở pha A (các điểm A và Y, Z đƣợc nối với nhau thành điểm trung tính của máy phát). Tính điện áp U XB , U BC , U CX . Đáp số: U XB  220V ;U BC  380V ;U CX  220V 10. Cho mạch điện 3 pha, tải nối sao, nguồn nối tam giác. Nguồn và tải đều đối xứng. Dòng điện pha của tải là I pt  50A , điện áp pha của tải là U pt  220V a. Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch 3 pha trên, kí hiệu rõ các đại lƣợng trên sơ đồ. b. Tính dòng điện pha nguồn I pn và điện áp pha nguồn U pn . Đáp số: I pn  28.86 A;U pn  380V 11. Một tải 3 pha có điện trở mỗi pha R p  6 , điện kháng pha X p  8 , nối tam giác, đấu vào mạng điện có U d  220V a. Tính dòng điện pha I p , dòng điện dây I d . b. Tính công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến trên tải 3 pha. Đáp số: I d  22 3 A; I p  22 A; P  8712W ; Q  11616Var ; S  14520VA 12. Cho mạch điện 3 pha tải nối hình sao đối xứng đấu vào mạng điện 3 pha có điện áp dây là 380V, điện trở R  20 , điện kháng X L 15 a. Tính dòng điện pha I p và dòng điện dây I d . b. Tính công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất biểu kiến trên tải 3 pha. Đáp số: I p  I d  8.8 A; P  4464.4W ; Q  3484.8Var ; S  5808VA 13. Một mạch điện 3 pha có dây trung tính 380V / 220V cung cấp điện cho 90 bóng đèn sợi đốt, số hiệu định mức của mỗi đèn U đm  220V, Pđm  60W . Số bóng đèn đƣợc phân đều cho 3 pha. a. Vẽ sơ đồ mạch điện 3 pha. b. Tính I A , I B , I C , I 0 , P khi tất cả bóng đèn đều bật sáng. 17
c. Tính I A , I B , I C , I 0 , P khi pha A có 10 đèn bật sáng, pha B có 20 đèn bật sáng, pha C cắt điện d. Tính điện áp đặt lên các đèn pha A và pha B ở câu c) trong trƣờng hợ dây trung tính bị đứt Đáp số: b) I A  I B  I C  8.18 A; I 0  0 c) I A  2.73 A; I B  5.45 A; I C  0; I 0  4.72 A d) U 'A  253.27V ;U B'  126.63V 14. Một động cơ không đồng bộ có số liệu định mức sau: công suất định mức Pđm  11kW , hiệu suất đm  77.5% , hệ số công suất cos đm  0.7 , thông số ghi trên nhãn: Y /   380 / 220V . Ngƣời ta đấu động cơ vào mạng điện 220V/127V. a. Xác định cách đấu dây động cơ b. Tính công suất điện động cơ tiêu thụ từ lƣới điện ở chế độ định mức c. Tính dòng điện dây I d và dòng điện pha I p của động cơ Đáp số: a) Động cơ nối theo hình tam giác b )P1  14.2kW c )I d  41.28 A d )I p  23.86 A 18
CHƢƠNG 2. MÁY BIẾN ÁP 2.1. Khái niệm chung về máy biến áp Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ở cấp điện áp này thành hệ thống dòng điện xoay chiều cùng tần số ở cấp điện áp khác. Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện, đƣợc gọi là sơ cấp. Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp. Các đại lƣợng, các thông số sơ cấp trong kí hiệu có ghi chỉ số 1: số vòng dây sơ cấp N 1 , điện áp sơ cấp U 1 , dòng điện sơ cấp I1 , công suất sơ cấp P1 . Các đại lƣợng và thông số thứ cấp có chỉ số 2: số vòng dây thứ cấp N 2 , điện áp thứ cấp U 2 , dòng điện thứ cấp I 2 , công suất thứ cấp P2 . Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn sơ cấp là máy biến áp tăng áp. Nếu điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp giảm áp. 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 S đm , đơn vị là kVA -Đối với máy biến áp một pha, công suất định mức là Sđm  U 2đm I 2đm  U1đm I1đm 2.1 -Đối với máy biến áp ba pha, công suất định mức là Sđm  3U 2đm I 2đm  3U1đm I1đm 2.2 Trên vỏ máy biến áp có ghi các thông số nhƣ dòng điện định mức, điện áp định mức, tần số, số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc v.v… Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải và phân phối điện năng. Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao trên đƣờng dây, ngƣời ta nâng cao điện áp truyền tải trên dây, vì vậy ở đầu đƣờng dây truyền tải cần đặt máy biến áp tăng áp. Điện áp tải thƣờng nhỏ, vì vậy ở cuối đƣờng dây phải đặt máy biến áp hạ áp. Ngoài ra máy biến áp còn đƣợc sử dụng trong các lò nung, hàn điện, làm nguồn cho các thiết bị điện, điện tử, đo lƣờng. Hình 2-1 trình bày sơ đồ truyền tải điện năng từ nhà máy phát điện 1 đến nơi tiêu thụ 7. 19
4 5 6 / 0.22kV 6 6 / 220kV 1 220kV 6kV 3 220 / 6kV 2 I, P 0.22kV Hình 2-1: Sơ đồ truyền tải điện năng từ máy phát tới nơi tiêu thụ 2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp 2.2.1. Cấu tạo Máy biến áp có hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. Lõi thép của máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính, đƣợc chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt, nó còn đƣợc gọi là mạch từ. Lõi thép gồm các trụ thép và gông từ. Các dây quấn đƣợc lắp đặt trên trụ thép, gông từ là phần khép kín mạch từ giữa các trụ. Lõi thép đƣợc làm bằng lá thép kỹ thuật điện (dày 0.35mm đến 0.5mm, mặt ngoài sơn cách điện) và ghép chặt thành khối nhƣ hình 2-2 gông Hạ áp N1 N2 Cao áp Hình 2-2. Lõi thép và dây quấn máy biến áp Dây quấn máy biến áp đƣợc chế tạo từ vật liệu bằng đồng hay nhôm, bên ngoài dây dẫn đƣợc bọc cách điện. Các dây quấn của máy biến áp đƣợc quấn trên các trụ thép, gồm nhiều lớp. Giữa các lớp dây quấn, giữa các dây quấn và giữa mỗi dây quấn và lõi thép 20