intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Máy điện - CĐ Phương Đông

Chia sẻ: Minh Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST
Báo xấu
132
lượt xem 24
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Máy điện gồm 4 chương, giới thiệu với người học các kiến thức về máy biến áp; máy điện không đồng bộ; máy điện đồng bộ; máy điện một chiều. Hy vọng đây là tài liệu hữu ích cho bạn đọc nghiên cứu và học tập chuyên ngành Điện - Điện tử.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Máy điện - CĐ Phương Đông

  1. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN MÁY ĐIỆN CHƯƠNG I MÁY BIẾN ÁP I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP Để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp hoặc ngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao, ta dùng máy biến áp. Ngày nay do việc sử dụng điện năng phát triển rộng rãi, nên có những loại máy biến áp khác nhau: máy biến áp một pha, máy biến áp ba pha, máy biến áp hai dây quấn, ba dây quấn… nhưng chúng đều dựa trên một nguyên lý, đó là nguyên lý cảm ứng điện từ. 1. Khái niệm 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 nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Trong các bản vẽ, máy biến áp được ký hiệu như hình vẽ: ge N1 N2 hoặc a) le Hình 9-1. b) Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện được gọi là sơ cấp. Đầu ra nối ol với tải gọi là thứ cấp. Các đại lượng, thông số của máy biến áp: Các đại lượng và thông Sơ cấp Thứ cấp số C U2 Điện áp U1 I2 Dòng điện I1 f PD Tần số f P2 Công suất P1 N2 Số vòng dây N1 2. Các đại lượng định mức C Các đại lượng định mức của máy biến áp do nhà chế tạo qui định để cho máy có khả năng làm việc lâu dài và hiệu quả nhất. Ba đại lượng định mức cơ bản là: a. Điện áp định mức - Điện áp sơ cấp định mức (U1đm): là điện áp đã qui định cho dây quấn sơ cấp, đối với máy biến áp ba pha là điện áp dây. - Điện áp thứ cấp định mức (U2đm): là điện áp giữa các đầu ra của dây quấn thứ cấp, là điện áp dây (đối với máy biến áp ba pha), khi dây quấn thứ cấp hở mạch (không nối với tải) và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức. Điện áp định mức quyết định việc bố trí cuộn dây cách điện giữa các lớp, các vòng dây và lựa chọn vật liệu cách điện để đảm bảo an toàn. Đơn vị của điện áp định mức là V hoặc Kv. b. Dòng điện định mức Trang 1
  2. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Khi đặt điện áp vào cuộn dây sơ cấp là định mức và nối cuộn dây thứ cấp với tải có công suất bằng công suất định mức của máy biến áp thì dòng điện đo được trên cuộn dây sơ cấp là dòng điện sơ cấp định mức (I1đm) và dòng điện đo được trên cuộn dây thứ cấp là dòng điện thứ cấp định mức (I2đm). 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. Khi thiết kế máy biến áp người ta căn cứ vào dòng điện định mức để chọn tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp, xác định các tổn hao năng lượng trong điện trở dây quấn để đảm bảo nhiệt độ tăng trong quá trình sử dụng không vượt quá giới hạn an toàn. 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 VA hoặc kVA. ge 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 le Ngoài ra trên nhãn máy còn ghi tần số, số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc… ol Trong quá trình sử dụng máy biến áp, nếu ta đặt dưới các đại lượng định mức thì sẽ gây lãng phí khả năng làm việc của máy biến áp, còn nếu ta đặt trên các đại C lượng định mức thì gây nguy hiểm, dễ gây hỏng máy biến áp. 3. Công dụng của máy biến áp: Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải và PD phân phối điện năng. Các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện (như khu công nghiệp, khu dân cư…) vì thế cần phải xây dựng các đường dây truyền tải điện năng. Điện áp máy phát thường là 6,3kV;10,5kV; 15,75kV; 38,5kV. Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên C đường dây, phải giảm dòng điện chạy trên đường dây bằng cách nâng cao điện áp. Vì vậy ở đầu đường dây cần đặt máy biến áp tăng áp. Mặt khác điện áp của tải thường khoảng 110 đến 500V, động cơ công suất lớn thường từ 3 đến 6kV, vì vậy ở cuối đường dây cần đặt máy biến áp hạ áp, như hình vẽ 9.2: Đường dây nguồn tải MBA MBA hạ tăng áp áp Hình 9-2. II. MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 1.Cấu tạo Máy biến áp có hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. Trang 2
  3. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN a. Lõi thép Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy biến áp, được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt, thường là lá thép kỹ thuật điện. Lõi thép gồm hai bộ phận: - Trụ: là nơi để 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, người ta dùng thép lá kỹ thuật điện ( ge dày khoảng 0,35mm đến 0,5mm, mặt ngoài có sơn cách điện ) ghép lại với nhau thành lõi thép. Các dạng lá thép kỹ thuật điện thường sử dụng có hình chữ U, E, I như hình vẽ: le ol C Hình 9-4. Lá thép kỹ thuật điện. PD b. Dây quấn Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng ( hoặc nhôm), có tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện. C a  b Hình 9-5. Mặt cắt ngang dây quấn. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn có cách điện với nhau và dây quấn có cách điện với lõi thép. Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn. Khi các dây quấn đặt trên cùng một trục thì thông thường dây quấn điện áp thấp được đặt sát trụ thép, các dây quấn khác đăït lồng ra bên ngoài, làm như vậy để giảm được vật liệu cách điện ( hình 9-6). Trang 3
  4. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN Điện áp thấp Gông Cao áp Hình 9-6. Lõi thép của máy biến áp. Để làm mát và tăng cường cách điện cho máy biến áp, người ta thường dặt lõi thép và dây quấn trong một thùng dầu máy biến áp. Máy biến áp công suất lớn, vỏ thùng dầu có cánh tản nhiệt, ngoài ra còn có các đầu sứ để nối các đầu dây quấn ra ngoài, bộ phận chuyển mạch để điều chỉnh điện áp, rơle hơi để bảo vệ máy. ge 2. Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên cơ sở của hiện tượng cảm ứng điện từ. Nếu đặt vào cuộn dây sơ cấp của máy biến áp một dòng điện xoay chiều với le điện áp U 1, dòng điện xoay chiều qua cuộn dây sẽ tạo ra trong mạch từ một từ thông . Do mạch từ khép kín nên từ thông này móc vòng qua các cuộn dây của ol máy biến áp và sinh ra trong đó sức điện động. Với cuộn sơ cấp là: e 1 = - N1 d C dt Với cuộn thứ cấp là: : e 2 = - N 2 d dt PD C Hình 9-7. Giả sử từ thông của máy biến áp biến đổi hình sin đối với thời gian:  = maxsint (Wb) Sau khi lấy đạo hàm và thay vào phương trình 9-3 ta được: e1 = - N 1maxcost Vì cost = - sin(t – 90 0 ) Nên e1 = N 1max sin(t – 900 ) Biểu thức này chỉ rõ sức điện động e1 chậm pha so với từ thông  một góc 900. Trị số cực đại của sức điện động: E1max = N1max Trang 4
  5. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN Chia E1max cho 2 và thay  = 2f, ta được biểu thức của sức điện động hiệu dụng sơ cấp: E 1max 2 f E1 = = N1 max = 4,44fN 1max 2 2 Tương tự,biểu thức sức điện động hiệu dụng của cuộn thứ cấp: E2 = 4,44fN 2max Khi máy biến áp không nối với tải, dòng điện trong cuộn thứ cấp I2 = 0, sức điện động sơ cấp thực tế gần bằng điện áp sơ cấp E1  U1 và sức điện động thứ cấp gần bằng điện áp thứ cấp E2 = U20 (U 20 là điện áp thứ cấp không tải). Tỷ số các sức điện động trong cuộn dây của máy biến áp một pha, tức là tỷ số điện áp của nó khi không có tải, được rút ra từ biểu thức 9-8 và 9-9, bằng tỷ số vòng dây của các cuộn dây. Tỷ số này kí hiệu bằng chữ k và gọi là tỷ số biến áp: E1 U N k= = 1 = 1 E2 U 20 N2 ge - Nếu N1 > N 2 suy ra k > 1 , U 1 > U 2, máy biến áp hạ áp. - Nếu N 1 < N2 suy ra k < 1 , U 1 < U2, máy biến áp tăng áp. Khi nối cuộn dây thứ cấp với tải, nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, có thể U1I1 = U2I2 Hoặc: le coi gần đúng quan hệ giữa các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau: U1 I 2 k ol U 2 I1 Ví dụ 1: Một máy biến áp có cuộn sơ cấp nối vào mạng điện 6600V, điện áp C cuộn thứ cấp là 220V. Tính tỷ số biến áp: Lời giải: U 1 6600 k=   30 PD U2 220 Ví dụ 2: Cuộn sơ cấp của một máy biến áp được nối vào mạng điện 10kV, điện áp cuộn thứ cấp là 100V. Tính tỷ số biến áp và số vòng cuộn thứ cấp, nếu số vòng dây cuộn sơ cấp là 21000 vòng. C Lời giải: U 1 10000 Tỷ số biến áp: k =   100 U2 100 U 1 N1 Xác định số vòng dây theo phương trình:  k U2 N2 21000 Thay số vào ta có: N2 =  210 vòng. 100 III. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP 1. Các phương trình cơ bản của máy biến áp a . Phương trình cân bằng sức điện động Ta xét máy biến áp một pha hai dây quấn như hình 9-7. Khi đặt vào cuộn dây sơ cấp một điện áp xoay chiều u1 thì trong đó sẽ có dòng điện i1 chạy qua. Nếu phía thứ cấp có tải thì sẽ có dòng điện i2 chạy qua. Những dòng điện i1 và i2 sẽ tạo nên các sức từ động i1N 1 và i2N2. Phần lớn từ thông do i1N 1 và i2N2 sinh ra được Trang 5
  6. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN khép mạch qua lõi thép móc vòng với cả dây quấn sơ cấp và thứ cấp và được gọi là từ thông chính . Từ thông chính gây nên trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp những sức điện động là: d d e1   N 1  1 dt dt d d 2 e2   N 2  dt dt Trong đó:  1  N1 và  2  N 2 là từ thông móc vòng với dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với từ thông chính . Còn một phần rất nhỏ từ thông do các sức từ động i1N 1 và i2N 2 sinh ra bị tản ra ngoài lõi thép và khép mạch qua không khí hay dầu gọi là từ thông tản. Từ thông tản cùng gây nên các sức điện động tản tương ứng: d 1 d  1 e 1   N 1  dt dt d 2 d  2 ge e 2   N2  dt dt Theo định luật kirchof 2, ta có phương trình cân bằng sức điện động của dây quấn sơ cấp và thứ cấp như sau: le u1  e1  e 1  i1 r1 hay U1 = -E1 + I1(r1 +jx1) u 2  e 2  u 2  i2 r2 hay U 2'  E 2'  I 2' (r2'  jx 2' ) ol Trong đó: r1, x1 là điện trở và cảm kháng của dây quấn sơ cấp. r2' , x 2' là điện trở và cảm kháng của dây quấn thứ cấp qui về sơ cấp. C b. Phương trình cân bằng sức từ động Lúc máy biến áp làm việc có tải, từ thông chính trong máy là do sức từ động tổng sơ cấp và thứ cấp (i1N1 + i2N 2) tạo nên. Nếu máy làm việc không tải,dòng PD điện trong dây quấn sơ cấp là i0, từ thông chính trong lõi thép chỉ còn do sức từ động i0N1 sinh ra. Nếu bỏ qua điện áp rơi trong máy biến áp, ta có thể xem điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng sức điện động cảm ứng trong nó do từ thông chính gây nên U1 = E1 = 4,44.f.N1max. Nhưng điện áp U 1 đặt vào thường được giữ bằng C điện áp định mức và luôn không đổi dù máy biến áp làm việc có tải hay không tải, nên sức điện động E1 và do đó từ thông max trong máy biến áp có trị số không đổi. Như vậy nghĩa là sức từ động (i1N 1 + i2N2) sinh ra từ thông chính lúc có tải phải bằng sức từ động i0N1. Do đó ta có phương trình cân bằng sức từ động: (i1N 1 + i2N2) = i0N1 Phương trình cân bằng sức từ động viết dưới dạng số phức là: I1  I 0  (  I2 ) c. Mạch điện thay thế máy biến áp Từ phương trình cân băng sức điện động và sức từ động, ta xây dựng mô hình mạch điện, gọi là sơ đồ mạch điện thay thế máy biến áp, như hình 9-8a. Trang 6
  7. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN Trong đó: & & U 2  kU là điện áp thứ cấp qui về sơ cấp, với k là hệ số biến áp của máy. R2  k 2 R2 , X 2  k 2 X 2 là điện trở và cảm kháng thứ cấp qui về sơ cấp. Z   k 2 Z là tổng trở tải qui về sơ cấp. t t I I2  2 là dòng điện thứ cấp qui về sơ cấp. ge k Rth, Xth là điện trở và điện kháng từ hoá. Zth = Rth + jXth là tổng trở từ hoá đặc trưng cho mạch từ. Thay các giá trị trên vào phương trình (9-11), (9-12) và (9-14), ta có: U 1  Z1 I1  Z th I0 U    Z I  Z  I le ol 2 th 0 2 2 I1  I0  I2 Thông thường tổng trở nhánh từ hoá rất lớn, dòng điện I0 nhỏ, do đó có thể bỏ C qua nhánh từ hoá, ta có sơ đồ thay thế đơn giản như hình 9-8b. 2. Giản đồ năng lượng của máy biến áp Trong quá trình truyền tải năng lượng qua máy biến áp, một phần công suất PD tác dụng và công suất phản kháng bị tiêu hao trong máy. Ta xét sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng trong máy biến áp, được biểu thị trên hình 9-9. C Trong đó: P1 = U1I1cos1 là công suất đưa vào máy biến áp. PCu1 = R1 I12 là tổn hao trên điện trở của dây quấn sơ cấp. PFe = Rm I 02 là tổn hao trong lõi thép. PCu2 = R2 I 22 là hao trên điện trở dây quấn thứ cấp. Pđt = P1 – PCu1 – PFe là công suất điện từ truyền qua phía thứ cấp. Trang 7
  8. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN P2 = Pđt – PCu2 là công suất đầu ra của máy biến áp. Q1 = U 1I1sin1 là công suất phản kháng đầu vào. q1 = I12 x1 là công suất để tạo ra từ trường tản của dây quấn sơ cấp. q2 = I 2 2 x 2 là công suất để tạo ra từ trường tản của dây quấn thứ cấp. qm là công suất tạo ra từ trường trong lõi thép. Qđt = Q1 – q1 – qm là công suất phản kháng truyền qua phía thứ cấp. Q2 = Q đt – q2 là công suất phản kháng đầu ra. 3. Hiệu suất của máy biến áp Hiệu suất  của máy biến áp là tỷ số giữa công suất đầu ra P2 và công suất đầu P2 vào P1: % = 100% P1 Công thức tính hiệu suất: P0   2 Pn % = (1  ).100% S dm cos  2  P0   2 Pn ge Trong đó: P0 , Pn tổn hao không tải, ngắn mạch của máy biến áp. Sđm là công suất định mức của máy biến áp. I2  là hệ số tải. I 2dm cos2 là hệ số công suất tải Hiệu suất cực đại: %max le ol P0 Tính m = là hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại. Pn C Thay m vào phương trình (9-15b) suy ra: 2 P0 %max = (1  ).100% PD P0 2 P0  S dm cos  2 Pn Từ giản đồ năng lượng ta thấy P2 < P1 nên % < 100%. 4. Độ thay đổi điện áp của máy biến áp C Khi máy biến áp làm việc, điện áp đầu ra U 2 thay đổi theo tính chất điện cảm hoặc điện dung của dòng điện I2, do có điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Hiệu số số học giữa các trị số của điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải U 2 trong điều kiện U 1đm không đổi gọi là độ thay đổi điện áp U của máy biến áp. Trong hệ đơn vị tương đối ta có: U 20  U 2 U %  .100% U 20 Hay: U %   (u nr %. cos  2  u nx %. sin  2 ) I 1dm .rn u nr %  .100% U 1dm I .x u nx %  1dm n .100% U 1dm Trang 8
  9. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN u n  (u nr %) 2  (u nx %) 2 Trong thực tế muốn giữ cho điện áp U 2 không đổi khi máy biến áp làm việc với các tải khác nhau thì phải điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi lại số vòng N1 dây, nghĩa là thay đổi tỷ số biến áp k  . N2 IV. MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU ge b) Hình 9-10 Máy biến áp tự ngẫu (hay còn gọi là máy tự biến áp) được dùng khi cần điện le áp ra thay đổi hoặc tỷ số biến áp không lớn, máy biến áp tự ngẫu có công suất thấp, thường được dùng trong các phòng thí nghiệm, dùng để điều chỉnh điện áp ol khi mở máy động cơ xoay chiều ba pha. Cấu tạo và nguyên lý làm việc tương tự như máy biến áp thông thường, chỉ khác cách đấu dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Trong máy hạ áp (hình 9- C 10a), cuộn thứ cấp là một phần của cuộn sơ cấp. Trong máy tăng áp ( hình 9-10b), cuộn sơ cấp là một phần của cuộn thứ cấp. Để đơn giản, ta xét máy biến áp lý tưởng (không có tổn hao và từ tản, dòng PD không tải bằng 0). 1. Máy tự giảm áp Tỷ số máy biến áp cũng giống máy biến áp thông thường: U 1 I 2 N1 C   k U 2 I1 N 2 Xét quá trình năng lượng của máy: Vì dòng điện không tải I0 = 0 nên trong phần chung ax có giá trị hiệu dụng là I2– I1 Giả sử tải Zt là thuần trở, công suất P phát cho tải là: P = U2I2 = U 2I1 + U2(I2 - I1) = Pđ + Pđt Với Pđ = U2I1 : công suất điện dẫn đến tải qua Aa. Pđt = U 2(I2 - I1) : công suất điện từ, biến đổi cho tải qua ax. Tỷ lệ giữa Pđ, Pđt và công suất tổng P là: Pdt I 1 1   p I2 k Pdt I 2  I1 k  1   P I2 k Trang 9
  10. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN Ví dụ sau cho thấy máy biến áp tự ngẫu có thể phát cho tải công suất lớn hơn máy biến áp thông thường cùng kích cỡ, đó là nhờ chỉ biến đổi một phần công suất vào, phần kia được dẫn trực tiếp đến tải. Ví dụ: Một máy biến áp phân phối 5kVA , 2300/230V được đấu lại thành máy biến áp tự ngẫu để hạ điện áp từ 2530V xuống 2300V, theo sơ đồ hình 8-10a. Cuộn 230V là đoạn Aa, cuộn 2300V là đoạn ax. a) So sánh công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu với máy biến áp hai dây quấn ban đầu. b) Tính công suất dây dẫn đến tải và công suất biến đổi cho tải qua ax. Nhận xét gì? Lời giải: a) Khi còn là máy biến áp hai dây quấn: I1 = 5000/2300 = 2,17 A I2 = 5000/230 = 21,7A Khi đấu lại thành máy biến áp tự ngẫu, điều kiện là các cuộn dây phải chịu ge được dòng và áp như cũ. Vậy: - Dòng qua Aa bằng dòng định mức sơ cấp của máy biến áp tự ngẫu bằng 21,7A. - Dòng qua ax bằng dòng qua cuộn chung của máy biến áp tự ngẫu bằng 2,17A. - le Suy ra dòng qua tải bằng dòng định mức thứ cấp của máy biến áp tự ngẫu ol bằng 21,7 + 2,17 = 23,87A. Suy ra công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu ( tải điện trở) là: C P = 2300.23,87 = 55.000W = 55kW Tức là gấp 11 lần công suất của máy biến áp hai dây quấn. b) Ta có: PD k = 2530/2300 = 1,1 1 Pđ = P = 50kW k k 1 Pđt =  5kW C k Nhận xét: công suất chủ yếu cung cấp cho tải được dẫn từ nguồn. 2. Máy tự tăng áp Tương tự, xét hình 9-10b với tải điện trở: P = U1I1 = U1I2 + U1(I1 – I2) = Pđ + Pđt Với Pđ = U 1I2 : công suất điện dẫn đến tải qua aA Pđt = U1(I1 – I2) : công suất điện từ, biến đổi cho tải qua ax Pñ Tỷ lệ giữa Pđ, Pđt với công suất tổng P là: =k
  11. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN V. MÁY BIẾN ÁP BA PHA Để thực hiện biến đổi điện áp trong hệ thống dòng điện ba pha, người ta có thể sử dụng ba máy biến áp một pha như hình 9-11a, hoặc dùng máy biến áp ba pha như hình 9-11b. Về cấu tạo, lõi thép của máy biến áp ba pha gồm ba trụ như hình 9-11b. Dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng chữ in hoa: Pha A ký hiệu là A – X. Pha B là B – Y. Pha C là C – Z. Dây quấn thứ cấp các pha ký hiệu bằng các chữ in thường: a – x, b – y, c – z. Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối hình sao hoặc tam giác. Nếu sơ cấp nối hình sao, thứ cấp nối hình tam giác ta ký hiệu là /. Nếu sơ cấp nối hình sao, thứ cấp nối hình sao có dây trung tính thì ta ký hiệu là Y/Y 0. Gọi số vòng dây một pha sơ cấp là N 1, số vòng dây một pha thứ cấp là N2, tỷ U P1 N 2 số điện áp pha giữa sơ cấp và thứ cấp sẽ là:  ge U P 2 N1 Tỷ số điện áp dây không những phụ thuộc vào tỷ số số vòng dây mà còn phụ thuộc vào cách nối hình sao hay tam giác. le ol C PD C - Khi nối / ( hình 9-12a), bên sơ cấp nối tam giác nên ta có U d1 = U p1, thứ cấp nối hình sao ta có Ud2 = 3 Up2 . Vậy tỷ số điện áp dây là: U d1 U p2 N1   U d 2 U P1 3 . N 2 3 - Khi nối / ( hình 9-12b), sơ cấp có U d1 = U p1 và thứ cấp có Ud2 = Up2 cho nên: U d 1 U p 2 N1   U d 2 U P1 N 2 Trang 11
  12. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN - Khi nối Y/Y ( hình 9-12c), sơ cấp có U d1 = 3 U p1 và thứ cấp có Ud2 = 3 Up2 cho nên: U d 1 U p 2 3 N1   U d 2 U P1 3 N 2 - Khi nối Y/ ( hình 9-12d), sơ cấp có Ud1 = 3 U p1 và thứ cấp có Ud2 = Up2 cho nên: U d1 U p 2 3 3N1   Ud2 U P1 N2 Ơû trên ta mới chú ý đến tỷ số điện áp dây, trong thực tế khi có nhiều máy biến áp làm việc song song với nhau, ta phải chú ý đến góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và điện áp dây thứ cấp. Vì thế khi ký hiệu tổ đấu dây của máy biến áp, ngoài ký hiệu đấu các dây quấn ( hình sao hoặc tam giác), còn ghi thêm chữ số kèm theo để chỉ góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp. A B C A B C ge X Y Z X Y Z a b c a) le a b c b) ol x y z x y z C A B C A B C PD X Y Z X Y Z a b c a b c c) d) C x y z x y z Hình 9-12. Sơ đồ nối dây máy biến áp ba pha. Ví dụ như Y/Y-12: Góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là 12*300 = 3600 Y/-11: góc lệch pha là 11*300 = 3300 VI. SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP Trong hệ thống điện, trong các lưới điện, các máy biến áp thường làm việc song song với nhau. Nhờ làm việc song song, công suất lưới điện lớn rất nhiều so với công suất mỗi máy, đảm bảo nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống và an toàn cung cấp điện, khi một máy hỏng hóc hoặc phải sửa chữa. Điều kiện để cho các máy làm việc song song là: Trang 12
  13. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN 1. Điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp của mỗi máy phải bằng nhau tương ứng U1I = U1II U2I = U2II Nghĩa là kI = kII Trong đó kI là hệ số biến áp của máy I. kII là hệ số biến áp của máy II. Trong thực tế, cho phép hệ số biến áp k của các máy khác nhau không quá 0,5%. 2. Các máy phải có cùng tổ nối dây Ví dụ: không cho phép hai máy có tổ nối dây Y/ - 11 và Y/Y – 12 làm việc song song với nhau vì điện áp thứ cấp của hai máy này không trùng pha nhau. Điều kiện 1 và 2 đảm bảo cho không có dòng điện cân bằng lớn chạy quẩn trong các máy do sự chênh lệch điện áp thứ cấp của chúng. 3. Điện áp ngắn mạch của các máy phải bằng nhau ge UnI% = UnII% = ... Trong đó UnI% là điện áp ngắn mạch phần trăm của máy I. UnII% là điện áp ngắn mạch phần trăm của máy II. định mức của chúng. le Cần đảm bảo điều kiện này, để tải phân bố trên các máy tỷ kệ với công suất Nếu không đảm bảo điều kiện thứ 3, ví dụ UnI% < U nII% thì khi máy I nhận tải ol định mức, máy II còn non tải. Thật vậy ở trường hợp này, dòng điện máy I đạt định mức Iđm, điện áp rơi trong máy I là IIđm.ZnI, dòng điện máy II là III, điện áp rơi C trên máy II là III.ZnII. vì hai máy làm việc song song, điện áp rơi trong hai máy phải bằng nhau, ta có: IIđm.ZnI = III.ZnII PD ZnI, ZnII là tổng trở ngắn mạch của máy I và II. Vì U nI%
  14. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN CHƯƠNG II MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ I. KHÁI NIỆM CHUNG Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên ge lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rotor là n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường (n1). Cũng như các máy điện quay khác, Máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ cũng như ở chế độ máy phát. le Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không tốt bằng máy phát ol điện đồng bộ, nên ít được sử dụng. Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và vận hành đơn giản, giá thành rẻ, C làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt. Động cơ điện không đồng bộ có công suất lớn trên 600W thường là loại ba pha có ba dây quấn làm việc, trục các dây quấn lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện. PD Các động cơ không đồng bộ công suất nhỏ dưới 600W thường là động cơ một pha hoặc hai pha. Động cơ hai pha có hai dây quấn làm việc, trục của hai dây quấn đặt lệch nhau trong không gian một góc 900 điện. C II. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.Cấu tạo Cấu tạo của máy điện không đồng bộ (hình 10-1) gồm hai bộ phận chủ yếu là stato và rotor. Ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy, bảng đấu dây… a. Stator Stator là phần tĩnh, gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy như hình 10-1a - Lõi thép: hình trụ rỗng, do các lá thép kỹ thuật điện, được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy. - Dây quấn: dây quấn stator làm bàng dây dẫn bọc cách điện (dây dẫn từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép. Trang 14
  15. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN - Vỏ máy: vỏ máy làm bằng nhôm hoặc gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ. Hai đầu vỏ có nắp máy và ổ đỡ trục. Vỏ máy và nắp còn có chức năng bảo vệ máy. b. Rotor Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. Lõi thép rotor hình trụ đặc (hình 10-2) gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện ghép lại, mặt ngoài có những rãnh để chứa dây quấn. Rotor có hai loại: rotor lồng sóc và rotor dây quấn.  Rotor lồng sóc ( hình 10-2a): có các thanh đồng hoặc nhôm đặt trong rãnh và bị nối ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu. Với động cơ nhỏ, rotor được đúc nguyên khối, gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và quạt. Với động cơ lớn, các thanh dẫn bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và siết chặt vào vành ngắn mạch. Nhờ không có vành trượt và chổi than nên rotor rất bền chắc, ít cần bảo trì. Các thanh dẫn của rotor thường nghiêng so với trục (dạng vặn xoắn) vì hai lý do: ge - Làm cho moment quay không bị dao động và máy ít ồn khi làm việc. - Tránh được vị trí ở đó răng rotor song song và đối diện với răng stato; tức là vị trí từ trở cực tiểu và rotor sẽ “bị khoá” ở đó. le Ký hiệu máy điện rotor lồng sóc như hình 10-2b ol C PD Hình 10.2  Rotor dây quấn (hình 10-3a): mang một bộ dây quấn một pha hoặc ba pha có C cùng số cực như dây quấn stato. Rotor dây quấn ba pha thường đấu sao, ba đầu ra nối với ba vành tiếp xúc bằng đồng, cố định trên trục rotor và được cách điện với trục. Nhờ ba chổi than tỳ sát vào ba vành tiếp xúc, dây quấn rotor được nối với bộ khởi động bên ngoài. Ký hiệu máy điện rotor dây quấn như hình 10-3b. Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến, động cơ dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ song giá thành đắt và vận hành kém tin cậy hơn động cơ lồng sóc nên chỉ được dùng khi động cơ lồng sóc không đáp ứng được các yêu cầu về truyền động. Trang 15
  16. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN Hình 10.3 2. Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ a. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ - Từ trường của dây quấn một pha là từ trường có phương không đổi, song trị số và chiều biến đổi theo thời gian, được gọi là từ trường đập mạch. Gọi p là số đôi cực, ta có thể cấu tạo dây quấn để tạo ra từ trường 1, 2 hoặc p đôi cực. - Dòng điện xoay chiều ba pha có ưu điểm lớn là tạo ra từ trường quay trong ge các máy điện. Ta xét hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha dựa trên từ trường quay: Khi cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato, sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ n1: 60 f le ol n1 = (vòng/phút) p Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rotor, cảm ứng các sức C điện động. Vì dây quấn rotor nối ngắn mạch nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rotor. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay với thanh dẫn mang dòng điện rotor, kéo rotor quay cùng chiều PD quay của từ trường với tốc độ n. Để minh hoạ, trên hình 10-4a vẽ từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rotor, chiều của lực điện từ. Khi xác định sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải, ta căn cứ vào C chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn đối với từ trường. Nếu coi từ trường đứng yên thì chiều chuyển động của thanh dẫn ngược chiều n1, từ đó áp dụng qui tắc bàn tay phải xác định được chiều sức điện động như hình vẽ (dấu  chỉ chiều đi từ ngoài vào trong). Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay n1. Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường n1, vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn rôto không có sức điện động và dòng điện cảm ứng dẫn đến lực điện từ bằng 0. Trang 16
  17. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN a) b) Hình 10-4. Độ chênh lệch tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2: n2 = n1 – n Hệ số trượt của tốc độ là: n 2 n1  n s=  n1 n1 Khi rotor đứng yên ( n = 0), hệ số trượt s = 1 ge Khi rotor quay định mức s = 0,02 0,06; tốc độ động cơ là: 60 f n = n1(1 – s) = (1  s ) p le b. Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đồng bộ Nếu stato vẫn nối với lưới điện, nhưng trục rotor không nối với tải mà nối với một động cơ sơ cấp. ol Dùng động cơ sơ cấp kéo rotor quay cùng chiều với n1( như trên) và với tốc độ quay n lớn hơn tốc độ từ trường n1. Lúc này, chiều dòng điện rôto I2 ngược lại với C chế độ động cơ và lực điện từ đổi chiều. Lực điện từ tác dụng lên rotor ngược với chiều quay, gây ra moment hãm cân bằng với moment quay của động cơ sơ cấp, hình 10-4b, máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Hệ số trượt là: PD n1  n s=
  18. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN Lời giải: 60 f 60 * 50 1) n1 =   1500 (vòng/phút) p 2 n n 1500  1425 2) sđm = 1 dm   0,05 n1 1500 3) n = n1 – n1.s = 1500 – 1500.0,02 = 1470 (vòng/phút). c. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ khi làm việc ở chế độ hãm điện từ Trong thực tế khi người ta muốn động cơ điện ngừng quay một cách nhanh chóng và bằng phẳng khi cắt điện đưa vào động cơ điện hoặc cần giảm bớt tốc độ như ở cần trục lúc đưa hàng xuống hay trong các máy ở tàu điện. Để giải quyết vấn đề trên người ta dùng các phương pháp hãm cơ hay điện, ở đây ta khảo sát nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ khi làm việc ở chế độ hãm điện từ. Khi động cơ điện làm việc ở chế độ hãm điện từ thì ta có 1 < s < +, nghĩa là ge rotor quay ngược chiều với từ trường quay. Khi động cơ làm việc bình thường thì tốc độ quay n của động cơ luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1, nhưng khi trục động cơ được tác động bởi một lực nào lúc này: 1 s le đó làm cho động cơ quay nhanh hơn tốc độ quay của từ trường, có nghĩa là n > n1, ol Pcơ = m1 I 2 2 ( ) r2 < 0 s nên máy lấy công suất từ ngoài vào. Công suất điện từ: C r2 Pđt = m1 I 2 2 0 s nên máy cũng lấy công suất điện từ lưới vào. Lúc này động cơ chuyển sang chế độ PD máy phát, moment điện từ sinh ra có chiều ngược với chiều quay của rotor. Để hãm động cơ bằng phương pháp hãm điện từ, người ta sử dụng các phương pháp hãm sau: Phương pháp hãm đổi thứ tự pha: khi động cơ đang làm việc bình thường C rotor quay cùng chiều với từ trường quay. Sau khi cắt mạch điện, muốn động cơ ngừng quay nhanh chóng, ta đóng cầu dao về phía khác để đổi thứ tự pha đặt vào stato. do quán tính của phần quay, rotor vẫn quay theo chiều cũ trong lúc từ trường quay do đổi thứ tự pha nên đã quay ngược lại nên động cơ chuyển sang chế độ hãm, moment điện từ sinh ra có chiều ngược với chiều quay của rotor và có tác dụng hãm nhanh chóng và bằng phẳng tốc dộ quay của động cơ. Khi rotor ngừng quay, phải cắt ngay mạch điện nếu không động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại. Phương pháp hãm đổi thành máy phát điện: tức là đổi động cơ sang chế độ máy phát, tốc độ từ trường quay bé hơn tốc độ rotor nhưng vẫn cùng chiều. ta biết rằng khi làm việc ở chế độ động cơ điện, tốc độ rotor gần bằng tốc độ của từ trường quay cho nên khi hãm cần đổi nối làm tăng số đôi cực của dây quấn phần ứng lên, lúc đó tốc độ của rotor sẽ lớn hơn tốc độ của từ trường sau khi đổi nối, động cơ sẽ trở thành máy phát điện trả năng lượng về nguồn, đồng thời xuất hiện moment hãm động cơ lại. Trang 18
  19. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN Phương pháp hãm động năng: ở phương pháp này, sau khi cắt nguồn điện xoay chiều vào động cơ, thì lập tức đóng nguồn điện một chiều vào dây quấn stato. dòng điện một chiều lấy từ bộ chỉnh lưu đi qua dây quấn stato tạo thành từ trường một chiều trong máy. Rotor do còn quán tính, quay trong từ trường và trong dây quấn rotor cảm ứng nên sức điện động và dòng điện cảm ứng tác dụng với từ trường nói trên tạo thành moment điện từ chống lại chiều quay của máy. III. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1. Máy điện không đồng bộ làm việc khi rotor đứng yên: Bình thường khi làm việc, dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ được nối ngắn mạch và máy quay với tốc độ nào đó (n  0). Nhưng có một số quan hệ mà khi rotor đứng yên (n=0) vẫn tồn tại và qua trạng thái đó có thể hiểu một cách dễ hơn nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ. Vì thế trước hết ta nghiên cứu trường hợp rotor đứng yên. Thực ra có thể coi động cơ điện lúc mở máy nằm trong trường hợp này. Đặt một điện áp U1 có tần số f1 vào dây quấn stato, trong dây quấn stator sẽ ge có dòng điện I1, tần số f1; trong dây quấn rotor có dòng điện I2, tần số cũng là f1. Dòng điện I1 và I2 sinh ra sức từ động quay F1 và F2 có trị số: m1 2 N 1 k dq1 F1  I1 F2   p m2 2 N 2 k dq 2 I2 le ol  p Trong đó: C m1, m2 là số pha của dây quấn stator và rotor. p là số đôi cực. N1, N 2 là số vòng dây nối tiếp trên một pha. PD kdq1, kdq2 là hệ số dây quấn stator và rotor. 60 f 1 Hai sức từ động này cũng quay với tốc độ đồng bộ n1  và tác dụng với p nhau để sinh ra sức từ động tổng trong khe hở F0. Vì vậy phương trình cân bằng C sức từ động có thể viết như sau: F1  F2  F0 Hệ số biến đổi dòng điện: I2 m1 N 1 k dq1 ki   I2 m 2 N 2 k dq 2 Do dây quấn rotor ngắn mạch nên phương trình cân bằng về sức điện động trong mạch điện rotor như sau:  E 2  I2 Z 2  0 Phương trình cân bằng sức điện động trong mạch stator như sau: U 1   E 1  I1 Z 1 Trong đó: E1 , E 2 là sức điện động stator và rotor. I1 , I2 là dòng điện stator và rotor. Trang 19
  20. BÀI GIẢNG: MÁY ĐIỆN Z 1 , Z 2 là tổng trở của dây quấn stator và rotor. Ta có e1 = e2 nên dòng điện stator lúc này bằng: U 1 I1  Z1  Z 2 Khi U1 = U đm thì I1 chính là dòng điện mở máy. Sức điện động cảm ứng trên stator và rotor: E1  4,44. f .N 1 .k dq1 . E 2  4,44. f .N 2 .k dq 2 . Tỷ số biến đổi sức điện động: E1 N 1 k dq1 ke   E 2 N 2 k dq 2 2. Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto quay Máy điện không đồng bộ khi làm việc thì dây quấn rotor nhất định phải kín mạch và thường là nhắn mạch. Nối dây quấn stator với nguồn điện, trong dây ge quấn stator có dòng điện I1, do đó phương trình cân bằng về sức điện động trên dây quấn stator như sau: U 1   E 1  I1 Z 1 le Từ trường khe hở sinh ra F1 quay với tốc độ đồng bộ n1. Nếu rotor quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường thì tốc độ tương đối giữa từ trường quay với dây quấn rorto là n2 = n1 – n ; tần số của sức điện động và dòng điện trong dây ol quấn rotor sẽ là: n2 p (n1  n) n1 p C f2    s. f1 60 n1 60 n n Trong đó s  1 là hệ số trượt của máy điện không đồng bộ. Thường khi n1 PD động cơ điện không đồng bộ ở tải định mức thì s = 0,02  0,05. Phương trình cân bằng sức điện động của mạch điện rotor là: 0   sE 2  I 2 Z 2 E 2 s  s.E 2 là sức điện động khi rotor quay. C Z 2  r2  jx 2 s tổng trở của rotor quay. x 2 s  s.x 2 là điện kháng tản của rotor khi quay. Phương trình cân bằng sức điện động của mạch điện stato là: U1 = -E1 + I1Z1 3. Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ Dựa vào các phương trình cơ bản lúc rotor quay (10-9), (10-10) và (10-11) ta thiết lập mạch điện thay thế cho máy điện không đồng bộ khi rotor quay như hình 10-5. 1 s Điện trở giả r2 đặc trưng cho sự thể hiện công suất cơ trên trục máy. s Trang 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2428 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2