Giáo trình Máy điện 1 (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới và Thủy lợi (Năm 2017)

Chia sẻ: Đàm Tuyết Hạ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:181

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Máy điện 1 (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) được ban hành kèm theo quyết định số 742 ngày 01 tháng 12 năm 2017. Giáo trình được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp học viên mô tả được cấu tạo, phân tích nguyên lý của các loại máy điện; vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn máy điện; quấn lại được động cơ một pha, ba pha, máy biến áp bị hỏng theo số liệu có sẵn; tính toán một số thông số kỹ thuật cần thiết trong máy điện; kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa các hư hỏng ở phần điện và phần cơ các loại máy điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Máy điện 1 (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới và Thủy lợi (Năm 2017)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN 1 NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo quyết định số 742 ngày 01 tháng 12 năm 2017) NĂM 2017
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng điện ngày càng lớn. Máy điện là thiết bị được sử dụng nhiều nhất trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế. Vì vậy, tìm hiểu, nghiên cứu các kiến thức cơ bản trong thiết kế, vận hành, khai thác máy điện là vấn đề được nhiều người, nhiều ngành quan tâm quan tâm, đặc biệt là các kĩ sư, kĩ thuật viên ngành điện. Giáo trình do các nhà giáo có nhiều năm kinh nghiệm giảng dạy tại trường biên soạn. Nội dung của giáo trình được xây dựng dựa trên cơ sở tham khảo các giáo trình đang được giảng dạy tại các trường trong nước kết hợp với những nội dung đã được giảng dạy nhiều năm của nhà trường và các nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa. Nội dung của giáo trình được biên soạn gồm 5 chương như sau: Bài 1: Khái niệm chung về máy điện Bài 2: Máy biến áp Bài 3: Máy điện không đồng bộ Bài 4: Máy điện đồng bộ Bài 5: Máy điện một chiều Nhóm biên soạn
MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN................................................................................................. 2 LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................................ 3 GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN ................................................................................................ 8 1.1.Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: ...................................................... 9 1.2.Mục tiêu của môn học: .............................................................................................. 9 1.3.Nội dung của môn học:.............................................................................................. 9 BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN ............................................................... 10 Mục tiêu: ........................................................................................................................ 10 1.1. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN .............................. 10 1.1.1.Định luật lực điện từ. ........................................................................................ 10 1.1.2.Định luật cảm ứng điện từ. ............................................................................... 11 1.1.3.Tự cảm & hổ cảm. ............................................................................................ 12 1.2.ĐỊNH NGHĨA & PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN .......................................................... 13 1.2.1.Định nghĩa ........................................................................................................ 13 1.2.2.Phân loại ........................................................................................................... 13 1.3.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY PHÁT ĐIỆN & ĐỘNG CƠ ĐIỆN ................... 15 1.3.1.Nguyên lý làm việc của máy phát điện ............................................................ 15 1.3.2.Nguyên lý làm việc của động cơ điện .............................................................. 16 1.3.3.Tính thuận nghịch của máy điện ...................................................................... 16 1.4.CÁC LOẠI VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN .................................................... 16 1.4.1.Vật liệu dẫn điện ............................................................................................... 16 1.4.2.Vật liệu dẫn từ .................................................................................................. 17 1.4.3.Vật liệu cách điện ............................................................................................. 17 1.4.4.Vật liệu kết cấu ................................................................................................. 18 1.5.PHÁT NÓNG & LÀM MÁT MÁY ĐIỆN ............................................................. 18 1.5.1.Đại cương ......................................................................................................... 18 1.5.2.Sự phát nóng và nguội lạnh của máy điện ........................................................ 19 CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 1 ............................................................................................ 22 BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP ..................................................................................................... 23 Mục tiêu: ........................................................................................................................ 23 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG.......................................................................................... 23 2.1.1 Vai trò và công dụng ..................................................................................... 23 2.1.2 Định nghĩa ..................................................................................................... 24 2.2 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP.................................................................................. 24
2.2.1 Lõi thép máy biến áp ..................................................................................... 24 2.2.2 Dây quấn máy biến áp ................................................................................... 25 2.2.3 Vỏ máy biến áp ............................................................................................. 25 2.3 .CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP .................................... 27 2.3.1 Điện áp định mức .......................................................................................... 27 2.3.2 Dòng điện định mức ...................................................................................... 27 2.3.3 Công suất định mức....................................................................................... 27 2.4 .NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP ............................................. 28 2.5 .MÔ HÌNH TOÁN & SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP ..................... 30 2.5.1 Quá trình điện từ trong máy điện .................................................................. 30 2.5.2 Phương trình điện áp phía sơ cấp .................................................................. 30 2.5.3 Phương trình điện áp phía thứ cấp ................................................................ 31 2.5.4 Phương trình cân bằng sức từ động............................................................... 31 2.5.5 Sơ đồ thay thế máy biến áp ........................................................................... 32 2.6.CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP................................................. 34 2.6.1.Chế độ không tải của máy biến áp ................................................................... 34 2.6.2.Chế độ ngắn mạch của máy biến áp ................................................................. 36 2.6.3.Chế độ có tải của máy biến áp .......................................................................... 39 2.7.QUẤN MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CỠ NHỎ........................................................ 42 2.7.1.Các loại lõi thép máy biến áp - cách ghép lõi thép máy biến áp ...................... 42 2.7.2.Phương pháp đo kích thước lõi ........................................................................ 45 2.7.3.Phương pháp làm khuôn, làm lõi quấn dây máy biến áp ................................. 48 2.7.4.Phương pháp quấn dây máy biến áp một pha ................................................... 50 2.7.5.Tính toán số liệu dây quấn máy biến áp một pha ............................................. 51 CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 2 ............................................................................................ 60 BÀI 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ......................................................................... 62 Mục tiêu: ....................................................................................................................... 62 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ............................ 62 3.1.1 Khái niệm ...................................................................................................... 62 3.1.2 Phân loại ........................................................................................................ 62 3.2.CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ . ............................................ 63 3.2.1 Phần tĩnh ........................................................................................................ 63 3.2.2 Phần quay ...................................................................................................... 63 3.3 TỪ TRƯỜNG QUAY CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ......................... 65 3.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ . 67 3.5 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ........ 68
3.5.1 Máy điện làm việc ở chế độ động cơ điện (0 < s < 1)................................... 68 3.5.2 Máy làm việc ở chế độ máy phát (    s  0 ): ............................................ 69 3.5.3 Máy làm việc ở chế độ hãm điện từ (1 < s < +  ): ...................................... 70 3.6 MÔ MEN QUAY CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA. ................. 73 3.6.1 Phương trình cân bằng mômen ..................................................................... 73 3.6.2 Biểu thức mô men ......................................................................................... 74 3.6.3 Công thức Clox (Klox) .................................................................................. 78 3.6.4 Đặc tính cơ và vấn đề ổn định ....................................................................... 79 3.7 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ........................................ 80 3.7.1 Quá trình mở máy động cơ điện không đồng bộ........................................... 80 3.7.2 Các phương pháp mở máy ............................................................................ 80 3.8.ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ .................................... 84 3.8.1.Điều chỉnh n bằng cách thay đổi số đôi cực ..................................................... 84 3.8.2.Thay đổi tần số ................................................................................................. 86 3.8.3.Thay đổi điện áp ............................................................................................... 88 3.8.4.Thêm Rf vào mạch của rotor ............................................................................ 88 3.9.BIỂU ĐỒ NĂNG LƯỢNG ..................................................................................... 89 3.10. HIỆU SUẤT. ........................................................................................................ 89 3.11.ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA ....................................................... 91 3.11.1.Đại cương ....................................................................................................... 91 3.11.2.Nguyên lý làm việc ......................................................................................... 91 3.11.3.Phương pháp mở máy và các loại động cơ điện một pha ............................... 93 3.12.SƠ ĐỒ DÂY QUẤN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ....................................... 96 3.12.1.Sơ lược về cấu tạo bộ dây quấn Stato động cơ không đồng bộ 3 pha ............ 96 3.12.2.Các thông số sử dụng khi lập sơ đồ dây quấn 3 pha ...................................... 96 3.12.3.Các bước thực hiện vẽ sơ đồ trải bộ dây quấn stato động cơ KĐB 3 pha ...... 99 3.12.4.Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ 1 pha ............................................ 109 3.13.XÁC ĐỊNH CỰC TÍNH ĐỘNG CƠ................................................................... 118 3.14.THÁO LẮP, BẢO DƯỠNG MÁY ĐIỆN .......................................................... 119 3.14.1.Những yêu cầu khi sử dụng dụng cụ tháo lắp máy điện .............................. 119 3.14.2.Tháo lắp, bảo dưỡng động cơ điện ............................................................... 121 3.15.QUẤN LẠI BỘ DÂY QUẤN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ....................... 123 3.15.1 Quấn động cơ KĐB 3 pha kiểu đồng tâm một lớp dây q tập trung .............. 123 3.15.2 Quấn động cơ KĐB 3 pha kiểu đồng tâm một lớp dây q phân tán .............. 124 3.15.3 Quấn động cơ KĐB 3 pha kiểu đồng khuôn một lớp dây q tập trung. ......... 125 3.15.4 Quấn động cơ KĐB 3 pha kiểu đồng khuôn một lớp dây q phân tán .......... 127
3.15.5 Quấn động cơ KĐB 1 pha kiểu đồng tâm một lớp dây ................................ 128 3.15.6 Quấn động cơ KĐB 1 pha kiểu đồng khuôn một lớp dây ............................ 129 BÀI 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ...................................................................................... 130 Mục tiêu: ......................................................................................................................... 130 4.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG .................................................................... 131 4.1.1 Định nghĩa ................................................................................................... 131 4.1.2 Công dụng ................................................................................................... 131 4.1.3 Các trị số định mức ..................................................................................... 131 4.2 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ......................................................... 132 4.2.1 Stato ............................................................................................................. 132 4.2.2 Rôto ............................................................................................................. 132 4.3 .NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ .................. 134 4.4 .PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ ................... 135 4.4.1 Khi tải thuần trở .......................................................................................... 135 4.4.2 Khi tải thuần cảm ........................................................................................ 136 4.4.3 Khi tải thuần dung ....................................................................................... 136 4.4.4 Khi tải tổng hợp........................................................................................... 137 4.5 .CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ .................. 137 4.5.1 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ ................................................. 137 4.5.2 Đặc tính điều chỉnh ..................................................................................... 138 4.6.BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ ....................................... 138 4.6.1.Máy phát điện đồng bộ làm việc song song ................................................... 139 4.6.2.Các phương pháp hòa đồng bộ chính xác ...................................................... 140 4.6.3.Phương pháp tự đồng bộ................................................................................. 142 4.7.ĐỘNG CƠ VÀ MÁY BÙ ĐỒNG BỘ .................................................................. 143 4.7.1.Động cơ điện đồng bộ .................................................................................... 143 4.7.2.Máy bù đồng bộ .............................................................................................. 145 CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 4 .......................................................................................... 146 BÀI 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .................................................................................. 147 Mục tiêu: ......................................................................................................................... 147 5.1 .ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .................................................. 147 5.2 .CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .................................................... 148 5.2.1 Stato ............................................................................................................. 148 5.2.2 Rôto ............................................................................................................. 149 5.3 .NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .......... 151 5.3.1 Chế độ máy phát điện .................................................................................. 151
5.3.2 Chế độ động cơ điện.................................................................................... 152 5.4 .TỪ TRƯỜNG VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ....... 153 5.4.1 Phản ứng phần ứng trong máy điện một chiều ........................................... 153 5.4.2 Từ trường cực từ phụ .................................................................................. 154 5.4.3 Sức điện động phần ứng .............................................................................. 155 5.5 .CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ, MÔMEN ĐIỆN TỪ CỦA MĐ MỘT CHIỀU ........ 156 5.6 .TIA LỬA ĐIỆN TRÊN CỔ GÓP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC ................. 156 5.6.1 Nguyên nhân cơ khí .................................................................................... 157 5.6.2 Nguyên nhân điện từ ................................................................................... 157 5.7 .MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU .................................................................... 157 5.7.1 Máy phát điện một chiều kích từ độc lập .................................................... 158 5.7.2 Máy phát điện kích từ song song ................................................................ 159 5.7.3 Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp ................................................... 160 5.7.4 Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp .................................................. 161 5.8 .ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ....................................................................... 161 5.8.1 Mở máy động cơ điện một chiều................................................................. 162 5.8.2 Điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều ........................................... 164 5.9.BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .................................... 165 5.9.1.Thuật ngữ và phân loại dây quấn ................................................................... 165 5.9.2.Phương pháp đưa đầu dây lên phiến góp ....................................................... 166 5.9.3.Định nghĩa các bước bối dây và các công thức liên quan .............................. 167 5.9.4.Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn rôto máy điện một chiều....................... 168 5.9.5.Sơ đồ dây quấn theo công nghệ quấn dây rôto động cơ vạn năng ................. 173 CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 5 .......................................................................................... 179 BÀI TẬP BÀI 5 ........................................................................................................... 179 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 181 GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN MÔ ĐUN: MÁY ĐIỆN 1
Mã mô đun: MĐ18 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: Môn học máy điện là một môn học chuyên môn của học viên ngành điện công nghiệp. Môn học này nhằm trang bị cho học viên các trường cao đẳng nghề, trung cấp nghề và các trung tâm dạy nghề những kiến thức về nguyên lý, cấu tạo, các chế độ làm việc của máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ và máy điện một chiều...với các kiến thức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống. Ngoài ra các kiến thức này dùng làm phương tiện để học tiếp các môn chuyên môn của ngành điện như cung cấp điện, trang bị điện, máy điện 2... Môn học này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật, các học viên của các ngành khác quan tâm đến lĩnh vực này. Mục tiêu của môn học: Sau khi hoàn tất môn học này học viên có năng lực:  Mô tả được cấu tạo, phân tích nguyên lý của các loại máy điện  Vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn máy điện  Quấn lại được động cơ một pha, ba pha, máy biến áp bị hỏng theo số liệu có sẵn.  Tính toán một số thông số kỹ thuật cần thiết trong máy điện.  Kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa các hư hỏng ở phần điện và phần cơ các loại máy điện.  Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và tư duy khoa học trong công việc Nội dung của môn học:
BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Mục tiêu: - Phát biểu được các định luật điện từ trong máy điện - Phân tích được nguyên lý hoạt động của máy phát và động cơ điện - Giải thích được quá trình phát nóng và làm mát của máy - Phát huy tính tích cực, chủ động, cẩn thận trong công việc 1.1.CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN Trong nghiên cứu máy điện ta thường dùng các định luật sau: định luật cảm ứng điện từ, định luật lực điện từ và định luật mạch từ. Các định luật này đã được trình bày trong giáo trình vật lý, ở đây nêu lại những điểm chính áp dụng cho nghiên cứu máy điện. 1.1.1.Định luật lực điện từ. Lực điện từ có ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật, và là cơ sở để chế tạo máy điện, khí cụ điện. Thực nghiệm chứng tỏ rằng đặt một dây dẫn thẳng có dòng điện vuông góc với đường sức của từ trường đều, sẽ xuất hiện lực điện từ tác dụng lên dây dẫn xác định như sau: + Trị số lực tỉ lệ với cường độ từ cảm, chiều dài dây dẫn đặt trong từ trường (gọi là chiều dài tác dụng) và cường độ dòng điện. F = B.l.i (1-1) Ở đây: F: lực điện từ (N). l: chiều dài tác dụng (m). B: cường độ từ cảm (T). i: cường độ dòng điện (A). + Phương và chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1-1); ngửa bàn tay trái cho đường sức từ (hoặc véctơ từ cảm B) xuyên qua lòng Hình 1-1. Quy tắc bàn tay trái. bàn tay, chiều bốn ngón tay duỗi thẳng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái duỗi ra chỉ chiều lực điện từ. Trường hợp dây dẫn không đặt vuông góc mà lệch nhau một góc ≠ 900 thì trị số lực F được xác định bởi công thức: F = B.l.i.sin (1-2)
1.1.2.Định luật cảm ứng điện từ. Năm 1831, nhà vật lý học người Anh là Michel Faraday phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ, một hiện tượng cơ bản của kỹ thuật điện. Nội dung của hiện tượng đó là: khi từ thông biến thiên bao giờ cũng kèm theo sự xuất hiện một sức điện động, gọi là sức điện động cảm ứng. a. Trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua vòng dây. Năm 1833, nhà vật lý học người Nga là Lenx đã phát hiện ra quy luật về chiều sức điện động cảm ứng và do đó định luật cảm ứng điện từ được phát biểu như sau: khi từ thông Φ biến thiên xuyên qua một vòng dây, sẽ làm xuất hiện một sức điện động gọi là sức điện động cảm ứng trong vòng dây. Sức điện động này có chiều sao cho dòng điện do nó sinh ra tạo thành từ thông có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó. Định luật này có thể viết dưới dạng phương trình Maxwell: dΦ e=- (1-3) Hình 1-2. Quy tắc dt vặn nút chai. Dấu  trên hình (1-2) chỉ chiều của Φ đi từ ngoài vào trong. Nếu cuộn dây có W vòng, sức điện động cảm ứng của cuộn dây là: dΦ dΨ e = -W =- (1-4) dt dt Trong đó:  = WΦ gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây. Đơn vị của từ thông là Webe (Wb), sức điện động là votl (V). b. Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường. Hình vẽ (1-3) biểu diễn một thanh dẫn chuyển động trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu. Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với các đường sức của từ trường đều B với vận tốc v, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e và có trị số: e = B.l.v (1-5) Trong đó: B: cường độ từ cảm (T). l: chiều dài hiệu dung của thanh dẫn (m). Hình 1-3. Quy tắc v: vận tốc thanh dẫn (m/s). bàn tay phải.
Chiều dài của sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình 1-3); ngửa bàn tay phải cho đường sức từ (hoặc véctơ từ cảm B) xuyên qua lòng bàn tay, ngón tay cái duỗi thẳng ra vuông góc theo chiều quay của thanh dẫn, thì chiều bốn ngón tay duỗi thẳng ra chỉ chiều sức điện động e. 1.1.3.Tự cảm & hổ cảm. a. Tự cảm. - Cho qua cuộn dây có W vòng một dòng điện thì sẽ sinh ra từ thông móc vòng với cuộn dây là:  = W.Φ (1-6) Hình 1-4. Tự cảm. Điện cảm L của cuộn dây được định nghĩa là: Ψ W.Φ L= = (1-7) i i Đơn vị của điện cảm là H (Henry) - Nếu dòng điện i biến thiên theo thời gian t thì từ thông  cũng biến thiên theo thời gian t và cuộn dây cảm ứng ra sức điện động tự cảm e L khi L = const (hằng số). dΨ di eL = - = -L (1-8) dt dt Điện áp rơi trên cuộn dây: di u L = -e L = L (1-9) dt Công suất trên cuộn dây: di p L = u L .i = L.i (1-10) dt Năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây: t t 1 2 WM =  p L dt =  Lidi = Li (1-11) 0 0 2 Như vậy điện cảm L đặc trung cho khả năng tích lũy năng lượng từ trường của cuộn dây. b. Hỗ cảm. Hiện tượng hỗ cảm là hiện tượng xuất hiện từ trường trong cuộn dây do dòng điện biến thiên trong cuộn dây khác tạo nên. Trên Hình 1-5. Hỗ cảm. hình 1-5 có hai cuộn dây có liên hệ hỗ cảm với nhau. Từ thông hỗ cảm trong cuộn 2 do dòng điện i1 tạo nên là:
21 = M.i1 (1-12) M là hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn dây. Nếu i1 biến thiên thì điện áp hỗ cảm của cuộn 2 do i1 tạo nên là: dΨ 21 Mdi1 u 21 = = (1-13) dt dt Tương tự điện áp hỗ cảm của cuộn 1 do dòng điện i2 tạo nên là: dΨ12 Mdi 2 u12 = = (1-14) dt dt Cũng như điện cảm L, đơn vị của hỗ cảm là Henry (H). Hỗ cảm M được ký hiệu như sơ đồ (hình 1-6a, 1-6b) và dùng cách đánh dấu một cực cuộn dây bằng dấu sao () hay dấu () để dễ xác định dấu của phương trình (1-13) và (1-14). Đó là các cực cùng tính, khi các dòng điện có chiều cùng đi vào (hoặc cùng ra khỏi) các cực đánh dấu ấy thì từ thông tự cảm 11 và từ thông hỗ cảm 21 cùng chiều. Cực tính phụ thuộc vào chiều quấn dây và vị trí của các cuộn dây có hỗ cảm. Hình 1-6a Hình 1-6b 1.2.ĐỊNH NGHĨA & PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 1.2.1.Định nghĩa Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Về cấu tạo máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây quấn), dùng để biến đổi năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện), hoặc dùng để biến đổi thông số điện như biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha,… Máy điện là máy thường gặp nhiều trong các ngành kinh tế như công nghiệp, giao thông vận tải,... và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình. 1.2.2.Phân loại Dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng máy điện được phân loại thành hai loại chính sau: a. Máy điện tĩnh.
Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, do sự biến đổi từ thông trong các cuộn dây không có sự chuyển động tương đối với nhau. Thường dùng để biến đổi các thông số điện năng như máy biến áp biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có giá trị khác,… và được phân loại như sau: . Theo công dụng: + Máy biến áp điện lực: Dùng trong truyền tải phân phối điện năng. + Máy biến áp đo lường: Dùng trong kĩ thuật đo lường. + Máy biến áp hàn: Dùng trong kĩ thuật hàn. + Máy biến áp âm tần, cao tần: Dùng trong kĩ thuật điện tử. + Máy biến áp lò: Dùng trong các lò luyện kim. . Theo số pha: + Máy biến áp một pha. + Máy biến áp 3 pha. Hình 1-7. Biểu diễn tính thuận nghịch của máy biến áp. b. Máy điện quay. Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra. Loại máy điện này thường dùng để biến đổi dạng năng lượng, ví dụ biến đổi cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện). Quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch. Máy điện quay được phân loại như sau: . Máy điện xoay chiều: + Máy điện không đồng bộ (MKĐB): - Động cơ không đồng bộ (ĐKĐB). - Máy phát không đồng bộ (MFKĐB). + Máy điện đồng bộ (MĐB): - Động cơ đồng bộ (ĐĐB). - Máy phát đồng bộ (MFĐB).
. Máy điện một chiều: - Động cơ một chiều (ĐMC). - Máy phát một chiều (MFMC). Hình 1-8 là sơ đồ phân loại các máy điện thường gặp. Hình 1-8. Sơ đồ phân loại máy điện. 1.3.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY PHÁT ĐIỆN & ĐỘNG CƠ ĐIỆN Máy điện có tính thuận nghịch nghĩa là nó có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. 1.3.1.Nguyên lý làm việc của máy phát điện Cho cơ năng của động cơ sơ cấp vào thanh dẫn một lực cơ học Fcơ thanh dẫn sẽ chuyển động với tốc độ v trong từ trường của nam châm N-S trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e. Nếu nối vào 2 cực của thanh dẫn điện trở R tải, sẽ có dòng điện i chạy trong thanh dẫn cung cấp điện cho tải. Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn, điện áp đặt vào tải u = e. Công suất Hình 1-9. Nguyên lý làm việc điện của máy phát cung cấp cho tải là: của máy phát điện. p = ui = ei (1-15)
Dòng điện i nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của một lực điện từ Fđt = B.l.i có chiều như như hình vẽ 1-9. Khi máy quay với tốc độ không đổi lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp: Fcơ = Fđt, máy sẽ quay đều. Nhân hai vế của biểu thức trên với tốc độ v ta có: Fcơ.v = Fđt.v = B.i.l.v = e.i (1-16) Điều này có nghĩa là, công suất cơ của động cơ sơ cấp P cơ =Fcơ.v đã được biến đổi thành công suất điện Pđ = e.i, tức là cơ năng biến thành điện năng ở máy phát điện. 1.3.2.Nguyên lý làm việc của động cơ điện Cung cấp điện cho máy phát điện, điện áp u của nguồn điện sẽ gây ra dòng điện i chạy trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fđt = B.l.i tác dụng lên thanh dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều như hình 1-10. Như vậy công suất điện Pđ = u.i đưa vào động cơ đã được biến thành công suất cơ Pcơ = Fđt.v trên trục động cơ. Điện năng đã biến đổi thành cơ năng. Hình 1-10. Nguyên lý làm việc của động cơ điện. 1.3.3.Tính thuận nghịch của máy điện Qua các mục (1.3.1) và (1.3.2) ta nhận thấy, cùng một thiết bị điện từ (thanh dẫn đặt trong từ trường nam châm N-S), tùy theo năng lượng đưa vào (cơ năng hay điện năng) mà máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hay động cơ điện. Đây chính là tính thuận nghịch của máy điện. Mọi loại máy điện đều có tính thuận nghịch. 1.4.CÁC LOẠI VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN Vật liệu chế tạo máy điện gồm: vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu. 1.4.1.Vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện:
- Vật liệu dẫn điện dùng trong máy điện tốt nhất là đồng, vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ. Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau, đồng phốt pho. - Đối với các bộ phận khác như vành đổi chiều, lồng sóc, hoặc vành trượt, ngoài đồng, nhôm người ta còn dùng cả các hợp kim của đồng hoặc nhôm, hoặc có chỗ còn dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và giảm kim loại màu. 1.4.2.Vật liệu dẫn từ Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ: - Ở đoạn mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50Hz thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,35  0,5 mm. - Ở tần số cao hơn, dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,1  0,2 mm. - Thép lá kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng và cán nguội. - Ở đoạn mạch từ có từ trường không đổi, thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc thép lá. 1.4.3.Vật liệu cách điện - Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện, hoặc cách ly các bộ phận dẫn điện với nhau. - Độ bền vững về nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn quyết định nhiệt độ cho phép của dây và do đó quyết định tải của nó. - Nếu tính năng chất cách điện cao thì lớp cách điện có thể mỏng và kích thước của máy giảm. - Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm: + Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải lụa. + Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thủy tinh. + Các chất tổng hợp. + Các loại men, sơn cách điện. Chất cách điện tốt nhất là mica, song tương đối đắt nên chỉ dùng trong các máy điện có điện áp cao. Thông thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải, sợi,… Chúng có độ bên cơ học tốt, mềm, rẻ tiền nhưng dẫn nhiệt xấu, hút ẩm, cách điện kém. Căn cứ vào độ bền cơ nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra nhiều loại cấp các điện sau:
Cấp Nhiệt độ giới hạn Nhiệt độ trung cách Vật liệu cho phép vật liệu bình cho phép dây điện (0C) quấn (0C) Sợi xenlulô, bông hoặc tơ tẩm A 105 100 trong vật liện cơ lỏng. E Vài loại màng tổng hợp. 120 115 Amiăng, sợi thủy tinh có chất B 130 120 kết dính và vật liệu gốc mica. Amiăng, vật liệu gốc mica, F sợi thủy tinh có chất kết dính 155 140 và tẩm tổng hợp. Vật liệu gốc mica, amiăng, H sợi thủy tinh phối hợp chất 180 165 kết dính và tẩm silic hữu cơ. Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí, hydro) hoặc thể lỏng (dầu máy biến áp). 1.4.4.Vật liệu kết cấu Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Trong máy điện, các vật liệu kết cấu thường là gang, thép lá, thép rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng, các chất dẻo. 1.5.PHÁT NÓNG & LÀM MÁT MÁY ĐIỆN 1.5.1.Đại cương Các tổn thất trong quá trình biến đổi năng lượng của MĐ biến thành nhiệt năng làm nóng các bộ phận cấu tạo MĐ. Tổn hao nhiều và khi tải nặng thì máy càng nóng. Nhiệt độ của MĐ phụ thuộc vào chế độ làm việc: liên tục, ngắn hạn hoặc ngắn hạn lặp lại. Vì kích thước và chế độ làm việc nhất định nên khi sử dụng không vượt quá giá trị định mức trên máy. Nếu máy được tản nhiệt ra môi trường tốt thì công suất tăng, khả năng mang tải nhiều hơn. Các máy điện thường làm việc ở nhiều chế độ khác nhau và rất đa dạng. a. Làm việc với toàn bộ công suất trong thời gian dài. b. Làm việc ngắn hạn. c. Làm việc theo chu kì. d. Làm việc với tải thay đổi.
Do chế độ làm việc khác nhau nên sự phát nóng của MĐ cũng khác nhau. Vì vậy MĐ phải thiết kế theo từng chế độ cụ thể sao cho các bộ phận của phát nóng phù hợp với vật liệu. Một số dạng sau đây: . Chế độ làm việc định mức liên tục: Ở chế độ này, nhiệt độ tăng của máy phát đạt tới giá trị xác lập (với điều kiện tăng nhiệt độ của môi trường không đổi). . Chế độ làm việc định mức ngắn hạn: Thời gian làm việc của máy không đủ dài để các bộ phận của máy đạt tới giá trị xác lập và sau đó thời gian máy nghỉ đủ dài để nhiệt độ hạ xuống bằng nhiệt độ môi trường xung quanh. . Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại: Thời gian máy làm việc và nghỉ trong một chu kì không đủ dài để nhiệt độ các bộ phận của máy đạt đến giá trị xác lập. Chế độ này đặc trưng bằng tỉ số giữa thời gian làm việc và thời gian của một chu kì làm việc và nghỉ. Các tỉ số được chế tạo với 15%, 25%, 40%, 60%. Chú ý: máy điện được chế tạo để dùng ở chế độ làm việc định mức liên tục. 1.5.2.Sự phát nóng và nguội lạnh của máy điện Các máy điện đều có cấu trúc phức tạp gồm nhiều bộ phận hình dạng khác nhau và làm lạnh bằng các vật liệu có độ dẫn nhiệt không giống nhau. Khi máy làm việc, nhiệt độ của lõi thép, dây quấn không bằng nhau do có sự trao đổi nhiệt giữa các bộ phận. Hơn nữa nhiệt độ của chất làm lạnh ở mỗi khu vực trong máy cũng không giống nhau. a. Các kiểu cấu tạo của máy điện: Kiểu cấu tạo của máy điện phụ thuộc vào phương pháp bảo vệ máy đối với môi trường bên ngoài. Cấp bảo vệ được kí hiệu bằng chữ IP kèm theo hai chỉ số, chữ số thứ nhất là  và chữ thứ hai P: +  gồm 7 cấp được đánh số từ 0 đến 6 chỉ mức độ bảo vệ chống sự tiếp xúc của người và vật rơi. + P gồm 9 cấp, đánh số từ 0 dến 8 chỉ mức độ bảo vệ chống nước vào máy. + Số 0 ở IP rằng, máy không bảo vệ gì cả. Chia kiểu cấu tạo như sau:
Hình 1.11. Hệ thống gió dọc trục Hình 1.12. Hệ thống gió ngang trục của máy diện 1 chiều của máy điện 1 chiều - Kiểu hở: Không có bộ phận che chở để tránh các vật từ ngoài chạm vào phần quay hoặc các bộ phận dẫn điện của nó. Loại này đặt trong các nhà máy hoặc phòng thí nghiệm, không tránh được ẩm ướt (IP00). - Kiểu bảo vệ: Có các tấm chắn có thể tránh được các vật và nước rơi vào máy. Loại này đặt trong nhà (cấp bảo vệ từ P11 đến P33). - Kiểu kín: Có vỏ bọc cách biệt trong phần máy với môi trường bên ngoài. Nó dùng ở nơi ẩm ướt, kể cả ngoài trời. Tùy theo mức độ kín, cầp bảo vệ có từ P44 trở lên. b. Các phương pháp làm lạnh máy điện: - Máy điện làm lạnh tự nhiên: không có bộ phận thổi gió làm lạnh, nên công suất giới hạn trong khoảng (vài chục  vài trăm) W nên có cách tản nhiệt để tăng thêm bề mặt tản nhiệt. - Máy điện làm lạnh trong: có quạt gió đặt đầu trục thổi vào trong máy. Đối với máy công suất nhỏ, chiều dài nhỏ hơn 200  250 mm, gió chỉ thổi dọc trục theo khe hở giữa stato và Rôto và theo các rãnh thông gió dọc trục ở lõi thép Stato và Rôto (Hình 1.11). Khi công suất máy lớn, chiều dài của máy tăng thì nhiệt độ dọc chiều dài của máy sẽ không đều. Vì vậy phải tạo rãnh thông gió ngang trục. Lõi thép chia thành từng đoạn dài khoảng 4 cm và khe hở giữa các đoạn khoảng 1 cm. Gió sẽ đi vào hai đầu rồI theo các rãnh ngang trục và thoát ra ở giữa thân máy để rồi lai trở về hai đầu (Hình 1.12). - Máy điện tự làm lạnh mặt ngoài: máy thuộc kiểu kín. Ở đầu trục bên ngoài máy có gắn quạt gió và nắp quạt gió để hướng thổi dọc mặt ngoài của thân máy. (Hình 1.13).