Giáo trình Máy điện 1 (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp) - Trường CĐ Công nghiệp Hải Phòng

Chia sẻ: Cuchoami2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:127

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Máy điện 1 với mục tiêu giúp các bạn có thể phân tích cấu tạo, nguyên lý của các loại máy điện thông dụng như: máy biến áp, động cơ, máy phát điện. Kết nối mạch, vận hành máy điện. Tính toán các thông số kỹ thuật trong 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 - Trung cấp) - Trường CĐ Công nghiệp Hải Phòng

UBND THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÒNG GIÁO TRÌNH Môn học/Mô đun: Máy điện 1 NGHỀ:ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP Hải Phòng, 201
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. 7
LỜI NÓI ĐẦU Việc tổ chức biên soạn giáo trình phục vụ cho việc đào tạo nghề Điện Công nghiệp là một nhiệm vụ rất quan trọng của trường Cao đẳng Công nghiệp Hải Phòng. Chính vì lẽ đó Khoa Điện đã có nhiều cố gắng để biên soạn giáo trình các môn học/modul nghề phục vụ cho việc đào tạo nghề. Nhằm đáp ứng được yêu cầu về dạy của Giáo viên và học của Học sinh – Sinh viên trong trường. Sau thời gian nổ lực hết mình của tập thể giảng viên bộ môn, lãnh đạo khoa nhận xét, góp ý, chỉnh sửa, đến nay Giáo trình “MÁY ĐIỆN 1” đã hoàn thành Nội dung của Giáo trình đã biên soạn, xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung được giảng dạy ở trường, kết hợp với những kiến thức, công nghệ mới, nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo, tương xứng với cấp trình độ và gắn với nhu cầu người học. Giáo trình này biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu theo tính chất của ngành nghề đào tạo cho phù hợp và theo qui định trong chương trình khung đào tạo nghề của Bộ Lao động Thương binh Xã hội và Tổng cục Giáo dục Nghề nghiệp. Nội dung của giáo trình được biên soạn gồm: 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 Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong việc biên soạn, song chắc chắn không thể tránh khỏi khiếm khuyết. Vì vậy, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của đồng nghiệp trong trường để lần tái bản sau được hoàn thiện hơn. Tổ bộ môn 7
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN Tên môn học/mô đun: MÁY ĐIỆN 1 Mã môn học/mô đun: MĐĐCN 17 Vị trí, ý nghĩa, vai trò của mô đun: - Mô đun này học sau các môn học An toàn lao động, Mạch điện và mô đun Đo lường điện. - Là môn học chuyên ngành thuộc các môn học đào tạo nghề bắt buộc - Trang bị cho Sinh viên các kiến thức cơ bản về máy biến áp, động cơ, máy phát điện Mục tiêu của mô đun: Sau khi hoàn tất mô đun này, học viên có năng lực: - Phân tích cấu tạo, nguyên lý của các loại máy điện thông dụng như: máy biến áp, động cơ, máy phát điện. - Kết nối mạch, vận hành máy điện. - Tính toán các thông số kỹ thuật trong máy điện. Nội dung chính của mô đun: Bài 01: Khái niệm chung về máy điện Bài 02: Máy biến áp Bài 03: Máy điện không đồng bộ Bài 04: Máy điện đồng bộ Bài 05: Máy điện một chiều 7
BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN MÃ BÀI: MĐĐCN17-1 Mục tiêu: - Phân tích được sơ đồ phân loại máy điện - Trình bày được nguyên tắc máy phát điện, động cơ điện. Tính thuận nghịch của máy điện quay - Trình bày được vật liệu chính chế tạo máy điện - Phân tích được quá trình phát nóng và làm mát động cơ Nội dung: 1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 1.1. Định nghĩa. Máy điện là thiết bị điện, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại như điện năng thành cơ năng (động cơ điện), hoặc dùng để biến đổi điện áp lưới điện ở cấp điện áp này sang cấp điện áp khác nhưng cùng tần số, ... 1.2. Phân loại máy điện. Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại khác nhau theo nhiệm vụ, tính chất như sau: - Theo sự chuyển động các bộ phận bên trong máy điện + Máy điện tĩnh : là máy điện không có bộ phận chuyển động cơ học (Máy biến áp) + Máy điện quay : là máy điện có các bộ phận chuyển động cơ học (Máy phát, động cơ - Theo tính chất dòng điện + Máy điện một chiều : là máy điện sử dụng ở lưới điện một chiều + Máy điện xoay chiều : là máy điện sử dụng ở lưới điện xoay chiều - Theo tốc độ chuyển động của máy điện quay + Máy điện đồng bộ : là máy điện có tốc độ rotor bằng tốc độ từ trường + Máy điện không đồng bộ : là máy điện có tốc độ rotor khác tốc độ từ trường Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp: 3
Hình 1-1 Sơ đồ phân lại máy điện 2. NGUYÊN TẮC MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ 2.1. Nguyên tắc máy phát điện: Máy phát điện là máy điện biến đổi cơ năng thành điện năng. Máy phát điện đơn giản gồm hai phần: Phần tĩnh (còn gọi là stato) là hai cực nam châm (N – S). Hình 1-2. Nguyên tắc làm việc của máy phát điện Phần động (còn gọi là rôto) là lõi thép tròn, trên có đặt một khung dây. Khe hở giữa stato và rôto nhỏ và đều, để từ trường trong khe hở là đều và dây dẫn luôn cắt vuông góc với đường sức khi quay (hình 1-2). Khi rôto quay dây dẫn cắt qua các đường sức, tạo ra s.đ.đ E lấy được trên hai vành đồng tiếp xúc A, B, nhờ các chổi than A’, B’. Nếu mạch ngoài nối đến tải có điện trở R, sẽ có dòng điện I qua mạch: E I r0  R Ở đây r0 là điện trở khung dây, cũng là điện trở trong của máy phát điện. Dòng điện I nằm trong từ trường B sẽ chịu tác dụng F có trị số: F = BlI 4
Chiều lực F xác định theo quy tắc bàn tay trái, có tác dụng hãm chuyển động cuả rôto (hình 1-2). Như vậy dòng điện cảm ứng có chiều sao cho nó có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó (ở đây là sự quay của rôto trong từ trường). Để dây dẫn quay đều với tốc độ v, rôto cần có mô men cơ (gọi là mô men sơ cấp) do các động cơ sơ cấp kéo (như tua-bin hơi, tua bin nước v.v…) và do đó rôto tiêu thụ công suất cơ: Pcơ = F . v = BlI. V = Blv.I Biết Blv = E là s.đ.đ cảm ứng vậy: Pcơ = EI = Pđiện Kết quả là dây dẫn chuyển động trong từ trường đã có tác dụng biến công suất cơ của động cơ sơ cấp thành công suất điện cung cấp cho phụ tải. Phương trình cân bằng sđđ: E = Ir0 + IR = U0 + U Nhân hai vế với I ta có: Pđiện = EI = U0I+ UI = P0 + P ở đây P là công suất trên phụ tải, còn P0 là tổn thất đồng trong máy phát điện. 2.2. Nguyên tắc động cơ điện Động cơ điện là máy điện biến đổi điện năng thành cơ năng. Động cơ điện đơn giản cũng có cấu tạo tương tự máy phát điện (hình 1-3). Khác nhau căn bản giữa máy phát điện và động cơ là ở máy phát điện ta dùng động cơ sơ cấp kéo cho rôto chạy và nhận được nguồn điện từ hai đầu cuộn dây, còn ở động cơ ta đấu cuộn dây vào nguồn điện để làm quay rôto, kéo các máy sản xuất khác(máy công tác). Khi cho dòng điện I vào khung dây, từ trường tác dụng lực F lên cạnh khung dây. Chiều lực F xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1-3). Các lực F tạo thành mô men quay làm quay rôto. Trị số lực F: F = BlI Khi rôto quay, dây dẫn cắt qua các đường sức, cảm ứng sinh ra s.đ.đ E có trị số là: E = Blv Hình 1-3 Nguyên tắc làm việc của động cơ điện. Chiều của E ngược với chiều dòng điện (xác định theo quy tắc bàn tay phải). Gọi điện áp nguồn đặt vào động cơ là U, dòng điện trong mạch là: 5
UE I r0 Từ đó: U = Ir0 + E Nhân hai vế với I và thay vào biểu thức trên ta có: UI  I 2 r0  Blv.I  I 2 r0  Fv Biết UI = Pđiện là công suất điện do nguồn cung cấp I2r0 = U0I = P0 là công suất tổn hao trong cuộn dây động cơ. Fv = Pcơ là công suất trên cơ trục động cơ. Từ đó: Pđiện = Pcơ + P0 Nghĩa là: Dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trườngđã nhân công suất điện của nguồn biến thành công suất cơ. Đó là nguyên tắc của động cơ điện. Trên hình 1-3 ta thấy s.đ.đ cảm ứng E ngược chiều với I, tức chiều s.đ.đ cảm ứng có xu hướng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó (ở đây là chống lại dòng điện I, vì đó là nguyên nhân làm rôto quay, sinh ra s.đ.đ E). 2.3. Tính thuận nghịch của máy điện quay: Qua các nguyên tắc làm việc trên ta thấy, cùng một máy điện quay (thanh dẫn đặt trong từ trường nam châm (N – S), tuỳ theo năng lượng đưa vào máy điện là cơ năng hay điện năng, 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 quay. Mọi loại máy điện quay đều có tính thuận nghịch.(Dùng làm máy phát điện hoăc động cơ điện). 3. VẬT LIỆU CHÍNH CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN Vật liệu chế tạo máy điện gồm vậy liệu cấu trúc, vật liệu tác dụng và vật liệu cách điện. Vật liệu cấu trúc là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như trục, ổ trục, thân máy, nắp. Vật liệu tác dụng là vật liệu dùng để chế tạo những bộ phận dẫn điện và từ. Còn vật liệu cách điện dùng để cách điện giữa phần dẫn điện với không dẫn điện và giữa các phần dẫn điện với nhau. 3.1. Vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện để chế tạo 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. Dây đồng hoặc dây nhôm được chế tạo theo tiết điện tròn hoặc tiết diện chữ nhật có bọc cách điện. Với những máy có công suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 1000V thường dùng dây dẫn bọc emay vì lớp cách điện của nó mỏng và đạt độ bền yêu cầu. 3.2. Vật liệu dẫn từ Vật liệu dẫn từ trong máy điện là vật liệu sắt từ như thép kỹ thuật điện, gang, thép đúc, thép rèn ... Ở các phần dẫn từ có từ thông biến đổi với tần số 50Hz thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,35 - 1mm, trong thành phần thép có từ 2 - 5% silíc để tăng 6
điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy. Thép kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng hoặc cán nguội. Hiện nay thường dùng thép cán nguội để chế tạo các máy điện vì thép cán nguội có độ từ thẩm cao hơn và suất tổn hao nhỏ hơn thép cán nóng. Hình 1-4 Đường cong từ hoá của một số vật liệu từ Trên hình 1.4 trình bày đường cong từ hoá của một số vật liệu dẫn từ khác nhau. Cùng một dòng điện kích từ, ta thấy thép kỹ thuật điện có từ cảm lớn nhất, sau đó là thép đúc và cuối cùng là gang. ở các phần dẫn từ có từ thông không đổi thường dùng thép đúc, thép rèn, hoặc thép lá. 3.3. Vật liệu cách điện Vật liệu cách điện trong máy điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học. Cách điện bọc dây dẫn chịu được nhiệt độ cao thì nhiệt độ cho phép của dây dẫn càng lớn và dây dẫn chịu được dòng tải lớn. Chất cách điện của máy điện phần lớn ở thể rắn và gồm có 4 nhóm: 1. Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, lụa 2. Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thủy tinh. 3. Các chất tổng hợp. 4. Các loại men và sơn cách điện. Chất cách điện tốt nhất là mica nhưng đắt. Giấy, vải, sợi... rẻ nhưng dẫn nhiệt và cách điện kém, dễ bị ẩm. Vì vậy chúng phải được tẩm sấy để cách điện tốt hơn. Theo tiêu chuẩn Việt nam (TCVN) nhiệt độ môi trường của Việt nam là 40 oC còn của máy điện ta lấy bình quân. Hiện nay ta thường dùng vật liệu cách điện thuộc các cấp A, E, B. Căn cứ độ bền nhiệt, nhiệt độ cho phép và liệu cách điện các cấp A, E, B như sau: - Cấp A : Nhiệt độ cho phép là 1050C, bao gồm vải sợi xenlulô, sợi tự nhiên hoặc nhân tạo được qua tẩm sấy bằng sơn cách điện. - Cấp E : Nhiệt độ cho phép là 1200C, bao gồm màng vải, sợi tổng hợp gốc hữu cơ có thể chịu được nhiệt độ tương ứng. - Cấp B : Nhiệt độ cho phép là 1300C, bao gồm các vật liệu gốc mica, sợi thủy tinh hoặc amiăng được liện kết bằng sơn hoặc nhựa gốc hữu cơ có thể chịu được nhiệt độ tương ứng. Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí) và thể lỏng (dầu biến áp). 7
Khi máy điện làm việc, do tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hóa khác cách điện sẽ bị lão hóa nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ. Thực nghiệm cho biết, khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ làm việc cho phép 10% thì tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm đi một nửa. 4. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN Trong quá trình biến đổi năng lượng luôn có sự tổn hao. Tổn hao trong máy điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy) trong thép, tổn hao đồng trong dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay). Tất cả các tổn hao năng lượng đều biến thành nhiệt làm cho máy điện nóng lên. Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt ra môi trường xung quanh. Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp... Thường vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát. Kích thước của máy, phương pháp làm mát phải được tính toán và lựa chọn để cho độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện trong máy không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảo cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài, tuổi thọ của máy khoảng 20 năm. Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng thiệt của các phần tử không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép. Khi máy quá tải độ tăng nhiệt của máy sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép, vì thế không cho phép máy làm việc quá tải lâu dài. Bài tập: 1, Định nghĩa máy điện, cách phân loại. 2, Trình bày nguyên tắc máy phát và động cơ điện. 8
BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP MÃ BÀI: MĐĐCN17-2 Mục tiêu: - Mô tả được cấu tạo, trình bày được nguyên lý làm việc của MBA 1 pha và 3 pha - Vẽ được sơ đồ, xác định được các thông số của MBA ở các trạng thái làm việc: Không tải, ngắn mạch và có tải - Xác định được cực tính và đấu dây vận hành MBA 1 pha và 3 pha đảm bảo kỹ thuật, an toàn - Vận dụng đấu dây và vận hành được MBA làm việc song song Nội dung: 1. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 1.1. Định nghĩa. Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. 1.2. Công dụng. Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (hình 2-1). Hình 2-1 Sơ đồ truyền tải điện đơn giản Ta có, dòng điện truyền tải trên đường dây: I = P/(Ucos) Và tổn hao công suất trên đường dây: Trong đó: P là công suất truyền tải trên đường dây; U là điện áp truyền tải của lưới điện; Rd là điện trở đường dây tải điện và cos là hệ số công suất của lưới điện, còn  là góc lệch pha giữa dòng điện I và điện áp U. Từ các công thức trên cho ta thấy, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp truyền tải càng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ càng bé, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, tiết kiệm được kim loại màu, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây sẽ giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu người ta phải dùng điện áp cao, thường là 35, 110, 220, 500kV. Trên thực tế các máy phát điện chỉ phát ra điện áp từ 3 - 21kV, do đó phải có thiết bị tăng điện áp ở đầu đường dây. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0.4 - 6kV, vì vậy cuối đường dây phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu đường dây 9
và giảm điện áp cuối đường dây gọi là máy biến áp (MBA).Vì vậy MBA dùng để truyền tải và phân phối điện năng (MBA điện lực) Máy biến áp dùng để phục vụ công tác đo lường (máy biến điện áp, máy biến dòng điện) Máy biến áp dùng để gia công kim loại (máy hàn) Máy biến áp dùng để tạo ra các cấp điện áp phù hợp với thiết bị điện 2.MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA HAI DÂY QUẤN 2.1. Cấu tạo Máy biến áp có các bộ phận chính sau: mạch từ (lõi thép), dây quấn và vỏ máy. a. Mạch từ ( lõi thép ) Hình 2-2 Mạch từ MBA 1 pha Lõi thép MBA dùng để dẫn từ thông, được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,35  1 mm, mặt ngoài các lá thép có sơn cách điện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép. Lõi thép gồm hai phần: Trụ và Gông (hình 2-2). Trụ T là phần để đặt dây quấn còn gông G là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín. b. Dây quấn MBA. Nhiệm vụ của dây quấn MBA là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Dây quấn MBA thường làm bằng dây dẫn đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn và lõi thép đều có cách điện. Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn. Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ thì dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép còn dây quấn điện áp cao đặt bên ngoài. Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện. Hình 2-3 Dây quấn MBA 10
Dây quấn MBA có hai loại chính như : - Dây quấn đồng tâm : ở dây quấn đồng tâm tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm. Những kiểu dây quấn đồng tâm chính gồm : Dây quấn hình trụ (hình 2-3a,b), dùng cho cả dây quấn hạ áp và cao áp; Dây quấn hình xoắn (hình 2- 3c), dùng cho dây quấn hạ áp có nhiều sợi chập; dây quấn hình xoáy ốc liên tục (hình 2-3d), dùng cho dây quấn cao áp, tiết diện dây dẫn chữ nhật . - Dây quấn xen kẻ : Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép. c. Vỏ máy biến áp. Vỏ MBA làm bằng thép gồm hai bộ phận : thùng và nắp thùng. - Thùng MBA: Trong thùng MBA đặt lõi thép, dây quấn và dầu biến áp. Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện và tản nhiệt. Lúc MBA làm việc, một phần năng lượng tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt làm dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác nóng lên. Nhờ sự đối lưu trong dầu và truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu và từ dầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh. - Nắp thùng MBA : Dùng để đậy trên thùng và trên đó có các bộ phận quan trọng như: + Sứ ra của dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp. Làm nhiệm vụ cách điện. + Bình dãn dầu (bình dầu phụ) có ống thủy tinh để xem mức dầu. + ống bảo hiểm : làm bằng thép, thường làm thành hình trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thuỷ tinh. Nếu vì lý do nào đó, áp suất trong thùng tăng lên đột ngột, đĩa thuỷ tinh sẽ vỡ, dầu theo đó thoát ra ngoài để MBA không bị hỏng. + Lỗ nhỏ đặt nhiệt kế. + Rơle hơi dùng để bảo vệ MBA. + Bộ truyền động cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp. 2.2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp Xét nguyên lý làm việc của máy biến áp 1 pha hình 2-4 gồm một lõi thép và có hai cuộn dây w1 và w2 vòng. Khi đặt một nguồn xoay chiều U1 vào dây quấn 1 xuất hiện dòng điện I1. Trong lỏi Hình 2-4 thép sinh ra từ thông  Nguyên lý làm việc mba.1 pha 2 dây quấn móc vòng qua cả hai dây quấn 1 và 2 sinh ra sức điện động cảm ứng e1 và e2 trong cả hai dây quấn. Dây quấn 2 sinh ra từ trường dòng điện I2 đưa ra tải với điện áp U2. Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đó được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2. 11
Giả sử điện áp đặt vào có dạng hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là hình sin:  = m.sin  .t. Theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong dây quấn 1 và 2 là: d d sin.t e1 = - w1  - w1 m = - w1  . mcos  t dt dt = w1  . m .sin (  .t – /2) = E1m sin(  .t – /2). (2-1) d d sin.t e2 = - w2  - w2 m = - w2  . m cos  t dt dt = w2 .  . m .sin (  .t – /2)= E2m sin(  .t – /2). (2-2) Trị số hiệu dụng: E1m w1 m 2f1w1 m E1     2.w1f1 m 2 2 2 (2-3) E2m w2 m 2f1w2 m E2     2.w2f1 m 2 2 2 (2-4) Từ (2-1) và (2-2) cho thấy suất điện động trong dây quấn chậm pha so với từ thông sinh ra nó một góc /2. Từ (2-3) và (2-4) tỉ số mba 1 pha tính như sau: E1 w1 K=  (2-5) E2 w2 Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn, K là tỉ số điện áp giữa dây quấn 1 và dây E U I quấn 2.K = E1  U1  2 2 2 I1 Nếu W2>W1 thì U2> U1 và I2< I1 : MBA tăng áp. Nếu W2 I1 : MBA giảm áp 2.3. Các đại lượng định mức chính của máy biến áp. Các đại lượng định mức của MBA qui định điều kiện kỹ thuật của máy. Các đại lượng này do nhà máy chế tạo qui định và ghi trên nhãn của MBA. - Dung lượng (công suất định mức) Sđm (VA hay kVA) là công suất toàn phần hay biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của MBA. - Điện áp pha sơ cấp định mức U1đm (V, kV) là điện áp của dây quấn sơ cấp. - Điện áp pha thứ cấp định mức U2đm (V hay kV) là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ là định mức U1 = U1đm - Dòng điện dây sơ cấp định mức I1đm (A hay kA) và thứ cấp định mức I2đm là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức S S I1dm  dm ; I 2dm  dm U1dm U 2dm Tần số định mức fđm(Hz). Các máy biến áp điện lực có tần số công nghiệp 50Hz. Ngoài ra trên nhãn máy biến áp còn ghi các số liệu khác như: số pha (m), sơ đồ và tổ nối dây,hệ số công suất(cos  )… 12
3. MÁY BIẾN ÁP 3 PHA 3.1. Cấu tạo Máy biến áp ba pha thực chất là do 3 máy biến áp một pha ghép lại nên có hai loại : máy biến áp 3 pha có hệ thống mạch từ riêng và máy biến áp 3 pha có hệ thống mạch từ chung. Hệ thống mạch từ riêng là hệ thống mạch từ trong đó từ thông của ba pha độc lập với nhau như ở trường hợp máy biến áp ba pha ghép từ 3 máy biến áp một pha gọi tắt là tổ máy biến áp ba pha (hình 2-5). A a B b C c X Y Z Hình 2-5. Tổ máy biến áp ba pha. Hệ thống mạch từ chung là hệ thống mạch từ trong đó từ thông ba pha có liên quan với nhau như ở máy biến áp ba pha kiểu trụ – để phân biệt với loại trên ta gọi là máy biến áp ba pha ba trụ (hình 2-6 ). Hình 2-6. Máy biến áp ba pha ba trụ Trên thực tế hiện nay, máy biến áp ba pha ba trụ được dùng phổ biến với các cỡ dung lượng nhỏ và trung bình vì loại này hình dáng gọn, nhỏ, ít tốn nhiên liệu và rẻ hơn. Còn loại tổ máy biến áp ba pha chỉ dùng cho các máy biến áp cỡ lớn (dung lượng từ 3 x 600 kVA trở lên), vìvậy có thể vận chuyển từng pha của biến áp một cách dễ dàng và thuận lợi. Để hiểu rõ hơn về MBA ta xem hình dáng bên ngoài MBA ba pha hai dây quấn công suất 250kVA, điện áp 22/0.4kV của nhà máy chế tạo Thiết Bị Điện (hình 2-7). 13
Hình 2-7 MBA dầu ba pha, hai dây quấn Như vậy máy biến áp ba pha có hệ thống mạch từ được làm bằng thép kỹ thuật điện như máy biến áp một pha, có 3 cuộn dây sơ cấp và 3 cuộn dây thứ cấp các cuộn dây này được đáu theo hình sao hoặc hình tam giác. Hình 2-8 là MBA trung gian 3 pha 110/38/10 KV Hình 2-8 Máy biến áp dầu ba pha 16000kVA/110kV 1. móc vận chuyển; 2. Sứ cao áp 110kV; 3. Sứ hạ áp 10.5kV; 4. Sứ trung áp 38.5kV; 7. ống phòng nổ; 8. Bình giãn dầu; 10. Thước chỉ dầu; 12. Xà ép gông; 13. Bình hút ẩm; 16. Dây quấn cao áp; 18. Bộ lọc đối lưu; 22. Vỏ thùng; 23.Bộ tản nhiệt; 24. Cáp cấp điện cho động cơ; 25. Động cơ qụat gió làm mát. 26. Bộ truyền động chuyển mạch. 14
3.2. Nguyên lý làm việc Tương tự như máy biến áp một pha khi ta đặt điện áp xoay chiều 3 pha vào 3 cuộn sơ cấp thì sẽ có điện áp xoay chiều 3 pha ở cuộn dây thứ cấp - Tỉ số điện áp pha: Up1 w1 kp =  Up2 w2 Với w1 số vòng dây pha sơ cấp, w2 số vòng dây pha thứ cấp. - Tỉ số điện áp dây không những chỉ phụ thuộc vào tỉ số vòng dây giữa sơ cấp và thứ cấp mà còn phụ thuộc cách nối hình sao hay tam giác: Ud1 Up1 w1 + Khi nối /Y: kd =   Ud2 3.Up2 3.w2 Ud1 Up1 w + Khi nối /: kd =   1 Ud2 Up2 .w2 Ud1 3.Up1 w1 + Khi nối Y/Y: kd =   Ud2 3.Up2 w2 √ + Khi nối Y/: kd = = =√ 3.3. Các đại lượng định mức chính của máy biến áp. Tương tự máy biến áp một pha, máy biến áp ba pha có các đại lượng định mức của MBA qui định điều kiện kỹ thuật của máy. Các đại lượng này do nhà máy chế tạo qui định và ghi trên nhãn của MBA. - Dung lượng (công suất định mức) Sđm (VA hay kVA) là công suất toàn phần hay biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của MBA. - Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm (V, kV) là điện áp định mức đặt vào 2 pha của dây quấn sơ cấp. - Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm (V hay kV) là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ là định mức U 1 = U1đm - Dòng điện dây sơ cấp định mức I1đm và thứ cấp định mức I2đm ( A hoặc KA ) là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức Sđm Sđm I1đm  I 2 đm  3U1đm 3U 2 đm - Tần số định mức fđm(Hz). Các máy biến áp điện lực có tần số công nghiệp 50Hz. Ngoài ra trên nhãn máy biến áp còn ghi các số liệu khác như: số pha (m), sơ đồ và tổ nối dây,hệ số công suất(cos  )… 4. TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Là cách đấu nối các đầu cuộn dây của máy . Nó có rất nhiều, song thực chất các hiện tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, sau đây chủ yếu xét đến máy biến áp điện lực hai dây quấn một pha và ba pha 15
4.1. Các kí hiệu đầu dây: Các đầu tận cùng của dây quấn mba, 1 đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu cuối. - Đối với mba 1 pha thì có thể tuỳ ý chọn đầu đầu và đầu cuối. - Đối với mba 3 pha, các đầu đầu và đầu cuối phải chọn 1 cách thống nhất: giả sử dây quấn pha A chọn đầu đầu đến đầu cuối theo chiều kim đồng hồ (Hình 2-9 a) thì các dây quấn pha B, C còn lại cũng phải chọn thống nhất.(Hình b và c).Điều này rất cần thiết bởi vì 1 pha dây quấn ký hiệu ngược thì điện áp lấy ra mất tính đối xứng (hình 2-10} Hình 2-10:Điện áp không đối xứng lúc Hình 2-9: Cách qui ước các đầu đầu và đầu ký hiệu ngược hay đấu ngược 1 pha cuối của MBA 3 pha hiệu ngược hay đấu ngược 1 pha Các qui ước đầu đầu và đầu cuối của dây quấn máy biến áp 3 pha: Các đầu tận cùng Dây quấn cao áp Dây quấn hạ áp Sơ đồ kí hiệu dây quấn Đầu đầu A B C a b c A B C a b c 0 Đầu cuối X Y Z x y z Đầu trung tính o o X Y Z x y z 4.2. Các kiểu đấu dây quấn: Dây quấn máy biến áp có thể đấu theo các kiểu chính sau: - Đấu hình sao (Y): thường 3 đầu X, Y, Z nối lại với nhau, 3 đầu còn lại A, B, C để tự do (Hình 2-11a). A B C a b c 0 X Y Z x y z a) b) Hình 2-11. đấu sao và đấu sao không 16
- Nếu đấu sao có dây trung tính gọi là đấu sao không thì ký hiệu là Y0 hay Yn (Hình 2-11 b). Dây quấn đấu Y0 thông dụng đối với mba cung cấp cho tải hỗn hợp vừa dùng điện áp dây để chạy động cơ, vừa dùng điện áp pha chiếu sáng. - Đấu tam giác () thì đầu đầu của pha này nối với đầu cuối của pha kia theo thứ tự AX- BY- CZ - A (Hình 2-12a) hoặc theo thứ tự AX – CZ – BY – A (Hình 2-12b).Cách đấu  được dùng nhiều khi không cần điện áp pha. A B C A B C X Y Z X Y Z a) b) Hình 2-12 Hai cách đấu tam giác dây quấn MBA - Đấu hình  hở (đấu hình V): Thường dùng cho tổ máy biến áp 3 pha khi sửa chữa hoặc hư hỏng 1 máy (Hình 2-13 ) B b A a (C) X,Y (c) x,y Hình 2-13 Đấu tam giác hở dùng cho tổ MBA 3 pha bị hỏng 1 pha. 4.3. Tổ nối dây mba: Được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp so với kiểu đấu dây thứ cấp. Nó biểu thị góc lệch pha giữa các sđ đ dây sơ cấp và dây thứ cấp của mba. Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Chiều dây quấn. - Cách kí hiệu các đầu dây; - Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp. Muốn xác định và gọi tên 1 tổ đấu dây ta phải chấp nhận các giả thiết sau: - Câc dây quấn cùng chiều trên trụ thép. - Chiều s.đ.đ trong dây quấn chạy từ đầu cuối đến đầu đầu. Xét mba 1 pha có 2 dây quấn thứ cấp ax và sơ cấp AX (hình 2-14). Nếu có hai dây quấn được quấn cùng chiều trên trụ thép, kí hiệu các đầu dây như nhau: 17
Hình 2-14 Tổ nối dây của máy biến áp 1 pha. Ví dụ: A, a ở phía trên; X, x ở phía dưới (H2-14a) thì s.đ.đ cảm ứng trong chúng khi có từ thông biến thiên đi qua sẽ hoàn toàn trùng pha nhau (H2-14b): Khi đổi chiều dây quấn của 1 trong 2 dây quấn, ví dụ của dây quấn thứ cấp ax(Hình 2-14c), hoặc đổi kí hiệu đầu dây, cũng của dây quấn thứ cấp ax (Hình2-14e) thì s.đ.đ trong chúng hoàn toàn ngược pha nhau(Hình 2-14d và g) Trường hợp thứ nhất, góc lệch pha giữa các s.đ.đ kể từ véctơ sđđ sơ cấp đến véctơ s.đ.đ thứ cấp theo chiều kim đồng hồ là 3600 (I/I-12) hay ( 00 ); hai trường hợp sau là 1800 (I/I-6). Ở mba 3 pha còn do cách đấu 12 dây quấn hình Y hay  với những thứ tự khác nhau thì góc lệch pha 9 3 giữa các s.đ.đ dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể là 300 , 600 , …, 3600 . Thực tế người ta không dùng độ để 6 chỉ góc lệnh pha đó mà dùng phương Hình 2-15.Ký hiệu tổ nối dây theo pháp kim đồng hồ để biểu thị và gọi phương pháp kim đồng hồ tên tổ nối dây của mba (hình 2-15). Kim dài của đồng hồ chỉ sđđ dây sơ cấp đặt cố định ở con số 12. Kim ngắn chỉ s.đ.đ dây thứ cấp đặt tương ứng ở các số 1, 2, …12 tuỳ theo góc lệch pha giữa chúng là 300 , 600 …, 3600 . Ví dụ: 1.Tổ nối dây Y/Y: B A B C  E AB Z C  ab E  E AB Y X Y/Y-12 X Y Z  a b c A b 360  ab E z c y x x y z a 18