Giáo trình Máy điện (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí): Phần 1 - Trường CĐ nghề Đà Nẵng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Máy điện với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được khái niệm, ứng dụng, chức năng, cách phân loại, cấu tạo, nguyên lý làm việc và thông số kỹ thuật của các loại máy điện. Nêu được phương pháp kiểm tra, bảo trì bảo dưỡng, sửa chữa các loại máy điện. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Máy điện (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí): Phần 1 - Trường CĐ nghề Đà Nẵng

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐÀ NẴNG GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN Nghề: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Trình độ: CAO ĐẲNG VÀ TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐN ngày tháng năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng) Đà Nẵng, năm 2021
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. 1
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Máy điện là giáo trình được biên soạn ở dạng cơ bản và tổng quát cho học sinh, sinh viên nghề Kỹ thuật Máy lạnh và Điều hòa không khí; nghề Điện tử công nghiệp từ kiến thức nền cho đến kiến thức chuyên sâu. Giáo trình giúp học sinh, sinh viên có được kiến thức chung về máy biến áp 1 pha, động cơ không động bộ 3 pha, 1 pha. Đồng thời, giáo trình cũng đã đưa vào các nội dung mang tính thực tế giúp học sinh, sinh viên gần gũi, dễ nắm bắt vấn đề khi va chạm trong thực tế. Trong quá trình biên soạn giáo trình, tác giả đã tham khảo rất nhiều các tài liệu của các tác giả khác nhau cả trong và ngoài nước. Tác giả cũng xin chân thành gởi lời cảm ơn đến lãnh đạo trường Trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành giáo trình này. Đặc biệt là sự giúp đỡ hỗ trợ nhiệt tình của tập thể giáo viên bộ môn Điện lạnh, khoa Điện – Điện tử của trường cũng như các bạn đồng nghiệp đã nhiệt tình đóng góp ý kiến trong quá trình biên soạn. Đà Nẵng, tháng 05/2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: KS. Huỳnh Văn Minh 2
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU .................................................................................................. 2 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ...................................................................................... 6 BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN ............................................... 8 1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI .................................................................. 8 1.1. Định nghĩa............................................................................................... 8 1.2. Phân loại ................................................................................................. 8 2. TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA MÁY ĐIỆN ............................................. 10 2.1 Đối với máy điện tĩnh ............................................................................ 10 2.2 Đối với máy điện quay........................................................................... 10 3. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN .............................................. 11 3.1. Phát nóng của máy điện ........................................................................ 11 3.2. Làm mát của máy điện .......................................................................... 12 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP: ............................................................................ 12 BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP 1 PHA ....................................................................... 13 1. KHÁI NIỆM ................................................................................................ 13 1.1. Khái niệm .............................................................................................. 13 1.2. Phân loại ............................................................................................... 14 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ................................................ 14 2.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc MBA độc lập 1 pha................................. 14 2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc máy biến áp tự ngẫu............................... 18 2.3. Các thông số kỹ thuật ........................................................................... 20 3. VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG, SỮA CHỮA MÁY BIẾN ÁP .................... 21 3.1. Kiểm tra, vận hành máy biến áp ........................................................... 21 3.2. Bảo dưỡng, sửa chữa máy biến áp ........................................................ 24 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.............................................................................. 27 BÀI 3: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ............................................ 28 1. KHÁI NIỆM ................................................................................................ 28 1.1. Khái niệm .............................................................................................. 28 1.2. Phân loại ............................................................................................... 29 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG............................................ 29 2.1. Cấu tạo .................................................................................................. 29 3
2.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................... 32 2.3. Các thông số định mức ......................................................................... 36 3. MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA .................................. 37 3.1. Yêu cầu khi khởi động động cơ ............................................................ 37 3.2. Mở máy động cơ lồng sóc .................................................................... 38 3.3. Mở máy động cơ rôto dây quấn ............................................................ 43 4. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ............ 44 4.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số ........................................ 44 4.2. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực ......................................... 46 4.3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp cung cấp cho stato ............... 48 4.4. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch rôto của động cơ rôto dây quấn. ............................................................................................................. 49 5. DÂY QUẤN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA .............................. 50 5.1. Các thông số dây quấn .......................................................................... 50 5.2. Phương pháp vẽ sơ đồ dây quấn ........................................................... 51 5.3. Dây quấn đồng tâm ............................................................................... 52 5.4. Dây quấn đồng khuôn .......................................................................... 55 5.5. Vẽ sơ đồ dây quấn ................................................................................ 55 6. VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA .............................................................................................................. 61 6.1. Vận hành động cơ không đồng bộ 3 pha .............................................. 61 6.3. Bảo dưỡng, sửa chữa động cơ không đồng bộ 3 pha ........................... 70 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.............................................................................. 80 BÀI 4: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 PHA ............................................ 81 1. KHÁI NIỆM ................................................................................................ 81 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ................................................ 81 2.1. Cấu tạo .................................................................................................. 81 2.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................... 84 2.3. Thông số định mức: .............................................................................. 89 3. DÂY QUẤN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 PHA .............................. 90 3.1. Phương pháp lấy mẫu bộ dây quấn stato động cơ một pha. ................. 90 3.2. Phương pháp vẽ sơ đồ bộ dây quấn stato động cơ một pha ................. 91 4. VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 PHA ............................................................................................................ 100 4
4.1. Vận hành động cơ không đồng bộ 1 pha ............................................ 100 4.2. Bảo dưỡng, sửa chữa động cơ không đồng bộ 1 pha ......................... 104 CẤU HỎI VÀ BÀI TẬP............................................................................ 109 BÀI 5: ĐỘNG CƠ VẠN NĂNG ................................................................... 111 1. KHÁI NIỆM .............................................................................................. 111 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.......................................... 111 2.1. Cấu tạo. ............................................................................................... 111 2.2. Nguyên lý làm việc: ............................................................................ 114 2.3. Thông số định mức ............................................................................. 114 3. BẢO DƯỠNG ĐỘNG CƠ VẠN NĂNG.................................................. 115 3.1. Những hư hỏng, nguyên nhân và cách khắc phục .............................. 115 3.2. Kiểm tra, thay thế chỗi than................................................................ 115 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP............................................................................ 116 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................... 117 5
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên Mô đun: MÁY ĐIỆN Mã Mô đun: Đ05 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: + Mô đun được sắp xếp sau khi học xong các môn học cơ sở. + Được bố trí sau khi học xong các môn học: Cơ sở kỹ thuật điện, An toàn lao động và VSCN, Đo lường điện lạnh. - Tính chất: + Là mô đun quan trọng và không thể thiếu trong nghề kỹ thuật máy lạnh và điều hoà không khí và điện tử công nghiệp vì trong quá trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa chúng ta thường xuyên phải làm việc với các đối tượng động lực chính của thiết bị là MBA, động cơ điện 1 pha, 3 pha. Ngoài ra còn sử dụng các công cụ thi công là máy cắt, máy khoan, máy mài... Mục tiêu của mô đun: - Kiến thức: + Trinh bày được khái niệm, ứng dụng, chức năng, cách phân loại, cấu tạo, nguyên lý làm việc và thông số kỹ thuật của các loại máy điện. + Nêu được phương pháp kiểm tra, bảo trì bảo dưỡng, sửa chữa các loại máy điện. - Kỹ năng: + Nhận biết được các loại máy điện, đọc được các thông số trên máy điện + Vẽ được các sơ đồ dây quấn động cơ 1 pha, 3 pha + Vận hành, kiểm tra, bảo dưỡng, xác định cực tính, sửa chữa một số hư hỏng thông thường động của máy biến áp 1 pha, các loại động cơ xoay chiều 1 pha, 3 pha trong hệ thống lạnh theo đúng quy trình và yêu cầu kỹ thuật. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Cẩn thận, kiên trì. + Thu xếp nơi làm việc gọn gàng ngăn nắp + Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị 6
Nội dung của mô đun: Thời gian (giờ) Thực Số hành, thí Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Kiểm TT nghiệm, số thuyết tra thảo luận, bài tập Bài 1: Khái niệm chung về máy 1 5 4 1 0 điện. 2 Bài 2: Máy biến áp 1 pha 10 3 6 1 Bài 2: Động cơ không đồng bộ 3 3 30 12 16 2 pha Bài 4: Động cơ không đồng bộ 1 4 25 7 16 2 pha 5 Bài 5: Động cơ vạn năng 5 2 3 0 Cộng 75 28 42 5 7
BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Mục tiêu: - 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 Nội dung chính 1. Định nghĩa và phân loại 2. Tính thuận nghịch của máy điện 3. Phát nóng và làm mát của máy điện 1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 1.1. Định nghĩa Máy điện là thiết bị điện từ, làm việc dựa vào nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ và định luật lực 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), 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 được sử dụng nhiều trong đời sống sinh hoạt cũng như trong sản xuất, công nghiệp như: Quạt điện, máy bơm nước, động cơ 3 pha, máy phát điện…. 1.2. Phân loại Máy điện có nhiều loại được phân loại theo nhiều cách khác nhau: phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện, theo nguyên lý làm việc… ở đây ta phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng. 1.2.1. 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: 1.2.1.1. 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 lò: Dùng trong các lò luyện kim. 8
1.2.1.2. Theo số pha + Máy biến áp một pha. + Máy biến áp 3 pha. 1.2.2. 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: 1.2.2.1. 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). 1.2.2.2. Máy điện một chiều: - Động cơ một chiều (ĐMC). - Máy phát một chiều (MFMC). Hình 1.1: Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thông thường 9
2. TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA MÁY ĐIỆN 2.1 Đối với máy điện tĩnh Máy điện tĩnh thường gặp là các loại máy biến áp. Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiện từ thông giữa các cuộn dây không có sự chuyển động tương đối với nhau. Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng. Do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch. Ví dụ: máy biến áp có thể biến đổi điện năng có các thông số U1, I1, F1 thành điện năng có các thông số U2, I2, F2 và ngược lại. Hình 1.2. Tính thuận nghịch của máy điện tĩnh 2.2 Đối với 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 năng lượng. Ví dụ: Biến điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc biến cơ năng thành cơ điện năng (máy phát điện). Trong quá trình biến đổi có tính thuận nghịch nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát hoặc động cơ điện. 2.2.1. Chế độ máy phát. Xét một thanh dẫn đặt trong từ trường như hình vẽ. Cho thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra một sức điện động: e=B.l.v.sinα (1.1) Nếu nối hai đầu thanh dẫn với tải R thì trong mạch sẽ có dòng điện I Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn thì u=e và ta có công suất điện cung cấp cho tải là: P=u.i = e.i (1.2) Hình 1.3: Chế độ máy phát 10
Do có dòng I nên thanh dẫn chịu tác dụng bởi một lực điện từ. Fđt=B.i.l.sinα (1.3) khi tốc độ thanh dẫn không đổi thì Pđt=Pcơ Ta có: v.Pđt=v. Pcơ= B.i.l.v =e.i Vậy: Pcơ=Fcơ.v đã được biến đổi thành công suất điện. 2.2.2. Chế độ động cơ Cung cấp điện cho máy điện, điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng i trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fđt = Bil tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v. Công suất điện đưa vào động cơ P = UI = EI = B.I.l.V = Fđt.V (1.4) Hình 1.4: Chế độ động cơ Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục Pc = Fđt .v. Điện năng đã biến thành cơ năng. Ta thấy, cùng một thiết bị điện từ, tuỳ theo dạng năng lượng đưa vào mà máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. Đây chính là tính chất thuận nghịch của mọi loại máy điện. 3. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN 3.1. Phát nóng của máy điện Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất. Tổn hao năng lượng trong máy điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy) trong thép, tổn hao đồng trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay). Tất cả tổn hao năng lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện. Khi đó do tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hoá khác, lớp cách điện sẽ bị lão hoá, nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ. Thực nghiệm cho thấy khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ cho phép 8÷100C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm đi một nửa. ở nhiệt độ làm việc cho phép, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt 11
quá độ tăng nhiệt cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện vào khoảng 10÷15 năm. Khi máy làm việc quá tải, độ tăng nhiệt độ sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép. Vì vậy, khi sử dụng máy điện cần tránh để máy quá tải làm nhiệt độ tăng cao trong một thời gian dài. 3.2. Làm mát của máy điện Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh. Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp... Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP: 1. Trình bày tính chất thuận ngịch của máy điện 2. Trình bày nguyên ngân làm phát nóng máy điện 12
BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP 1 PHA Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm, công dụng, phân loại của MBA 1 pha - Mô tả được cấu tạo, phân tích được nguyên lý làm việc, các thông số định mức của máy biến áp 1 pha, - Nêu được các hiện tượng hư hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục - Tháo lắp, bảo dưỡng, sửa chữa được những hư hỏng thông thường của MBA 1 pha đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo đúng quy trình thực hiện. - Vận hành, sửa chữa bảo dưỡng đảm bảo an toàn. - Sử dụng dụng cụ, thiết bị đo kiểm đúng kỹ thuật; - Cẩn thận, nghiêm túc, an toàn. Nội dung chính 1. Khái niệm 2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc 3. Vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa máy biến áp 1. KHÁI NIỆM 1.1. Khái niệm 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 nầy thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện. Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề đặt ra là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất. Sơ đồ cung cấp điện đơn giản Ta có, dòng điện truyền tải trên đường dây: I = P/(Ucos) Và tổn hao công suất trên đường dây: P = Rđ I2 = RdP2/(U2cos2) 13
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 và giảm điện áp cuối đường dây gọi là máy biến áp (MBA). 1.2. Phân loại 1.2.1. Phân loại theo công dụng - Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện. - Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, máy biến áp hàn, các thiết bị chỉnh lưu,… - Máy biến áp tự ngẫu: Có thể thay đổi điện áp nên dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều. - Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ đo. - Máy biến áp thí nghiệm: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện - điện tử. 1.2.2. Phân loại theo kết cấu dây quấn - Máy biến áp tự ngẫu - Máy biến áp tự cảm 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 2.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc MBA độc lập 1 pha 2.1.1. Cấu tạo 2.1.1.1. Lõi thép Được ghép bởi các lá thép mỏng, có chứa hàm lượng silic từ 1%÷4% và bề dày mỗi tấm 0,35÷0,5mm nhằm mục đích giảm tổn hao điện năng trong mạch từ do tác dụng của dòng Fucô và hiện tượng từ trễ làm phát nhiệt. Đối với các máy biến áp công suất lớn, các lá sắt còn được cách điện với nhau bằng lớp sơn cách điện hoặc là lớp giấy mỏng. Có hai dạng mạch từ: * Mạch từ kiểu bọc có dạng EI. Mạch từ được phân nhánh ra hai bên và bọc lấy cuộn dây quấn trên cột từ chính. Nhờ thế từ tản giảm nhỏ đi. Dạng mạch 14
này được dùng trong các máy biến áp 1 pha công suất nhỏ như máy biến áp gia dụng, máy biến áp cấp điện áp cho các máy thu thanh, tăng âm,thu thanh... Hình 2.1: Lõi thép máy biến áp 1 pha * Mạch từ kiểu trụ (hoặc kiểu cột ) có dạng U. Thường do nhiều lá sắt chữ I ghép lại. Dùng cho các máy biến áp công suất trung bình trở lên, loại máy biến áp 1 pha hoặc 3 pha, như máy hàn điện... Lõi thép máy biến áp gồm 2 phần (hình 2.1) + Phần trụ: kí hiệu chữ T. Trụ là phần lõi thép có quấn dây quấn. + Phần gông: kí hiệu chữ G. Gông là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín có dây quấn. Phần trụ có bề rộng gấp đôi so với phần gông. Ngoài ra còn có dạng mạch từ chữ X đạt hiệu suất cao hơn nhưng khó gia công, giá thành cao.. 2.1.1.2 Dây quấn: - Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA có nhiệm vụ là thu năng lượng vào và truyền năng luợng ra - Vật liệu thường dùng là đồng hoặc nhôm có tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật bên ngoài có bọc cách điện - Dây quấn MBA gồm nhiều vòng dây được lồng vào trụ lõi thép và có cách điện giữa các vòng dây, các dây quấn cách điện với lõi thép - Dây quấn có nhiệm vụ tăng giảm điện áp, gồm có cuộn sơ cấp và thứ cấp. Giữa các lớp dây quấn và giữa dây quấn với lõi thép đều có cách điện. 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. Dây quấn phải là dây đồng điện phân hoặc nhôm có tiết diện tròn hay chữ nhật, có bọc lớp emay hoặc cotton để cách điện. Các máy biến áp công suất nhỏ thường dùng dây tròn đường kính không quá 3 mm. 15
Hình 2.2: Dây quấn máy biến áp 2.1.1.3. Vỏ máy biến áp Vỏ máy biến áp dùng để bảo vệ các bộ phận bên trong máy, tản nhiệt, lắp các thiết bị đóng cắt, điều khiển. - Thường được là băng sắt hoặc nhựa, có hình dáng là hình hộp chữ nhật - Nắp thùng dùng để đậy thùng MBA và gắn một số chi tiết máy quan trọng Hình 2.3. Vỏ máy biến áp 2.1.2. Nguyên lý làm việc Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp một pha 16
Khảo sát máy biến áp 1 pha hai dây quấn như hình 2.4, dây quấn sơ cấp có W1 vòng dây, dây quấn thứ cấp có W2 vòng. Đặt vào dây quấn sơ cấp một điện áp xoay chiều hình sin u1, trong đó sẽ có dòng điện xoay chiều i1, dòng điện này sẽ tạo ra từ thông xoay chiều Φ, từ thông chạy trong mạch từ sẽ móc vòng đồng thời qua 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp cảm ứng trong chúng các sức điện động e1, e2. Nếu máy biến áp không tải thì điện áp tại thứ cấp bằng sức điện động e2. U20 = e2 Nếu thứ cấp được nối với phụ tải Zt, dưới tác động trong dây quấn thứ cấp sẽ có dòng điện i2. Khi đó từ thông chính do đồng thời cả hai dòng sơ cấp và thứ cấp sinh ra. Giả sử, biểu thức của từ thông chính trong mạch từ là: Φ = Φ msint Theo định luật cảm ứng điện từ, các sức điện động e1, e2 được xác định: dΦ e1 = -W1 dt dΦ e2 = -W2 dt Giá trị hiệu dụng của các sức điện động: Từ biểu thức trên ta có d(Φmsinωt) e1 = -W1 = -ωWΦ 1 mcosωt dt π e1 = ωWΦ 1 msin(ωt - ) 2 d(Φmsinωt) e2 = -W2 = -ωW2Φmcosωt dt π e2 = ωW2Φmsin(ωt - ) 2 Như vậy sức điện động cảm ứng chậm pha sau từ thông trong mạch từ một góc π/2 (900). Đặt: E1m = .W1.Φm = 2π.f.W1Φm 2πfW1Φm E1 = = 4,44fW1Φm 2 Tương tự: 17
2πfW2 Φm E2 = = 4,44fW2Φm 2 Nếu chia E1 cho E2 ta có được tỷ số biến áp: E1 W ku = = 1 E2 W2 Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp thì: E1 ≈ U1 và E2 ≈ U2 Do đó: E1 U W ku = = 1 = 1 E2 U2 W2 Nghĩa là tỷ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số vòng dây. + Đối với máy tăng áp: U2 > U1; w2 > w1 + Đối với máy giảm áp: U2 < U1; w2 < w1 Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện, nhưng nhờ có từ thông chính, năng lượng đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp. Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, có thể coi gần đúng, quan hệ giữa các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau: U1I1 ≈ U2I2 I1 U W ki = = 2 = 2 I2 U1 W1 Ví dụ: Cuộn dây của máy biến áp nối vào mạng điện 10000v, điện áp ở đầu cực thứ cấp là 100v, tính tỷ số biến áp, số vòng của cuộn thứ cấp, nếu số vòng cuộn sơ cấp là 21000. Giải. U 1 10000 K   100 U2 100 W1 W 21000 K  W2  1   210 vòng W2 K 100 2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc máy biến áp tự ngẫu 2.2.1. Cấu tạo Máy biến áp tự ngẫu cũng giống như máy biến áp độc lập gồm 2 phần: Lõi thép và Dây quấn. 18
2.2.1.1. Lõi thép Lõi thép máy biến áp 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. Trụ là phần để đặt dây quấn còn gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín. 2.2.1.2. Dây quấn 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 tự ngẫu chỉ gồm một dây quấn chung cho cả cuộn sơ cấp và thứ cấp, trong đó dây quấn phía điện áp cao là dây quấn chính, dây quấn phía điện áp thấp là một phần của cuộn dây điện áp cao. Do đó giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp của biến áp tự ngẫu có sự liên hệ trực tiếp về điện. 2.2.2. Nguyên lý làm việc Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý làm việc máy biến áp tự ngẫu Dây quấn MBA tự ngẫu đồng thời thuộc cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Trong MBA tự ngẫu, giữa các dây quấn sơ cấp và thứ cấp ngoài sự liên hệ về từ còn có sự liên hệ trực tiếp về điện. Cũng như các loại MBA thông thường khác, MBA tự ngẫu cũng có loại tăng áp và giảm áp; cũng có loại một pha và ba pha. - Xét một MBA giảm áp 1 pha dây quấn sơ cấp có số vòng dây, điện áp đặt vào là U1 = Uax .Dây quấn thứ cấp có số vòng dây Wax là một phần của dây quấn sơ cấp. - Khi không tải, nếu bỏ qua điện áp rơi trong dây quấn MBA ta có: - Tỉ số của MBA tự ngẫu là: 𝑈 𝐸 𝑊 𝑘= = = 𝑈 𝐸 𝑊 Ở đây W1 = WAX; W2 = Wax 19