Giáo trình Máy điện (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Trung cấp) - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

Chia sẻ: Hoababytrang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:246

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Máy điện với mục tiêu giúp các bạn có thể phân tích được cấu tạo, nguyên lý của các loại máy điện thông dụng như: máy biến áp, động cơ, máy phát 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 (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Trung cấp) - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI NGUYỄN VĂN SÁU (Chủ biên) NGUYỄN THỊ YẾN– TRẦN THỊ HƯƠNG GIANG GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí Trình độ: Trung cấp (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2021
LỜI NÓI ĐẦU Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên và tài liệu cho giáo viên khi giảng dạy, Khoa Điện Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội đã chỉnh sửa, biên soạn cuốn giáo trình “Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí” dành riêng cho học sinh - sinh viên nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. Đây là môn học kỹ thuật chuyên ngành trong chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí trình độ Trung cấp. Nhóm biên soạn đã tham khảo các tài liệu: “Máy điện” dùng cho sinh viên các Trường Cao đẳng, Đại học kỹ thuật của tác giả Trần Hữu Quế và Nguyễn Văn Tuấn năm 2006, Tài liệu “Máy điện 1” biên dịch của Trần Hữu Quế và Nguyễn Văn Tuấn năm 2005 và nhiều tài liệu khác. Mặc dù nhóm biên soạn đã có nhiều cố gắng nhưng không tránh được những thiếu sót. Rất mong đồng nghiệp và độc giả góp ý kiến để giáo trình hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021 Chủ biên: 1
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 1 MỤC LỤC ............................................................................................................. 2 Bài 1 Khái niệm chung về máy điện .............................................................. 9 1.1. Định nghĩa và phân loại ......................................................................... 9 1.3. Phát nóng và làm mát máy điện ........................................................... 12 Bài 2 Máy biến áp .......................................................................................... 13 2.1. Cấu tạo và công dụng của máy biến áp................................................ 13 2.2. Các đại lượng định mức của MBA ...................................................... 15 2.3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp .................................................. 15 2.4. Các chế độ làm việc của MBA............................................................. 16 2.6. Máy biến áp ba pha ............................................................................. 22 2.7. Sự làm việc song song của MBA ......................................................... 23 2.8. Các máy biến áp đặc biệt ..................................................................... 24 2.9. Bảo dưỡng và sửa chữa máy biến áp ................................................... 26 Bài 3 Máy điện không đồng bộ .................................................................... 46 3.1. Khái niệm chung về máy điện KĐB .................................................... 46 3.3. Từ trường của máy điện không đồng bộ .............................................. 50 3.4. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện KĐB................................... 55 3.5. Mô hình toán và sơ đồ thay thế của động cơ KĐB .............................. 56 3.6. Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ KĐB. ........................... 57 3.7. Mô men quay của động cơ KĐB 3 pha................................................ 59 3.8. Mở máy động cơ không đồng bộ 3 pha ............................................... 60 3.9. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ .......................................... 64 3.10. Động cơ không đồng bộ 1 pha ........................................................... 68 3.11. Sử dụng động cơ điện ba pha vào lưới điện một pha........................ 70 3.12. Dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha. ......................................... 74 3.13. Dây quấn động cơ không đồng bộ một pha. ...................................... 83 3.14. Bảo dưỡng và sửa chữa động cơ điện xoay chiều ............................. 88 2
Bài 4 Máy điện đồng bộ ................................................................................ 92 4.1. Định nghĩa và công dụng ..................................................................... 92 4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ.................................................................... 92 4.3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ .................................. 93 4.4. Phản ứng phần ứng của máy điện đồng bộ .......................................... 94 4.5. Các đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ .................................. 95 4.6. Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ ............................. 98 4.7. Động cơ và máy bù đồng bộ .............................................................. 103 Bài 5 Máy điện một chiều ........................................................................... 105 5.1. Đại cương về máy điện một chiều .................................................... 105 5.2. Cấu tạo của máy điện một chiều. ...................................................... 105 5.3. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện một chiều. ....................... 108 5.4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều. ....................... 110 5.5. Công suất và mô men điện tử............................................................ 111 5.6. Các máy phát điện một chiều ............................................................ 113 5.6.2. Các đặc tính cơ bản của các MFĐDC ............................................. 114 5.7. Động cơ điện một chiều .................................................................... 131 5.8. Dây quấn phần ứng máy điện một chiều. .......................................... 148 5.9. Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện một chiều ..................................... 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 161 PHỤ LỤC ..................................................................................................... 162 Hướng dẫn thí nghiệm MÔ HÌNH MÁY ĐIỆN ...................................... 162 Chương 1 Tổng số ED-5300 ...................................................................... 163 1. Tài sản của ED-5300 ............................................................................. 163 2. Cấu hình của ED-5300 .......................................................................... 163 3. Lưu ý cho người .................................................................................... 165 Chương 2 Động cơ điện ............................................................................. 166 2.1. Nguyên tắc phát điện.......................................................................... 166 2.2. Máy phát điện DC .............................................................................. 169 2.3. Đồng bộ Máy phát điện ...................................................................... 177 3
Chương 3 Thực hành trong Cơ sở Máy phát điện .................................. 182 3.1. Thí nghiệm nguyên tắc của một Máy phát điện................................. 182 3.2. Thí nghiệm Single-Phase AC Máy phát điện dùng châm vĩnh viễn.. 186 3.3. Thí nghiệm DC Máy phát điện dùng châm vĩnh viễn........................ 191 3.4. Thí nghiệm DC riêng Kích thích Điện trở Sun Máy phát điện Sử dụng Dòng Coil .......................................................................................................... 196 3.5. Thí nghiệm DC Tự Kích thích Điện trở Sun Máy phát điện Sử dụng Dòng Coil .......................................................................................................... 202 3.6. Thí nghiệm Không-Load Saturation của Điện trở Sun Máy phát điện ........................................................................................................................... 207 3.7 Thí nghiệm 3 Tải Đặc điểm của DC riêng Kích thích Điện trở Sun Máy phát điện ............................................................................................................ 211 3.8. Thí nghiệm quay kiểu trường một pha động cơ AC Điện trở Sun .... 216 3.9 Thí nghiệm tải Đặc tính của AC Máy phát điện ................................. 221 3.10.Nguyên tắc 3 pha Máy phát điện ...................................................... 226 3.11. Thí nghiệm quay Dòng 3 pha AC Máy phát điện ............................ 230 3.12 quay phần ứng 3 pha AC Generator.................................................. 236 3.13 Rotary Chuyển đổi ............................................................................ 241 4
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: MÁY ĐIỆN Mã môn học: MH 13 Thời gian mô đun: 45 giờ (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 12 giờ; kiểm tra: 03 giờ) I. Vị trí, tính chất của mô đun: - Vị trí: Môn học này học sau các môn học An toàn lao động, mô đun Đo lường điện lạnh, cơ sở kỹ thuật nhiệt – lạnh và ĐHKK và một số mô đun khác… - Tính chất: Là môn học cơ sở , thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc. II. Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: Phân tích được cấu tạo, nguyên lý của các loại máy điện thông dụng như: máy biến áp, động cơ, máy phát điện. - Về kỹ năng: + Vận hành được các loại máy điện thông dụng + Kiểm tra, bảo dưỡng được các hư hỏng ở phần điện và phần cơ của các loại máy điện. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và tư duy khoa học trong công việc. III. Nội dung môn học: 1. Nội dung tổng quát và phân bố thời gian : Thời gian SốTT Tên các bài trong môn học Tsố LT BT KT 1 Bài 1: Khái niệm chung về máy điện 2 2 1.1. Định nghĩa và phân loại 0.5 1.2. Tính thuận nghịch của máy điện 1 1.3. Phát nóng và làm mát của MĐ 0.5 2 Bài 2: Máy biến áp 10 7 2 1 2.1. Cấu tạo và công dụng của máy 0.5 biến áp 5
2.2. Các đại lượng định mức 0.5 2.3. Nguyên lý làm việc của máy biến 0.5 áp 2.4. Các chế độ làm việc của máy biến 0.5 0.5 áp 2.5. Tổn hao năng lượng và hiệu suất 1 của máy biến áp 2.6. Máy biến áp ba pha 1 2.7. Đấu song song các máy biến áp 1 2.8. Các máy biến áp đặc biệt 1 2.9. Bảo dưỡng và sửa chữa các máy 1 1.5 1 biến áp 3 Bài 3: Máy điện không đồng bộ 13 8 4 1 3.1. Khái niệm chung về máy điện 0.5 không đồng bộ 3.2. Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba 0.5 pha 3.3. Từ trường của máy điện không 0.5 đồng bộ 3.4. Nguyên lý làm việc cơ bản của 0.5 1 máy điện không đồng bộ 3.5. Mô hình toán của động cơ không 0.5 đồng bộ 3.6. Sơ đồ thay thế động cơ điện không 0.5 đồng bộ 3.7. Biểu đồ năng lượng và hiệu suất 0.5 của động cơ không đồng bộ 3.8. Momen quay của động cơ không 0.5 đồng bộ ba pha 3.9. Mở máy động cơ không đồng bộ 0.5 1 ba pha. 3.10. Điều chỉnh tốc độ động cơ không 0.5 đồng bộ 6
3.11. Động cơ không đồng bộ một pha 0.5 1 3.12. Sử dụng động cơ điện ba pha vào 0.5 1 lưới điện một pha 3.13. Dây quấn động cơ không đồng bộ 1 1 ba pha 3.14. Dây quấn động cơ không đồng bộ 1 1 một pha 4 Bài 4: Máy điện đồng bộ 10 7 3 4.1. Định nghĩa và công dụng 0.5 4.2. Cấu tạo của máy điện đồng bộ 1 4.3. Nguyên lý làm việc của máy phát 1.5 1 điện đồng bộ 4.4. Phản ứng phần ứng trong máy phát 1 điện đồng bộ 4.5. Các đường đặc tính của máy phát 1.5 1 điện đồng bộ 4.6. Sự làm việc song song của máy 1 1 phát điện đồng bộ 4.7. Động cơ và máy bù đồng bộ 1 5 Bài 5: Máy điện một chiều 10 6 3 1 5.1. Đại cương về máy điện một chiều 0.5 5.2. Cấu tạo của máy điện một chiều 0.5 5.3. Nguyên lý làm việc của máy điện 0.5 một chiều 5.4. Từ trường và sức điện động của 0.5 máy điện một chiều 5.5. Công suất và mônmen điện từ của 0.5 1 máy điện một chiều 5.6. Tia lử điện trên cổ góp và biện 0.5 pháp khắc phục 5.7. Máy phát điện một chiều 0.5 7
5.8. Động cơ điện một chiều 0.5 1 5.9. Dây quấn phần ứng máy điện một 1 chiều 5.10. Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện 1 1 1 một chiều Tổng 60 45 12 3 8
Bài 1 Khái niệm chung về máy điện Mục tiêu - Hiểu được nội dung các định luật điện từ dùng trong máy điện - Vận dụng các định luật vào phân tích nguyên lý hoạt động của máy điện 1.1. Định nghĩa và phân loại 1.1.1. Định nghĩa - Máy điện là thiết bị điện từ có nguyên lý làm việc dựa trên 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 điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc ngược lại (máy phát điện). 1.1.2. Phân loại Máy điện được phân loại theo nhiều cách như phân loại theo công suất, cấu tạo, dòng điện hoặc nguyên lý làm việc... nhưng chủ yếu là phân loại theo nguyên lý làm việc. a. Máy điện tĩnh - Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp (MBA). - Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối. - Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi điện năng. b. Máy điện có phần động - Loại máy điện này thường dùng để biến đổi năng lượng: Động cơ, máy phát điện - Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, do từ trường và dòng điện của các cuộn dây chuyển động tương đối với nhau gây ra. 1.2. Tính thuận nghịch của máy điện Nguyên lý làm việc của các máy điện dựa trên cơ sở định luật cảm ứng điện từ. Sự biến đổi năng lượng trong máy điện được thực hiện thông qua từ trường. Để tạo được từ trường mạch và tập trung người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ. 9
Ở các máy biến áp mạch từ là một lõi thép đứng yên, còn trong các máy điện quay mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: một quay và một đứng yên và cách nhau một khe hở. Theo tính chất thuận nghịch của định luật cảm ứng điện từ máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. Hình 1.1. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của máy phát điện Đưa cơ năng vào phần quay của MĐ nó sẽ làm việc ở chế độ máy phát: Máy gồm một khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây và phiến góp được quay quanh trục của nó với vận tốc không đổi trong từ trường của hai cực nam châm vĩnh cửu. Theo định luật cảm ứng điện từ trong thanh dẫn sẽ cảm ứng lên sức điện động: e = B.l.v (V). (1-11) Trong đó: B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua (T). L: Chiều dài của thanh dẫn trong từ trường (m). V: Tốc độ dài của thanh dẫn (m/s). Nếu mạch ngoài khép kín qua tải thì sức điện động trong khung dây sẽ sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện chạy từ A đến B. Máy làm việc ở chế độ máy phát điện biến cơ năng thành điện năng. Máy làm việc ở chế độ động cơ điện: Nếu ta cho dòng điện một chiều đi vào khung dây vào chổi than A và ra ở B. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F = B.i.l tác dụng lên cạnh khung dây. Chiều của lực điện từ được xác định bằng qui tắc bàn tay trái, các lực F tạo thành mô men quay rotor với vận tốc v. Khi rotor quay cắt các đường sức từ sinh ra sức điện động E có chiều ngược với chiều dòng điện, máy đã biến điện năng thành cơ năng. 10
Hình 1.2. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của động cơ Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện, nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và hộ tiêu thụ lớn thì một vấn đề đặt ra cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế hơn. Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây nếu điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống. Như vậy có thể làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí sẽ giảm xuống đồng thời tổn hao năng lượng cũng giảm xuống. Do đó phải có thiết bị để tăng điện áp ở đầu đường dây lên và giảm điện áp ở các hộ tiêu thụ. Và các thiết bị như vậy được gọi là máy biến áp. Trong bài số 2 này sẽ cung cấp cho người học các kiến thức cơ bản nhất về máy biến áp. Qua đó sẽ giúp chúng ta có khả năng: - Mô tả cấu tạo, phân tích nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha và ba pha - Xác định cực tính và đấu dây vận hành máy biến áp một pha, ba pha đúng kỹ thuật - Đấu máy biến áp vận hành song song các máy biến áp - Tính toán các thông số của máy biến áp ở trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch - Quấn máy biến áp một pha theo các thông số kỹ thuật - Chọn lựa máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng - Bảo dưỡng và sửa chữa máy biến áp theo yêu cầu 11
1.3. 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 có các cánh tản nhiệt để làm mát 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 nhiệt 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. 12
Bài 2 Máy biến áp 2.1. Cấu tạo và công dụng của máy biến áp 2.1.1. Cấu tạo MBA a. Lõi thép Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện. Các lá thép kỹ thuật điện có độ dày từ 0,35 - 0,5mm, hai mặt có sơn cách điện để giảm tổn hao của dòng Fucô và được ghép lại với nhau thành lõi thép. Tính chất lá thép kỹ thuật điện thay đổi theo hàm lượng Sillic, nếu hàm lượng Sillic nhiều thì tổn thất năng lượng càng ít nhưng giòn, cứng, khó gia công. Lõi thép gồm hai bộ phận chính: Trụ là nơi để đặt dây quấn Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ - Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín. Theo hình dáng lõi thép, máy biến áp thường chia ra làm 2 loại: +) Kiểu trụ (hình2.1a): Gồm các lá thép UI. Trong kiểu này biến áp được quấn thành 2 ống dây lồng vào hai trụ đứng. Để nâng cao chất lượng truyền dẫn, cuộn sơ và cuộn thứ thường được chia làm hai nửa đặt ở hai trụ. Hai nửa của từng cuộn dây phải được nối sao cho từ thông do chúng tạo ra trong mạch từ là cùng chiều. + Kiểu bọc (hình 2.1b): Gồm các lá thép EI. Trong kiểu này cuộn sơ cấp và thứ cấp được quấn chồng lên nhau thành một ống rồi lồng vào trụ giữa của chữ E. Hai trụ bên có tiết diện bằng nửa trụ giữa tạo thành 2 mạch từ nhánh đối xứng, mỗi nhánh dẫn một nửa từ thông chính. a) Kiểu trụ b) Kiểu bọc Hình 2.1. Cấu tạo máy biến áp 1 pha 13
b. Dây quấn Thường làm bằng dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn bọc cách điện. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn có cách điện với nhau và các dây quấn cách điện với lõi thép. Thông thường dây quấn máy biến áp có 2 cuộn: - Cuộn sơ cấp (W1): Là cuộn nối với nguồn. - Cuộn thứ cấp (W2): Là cuộn nối với tải, cung cấp điện cho phụ tải. . Hình 2.2. Dây quấn máy biến áp - Máy biến áp (MBA) là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyện lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Hệ thống điện đầu vào máy biến áp (trước lúc biến đổi) có: điện áp U1, dòng điện I1, tần số f. Hệ thống điện đầu ra của máy biến áp (sau khi biến đổi) có: điện áp U2, dòng điện I2, tần số f. 2.1.2 Công dụng và nhiệm vụ của MBA - MBA đóng một vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện. - Dùng để truyền tải và phân phối điện năng. MBA còn dùng để nâng cao điện áp hoặc giảm điện áp. MBA còn được sử dụng trong các lò nung, lò hàn điện và làm nguồn cho các thiết bị điện. 14
2.2. Các đại lượng định mức của MBA 2.2.1 Điện áp định mức: (U1đm; U2đm) - U1đm là điện áp định mức qui định cho dây quấn sơ cấp. - U2đm là điện áp định mức qui định cho dây quấn thứ cấp. - Khi dây quấn thứ cấp hở mạch thì điện áp đặt vào sơ cấp là định mức. - Với MBA 1 pha thì điện áp định mức là điện áp pha (Uđm = Upha), với MBA 3 pha thì điện áp định mức là điện áp dây (Uđm = Udây),(V hoặc KV). 2.2.2 Dòng điện định mức: (I1đm; I2đm) - Đối với MBA 1 pha thì dòng điện định mức là dòng điện pha (Iđm = Ipha), với MBA 3 pha thì dòng điện định mức là dòng điện dây (Iđm = Idây). - Dòng điện sơ cấp định mức là I1đm và dòng điện thứ cấp định mức là I2đm , đơn vị đo là A. 2.2.3 Công suất định mức: (Sđm) - Là công suất biểu kiến (toàn phần) định mức; kí hiệu: Sđm có đơn vị đo là VA, KVA. * Ngoài ra còn có các đại lượng khác là tần số định mức (fđm), sơ đồ nối dây và chế độ làm việc... 2.3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp Máy biến áp làm việc trên hiện tượng cảm ứng điện từ. 3 1 2 4 W2 U2 U1 W1 Z 1. Cuộn dây sơ cấp 2. Cuộn dây thứ cấp 3. Lõi thép 4. Phụ tải Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý máy biến áp 15
Khi nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều có điện áp U1, dòng điện I1 chạy trong cuộn sơ cấp sẽ sinh ra trong lõi thép từ thông biến thiên. Do mạch từ khép kín nên từ thông này móc vòng sang cuộn thứ cấp sinh ra sức điện động cảm ứng E2 tỉ lệ với số vòng dây W2. Đồng thời từ thông biến thiên đó cũng sinh ra trong cuộn sơ cấp một sức điện động tự cảm ứng E1 tỉ lệ với số vòng W1. U 1 E1 W1   K Tỷ số biến áp: U 2 E2 W2 K: tỉ số máy biến áp Nếu K > 1 (U1 > U2): Máy biến áp giảm áp Nếu K < 1 (U1 < U2): máy biến áp tăng áp 2.4. Các chế độ làm việc của MBA 2.4.1 Chế độ làm việc không tải a. Phương trình và sơ đồ thay thế Chế độ không tải là chế độ mà phía thứ cấp hở mạch, phía sơ cấp đặt vào điện áp. Khi không tải I2 = 0; ta có U1 = I0Z0 (Z0= Zl + Zth là tổng trở không tải của MBA), ta có sơ đồ thay thế: Hình 2.4. Sơ đồ thay thế MBA khi không tải b. Các đặc điểm của chế độ không tải * I không tải: U0 Từ phương trình U1= I0Z0= I0= Z 0 Mà Z0 thường rất lớn nên I không tải nhỏ bằng 2 - 10% Iđm. 16
* Công suất không tải. Ở chế độ không tải công suất đưa ra phía thứ cấp = 0 nhưng MBA vẫn tiêu thụ công suất tổn hao sắt từ và công suất tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp. * Hệ số công suất không tải. Công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng không tải nên hệ số công suất lúc không tải thấp. c. Thí nghiệm về không tải (hình 2.5) Hình 2.5. Sơ đồ thí nghiệm không tải * Để xác định hệ số MBA (k), tổn hao sắt từ P và các thông số của máy ở chế độ không tải ta tiến hành thí nghiệm: - Đặt Uđm vào W1, thứ cấp hở mạch, các dụng cụ trên sơ đồ cho ta các thông số: + Oát kế chỉ công suất không tải P0 = Pst. + Ampe kế chỉ dòng không tải I0. +Các vôn kế chỉ giá trị U1, U20.  Hệ số biến áp (k), dòng điện không tải %, R không tải, Z không tải, điện kháng không tải X0, hệ số công suất không tải(cos). 2.4.2 Chế độ có tải của MBA a. Giản đồ năng lượng của MBA * Chế độ có tải là chế độ trong W1 nối với Uđm, W2 nối với tải. - Gọi công suất đưa vào MBA là P1 =U1I1cos1, một phần công suất này bị tiêu hao trên R của dây dẫn là: Pcu1  R1 I 1 , và tổn hao trong lõi thép Pfe  Rm I 0 , 2 2 phần còn lạilà: Pât  E2 I 2 cos2 truyền sang phía thứ cấp. ' ' 17
- Một phần Pđt bù vào tổn hao trên R của W2 là: Pcu 2  R2 I 2 , phần còn lại ' '2 là P đầu ra của MBA: P2  U 2 I 2 cos2 . ' ' - Tương tự như vậy công suất phản kháng của MBA: Q1 =U1I1sin1 thì một phần để tạo từ trường tản của W1: q1  X 1 I1 và từ trường trong lõi thép 2 q m  X m I 02 và phần còn lại đưa qua thứ cấp : Qât  E 2 I 2 sin 2. ' ' Q đầu ra bằng Q2  E2 I 2 sin  2. ' ' - Khi tải có tính điện cảm (  2 >0)  Q2  0  Q1 >0  Q được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp. - Khi tải có tính điện dung (  2 < 0)  Q2  0  Q được truyền từ thứ cấp sang sơ cấp. * Giản đồ năng lượng của MBA. Hình 2.6. Sơ đồ thay thế MBA Hình 2.7. Giản đồ năng lượng MBA b. Sự thay đổi của điện áp phía thứ cấp * MBA có tải và có sự thay đổi ở tải gây nên sự biến thiên của U2. - Khi U1 định mức  biến thiên của U2 là: U2 = U2đm-U2 U 2 âm  U 2 - Độ biến thiên của U2 được tính theo % là: U2% = U 2âm 100% * Đường đặc tính ngoài: - Đường đặc tính ngoài của MBA thể hiện quan hệ U2 = f(I2) khi U1=Uđm và cos  = const. - Từ đồ thị ta thấy khi tải dung tăng  U2 tăng, khi tải cảm tăng  U2 giảm. - Để điều chỉnh được U2 đạt giá trị mong muốn ta thay đổi số vòng đay trong khoảng 5% . 18
U C 2 U 20 R L k 2.4.3. Chế độ ngắn mạch t a. Phương trình và sơ đồ thay thế - Chế độ ngắn mạch là chế độ thứ cấp bị nối tắt lại, sơ cấp vẫn đặt vào điện áp: Un = InZn Sơ đồ thay thế: Hình 2.8. Sơ đồ thay thế ở chế độ ngắn mạch - Vì tổng trở Z’2 rất nhỏ so với Zth nên coi gần đúng có thể bỏ nhánh từ hoá, dòng In là dòng thứ cấp ngắn mạch. - Qua sơ đồ thay thế ta xác định được: Rn  R1 + R’2 ; là điện trở mạch MBA Xn = X1 + X’2 ; là điện kháng ngắn mạch MBA Zn = Rn  X n ; là tổng trở ngắn mạch MBA. 2 2 b. Đặc điểm ngắn mạch MBA Un * Từ phương trình Un = InZn  In = Z n Vì tổng trở Zn nhỏ nên In thường rất lớn = 10-25 lần Iđm gây nguy hiểm với MBA và ảnh hưởng đến tải. 19