MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Giới thiệu: Nội dung của bài gồm các kiến thức cơ bản, các định luật điện từ dùng trong máy điện, các chế độ làm việc của 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 Nội dung chính: 1. Định nghĩa và phân loại máy điện 1.1 Định nghĩa Máy điện là thiết bị điện từ, 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 các thông số điện năng như điện áp, dòng điện, tần số, số pha .2 Phân loại máy điện Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại khác nhau. ở đây ta phân loại máy điện dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng như 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. Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi các thông số điện năng như máy biến áp biến điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có giá trị khác,. Máy điện quay (hoặc có loại chuyển động thẳng) Máy điện quay làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ do từ trường và dòng điện trong các cuộn dây gây ra. loại máy này dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại như điện năng thành cơ năng (động cơ điện).
Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện.1 Nguyên lý máy phát điện Máy Phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng và làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi có nguồn cơ năng từ các động cơ sơ cấp(các động cơ tuabin hơi, tuabin nước, tuabin gió hoặc các nguồn cơ khác), kéo cho rôto của máy phát quay, trong dây quấn có sức điện động cảm ứng, nếu mạch ngoài dây dẫn được nối tới phụ tải thì trong dây quấn sẽ có dòng điện. Như vậy từ động cơ sơ cấp kéo cho roto của máy phát quay đã biến đổi công suất cơ thành công suất điện 7 cung cấp nguồn điện năng cho phụ tải. Đây chính là nguyên lý làm việc của máy phát điện.2 Nguyên lý động cơ điện.
Khi cấp nguồn vào cho dây quấn stator động cơ, trong lòng stator tạo ra từ trường quay và cảm ứng trên các thanh dẫn của roto sức điện động cảm ứng. Do hai đầu của các thanh dẫn trên roto nối kín mạch nên trong các thanh dẫn sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng, dòng điện này tương tác với từ trường quay trong lòng stator tạo thành các ngẫu lực, làm cho roto của động cơ quay. Như vậy dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đã nhận công suất điện của nguồn và biến thành công suất cơ học. Đó chính là nguyên lý động cơ điện.
8 CHƢƠNG 1: MÁY BIẾN ÁP Mã chƣơng: MH18 - 01 1. Khái niệm và phân loại máy biến áp. 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 từ điện áp này thành hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi. - Máy biến áp là thiết bị quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng 1.
Phân loại máy biến áp. Theo công dụng, máy biến áp có thể gồm những loại chính sau đây: - Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực. - Máy biến áp chuyên dùng dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn điện - Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn, 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 khi đưa vào các đồng hồ đo.
- Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao. Máy biến áp 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 2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc chung của máy biến áp.1 Cấu tạo chung của máy biến áp.
Gồm 3 bộ phận chính: Lõi thép, Dây quấn, Vỏ máy. Lõi thép (mạch từ): Làm nhiệm vụ dẫn từ, đồng thời nó làm khung dể quấn dây. Được làm bằng nhiều lá thép kỹ thuật điện có dạng hình chữ E, i hoặc chữ U, có độ dầy từ 0,35- 0,5 [mm] bề mặt có tráng sơn cách điện và được ghép chặt lại thành bộ. Mạch từ gồm 2 phần: - Trụ từ: Là nơi đặt dây quấn.
- Gông từ: Là phần nối liền các trụ từ với nhau, tạo thành mạch từ kín và không có dây quấn. Lõi thép của máy biến áp thường được chế tạo theo các kiểu sau: 9 - Lõi thép kiểu lõi (mạch từ kiễu lõi): Có dây quấn bao quanh trụ thép. Kiểu này được sử dụng rất phổ biến cho máy biến áp 1 pha và 3 pha có dung lượng nhỏ hoặc trung bình. - Lõi thép kiểu Bọc (mạch từ kiểu Bọc): Mạch từ được phân nhánh sang 2 bên và bọc lấy 1 phần dây quấn.
Loại máy biến áp này thường được dùng cho 1 số nghành chuyên môn như: lò luyện kim, hay máy biến áp 1 pha công suất nhỏ dùng trong nghành kỹ thuật điện tử.Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn ( 80 – 100 MVA trên một pha), điện áp thật cao( 220 – 400 kV ), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển mạch từ của máy biến áp kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ, vừa kiểu bọc gọi là máy biến áp kiểu trụ – bọc. Hay còn là lõi thép trung gian thường dùng cho MBA 3 pha công suất lớn. Đối với các máy biến áp kiểu bọc và kiểu trụ bọc, hai trụ thép phía ngoài cũng đều thuộc về gông. Để giảm tổn hao do dòng điện xóay gây nên, lõi thép được ghép từ những lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt.
Trụ và gông có thể ghép với nhau bằng phương pháp ghép nối hoặc ghép xen kẽ. Ghép nối thì trụ và gông ghép riêng, sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại. Các lá thép trong một bộ lõi thép thường được chế tạo theo một số kiểu thông dụng sau: EE, LL, EI, II, UU. Các lá thép này phải được đan và ghép lại với nhau sao cho khe hở của các lá thép trong một lõi thép không được trùng nhau, sau đó toàn bộ các lá thép phải được ép chặt lại bằng các bộ xà ép, gông ép và bu lông đai ốc.Vì lý do an toàn, nên toàn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và vỏ máy phải được nối đất.
Dây quấn MBA: 10 Dây quấn được làm bằng dây điện từ đồng (Cu) hoặc nhôm (Al) có thiết diện tròn hoặc chữ nhật. Dây quấn là bộ phận quan trọng để dẫn điện của MBA, và làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra, để thực hiện nhiệm vụ biến đổi điện áp và truyền tải điện năng. MBA có hai cuộn dây: Cuộn Sơ cấp hay còn gọi là cao áp ký hiệu: W1(CA) và cuộn thứ hay còn gọi là hạ áp ký hiệu: W2. * Đối với MBA hạ áp: - Dây quấn sơ cấp W1 được đấu vào lưới điện U1 và có giá trị điện áp lớn hơn U2, để lấy năng lượng điện vào.
- Dây quấn thứ cấp W2 được đấu ra tải có U2 thấp hơn giá trị điện áp đầu vào sơ cấp, hoặc lấy năng lượng chuyển tiếp đi tuỳ theo yêu cầu làm việc. * Đối với MBA tăng áp: - Sơ cấp đấu với điện áp vào nhỏ thường từ MFĐ nơi sản xuất điện năng. - Thứ cấp có điện áp ra lớn hơn để truyền tải điện năng đi xa. đến nơi tiêu thụ điện.
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 nhiểm vụ tăng cương cách điện và tản nhiệt. Lúc MBA làm việc, một phần năng lượng tiêu hao thoát ra dưởi dạng nhiệt làm dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác nóng lên.
Nhờ sự đối lưu trong dầu và trụyền nhiệt từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu và từ dầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh. * Nắp thùng: Dùng để đậy thùng dầu và trên đó có gắn các bộ phận quan trọng như: Sứ vào và ra của dây quấn cao áp, hạ áp, bình giãn dầu, ống bảo hiểm( ống phòng nổ) .2 Nguyên lý làm việc chung của máy biến áp. Máy biến áp điện lực cũng như các loại máy biến áp khác, làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi cấp nguồn điện áp xoay chiều vào hai đầu dây của cộn dây sơ cấp W1, trong cuộn dây sơ cấp có dòng điện I1 chạy qua, dòng điện I1 biến thiên sinh ra từ thông biến thiên và chạy trong lõi thép của máy biến áp.
Từ thông này sẽ móc 11 vòng sang cuộn dây thứ cấp và sinh ra trên cuộn dây thứ cấp điên áp U2 khi nối với phụ tải. Tỉ số giữa điện áp trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp bằng tỉ số giữa số vòng dây trên cuộn dây sơ cấp với thứ cấp được gọi là hệ số của máy biến áp, kí hiệu k. Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, thì có thể coi gần đúng U1 ≈ E1; U2 ≈ E2 U1 E1 w1 nên: k là hệ số máy biến áp. U 2 E2 w 2 Đối với máy tăng áp thì: U2 > U1 và W2 > W1.
Đối với máy giảm áp thì: U2 < U1 và 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 mà năng lượng đã được truyền từ cuộn dây sơ cấp sang cuộn dây thứ cấp.