MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Giới thiệu: Trong tự nhiên luôn có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Điện năng cũng là một dạng năng lượng rất cần thiết trong sản xuất và giữ vai trò quyết định cho sự phát triển kinh tế trong lĩnh vực điện khí hoá, tự động hoá trong công nghiệp… Trong đó máy điện được sử dụng rộng rãi biến cơ năng thành điện năng và ngược lại. Trong bài đầu tiên này chúng ta sẽ đi tìm hiểu về khái niệm chung cũng như các định luật điện từ dùng trong 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 2.
Nội dung bài: 2. Các định luật điện từ dùng trong máy điện. Lực điện từ. Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường (đó là trường hợp thường gặp trong động cơ điện), thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng, có trị số là: F = Bil (1-4) Trong đó: B - Cường độ từ cảm đo bằng T i- Dòng điện đo bằng A l- Chiều dài hiệu dụng thanh dẫn đo bằng m F- Lực điện từ đo bằng N (Niutơn) Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 17-01-6).
Hiện tượng cảm ứng điện từ. Trường hợp từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn, trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động. Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều quay của từ thông theo quy tắc vặn nút chai (hình 17-01-4), sức điện động cảm ứng trong một vòng dây, được viết theo công thức Masxscxoen như sau: d e (1-1) dt Dấu trên hình 17-01-4 chỉ chiều đi từ độc giả vào trong giấy. Nếu cuộn dây có w vòng, sức điện động cảm ứng của cuộn dây sẽ là: wd d e (1-2) dt dt Trong đó w gọi là từ thông móc vòng của cuộc dây.
Trong các công thức (1- 2), (1-2) từ thông đó bằng Wb (Webe), sức điện động đo bằng V. Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường. 6 Thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường (đó là trường hợp thương gặp trong máy phát điện) trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e, có trị số là: e = Blv (1-3) Trong đó: B: Cường độ từ cảm đo bằng T (Tesla) l: Chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (phần thanh dẫn nằm trong từ trường) đo bằng m v: Tốc độ thanh dẫn đo bằng m/s. Chiều của sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình 17-01-5) 2.
Sức điện động cảm ứng khi dây dẫn chuyển động cắt từ trường. Khi dây dẫn chuyển động cắt các đường sức từ thì trong đoạn dây đó xuất hiện suất điện động (đóng vai trò như nguồn điện). Suất điện động trong trường hợp này cũng gọi là suất điện động cảm ứng. Tự cảm và hổ cảm.
Tự cảm Tự cảm là hiện tượng mà cảm ứng điện từ trong một mạch điện sẽ do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra. Thí nghiệm: Khóa K1 đóng, K2 đóng, K3 mở. Khi đóng khóa K, đèn 2 lập tức sáng lên còn đèn 1 thì lại sáng chậm hơn đèn 2. Giải thích thí nghiệm: Khi tiến hành đóng khóa K, dòng điện qua ống dây tăng lên một cách đột ngột trong khoảng thời gian vô cùng ngắn (cường độ dòng điện tăng từ 0 -1) khiến cho từ trường qua ống dây này tăng lên => từ thông qua cuộn dây tăng lên.
Trong khoảng thời gian mà từ thông đi qua cuộn dây biến thiên sinh ra một dòng điện cảm ứng theo định luật Len – xơ, dòng điện cảm ứng này có chiều chống lại sự tăng từ thông => Làm giảm cường độ dòng điện chạy qua đèn 1, khiến cho đèn 1 sáng chậm hơn đèn 2. Hổ cảm Hiện tượng hổ cảm (độ tự cảm tương hỗ) là sự tương tác của một cuộn từ trường trên một cuộn dây khác khi nó tạo ra một điện áp trong cuộn dây liền kề. Trong hướng dẫn trước, chúng ta đã thấy rằng một cuộn cảm tạo ra một emf cảm ứng bên trong chính nó là kết quả của từ trường thay đổi xung quanh các lượt của chính nó. Khi emf này được cảm ứng trong cùng một mạnh trong đó dòng điện thay đổi, hiệu ứng này gọi là tự cảm ứng (L) Tuy nhiên, khi emf được cảm ứng thành một cuộn liền kề nằm trong cùng một từ trường, emf được cho là được cảm ứng từ, cảm ứng hoặc bởi Hiện tượng hỗ cảm , ký hiệu (M).
Sau đó, khi hai hoặc nhiều cuộn dây được liên kết từ tính với nhau bằng một từ thông chung, chúng được cho là có tính chất của cuộn cảm tương hỗ. Hiện tượng hỗ cảm là hiện tượng hoạt động cơ bản của máy biến áp, động cơ, máy phát điện và bất kỳ thành phần điện nào khác tương tác với từ trường khác. Sau đó, chúng ta có thể định nghĩa cảm ứng tương hỗ là dòng điện chạy 8 trong một cuộn dây tạo ra một điện áp trong một cuộn dây liền kề. Nhưng độ tự cảm tương hỗ cũng có thể là một điều tồi tệ vì độ tự cảm của dòng điện từ bộ lạc và bộ lọc rò rỉ từ cuộn dây có thể cản trở hoạt động của một thành phần lân cận khác bằng phương pháp cảm ứng điện từ, do đó có thể cần một số hình thức sàng lọc điện đối với điện thế mặt đất.
Hiện tượng hỗ cảm hình thành từ liên kết một cuộn dây này với một cuộn dây khác phụ thuộc rất nhiều vào vị trí tương đối của hai cuộn dây. Nếu một cuộn dây được đặt bên cạnh cuộn dây kia sao cho khoảng cách vật lý của chúng nhỏ, thì gần như toàn bộ từ thông do cuộn thứ nhất tạo ra sẽ tương tác với các cuộn dây của cuộn thứ hai tạo ra một emf tương đối lớn và do đó tạo ra một giá trị tự cảm tương hỗ lớn. Tương tự, nếu hai cuộn dây cách xa nhau hoặc ở các góc khác nhau, lượng từ thông cảm ứng từ cuộn thứ nhất vào cuộn thứ hai sẽ yếu hơn tạo ra một emf cảm ứng nhỏ hơn nhiều và do đó giá trị hiện tượng hỗ cảm nhỏ hơn nhiều. Vì vậy, ảnh hưởng của hiện tượng hỗ cảm phụ thuộc rất nhiều vào vị trí hoặc khoảng cách tương đối, (S) của hai cuộn dây.
Định nghĩa và phân loại máy điện. Mục tiêu: - Định nghĩa được máy điện - Hiểu được sơ đồ phân loại máy điện 2. Định nghĩa Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ về cấu tạo gồm mạch từ ( lõi thép ) và mạch điện ( các dây cuốn), dùng để biến đổi dạng 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 năng như biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha v.v… Máy điện là máy thường gặp nhiều trong công nghiệp, giao thông vận tải, sản xuất và đời sống. Phân loại Máy điện có nhiều loại, và có nhiều cách phân loại khác nhau, ví dụ phân lọai theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện (xoay chiều, một chiều), theo nguyên lý làm việc v.v… Trong giáo trình này ta phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi năng luợng như sau: 2.
Máy điện tĩnh Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có 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 thuận 9 nghịch, ví dụ máy biến áp biến đổi hệ thống điện có thông số U1, f thành hệ thống điện có thông số U2, f hoặc ngược lại biến đổi hệ thống điện U2, f thành hệ thống điện có thông số U1, f ( Hình 1-1) 2. Máy điện có phần động (quay hoặc chuyển động thẳng) 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 điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc biến đổi cơ năng thành điện năng (máy phát điện). Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch (hình MĐ-17-02) nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoắc động cơ điện. Trên hình 15-00-3 vẽ sơ đồ phân loại các loại máy cơ điện cơ bản thường gặp. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện.
Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện. Máy phát điện Nói một cách đơn giản máy phát điện là thiết bị tạo ra điện năng. Lượng điện năng này chúng ta có thể sử dụng trong việc sản xuất kinh doanh, hoặc các nhu cầu sinh hoạt hằng ngày. Công dụng chính của máy phát điện là: phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp.
Hiện nay, nhu cầu sử dụng điện nhiều, máy phát điện đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc dự phòng điện khi xảy ra các sự cố cúp điện, thiếu điện, quá tải. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện chính là dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Có thể hiểu là khi hoạt động tác động khiến nam châm hay cuộn dây quay tròn. Nó sẽ làm tăng giảm luân phiên số đường sức từ nam châm đi qua tiết diện cuộn dây.
Nếu hiện tượng tăng giảm ấy xảy ra thì dòng điện cảm ứng trong cuộn dây cũng xuất hiện. Đồng thời dòng điện ấy cũng luân phiên đổi chiều. Ngoài nguyên tắc cảm ứng điện từ thì máy phát điện còn hoạt động dựa vào lực từ trường khi tác dụng lên dòng điện. Động cơ điện Động cơ điện là một thiết bị có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ.
Bất kỳ thiết bị điện nào, từ lớn đến nhỏ đều cần sử dụng đến động cơ điện. Một số loại thiết bị sử dụng động cơ điện có thể thấy trong đời sống hàng ngày như: tủ lạnh, máy giặt, lò nướng đến máy móc sản xuất công nghiệp. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện Nguyên lý làm việc của động cơ điện là tạo ra từ trường quay thông qua dòng điện xoay chiều nhiều pha.