BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN – XÂY DỰNG VÀ NÔNG LÂM TRUNG BỘ GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN NGHỀ : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số 77/QĐ-CĐTB-ĐT ngày 19 tháng 01 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ điện – Xây dựng và Nông lâm Trung bộ 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. Bản quyền thuộc về Khoa Điện –điện tử trường Cao đẳng CĐ- XD- & NLTB Mọi chi tiết xin liên hệ về khoa Điện- điện tử ĐT: Email: khoad.com Bài 1 Khái niệm chung về máy điện Giới thiệu: Trong tự nhiên luôn có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Điện năng cũng là một dạng của năng lượng.
Nó rất cần thiết trong sản xuất và giữ vai trò quyết định cho sự phát triển kinh tế đặc trong lĩnh vực điện khí hoá, tự động hoá trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải ngày càng đòi hỏi các thiết bị khác nhau. Trong đó máy điện được sử dụng phổ biến để biến cơ năng, điện năng hoặc biến đổi dạng điện năng này thành dạng điện năng khác (xoay chiều đến 1 chiều). Biến đổi cơ năng thành điện năng nhờ máy phát điện có động cơ sơ cấp kéo như tua bin hơi, tua bin nước, động cơ đốt trong. Biến đổi điện năng thành cơ năng dùng trong truyền động điện người ta dùng các loại động cơ điện.
Việc truyền tải và phân phối điện năng xoay chiều từ trạm phát điện đến các hộ dùng điện …việc biến đổi được thực nhờ máy biến áp. Mục tiêu thực hiện: Học xong bài học này, học viên có năng lực: - Phát biểu về sự khác nhau của các loại máy điện hiện đang hoạt động theo cấu tạo, theo nguyên tắc hoạt động, theo loại dòng điện. - Giải thích quá trình phát nóng và làm mát của máy điện hiện đang hoạt động, theo nguyên tắc định luật về điện. Nội dung chính: Các định luật điện từ dùng trong máy điện.
Định nghĩa và phân loại máy điện. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện. Sơ lượt về các vật liệu chế tạo máy điện Phát nóng và làm mát máy điện. Các hình thức học tập: Học trên lớp bài Khái niệm về máy điện.
Học viên tự đọc tài liệu liên quan đến bài giảng, Học viên trả lời các câu hỏi và làm các bài tập. Hoạt động 1: nghe thuyết trình trên lớp, có thảo luận Khái niệm chung về máy điện I. Các định luật điện từ dùng trong máy điện. Định luật về lực điện từ.
Khi thanh dẫn có dòng điện chuyển động trong từ trường thì trong thanh dẫn sẽ chị tác dụng một lực điện từ có trị số: Fdt = BlI +Trong đó: .B là cường độ tự cảm đo bằng T(tesla) .I là chiều dòng điện chạy trong thanh dẫn tính bằng A .v vận tốc chuyển động thanh dẫn m/s .α góc hợp bởi (I ,B) Fđt=BI l sin α .Chiều sức lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái. Giáo trình máy điện -1- Khoa Điện- điện tử 2.Định luật cảm ứng điện từ: + Mọi sự biến thiên từ thông móc vòng qua vòng dây, ống dây hay mạch điện sẽ tạo ra một sức điện động cảm ứng tỉ lệ với tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông. W số vòng dây dẫn. tốc độ biến thiên của từ thông theo thời gian.
Dấu trừ (-) biểu thị sức điện động luôn luôn ngược chiều với từ thông sinh ra sức điện động cảm ứng .Sức điện động trong dây dẫn chuyển động cắt ngang từ trường. -Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường thì trong thanh dẫn sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng : e = Blv sinα +Trong đó: .B là cường độ tự cảm đo bằng T(tesla) .l là chiều dài thanh dẫn trong từ trường đo bằng m .v vận tốc chuyển động thanh dẫn m/s .α góc hợp bởi (v ,B) trong máy điện α là góc quay biến thiên α=ωt .Chiều sức điện động cảm ứng xác định theo qui tắc bàn tay phải. Định luật về sức từ động. Trong mạch điện cuộn dây có lõi thép sức từ động trong mạch bằng tích số giữa số vòng dây và dòng điện chạy qua dây dẫn: Ftđ=W I Trong đó: W là số vòng dây.
I là dòng điện chạy qua dây dẫn. Chiều sức từ động xác định theo qui tắc vặn nút chai. Năng lượng tích lũy trong cuộn dây tỉ lệ với hệ số tự cảm và dòng điện chay qua cuộn dây: 1 Ett= LI2 2 Trong đó : L là hệ số tự cảm. I là dòng điện chạy trong cuộn dây.
Nếu mạch điện có hai hay nhiều cuộn dây hỗ cảm thì năng lượng từ trường trong mạch: 1 1 Ett= L1I12 + L2I22 +M12 I1I2 2 2 Trong đó M12 hệ số hỗ cảm.Định nghĩa và phân loại. Giáo trình máy điện -2- Khoa Điện- điện tử 1. -Máy điện là thiết bị điện- từ , nguyên lí làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. - Các bộ phận chính của máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện(dây quấn) 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 các thông số điện như: biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha….
Ngoài ra còn một số bộ phận khác như vỏ máy, tản nhiệt, giá đỡ…v.v… Máy điện thường được sử dụng nhiều trong các nghành kinh tế công nghiệp, giao thông vận tải, trong các dịch vụ sinh hoạt gia đình…. Phân loại máy điện. - Máy điện có nhiều loại được phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo công suất; theo cấu tạo; theo chức năng; theo nguyên lý làm việc …Tuy nhin nếu dựa theo nguyên lý biến đổi năng lượng ta có các loại máy điện sau: a. Máy điện tĩnh: - Là loại máy điện không có bộ phận thực hiện công bằng chuyển động cơ học thường gặp là máy biến áp.
- Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên 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 năng lượng điện có tính chất thuận nghịch. Ví dụ: máy biến áp biến đổi điện năng có thông số : U1,I1,f thành hệ thống điện U2 ,I2 ,f ~ ~ U1,I1,f U2,I2,f Máy điện quay: Là loại máy điện luôn có bộ phận chuyển động quay gọi là phần quay (Rô tor), phần còn lại là phần tĩnh (Stator).
Giữa phần tĩnh và phần quay có một khoảng cách nhỏ gọi là khe hở không khí. Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Máy điện quay thường dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng( động cơ điện) hoặc ngược lại biến đổi cơ năng thành điện năng(máy phát điện). Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch tức máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện.
My pht U,f ~ Pđiện Động cơ Pcơ Giáo trình máy điện -3- Khoa Điện- điện tử -Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thường gặp Máy diện Máy biến áp Máy diện có phần quay Máy diện Máy diện xoay chiều một chiều Máy Máy diện diện đồng bộ Không đồng bộ Máy Động Máy Động Máy Động Máy biến áp cơ phát cơ phát cơ phát không không đồng đồng đồng đồng đồng đồng bộ bộ bộ bộ III.Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện. Nguyên lý máy phát điện và động cơ 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. 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: a Chế độ máy phát điện Cho cơ năng của động cơ sơ cấp tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học Fcơ thanh dẫn sẽ chuyển động với tốc độ v trong từ trường của nam châm N- Strong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e: ω b N o’ a c + A d B S Đ - Hình 1.2 Nguyên lý của máy phát Giáo trình máy điện -4- Khoa Điện- điện tử Nếu nối vào thanh dẫn điện trở R của tải sẽ có dòng điện I chạy trong thanh dẫn cung cấp điện cho tải. Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn , điện áp đặt vào tải u = e.
Công suất điện máy phát cung cấp cho tải là: Pđ = ui = ei .Dòng điện I nằm trong thanh dẫn đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ: Fđt=BI l sin α Khi máy quay với tốc độ không đổi lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp: Fcơ = Fđt Nhân 2 vế với v ta có : Fcơ.v= Bilv = ei Như vậy công suất cơ của động cơ sơ cấp Pcơ = Fcơ.v đã được biến đổi thành công suất điện Pđ= ei nghĩa là cơ năng biến thành điện năng. Chế độ động cơ điện Cung cấp điện cho máy phát phát điện , điện áp u của nguồn sẽ gay ra dòng điện I trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fđt = Bil tác dụng lean thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v coa chiều như hình vẽ: b Iư ω Fđt a c + Fđt d Iư - B Hình 1.3 Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của động cơ điện Như vậy công suất điện Pđ= ui đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ Pcơ = Fđt.v trên trục động cơ. điện năng đã biến thành cơ năng.Tính thuận nghịch của máy điện: Ta nhận thấy cùng một thiết bị điện từ tùy theo năng lượng đưa vào máy điện có thể làm việc ở chế độ động cơ hoặc máy phát điện.
-Nếu năng lượng đưa vào máy là cơ năng và năng lượng đầu ra là điện năng ta có máy điện làm việc ở chế độ máy phát.