mở đầu: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN I. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LỌAI. Định nghĩa: Máy điện là một thiết bị điện từ , nguyên lý làm việc dựa vào hiện tƣợng cảm ứng điện từ. Dùng để biến đổi các dạng năng lƣợng nhƣ: cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngƣợc lại biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện), hoặc dùng để biến đổi thông số điện nhƣ: biến đổi điện áp (máy biến áp), biến đổi dòng điện (máy biến dòng), biến đổi tần số (máy biến tần).
Phân loại: Máy điện có nhiều loại, đƣợc phân loại theo nhiều cách khác nhau nhƣ: Phân loại theo công suất Phân loại theo cấu tạo Phân loại theo chức năng Phân loại theo dòng điện Phân loại theo nguyên lý làm việc 3. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện. Tính thuận nghịch của máy điện Máy điện có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện: 3.1 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 trƣờng của nam châm N – S (hình 1) trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e. nếu nối vào hai cực của Hình 1 thanh dẫn điện trở R của tải, 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 từ trƣờng sẽ chỉ tác dụng của lực điện từ Fđt = Bil có chiều nhƣ hình 1 Khi máy quay với tốc độ không đổi lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp: F cơ = Fđt Nhân hai vế với v ta có F cơ v = Fđtv = Bilv = ei Nhƣ vậy công suất cơ của động cơ sơ cấp P cơ = Fcơv đã đƣợc biến đổi thành công suất Pđ = ei nghĩa là cơ năng biến thành điện năng 3.2 Chế độ động cơ điện: Cung cấp điện cho máy phát điện, điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng điện I trong thanh dẫn. Dƣới tác dụng của lực điện từ Fđt = Bil tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều nhƣ hình 2 Hình 2 6 Nhƣ vậy công suất điện từ Fđt = ui đƣa vào động cơ đã đƣợc biến thành công suất cơ F cơ = Fđtv trên trục động cơ. Điện năng đã đƣợc biến đổi thành cơ năng.
Ta nhận thấy cùng một thiết bị điện từ tùy theo năng lƣợng đƣa vào mà máy điện có thể làm việc ở chế độ động cơ hay máy phát điện. Mọi loại máy điện đều có tính chất thuận nghịch II. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN MÁY ĐIỆN 1. Định luật cảm ứng điện từ a.
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. Chiều sức điện động đƣợc xác định theo quy tắc văn nút chai e (hình a.1 Dấu + trên (hình a.1) chỉ chiều từ thông đi từ ngoài vào. Sức điện động cảm trong 1 vòng dây đƣợc viết theo công thức Maxwell: Trong đó: = n: gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây b. Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường: Khi thanh dẫn chuyển thẳng vuông góc với đƣờng N sức từ trƣờng, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng 1 sức B điện động, chiều của sức điện động đƣợc xác định e theo quy tắc bàn tay phải.
Có trị số là: e = Blv. v Trong đó: B (Tesla): từ cảm L (m) : chiều dài thanh dẫn S V (m/s): vận tốc thanh dẫn 2. Định luật lực điện từ: Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với N đƣờng sức từ (trƣờng hợp động cơ điện), thanh dẫn sẽ i chịu một lực điện từ tác dụng vuông góc. Chiều của B lực điện từ đƣợc xác định theo quy tắc bàn tay trái, có trị số bằng : Fđt = Bil (N) Fđt Trong đó: B (T) : từ cảm S i (A) : dòng điện l (m) : chiều dài thanh dẫn III.
VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN Vật liệu chế tạo máy điện gồm: vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện và vật liệu kết cấu. Vật liệu dẫn điện: 7 Vật liệu dẫn điện dùng trong máy điện tốt nhất là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ. Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác nhƣ đồng thau, đồng phốt pho. Để chế tạo dây quấn ta thƣờng dùng đồng, đôi khi nhôm.
Vật liệu dẫn từ: Vật liệu dẫn từ thƣờng đƣợc dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ, ngƣời ta dùng các vật liệu sắt từ để làm mạch từ nhƣ thép lá kỹ thuật điện, thép lá thƣờng, thép đúc, thép rèn. Gang ít khi đƣợc dùng vì dẫn từ không tốt lắm. Vật liệu cách điện: Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện với nhau. Trong máy điện vật liệu cách điện phải có cƣờng độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học.
Ngoài ra độ bề về nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn còn quyết định nhiệt độ cho phép của dây dẫn và tải của nó. Vật liệu kết cấu: Vật liệu kết cấu là vật liệu dùng để chế tạo các chi tiết chịu tác động cơ học nhƣ: trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Trong máy điện, các vật liệu kết cấu thƣờng là: gang, thép lá, thép rèn, kim loại màu và hợp kim kim loại màu, các chất dẻo.CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Giải thích ứng dụng của định luật cảm ứng điện từ và lực điện từ trong máy điện.
Các vật liệu chính chế tạo máy điện là gì? BÀI 1: MÁY BIẾN ÁP Giới thiệu: - Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ để chuyển đổi điện áp của mạng điện xoay chiều từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác nhƣng vẫn giữ nguyên tần số. Mục tiêu của bài: - Mô tả đƣợc cấu tạo, phân tích đƣợc nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha và ba pha. - Xác định đƣợc 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 đƣợc các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch. - Quấn lại đƣợc máy biến áp một pha cỡ nhỏ - Chọn lựa đúng máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng. Bảo dƣỡng và sửa chữa máy biến áp theo yêu cầu. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tƣ duy khoa ho ̣c và sáng ta ̣o.
Nội dung chính: 1.1 Khái niệm chung 8 Hình : Trạm biến áp Hình : Máy biến áp một pha Máy biến áp ra đời ở nƣớc ta từ rất sớm, máy biến áp chủ yếu đƣợc sử dụng trong điện lực để nâng cao điện áp của mạng điện khi truyền tải điện năng đi xa. Khi đến các hộ tiêu thụ, máy biến áp làm giảm điện áp xuống mức phù hợp với phụ tải cần sử dụng. Khuynh hƣớng phát triển hiện nay của máy biến áp là dùng các loại vật liệu có từ tính tốt, tổn hao sắt từ thấp để nâng cao công suất truyền tải của máy biến áp và giảm nhỏ kích thƣớc. Đồng thời dùng vật liệu dẫn điện là dây nhôm thay cho dây đồng để giảm khối lƣợng trong máy biến áp.
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ để chuyển đổi điện áp của mạng điện xoay chiều từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác nhƣng vẫn giữ nguyên tần số. 9 Máy biến áp là thiết bị làm việc dƣới dạng mạch hai cửa, phía nối với nguồn gọi là sơ cấp, các đại lƣợng liên quan đến sơ cấp đƣợc ký hiệu kèm số 1, phía nối với tải đƣợc gọi là thứ cấp, các đại lƣợng liên quan đến thứ cấp đƣợc ký hiệu kèm số 2. Ví dụ điện áp sơ cấp ký hiệu là U1, Điện áp thứ cấp ký hiệu là U2. Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core) Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding) Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding) Ngoài ra còn có các phần khác nhƣ vỏ máy, cách điện, sứ đỡ, các thiết bị làm mát, thùng giãn dầu,.
Lõi thép: đƣợc tạo thành bởi các lá thép mỏng ghép lại, về hình dáng có hai loại: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type) Loại trụ: đƣợc tạo bởi các lá thép hình chữ U và chữ I. Một lƣợng lớn từ trƣờng sinh ra bởi cuộn dây sơ cấp không cắt cuộn dây thứ cấp, hay máy biến áp có một từ thông rò lớn. Để cho từ thông rò ít nhất, các cuộn dây đƣợc chia ra với một nửa của mỗi cuộn đặt trên một trụ của lõi thép. Loại máy biến áp này ít đƣợc sử dụng rộng rãi, thƣờng đƣợc sử dụng ở điện áp cao hoặc ở nơi mà cách điện giữa các cuộn dây trở nên là một vấn đề cần quan tâm.
Loại bọc: đƣợc tạo bởi các lá thép hình chữ E và chữ I. Lõi thép loại này bao bọc các cuộn dây quấn, hình thành một mạch từ có hiệu suất rất cao, đƣợc sử dụng rộng rãi. Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ. Dây quấn sơ cấp (Primary Winding) Dây quấn thứ cấp (Second Winding) Hình : Hình dạng máy biến áp một pha Hình : Máy biến áp một pha loại trụ loại trụ Hình : Hình dạng máy biến áp một pha Hình : Máy biến áp một pha loại bọc loại bọc 10 Dây quấn máy biến áp đƣợc chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật.
Đối với dây quấn có dòng điện lớn, sử dụng các sợi dây dẫn đƣợc mắc song song để giảm tổn thất do dòng điện xoáy trong dây dẫn. Bên ngoài dây quấn đƣợc bọc cách điện. Dây quấn đƣợc tạo thành các bánh dây (gồm nhiều lớp) đặt vào trong trụ của lõi thép. Giữa các lớp dây quấn, giữa các dây quấn và giữa mỗi dây quấn và lõi thép phải cách điện tốt với nhau.
Phần dây quấn nối với nguồn điện đƣợc gọi là dây quấn sơ cấp, phần dây quấn nối với tải đƣợc gọi là dây quấn thứ cấp. Hình : Lắp ráp máy biến áp 1.3 Nguyên lý làm việc.