Tài liệu ôn tập môn Máy điện 1 | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

lOMoAR cPSD| 59595715
TÀI LIỆU ÔN TẬP MÁY ĐIỆN 1 (No.1)
Chương 1: Máy điện 1 chiều
1.1.1. Nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều
1. Nguyên lý làm việc của MĐ1C?:
Nguyên lý cảm ứng điện từ 2.
Các chế độ làm việc MĐ1C?:
1. Chế độ máy phát điện
2. Chế độ động cơ điện
3. Chế độ máy phát điện
1. Biến đổi năng lượng: Đầu vào cơ năng, đầu ra điện năng 2. Mô hình MPĐ1Cgồm:
a. Khung dây abcd đặt trong từ trường của nam châm N-S, hai đầu nối với 2 phiến góp (2 nửa vòng đồng)
b. Khung dây và phiến góp được quay quanh trục của nó
c. Hai chổi điện (chổi than) A, B đặt cố định và luôn tì lên phiến góp 3. Nguyên lý hoạt động MPĐ1C:
a. Khi khung dây quay, các thanh dẫn ab, cd sẽ cắt các đường sức của từ trường
b. Theo định luật cảm ứng điện từ, trong các thanh dẫn sẽ xuất hiện sức điện động (s.đ.đ) cảm ứng: e = B.l.v
B - Cảm ứng từ nơi thanh dẫn quét qua; l - Chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường, v -
vận tốc quét của thanh dẫn
c. Chiều của s.đ.đ. cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải
d. Dòng điện (hoặc sức điện động) trong khung dây là dòng (điện áp) xoay chiều hình sin
e. Dòng điện (hoặc sức điện động) đưa ra ngoài là dòng (điện áp) 1 chiều (nhờ cơ cấu vành góp, chổi than)
f. Điện áp như hình vẽ trên là điện áp 1 chiều đập mạch
g. Để giảm sự đập mạch của sức điện động, người ta dùng nhiều khung dây đặt lệch nhau
trong không gian một góc nào đó
h. Có nhiều khung dây nên có nhiều phiến góp, các phiến góp cách điện ghép lại với nhau tạo thành cổ góp 1 lOMoAR cPSD| 59595715
4. Chế độ động cơ điện
4. Biến đổi năng lượng: Đầu vào điện năng, đầu ra cơ năng của trục quay rotor 5. Mô hình ĐCĐ1C gồm:
a. Khung dây abcd đặt trong từ trường của nam châm N-S, hai đầu nối với 2 phiến góp (2 nửa vòng đồng)
b. Khung dây và phiến góp được quay quanh trục của nó
c. Hai chổi điện (chổi than) A, B đặt cố định và luôn tì lên phiến góp 6. Nguyên lý hoạt động MPĐ1C:
a. Nối hai chổi điện A, B vào nguồn điện một chiều, dòng một chiều sẽ chạy trong các thanh
dẫn ab, cd. Tác dụng của từ trường nam châm lên các thanh dẫn có dòng điện sẽ sinh ra
lực điện từ làm khung dây quay b. F = B.l.i
B - Cảm ứng từ nơi thanh dẫn quét qua; l - Chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường, i -
dòng điện chạy trong thanh dẫn
c. Chiều của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái
d. Lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn ở mỗi vùng cực có chiều không đổi nên mômen do
lực điện từ sinh ra cũng có chiều không đổi, làm cho khung dây quay theo một chiều nhất định
e. Dòng điện trong khung dây là dòng (điện áp) xoay chiều hình sin
1.1.2. Cấu tạo của máy điện một chiều
1. Máy điện một chiều gồm:
+ Phần tĩnh (gọi là stato hoặc gọi là phần cảm)
+ Phần động (gọi là roto hoặc gọi là phần ứng)
1.1. Phần tĩnh gồm: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, nắp máy, cơ cấu chổi than 1.1.1. Cực từ chính:
+ Nhiệm vụ: là bộ phận sinh ra từ trường chính trong máy
+ Cấu tạo: Lõi sắt cực từ, dây quấn kích từ - Lõi sắt cực từ: •
Máy điện lớn hoặc trung bình: Lõi thép cực từ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện hay thép
các bon dày 0,5 – 1 mm ép lại và tán chặt •
Máy điện nhỏ: Lõi thép cực từ được đúc bằng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy bằng bu lông - Dây quấn kích từ: •
Dây quấn kích từ làm bằng đồng có bọc cách điện, được quấn thành từng cuộn •
Các cuộn dây được bọc cách điện và tẩm sơn cách điện trước khi đặt vào cực từ •
Các cuộn dây kích từ được nối tiếp với nhau sao cho khi cho dòng điện chạy qua, chúng
tạo thành các cực từ trái dấu xen kẽ nhau 1.1.2. Cực từ phụ:
+ Nhiệm vụ: đặt xen kẽ giữa các cực từ chính để cải thiện đổi chiều
+ Cấu tạo: Lõi thép, dây quấn - Lõi sắt: •
Lõi thép làm bằng thép khối 2 lOMoAR cPSD| 59595715 •
Cực từ phụ được gắn chặt vào vỏ máy bằng bu lông - Dây quấn: •
Dây quấn có cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính
Dây quấn cực từ phụ được
nối nối tiếp với dây quấn phần ứng 1.1.3. Gông từ:
+ Nhiệm vụ: làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy + Cấu tạo: •
Gông từ làm bằng thép đúc (máy công suất lớn) •
Dùng thép tấm cuốn lại và hàn (máy công suất nhỏ và trung bình) 1.1.4. Cơ cấu chổi than:
+ Nhiệm vụ: Chổi than có nhiệm vụ đưa dòng điện phần ứng ra ngoài và ngược lại
+ Cấu tạo: Chổi than, hộp chổi than, lò xo, giá đỡ, dây dẫn điện, cò mổ •
Chổi than làm bằng than hay graphit, đôi khi trộn thêm bột đồng để tăng độ dẫn điện •
Chổi than đặt trong hộp chổi than •
Lò xo để tì chặt chổi than lên cổ góp •
Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể
điều chỉnh để vị trí chổi than được đặt đúng chỗ 1.1.5. Nắp máy: + Nhiệm vụ: • Bảo vệ máy •
Đảm bảo an toàn cho người •
Làm giá đỡ ổ bi (trong máy công suất nhỏ và vừa)
1.2. Phần động gồm: Lõi thép, dây quấn, cổ góp, các bộ phận khác 1.2.1. Lõi thép:
+ Nhiệm vụ: Lõi thép phần ứng dùng để dẫn từ + Cấu tạo: •
Được làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện để
giảm tổn hao do dòng điện xoáy •
Được dập đồng dạng rồi ghép lại, xung quanh tạo thành các rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có lỗ bắt trục •
Ở các máy trung bình và lớn còn dập lỗ để thông gió •
Các máy điện lớn, lõi thép được chia thành từng đoạn nhỏ để tạo khe hở thông gió ngang trục
1.2.2. Dây quấn phần ứng:
+ Nhiệm vụ: là phần sinh ra s. đ. đ. cảm ứng và có dòng điện chạy qua + Cấu tạo: •
Làm bằng đồng có bọc cách điện •
Tiết diện hình tròn (máy công suất nhỏ) hoặc hình chữ nhật (máy công suất lớn) •
Được quấn thành từng bối dây và đặt trong rãnh của lõi thép, được cách điện cẩn thận với rãnh •
Miệng rãnh có nêm chèn để đè chặt dây •
Đầu các bối dây được hàn nối với các phiến góp của cổ góp ở đầu trục rôto
1.2.3. Cổ góp:gọi là vành góp hay vành đổi chiều
+ Nhiệm vụ: chỉnh lưu dòng điện xoay chiều trong dây quấn phần ứng thành dòng điện
một chiều ở mạch ngoài
+ Cấu tạo: Được ghép bởi nhiều phiến góp, các phiến góp cách điện với nhau bằng mica mỏng 3 lOMoAR cPSD| 59595715
1.2.4. Các bộ phận khác:
+ Cánh quạt để làm mát máy + Trục máy
1.1.3. Các đại lượng định mức của MĐMC 1.
Đại lượng định mức là gì: •
Đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy •
Do nhà thiết kế, chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy 2. Các đại lượng định mức của MĐMC: •
Công suất định mức Pđm (W hay kW) • Điện áp định mức (V) •
Dòng điện định mức (A) •
Tốc độ định mức (vg/ph) •
Ngoài ra trên nhãn máy còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ, cấp bảo vệ 1.1.4. Phân loại MĐMC 1. Kích thích độc lập 2. Kích thích song song 3. Kích thích nối tiếp 4. Kích thích hỗn hợp
TÀI LIỆU ÔN TẬP MÁY ĐIỆN 1 (No.2)
Chương 1: Máy điện 1 chiều
1.2.1. Các đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích độc lập (5 loại)
1. Đặc tính không tải U0= Eư = f(Ikt) khi Iư = 0, n = const
2. Đặc tính ngắn mạch Iư = f(Ikt) khi U = 0, n = const
3. Đặc tính ngoài U = f(Iư) khi Ikt= const, n=const
4. Đặc tính điều chỉnh Ikt = f (Iư) khi U= const, n=const
5. Đặc tính tải U = f(It) khi Iư = const, n = const
1.2.1.1. Đặc tính không tải 4 lOMoAR cPSD| 59595715
• Mô tả: Để hở mạch máy phát (I = 0), quay máy phát với tốc độ không đổi (thường là tốc
độ định mức), đo các trị số dòng điện kích thích Ikt và điện áp của stato U0
• U0= Eư = f(Ikt) khi Iư = 0, n = const
• Khi dòng kích từ bằng không (Ikt = 0), do các cực từ của máy có từ dư nên trong dây quấn
phần ứng đã cảm ứng nên một sức điện động, điện áp trên hai cực của máy phát lúc này
khoảng (2 ÷ 3)% Uđm - gọi là điện áp dư
• Tăng dần dòng kích từ (điều chỉnh biến trở), điện áp ở hai đầu cực của máy phát sẽ tăng
dần theo đường đặc tính không tải
• Lúc đầu khi mới tăng Ikt điện áp U0 tăng một cách tỷ lệ, sau đó tăng chậm dần do mạch từ
bắt đầu bão hoà. Đến giai đoạn mạch từ bão hoà, dù tăng Ikt thì điện áp U0 cũng không tăng
• Đường đặc tính không tải có dạng như đường từ hoá của mạch từ
• Trị số giới hạn của dòng kích thích Iktm ứng với điện áp U0 = (1,15 ÷ 1,25)Uđm
1.2.1.2. Đặc tính ngắn mạch
• Mô tả: Nối ngắn mạch phần ứng qua một Ampe mét (U = 0), quay máy phát với tốc độ
không đổi (bằng tốc độ định mức), đo các trị số dòng điện kích thích Ikt và dòng điện phần ứng tương ứng Iư
• Iư = f(Ikt) khi U = 0, n = const • Đường đặc tính I u 2 1 I kt 0
• Đặc tính này chỉ có với loại máy phát điện một chiều kích thích độc lập 5 lOMoAR cPSD| 59595715
• U = 0 => Eư = Rư.Iư , vì Rư nhỏ, Iư không vượt quá (1,25-1,5) Iđm nên Eư nhỏ => Ikt nhỏ =>
mạch từ của máy không bão hòa => Đặc tính ngắn mạch là một đường thẳng
• Nếu máy đã khử từ dư thì đặc tính này đi qua gốc tọa độ (1)
1.2.1.3. Đặc tính ngoài U = f(Iư) khi Ikt= const, n=const
• Mô tả: Giữ tốc độ quay không đổi và dòng kích từ không đổi, đo điện áp đầu cực và dòng
điện phụ tải tương ứng
• U = f(Iư) khi Ikt= const, n=const • Đường đặc tính U U 0 U ® m I ư R ư U I ư R ư 0 I I đ m §
• Khi dòng điện phụ tải tăng, điện áp rơi trên dây quấn phần ứng tăng, đồng thời phản ứng
phần ứng cũng tăng làm giảm từ trường trong máy nên s.đ.đ. cảm ứng giảm, dẫn đến điện
áp đầu cực máy phát giảm
• Thông thường khi máy phát điện một chiều kích từ độc lập mang tải định mức, điện áp đầu
cực máy phát giảm khoảng (5 ÷ 15)% Uđm so với lúc không tải
1.2.1.4. Đặc tính điều chỉnh
• Mô tả: Máy phát quay với tốc độ không đổi (thường bằng tốc độ định mức), khi tải thay
đổi, điều chỉnh dòng kích thích để điện áp đầu ra của máy phát là không đổi. Đo quan hệ
giữa dòng kích thích và dòng điện phần ứng (dòng điện phụ tải)
• Ikt = f (Iư) khi U= const, n=const • Đường đặc tính 6 lOMoAR cPSD| 59595715 I kt I t0 0 I ư §
• Khi dòng điện phụ tải tăng, do có điện áp rơi trên điện trở của dây quấn phần ứng và phản
ứng phần ứng nên điện áp ở đầu cực máy phát giảm. Để giữ cho điện áp đầu cực máy phát
không đổi cần phải tăng dòng kích từ để tăng sức điện động
• Từ lúc không tải đến lúc tải định mức thường phải tăng dòng kích từ lên khoảng (15 ÷ 25)%Iktđm 1.2.1.5. Đặc tính tải
• Mô tả: Máy phát quay với tốc độ không đổi (thường bằng tốc độ định mức), khi tải thay
đổi, điều chỉnh dòng kích thích để dòng điện đầu ra của máy phát (dòng điện phụ tải) là
không đổi. Đo quan hệ giữa dòng kích thích và điện áp đầu ra của máy phát
• U = f(It) khi Iư = const, n = const • Đường đặc tính U U dm I kt 0
• Khi dòng điện phụ tải tăng, do có điện áp rơi trên điện trở của dây quấn phần ứng và phản
ứng phần ứng nên điện áp ở đầu cực máy phát giảm. Để giữ cho điện áp đầu cực máy phát
không đổi cần phải tăng dòng kích từ để tăng sức điện động
• Từ lúc không tải đến lúc tải định mức thường phải tăng dòng kích từ lên khoảng (15 ÷ 25)%Iktđm
1.2.2.1. Điều kiện tự kích
• Máy phải có từ dư. Nếu máy mới sử dụng lần đầu hoặc mất từ dư phải dùng nguồn ngoài
(acquy, …) để kích từ lại 7 lOMoAR cPSD| 59595715
• Dòng kích từ phải tạo ra từ trường cùng chiều với từ dư, nếu ngược chiều sẽ khử mất từ dư
và máy không thành lập được điện áp. Muốn vậy máy phải quay đúng chiều quy định hoặc
dây quấn kích thích phải đấu đúng cực tính
• Điện trở mạch kích thích không quá lớn để sự gia tăng của dòng điện kích từ ở mức độ có
thể xảy ra quá trình tự kích
1.2.3.1. Các đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích song song (3 loại)
1. Đặc tính không tải U0= Eư = f(Ikt) khi Iư = 0, n = const
2. Đặc tính ngoài U = f(Iư) khi Ikt= const, n=const
3. Đặc tính điều chỉnh Ikt = f (Iư) khi U= const, n=const
1.2.3. 2. Các đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp (1 loại)
1. Đặc tính ngoài U = f(Iư) khi Ikt= const, n=const
1.2.3. 3. Các đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp (2 loại)
1. Đặc tính ngoài U = f(Iư) khi Ikt= const, n=const
2. Đặc tính điều chỉnh Ikt = f (Iư) khi U= const, n=const 1..1.
Mở máy động cơ điện một chiều 1..1.1.
Những yêu cầu mở máy ĐCĐ1C:
• Mômen mở máy Mmm phải có trị số lớn nhất để hoàn thành quá trình mở máy trong thời gian nhanh nhất.
• Dòng điện mở máy Imm phải được hạn chế đến mức thấp nhất để dây quấn khỏi bị cháy
hoặc ảnh hưởng xấu đến đổi chiều.
• Từ thông cực đại Φmaxđể sau khi đóngđộng cơ vào nguồnđộng cơđược kích thíchđến mức
tốiđa, có như vậy thìứng với mỗi trị số của dòngđiện Iư mômen luôn luôn lớn nhất. Ngoài
ra phảiđảm bảo mạch kích thích không bịđứt vì nếu mạch kích thích hở mạch thìΦ = 0, M
= 0, động cơ không quay được, Eư = 0 và Iư = U/Rư có trị số rất lớn làm cháy vành góp và dây quấn 1..1.2.
Các phương pháp mở máy động cơ điện một chiều (3 phương pháp) • Mở máy trực tiếp
• Mở máy bằng điện áp thấp Umm< Uđm
• Mở máy bằng biến trở
TÀI LIỆU ÔN TẬP MÁY ĐIỆN 1 (No.3)
Chương 1: Máy điện 1 chiều 1. Mở máy trực tiếp
• Phương pháp: Đóng trực tiếp động cơ vào lưới với Umm = Uđm
• Ngay lúc đầu mở máy động cơ chưa quay, n = 0 và Eư = 0, do đó Iư = U/Rư.
• Vì Rư có trị số rất nhỏ nên Imm có trị số rất lớn, bằng khoảng (5 ÷ 10)Iđm. Với trị số dòng
điện lớn như vậy có thể gây nguy hiểm cho động cơ.
• Vì vậy phương pháp mở máy trực tiếp chỉ áp dụng cho những động cơ công suất nhỏ.
• Để hạn chế dòng mở máy người ta mở máy bằng điện áp thấp hoặc dùng biến trở ghép nối
tiếp với mạch phần ứng lúc mở máy.
2. Mở máy bằng điện áp thấp Umm< Uđm •
Phương pháp: phải có hai nguồn cung cấp, một nguồn có điện áp có thể điều chỉnh được
để cung cấp cho mạch phần ứng của động cơ, còn mạch kích thích phải được đặt vào điện áp với U = Uđm •
Phương pháp này dùng phổ biến để mở máy động cơ điện một chiều có công suất lớn 8 lOMoAR cPSD| 59595715 •
Ngoài việc mở máy ra còn kết hợp để điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp 3. Mở máy bằng biến trở •
Trong quá trình mở máy ta có: Iư = (U - Ei) : (Rư + Rmmi); “i” là chỉ số ứng với thứ tự các bậc điện trở. •
Biến trở mở máy được tính toán sao cho Imm = (1,4 ÷ 1,7)Iđm đối với các động cơ công
suất lớn và Imm = (2,0 ÷ 2,5)Iđm với các động cơ công suất nhỏ •
Trước khi mở máy tay gạt T đặt ở vị trí “0”, con trượt của biến trở điều chỉnh Rđc đặt ở
vị trí b (Rđc = 0), động cơ hở mạch •
Bắt đầu mở máy, đưa tay gạt T về vị trí 1, mạch phần ứng bắt đầu xuất hiện dòng điện,
cuộn kích thích nhờ cung đồng M nên được đặt vào toàn bộ điện áp định mức do đó từ
thông Φ đạt cực đại trong suốt quá trình mở máy •
Nếu mômen do động cơ sinh ra lớn hơn mômen cản (M > MC) thì động cơ bắt đầu quay,
sức điện động E bắt đầu tăng tỉ lệ với tốc độ n •
Do sự xuất hiện và tăng lên của E làm cho dòng điện Iư và mômen M giảm khiến cho
tốc độ quay n của động cơ tăng chậm lại •
Khi Iư giảm đến trị số (1,1 ÷ 1,3)Iđm ta đưa tay gạt T sang vị trí 2. Do một cấp điện trở bị
loại nên dòng Iư lập tức tăng lên đến trị số giới hạn trên của nó, kéo theo M, n và E tăng.
Sau đó Iư và M lại giảm theo quy luật trên •
Lần lượt đưa tay gạt T sang vị trí 3, 4, 5. Quá trình cứ lặp lại cho đến khi n ≈ nđm thì Rmm
cũng được loại trừ hoàn toàn, kết thúc quá trình mở máy 1..2. Điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều 1..2.1.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều •
Từ các biểu thức Eư = Ce.Φ.n và U = Eư + Iư.Rư ta có thể suy ra phương trìnhđặc tính cơ
n = f(M) củađộng cơđiện một chiều như sau: •
Vì M = CM.Φ.Iư → Iư = M/CM.Φ. Thay Iư vào phương trình (3-8) ta được: 9 lOMoAR cPSD| 59595715 •
Phương trình (3-9) được gọi là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.
Trong đó: n: tốc độ động cơ; M: Mô men quay rotor; Eư: sức điện động phần ứng; Iư:
dòng điện phần ứng; Rư: Điện trở phần ứng; Φ: từ thông khe hở; Ce: hệ số phụ thuộc
vào kết cấu của máy và dây quấn;CM: hệ số phụ thuộc vào kết cấu máy điện Ce p N. CM p N. 60.a 2. .a
1.3.2.1.1. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song song •
Với những điều kiện U = const, It = const thì khi M (hoặc Iư) của động cơ thay đổi, từ
thông Φ củađộng cơ hầu như không đổi, và biểu thức (3-9) có thể viết dưới dạng: U với n0 là tốc độ
không tải lý tưởng của động cơ Ce.
k C Ce M 2 biểu thị độ cứng đặc tính cơ. k càng lớn đặc tính cơ càng cứng Ru, 1.3.2.1.2.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp •
Ikt=Iư =I =>Φ = kΦ.I ; kΦ : hệ số tỷ lệ, không đổi trong vùng I < 0,8 Iđm và giảm xuống
khi I > (0,8÷0,9) Iđm do ảnh hưởng của bão hòa mạch từ • Mô men có thể viết M C .U M . . Iu CM . 2 n CM Ru k Ce . k . M C ke . • Bỏ qua R 2 ư =>n U hay M Cn2 (3.13) M 1..2.2.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCĐMC • Thay đổi từ thông Φ • Thay đổi điện áp U •
Thay đổi điện trở mạch phần ứng Rư.
1.2.2.1. Đặc điểm các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCĐMC
1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ:
• Đượcáp dụng phổ biến, có thể thay đổi tốcđộ được liên tục và kinh tế
• Trong quá trìnhđiều chỉnh hiệu suất củađộng cơ gần như không đổi (η≈ const)
• Phương pháp này chỉ có thểđiều chỉnh tốcđộđộng cơ lớn hơn tốcđộđịnh mức, vì vậy giới
hạnđiều chỉnh tốcđộ bị hạn chế bởiđộ bền cơ khí vàđổi chiều của máy.
2. Phương phápđiều chỉnh tốcđộ bằng cách thay đổiđiệnáp U: 10 lOMoAR cPSD| 59595715
• Chỉ cho phépđiều chỉnh tốcđộ dưới tốcđộđịnh mức vì không thể cho phépđiệnápđặt
vàođộng cơ lớn hơn định mức củađộng cơ.
• Phương pháp này không gây thêm tổn hao trong động cơđiện nhưng phải có nguồn riêng
cóđiệnápđiều chỉnhđược.
3. Phương pháp điều chỉnh tốcđộ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch phầnứng củađộng cơ:
Chỉ cho phépđiều chỉnh tốcđộ nhỏ hơn tốcđộđịnh mức Gây
tổn hao năng lượng lớn làm giảm hiệu suất củađộng cơ.
1.3.2.2. Điều chỉnh tốc độ ĐCĐ MC kích thích độc lập hoặc song song
a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng •
Khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì biểu thức (3-8) có dạng:
Điện trở phụ càng lớn thì đặc tính cơ có độ cứng càng thấp, đặc tính càng mềm và tốc độ thay
đổi nhiều khi tải thay đổi (hình 3-4) n R > > f3 R f2 R f1 n 0 R = 0 f R f1 R f2 R f3 M đ m M Hình 3 - 4. Đ
ặ c tính cơ c ủ a ĐCMC chi ề u kích thích song song ứ ng v ớ i các
đi ệ n tr ở ph ụ khác nhau b)Điều chỉnh tốc độ
bằng cách thay đổi điện áp
• Chỉ áp dụng với ĐCĐ MC kích thích độc lập hoặc kích thích song song nhưng làm việc ở
chế độ kích thích độc lập
• Điện áp được cấp từ nguồn độc lập có thể điều chỉnh được (Ghép tổ MF-ĐC)
• Vì không cho phép điện áp đặt vào động cơ vượt quá điện áp định mức nên phương pháp
này chỉ điều chỉnh tốc độ động cơ dưới tốc độ định mức
• Khi điều chỉnh tốc độ, mô men không đổi vì Φ và Iư không đổi 11 lOMoAR cPSD| 59595715 n n n04 4 01 n 1 U 02 dm 2 n 03 3 M( I ) 0 Mdm I dm
c) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông •
Thay đổi Rđc ở mạch kích thích => thay đổi dòng điện kích thích Ikt => thay đổi từ thông. •
Các đường điều chỉnh có độ dốc khác nhau và cắt trục hoành tại một điểm tương ứng với n=0; Iư = U/Rư •
Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức nên chỉ có thể điều chỉnh dòng kích từ
theo hướng giảm => điều chỉnh tốc độ động cơ ở trong vùng trên tốc độ định mức. (1) ứng với Φđm •
Do hạn chế về cơ khí và điều kiện đổi chiều nên động cơ thông dụng hiện nay chỉ điều
chỉnh với giới hạn 1:2 n n n04 03 4 n 02 3 n 2 01 1 M( I ) 0 M dm I dm
1.3.2.3. Điều chỉnh tốc độ ĐCĐ MC kích thích nối tiếp
a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông •
Các biện pháp thay đổi từ thông của ĐCĐ MC kích thích nối tiếp: •
Rẽ mạch (mắc sun) dây quấn kích thích bằng một điện trở (1) •
Thay đổi số vòng dây của dây quấn kích thích (2) •
Rẽ mạch dây quấn phần ứng (3) •
Phương pháp (1), (2) chỉ điều chỉnh được tốc độ trong vùng trên định mức •
Phương pháp (3) chỉ điều chỉnh được tốc độ trong vùng dưới định mức. Tuy nhiên tổn hao
lớn và bị hạn chế bởi sự bão hòa của mạch từ nên phương pháp này ít được sử dụng b) Điều
chỉnh tốc độ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng 12 lOMoAR cPSD| 59595715 •
Điều chỉnh được tốc độ của động cơ dưới tốc độ định mức •
Tổn hao trên điện trở phụ lớn => giảm hiệu suất => ít được sử dụng
c) Điều chỉnh tốc độ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng •
Không cho phép điện áp đặt vào động cơ quá điện áp định mức => điều chỉnh được tốc độ
động cơ dưới tốc độ định mức •
Hiệu suất cao=> được sử dụng nhiều trong giao thông vận tải bằng cách chuyển từ nối song
song sang nối tiếp 2 động cơ
1.3.2.4. Điều chỉnh tốc độ ĐCĐ MC kích thích hỗn hợp •
ĐCĐ MC kích thích hỗn hợp có thể được chế tạo sao cho tác dụng của dây quấn kích thích
song song và nối tiếp bù nhau hoặc ngược chiều nhau •
Ít sử dụng động cơ có dây quấn song song và nối tiếp ngược chiều nhau vì khó đảm bảo
điều kiện làm việc ổn định •
Đặc tính cơ mang tính chất trung gian của ĐC kích thích song song và kích thích nối tiếp •
Điều chỉnh tốc độ thực hiện như ĐCĐ MC kích thích song song •
Sử dụng ở những nơi cần mô men mở máy lớn, gia tốc quay khi mở máy lớn, tốc độ biến
đổi theo tải trong một vùng rộng (máy ép,, máy in, máy cán thép, nâng tải và giao thông
vận tải khi dễ hãm bằng chế độ phát điện trả năng lượng về lưới điện) 13 lOMoAR cPSD| 59595715
TÀI LIỆU ÔN TẬP MÁY ĐIỆN 1 (No.4) Chương 2: Máy biến áp
2.1.1. Nguyên lý làm việc của MBA 1. Mô
hình cấu tạo để trình bày nguyên lý:
Xét máy biến áp một pha hai dây quấn
• Dây quấn 1 có W1 vòng dây, dây quấn 2 có W2 vòng dây, cả hai đều quấn trên lõi thép 3.
• Đặt điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn 1, trong nó có dòng điện i1 chạy.
2. Nguyên lý hoạt động:
• Dòng i1 sinh ra từ thông trong lõi thép móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng
nên trong các dây quấn đó s.đ.đ cảm ứng e1 và e2.
• S.đ.đ. e2 trong dây quấn 2 sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp ra là u2
• Nếu điện áp u1 đặt vào cuộn sơ cấp là một hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng hình sin: = msinωt (2.1-1)
• Theo định luật cảm ứng điện từ, ta có: e d d sin t m 1 w1 w1 w1 m cos t 2E1 sin( t ) (2.1 2 )a dt dt2 d d m sin t w 2 m cos t 2E2 sin( t ) (2.1 2 )b e2 w2 w2 dt dt2 trong đó E1 m w1 2fw1 m 4,44 fw1 m 2 2 và E2 m w2 2 fw2 m 4,44 fw2 m 2 2
Là trị số hiệu dụng của các suất điện động ở dây quấn 1 và 2
• Từ các biểu thức (2.1-2a, b) cho thấy: s.đ.đ. cảm ứng trong các dây quấn chậm pha so với
từ thông sinh ra nó một góc π/2 k E w 1
1 (2.1 3) gọi là tỷ số biến đổi của máy biến áp E2 w2
• Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn của máy biến áp thì: U1 ≈ E1 và U2 ≈ E2 , do đó: k E1 U1 (2.1 4) E2 U2
• Nếu bỏ qua tổn thất công suất trong máy biến áp, ta có: U1 I2 k U2 I1
3. Định nghĩa về MBA: M.b.a là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý cảm
ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều từ cấp điện áp này sang
cấp điện áp khác, với tần số không đổi 14 lOMoAR cPSD| 59595715 4. Một số định nghĩa:
• Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn.
• Dây quấn nối với nguồn để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp • Dây quấn nối
với phụ tải để đưa năng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp.
• Máy biến áp có k > 1, tức U1 > U2 gọi là máy biến áp giảm áp.
• Máy biến áp có k < 1, tức U1 < U2 gọi là máy biến áp tăng áp.
• Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp (CA), dây quấn có điện áp thấp gọi là dây quấn hạ áp (HA).
• Ở máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn CA và HA còn có dây quấn thứ ba có cấp
điện áp trung gian, gọi là dây quấn trung áp (TA).
2.1.2. Cấu tạo của MBA MBA
có các bộ phận chính sau: ▪ Lõi thép ▪ Dây quấn ▪ Vỏ máy 1. Lõi thép:
Nhiệm vụ: dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn • Phân loại:
• M.b.a kiểu lõi hay kiểu trụ • M.b.a kiểu bọc
• M.b.a kiểu lõi hay kiểu trụ:
• Loại này thông dụng cho m.b.a một pha và ba pha công suất nhỏ và trung bình.
• Các m.b.a hiện đại dung lượng lớn và cực lớn (80 ÷ 100 MVA/1 pha), điện áp thật cao (≥
220 kV), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho vận chuyển thì mạch từ của m.b.a
kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên và m.b.a có tên là m.b.a kiểu trụ-bọc • M.b.a kiểu bọc:
• Loại này mạch từ được phân ra hai bên và ôm lấy một phần dây quấn.
• M.b.a kiểu bọc thường chỉ dùng trong một vài ngành chuyên môn đặc biệt như m.b.a dùng
trong lò luyện kim, m.b.a công suất nhỏ dùng trong kĩ thuật vô tuyến điện, âm thanh,...
• Lõi thép gồm 2 phần: • Trụ • Gông
• Lõi thép được ghép bằng những lá thép KTĐ dày 0,35 mm có phủ sơn cách điện ở bề mặt
để giảm tổn hao do dòng điện xoáy.
• Trụ và gông có thể ghép riêng (ghép rời) sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại
• Trụ và gông cũng có thể ghép xen kẽ: các lá thép làm trụ và làm gôngđược ghép đồng thời,
xen kẽ nhau lần lượt theo trình tự a. Trụ (T):
Nhiệm vụ: phần trên đó có quấn dây
Đặc điểm: Tiết diện ngang của trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần tròn b. Gông:
• Nhiệm vụ: nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín, trên đó không có dây quấn
• Đặc điểm: Tiết Tiết diện ngang của gông làm đơn giản hơn: hình vuông, hình chữ thập hoặc hình chữ T 2. Dây quấn:
Nhiệm vụ: là bộ phận dẫn điện của m.b.a, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra 15 lOMoAR cPSD| 59595715
Cấu tạo: Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng, cũng có thể bằng nhôm Phân loại: • Dây quấn đồng tâm • Dây quấn xen kẽ
a) Dây quấn đồng tâm: Tiết diện ngang là những đường tròn đồng tâm. Dây quấn CA
thường quấn phía trong gần trụ thép, dây quấn HA quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn CA.
• Dây quấn đồng tâm có những kiểu chính sau: ▪ Dây quấn hình trụ ▪ Dây quấn hình xoắn
▪ Dây quấn xoáy ốc liên tục • Dây quấn hình trụ:
▪ Nếu tiết diện dây nhỏ thì dùng dây tròn quấn thành nhiều lớp. Loại này thường dùng làm
dây quấn CA, điện áp tới 35 kV
▪ Nếu tiết diện dây lớp thì dùng dây bẹt, thường quấn thành hai lớp. Loại này chủ yếu dùng
làm dây quấn HA với điện áp ≤ 6 kV
▪ Dây quấn hình trụ thường dùng cho các máy biến áp có S ≤ 560 kVA • Dây quấn hình xoắn:
▪ Gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo hình xoắn ốc, giữa các vòng dây có rãnh hở.
▪ Kiểu này thường dùng cho dây quấn HA của các m.b.a có dung lượng trung bình và lớn.
• Dây quấn xoáy ốc liên tục:
▪ Loại này làm bằng dây bẹt, dây quấn được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng những rãnh hở.
▪ Bằng cách hoán vị đặc biệt trong khi quấn mà các bánh dây được nối tiếp nhau một cách
liên tục không cần mối hàn giữa chúng.
▪ Dây quấn này chủ yếu dùng làm cuộn CA có U ≥ 35 kV và dung lượng lớn. b) Dây quấn xen kẽ:
• Các bánh dây CA, HA lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép, trong đó các bánh dây đặt
sát gông thường là dây quấn HA.
• Kiểu dây quấn này hay dùng trong các m.b.a kiểu bọc. Các m.b.a kiểu trụ hầu như không
dùng kiểu dây quấn này. 3. Vỏ máy: gồm hai bộ phận: • Thùng • Nắp thùng a) Thùng m.b.a.
• Thùng máy làm bằng thép, hình dáng và kết cấu của thùng tuỳ thuộc vào công suất của máy.
• Khi m.b.a làm việc, một phần năng lượng tiêu hao trong máy và thoát ra dưới dạng nhiệt
đốt nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác của máy.
• Để đảm bảo cho m.b.a vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định (15 – 20 năm),
không bị sự cố, cần phải tăng cường làm mát cho máy bằng cách ngâm toàn bộ lõi m.b.a trong thùng dầu.
• Nhờ sự đối lưu trong dầu mà nhiệt độ được truyền từ các bộ phận bên trong m.b.a ra môi trường xung quanh.
• Ngoài ra dầu m.b.a còn có nhiệm vụ tăng cường cách điện.
• Tuỳ theo dung lượng của m.b.a mà hình dáng và kết cấu của thùng dầu có khác nhau: • Loại thùng phẳng
• Loại có bộ tản nhiệt
• Loại có quạt làm mát để tăng cường làm mát cho bộ tản nhiệt b) Nắp thùng.
• Nắp thùng dùng để đậy thùng và lắp đặt một số chi tiết quan trọng như: 16 lOMoAR cPSD| 59595715
• Các sứ ra của dây CA và HA • Bình dãn dầu • Ống phòng nổ
• Bộ phận truyền động của bộ điều áp ...
2.1.3. Các đại lượng định mức của MBA
1. Dung lượng định mức của m.b.a: Sđm (tính bằng VA hay kVA), là công suất biểu kiến đưa
ra ở dây quấn thứ cấp m.b.a.
2. Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm (tính bằng V hay kV). Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu
phân nhánh thì ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh.
3. Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm (V, kV) là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy
không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức.
4. Dòng điện dây sơ cấp và thứ cấp định mức I1đm và I2đm là các dòng điện dây của sơ cấp và
thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức (tính bằng A hay kA).
5. Tần số định mức: fđm, tính bằng Hz.
6. Ngoài ra trên nhãn máy còn ghi những số liệu khác như: số pha m; tổ nối dây; điện áp
ngắn mạch un%, chế độ làm việc; phương pháp làm mát, ... 17 lOMoAR cPSD| 59595715
TÀI LIỆU ÔN TẬP MÁY ĐIỆN 1 (No.5) Chương 2: Máy biến áp
2.2.1. Các dạng mạch từ của MBA 2.2.1.1.Máy biến áp 1 pha: • Mạch từ kiểu lõi
• Mạch từ kiểu bọc 2.2.1.2. Máy biến áp 3 pha:
• Máy biến áp có hệ thống mạch từ chung
• Máy biến áp có hệ thống mạch từ riêng
1. Máy biến áp ba pha có hệ thống mạch từ riêng là tổ hợp ba máy biến áp một pha giống
nhau ghép lại với nhau, gọi là tổ máy biến áp ba pha.
2. Máy biến áp có hệ thống mạch từ chung là máy biến áp mà hệ thống mạch từ trong đó từ
thông ba pha có liên quan với nhau như M.B.A ba pha ba trụ
3. Thực ra kết cấu của loại sau đi từ loại đầu mà ra:
a. Khi đem ghép ba máy biến áp một pha lại như ở hình 2.2-3, nếu đặt vào điện áp ba pha đối
xứng, nghĩa là UA + UB + UC = 0 thì từ thông ba pha cũng đối xứng và ΦA + ΦB + ΦC = 0.
b. Như vậy trụ thép chung của ba pha từ thông không tồn tại ở mọi thời điểm, do đó có thể
cắt bỏ trụ chung đó rồi rút ngắn trụ giữa lại sao cho ba trụ cùng nằm trên một mặt phẳng
2.2.2. Tổ nối dây của MBA
Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp với kiểu
đấu dây thứ cấp, nó biểu thị góc lệch pha giữa các sức điện động dây của dây quấn sơ cấp
và sức điện động dây của dây quấn thứ cấp tương ứng. Góc lệch pha này phụ thuộc vào
chiều quấn dây, cách ký hiệu đầu dây và kiểu đấu dây quấn của sơ cấp và thứ cấp. Mỗi
một máy biến áp ba pha có tổ nối dây xác định do nhà sản xuất ghi lại trên nhãn máy.
1. Cách ký hiệu các đầu dây
• Mỗi cuộn dây của máy biến áp có hai đầu, một đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu cuối.
• Với máy biến áp ba pha, các đầu đầu và đầu cuối của các pha phải chọn thống nhất. Nếu
một pha ký hiệu ngược lại thì điện áp dây lấy ra sẽ mất đối xứng.
• Dây quấn cao áp (CA) đầu đầu ký hiệu là A, B, C, đầu cuối ký hiệu là X, Y, Z, trung tính kí hiệu là O.
• Dây quấn hạ áp (HA) đầu đầu ký hiệu là a, b, c, đầu cuối ký hiệu là x, y, z, trung tính ký hiệu là o.
• Với M.B.A ba dây quấn, ngoài dây quấn cao áp và hạ áp còn có dây quấn điện áp trung
gian (gọi là trung áp – TA). Dây quấn này đầu đầu được ký hiệu là Am, Bm, Cm, đầu cuối
ký hiệu là Xm, Ym, Zm, trung tính ký hiệu là Om. •
2. Các kiểu đấu dây quấn • Đấu hình sao (Y):
▪ Ba đầu X, Y, Z đấu lại với nhau, ba đầu A, B, C để tự do.
▪ Nếu nối sao có dây trung tính thì ký hiệu là Y0.
▪ Kiểu đấu Y thường áp dụng cho dây quấn cao áp vì khi nối như vậy điện áp đặt vào mỗi
cuộn dây chỉ là điện áp pha giảm đi √3 lần so với điện áp dây, do đó giảm được chi phí về cách điện. • Đấu tam giác (Δ):
▪ Đầu đầu pha nọ đấu với đầu cuối pha kia.
▪ Kiểu đấu tam giác thường áp dụng cho cuộn dây hạ áp vì khi đó dòng điện trong cuộn dây
là dòng điện pha, nó giảm đi √3 lần so với dòng điện dây, do đó tiết diện dây dẫn nhỏ hơn,
thuận tiện cho việc chế tạo và kinh tế. 18 lOMoAR cPSD| 59595715
• Cách đấu dây quấn máy biến áp ba pha thường được ký hiệu như sau: ví dụ Y/Δ, nghĩa là
dây quấn sơ cấp đấu sao, còn dây quấn thứ cấp đấu tam giác.
• Trong thực tế ở nước ta, để thuận tiện cho việc chế tạo và sử dụng, người ta chỉ sản xuất
các máy biến áp có tổ nối dây Y/Y0-12, Y/Δ-11, Y0/Δ-11 và máy biến áp một pha có tổ nối dây I/I-12.
2.2.3. Điều kiện để các MBA làm việc song song
1. Điều kiện tỷ số biến đổi bằng nhau
2. Điều kiện cùng tổ nối dây
3. Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau Điều kiện tỷ số biến đổi bằng nhau:
• Giả sử tỷ số biến đổi k khác nhau => E2I≠ E2II => xuất hiện một dòng điện cân bằng Icb
sinh ra bởi ∆E = E2I - E2II (cả khi không tải) chạy vòng trong dây quấn thứ cấp của 2 MBA
• Khi có tải, dòng Icb công với dòng It làm cho hệ số tải trở thành khác nhau ảnh hưởng xấu
tới lợi dung công suất các máy
• Quy định ∆k của các MBA làm việc song song không lớn hơn 0,5% trị số trung bình
2. Điều kiện cùng tổ nối dây:
• Nếu tổ đấu dây của các MBA song song khác nhau thì giữa các điện áp thứ cấp sẽ có góc
lệch pha (phụ thuộc vào tổ đấu dây) => xuất hiện suất điện động do lệch pha có giá trị lớn
∆E = 2. E.sinα (α: góc lệch pha) => hỏng MBA 3.
Điều khiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau:
• Điện áp ngắn mạch un liên quan đến phân phối tải của các MBA làm việc song song
Tổng trở tương đương của mạch điện gồm 3 MBA song song với nhau: 1 1 Z 1 1 1 III 1 ZnI ZnII ZnII i I Zni
• Điện áp rơi trên mạch điện: . . . . . . . U U1 U'2 Z I. • Trong đó I I1 I'2
là dòng điện tổng của các MBA
• Dòng điện tải của mỗi MBA là . . . . . . . nI Z . I '2I Z IZ. nI iIII II Zni1
I. '2II ZZ InII. ZnII . iIII II Zni1
I. '2III ZZ InIII. ZnIII . iIIII I Zni1
• Thực tế, góc φn của các tam giác điện khác của các máy ghép song song gần giống nhau
nên các dòng điện tải được xem là trùng pha, do đó thay số phức bằng modun ta có thể tính: u100 % n % .UI dm I '2I unI . I Idmi (2.2 1) zn 19 lOMoAR cPSD| 59595715 dm IdmI uni %
• Nhân 2 về phương trình 2.2-1 với phương trình U1dm U1dm • Ta được: SdmI U1dm.IdmI SI S I SdmI unI %. uSnidmi%
trong đó S=U1dm.I là tổng công suất truyền của các MBA, SI là công suất truyền qua MBA I • Tương tự ta có II SII S I : II : III 1 : 1 : 1 %. S S dmII u dmi nII unI % unII % unIII% uni % SIII S III SdmIII unIII %. uSnidmi% • Quy định:
▪ un% của các MBA làm việc song song không khác nhau quá 10% ▪
Công suất MBA làm việc song song không quá 3:1 2. 3.1 MBA 3 dây quấn:
• Máy biến áp ba dây quấn là máy biến áp có một dây quấn sơ cấp và hai dây quấn thứ cấp.
• M.b.a. ba dây quấn dùng để cung cấp điện cho các lưới điện có những điện áp khác nhau
ứng với các tỉ số biến đổi điện áp là: k12 = w1/w2 ≈ U1/U2; k13 = w1/w3 ≈ U1/U3.
• M.b.a ba dây quấn có ưu điểm: nâng cao được tiêu chuẩn kinh tế và kỹ thuật của trạm biến
áp vì số máy biến áp cần thiết của trạm ít hơn và tổn hao vận hành cũng nhỏ hơn.
• Các tổ nối dây tiêu chuẩn của m.b.a. ba dây quấn như sau:
Y0/Y0/Δ-12-11 và Y0/Δ/Δ-11-11.
• Công suất của các dây quấn được chế tạo theo tỷ lệ sau: 1) 100%, 100%, 100% 2) 100%, 100%, 67%,
3) 100%, 67%, 67%, 4) 100%, 67%, 100%.
• Công suất định mức của m.b.a. ba dây quấn lấy theo công suất của dây quấn sơ cấp (cuộn
dây có công suất lớn nhất) 2.3.2 MBA tự ngẫu 20