Bài giảng Kỹ thuật điện - Phạm Văn Anh

k (3.3) i1 3.1.2. Mắc song song Khi các tổng trở Z1, Z2, Z3 được mắc song song, áp dụng định luật Kirchhoff     1 tại nút A: Itd  I1  I2  I3 (3.4)      U  U  U  U Mặc khác: I tđ  ; I1  ; I2  ; I3  (3.5) Ztd Z1 Z2 Z3 Từ (3.4) và (3.5) ta có: U U U U    (3.6) Ztd Z1 Z2 Z3 Trang 22 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 1 1 1 1 Suy ra    và Ytđ = Y1 +Y2 +Y3 (3.7) Z Z Z Z td 1 2 3 Kết luận: Tổng dẫn tương đương của các nhánh song song bằng tổng các tổng dẫn các phần tử trên các nhánh. k Công thức tổng quát: Ytd  Yk (3.8) i1 3.1.3. Biến đổi sao - tam giác (Y - ∆) và tam giác – sao ( ∆ -Y) a. Biến đổi từ hình sao sang tam giác (Y - ∆): Z1.Z2 Z12  Z1  Z2  Z3 Z2.Z3 Z23  Z2  Z3  (3.9) Z1 Z1.Z3 Z31  Z1  Z3  Z2 Nếu Z1 =Z2 = Z3 = ZY thì Z12 =Z23 = Z31 =3.Zy (3.10) b. Biến đổi từ hình tam giác sang sao ( ∆-Y): Z12Z31 Z1  Z12  Z23  Z31 Z12Z23 Z2  (3.11) Z12  Z23  Z31 Z23Z31 Z3  Z12  Z23  Z31 Nếu Z12 = Z23 = Z31 = Z∆ thì Z1 =Z2 = Z3 = Z∆/3 (3.12) Trang 23 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 3.2. Phương pháp dòng điện nhánh a. Phương pháp + Xác định số nút n và số nhánh m của mạch điện: + Tùy ý chọn chiều dòng điện nhánh + Viết n -1 phương trình Kirchhoff 1 cho n –1 nút + Viết m – n +1 phương trình Kirchhoff 2 cho mắt lưới + Giải hệ m phương trình tìm các dòng điện nhánh Z1 E1 E2 Z2 A B E3 Z3 Hình 3.1 b. Ví dụ: 0 j 0 j Cho mạch điện như hình vẽ 3.2. Biết: E13 E100 e V  , E2  50 e V  , Z1=Z2 =Z3 = 1+j (Ω). Tìm các dòng điện I1 , I2 và I3 bằng phương pháp dòng điện nhánh. + Giải mạch địện bằng phương pháp dòng điện nhánh Mạch điện có 2 nút (n = 2) và 3 nhánh (m =3) Chọn chiều dòng điện nhánh , , và chiều dương cho vòng a, b ( hình 3.2).    Viết phương trình Kirchoff 1 cho nút B: I1  I2  I3  0 (1) Trang 24 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Viết 2 phương trình Kiếchốp 2 cho hai vòng:       Vòng a: I1.Z1  I2.Z2  E1  E2 (2)       Vòng b: I2.Z2  I3.Z3  E2  E3 (3) Kết hợp 3 phương trình (1) (2) và (3) ta giải hệ phương trình được kết quả: 25 50 25 I  .(1 j) (A); Ij.( 1) (A); Ij.(1 ) (A) 1 3 2 3 3 3 Suy ra giá trị hiệu dụng: 25 50 I  I  . 2 (A); I  . 2 (A) 1 3 3 2 3 Nhược điểm của phương pháp dòng điện nhánh là giải hệ nhiều phương trình với nhiều ẩn số. 3.3. Phương pháp dòng điện vòng a. Phương pháp + Tùy ý chọn chiều dòng điện nhánh và dòng điện vòng + Lập m- n +1 phương trình Kirchhoff 2 cho m - n +1 vòng độc lập + Giải hệ m- n + 1 phương trình tìm các dòng điện vòng + Từ các dòng điện vòng suy ra các dòng điện nhánh (Dòng điện nhánh bằng tổng đại số các dòng điện vòng chạy trên nhánh đó) m là số nhánh, n là số nút của mạch điện. Kết luận: Dòng điện vòng là dòng điện mạch vòng tưởng tượng chạy khép kín trong các vòng độc lập. Trang 25 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN b. Ví dụ 0 j 0 j Cho mạch điện như hình vẽ 3.2. Biết: E13 E100 e V  , E2  50 e V  , Z1=Z2 =Z3 = 1+j (Ω). Tìm các dòng điện I1 , I2 và I3 bằng phương pháp dòng điện vòng. + Giải mạch điện bằng phương pháp dòng điện vòng: Mạch điện có 2 nút (n = 2) và có 3 nhánh (m =3). Chọn chiều dòng điện nhánh I1, I2, I3, chiều hai dòng điện vòng Ia, Ib và chiều dương cho vòng a, b. Z E 1 1 E2 Z2 A B E3 Z3 Hình 3.2 Viết hai phương trình Kirchoff 2 cho hai vòng a và b với ẩn số là các dòng điện vòng Ia, Ib        Vòng a: Ia.(Z1  Z2 )  Ib.Z3  E1  E2 (1)        Vòng b:  Ia.Z2  Ib.(Z2  Z3)  E2  E3 (2) Thế số vào, ta giải hệ 2 phương trình (1) và (2), tìm được dòng điện vòng: 25 I  .(1 j) (A) a 3 25 I  .( j 1) (A) b 3 Trang 26 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Dòng điện trên các nhánh 1. 25 I  I  .(1 j) (A) 1 a 3 Dòng điện trên các nhánh 2. 50 I  I  I  .( j 1) (A) 2 b a 3 Dòng điện trên các nhánh 3. 25 I  I  .(1 j) (A) 3 b 3 Kết luận: Phương pháp dòng điện vòng có ưu điểm là giải hệ ít phương trình, ít ẩn số hơn phương pháp dòng điện nhánh, thường được sử dụng để giải bài toán mạch điện phức tạp. 3.4. Phương pháp điện thế hai nút a. Phương pháp + Tùy ý chọn chiều dòng điện nhánh và điện áp hai nút + Tìm điện áp hai nút theo công thức tổng quát: n   Ek .Yk  1 U AB  n (3.13) Yk 1 Trong đó có quy ước các sức điện động Ek có chiều ngược chiều với điện áp UAB thì lấy dấu dương và cùng chiều lấy dấu âm. + Tìm dòng điện nhánh bằng cách áp dụng định luật Ôm cho các nhánh. Trang 27 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN b. Ví dụ Z1   I1 E1 Z I E 2 2 B 2 A Z I  3 3 E3 Hình 3.3   0 j  0 j Cho mạch điện như hình 3.4. Cho biết: E1  E2 100e V , E2  50e V , Z1 =Z2 =Z3 = 1+j (Ω). Tìm các dòng điện I1, I2 và I3 bằng phương pháp điện áp 2 nút. Trước hết ta chứng minh công thức tổng quát. Áp dụng định luật Ohm cho các nhánh.    E1 U AB   Nhánh 1: I1   (E1 U AB )Y1 Z1    E2 U AB   Nhánh 2: I2   (E2 U AB )Y2 Z2    E3 U AB   Nhánh 3: I3   (E3 U AB )Y3 Z3    Áp dụng định luật Kirchoff 1 tại nút A: I1  I2  I3  0     Ta có: E1Y1  E2Y2  E3Y3 U AB (Y1 Y2 Y3)     E1Y1  E2Y2  E3Y3 U AB  Y1  Y2  Y3 Trang 28 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Công thức tổng quát nếu mạch có n nhánh và chỉ có hai nút A,B: n   Ek .Yk  1 U AB  n Yk 1 + Giải mạch điện bằng phương pháp điện áp 2 nút 230 Điện áp UAB. Thay số vào ta có: U  (V) AB 3 Áp dụng định luật Ôm cho các nhánh của mạch điện ta có được:    E1 U AB   25 Nhánh 1: I1   (E1 U AB )Y1  (1 j) (A) Z1 3    E2 U AB   50 Nhánh 2: I2   (E2 U AB )Y2  ( j 1) (A) Z2 3    E3 U AB   25 Nhánh 3: I3   (E3 U AB )Y3  (1 j) (A) Z3 3 Kết luận: Phương pháp điện áp hai nút thích hợp giải cho mạch điện có nhiều nhánh nhưng chỉ có hai nút. 3.5. Phương pháp xếp chồng Trong một mạch tuyến tính chứa nhiều nguồn, dòng (hoặc áp) trong một nhánh nào đó là tổng đại số ( xếp chồng ) của nhiều dòng ( hoặc áp) sinh ra do từng nguồn độc lập làm việc một mình, các nguồn còn lại nghỉ. Chỉ cho nguồn 1 làm việc, các nguồn 2,3,...n nghỉ. Giải mạch thứ nhất này để tìm thành phần I1 của dòng I cần tìm. Trang 29 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Tiếp tục với các ngụồn 2,3, ..n., ta tìm được các thành phần I2,I3, ...In của I. Khi cả n nguồn cùng làm việc, dòng I cần tìm là: I = I1 +I2 +I3 +I4 +In. Câu hỏi ôn tập Câu 1. Cho mạch điện như hình 3.5. R1 10, R1  X1 10, R2  5 3,  X 2  5 . U 100 2V . Tính dòng điện hiệu dụng và biểu thức tức thời của dòng điện trong các nhánh. I A I2 I1 R2 U R1 X1 X2 B Hình 3.4 Câu 2. Cho mạch điện như hình vẽ 3.6. Trong đó: R1  R2  8 , R3  3.125, 1 0 L   6 , E  50450V , E  50e j45 V . C 1 2 a, Viết biểu thức tức thời của các nguồn sức điện động. b, Tính tổng trở phức các nhánh. c, Tím dòng điện trong các nhánh bằng các phương pháp: dòng điện nhánh, dòng điện vòng, điện áp hai nút và điện áp xếp chồng. R1 R2 I1 A I2 I3 E1 R3 E2 L C B Hình 3.5 Trang 30 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Câu 3. Một cuộn dây có điện trở R, L mắc nối tiếp: R 10 và L=35mH được đặt vào điện áp: u  59.6sint 10.7sin3t 1.97sin 7t   314rad / s a, Tìm biểu thức dòng điện trong mạch b, Xác định hệ số công suất trong mạch Câu 4. Giải mạch điện hình 3.7 bằng phương pháp dòng điện mạch vòng. 4Ω 2Ω 6Ω 4Ω I1 I2 I3 8Ω   U1  22010V U 2  2106V 4Ω Hình 3.6 Trang 31 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN CHƯƠNG 4. MẠCH ĐIỆN BA PHA Mục tiêu Mục tiêu của chương này nhắm giúp sinh viên có được các kiến thức cơ bản về nguồn điện ba pha, mạch điện ba pha, cách tính toán mạch điện ba pha trong một số trường hợp. 4.1. Khái niệm chung về mạch điện 3 pha Việc truyền tải điện năng bằng mạch điện ba pha tiết kiệm được dây dẫn hơn việc truyền tải bằng dòng điện một pha đồng thời hệ thống điện ba pha có công suất lớn hơn. Động cơ điện ba pha có cấu tạo đơn giản và đặc tính tốt hơn động cơ một pha. Đỏ Vàng Xanh Dây trung tính - Đen Bảo vệ 3 pha/380V cung Các pha đơn Pha đơn Đất cấp cho động cơ 220V, cung cấp 380V và các thiết bị ánh sáng, thiết bị dân dụng công nghiệp Hình 4.1 Sơ đồ đường dây cung cấp điện ba pha (380V/3pha/50Hz) Để tạo ra nguồn điện ba pha ta dùng máy phát điện đồng bộ ba pha. Ta xét cấu tạo của máy phát điện đồng bộ ba pha đơn giản: Phần tĩnh gồm 6 rãnh, trong các rãnh đặt ba dây quấn AX, BY, CZ có cùng số vòng dây và lệch nhau một góc 2π/3 trong không gian. Dây quấn AX gọi là pha A, dây quấn BY gọi là pha B, dây quấn CZ là pha C. Phần quay là nam châm vĩnh cửu có 2 cực N – S. Nguyên lí làm việc của máy phát điện đồng bộ ba pha: Trang 32 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Khi quay rôto quay ngược chiều kim đồng hồ, từ trường lần lượt quét các dây quấn stato và cảm ứng vào trong dây quấn stato các sức điện động hình sin cùng biên độ, cùng tần số và lệch pha nhau một góc 2π/3. Sức điện động pha A: eA = Emax sinωt (4.1) Sức điện động pha B: eA = Emax sin(ωt-2π/3) (4.2) Sức điện động pha C: eA = Emax sin(ωt+2π/3) (4.3) Nguồn điện gồm ba sức điện động hình sin cùng biên độ, cùng tần số, lệch pha nhau 2 π /3 gọi là nguồn ba pha đối xứng. Đối với nguồn đối xứng ta có. EEEABC   0 (4.4) Nếu tổng trở phức của các pha tải bằng nhau ZA = ZB =ZC thì ta có tải đối xứng. Mạch điện ba pha gồm nguồn, tải và đường dây đối xứng gọi là mạch điện ba pha đối xứng. Nếu không thoã mãn một trong các điều kiện đã nêu gọi là mạch ba pha không đối xứng. Đối với mạch ba pha đối xứng bao gồm nguồn đối xứng, tải và các dây pha đối xứng. Khi giải mạch ba pha đối xứng ta chỉ cần tính toán trên một pha rồi suy ra các pha kia 4.2. Mạch điện 3 pha đối xứng nối sao sao (Y-Y) A IA VCA VA ZA VAB O O’ ZB VC VB IC C ZC I VBC B B Hình 4.2 Sơ đồ mạch điện ba pha nối sao Trang 33 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 4.2.1. Cách nối Muốn nối hình sao ta nối ba điểm cuối pha với nhau tạo thành điểm trung tính. 4.2.2. Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha a. Quan hệ giữa dòng điện dây và pha: Id = Ip (4.5) b. Quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha:   j.0 U A U AO U p.e (4.6)    j.120 U B U BO U p.e (4.7)   j.120 UC UCO U p.e (4.8) ( 3  j) U  U U  U .e j.0 U .e j.120  U 3.  U 3.e j.30 (4.9) AB AO OB p p p 2 p     j.120 j.120 j.90 U BC UBO UOC U p.e U p.e U p 3.e (4.10)    j.120 j.0  j.210 UCA UCO UOA U p.e U p.e U p 3.e (4.11) Về độ lớn: U AB U BC UCA  3U p (4.12) 0 Về pha: điện áp dây UAB ,UBC,UCA lệch pha nhau một góc 120 và vượt trước 0 điện áp pha tương ứng một góc 30 4.2.3. Giải mạch điện ba pha tải nối hình sao đối xứng 1. Khi không xét tổng trở đường dây pha U Điện áp trên mỗi pha tải: U  d (4.13) p 3 2 2 Tổng trở pha tải: z p  Rp  X p (4.14) Trang 34 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Trong đó Rp, Xp là điện trở và điện kháng mỗi pha tải, Ud là điện áp dây. U U Dòng điện pha của tải: I  p  d (4.15) p z 2 2 p 3. Rp  X p Tải nối hình sao: Id = Ip (4.16) 2. Khi có xét tổng trở của đường dây pha Cách tính toán cũng tương tự: U U I  I  p  d (4.17) d p z 2 2 p 3. (Rp  Rd )  (X p  X d ) Trong đó: Rd , Xd là điện trở và điện kháng đường dây. 4.3. Mạch điện 3 pha đối xứng nối tam giác - tam giác (-) X IA A IC A UAB UCA Ud ZAB ZCA UBC IAB ZBC Z IC C IBC B Y IB Hình 4.3 Sơ đồ mạch điện ba pha nối tam giác 4.3.1. Cách nối Muốn nối hình tam giác ta lấy đầu pha này nối với cuối pha kia. A nối với Z, B nối với X, C nối với Y. 4.3.2. Các quan hệ giữa đại lượng dây và đại lượng pha a. Quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha. Ud = Up Trang 35 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN b. Quan hệ giữa dòng điện dây và pha áp dụng định luật Kirchoff 1 tại các nút.    Nút A: I A  I AB  ICA (4.18)    Nút B: I B  I BC  I AB (4.19)    Nút C: IC  ICA  I BC (4.20) Về trị số dòng điện dây ta có: IA= IB= IC= Id (4.21) IAB= IBC= ICA= Ip (4.22) Id  3I p (4.23) 0 Về pha, dòng điện dây IA, IB, IC lệch pha nhau mộtgóc120 và chậm pha sovới dòng điện pha tươngứng một góc 300. 4.3.3. Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác 1. Khi không xét tổng trở đường dây pha Ta có: Ud = Up (4.24) U U Dòng điện pha tải Ip: I  p  d (4.25) p z 2 2 p Rp  X p U Dòng điện dây: I  3I  3 d (4.26) d p 2 2 Rp  X p 2. Khi có xét tổng trở của đường dây pha Tổng trở mỗi pha lúc nối tam giác: Z  Rpp j. X (4.27) Z R  j.X Tổng trở biến đổi sang hình sao: Z    p p (4.28) Y 3 3 Trang 36 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Ud Dòng điện dây Id: I  (4.29) d R X 3. (R  Y )2  (X  Y )2 p 3 p 3 I Dòng điện pha của tải : I  d (4.30) p 3 4.4. Mạch điện 3 pha nối phức tạp Khi tải ba pha không đối xứng ( ZA ≠ ZB ≠ ZC ) thì dòng điện và điện áp trên các pha tải sẽ không đối xứng. Trong phần này ta vẫn xem nguồn của mạch ba pha là đối xứng.    EA  EB  EC  0 (4.31) 4.4.1 Giải mạch điện ba pha tải nổi hình sao không đối xứng 1. Tải nối hình sao với dây trung tính có tổng trở Zoo’ A IA VCA VA ZA ZOO’ VAB I O OO’ O’ ZB ZC VB IC C VC IB VBC B Hình 4.4 Dùng phương pháp điện áp hai nút, điện áp giữa hai điểm trung tính O’ và O: UYUYUY U  AABBCC (4.32) OO' YYYY   ABCO Trong đó YA= 1/ZA; YB=1/ ZB; YC=1/ ZC; Y0=1/ Z0 là tổng dẫn phức các pha tải và dây trung tính. Vì nguồn đối xứng: Trang 37 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN  j.0 U A  Ep.e (4.33)   j.120 UB  Ep.e (4.34)  j.120 UC  Ep.e (4.35) Thay vào công thức trên ta có: Y  Y .e j.120 Y .e j.120 U  E A B C (4.36) OO' p Y Y Y Y A B C O Điện áp trên các pha tải:  '   Pha A: U A U A UOO' (4.37)  '   Pha B: UB UB UOO' (4.38)  '   Pha C: UC UC UOO' (4.39) Dòng điện các pha tải: U ' U ' U ' I  A ; I  B ; I  C (4.40) A Z B Z C Z A B C 2. Nếu xét đến tổng trở Zd của các dây pha IA Zd ZC A Ud IB ZB O’ B IC ZC C O Io Hình 4.5 Trang 38 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Phương pháp tính toán lúc này cũng tương tự như trên nhưng khi đó tổng trở mỗi pha phải bao gồm cả tổng trở dây dẫn Zd. 1 1 1 Nghĩa là: YA  ; YB  ; YC  (4.41) Z A  Z d Z B  Z d ZC  Z d Câu hỏi ôn tập o Câu 1. Cho mạch điện ba pha đối xứng tải nối hình sao (hình 4.5). Với Zd 1560  , được cung cấp bằng hệ thống ba pha đối xứng U d  380V , X L 15 . Tính dòng điện dây, công suất tổn hao trên đường dây, công suất phản kháng của tải và công suất của toàn mạch P, Q. X Zd L Ud O Hình 4.6 Câu 2. Cho một mạch điện ba pha đối xứng, tổng trở trên đường dây Zd, tải nối tam giác Zt. Điện áp dây nguồn Ud=220V. Tính dòng điện dây, dòng điện pha, công suất tổn hao trên đường dây, công suất phản kháng Qc của tải và công suất toàn mạch P, Q. Z =4+2j A d Ud B Zt=-15j C Hình 4.7 Trang 39 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Câu 3. Cho mạch điện ba pha đối xứng (hình 4.7). Biết nguồn có U d  380V , 0 Zd  0.8 0.6 j , Zt  3030  . Xác định Id, Ip, Ut, Pt, Qt của tải. Zd A Id I Ut P B Zt C Hình 4.8 Câu 4. Cho mạch điện ba pha nối sao như hình vẽ (hình 4.8). Zd  2  j , O Z 1560 , U d 380V . Tính điện áp trên tải. X IA Zd R L A Ud Ut IB O B IC C Hình 4.9 Trang 40 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN CHƯƠNG 5. ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN Mục tiêu Chương này giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về các loại máy điện thông dụng trong công nghiệp. Từ đó giúp hiểu câu tạo, nguyên lý làm việc và các chế độ làm việc cơ bản của các loại máy: biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ, máy điện một chiều. 5.1 Máy biến áp 5.1.1 Khái niệm chung về máy biến áp Để biến đổi điện áp (dòng điện) của dòng xoay chiều từ giá trị cao đến giá trị thấp hoặc ngược lại ta dùng máy biến áp. 1. Định nghĩa và các đại lượng định mức a. Định nghĩa Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện xoay chiều (U1, I1,f) thành (U2, I2,f). Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện gọi là sơ cấp. Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp. b. Các đại lượng định mức - Điện áp định mức Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm là điện áp đã quy định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức. Với máy biến áp ba pha điện áp định mức là điện áp dây - Dòng điện định mức. Trang 41 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Dòng điện định mức là dòng điện đã quy định cho mỗi dây quấn của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Đối với máy biến áp ba pha, dòng điện định mức là dòng điện dây. Dòng điện sơ cấp định mức kí hiệu I1đm, dòng điện thứ cấp định mức kí hiệu I2đm. - Công suất định mức. Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến thứ cấp ở chế độ làm việc định mức. Công suất định mức kí hiệu là Sđm, đơn vị là KVA. 2. Công dụng của máy biến áp Công dụng của máy biến áp là truyền tải và phân phối điện năng trong hệ thống điện. Muốn giảm tổn hao ∆P = I2.R trên đường dây truyền tải có hai phương án: Phương án 1: Giảm điện trở R của đường dây (R = ρ.l/S). Muốn giảm R ta tăng tiết diện dây dẫn S, tức là tăng khối lượng dây dẫn, các trụ đỡ cho đường dây, chi phí xây dựng đường dây tải điện rất lớn ( phương án này không kinh tế) Phương án 2: Giảm dòng điện I chạy trên đường dây truyền tải. Muốn giảm I ta phải tăng điện áp, ta cần dùng máy tăng áp vì đối với máy biến áp U1I1 = U2.I2 ( phương án này kinh tế và hiệu quả hơn). Máy biến áp còn được dùng rộng rãi trong kỹ thuật hàn, thiết bị lò nung, trong kỹ thuật vô tuyến điện, trong lĩnh vực đo lường. trong các thiết bị tự động, làm nguồn cho thiết bị điện, điện tử , trong thiết bị sinh hoạt gia đình v.v. 5.1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp Gồm hai bộ phận chính: lõi thép và dây quấn (hình 5.1). a. Lõi thép máy biến áp. Dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện mỏng ghép lại. Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, Trang 42 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN người ta dùng lá thép kỹ thuật điện, hai mặt có sơn cách điện ghép lại với nhau thành lõi thép. b. Dây quấn máy biến áp Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện. Máy biến áp có công suất nhỏ thì làm mát bằng không khí. Máy có công suất lớn thì làm mát bằng dầu, vỏ thùng có cánh tản nhiệt. Hình 5.1 5.1.2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1 sẽ có dòng điện sơ cấp I1. (hình 5.1.2) Dòng điện I1 sinh ra từ thông Φ biến thiên chạy trong lõi thép. Từ thông này móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thông chính. Theo định luật cảm ứng điện từ: e1 = - W1 dΦ/dt (5.1) e2 = - W2 dΦ/dt (5.2) W1, W2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Trang 43 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp Khi máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động e2, có dòng điện thứ cấp I2 cung cấp điện cho tải. Từ thông Φ biến thiên hình sin. Φ = Φmax sinωt (5.3) Ta có: d  e  W  4,44. f .W . 2.sin(t  ) (5.4) 1 1 dt 1 max 2 d  e2  W2  4,44. f .W2.max 2.sin(t  ) (5.5) dt 2 Trong đó: E1=4,44 f W1Φmax (5.6) E2 =4,44 f W2Φmax k= E1/ E2= W1/ W2 (5.7) k được gọi là hệ số biến áp. Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí ta có: U1/ U2 ≈ E1/ E2 = W1/ W2 = k (5.8) Trang 44 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 5.3 5.2 Máy điện không đồng bộ 5.2.1 Khái niệm chung Máy điện không đồng bộ là loại máy điện có phần quay, làm việc với điện xoay chiều, theo nguyên lí cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rôto khác với tốc độ quay của từ trường. Máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, có thể làm việc ở chế độ động cơ điện và máy phát điện. Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không tốt nên ít được dùng. Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và vận hành đơn giản, gíá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống. Động cơ điện không đồng bộ gồm các loại: động cơ ba pha, hai pha và một pha. 5.2.2 Cấu tạo máy điện không đồng bộ Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ được thể hiện trên hình 5.2.2. Hai phần chính bao gồm: Phần tĩnh ( Stator: Stato) và phần quay ( Rotor: Rôto) Trang 45 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 5.7 Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ 1.Lõi thép stato; 2. Dây quấn stato; 3. Nắp máy; 4 Ổ bi; 5 Trục máy; 6. Hộp đầu cực; 7. Lõi thép roto; 8. Thân máy; 9. Quạt gió làm mát; 10. Hộp quạt 1. Phần tĩnh ( Stato, sơ cấp, phần ứng) Phần tĩnh gồm các bộ phận là lõi thép và dây quấn, ngoài ra có vỏ máy và nắp máy (hình 5.2.2.1). Hình 5.8 a,b. Lõi thép stato; c. Dấy quấn stato Trang 46 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN a. Lõi thép Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy ( hình 5.2.2.1) b. Dây quấn ba pha Dây quấn stato làm bằng dây dẫn điện được bọc cách điện (dây điện từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong ba dây quấn ba pha stato sẽ tạo ra từ trường quay. Dây quấn ba pha có thể nối sao hoặc tam giác c. Vỏ máy Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang, dùng để giữ chặt lõi thép, cố định máy trên bệ, bảo vệ máy và đỡ trục rôto 2. Phần quay ( Roto, thứ cấp, phần cảm) Gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. a. Lõi thép Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục. b. Dây quấn Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ thường có hai kiểu: rôto lồng sóc (rôto ngắn mạch) và rôto dây quấn. Rôto lồng sóc trong các rãnh của lõi thép rôto đặt các thanh đồng (hoặc nhôm), các thanh đồng thường đặt nghiêng so với trục, hai đầu nối ngắn mạch bằng 2 vòng đồng (nhôm), tạo thành lồng sóc. Trang 47 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 5.9 a. Dây quấn roto lồng sóc; b. Lõi thép roto; c. Kí hiệu động cơ trên sơ đồ Roto dây quấn gồm lõi thép và dây quấn. Lõi thép là do các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau tạo thành các rãnh hướng trục Trong rãnh lõi thép rôto, đặt dây quân ba pha. Dây quấn rôto thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng (vành trượt), được nối với ba biến trở bên ngoài để điều chỉnh tốc độ và mở máy Động cơ không đồng bộ có hai loại: Động cơ rôto lồng sóc và động cơ rôto dây quấn. 5.2.3 Từ trường của máy điện không đồng bộ 1. Từ trường đập mạch của dây quấn một pha Từ trường của dây quấn một pha là từ trường có phương không đổi, song trị số và chiều biến đổi theo thời gian, gọi là từ trường đập mạch. Cho dòng điện hình sin một pha chạy vào cuộn dây AX ( hình 5.2.3.1) Dây quấn AX được đặt trong 4 rãnh trên stato 1,2,3,4. Trang 48 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 5.10 Từ trường đập mạch 2 cực của dây quấn 1 pha Hình 5.11. Từ trường đập mạch 4 cực của dây quấn 1 pha Căn cứ vào chiều dòng điện ta vẽ được chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai, dây quấn tạo ra tử trường đập mạch có hai cực ( p=1; p là số đôi cực), từ trường này có phương không đổi, nhưng có chiều và độ lớn biến thiên hình sin theo thời gian. Tương tự ta đặt dây quấn AX trên 4 rãnh tạo ra từ trường 4 cực đập mạch ( p=2). 2. Từ trường quay của dây quấn ba pha a. Sự tạo thành từ trường quay Ta xét máy điện ba pha đơn giản gồm 6 rãnh trong đó đặt ba dây quấn đối Trang 49 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN xứng AX, BY, CZ trên stato. Ba dây quấn được đặt lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện. Giả thiết trong các dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy qua (hình 5.12). iA = Imax sinωt 0 iB = Imax sin(ωt-120 ) (5.9) 0 iC = Imax sin(ωt-240 ) iA chạy vào cuộn dây AX, iB chạy vào cuộn BY, iC chạy vào cuộn CZ. Nếu iA>0 thì dòng đi vào A ra X, nếu iA<0 thì dòng đi vào X ra A. Hình 5.12 Từ trường quay 2 cực của dây cuấn 3 pha Xét từ trường tổng do dòng ba pha gây ra tại 3 thời điểm: Trang 50 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN + Thời điểm pha ωt= 900 Dòng điện pha A cực đại và dương, các dòng điện pha B và C âm và có độ lớn bằng nhau. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường B A , BB , BC , BTong . + Thời điểm pha ωt= 900+1200 Dòng điện pha B cực đại và dương, các dòng điện pha A và C âm. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường , , , Véc tơ từ trường tổng đã quay đi một góc là 1200 so với thời điểm trước theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. + Thời điểm pha ωt= 900+2400 Dòng điện pha C cực đại và dương, các dòng điện pha A và B âm. Véc tơ từ trường tổng đã quay đi một góc là 2400 so với thời điểm ban đầu theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Vậy dòng điện ba pha tạo ra từ trường quay. b. Đặc điểm của từ trường quay + Tốc độ từ trường quay. Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f và số đôi cực p. Tốc độ từ trường quay là n1 =60f/p ( vòng /phút). (5.10) + Chiều quay của từ trường Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện đạt cực đại Muốn đổi chiều quay của từ trường ta giữ nguyên một pha và thay đổi thứ tự hai pha còn lại với nhau . Trang 51 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Ví dụ : Dòng điện iB cho vào dây quấn CZ, dòng điện iC cho vào dây quấn BY, từ trường sẽ quay theo chiều ngược lại tức là cùng chiều kim đồng hồ. + Biên độ của từ trường quay Từ thông của từ trường quay xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng 3/2 từ thông cực đại của một pha φmax = 3/2 φpmax (5.11) 5.2.4 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ ba pha được thể hiện như hình 5.13. Hình 5.13 Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ là n1 = 60f/p. Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rôto và cảm ứng các sức điện động. Vì dây quấn rôto nối kín mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rôto. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rôto, kéo rôto quay với tốc độ n < n1 và cùng chiều với n1. Tốc độ quay của rôto n luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1 vì tốc độ Trang 52 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN bằng nhau thì trong dây quấn rôto không còn sức điện động và dòng điện cảm ứng, cho nên lực điện từ bằng không. Hệ số trượt của tốc độ: s = (n1-n)/n1 (5.12) Tốc độ của động cơ : n= 60f/p. (1-s) (vòng/phút) (5.13) 5.3 Máy điện đồng bộ 5.3.1 Đại cương Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng đúng tốc độ quay của từ trường stato n1 gọi là máy điện đồng bộ. Ở chế độ xác lập, máy điện đồng bộ có tốc độ quay rôto luôn không đổi khi tải thay đổi. Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơ cấp là các tua bin hơi, tuabin khí hoặc tuabin nước. Ở các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi các động cơ điêzen hoặc xăng, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai ba máy làm việc song song. Động cơ đồng bộ công suất lớn được sử dụng trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh, truyền động các máy bơm, nén khí, quạt gió .v.v. Động cơ đồng bộ công suất nhỏ được sử dụng trong các thiết bị như đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị lập chương trình, máy bù đồng bộ. 5.3.2 Cấu tạo máy điện đồng bộ Cấu tạo máy điện đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stato và rôto. Stato là phần tĩnh (còn gọi là phần ứng ), rôto là phần quay (còn gọi là phần cảm ). 1. Stato. Stato của máy điện đồng bộ giống như stato của máy điện không đồng bộ. 2. Roto. Trang 53 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Roto máy điện đồng bộ bao gồm lõi thép, cực từ và dây quấn kích từ. Dây quấn kích từ được cấp bởi nguồn điện một chiều để tạo ra từ trường cho máy. Hai đầu của dây quấn kích từ nối với hai vòng trượt đặt ở đầu trục, thông qua hai chổi than để nối với nguồn 1 chiều. Có hai loại: rôto cực từ ẩn và rôto cực lồi. a. Rôto cực lồi Dùng ở máy có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực. Rôto cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ. Hình 5.16 Roto cực lồi b. Rôto cực ẩn Thường dùng ở máy có tốc độ cao 3000v/ph có một đôi cực. Rôto cực ẩn dây quấn kích từ được đặt ẩn trong các rãnh. Trang 54 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 5.17 Lõi thép và mặt cắt ngang của roto máy điện đồng bộ cực ẩn 5.3.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ Hình 5.18 Sơ đồ nguyên lý của MF đồng bộ ba pha 1. Động cơ sơ cấp (tuabin hơi); 2. Dây quấn stato; 3. Roto của máy phát đồng bộ; 4. Dây quấn roto; 5. Vành trượt; 6. Chổi thanh tỳ lên vành trượt; 7. Máy phát điện một chiều nối cùng trục với máy phát điện đồng bộ. Dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rôto Φo. Khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của rôto sẽ cắt dây quấn phần ứng stato và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng: E0=4,44fW1kdqΦo. Nếu rôto có p đôi cực, tần số f của sức điện động: f = pn/60 Dây quấn ba pha stato có đặt lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện, cho nên sức điện động các pha lệch nhau góc pha 1200. Trang 55 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Trong dây quấn stato xuất hiện một nguồn điện ba pha đối xứng Khi dây quấn stato nối với tải, trong các dây quấn có dòng điện ba pha: iA = Imax sinωt 0 iB = Imax sin(ωt – 120 ) (5.14) 0 iC = Imaxsin(ωt – 240 ) Dòng điện ba pha được tạo ra giống như ở máy điện không đồng bộ sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là n1 = 60f/p (n = 60f/p =n1), đúng bằng tốc độ quay n của rôto. Do đó máy điện này gọi là máy điện đồng bộ. 5.3.4 Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ Khi máy phát điện làm việc, từ thông của cực từ rôto Φ0 cắt dây quấn stato 0 cảm ứng ra sức điện động E0 chậm pha so với nó một góc 90 . Dây quấn stato nối với tải sẽ tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải, dòng điện I tạo nên từ trường quay phần ứng (stato). Tác dụng của từ trường phần ứng (stato) lên từ trường cực từ (rôto) gọi là phản ứng phần ứng. a. Tải thuần trở Từ thông phần ứng Φư (stato) theo hướng ngang trục, làm lệch hướng từ trường cực từ (rôto) Φ0 ta gọi là phản ứng phần ứng ngang trục (hình 5.19) Hình 5.19 Tải thuần trở Ψ =0 Hình 5.20 Tải thuần cảm Ψ =90 Trang 56 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN b. Tải thuần cảm Từ thông phần ứng φư ngược chiều φ0 gọi là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trường tổng (hình 5.20) Hình 5.21 Tải thuần dung Ψ = -90 Hình 5.22 Tải hỗn hợp Ψ >0 c. Tải thuần dung. Từ thông phần ứng φư cùng chiều Φ0, gọi là phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ có tác dụng làm tăng từ trường tổng (hình 5.21). d. Tải hỗn hợp Phân tích từ trường phần ứng thành hai thành phần: Thành phần ngang trục làm lệch hướng từ trường tổng, thành phần dọc trục khử từ hoặc trợ từ tùy theo tính chất của tải (hình 5.22). 5.3.5. Động cơ điện đồng bộ a. Nguyên lý làm việc Khi cho dòng điện ba pha Ia, Ib, Ic vào ba dây quấn stato, dòng điện ba pha ở stato sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ n1 = 60f/p Khi cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto, rôto biến thành một nam châm điện Khi từ trường stato quay với tốc độ n1, lực tác dụng ấy sẽ kéo rôto quay với tốc độ n = n1. Trang 57 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 5.24 Sự tạo ra momen trong động cơ, 1. Trục roto; 2. Trục từ trường stato. b. Mở máy động cơ điện đồng bộ Hình 5.26 Roto cực lồi và dây quấn khởi động của động cơ đồng bộ. Muốn động cơ làm việc, phải tạo mômen mở máy để quay rôto đồng bộ với từ trường quay stato.Trên các mặt cực từ rôto, người ta đặt các thanh dẫn, được nối ngắn mạch như lồng sóc ở động cơ không đồng. Khi mở máy, nhờ có dây quấn mở máy ở rôto động cơ sẽ làm việc như đồng cơ không đồng bộ . Trong quá trình mở máy ở dây quấn kích từ sẽ cảm ứng điện áp rất lớn, có thể phá hỏng dây quấn kích từ, vì thế dây quấn kích từ sẽ được khép mạch qua mạch điện có điện trở lớn để bảo vệ dây quấn kích từ Trang 58 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Khi rôto đã quay đến tốc độ bằng tốc độ đồng bộ n1, đóng nguồn điện một chiều vào dây quấn kích từ, động cơ sẽ làm việc đồng bộ. 5.3 Máy điện 1 chiều 5.3.1 Cấu tạo máy phát điện một chiều Máy điện một chiều bao gồm stato với cực từ, rôto và cổ góp với chổi than a. Phần tĩnh (Stato) Hình 5.27 Cực từ chính Stato gọi là phần cảm gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy. Gắn với stato là các cực từ chính có dây quấn kích từ b. Phần quay (Roto) Hình 5.28 Lá thép, dây quấn phần ứng máy điện 1 chiều. Trang 59 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Rôto của máy điện một chiều gọi là phần ứng bao gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và chổi than. + Lõi thép và dây quấn. Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau. Các lá thép kỹ thuật điện có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng. Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp. Các phiến góp đặt trên cổ góp. + Cổ góp và chổi than. Cổ góp gổm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, được gắn ở đầu trục rôto. Các đầu dây của phần tử dây quấn rôto nối với phiến góp. Chổi than làm bằng than graphit, các chổi than được tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo. 5.3.2 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều Hình 5.29 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy phát một chiều. a.Mô tả nguyên lý máy phát; b. Sđđ máy phát có một phần tử; c. Sđđ máy phát có nhiều phần tử. Ta xét máy phát điện một chiều có dây quấn phần ứng gồm hai thanh dẫn ab và cd chỉ nối với hai phiến góp 1 và 2 ( hình 5.3.2.1a) Trang 60 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động. Chiều sức điện động được xác định bằng quy tắc bàn tay phải. Trên thanh dẫn ab sức điện động có chiều từ b đến a. Trên thanh dẫn cd chiều sức điện động từ d đến c. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của hai thanh dẫn phần tử và hai phiến góp thay đổi cho nhau. Sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều nhưng chiều dòng điện ở mạch ngoài không đổi. Cổ góp và chổi than đóng vai trò bộ chỉnh lưu dòng điện I ra tải có chiều không đổi. Phương trình cân bằng điện áp: U = Eư –Rư Iư (5.15) Rư là điện trở dây quấn phần ứng; U là điện áp hai đầu cực máy ; Eư là sức điện động phần ứng. 2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Hình 5.30 Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than tiếp xúc với hai phiến góp 1 và 2, trong dây quấn phần ứng có dòng điện (hình 5.3.2.2 ) Trang 61 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Hai thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho rôto quay, chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí hai thanh dẫn và hai phiến góp 1 và 2 đổi chổ cho nhau, đổi chiều dòng điện trong các thanh dẫn và chiều lực tác dụng không đổi cho nên động cơ có chiều quay không đổi Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường và sinh ra sức điện động cảm ứng Eư trong dây quấn rôto Phương trình điện áp động cơ điện một chiều: U = Eư + Rư Iư (5.16) 5.3.4 Phản ứng phần ứng của máy điện một chiều Khi máy điện một chiều không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện kích từ gây ra gọi là từ trường cực từ (hình 5.3.4) Từ trường cực từ phân bố đối xứng, ở đường trung tính hình học mn Ở đường trung tính hình học có cường độ từ cảm B = 0, thanh dẫn chuyển động qua đó không cảm ứng sức điện động . Khi máy điện có tải, dòng điện Iư trong dây quấn phần ứng (rôto) sinh ra từ trường phần ứng .Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng. Từ trường trong máy là từ trường tổng hợp của từ trường cực từ và từ trường phần ứng . Hậu quả của phản ứng phần ứng a. Từ trường trong máy bị biến dạng. Đường trung tính hình học mn đến vị trí mới gọi là trung tính vật lý m’n’ với góc lệch thường nhỏ và lệch theo chiều quay của rôto khi là máy phát điện, và ngược chiều quay của rôto khi là động cơ điện. Trang 62 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 5.31 Từ trường máy điện một chiều b. Khi tải lớn, dòng điện phần ứng lớn, từ trường phần ứng lớn, từ thông φ của máy bị giảm xuống, kéo theo sức điện động phần ứng Eư giảm, điện áp máy phát U giảm. Ở chế độ động cơ, từ thông giảm làm cho mômen quay giảm, và tốc độ động cơ thay đổi Để khắc phục hậu quả trên, người ta dùng cực từ phụ và dây quấn bù. Từ trường cực từ phụ và dây quấn bù ngược chiều với từ trường phần ứng nhằm triệt tiêu từ trường phần ứng. Câu hỏi ôn tập Câu 1. Tổn hao công suất của máy biến áp chủ yếu là tổn hao gì? Câu 2. Một máy biến áp một pha có các thông số dây sơ cấp và thứ cấp như sau: R1  0.58 , X1  4.4, R2  0.03 , X 2  0.42 . Thí nghiệm không tải của máy cho các kết quả sau: U1  20210V , U20  6600V , I0 12.3A, P0  26600W . Tính các thông số thay thể của máy biến áp. Câu 3. Nêu cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha? Câu 4. Hệ số trượt là gì? Tại sao tồn tại hệ số trượt trong động cơ không đồng bộ? Trang 63 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Câu 5. Nêu các biện pháp có thể để điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ ba pha. Câu 6. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ. Câu 7. Nêu cách mở máy động cơ điện đồng bộ ba pha công suất lớn. Câu 8. Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. Câu 9. Nêu các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều. Câu 10. Một máy phát điện kích từ song song, công suất định mực Pđm  25kW , điện áp định mức Uđm 115V , có các thông số sau: điện trở dây quấn kích từ song song Rkt 12.5 , điện trở dây quấn phần ứng Ru  0.0238, số đôi nhánh a=2, số đôi cực p=2, số thanh dẫn N=300, tốc độ quay n=1300 vòng/phút. Xác định sức điện động Eu , từ thông  . Trang 64 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Tài liệu tham khảo [1]. Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh (2006), Kỹ thuật điện, NXB Giáo Dục. [2]. Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh (2009), Bài tập Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo Dục. [3]. Christopher R Robertson (2008), Fundamental Electrical and Electronic Principles, Published by Elsevier Ltd. [4]. John Bird (2007), Electrical and Electronic Principles and Technology, Published by Elsevier Ltd. Trang 65 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN MỤC LỤC CHƯƠNG 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN ...................................... 2 1.1. Những khái niệm cơ bản về mạch điện ...................................................................... 2 1.1.1. Mạch điện ............................................................................................................ 2 1.1.2. Nguồn điện ........................................................................................................... 2 1.1.3. Tải ........................................................................................................................ 2 1.1.4. Dây dẫn ................................................................................................................ 3 1.2. Kết cấu hình học của mạch điện ................................................................................. 3 1.2.1. Nhánh ................................................................................................................... 3 1.2.2. Nút ....................................................................................................................... 3 1.2.3. Vòng ..................................................................................................................... 3 1.2.4. Mắt lưới ............................................................................................................... 3 1.3 Các đại lượng đặc trưng trong mạch điện .................................................................... 3 1.3.1. Dòng điện ............................................................................................................. 3 1.3.2. Điện áp ............................................................................................................. 3 1.3.3. Chiều dương dòng điện và điện áp ...................................................................... 3 1.3.4. Nguồn điện áp và nguồn dòng điện ..................................................................... 4 1.3.5. Điện trở ................................................................................................................ 4 1.3.6. Điện cảm L ........................................................................................................... 5 1.3.7. Điện dung C ......................................................................................................... 6 1.3.8. Công suất ............................................................................................................. 7 1.4. Các định luật Kirchoff ................................................................................................ 7 1.4.1. Định luật Kirchoff 1 ............................................................................................. 7 1.4.2. Định luật Kirchhoff 2 ........................................................................................... 8 CHƯƠNG 2. DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN ............................................................................... 10 2.1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều hình sin ............................................................ 10 Trang 66 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN Dòng điện xoay chiều có thể được mô tả dưới dạng hàm số sin, hoặc qui về dạng hàm số sin được gọi là dòng điện hình sin. ...................................................................................... 10 2.1.1. Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện hình sin ............................................... 10 2.1.2. Trị số hiệu dụng của dòng điện hình sin ............................................................ 11 2.2. Biểu diễn đại lượng xoay chiều bằng vectơ .............................................................. 11 2.3. Biểu điễn đại lượng xoay chiều hình sin bằng ảnh phức .......................................... 12 2.3.1. Kí hiệu của đại lượng phức ................................................................................ 12 2.3.2. Một số phép tính đối với số phức ...................................................................... 13 2.3.3. Tổng trở phức và tổng dẫn phức ........................................................................ 13 2.3.4. Các định luật dưới dạng phức ............................................................................ 14 2.4. Mạch điện thuần điện trở .......................................................................................... 14 2.5. Mạch điện thuần điện cảm ........................................................................................ 15 2.6. Mạch điện thuần điện dung ....................................................................................... 16 2.7. Mạch điện R- L- C mắc nồi tiếp ............................................................................... 17 2.8. Công suất trong mạch điện hình sin .......................................................................... 18 2.8.1. Công suất tác dụng P ......................................................................................... 18 2.8.2. Công suất phản kháng Q .................................................................................... 19 2.8.3. Công suất biểu kiến S ................................................................................. 19 2.9. Cộng hưởng điện áp và nâng cao hệ số cosφ ............................................................ 19 CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN ................................................. 22 3.1. Phương pháp biến đổi mạch điện .............................................................................. 22 3.1.1 Mắc nối tiếp ........................................................................................................ 22 3.1.2. Mắc song song ................................................................................................... 22 3.1.3. Biến đổi sao - tam giác (Y - ∆) và tam giác – sao ( ∆ -Y) ................................. 23 3.2. Phương pháp dòng điện nhánh ................................................................................. 24 3.3. Phương pháp dòng điện vòng ................................................................................... 25 3.4. Phương pháp điện thế hai nút ................................................................................... 27 3.5. Phương pháp xếp chồng ............................................................................................ 29 CHƯƠNG 4. MẠCH ĐIỆN BA PHA ................................................................................. 32 4.1. Khái niệm chung về mạch điện 3 pha ....................................................................... 32 Trang 67 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 4.2. Mạch điện 3 pha đối xứng nối sao sao (Y-Y) ........................................................... 33 4.2.1. Cách nối ............................................................................................................. 34 4.2.2. Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha ............................................................. 34 4.2.3. Giải mạch điện ba pha tải nối hình sao đối xứng ................................. 34 4.3. Mạch điện 3 pha đối xứng nối tam giác - tam giác (-) ......................................... 35 4.3.1. Cách nối ............................................................................................................. 35 4.3.2. Các quan hệ giữa đại lượng dây và đại lượng pha ............................................. 35 4.3.3. Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác .............................................................. 36 4.4. Mạch điện 3 pha nối phức tạp ................................................................................... 37 4.4.1 Giải mạch điện ba pha tải nổi hình sao không đối xứng ..................................... 37 CHƯƠNG 5. ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN ..................................................................... 41 5.1 Máy biến áp ............................................................................................................... 41 5.1.1 Khái niệm chung về máy biến áp ........................................................................ 41 5.1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp ................................................. 42 5.1.2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp ................................................................. 43 5.2 Máy điện không đồng bộ ........................................................................................... 45 5.2.1 Khái niệm chung ................................................................................................. 45 5.2.2 Cấu tạo máy điện không đồng bộ ....................................................................... 45 5.2.3 Từ trường của máy điện không đồng bộ ............................................................. 48 5.2.4 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ................................................ 52 5.3 Máy điện đồng bộ ...................................................................................................... 53 5.3.1 Đại cương ............................................................................................................ 53 5.3.2 Cấu tạo máy điện đồng bộ .................................................................................. 53 5.3.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ ................................................. 55 5.3.4 Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ ................................................. 56 5.3.5. Động cơ điện đồng bộ ........................................................................................ 57 5.3 Máy điện 1 chiều ........................................................................................................ 59 5.3.1 Cấu tạo máy phát điện một chiều ........................................................................ 59 Trang 68 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 5.3.2 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều ...................................................... 60 5.3.4 Phản ứng phần ứng của máy điện một chiều ...................................................... 62 Tài liệu tham khảo ............................................................................................................... 65 MỤC LỤC ........................................................................................................................... 66 Trang 69