Bài giảng Máy điện cơ sở (Phần 1)

i dt diM dt diLu r1, r2 là điện trở của dây quấn sơ cấp và thứ cấp L1 = L11 + L1 là điện cảm toàn phần của dq sơ cấp L2 = L22 + L2 là điện cảm toàn phần của dq thứ cấp - Phương pháp giải? - Sử dụng trong trường hợp nào? 4Các phương trình cơ bản của máy biến áp (5) • Phương trình cân bằng điện áp: Nếu như điện áp, sđđ, dòng điện  sin?  phức hóa? Sđđ cảm ứng bởi từ thông chính : 7 M.I.jL.I.jE M.I.jL.I.jE 12222 21111     Sđđ cảm ứng bởi từ thông tản 1 và 2: 21222 11111 x.I.jL.I.jE x.I.jL.I.jE        Phương trình cân bằng điện áp ở chế độ xác lập:      )jxr(IEU )jxr(IEU 22222 11111   - Phương pháp giải? - Sử dụng trong trường hợp nào? Các phương trình cơ bản của máy biến áp (6) • Phương trình cân bằng sức từ động (dòng điện): Từ phương trình cân bằng điện áp:  E1  U1  m = const Khi không tải : i0  F = i0.w1  m Khi có tải: m = const  phương trình cân bằng stđ: 8 )jxr(IEU 11111   m221121 2222 1111 w.iw.iFFF w.iFi w.iFi       221110 w.iw.iw.i  Khi i  sin: 221110 w.Iw.Iw.I   2121 1 2 210 IIk 1.II w w.III   5Các phương trình cơ bản của máy biến áp (7) • Phương trình cân bằng sức từ động( dòng điện): Ý nghĩa : +/ i0 là dòng từ hóa trong MBA, là dòng điện cần thiết sinh ra công suất phản kháng để từ hóa lõi sắt MBA. +/ Ta có i0 = const  i1 gồm 2 thành phần: - Thành phần thứ 1 sinh ra dòng từ hóa i0 để từ hóa lõi thép MBA - Thành phần thứ 2 sinh ra dòng bù lại sự thay đổi của dòng điện tải ( tỉ lệ với tải) để i0 = const 9 )I(IIIII 201210   10 1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG • Các phương trình cơ bản của máy biến áp • Quy đổi máy biến áp • Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của máy biến áp • Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí nghiệm 6Quy đổi máy biến áp (1) • Mục đích? • Lý do cần quy đổi máy biến áp? • Phương pháp? • Điều kiện? • Xác đinh thông số trước và sau khi quy đổi? 11 Quy đổi máy biến áp (2) Quy đổi một trong hai dây quấn về dây quấn kia  ta có hai kiểu quy đổi: Quy đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp Quy đổi dây quấn sơ cấp về dây quấn thứ cấp Thường quy đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp vì điện áp sơ cấp không đổi. Quy đổi w2 w’2 = w1 • Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi E’2 và U’2 : 12 22 2 1 2 m22 m1m22 E.kE w wE .w.f.44,4E .w.f.44,4.w.f.44,4E       • Dòng điện thứ cấp quy đổi I’2: k III.EI.E 222222  7Quy đổi máy biến áp (3) • Điện trở, điện kháng và tổng trở thứ cấp quy đổi: 13 • Mô hình toán sau khi quy đổi: 2 2 22 2 22 2 2 r.krr.Ir.I  Tương tự: 2 2 22 2 2 Z.kZx.kx  t 2 t Z.kZ          )I(II ZIEU ZIEU 201 222 ' 2 1111    14 1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG • Các phương trình cơ bản của máy biến áp • Quy đổi máy biến áp • Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của máy biến áp • Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí nghiệm 8Sơ đồ thay thế máy biến áp (1) Mỗi dây quấn của mba được biểu diễn làm 2 phần: Phần mô tả ngoài lõi sắt: có điện trở r1 (r’2) và điện kháng x1 (x’2) Phần trên lõi sắt: có số vòng w1 và sđđ E1 15 w1 w'2 = w1E1 r1x1 x'2r'2 Z'tE'2 I1 I'2 U'2 U1 Sơ đồ thay thế máy biến áp (2) E’2 = E1 ?  Khi chập 2 đầu dây quấn tương ứng? 16 w1-E1 r1x1 x'2r'2 Z't I1 I'2 U'2 U1 io ngược chiều e1. Nhánh từ hóa Trong đó: đặc trưng cho tổn hao sắt khi từ hóa do dòng xoáy và từ trễ. m01 Z.IE    mmm x.jrZ 2 0 Fe m I.m pr  9Sơ đồ thay thế máy biến áp (3) điện kháng từ hóa, đặc trưng cho CSPK cần thiết để từ hóa lõi sắt. xm >> rm 17  Thay thế lõi sắt bằng các thông số rm, xm: 2 0 m m I.m Qx  r1x1 x'2r'2 Z't I1 U1 -I'2 U'2 rm xm Sơ đồ thay thế máy biến áp (4) Thực tế có Zm >> Z1 ,Z’2 , coi Zm  so với Z1 và Z’2  I0 rất nhỏ  coi nhánh từ hóa hở mạch  sơ đồ mạch điện thay thế đơn giản: 18 Tổng trở ngắn mạch của mba: Zn = rn +jxn Với rn = r1 +r’2; xn = x1 +x’2 Z't Z'2Z1 U'2U1 I1 I1=-I'2 10 Đồ thị véctơ của máy biến áp (1) • Hai trường hợp của tải: có tính cảm ( RL) và tính dung (RC): 19 20 1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG • Các phương trình cơ bản của máy biến áp • Quy đổi máy biến áp • Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của máy biến áp • Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí nghiệm 11 Xác định các tham số của MBA bằng TN (1) 21 • Những tham số nào? • Cần những thí nghiệm gì? • Thiết bị đo cần dùng? r1x1 x'2r'2 Z't I1 U1 -I'2 U'2 rm xm Xác định các tham số của MBA bằng TN (1) • Thí nghiệm không tải: 22 - Các thiết bị đo nào? - Điện áp thí nghiệm? - Các thông số nào có thể đo được? r1x1 x'2r'2 I1 = I0 U1 I2 = 0 rm xm -E1 I0  điện áp U1đm  dòng điện I0  công suất P0 12 Xác định các tham số của MBA bằng TN (1) • Thí nghiệm không tải: 23 Từ các số liệu thí nghiệm  tinh toán được: Tổng trở Điện trở Điện kháng m12 0 0 00 2 0m1 2 00 rrI Prr.I)rr.(IP  0 đm1 0 I UZ  m1 2 0 2 00 xxrZx  20 đm1 2 1 U U w wk  o1dm o 0 .IU Pcos  100. I I%I đm1 0 0  Xác định các tham số của MBA bằng TN (2) • Thí nghiệm ngắn mạch: 24 r1x1 x'2r'2 In = I1ñm = I '2ñm Un - Các thiết bị đo nào? - Điện áp thí nghiệm? - Các thông số nào có thể đo được?  điện áp Un  dòng điện In (I1đm)  công suất Pn 13 Xác định các tham số của MBA bằng TN (2) • Thí nghiệm ngắn mạch: 25 Từ các số liệu đo được  tinh toán được các tham số: n n n I UZ  2 n n nn 2 n21 2 nn I Prr.I)rr.(IP  2 n 2 nn rZx  MBA có         2 rrr 2 xxx n 21 n 21 Xác định các tham số của MBA bằng TN (3) • Thí nghiệm ngắn mạch: 26 Từ thí nghiệm không tải  xm, rm Các mba thường cho 2 thành phần điện áp ngắn mạch: Tp tác dụng: Unr = I1.rn là điện áp rơi trên điện trở Tp phản kháng:Unx = I1.xn là điện áp rơi trên điện kháng Tam giác ngắn mạch: 100. U U%U đm1 n n  InI1ðm.rn Un j.I1ðm.xn n) r x(arctg )I,Uarg( n n n nnn   1BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 2 1.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG • Giản đồ năng lượng của máy biến áp • Độ thay đổi điện áp thứ cấp và các phương pháp điều chỉnh điện áp của máy biến áp • Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp Giản đồ năng lượng của máy biến áp (1) 3 • Công suất toàn phần ( công suất biểu kiến)? • Công suất tác dụng? • Công suất phản kháng? Giản đồ năng lượng của máy biến áp (1) 4 r1x1 x'2r2 Z't I1 U1 -I'2 U'2 rm xm I0 • Công suất tác dụng: - Công suất tác dụng đưa vào dây quấn sơ cấp mba: 1111f1f11 cos.I.U.3cos.I.U.mP  - Tổn hao đồng: 1 2 1cu r.I.mp f1 - Tổn hao trong lõi sắt: m 2 0Fe r.I.mp  - Công suất điện từ: Fe1cu1đt ppPP  Giản đồ năng lượng của máy biến áp (2) 5 - Tổn hao đồng: 2 2 2cu r.I.mp 2  - Công suất ở đầu ra của mba: 2222cuđt2 cos.I.U.3pPP  • Công suất phản kháng: - Công suất phản kháng nhận vào dây quấn sơ cấp: 1111f1f11 sin.I.U.3sin.I.U.mQ  1 2 1 x.I.mq 1 - Công suất tạo ra từ trường tản và từ trường chính: 2 2 22 x.I.mq  mm xImQ .. 2 0 - Công suất phản kháng đầu ra: 222 2112 sin...3 IU qQqQQ m   Giản đồ năng lượng của máy biến áp (3) 6 - Khi tải có tính cảm 2 > 0 → Q2 > 0, lúc đó Q1 > 0  công suất phản kháng truyền từ dq sơ cấp sang dq thứ cấp. - Khi tải có tính dung 2 < 0 → Q2 < 0 Q1 < 0: công suất phản kháng truyền từ dq thứ cấp sang dq sơ cấp Q1 > 0: MBA lấy công suất phản kháng từ phía sơ cấp và thứ cấp để từ hoá nó. pcu1 P1  jQ1 Pñt Qñt P2  jQ2 jq1 pFejqm pcu2jq2 Pđt±jQđt 71.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG • Giản đồ năng lượng của máy biến áp • Độ thay đổi điện áp thứ cấp và các phương pháp điều chỉnh điện áp của máy biến áp • Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp Độ thay đổi điện áp thứ cấp (1) Độ thay đổi điện áp thứ cấp của mba ΔU là hiệu số số học giữa trị số điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải U2 (điều kiện U1 = U1đm). 8 220 UUU  1 2 1 21 20 220 20 2 20 220 20 U U1 U UU U.k )UU(k U U1 U UU U UU     xác định ΔU* ? - Xác định bằng phương pháp hình học: từ đồ thị vector của MBA, nhưng vì các cạnh của tam giác điện kháng rất nhỏ so với U1 và U2’ không chính xác - Xác định bằng phương pháp giải tích: Độ thay đổi điện áp thứ cấp (2) 9 Sử dụng mạch điện thay thế đơn giản: Zm >> I0 = 0  21 II        )xjr(IEU )jxr(IEU 22222 11111   )jxr(IUUEE nn12121   Xét mba làm việc ở một tải có hệ số tải đm2 2 I I Xét tải có tính cảm: I2 chậm pha so với U2 góc 2. Độ thay đổi điện áp thứ cấp (3) 10 Hạ CB  AD , do CB<<  AC = AB DBUUU 21  )cos(.U.U 2nn  )sin.Ucos.U.( )cos(.U.U 2 * nx2 * nr 2n * n *   )(121 nn jxrIUU   I1=-I'2 -U'2 U1 -jI1.xn I1.rn A D C B 2 n Độ thay đổi điện áp thứ cấp (4) 11 Unr và Unx đã có?  U  , 2 0 cos2 = 0,8 U% cos2 = 1 cos2 = 0,8 2 > 0 2 < 0 Quan hệ U = f() khi cos2 = const Điều chỉnh điện áp (1) 12 Từ ΔU=f(β,cos2)  U2 phụ thuộc vào β và cos2 khi tải thay đổi: - Độ lớn tải thay đổi - Tính chất tải thay đổi  U2 ? Để giữ cho U2 = const khi tải thay đổi ? 0 cos2 = 0,8 U% cos2 = 1 cos2 = 0,8 2 > 0 2 < 0 Điều chỉnh điện áp (1) 13 2 1 2 1 w w U U  Khi U2  < U2min điều chỉnh giảm W cuộn CA Khi U2  > U2max điều chỉnh tăng W cuộn CA Ví dụ MBA hạ áp:  Thay đổi tỉ số biến áp k  thay đổi số vòng dây W. Điều chỉnh số vòng dây: Bên cuộn CA? Bên cuộn HA? Để giữ cho U2 = const khi tải thay đổi ? Chọn bên nào? Điều chỉnh điện áp (1) 14 Bộ điều áp không tải DETC De-energised tap changer Bộ điều áp dưới tải OLTC On load tap changer 15 1.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG • Giản đồ năng lượng của máy biến áp • Độ thay đổi điện áp thứ cấp và các phương pháp điều chỉnh điện áp của máy biến áp • Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp (1) 16 Hiệu suất của MBA: 1 pP p1 P p1 P pP P P 211 1 1 2        Fe2cu1cu pppp ' 21021m II0IZ,ZZ  Tổn hao sắt: pFe = P0 Tổn hao đồng: do n 2 2 đm1 2 đm12 1n 2 1n2cu1cu P.I I.I.r.mI.r.mpp  2đm2đm2đm2 đm2 2 2222 cos.S.cos.I.U.mI Icos.I.U.mP  Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp (2) 17 n 2 02đm n 2 0 2 P.Pcos.S. P.P1 pP p1       P0, Pn cho trong catalogue của mba.  η = f(β,cos2) Xét cos2 = const  hiệu suất cực đại ηmax : 0n 2* n 0* PP. P P0 d d    Thường thiết kế hệ số tải =? Ứng với ηmax 1BÀI GIẢNG Máy điện cơ cở EE3140 2 CHƯƠNG 1. MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG 1.1. Khái niệm chung về máy biến áp 1.2. Quan hệ điện từ trong máy biến áp 1.3. Các chế độ làm việc của máy biến áp 1.4. Máy biến áp ba pha 31.4. MÁY BIẾN ÁP BA PHA NỘI DUNG • Khái niệm Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha • Tổ nối dây của Máy biến áp • Máy biến áp làm việc song song (ý nghĩa, điều kiện ) 4 Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha • Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha 5Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha • Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha 6 Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha • Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha 71.4. MÁY BIẾN ÁP BA PHA NỘI DUNG • Khái niệm Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha • Tổ nối dây của Máy biến áp • Máy biến áp làm việc song song (ý nghĩa, điều kiện ) 8 TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Tổ nối dây? Tổ nối dây là các kiểu phối hợp nối dây giữa các pha dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Ký hiệu đầu dây? Dây quấn mba một pha? tùy chọn đầu đầu và đầu cuối Dây quấn mba ba pha? thống nhất đầu đầu và đầu cuối A X B Y C Z Cao áp Hạ áp Trung áp Đầu đầu A, B, C a, b, c Am, Bm, Cm Đầu cuối X, Y, Z x, y, z Xm, Ym, Zm Trung tính O o Om 9TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Các kiểu đấu dây quấn? 10 TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Tổ nối dây của MBA? Tổ nối dây biểu thị góc lệch pha giữa sđđ dây của dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp. góc lệch pha:  = arg(EAB, Eab) = arg(EBC, Ebc) = arg(EAC, Eac)  phụ thuộc: + Chiều quấn dây + Ký hiệu đầu dây + Kiểu đấu dây 11 TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Tổ nối dây của MBA? Xét các trường hợp của mba một pha hai dây quấn AX và ax + Trường hợp a : lệch pha 3600( hay 00) + Trường hợp b, c : lệch pha 1800 12 TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Tổ nối dây của MBA? Quy tắc kim đồng hồ: + Kim dài chỉ sđđ sơ cấp cố định ở con số 12. + Kim ngắn chỉ sđđ thứ cấp, chỉ vào các số 1,2,.., 12 ứng với góc lệch pha 30o,60o,..,360o 13 TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Tổ nối dây của MBA? Ví dụ: mba ba pha có dây quấn sơ và dây quấn thứ nối hình sao, cùng chiều quấn dây và cùng ký hiệu các đầu dây: A B C a b c EAB Eab A B C a b c Góc lệch pha: 360o hay 0o Tổ nối dây 12 Ký hiệu là Y/y-12 hay Y/y-0. 14 1.4. MÁY BIẾN ÁP BA PHA NỘI DUNG • Khái niệm Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha • Tổ nối dây của Máy biến áp • Máy biến áp làm việc song song (ý nghĩa, điều kiện ) 15 MBA LÀM VIỆC SONG SONG NỘI DUNG • Mục đích, yêu cầu và điều kiện khi MBA làm việc song song. • Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA làm việc song song. Mục đích, yêu cầu, điều kiện khi MBA làm việc song song (1) 16 • Mục đích: A X a x(I) (II) Icb1 Icb2 Ztai - Trong các trạm biến áp để đảm bảo các điều kiện KT-KT như tổn hao vận hành tối thiểu, liên tục truyền công suất khi bị sự cố hay khi sửa chữa, bảo dưỡng, chuyển tải người ta thường cho 2 hay nhiều MBA làm việc song song - Để đảm bảo hệ số tải β thỏa mãn điều kiện làm việc có hiệu suất cao. Ban đêm, tổng trở tải Ztải thấp, để tránh MBA chạy non tải → cần dồn tải cho một số MBA. Mục đích, yêu cầu, điều kiện (2) 17 • Yêu cầu: - Khi cho các MBA làm việc song song thì có thể xuất hiện dòng điện cân bằng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp của MBA. Cần triệt tiêu dòng cân bằng này: Icb → 0 - Tải phân bố giữa các máy tỉ lệ thuận với công suất định mức của chúng: .... S S S S đmII II đmI I  Mục đích, yêu cầu, điều kiện (3) 18 • Điều kiện: Giả sử có 2 MBA làm việc song song. Khi đó         III II2I2 nIInI II2I2 cb2 phagóc EE 0 ZZ EEI  - Như vậy MBA làm việc song song tốt nhất nếu điện áp thứ cấp của chúng bằng nhau về độ lớn và trùng nhau về góc pha và nếu hệ số tải β của chúng bằng nhau. - Tức là chúng phải có điều kiện cùng tổ nối dây, cùng tỉ số biến áp K và điện áp ngắn mạch như nhau. 19 1.4. CÁC MBA LÀM VIỆC SONG SONG NỘI DUNG • Mục đích, yêu cầu và điều kiện khi MBA làm việc song song. • Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA làm việc song song. Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (1) 20 • Điều kiện cùng tổ nối dây: - Nếu các MBA làm việc song song có cùng tổ nối dây thì điện áp thứ cấp của chúng cùng pha nhau, trái lại nếu khác tổ nối dây thì điện áp thứ cấp của chúng khác pha nhau. - Giả sử có 2MBA giống nhau      đmIIđmI nIInI SS ZZ Nhưng ≠ tổ nối dây VD máy I có tổ nối dây Y/Y-12, máy II là Y/∆-11 Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (2) • Điều kiện cùng tổ nối dây: A B C a b c MBA I A B C ca b MBA II A C B a b  Ta thấy điện áp thứ cấp của 2 MBA lệch pha nhau 1 góc: 030 0 I 15sin.E.2E   nI 0 I nInIInI III cb Z 15sin.E Z2 E ZZ EEI     Zn nhỏ  đmcbđm I)87(IUE làm hỏng MBA Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (3) • Điều kiện cùng hệ số biến áp k: - Cho 2 MBA I và II làm việc // với nhau. Nếu k bằng nhau thì điện áp thứ cấp lúc không tải của 2 MBA bằng nhau: E2I = E2II → Icb = 0 - 2 MBA có cùng tổ nối dây αI = αII → sđđ trùng pha nhau, nếu hệ số biến áp kI ≠ kII LII1I1 UUU        II20I20 LIIII20 LII20 UU U.kU U.kU trong dây quấn thứ cấp các MBA có dòng điện cân bằng 0Icb  Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (4) • Điều kiện cùng hệ số biến áp k: cbIIcbI II   - Sơ đồ véc tơ khi không tải: U2 EI EII IcbI IcbII -jIcbI.xnI -IcbI.rnI -IcbI.rnII -jIcbI.xnII nIIcbIIII2 nIcbII22 Z.IE Z.IEU     Khi không tải, điện áp rơi trên các cuộn dây MBA cùng với các điện áp E2I và E2II tạo thành điện áp U2 thống nhất ở mạch thứ cấp. Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (5) • Điều kiện cùng hệ số biến áp k: - Khi có tải: ttIItI III   II IcbI It III IcbII            taiquáIImáyII tainonImáyII III III tII tI tcbIIII tcbII   → hệ số tải khác nhau → ảnh hưởng xấu tới việc lợi dụng công suất của máy. Vì vậy quy định rằng ∆k của các MBA khi làm việc // không được quá 0,5% giá trị trung bình của chúng. Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (6) • Điều kiện cùng điện áp ngắn mạch tương đối Un%: Có 3MBA làm việc // có thông số:      đmIIIđmIIđmI nIIInIInI SSS ZZZ ZnI ZnI ZnI U'2U1 I II III IIII Cùng tổ nối dây và cùng hệ số biến áp k - Mạch điện thay thế của các MBA: Cần xác định hệ số tải βI; βII; βIII = ? IIIIII IIII        III Ii ninIIInIInI Z 1 1 Z 1 Z 1 Z 1 1Z Z.IU   Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (7) • Điều kiện cùng điện áp ngắn mạch tương đối Un%: n n n n n r x; r xarctgcóTa  → có thể coi φnI  φnII  φnIII nên các dòng điện tải coi như trùng pha → khi tính toán có thể thay số phức bằng các môdul của chúng. của các MBA ít thay đổi đm1 đmI1 U. 100 %UU; I UZ nInInInI     III Ii ni đmi1nI đmI1 đmI1 I I U I. I U.I I I I đmI1    III Ii ni đmi nI đmI I I %U S%.U S S S Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (8) • Điều kiện cùng điện áp ngắn mạch tương đối Un%: Kết luận: %U 1: %U 1: %U 1::/1 nIIInIInI IIIIII  %U%U%U/2 nIIInIInIIIIIII  3/ MBA có Unmin sẽ có βmax → khi tăng tải sẽ đầy tải (β = 1) sớm nhất. Khi tiếp tục tăng tải → quá tải, trong khi các máy khác vẫn còn β < 1 → không sử dụng hết công suất thiết kế của máy. → Máy có Unmin sẽ dễ hỏng. 1BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 2CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU NỘI DUNG 2.1. Nguyên lý biến đổi điện cơ. 2.2. Dây quấn máy điện xoay chiều. 2.3. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều. 2.4. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều. 32.1. Nguyên lý biến đổi điện cơ NỘI DUNG • Tổng quan về máy điện quay • Biến đổi điện cơ Tổng quan về máy điện quay 4 Kết cấu: Máy điện quay gồm 2 phần chính: phần tĩnh (Stator) và phần quay (Rotor), ở đó diễn ra sự biến đổi điện cơ. Trên Stator và Rotor gồm có mạch từ và dây quấn - Mạch từ là 2 khối đồng trục cách nhau một khoảng khe hở đảm bảo có thể chuyển động tương đối với nhau. - Dây quấn lồng trên các rãnh mạch từ. Tổng quan về máy điện quay 5 Nguyên lý làm việc: - Định luật về cảm ứng điện từ - Định luật về lực điện từ Dựa vào 2 định luật chính: Phân loại: - Máy điện không đồng bộ - Máy điện đồng bộ - Máy điện một chiều Tùy theo cách tạo ra từ trường, kết cấu mạch từ và dây quấn ta chia máy điện quay thành các loại: 62.1. Nguyên lý biến đổi điện cơ NỘI DUNG • Tổng quan về máy điện quay • Biến đổi điện cơ Biến đổi điện cơ 7 - Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác. - Một máy điện quay thực hiện nhiệm vụ biến đổi năng lượng từ điện sang cơ hay ngược lại - tương ứng với chế độ động cơ điện hay chế độ máy phát điện. ĐIỆN NĂNG TRƯỜNG ĐIỆN TỪ CƠ NĂNG Biến đổi năng lượng Động cơ Máy phát 1BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 2CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU NỘI DUNG 2.1. Nguyên lý biến đổi điện cơ 2.2. Dây quấn máy điện xoay chiều. 2.3. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều. 2.4. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều. 32.2. Dây quấn máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung • Dây quấn có q là số nguyên • Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc Khái niệm chung 4 Dây quấn của máy điện quay được bố trí ở hai bên khe hở trên lõi thép của phần tĩnh và phần quay. Nó là bộ phận chính để thực hiện sự biến đổi năng lượng cơ điện trong máy. Dây quấn máy điện quay chia làm hai loại: - Dây quấn phần cảm - Dây quấn phần ứng Khái niệm chung 5 Dây quấn phần cảm có nhiệm vụ sinh ra từ trường ở khe hở lúc không tải. Từ trường này trong các máy điện quay thường có cực tính thay đổi, nghĩa là bố trí cực N và S xen kẽ nhau. Dây quấn kích từ quấn tập trung của MĐĐB Khái niệm chung Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sđđ nhất định khi có chuyển động tương đối trong từ trường khe hở và tạo ra stđ cần thiết cho sự biến đổi năng lượng cơ điện. Dây quấn phần ứng được hình thành từ tổ hợp các bối dây (phần tử) với nhau. Mỗi bối dây gồm có W vòng dây. Wp=1 Wp=2 Khái niệm chung • Các đại lượng đặc trưng của dây quấn máy điện xoay chiều Khái niệm chung • Các đại lượng đặc trưng của dây quấn máy điện xoay chiều 1. Bước cực: Là khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp nhau, tính bằng số rãnh dưới một cực. p2 Z [số rãnh] Z là số rãnh2p số cực từ 2. Bước dây quấn y: Là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của bối dây.  p2 Zy   y • y = : dq bước đủ. • y > : dq bước dài. • y < : dq bước ngắn. [số rãnh] Khái niệm chung 3. Số rãnh của một pha dưới một cực từ: mp2 Z p2.m Zq  Trong đó: m là số pha q có thể là số nguyên, cũng có thể là phân số. [số rãnh] • Các đại lượng đặc trưng của dây quấn máy điện xoay chiều 4. Góc độ điện giữa hai rãnh cạnh nhau : Z 360.p p Z 360 00  [độ điện] Khái niệm chung • Phân loại dây quấn máy điện xoay chiều: 1. Phân theo số lớp trong rãnh: 2 ZS  + Dây quấn một lớp: trong một rãnh chỉ đặt một cạnh tác dụng. Mỗi bối dây có hai cạnh tác dụng  số bối dây của dây quấn: ZS  + Dây quấn hai lớp: trong một rãnh đặt hai cạnh tác dụng của hai phần tử khác nhau.  số bối dây của dây quấn: Khái niệm chung • Phân loại dây quấn máy điện xoay chiều: 1. Phân theo cách nối các phần tử. • Dây quấn xếp. • Dây quấn sóng. 2. Phân theo hình dạng phần tử dây quấn. • Dây quấn đồng khuôn. • Dây quấn đồng tâm. • Dây quấn đồng khuôn phân tán. 12 2.2. Dây quấn máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung • Dây quấn có q là số nguyên • Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc Dây quấn có q là số nguyên • Dây quấn một lớp • Dây quấn hai lớp Dây quấn một lớp Trong rãnh chỉ đặt một thanh dẫn. Xét sơ đồ khai triển dây quấn một lớp của máy điện xoay chiều có số liệu sau: Z = 24; 2p = 4; m =3. Các đại lượng đặc trưng của dây quấn: 6 4 24 2p Zτ  12 2 24 2 Zs  2 2.3.2 24 mp2 Zq  - Bước cực: - Số bối dây: - Số rãnh của 1 pha dưới 1 cực: rãnh - Bước dây quấn: y =  = 6 rãnh Dây quấn một lớp Các đại lượng đặc trưng của dây quấn:  30 24 2.360 Z p.360α 0 8 3 24 m Z  1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A Z B X C Y - Góc lệch pha giữa 2 rãnh kề nhau - Số rãnh trên 1 pha Ta thiết lập hình sao sđđ cạnh tác dụng của dây quấn: rãnh Dây quấn một lớp Cạnh tác dụng thứ 112 hình thành hình sao sđđ, các tia lệch pha nhau 300, ở đôi cực từ thứ nhất. Cạnh tác dụng thứ 1324 hình thành hình sao sđđ, ở đôi cực từ thứ hai, do có vị trí giống nhau trong từ trường, nên hoàn toàn trùng với hình sao của đôi cực từ thứ nhất. Chia hình sao sđđ thành 2m = 6 vùng pha, góc mỗi vùng pha γ = 600, từ đó ta biết được cạnh tác dụng của từng pha. Dây quấn một lớp + sơ đồ triển khai dây quấn: Pha A: (1-7), (2-8); (13-19), (14-20). Pha B: (5-11), (6-12); (17-23), (18-24). Pha C: (9-15), (10-16); (21-3), (22-4). Dây quấn một lớp Từ sơ đồ khai triển ta thấy: + Mỗi pha có hai nhóm bối dây. + Mỗi nhóm có q phần tử dây quấn. + Các nhóm có thể mắc nối tiếp hoặc mắc song song phụ thuộc vào điện áp. a = 1: hai nhóm bối dây mắc nối tiếp với nhau a = 2: hai nhóm bối dây mắc song song với nhau + Dây quấn gồm các phần tử có kích thước giống nhau nên gọi là dây quấn đồng khuôn. Dây quấn một lớp Trị số sđđ của 1 pha không phụ thuộc thứ tự nối các cạnh tác dụng thuộc pha đó. pha A có thể nối các cạnh tác dụng (1- 8), (2-7) ở dưới đôi cực từ thứ nhất và (13-20), (14-19) ở dưới đôi cực từ thứ hai. Pha A: (1-8), (2-7); (13-20), (14-19). Pha B: (5-12), (6-11); (17-24), (18-23). Pha C: (9-16), (10-15); (21-4), (22-3). Dây quấn một lớp - Các bối dây giống như những vòng tròn đồng tâm nên gọi là dây quấn đồng tâm. - Phần đầu nối lồng vào nhau. Các kiểu dây quấn đồng tâm, đồng khuôn gọi là dây quấn tập trung vì các nhóm phần tử tập trung dưới các cực từ nhất định. Dây quấn một lớp  Có thể nối các cạnh tác dụng của các phần tử theo thứ tự khác là (2-7), (8-13) và (14-19), (20-1). Như vậy ta có thể nối các cạnh tác dụng của các phần tử ở các pha theo thứ tự sau : Pha A: (2-7), (8-13); (14-19), (20-1). Pha B: (6-11), (12-17); (18-23), (24-5). Pha C: (10-15), (16-21); (22-3), (4-9). Cách nối này gọi là dây quấn đồng khuôn phân tán. Dây quấn có q là số nguyên • Dây quấn một lớp • Dây quấn hai lớp Dây quấn hai lớp Dây quấn 2 lớp là dây quấn mà trong mỗi rãnh có đặt hai cạnh tác dụng của 2 bối dây khác nhau. Số bối dây của dây quấn: S = Z Một bối dây có 1 cạnh ở lớp trên của một rãnh và 1 cạnh ở lớp dưới của rãnh khác. Có hai loại : dây quấn xếp và dây quấn sóng. Ưu điểm : có thể làm được dây quấn bước ngắn để cải thiện dạng sóng sđđ. Nhược điểm: Lồng dây và sửa chữa khó khăn. Xét dây quấn hai lớp có: Z = 24; 2p = 4; m = 3 Bước dây quấn y <   ta lấy y = 5 Dây quấn hai lớp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Lớp trên A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y Lớp dướ i A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y A Chú ý: lớp dây trên có phân bố như dây quấn bước đủ y =  Lớp dây dưới có phân bố nhận được từ lớp trên dịch chuyển sang trái một số rãnh =  – y (bài này là 6 - 5 = 1 rãnh) Dây quấn xếp 2 lớp bước ngắn 25 2.2. Dây quấn máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung • Dây quấn có q là số nguyên • Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc được tạo thành bởi các thanh dẫn bằng đồng đặt trong các rãnh của rôto, hai đầu của chúng hàn với hai vành ngắn mạch cũng bằng đồng. Các thanh dẫn và vành ngắn mạch nói trên cũng có thể đúc liền bằng nhôm. 1 2 1' 2' rv rt Sđđ của các thanh dẫn lệch pha nhau một góc: α = 2πp/Z. Trong tính toán thực tế, để đơn giản thường xem mỗi thanh dẫn là một pha: m2 = Z2, và số vòng dây của một pha: w = 1/2, các hệ số kn = k = 1. Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc Sơ đồ mạch điện của dây quấn lồng sóc: rv rv rv rv rt rt rtrt 1 1' 2 2' 3 3' Z Z' Iv12 Iv23 It1 It2 It3 Iv2'1' Iv3'2' 23v2t12v III   23v12v II   Z psin.I.2I vt  Iv23Iv12 It2  Đối với một nút bất kỳ, thí dụ tại nút hai ta có: Với Do dòng điện trong các thanh dẫn của vành ngắn mạch cũng lệch nhau 1 góc α nên ta có: Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc Nếu có Z thanh dẫn  có Z pha. Gọi It: là dòng điện một pha rph : là điện trở một pha Vì tổn hao trên điện trở của mạch điện thực và mạch điện thay thế phải bằng nhau, nghĩa là: Z psin.2 rrrr.I.Zr.I.Zr.I.Z 2 v tphv 2 vt 2 tph 2 t  1BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 2CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU NỘI DUNG 2.1. Nguyên lý biến đổi điện cơ 2.2. Dây quấn máy điện xoay chiều. 2.3. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều. 2.4. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều. 32.3. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều NỘI DUNG • S.Đ.Đ CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU • CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 4S.Đ.Đ CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU Khi nào có sức điện động trong dây quấn phần ứng? Muốn tạo ra sự biến thiên của từ thông xuyên qua dây quấn phần ứng? - Cho dây quấn phần ứng chuyển động tương đối trong từ trường phần cảm. - Cho xuyên qua dq phần ứng đứng yên, một từ trường phần cảm đập mạch hoặc một từ trường không đổi nhưng từ dẫn mạch từ thay đổi. 5S.Đ.Đ CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU Để máy làm việc được tốt, yêu cầu từ trường phân bố dọc khe hở của máy hình sin để sđđ cảm ứng trong dây quấn có dạng hình sin. Thực tế không thể thực hiện được vì: - Do bão hòa mạch từ - Cấu trúc răng rãnh mạch từ - Phân bố dây quấn theo bề mặt của nó không liên tục Nên từ trường sẽ khác sin. Ta phân tích chúng thành sóng cơ bản (bậc 1) và sóng bậc cao  (bậc 3,5,...). 6Phân bố từ cảm từ trường cực từ MĐĐB dọc bề mặt Stator Khi rotor chuyển động, từ trường B1, B3, B5, B7, .. cảm ứng trong dây quấn sđđ e1, e3, e5, e7, ... Do tần số f khác nhau nên sđđ tổng trong dây quấn sẽ có dạng không sin. S.Đ.Đ CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 7• Sđđ của dây quấn do từ trường sóng cơ bản  =1. • Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao. S.Đ.Đ CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 8Sđđ của dây quấn do từ trường sóng cơ bản  =1. • Sđđ của một thanh dẫn. • Sđđ của một vòng dây và Sđđ của một bối dây (phần tử). • Sđđ của một nhóm bối dây. • Sđđ của một pha dây quấn. 9Sđđ của một thanh dẫn xsin.BB mx   xsin.v.l.Bv.l.Be mxtd   f.2 T 2 t xv     .l.B.2 m tsin.E.2tsin..f.e tdtd   .f22,2 2 .f.E td Thanh dẫn có chiều dài l chuyển đổng với vận tốc v trong từ trường cơ bản phân bố hình sin dọc khe hở: Trong thanh dẫn cảm ứng sđđ: Trong đó: Ta có tốc độ góc:  = 2f Từ thông ứng với một bước cực: Trong đó : 10 Sđđ của một vòng dây và Sđđ của một bối dây Sđđ của một vòng dây gồm hai thanh dẫn đặt trong hai rãnh cách nhau một khoảng y là hiệu số hình học các sđđ lệch nhau một góc (y/) của hai thanh dẫn đó. tdtdV EEE   ) 2 .ysin(.E2EEE tdtdtdV     2 .sin )y(E )y(Ek V V n    nntdV k..f.44,4k.E2E  Sđđ của một vòng dây: Với dây quấn bước đủ có y =   EV = 2.Etd gọi là hệ số bước ngắn.Ta có: y=    Bm1 E'td E"td E'td E"td -E"td EV  nbVbb k.w..f.44,4E.wE  Sđđ của một nhóm bối dây y=   Bm1  Z p2 p Z 2  3b2b1bnh EEEE   Nhóm bối dây gồm nhiều bối dây mắc nối tiếp nhau trên cùng bước cực của 1 pha dây quấn. Giả thiết ta có q = 3 bối dây mắc nối tiếp và được đặt rải trong các rãnh liên tiếp nhau: Góc lệch pha trong từ trường giữa hai rãnh cạnh nhau: Với Z/p số rãnh dưới một đôi cực từ. Sđđ của một nhóm bối dây 2 3sin.OA.2ABEnh  )trungtapquan(E )raiquan(Ek nh nh r  2 sin.q 2 qsin 2 sin.OA.2.q 2 qsin.OA.2 AD.q ABk r      dqbrnbnh k.w.q..f.44,4k.k.w.q..f.44,4E  Ta dễ dàng nhận thấy rằng tứ giác nội tiếp đường tròn. Nếu 3 bối thuộc cùng 2 rãnh  các bối dây quấn tập trung: Enh = 3.Eb Hệ số quấn rải: Thực tế kr = 0,920,96 Enh = q.Eb.kr Sđđ của một pha dây quấn Một pha dây quấn gồm a nhánh song song, do ghép song song nên sđđ của một pha là sđđ của một nhánh song song. Mỗi nhánh song song gồm n nhóm bối dây có vị trí giống nhau trong từ trường của các cực từ: dqdqb nh//ph k.W..f.44,4k.w.n.q..f.44,4 E.nEE   Với W = nqWb là số vòng dây của một nhánh song song 14 SĐĐ CẢM ỨNG TRONG DQ MÁY ĐIỆN XC • Sđđ của dây quấn do từ trường sóng cơ bản  =1. • Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao. 15 Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao   2 ..sink n  2 sin.q 2 qsin k r      rndq k.kk Biểu thức sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao cũng tương tự như từ trường sóng cơ bản. Ở đây ta thấy rằng bước cực của từ trường bậc  nhỏ  lần bước cực của từ trường sóng cơ bản, vì vậy góc điện 2π của từ trường sóng cơ bản ứng với góc .2π đối với từ trường bậc . Bước cực sóng bậc : Góc lệch pha của sđđ sóng bậc cao tăng lên  lần so với sóng cơ bản. Hệ số dây quấn đối với từ trường bậc cao: Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao   dqk.W..f.44,4E ....EEEE 25 2 3 2 1  Tần số của sóng bậc : f = .f1 Suất điện động cảm ứng của sóng bậc ν: Từ những phân tích trên ta thấy rằng, khi từ trường cực từ phân bố không hình sin, sđđ cảm ứng trong dây quấn một pha là tổng của một dãy các sđđ điều hòa có tần số khác nhau. Trị hiệu dụng sđđ đó có trị số: 17 2.3. SĐĐ cảm ứng Dây quấn máy điện xoay chiều NỘI DUNG • S.Đ.Đ CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU • CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 18 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ Tại sao phải cải thiện dạng sóng sdd? ....EEEE 25 2 3 2 1  19 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 1. Tạo độ cong mặt cực để B sin: Tạo độ cong mặt cực để khe hở nhỏ nhất ở giữa mặt cực và tăng dần ra hai phía mỏm cực từ. Để B hình sin thì δx cách giữa mặt cực bằng: xcos x    Bề rộng mặt cực b =(0,650,75)τ δmax = (1,52,6)δ 20 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 2. Triệt tiêu sđđ của sóng bậc 3: Từ trường  = 1,3,5,7. Như ta biết thì sóng bậc  = 3 có biên độ lớn nhất trong các sóng bậc cao. Để triệt tiêu sóng bậc 3: E3  0  Đấu dây quấn hình Y hay D? 21 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 2 ..sink n  1k n  0 2 ..5sink 5n   5 4 5 2 y    5 4 25 2sin 25 4sink 1n  7 6 3. Dùng dây quấn bước ngắn: Ta có hệ số bước ngắn: Khi y = τ  Khi y < τ thì sđđ bậc cao tùy ý sẽ bị triệt tiêu: E5 = 0   Ta lấy do: Tương tự muốn E7 = 0 thì chọn : tất cả các sđđ bậc cao đều tồn tại 22 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ Nhận xét: • Rút ngắn bước dây quấn sđđ bậc một cũng giảm đi một ít nhưng không đáng kể. • Dùng dây quấn bước ngắn không đồng thời triệt tiêu tất cả sđđ bậc cao vì vậy phải chọn bước ngắn thích hợp. Thường chọn tỉ số tối ưu: 6 5 23 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 1 2 sin.q 2 qsin k r    1rr kk  4. Thực hiện dây quấn rải: Khi quấn tập trung q = 1  nghĩa là các sđđ bậc cao không giảm. Khi quấn rải với q > 1   các sđđ bậc cao đều giảm nhỏ.  ta dùng dây quấn rải. 24 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 1k. p Z z   Z p2k2 Z p2).1k. p Z(.zz 5. Làm rãnh nghiêng. Với các sóng điều hòa bậc cao với k = 1,2,3 Ví dụ Z =24, p = 2  z = 11,13, 23,25 Ta có:  Góc lệch pha z giữa các sđđ của các bối dây đặt trong các rãnh liên tiếp do từ trường bậc z sinh ra bằng góc lệch pha ứng với từ trường cơ bản.  krz =  kr  Hệ số dây quấn lớn bằng hệ số dây quấn của sóng cơ bản mặc dù ta quấn rải. 25 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 5. Làm rãnh nghiêng. Sóng có bậc z gọi là sóng điều hòa răng. Dùng rãnh nghiêng để giảm sóng điều hòa răng. Từ cảm Bz dọc hai nửa thanh dẫn có cực tính khác nhau  sđđ cảm ứng trong hai nửa thanh dẫn có chiều ngược nhau  tổng sđđ điều hòa răng trong thanh dẫn = 0 Trường hợp rãnh chéo một bước răng 26 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 5. Làm rãnh nghiêng. pZ p222b z zc      zc tZ D Z p2bZpcó  Từ trường sóng điều hòa răng bậc 1 (k = 1) là mạnh nhất  để triệt tiêu được sđđ này ta chọn bước rãnh chéo là: tz là khoảng cách một bước răng. 1BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 2CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU NỘI DUNG 2.1. Nguyên lý biến đổi điện cơ 2.2. Dây quấn máy điện xoay chiều. 2.3. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều. 2.4. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều. 32.4. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung • S.t.đ của dây quấn 1 pha • S.t.đ của dây quấn 3 pha • S.t.đ của dây quấn 2 pha 4Khái niệm chung Dòng điện  sức từ động  từ trường quanh dây quấn. • STĐ đập mạch? • STĐ quay? • quan hệ giữa STĐ đập mạch và STĐ quay? Giả thiết: + khe hở không khí  đều + Fe   5Khái niệm chung  cos.tsin.FF m )(fcos.FF 1m  tsin.FF m1m  tsin.FF 2m   cos.FF m2m 1. Stđ đập mạch: (α: góc không gian) Với là biên độ tức thời stđ đập mạch và lúc đó sự phân bố của F là hình sin trong không gian. Còn khi α = const ở vị trí cố định bất kỳ: trong đó và F ở vị trí đó biến đổi tuần hoàn theo thời gian. Nếu t = const thì: 6Khái niệm chung (*))tsin(.FF m   const)tsin(   constt    dt d 2. Stđ quay tròn: Ta xét một điểm bất kỳ của sóng stđ có trị số không đổi: hay Lấy vi phân theo thời gian: Ta thấy, đạo hàm α theo t chính là tốc độ góc quay: 0 dt d  0 dt d  ứng vói sóng quay thuận ứng vói sóng quay ngược 7Khái niệm chung 21mmm FF)tsin(.F2 1)tsin(.F 2 1cos.tsin.F  3.Quan hệ giữa stđ đập mạch và stđ quay: STĐ đập mạch là tổng của hai STĐ quay: - Với F1 quay thuận với tốc độ góc +ω, F2 quay ngược cùng tốc độ góc -ω - Biên độ của các stđ quay bằng một nửa biên độ stđ đập mạch. 8Khái niệm chung ) 2 cos(). 2 tsin(.Fcos.tsin.F sin.tcos.Fcos.tsin.F)tsin(.F mm mmm   3.Quan hệ giữa stđ đập mạch và stđ quay: STĐ quay là tổng hợp của hai stđ đập mạch: - Lệch pha nhau trong không gian một góc π/2 - Khác pha nhau về thời gian một góc là π/2. 92.4. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung • S.t.đ của dây quấn 1 pha • S.t.đ của dây quấn 3 pha • S.t.đ của dây quấn 2 pha 10 S.t.đ của dây quấn 1 pha • Stđ của các bối dây • Stđ của nhóm bối dây • Stđ của 1pha dây quấn 11 Stđ của các bối dây   bb W.idl.H Giả thiết: - Dây quấn đặt ở stato gồm có 2 bối dây. - Wb là số vòng dây của một bối dây. - ib là dòng điện trong bối dây. - Dây quấn bước đủ (y = τ ). - Fe = Theo đl toàn dòng điện: Với H: cường độ từ trường dọc theo đường sức từ. Stđ của các bối dây bb W.i2.H  2 W.iF bbb  b bb0 0 F.2 W.iHB      0   cos.F...3cos.Fcos.FFF mbm3bm1bbb STĐ ứng với một khe hở không khí bằng: Mật độ từ cảm: Với  Stđ phân bố hình chữ nhật trong không gian có thể phân tích thành dãy Fourier có các sóng điều hòa 1, 3, 5... như sau: với  = 1, 3, 5 : là độ từ dẫn khe hở không khí. 12 Stđ của các bối dây 13 b 2 2 bmb F.2 sin4d.cos.F2F          2 W.iF bbb  tcos.Ii bmb  tcos.W.I22tcos.W.I2F bbbbmmb     tcos.cos.W.I22cos.FF bbmbb        ....5,3,1 mbb tcos.cos.FF Trong đó:  STĐ của một bối dây có dđ xoay chiều là tổng của  sóng đập mạch phân bố hình sin trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian. 14 S.t.đ của dây quấn 1 pha • Stđ của các bối dây • Stđ của nhóm bối dây • Stđ của 1pha dây quấn Stđ của nhóm bối dây 15 Nhóm bối dây gồm có q bối dây mắc nối tiếp nằm ở các rãnh cạnh nhau của một pha dây quấn. Stđ của nhóm bối dây cũng được xác định tương tự như sđđ của nhóm bối dây.   rbnh k.F.qF 16 S.t.đ của dây quấn 1 pha • Stđ của các bối dây • Stđ của nhóm bối dây • Stđ của 1 pha dây quấn 17 Stđ của 1 pha dây quấn )1()y(    nnhnhnhnhph k.F22 cos.F2)1( 2 cos.F2 2 cos.F2F  Fnh1 Fnh2 Fph  Với dây quấn 2 lớp bước ngắn y <  Stđ của dây quấn một pha hai lớp bước ngắn có thể được xem như tổng stđ của hai dây quấn một lớp bước đủ, một đặt ở lớp trên và một đặt ở lớp dưới nhưng lệch pha nhau một góc γ độ điện. 2 lớp dịch chuyển so với nhau  - y rãnh,  ứng với  Đối với sóng cơ bản  = 1: góc lệch 18 Stđ của 1 pha dây quấn   nnhph k.F2F    nrbbnmnhmph k.k.q.tcos.W.I 22.2k.F2F a W.pq2W b a I I phb     dqphmph k.tcos.p W.I22F     ....5,3,1 mphph tcos.cos.FF Tương tự đối với sóng bậc ν: Ta có : số vòng dây của 1 nhánh // (của 1 phadq) Vậy stđ của dq một pha hai lớp bước ngắn: 19 Stđ của 1 pha dây quấn Stđ của một pha là tổng hợp của một dãy stđ đập mạch phân bố hình sin trong không gian biến đổi hình sin theo thời gian. Ta phân tích stđ đập mạch thành các sóng quay thuận và ngược:     21mphmph mphph FF)tcos(.F 2 1)tcos(.F 2 1 tcos.cos.FF 20 2.4. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung • S.t.đ của dây quấn 1 pha • S.t.đ của dây quấn 3 pha • S.t.đ của dây quấn 2 pha 21 S.t.đ của dây quấn 3 pha Giả thiết dây quấn ba pha đặt lệch nhau một góc 120o điện hay 2π/3 và có dòng điện chạy qua là: ) 3 4tcos(.Ii ) 3 2tcos(.Ii tcos.Ii mC mB mA    Từng pha sẽ sinh ra các stđ lệch pha nhau 2/3 22 S.t.đ của dây quấn 3 pha     A2A1mphmph mphA FF)tcos(.F 2 1)tcos(.F 2 1 tcos.cos.FF )] 3 2() 3 2tcos[(.F 2 1 )] 3 2() 3 2tcos[(.F 2 1F mph mphB     )] 3 4() 3 4tcos[(.F 2 1 )] 3 4() 3 4tcos[(.F 2 1F mph mphC     Xét stđ bậc  của 3 pha dây quấn: 23 S.t.đ của dây quấn 3 pha     C1B1A11 FFFF     C2B2A22 FFFF Các thành phần quay thuận F1A, F1B, F1C đều quay với vận tốc nên vị trí của chúng trong không gian không đổi  có thể xếp chồng: Tương tự các thành phần quay ngược F2A, F2B, F2C quay với vận tốc  có thể xếp chồng: 24 S.t.đ của dây quấn 3 pha ] 3 2)1(0)tcos[(.F 2 1F mphA1   ] 3 2)1(1)tcos[(.F 2 1F mphB1   ] 3 2)1(2)tcos[(.F 2 1F mphC1   3 2)1(   Stđ của các sóng quay thuận:  stđ giữa chúng lệch pha nhau một góc 25 S.t.đ của dây quấn 3 pha  Stđ của các sóng quay thuận: Các sóng hài  = 1, 3, 5, 7chia làm ba nhóm: 1.  = 3, 9, 15, 21.   = 3.k với k =1, 3, 5 2.  = 1, 7, 13, 19.   = 6.k + 1 với k =0, 1, 2 3.  = 5, 11, 17, 23.   = 6.k - 1 với k =1, 2, 3 26 S.t.đ của dây quấn 3 pha  Stđ của các sóng quay thuận: 3 2k2 3 2)1(  3 2 k4 3 2)1(    C1B1A11 F3F3F3F F1A F1B F1C +/ Với nhóm  = 3.k  các sóng này lệch pha nhau 1 góc và quay cùng tốc độ +/ Với nhóm  = 6.k+1  các sóng trùng pha nhau.  tổng của chúng = 0 F1A F1BF1C 27 S.t.đ của dây quấn 3 pha  Stđ của các sóng quay thuận: 3 4k4 3 2)1(  0F1   F1A F1CF1B +/ Với nhóm  = 6.k-1 28 S.t.đ của dây quấn 3 pha 0F2    C2B2A22 F3F3F3F     1k6 m)3( )tcos(.FF     dqm k.tcos.p W.I23F  Stđ của các sóng quay ngược: Xét tương tự ta có: Với nhóm  = 3.k và  = 6.k +1 có stđ Chỉ có nhóm  = 6.k -1 thì Như vậy Stđ của dây quấn ba pha là tổng các stđ bậc ν = 6k + 1 quay thuận và các stđ bậc ν = 6k - 1 quay ngược. Biên độ thì bằng 3/2 biên độ của stđ một pha bậc ν, và tốc độ quay của stđ bậc ν là nν = n/ν: Với 29 2.4. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung • S.t.đ của dây quấn 1 pha • S.t.đ của dây quấn 3 pha • S.t.đ của dây quấn 2 pha 30 S.t.đ của dây quấn 2 pha     1k4 m)2( )tcos(.FF     dqm k.tcos.p W.I22F Ta có dây quấn 2 pha đặt lệch pha nhau trong không gian một góc 90o điện và dòng điện hai pha lệch pha nhau một góc 900 Phân tích như trường hợp dây quấn 3 pha, ta có: Với Stđ của dq hai pha là tổng của các stđ bậc ν = 4k + 1 quay thuận và các stđ bậc ν = 4k - 1 quay ngược. Biên độ thì bằng biên độ của stđ một pha bậc ν, và tốc độ quay của stđ bậc ν là nν = n/ν. 1BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 2CHƯƠNG 3. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỘI DUNG 3.1. Đại cương. 3.2. Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ. 3.3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ. 3.4. Máy điện không đồng bộ công suất nhỏ. 33.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỘI DUNG 4CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (1) - Cấu tạo máy điện không đồng bộ: Tên gọi không đồng bộ? Cấu tạo Stator? Cấu tạo Rotor? 51. Stator Stator gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. - Lõi thép stator có dạng hình trụ là phần dẫn từ, vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm tổn hao  Lõi thép được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện, được dập rãnh bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (2) - Cấu tạo máy điện không đồng bộ: 6CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (3) - Cấu tạo máy điện không đồng bộ: - Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha stato sẽ tạo nên từ trường quay. 1. Stator 72. Rotor Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. - Cũng như lõi thép stator, lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (4) - Cấu tạo máy điện không đồng bộ: 82. Rotor - Dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ có hai kiểu: rotor ngắn mạch ( rotor lồng sóc ) và rotor dây quấn. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (5) - Cấu tạo máy điện không đồng bộ:  Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu. 92. Rotor  Rotor dây quấn cũng quấn giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ như dây quấn stator. Dây quấn kiểu này luôn luôn đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt, gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục. Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt để dẫn điện ra ngoài, thông qua chổi than để đưa thêm điện trở phụ vào mạch điện rotor để cải thiện tính năng mở máy hoặc điều chỉnh tốc độ. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (6) - Cấu tạo máy điện không đồng bộ: 10 2. Phân theo kết cấu vỏ máy: + Kiểu kín + Kiểu bảo vệ + kiểu hở 3. Phân theo điện áp trên dây quấn stator: + Một pha + Ba pha + Vạn năng 1. Phân theo kiểu dây quấn rotor ta có: + Máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc. + Máy điện không đồng bộ rotor dây quấn. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (7) - Phân loại máy điện không đồng bộ: 11 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỘI DUNG 12 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (1) Từ trường Fquay  từ thông 1 . 1 xuyên qua dây quấn rotor  cảm ứng sđđ E2 I2  2 . từ thông 2 hợp với từ thông 1 tạo thành từ thông tổng ở khe hở không khí. Đặt điện áp xoay chiều vào ba pha dây quấn stator  IA, IB, IC  0  FA, FB, FC  0 Các stđ này lệch nhau góc 1200 cả về không gian và thời gian  Fquay = FA + FB + FC n1 n< n1 A Z B X C Y Fñt v1  Lực tác dụng tương hỗ giữa từ thông tổng của máy với thanh dẫn trên roto mang dòng điện tạo thành momen quay, nếu Mquay > Mcản  kéo rotor quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n. 13 Hệ số trượt của máy điện không đồng bộ 1 1 n nns  Tốc độ quay tương đối giữa từ trường quay của dây quấn stator với tốc độ rotor: n2R = n1 – n  Tần số suất điện động trong dây quấn rotor là: 1 R2 2 f.s60 p.nf  Máy điện không đồng bộ có n  n1. Vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối , trong dây quấn rotor không cảm ứng được suất điện động. n1 n n2R NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (2) 14 Dòng điện trong dây quấn rotor  sinh ra 2, 2 quay với tốc độ n2R so với rotor. Gọi n2 là tốc độ quay tương đối của 2 so với stator ta có:  Từ trường quay của dây quấn stator và từ trường quay của dây quấn rotor quay đồng bộ với nhau tạo ra từ trường quay tổng  trong máy, Nhờ vậy năng lượng được truyền từ stator sang rotor hoặc ngược lại qua trường trung gian là từ trường. p f.60n n n - n n n n 1112R2  NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (3) 15 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (4)  Trường hợp 0 < n < n1 ( 0 < s <1) Từ trường quay với tốc độ đồng bộ n1 rotor quay với tốc độ n n1 n< n1 A Z B X C Y Fñt v1  Từ trường quét qua dây quấn rotor  cảm ứng sđđ E2  I2 Cặp ngẫu lực Fđt  hình thành Mquay  quay rotor Máy điện làm việc ở chế độ động cơ điện 16 Dùng động cơ sơ cấp quay rotor cùng chiều với từ trường quay với n > n1. Chiều của từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽ ngược lại, e2 và i2 đổi chiều. Lực Fđt đổi chiều và ngược với lực làm quay rotor Fcơ. Máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục thành điện năng cung cấp cho lưới điện. MĐKĐB làm việc ở chế độ MFĐ. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (5) n1 n>n1 A Z B X C Y Fcô v1  Fñt  Trường hợp n > n1 ( s <0 ) 17 Quay rotor ngược chiều quay với từ trường quay. Lúc đó chiều của sđđ, dòng điện, momen giống như ở chế độ động cơ. Mđt ngược chiều Mquay  có tác dụng hãm  rotor bị giảm tốc độ. Máy điện làm việc ở chế độ hãm điện từ. ĐCĐ MFĐ Hãm điện từ s 0 1 n 0 n1 n < 0 Chiều quay của n, n1 cùng chiều cùng chiều ngược chiều NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (6)  Trường hợp n 1 ) 18 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỘI DUNG 19 1. Công suất định mức Pđm (kW,W) 2. Điện áp định mức Uđm (V) 3. Dòng điện định mức Iđm (A) 4. Tốc độ quay định mức nđm (v/p) 5. Hiệu suất định mức ηđm % 6. Hệ số công suất định mức cosđm - CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Công suất định mức mà động cơ tiêu thụ từ lưới điện: Mômen quay định mức ở đầu trục: đmđmđm đm đm đm1 cos.I.U.3 PP    )m.N(PM đm đm đm   )s/rad(60 n..2 đm đm  CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ