Chương 1 Cơ sở lý thuyết của máy điện

1Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÁY ĐIỆN 1. Định nghĩa và phân loại 1.1 Định nghĩa Máy điện là thiết bị điện từ làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng, hoặc biến đổi điện năng thành cơ năng, hoặc dùng để biến đổi các thông số điện như điện áp, dòng điện.... Để biến đổi các dạng năng lượng trong máy điện có 2 phần là : Mạch từ (lõi thép) và Mạch điện (Dây quấn) 1.2 Phân loại 1.2.1 Phân theo dòng điện + Máy điện xoay chiều + Máy điện một chiều 1.2.2 Phân theo sự chuyển động tương đối + Máy điện tĩnh + Máy điện quay Iron core Terminals Secondary winding Insulation 2Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện quay Máy điện xoay chiều Máy điện một chiều Máy điện không đồng bộ Máy điện đồng bộ Máy biến áp Động cơ KĐB Máy phát điện KĐB Động cơ ĐB Máy phát điện ĐB Động cơ một chiều Máy phát điện một chiều 2. Các định luật dùng trong máy điện 2.1 Định luật cảm ứng điện từ 1. Trường hợp từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn, trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động e. Theo công thức Maxwell: dt d e Φ−= Chiều của e được xác định theo quy tắc vặn nút chai x φ e Nếu cuộn dây có N vòng, sức điện động cảm ứng của cuộn dây sẽ là: dt d dt dN e Ψ−=Φ−= 3Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e có trị số là: e = Blv Trong đó: B là từ cảm (T) l là chiều dài của thanh dẫn (m) v là tốc độ của thanh dẫn (m/s) 2. Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường Chiều của sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải 2.2 Định luật lực điện từ Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường thì thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của một lực điện từ có trị số là: F = Bil (N) Trong đó: B: Từ cảm (T) i : Dòng điện (A) l : Chiều dài thanh dẫn (m) Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Trong máy điện, lõi thép là mạch từ dùng để dẫn từ thông, định luật toàn dòng điện áp dụng trong mạch từ. Mạch từ trong máy điện có thể là lõi thép đồng nhất hoặc lõi thép có khe hở, trên lõi thép có cuộn dây. Nếu H là vectơ cường độ từ trường do tập hợp các dòng điện tạo ra và L là một đường cong kín bao quanh chúng thì: 2.3 Định luật dòng điện toàn phần 3.1 Vật liệu dẫn điện - Dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện. - Vật liệu thường dùng là đồng, nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật có bọc cách điện ở ngoài. Lớp cách điện ở bên ngoài dây thường là: vải sợi, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học, sơn êmay... 3. Các vật liệu dùng trong máy điện 43.2 Vật liệu dẫn từ - Dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ. - Vật liệu chế tạo mạch từ thường là: thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn. * Trong các mạch từ có từ thông biến đổi thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,35 - 0,5 mm để giảm tổn hao do dòng điện xoáy. * Trong những mạch từ có từ thông không đổi, thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc thép lá thông thường. Dạng đường cong từ hoá của một số vật liệu dẫn từ 3.3 Vật liệu cách điện Dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện với bộ phận không dẫn điện, hoặc cách ly những bộ phận dẫn điện với nhau. - Các vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học. - Vật liệu cách điện thường dùng trong máy điện là: giấy, vải lụa, amiăng, sợi thuỷ tinh, mica...... Tuỳ theo độ bền nhiệt người ta chia vật liệu cách điện thành 7 cấp: Cấp cách điện Nhiệt độ cho phép Vật liệu Cấp Y 90o Bông,giấy, vải, tơ lụa, sợi Cấp A 105o Vải sợi xenlulô, sợi tự nhiên Cấp E 120o Màng vải, sợi tổng hợp gốc hữu cơ Cấp B 130o Mica, sợi thuỷ tinh, amiăng Cấp F 155o Giống loại B nhưng được tẩm sấy và kết dính bằng sơn Cấp H 180o Giống loại B nhưng dùng sơn tẩm sấy hoặc chất kết dính gốc silic hữu cơ Cấp C >180o Vật liệu gốc mica, thuỷ tinh 53.4 Vật liệu kết cấu - Dùng để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như: trục, ổ bi, nắp máy, vỏ máy. - Trong máy điện, vật liệu kết cấu thường là : gang, thép, thép lá, thép rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng, các chất dẻo. Khi máy điện hoạt động, sự biến đổi năng lượng trong máy sẽ có tổn hao.Tổn hao này gồm có: - Tổn hao sắt từ trong lõi thép do hiện tượng từ trễ và dòng điện xoáy. - Tổn hao đồng trong dây quấn - Tổn hao do ma sát Các tổn hao này biến thành nhiệt và làm cho máy điện nóng lên. Để máy điện làm việc lâu dài và hiệu quả cần phải có các biện pháp tản nhiệt ra môi trường xung quanh để làm mát máy điện. 4.Phát nóng và làm mát máy điện