Đề cương ôn tập môn Thiết bị điện điện tử - Phần II: Máy điện

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN ĐIỆN TỬ Phần II: Máy điện SVTH : Nguyễn Mạnh Ninh Lớp : Điện 6A MSSV : 12104100411 I. MÁY BIẾN ÁP. Máy biến áp hay máy biến thế, gọi gọn là biến áp, là thiết bị điện thực hiện truyền đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện thông qua cảm ứng điện từ. 1. Cấu tạo. Gồm hai bộ phận chính: lõi thép và dây quấn.  - 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, người ta dùng lá thép kỹ thuật điện, hai Mặt có sơn cách điện ghép lại với nhau thành lõi thép.  - 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. 2. Nguyên lý làm việc. Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1 sẽ có dòng điện sơ cấp I1 . Dòng điện I1 sinh ra từ thông fi 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 dfi/dt e2 = - W2 dfi/dt W1, W2 là số vòng dây quấn sơ cấp  và thứ cấp. 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  fi biến thiên hình sin fi = fiMax sinWt Ta có: k = E1/ E2= W1/ W2 , 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 xấp xỉ E1/ E2 = W1/ W2 = k   - Bỏ qua Mọi tổn hao trong Máy biến áp, ta có: U2 I2xấp xỉ U1 I1 suy ra U1/U2 xấp xỉ I2/I1 =W1/W2 = k   3. Ứng dụng. Công dụng của Máy biến áp là truyền tải và phân phối điện năng trong hệ thống điện. Muốn giảm tổn hao dP = I2.R trên đường dây truyền tải có hai phương án: - Phương án 1: Giảm điện trở R của đường dây (R = r.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.   II. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA. 1. Cấu tạo. Cơ cấu động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) tuỳ theo kiểu loại vỏ bọc kín hoặc hở, là do hệ thống làm mát bằng cánh quạt thông gió đặt ở bên trong hay bên ngoài động cơ. Nhìn chung motor giam toc có hai phần chính là phần tỉnh và phần quay. Nhìn chung nó có hai phần chính là phần tỉnh và phần quay: - Phần tĩnh: phần tĩnh hay còn gọi là stato gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. + Lõi thép: Là bộ phận dẩn từ của máy có dạng hình trụ rổng, lõi thép được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 đén 0,5 mm, được dập theo hình vành khăn, phía trong có xẻ rảnh để đặt dây quấn và được sơn phủ trước khi ghép lại. + Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây đồng hoặc dây nhôm (loại dây email) đặt trong các rảnh của lõi thép. Hai bộ phận chính trên còn có các bộ phận phụ bao bọc lõi thép là vỏ máy được làm bằng nhôm hoặc gang dùng để giử chặt lõi thép phía dưới là chân đế để bắt chặt vào bệ máy, hai đầu có hai nắp làm bằng vật liệu cùng loại với vỏ máy, trong nắp có ổ đỡ (hay còn gọi là bạc) dùng để đở trục quay của rôto. - Phần quay: Hay còn gọi là rôto, gồm có lõi thép, dây quấn và trục máy. + Lõi thép: Có dạng hình trụ đặc làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, dặp thành hình dĩa và ép chặt lại, trên mặt có các đường rãnh để đặt các thanh dẩn hoặc dây quấn. Lõi thép được ghép chặt với trục quay và đặt trên hai ổ đở của stato. + Dây quấn: Trên rôto có hai loại: rôto lồng sốc và rôto dây quấn. Loại rôto dây quấn có dây quấn giống như stato, loại này có ưu điểm là môment quay lớn nhưng kết cấu phức tạp, giá thành tương đối cao. Loại rôto lồng sóc: kết cấu của loại này rất khác với dây quấn của stato. Nó được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh của rôto, tạo thành các thanh nhôm và được nối ngắn mạch ở hai đầu và có đúc thêm các cánh quạt để làm mát bên trong khi rôto quay. Phần dây quấn được tạo từ các thanh nhôm và hai vòng ngắn mạch có hình dạng như một cái lồng nên gọi là rôto lồng sóc. Các đường rãnh trên rôto thông thường được dập xiên với trục, nhằm cải thiện đặt tính mở máy và giảm bớt hiện tượng rung chuyển do lực điện từ tác dụng lên rôto không liên tục. 2. Nguyên lý hoạt động. Muốn cho động cơ làm việc, stato của động cơ cần được cấp dòng điện xoay chiều. Dòng điện qua dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ: n=60. f/p (vòng/phút) trong đó: f- là tần số của nguồn điện p- là số đôi cực của dây quấn stato Trong quá trình quay từ trường này sẽ quét qua các thanh dẩn của rôto, làm xuất hiện sức điện động cảm ứng. Vì dây quấn rôto là kín mạch nên sức điện động này tạo ra dòng điện trong các thanh dẫn của rôto. Các thanh dẩn có dòng điện lại nằm trong từ trường, nên sẽ tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ đặc vào các thanh dẫn. Tổng hợp các lực này sẽ tạo ra môment quay đối với trục rôto, làm cho rôto quay theo chiều của từ trường. Khi ĐC làm việc, tốc độ của rôto (n) luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường (n1) ( tức là n ) Kết quả là rôto quay chậm lại nên luôn nhỏ hơn n1, vì thế động cơ được gọi là động cơ không đồng bộ. Độ sai lệch giữa tốc độ rôto và tốc độ từ trường được goi là hệ số trược, ký hiệu là: S. Thông thường hệ số trược vào khoảng 2% đến 10% 3. Ứng dụng. Ưu điểm của động cơ đồng bộ: - Tốc độ không phụ thuộc tải, chỉ phụ thuộc tần số. - Có thể điều chỉnh hệ số công suất cos φ theo ý muốn. Máy sấy tóc, máy xay sinh tố, máy khoan cầm tay, động cơ máy may vv... dùng động cơ xoay chiều có vành góp, còn gọi là động cơ vạn năng (Universal motor). Động cơ này có kết cấu giống hệt động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp. Vì thế nó sử dụng được ở cả xoay chiều lẫn một chiều. Vì thế nên mới gọi là vạn năng. Cổ góp ở động cơ này có nhiều phiến. Động cơ trong máy giặt thường là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc. Động cơ này không có than và cổ góp. Động cơ đồng bộ cũng có than nhưng không có cổ góp nhiều phiến, mà có 2 (hoặc 4) khuyên tròn nhận điện. Dòng điện đi vào Rotor phải là dòng một chiều. Một số động cơ nhỏ, sử dụng rotor là nam châm vĩnh cửu, nên không có than và vành góp. III. ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU. Động cơ điện một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều sang năng lượng cơ. Máy điện chuyển đổi từ năng lượng cơ sang năng lượng điện là máy phát điện. Đối với động cơ điện 1 chiều có loại không chổi than (BLDC) và động cơ có chổi tha (DC). Do động cơ BLDC thực chất là động cơ điện 3 pha không đồng bộ vì vậy mình chỉ xét động cơ điện 1 chiều có chổi than. 1. Cấu tạo. Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Gồm có 3 phần chính stator( phần cảm), rotor ( phần ứng), và phần chỉnh lưu ( chổi than và cổ góp). - Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện. - Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều. - Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp. 2. Nguyên lý hoạt động.  ​ Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor.  ​ Pha 2: Rotor tiếp tục quay  ​ Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1 Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF). Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện độngđối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài). Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng. Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau: I = (V_{Nguon}-V_{Phan Dien Dong})/R_{Phan Ung} Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng: 3. Ứng dụng. Điều khiển tốc độ. Điều khiển một số động cơ một chiều có chổi than. IV. MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ. 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. 1. Cấu tạo. 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 ). - Phần tĩnh ( STATO) Stato của Máy điện đồng bộ giống như stato của Máy điện không đồng bộ  + 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   + Dây quấn Dây quấn stato làM bằng dây dẫn điện được bọc cách điện (dây điện từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép - Phần quay ( RÔTO) Rô to 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. + 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   + 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.   2. Nguyên lý làm việc. Dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rôto fio 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=4,44fiW1kdqfio . Nếu rôto có p đôi cực, tần số fi của sức điện động: fi = 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   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 sinWt  iB = IMaxsin(Wt – 1200) iC = IMaxsin(Wt – 2400) 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 = 60fi/p (n = 60fi/p =n1), đúng bằng tốc độ quay n của rôto.  Do đó máy điện này gọi là Máy điện đồng bộ. 3. Ứng dụng. - Chế độ máy phát: 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    - Chế độ động cơ: 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.  Cảm ơn thầy đã kiểm tra.