Giáo trình Máy điện cấp độ nghề quốc tế - Ngành/nghề: Điện tàu thủy, Điện dân dụng, Điện tự động, Điện công nghiệp
CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẰNG HÀNG HẢI I
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: MÁY ĐIỆN
CẤP ĐỘ NGHỀ QUỐC TẾ
NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN TÀU THỦY
ĐIỆN DÂN DỤNG
ĐIỆN TỰ ĐỘNG
ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết đꢀnh số.....QĐ/ ngày......tháng........năm....của ...........
Hải Phòng, năm 2017
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bꢀ nghiêm cꢁm.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Máy điện nghiên cứu những ứng dụng của các hiện tượng điện từ nhằm biến
đổi năng lượng. Máy điện là phần tử quan trọng nhꢁt của bꢁt kỳ thiết bꢀ điện năng
nào. Nó được sử dụng rộng rãi trong dân dụng, nông nghiệp, công nghiệp, giao
thông vận tải, các hệ điều khiển và tự động điều chỉnh, khống chế.
Điện năng được sử dụng rộng rãi trong mọi lãnh vực vì các ưu điểm sau:
• Điện năng được sản xuꢁt tập trung với nguồn công suꢁt lớn.
• Điện năng có thể truyền tải đi xa với hiệu suꢁt cao.
• Điện năng dễ dàng biến đổi thành các các dạng năng lượng khác.
• Nhờ điện năng có thể tự động hoá mọi quá trình sản xuꢁt, nâng cao năng
suꢁt lao động.
Giáo trình “Máy điện” trình bày lý thuyết cơ bản về cꢁu tạo, nguyên lý làm
việc chế độ làm việc cũng như các đặc tính của các máy biến áp, các máy điện quay
xoay chiều và một chiều. Giáo trình “Máy điện” được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu,
bổ sung nhiều kiến thức mới và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là đề cập
những nội dung cơ bản, cốt yếu để tùy theo tính chꢁt của các nghành nghề đào tạo
mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp mà không trái với quy đꢀnh của chương
trình khung đào tạo trình độ Cao đẳng. Giáo trình này có thể làm tài liệu cho giáo
viên giảng dạy, các học sinh, sinh viên các ngành điện tự động, ngành điện dân
dụng, ngành điện tàu thủy, ngành điện công nghiệp, các kỹ thuật viên liên quan đến
vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng máy điện....
Hải Phòng, ngày .. tháng …. năm 2018
Biên soạn
Chủ biên ThS. Vũ Hà Việt
3
MỤC LỤC
TT
1
Nội dung
Trang
3
Lời giới thiệu
Mục lục
2
4
3
Danh mục hình ảnh
5
4
Danh mục ký hiệu, từ viết tắt, thuật ngữ chuyên ngành
Nội dung
9
5
11
12
12
15
20
25
28
28
31
33
37
43
48
48
51
Chương 1. Máy biến áp
1. 1. Khái niệm chung
2. 2. Các chế độ làm việc của máy biên áp
3. 3. Tổ nối dây của máy biến áp
4. 4. Sự làm việc song song của máy biến áp
Chương 2. Máy điện không đồng bộ
5. 1. Khái niệm chung
6. 2. Từ trường quay trong máy điện không đồng bộ ba pha
7. 3. Các đặc tính công tác của động cơ không đồng bộ
8. 4. Khởi động động cơ không đồng bộ ba pha
9. 5. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
Chương 3. Máy điện đồng bộ
10. 1. Khái niệm chung
11. 2. Phản ứng phần ứng trong máy điện đồng bộ
4
58
62
62
66
68
71
75
89
89
91
92
96
12. 3. Đặc tính của máy phát đồng bộ
Chương 4. Máy điện một chiều
1. Khái niệm chung
2. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều
3. Mô men điện từ và công suꢁt điện từ của máy điện một chiều
4. Tia lửa điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục
5. Chế độ động cơ và máy phát điện một chiều
Chương 5. Máy điện đặc biệt
1. Máy khuếch đại điện quay
2. Động cơ bước
3. Máy bù đồng bộ
Tài liệu tham khảo
6
5
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Stt
1
Danh mục hình ảnh
Hình 1.1: Sơ đồ hệ truyền tải bằng biến áp
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp
Hình 1.3: Sơ đồ máy biến áp không tải
Hình 1.4: Sơ đồ thay thế máy biến áp ngắn mạch
Trang
12
2
14
3
15
4
16
5
6
7
8
Hình 1.5. Sơ đồ thay thế đơn giản
18
19
21
21
Hình 1.6. Đường đặc tính ngoài của máy biến áp
Hình 1.7: Sơ đồ cách đꢁu sao
Hình 1.8: Sơ đồ cách đꢁu hình tam giác
9
Hình 1.9. Sơ đồ máy biến áp khi đꢁu ziczắc
22
22
10
Hình 1.10: Sơ đồ hình sao sức điện động máy biến áp khi đꢁu
zic zắc
11
Hình 1.11: Hình vẽ tổ nối dây khi đảo chiều quꢁn và ký hiệu đầu
23
dây
12
13
Hình 1.12: Ký hiệu tổ nối dây dùng đồng hồ
23
24
Y
Y
12
6
Y
Y
Hình 1.13: Sơ đồ vẽ các tổ nối dây
và
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Hình 1.14: Sơ đồ đꢁu máy biến áp làm việc song song
Hình 2.1. Rô to lồng sóc
25
29
30
30
32
34
35
36
37
37
Hình 2.2. Rô to dây quꢁn
Hình 2.3. Từ trường quay tốc độ n1
Hinh 2.4. Từ trường của dòng điện xoay chiều một pha
Hình 2.5. Sơ đồ tương đương
Hình 2.6. Đặc tính cơ thể hiện quan hệ Mq = f(s)
Hình 2.7. Mối quan hệ giữa điện áp và Mq
Hình 2.8. Mối quan hệ giữa Mq và s
Hình 2.9. Mối quan hệ giữa M và n
6
24
25
26
27
28
29
30
Hình 2.10. Sơ đồ tương đương một pha của máy điện dꢀ bộ
Hình 2.11. Sơ đồ và đặc tính cơ khi khởi động trực tiếp
Hình 2.13. Sơ đồ khởi động bằng biến áp tự ngẫu
Hình 2.14. Đường đặc tính khi khởi động
37
39
40
41
42
42
43
Hình 2.15. Sơ đồ khởi động điện đổi nối Y/
Hình 2.16. Đường đặc tính khi khởi động đổi nối Y/
Hình 2.17. Đặc tính khởi động khi đưa thêm RP vào mạch rô to
dây quꢁn
31
Hình 2.18. Đường đặc tính thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi tần
45
số f1
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
Hình 2.19. Đặc tính cơ khi thay đổi điện áp nạp
Hình 3.1. Loại cuộn kích từ đặt ở rô to
47
50
52
53
53
55
56
57
58
59
60
60
61
61
66
67
69
Hình 3.2. Phản ứng phần ứng dọc trục khử từ
Hình 3.3. Phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ
Hình 3.4. Phản ứng phần ứng ngang trục
Hình 3.4. Phản ứng phần ứng ngang trục
Hình 3.6. Phản ứng phần ứng khi tải thuần cảm
Hình 3.7. Phản ứng phần ứng khi tải là thuần dung
Hình 3.8. Phản ứng phần ứng khi tải là hỗn hợp
Hình 3.9. Sơ đồ nối dây của máy phát đồng bộ
Hình 3.10. Đường đặc tính ngoài ứng với điều chỉnh kích từ
Hình 3.11. Đặc tính điều chỉnh
Hình 3.12. Đường biểu diễn công suꢁt
Hình 3.13. Đường biểu diễn công suꢁt ở chế độ làm việc xác lập
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý máy phát động cơ điện một chiều
Hình 4.2. Sơ đồ xác đꢀnh s.đ.đ phần ứng
Hình 4.3. Xác đꢀnh suꢁt điện động phần ứng và mômen điện
từ trong máy phát điện một chiều
49
Hình 4.4. Chiều quay của mômen
70
7
50
51
52
53
54
55
56
Hình 4.5. Xê dꢀch than khỏi đường trung tính hình học 1 góc α
Hình 4.6. Cách đặt cực từ phụ ở máy máy phát và động cơ
Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý cách nối cuộn bù và cuộn phụ
Hình 4.8 a,b,c. Sơ đồ nguyên ý của động cơ kích từ song song
Hình 4.9. Đặc tính cơ của động cơ
72
74
75
76
77
78
76
Hình 4.10. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động trực tiếp
Hình 4.11. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
kích từ song song
57
58
59
60
Hình 4.12. Đặc tính cơ động cơ kích từ song song và độc lập,
động cơ kích từ nối tiếp
79
80
80
81
Hình 4.13. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi
từ thông kích từ
Hình 4.14. Đặc tính cơ của quá trình điều chỉnh tốc độ bằng
cách điều chỉnh từ thông
Hình 4.15. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
bằng cách thay đổi điện áp đặt vào động cơ
61
62
63
Hình vẽ 4.16. Đặc tính cơ của quá trình khởi động
Hình vẽ 4.17. Đặc tính của quá trình điều chỉnh
81
83
85
Hình 4.18. Sơ đồ lꢁy các đặc tính và đặc tính không tải của
MFĐMCKTĐL
64
65
66
67
68
69
70
71
Hình 4.19. Đặc tính phụ tải của MFĐKTDL
Hình 4.20. Đặc tính ngoài của MFĐDCKTDL
Hình 4.21. Đặc tính điều chỉnh
86
87
87
88
Hình 22. Đặc tính ngắn mạch
Hình 5.1: Nguyên lý máy khuếch đại điện quay
Hình 5.2. Sơ đồ và đồ thꢀ véc tơ
Hình 5.3. Đặc tính ngoài của máy phát điện hàn một chiều
Hình 5.4. Sơ đồ cꢁu tạo của máy phát hàn điện
93
95
8
Danh mục ký hiệu, từ viết tắt, thuật ngữ chuyên ngành
Mkđ: Mô men khởi động
Sđm: Công suꢁt đꢀnh mức
Uđ/cơ :điện áp đặt trên động cơ
p.ư.p.ư: Phản ứng phần ứng
U1đm: Điện áp sơ cꢁp đꢀnh mức
U2đm: Điện áp thứ cꢁp đꢀnh mức
Ptd : công suꢁt tác dụng
I1đm : Dòng điện thứ cꢁp đꢀnh mức
VA: Volt ampe
Iưd : thành phần dọc trục d
Iưq : thành phần ngang trục q
Wkt : Cuộn kích từ
kVA: Kilo volt ampe
MVA: Mê ga volt ampe
V: Volt
Wư: Cuộn dây phần ứng
Wktnt :Cuộn kích từ nối tiếp
Wktss: Cuộn kích từ song song
Rư : điện trở của dây quꢁn phần ứng,
kV: kilo volt
kA: Kilo am pe
: Từ thông
Eư : sức điện động phần ứng
e1: sức điện động
MF-ĐC: hệ thống máy phát - động cơ
W1: Số vòng dây quꢁn của cuộn sơ cꢁp
MFĐKTĐL: Máy phát điện kích từ
độc lập
f: Là tần số lưới điện
zn: Tổng trở phức ngắn mạch
In: Dòng điện ngắn mạch
n2: Tốc độ trượt
S: Hệ số trượt của tốc độ
Xđb: Điện kháng đồng bộ
Iư : dòng điện phần ứng
CE: : Hệ số kết cꢁu của máy điện
Y: Nối hình sao
∆: Nối hình tam giác
nđm: Tốc độ quay đꢀnh mức
đm: Hiệu suꢁt đꢀnh mức
f: Lực điện từ tác dụng lên từng
thanh dẫn
cos : Hệ số công suꢁt đꢀnh mức
M: mômen điện từ tác dụng điện
dây quꢁn phần ứng
Mq: mômen quay
Sth Độ trượt tới hạn
B Từ cảm trung bình trong khe hở
:
tb
n1: Tốc độ từ trường quay
n: Tốc độ quay rô to
a: Số đôi mạch nhánh
9
D: Đường kính ngoài phần ứng
CM : hệ số phụ thuộc vào kết cꢁu của
máy điện
l: Chiều dài tác dụng của thanh dẫn
: Từ thông dưới mỗi cực tính
Pdt :công suꢁt điện từ
Ω: tốc độ góc phần ứng
ĐC: Động cơ
IKĐ: Dòng điện khởi động
MFkt: Máy phát kích từ
MP: Máy phát
Rđc1 , Rđc2 , Rđc3: điện trở điều chỉnh
dòng kính từ cho máy phát
10
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC
Tên môn học: Máy điện
Mã môn học: MH13
Vꢀ trí, tính chꢁt, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vꢀ trí:
+ Máy điện là môn cơ sở ngành của điện tàu thủy;
+ Môn học có thể bố trí trước hoặc sau các môn cơ sở khác và trước các mô
đun nghề.
- Tính chꢁt: Môn học nghiên cứu về cꢁu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng
dụng của máy điện trong thực tế.
- Ý nghĩa và vai trò của môn học: Môn học có tính hệ thống cao, là sự kết hợp
của nhiều vꢁn đề kỹ thuật khác nhau nên sinh viên cần có kỹ năng phân tích và thiết
kế hệ thống cao, kỹ năng tư duy, tìm tòi, phát hiện những vꢁn đề mới phát sinh, kỹ
năng lựa chọn và ra quyết đꢀnh xây dựng hệ thống theo hướng tối ưu hóa. Nó cung
cꢁp cho người học những kiến thức cơ bản về cꢁu tạo, nguyên lý hoạt động, cũng
như các phương trình cân bằng điện từ ...của máy biến áp, máy điện không đồng bộ,
máy điện đồng bộ, máy điện một chiều. Từ đó sẽ tạo điều kiện tiền đề vững chắc
cho mô đun bảo trì, sửa chữa máy phát điện và bảo trì, sửa chữa động cơ điện xoay
chiều ba pha, truyền động điện tàu thủy...
Mục tiêu môn học:
- Về kiến thức: Hiểu được cꢁu tạo và nguyên lý làm việc của các loại máy
điện; Trình bày được đặc điểm của các loại máy điện và ứng dụng của chúng
- Về kỹ năng: Phân biệt đươc các loại máy điện; Khai thác được các loại máy
điện.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có ý thức trách nhiệm trong việc sử
dụng, khai thác các loại máy điện an toàn và hiệu quả.
11
CHƯƠNG 1. MÁY BIẾN ÁP
Mã bài: MH 6520228.13 .01
Giới thiệu:
Máy biến áp là thiết bꢀ rꢁt quan trọng trong hệ thống lưới điện quốc gia và đời
sống hàng ngày. Trong chương máy biến áp sẽ giới thiệu về những khái niệm cơ bản
về máy biến áp. Cꢁu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp. Các chế độ làm
việc của máy biến áp một pha, máy biến áp ba pha, máy biến áp đặc biệt.
Mục tiêu:
- Mô tả được nhiệm vụ, cꢁu tạo, nguyên lý máy biến áp;
- Vận hành được máy biến áp;
- Đảm bảo an toàn và chính xác khi vận hành.
Nội dung chính:
1. Khái niệm chung
1.1. Khái niệm
Máy biến áp là một thiết bꢀ điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng
điện từ, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác với
tần số không đổi.
1.1.1. Công dụng
- Là trung gian, biến đổi điện áp
giữa nguồn và phụ tải.
BA
BA
T¶i
Nguån
D©ydÉn
- Làm nhiệm vụ truyền điện năng đi xa
BA
- Làm các chức năng chuyên dụng đặc biệt
khác: Biến đổi dòng điện, số pha, đo lường, sinh
hoạt, hàn, cách ly, phối hợp trở kháng, vv…
T¶i
Hình 1.1: Sơ đồ hệ truyền
tải bằng biến áp
1.1.2. Phân loại
Máy biến áp được phân loại theo các dꢁu
hiệu sau:
- Theo số pha: Biến áp 1 pha, 2 pha, 3 pha.
- Theo số dây quꢁn: Biến áp một cuộn dây (biến áp tự ngẫu), biến áp 2 cuộn dây,
biến áp nhiều cuộn dây.
- Theo trꢀ số về điện giữa sơ cꢁp và thứ cꢁp: Biến áp tăng áp thì U1 < U2 , biến áp
hạ áp thì U1> U2
12
- Theo công dụng: Biến áp điện lực (có công suꢁt lớn), biến áp đo lường, biến áp
hàn, biến áp dùng thay đổi số pha.
- Theo vꢀ trí đặt: Biến áp đặt trong nhà, biến áp đặt ngoài trời .
- Theo phương pháp làm mát: Biến áp làm mát bằng không khí (biến áp khô), biến
áp làm mát bằng dầu (biến áp dầu).
- Theo cách đặt cuộn dây: Biến áp kiểu trụ, biến áp kiểu bọc…
1.1.3. Các đại lượng đꢀnh mức
Giá trꢀ của các thông số ứng với chế độ công tác đꢀnh mức của máy biến áp
được gọi là các giá trꢀ đꢀnh mức. Tuy nhiên trên biển của máy biến áp người ta chỉ
ghi các thông số sau :
- Công suꢁt đꢀnh mức: Sđm [VA, kVA, MVA] .
- Điện áp sơ cꢁp đꢀnh mức là điện áp ứng với công suꢁt đꢀnh mức: U1đm [V, kV];
- Điện áp thứ cꢁp đꢀnh mức là điện áp trên dây quꢁn thứ cꢁp khi biến áp làm việc
không tải và phía sơ cꢁp đưa vào một điện áp đꢀnh mức: U2đm [ V, kV];
- Dòng điện sơ và thứ cꢁp đꢀnh mức là dòng điện tương ứng với công suꢁt đꢀnh mức:
I1đm [A, kA]; I1đm [A, kA];
Chú ý: Ở máy biến áp thì hiệu suꢁt tương đối cao (
Sđm/U1đm; I S /U .
1) nên có thể coi: I
1đm
2đm
đm
2đm
Ngoài ra còn có các đại lượng đꢀnh mức khác như: Tổ nối dây; Trọng lượng
máy; tần số f; cos ; Điện áp ngắn mạch. Nước sản xuꢁt, năm sản xuꢁt, kích thước,
trọng lượng, hướng dẫn nối dây.
1.2. Cấu tạo, nguyên lý
1.2.1. Cꢁu tạo
Gồm 2 bộ phận chính:
- Lõi thép: Cꢁu tạo theo kiểu trụ hoặc kiểu vỏ, kiểu vành khăn (kiểu tròn).
- Dây quꢁn
Thông thường biến áp có 2 cuộn dây, dây quꢁn bằng dây đồng hoặc nhôm
gọi là dây điện từ, quꢁn xung quanh trụ lói thép. Dây quꢁn nối với nguồn điện gọi
là dây sơ cꢁp, ký hiệu W1. Dây quꢁn nối với phụ tải là dây quꢁn thứ cꢁp, ký hiệu là
W2. Cả 2 cuộn dây thứ cꢁp và sơ cꢁp có thể quꢁn xung quanh một trụ hoặc 2 trụ lõi
thép. Giữa 2 cuộn dây và lõi thép phải đặt chꢁt cách điện.
1.1.2. Nguyên lý làm việc
13
Làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý máy biến áp
Nếu ta đặt vào cuộn dây sơ cꢁp W1, điện áp xoay chiều U1 sẽ sinh ra dòng
điện sơ cꢁp I1. Dòng điện sơ cꢁp I1 sẽ sinh ra từ thông chạy trong lõi thép. Từ thông
này sẽ móc vòng qua cả 2 cuộn dây sơ và thứ, đó là từ thông tính theo đꢀnh luật cảm
ứng điện từ. Từ thông
sẽ biến thiên cảm ứng ở cuộn dây sơ cꢁp một sức điện
động là.
d
dt
e1 = -W1
Và cảm ứng ở cuộn dây thứ cꢁp , một sức điện động là.
d
e2 = - W2
dt
Trong đó: W1 và W2 là số vòng dây quꢁn của cuộn sơ cꢁp và thứ cꢁp . Hai
sức điện động này biến đổi theo hệ số sin và có trꢀ số hiệu dụng là.
E1 = 4,44 f w1
max
E2 = 4,44 f w2
max
Trong đó:
: là trꢀ số từ thông chính lớn nhꢁt.
max
f: Là tần số lưới điện .
Trong trường hợp máy chạy không tải, thứ cꢁp hở mạch thì U1 = E1 ; U2 = E2
. Nếu chia E1 cho E 2 ta có.
W1
W 2
E1
E2
U1
U 2
4,44. f .W1max
4,44. f .W2max
=
=
=
14
W1
W 2
: Gọi là tỷ số máy biến áp và đặt = K.
Nếu K > 1 Tức W1> W2 : Gọi là máy biến áp giảm áp.
Nếu K < 1 Tức W1< W2 : Gọi là máy biến áp tăng áp.
2. Các chế độ làm việc của máy biên áp
2.1. Chế độ không tải
Chế độ không tải là chế độ mà phía thứ cꢁp hở mạch, phía sơ cꢁp đặt vào điện áp.
2.1.1. Phương trình và sơ đồ thay thế của máy biến áp không tải
Khi không tải I2 = 0 ta có:
U1 = I0Z1 - E1
Hoặc:
U1 = I0(Z1 + Zth) = I0Z0
Z0 = Z1 + Zth, là tổng trở máy biến áp không tải
Sơ đồ thay thế của máy biến áp không tải vẽ trên hình 1.3
Hình 1.3 Sơ đồ máy biến áp không tải
Như vậy, hệ phương trình của máy biến áp khi không tải là:
.
.
.
.
.
.
U1 Z1.I1 E1 I0 (R1 jX1 ) E1
.
.
.
U20 E2
.
.
I I
1
0
2.1.2. Các đặc điểm ở chế độ không tải
- Dòng điện không tải
15
U1
Z0
U1
I0 =
=
(R1 Rth )2 (X1 Xth )2
Tổng trở z0 thường rꢁt lớn vì thế dòng điện không tải nhỏ bằng (3% ÷ 10%)
dòng điện đꢀnh mức.
- Công suất không tải
Ở chế độ không tải công suꢁt đưa ra phía thứ cꢁp bằng không, song máy vẫn
tiêu thụ công suꢁt P0, công suꢁt P0 gồm công suꢁt tổn hao sắt từ Pst trong lõi thép
và công suꢁt tổn hao trên điện trở dây quꢁn sơ cꢁp PR1. Vì dòng điện không tải nhỏ
cho nên có thể bỏ qua công suꢁt tổn hao trên điện trở và coi gần đúng:
P0 ~ = Pst
- Hệ số công suất không tải.
Công suꢁt phản kháng không tải Q0 rꢁt lớn so với công suꢁt tác dụng không tải
P0. Hệ số công suꢁt lúc không tải thꢁp.
R0
R02 X02
P
0
cos0
0,1 0,3
P2 Q02
0
Từ những đặc điểm trên ta nhận thꢁy rằng không nên để máy ở tình trạng
không tải hoặc non tải.
2.2. Chế độ ngắn mạch
Chế độ ngắn mạch là chế độ mà phía thứ cꢁp bꢀ nối tắt lại, sơ cꢁp vẫn đặt vào
điện áp đꢀnh mức. Trong vận hành, do nhiều nguyên nhân làm máy biến áp bꢀ ngắn
mạch như hai dây dẫn điện ở phía thứ cꢁp chập vào nhau, rơi xuống đꢁt hoặc nối với
nhau bằng một dây tổng trở rꢁt nhỏ. Đꢁy là tình trạng sự cố.
2.2.1. Phương trình và sơ đồ thay thế của máy biến áp ngắn mạch.
Sơ đồ thay thế của máy biến áp ngắn mạch vẽ trên hình 1.4. Vì tổng trở z’2 rꢁt
nhỏ so với zth, nên coi gần đúng có thể bỏ nhánh từ hoá. Dòng điện sơ cꢁp là dòng
điện ngắn mạch In.
Hình 1.4. Sơ đồ thay thế máy biến áp ngắn mạch
16
Phương trình cân bằng điện là:
U1 = In(Z1 + Z’2) = InZn
Trong đó:
Zn = (R1 + R’2) + j(X1 + X’2) = Rn + jXn = znejn
Rn R1 + R’2 là điện trở ngắn mạch máy biến áp.
Xn = X1 + X’2 là điện kháng ngắn mạch máy biến áp.
zn = Rn2 X n2 là tổng trở ngắn mạch máy biến áp.
zn là tổng trở phức ngắn mạch máy biến áp.
2.2.2. Các đặc điểm ở chế độ ngắn mạch
- Dòng điện ngắn mạch.
Từ phương trình trên ta có dòng điện ngắn mạch.
U1đm
In =
zn
Vì tổng trở ngắn mạch rꢁt nhỏ cho nên dòng điện ngắn mạch thường lớn bằng
10 25 lần dòng điện đꢀnh mức, nguy hiểm đối với máy biến áp và ảnh hưởng đến
các tải dùng điện.
- Lúc ngắn mạch điện áp thứ cꢁp U2 = 0 do đó điện áp ngắn mạch Un là điện áp rơi
trên tổng trở dây quꢁn.
Từ các nhận xét trên, khi sử dụng máy biến áp cần tránh tình trạng ngắn mạch.
2.3. Chế độ có tải
Chế độ có tải là chế độ trong đó dây quꢁn sơ cꢁp nối vào nguồn điện áp đꢀnh
mức, dây quꢁn thứ cꢁp nối với tải. Để đánh giá mức độ tải, người ta đưa ra hệ số tải
kt.
I2
I1
kt =
I2đm I1đm
kt = 1 tải đꢀnh mức
kt < 1 non tải
kt > 1 quá tải.
Ở chế độ tải, phương trình cân bằng điện và từ đã xét. Các thông số của sơ đồ
thay thế được xác đꢀnh bằng các thí nghiệm không tải và ngắn mạch
17
Dưới đây ta dựa vào hệ phương trình và sơ đồ thay thế để nghiên cứu một số
đặc tính làm việc lúc có tải.
- Độ biến thiên điện áp thứ cꢁp.
Máy biến áp có tải, sự thay đổi tải gây nên sự thay đổi điện áp thứ cꢁp U2. Khi
điện áp sơ cꢁp đꢀnh mức, độ biến thiên điện áp thứ cꢁp phần trăm tính như sau:
U2đm - U2
U2% =
100%
(2-49)
U2đm
W1
W2
Nhân tử và mẫu với hệ số biến áp k =
ta có:
kU2đm - kU2 U1đm - U'2
U2% =
=
100% (2-50)
kU2đm
U1đm
Đồ thꢀ véc tơ của máy biến áp có tải (hình1.6a) ứng với sơ đồ thay thế đơn giản
vẽ trên hình 1.10b
a.
b.
Hình 1.5. Sơ đồ thay thế đơn giản
Để tính U2 ta chiếu U1 lên U’2. Theo đồ thꢀ thꢁy rằng, góc lệch pha giữa U1 và
U’2 không lớn, có thể coi gần đúng.
U1đm = OB OC
U1đm - U’2 AC = AB cos (n - t) =
= ABcosn cost + AB sinnsint =
= I1zncosncost + I1znsinnsint
n là góc của tổng trở ngắn mạch (Đ 6-7).
t là góc lệch pha giữa điện áp U2 và dòng điện I2, chính là góc của tổng trở tải.
Xt
t = arctg
Rt
18
I1Zncosncost + I1znsinnsint
Vậy
U2% =
100% =
U1đm
I1đmzncosncost + I1đmznsinnsint
= kt (
) 100% =
U1đm
= kt (UnR% cost + Unx%sint)
I1
I1đm
Trong đó:
kt =
hệ số tải
I1đmzncosn
UnR% =
Unx% =
100% = Un%cosn
100% = Un%sinn
U1đm
I1đmzncosn
U1đm
Trên hình 1.7 vẽ U2% ứng với các loại tải khi cost = const.
- Đường đặc tính ngoài.
Đường đặc tính ngoài của máy biến áp biểu diễn quan hệ U2 = f(I2), khi U1 =
U1đm và cost = const
Điện áp thứ cꢁp U2 là:
U2%
100
U2 = U2đm - U2 = U2đm (1-
)
Dựa vào công thức ta vẽ đường đặc tính ngoài.
Từ đồ thꢀ ta thꢁy, khi tải dung, I2 tăng thì U2 tăng. Khi tải cảm hoặc trở, I2 tăng
thì U2 giảm (tải cảm U2 giảm nhiều hơn).
Để điều chỉnh U2 đạt được giá trꢀ mong muốn, ta thay đổi số vòng dây trong
khoảng +5% (thường thay đổi so vòng dây cuộn cao áp).
Hình 1.6. Đường đặc tính ngoài của máy biến áp
19
3. Tổ nối dây của máy biến áp
3.1. Khái niệm
Để máy biến áp ba pha có thể làm việc được, các dây quꢁn sơ cꢁp và thứ cꢁp
phải nối với nhau theo một qui luật nhꢁt đꢀnh. Ngoài ra, việc phối hợp kiểu nối dây
quꢁn sơ cꢁp với kiểu nối dây quꢁn thứ cꢁp cũng hình thành các tổ nối dây quꢁn khác
nhau. Hơn nữa, khi thiết kế máy biến áp , việc quyết đꢀnh tổ nối dây quꢁn cũng phải
thích ứng với kiếu kết cꢁu của mạch từ để tránh những hiện tượng không tốt như
suꢁt điện động không sin, tổn hao phụ tăng ...
Để nghiên cứu tổ nối dây máy biến áp, trước hết ta hãy xét ký hiệu các đầu
dây và cách đꢁu dây quꢁn pha với nhau.
Một cuộn dây có hai đầu tận cùng: một đầu gọi là đầu đầu; còn đầu kia gọi là đầu
cuối. Đối với dây quꢁn máy biến áp một pha: đầu đầu hoặc đầu cuối chọn tùy ý.
Đối với dây quꢁn máy biến áp ba pha: các đầu đầu và đầu cuối chọn một cách
thống nhꢁt theo một chiều nhꢁt đꢀnh nếu không điện áp ra của ba pha sẽ không đối
xứng.
Để đơn giản và thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta thường đánh dꢁu các
đầu tận cùng lên sơ đồ dây quꢁn của máy biến áp với qui ước sau đây:
Các cuộn dây sơ cꢁp và thứ cꢁp có thể nối sao (Y) hoặc tam giác (∆). Riêng
cuộn thứ cꢁp có thể nối theo kiểu zic zắc (Z, YY).
- Ký hiệu các đầu đầu: A, B, C; a, b, c. Các đầu cuối: X, Y, Z; x, y, z
- Ký hiệu điểm trung tính: N, O
a. Đꢁu sao (Y)
Id IP
Ud 3Up
Ud 2Up cos300
2Up 3 2 3Up
(1.9)
20
Tải về để xem bản đầy đủ
96 trang
26/03/2022
11993
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Máy điện cấp độ nghề quốc tế - Ngành/nghề: Điện tàu thủy, Điện dân dụng, Điện tự động, Điện công nghiệp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_may_dien_cap_do_nghe_quoc_te_nganhnghe_dien_tau_t.pdf
