Đề tài Những kiến thức cơ bản về máy điện trong chương trình Kỹ thuật điện lớp 12

Kỹ thuật điện là ngành khoa học ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng,gia công vật liệu,truyền tải thông tin...bao gồm việc tạo ra,biến đổi và sử dụng điện năng trong các hoạt động thực tiễn của con người. Ngày nay điện năng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp,giao thông vận tải,nông lâm nghiệp,thông tin liên lạc và dịch vụ...Điện năng rất quan trọng cho cơ khí hóa và tự động hóa,nó là nguồn năng lượng "cao cấp"tác động lên các tài nguyên khoáng sản không kim loại(các loại đá,cát,muối...), kim loại (bô xít, thiếc, đồng, sắt...)để tạo ra của cải vật chất cho xã hội,cho sự phát triển nền kinh tế quốc dân. Kiến thức Kỹ thuật điện lớp 12 mang tính chất thực tiễn rõ ràng.Các thiết bị máy móc khảo sát ở đây rất gần với học sinh và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống.Song những quá trình xảy ra trong các thiết bị điện,về nguyên tắc không thể quan sát trực tiếp được.Chẳng hạn như học sinh có thể nhìn thấy rôto máy điện quay,nhưng quá trình điện từ xảy ra trong máy thì các em chỉ hình dung qua lời giải thích của giáo viên.Hơn nữa các tài liệu tham khảo về lĩnh vực này cho học sinh phổ thông cũng không phổ biến.Vì vậy,tôi đã soạn ra"Những kiến thức cơ bản về máy điện trong chương trình Kỹ thuật điện lớp 12" nhằm giúp học sinh phần nào hiểu sâu hơn khi học chương máy điện. Đề tài gồm ba phần: Phần I cung cấp những khái niệm chung về máy điện nhằm giúp học sinh hiểu được định nghĩa và phân loại máy điện,các định luật dùng trong máy điện,tính chất thuận nghịch của máy điện,các vật liệu dùng trong máy điện,các tình trạng làm việc và những lượng định mức của máy điện.Phần II cung cấp cho học sinh hiểu sâu hơn về máy biến áp (khái niệm chung,cấu tạo,nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha và ba pha).Phần III cung cấp cho học sinh những kiến thức về động cơ không đồng bộ ba pha (khái niệm về máy điện không đồng bộ,khái niệm về từ trường quay và cách tạo ra từ trường quay,cấu tạo,nguyên lý làm việc,cách nối dây quấn xtato,thay đổi tốc độ quay và đổi chiều quay động cơ,sử dụng và bảo dưỡng động cơ). Tôi tin rằng học sinh sẽ dễ hiểu hơn khi kết hợp với sách giáo khoa và tài liệu này. Tôi mong được sự góp ý của anh em trong tổ bộ môn và những người làm công tác kỹ thuật để đề tài thêm phong phú. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Tác giả Hoàng Thị Thu Huyền Phần I Những khái niệm chung về máy điện Đ1.Máy điện là gì ? Nhìn theo quan điểm năng lượng thì máy điện là các thiết bị dùng để truyền tải hoặc biến đổi năng lượng điện từ.Ví dụ:Máy biến áp là thiết bị truyền tải năng lượng dòng điện xoay chiều từ điện áp này,sang năng lượng dòng điện xoay chiều điện áp khác.Máy biến đổi tần số là thiết bị truyền tải năng lượng dòng điện xoay chiều ở tần số này sang năng lượng dòng điện xoay chiều ở tần số khác.Các máy phát điện và động cơ điện, tương ứng là các thiết bị biến đổi từ cơ năng sang điện năng và ngược lại.Quá trình truyền tải hoặc biến đổi năng lượng điện từ trong các máy điện đều phải thông qua trường điện từ tồn tại trong máy.Do đó bất kỳ một máy điện nào cũng đều có hai mạch:mạch điện và mạch từ được biểu diễn bằng sơ đồ dưới đây (hình 1-1) Máy điện Cửa vào Cửa ra (u,i) hoặc(M,n) (M,n)hoặc (u,i) Hình 1-1 Máy điện là một thiết bị có hai cửa Các máy điện có nhiều loại và cấu tạo tuy có khác nhau,song đứng về mặt năng lượng thì có thể coi máy điện như một thiết bị điện có hai cửa:Cửa vào và cửa ra(cửa vào là cửa nhận năng lượng đưa vào máy và cửa ra là cửa đưa năng lượng từ máy ra ngoài). Nếu là máy phát điện thì năng lượng đưa vào cửa vào là cơ năng,thể hiện qua mô men M và tốc độ quay n truyền lên trục quay máy phát;còn năng lượng lấy ở cửa ra là điện năng,thể hiện qua dong điện i và điện áp u máy phát phát ra. Nếu là động cơ điện thì ngược lại, năng lượng đưa vào cửa vào là điện năng(u,i) và năng lượng lấy ở cửa ra là cơ năng (M,n). Trong trường hợp các máy điện truyền tải năng lượng,ví dụ như máy biến áp chẳng hạn ,thì năng lượng ở cửa vào và cửa ra đều là điện năng(vào là u1,i1;ra là u2,i2). Như vậy,ta có thể coi như có một dòng năng lượng chảy liên tục qua máy điện(hình 1-2).Dòng năng lượng chảy vào máy với công suất P1,một phần năng lượng này bị mất mát ở trong máy với công suất DP.Như vậy dòng năng lượng chảy ra khỏi máy với công suất chỉ bằng : P2 = P1- DP. DP Máy điện P1 P2 Hình 1-2 Dòng năng lượng chảy qua máy điện Ta có thể dùng một mạch điện để làm mô hình diễn tả và tính toán cường độ các quá trình năng lượng xảy ra trong máy điện (Năng lượng đưa vào và lấy ra,tổn thất năng lượng trong máy,cường độ quá trình tích phóng năng lượng của trường điện từ trong máy).Mạch điện mô hình có cấu tạo hình học với một số nhánh và nút tuỳ ý,nhưng phải có bốn cực,do đó người ta gọi là mạng bốn cực(hình1-3).Hai cực của mạng bốn cực được nối với nguồn điện có điện áp U1 gọi là hai đầu vào ; dòng điện ở đầu vào I1phải sao cho công suất đưa vào mạng là U1I1,bằng công suất ở cửa vào của máy điện.Hai cực kia của mạng nối với tổng trở phụ tải ZPTgọi là hai đầu ra ; điện áp U2và dòng điện I2ở hai đầu ra của mạng phải sao cho công suất đưa ra là U2I2 bằng công suất ở cửa ra của máy điện. I1 I2 U1 U2 ZPT Đầu vào Đầu ra Hình 1-3 Mạng bốn cực Đ2.Định nghĩa và phân loại máy điện 1. Định nghĩa máy điện Máy điện là một thiết bị điện từ,nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ,về cấu tạo gồm mạch từ(lõi thép) và mạch điện (các dây quấn),dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng(máy phát điện)hoặc ngược lại biến đổi điện năng thành cơ năng(động cơ điện),hoặc dùng để biến đổi thông số điện năng như biến đổi điện áp,dòng điện,tần số,pha ... 2. Phân loại máy điện Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại khác nhau,ví dụ phân loại theo công suất,theo cấu tạo,theo chức năng,theo loại dòng điện(xoay chiều,một chiều),theo nguyên lý làm việc ...Trong khuôn khổ của đề tài này,ta có thể phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng như sau: a.Máy điện tĩnh: Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau. Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng.Do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ,quá trình biến đổi có tính thuận nghịch.Ví dụ máy biến áp biến đổi hệ thống điện có thông số(U1,f )thành hệ thống điện có thông số(U2,f ),hoặc ngược lại biến đổi hệ thống điện có thông số(U2 ,f )thành hệ thống điện có thông số(U1,f ) (hình 1- 4). U1,f BA U2,f Hình 1- 4 b.Máy điện có phần động quay hoặc chuyển động thẳng Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ,lực điện từ,do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển đông tương đối với nhau gây ra.Loại máy điện này thường dùng để biến đổi dạng năng lượng,ví dụ biến đổi điện năng thành cơ năng(động cơ điện) hoặc biến đổi cơ năng thành điện năng(máy phát điện).Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch (hình 1- 5) nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. U1,f w Hình 1- 5 Ta có thể phân loại các máy điện cơ bản thường gặp bằng sơ đồ (hình 1- 6)sau đây: Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện có phần động Máy điện xoay chiều chiều Máy điện một chiều Máy không đồng bộ Máy đồng bộ Máy biến áp Đông cơ không đồng bộ Máy phát không đồng bộ Động cơ đồng bộ Máy phát đồng bộ Động cơ một chiều Máy phát một chiều Hình 1- 6 Đ3.các định luật cơ bản dùng trong máy điện Nguên lý làm việc của tất cả các máy điện đều dựa trên cơ sở hai định luật:cảm ứng điện từ và lực điện từ mà học sinh đã được học trong chương trình vật lý lớp 11,ở đây chỉ nêu lại những điểm cần thiết,áp dụng cho nghiên cứu máy điện. 1.Định luật cảm ứng điện từ a.Trường hợp từ thông f biến thiên xuyên qua vòng dây. Khi từ thông f biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn,trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động.Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông theo quy tắc vặn nút chai(hình 1-7) f U e Hình 1- 7 Sức điện động cảm ứng trong một vòng dây,được viết theo công thức Macxoen như sau: = - (1-1) DấuU trên hình1-7 chỉ chiều f đi từ người đọc vào trong giấy.Nếu cuộn dây có W vòng,sức điện động cảm ứng của cuộn dây sẽ là: = - = - (1-2) Trong đó: =gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây. Trong các công thức (1-1),(1-2) từ thông đo bằng Wb,sức điện động đo bằng V. b.Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường. Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường(đó là trường hợp thường gặp trong máy phát điện),trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e,có trị số là: e =Blv (1-3) Trong đó: B - Cường độ từ cảm đo bằng T(Tesla) l - Chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (phần thanh dẫn nằm trong từ trường)đo bằng m v - Tốc độ thanh dẫn đo bằng m/s Chiều của sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình 1-8). Quy tắc bàn tay phải Hình 1-8 2.Định luật lực điện từ Định luật lực điện từ xác định độ lớn và chiều của lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường và thanh dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường . Giả sử thanh dẫn thẳng mang dòng điện đặt trong từ trường đều ,thanh dẫn sẽ chịu một lực tác dụng: F = BIlsina Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường(đó là trường hợp thường gặp trong độngcơ điện),thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng,có trị số là: F = BIl Trong đó: B- Cường độ từ cảm đo bằng T I- Dòng điện đo bằng A l- Chiều dài tác dụng thanh dẫn đo bằng m F- Lực điện từ đo bằng N(Niutơn) a- Góc tạo bởi chiều của từ trường và dòng điện. Chiều của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn Quy tắc bàn tay trái tay trái (hình 1- 9). Hình 1-9 Đ4.tính chất thuận nghịch của máy phát và động cơ điện Các máy phát hoặc động cơ điện đều có một tính chất đặc biệt là nó vừa có thể làm việc ở tình trạng máy phát- biến cơ năng thành điện năng,vừa có thể làm việc ở tình trạng động cơ- biến điện năng thành cơ năng. Thực vậy,xét một máy điện đơn giản nhất gồm một thanh dẫn có độ dài đặt vuông góc với từ trường của một đôi từ trường nam châm vĩnh cửu N-S (hình 1-10).trong đó tiết diện thanh dẫn được biểu diễn bằng một vòng tròn trên hình vẽ. N Fđt U F S Hình 1-10 Nguyên lý làm việc của máy phát và động cơ điện Nếu cho thanh dẫn chuyển động từ trái sang phải với vận tốc v, theo định luật cảm ứng điện từ, trong thanh dẫn sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng e, tính theoE = Blv. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải sẽ đi từ bạn đọc vào trang sách. Nếu ta nối hai đầu thanh dẫn với một điện trở ở bên ngoài, trong thanh dẫn sẽ có dòng điện I, và do đó nó chịu tác dụng của lực điện từ Fđt , tính theo F = BIl.Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái sẽ ngược với chiều chuyển động của thanh dẫn. Muốn thanh dẫn chuyển động đều và liên tục,lực cơ bên ngoài tác dụng lên nó là F phải cân bằng với lực điện từ: F = Fđt Nhân hai vế của lực điện từ với vận tốc v,ta được cân bằng công suất:Fv = Fđtv.Thay trị số Fđttính ở (F = BIl) và vận tốc v rút từ (E = Blv) vào vế phải,ta được Fv = ei. Từ công thức trên ta thấy:cơ năng tác dụng lên thanh dẫn với công suất là Fv đã được biến thành điện năng với công suất ei,gọi là công suất điện từ.Máy điện đơn giản ở hình 1- 10 trong trường hợp này đóng vai trò là một máy phát. Giả sử thanh dẫn có điện trở r,điện áp ở hai đầu thanh dẫn là: U = e - ir Nhân hai vế với i,ta được : Ui = ei -i2r Ta thấy công suất mạch ngoài nhận được là (Ui),bằng công suất điện từ (ei) trừ đi tổn thất công suất trong thanh dẫn(i2r). Bây giờ,cũng với máy phát điện đơn giản ở hình 1-10,ta đặt nguồn điện áp U vào hai đầu thanh dẫn,sao cho dòng điện qua nó có chiều như chỉ trên hình vẽ.Thanh dẫn sẽ chịu lực tác dụng điện từ Fđt và chuyển động về phía trái.Theo định luật cảm ứng điện từ,trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e có chiều chống lại chiều của i và u.Như vậy,muốn có dòng điện qua thanh dẫn thì điện áp u phải cân bằng với e và điện áp rơi trên điện trở thanh dẫn: U = e +ir Do đó: Ui = ei + i2r Công suất điện (Ui) đưa vào thanh dẫn một phần bị mất mát do tổn hao nhiệt trên điện trở thanh dẫn(i2r),phần còn lại (ei) chính là công suất điện được chuyển thành công suất cơ. Thực vậy: ei = Blvi = Fđtv Đến đây ta có nhận xét quan trọng là tất cả các máy điện quay đều có tính chất thuận nghịch ; nghĩa là có thể làm việc ở tình trạng máy phát để biến cơ năng thành điện năng,hoặc có thể làm việc ở tình trạng động cơ,biến điện năng thành cơ năng. Đ5.các vật liệu dùng trong máy điện Các vật liệu dùng trong máy điện gồm vật liệu dẫn điện,vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện và vật liệu kết cấu. 1.Vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện.Vật liệu dẫn điện dùng trong máy điện tốt nhất là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ.Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau,đồng phốt pho.Để chế tạo dây quấn ta thường dùng đồng và sau đồng là nhôm.Dây đồng và dây nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật,có bọc cách điện bằng sợi vải,sợi thủy tinh,giấy,nhựa hóa học,sơn êmay.Với các máy điện công suất nhỏ và trung bình,điện áp dưới 700V thường dùng dây êmay vì lớp cách điện của dây mỏng,đạt độ bền yêu cầu.Đối với các bộ phận khác như vành đổi chiều,lồng sóc hoặc vành trượt,ngoài đồng ,nhôm,người ta còn dùng cả các hợp kim của đồng hoặc nhôm,hoặc có chỗ còn dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và giảm kim loại màu. 2.Vật liệu dẫn từ Vật liệu dẫn từ trong máy điện là các vật liệu sắt từ khác nhau như thép lá kỹ thuật,gang,thép đúc,thép rèn,thép lá. ở các phần mạch từ dẫn từ thông biến đổi với tần số 50Hz(như lõi thép máy biến áp,stator,rôtor máy điện không đồng bộ)thì vật liệu sắt từ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 - 0,5mm,có pha thêm 1- 5%Ni để tăng điện trở trên đường đi,giảm dòng điện xoáy.ở các tần số lớn hơn thì các lá thép kỹ thuật điện chỉ dày 0,1- 0,2mm để giảm tổn thất dòng điện xoáy trong mạch từ. ở các phần mạch từ dẫn từ thông không đổi (rôtor máy điện đồng bộ,cực từ máy điện một chiều) thì vật liệu sắt từ là thép đúc,thép rèn hoặc thép lá. 3.Vật liệu cách điện Vật liệu cách điện là vật liệu quan trọng trong máy điện.Nó quyết định phần lớn sự làm việc ổn định của máy.Độ ổn định nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn quyết định nhiệt độ cho phép của dây,do đó quyết định phụ tải của vật liệu tác dụng(mật độ dòng điện trong dây dẫn,cường độ tự cảm trong lõi thép).Yêu cầu chất cách điện phải có độ dẫn nhiệt tốt,có độ ổn định đối với khí ẩm và các chất hóa học.Ngoài ra các chất cách điện cũng yêu cầu có độ vững chắc về cơ khí để không bị hỏng khi lắp giáp và vận hành máy điện. Chất cách điện thỏa mãn được tất cả các yêu cầu trên là chất cách điện bằng mica,song tương đối đắt nên chỉ dùng trong các máy điện có điện áp cao. Thông thường người ta dùng vật liệu cách điện có sợi như giấy,vải,sợi...Chúng có độ bền cơ học tốt,mềm,rẻ tiền nhưng dẫn nhiệt kém,hút ẩm,cách điện kém.Do đó dây dẫn cách điện sợi phải được sấy tẩm để cải thiện tính năng của vật liệu cách điện. Căn cứ theo độ ổn định nhiệt của chất cách điện,người ta chia nó thành nhiều loại.Trong máy điện thường dùng hai loại là loại A và loại B.Chất cách điện loại A gồm bông tơ,giấy và những chất hữu cơ tương tự được tẩm dầu.Độ tăng nhiệt độ cho phép của chất cách điện loại A là 1050C. Chất cách điện loại B là các sản phẩm của mica,amiante và những sản phẩm làm bằng thủy tinh sợi.Độ tăng nhiệt của nó là 1300C. 4.Vật liệu kết cấu Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như trục,ổ trục,vỏ máy,nắp máy.Trong máy điện,các vật liệu kết cấu thường là gang,lá thép,thép rèn,kim loại màu và hợp kim của chúng,các chất dẻo. Đ5.các tình trạng làm việc và những lượng định mức của máy điện Mỗi máy điện sản xuất ra đều được thiết kế với công suất và điện áp nhất định,tuỳ theo tiết diện dây dẫn và đặc tính,chất cách điện được sử dụng trong máy.Nếu ta chọn máy điện làm việc với điện áp quá quy định thì chất cách điện sẽ bị chọc thủng; còn nếu cho nó làm việc với công suất lớn quá quy định thì máy sẽ phát nóng vượt mức,chất cách điện bị già cỗi hoặc có thể bị cháy máy. Vì vậy trên nhãn hiệu các máy có ghi trị số định mức do xưởng sản xuất quy định.Các trị số định mức quan trọng là điện áp dây định mức Uđmvà công suất định mức Pđm.Công suất định mức ghi trên các máy điện là công suất ở cửa ra của máy.Ví dụ trong trường hợp máy điện là máy phát thì chính là công suất điện nó phát ra ngoài;trong trường hợp động cơ thì là công suất cơ trên trục;trong trường hợp máy biến áp là công suất phía thứ cấp. Tình trạng máy điện làm việc đúng với các trị số định mức ghi trên nhãn hiệu máy gọi là tình trạng làm việc định mức của máy. Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu của sản xuất mà máy điện còn được sản xuất để làm việc trong tình trạng định mức lâu dài và liên tục,hoặc trong tình trạng định mức chỉ trong một thời gian ngắn rồi nghỉ,hoặc trong một thời gian ngắn nhưng lặp đi lặp lại nhiều lần. Phần II Máy biến áp Đ1.Khái niệm chung Để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp,hoặc ngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao,ta dùng máy biến áp.Ngày nay do việc sử dụng điện năng phát triển rất rộng rãi,nên có những loại máy biến áp khác nhau:máy biến áp một pha,ba pha,hai dây quấn,ba dây quấn...,nhưng chúng đều dựa trên một nguyên lý,đó là nguyên lý cảm ứng điện từ. 1.Định nghĩa Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Hệ thống điện đầu vào của máy biến áp ( trước lúc biến đổi) có : điện áp U1, dòng điện I1 , tần số f . Hệ thống điện đầu ra của máy biến áp ( sau khi biến đổi ) có : điện áp U2, dòng điện I2và tần số f . Trong các bản vẽ máy biến áp được kí hiệu như hình 2-1. Hình 2-1 Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện,được gọi là sơ cấp.Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp.Các đại lượng ,các thông số trong ký hiệu có ghi chỉ số1:W1,U1,I1,P1.Các đại lượng và thông số thứ cấp có chỉ số 2: W2,U2,I2,P2. Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp thì ta gọi là máy biến áp tăng áp.Nếu điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp thì ta gọi là máy biến áp giảm áp. 2.Các đại lượng định mức Các đại lượng định mức của máy biến áp do xưởng chế tạo máy biến áp quy định để cho máy có khả năng làm việc lâu dài và tốt nhất.Ba đại lượng định mức cơ bản là: a.Điện áp định mức: Điện áp sơ cấp định mức ký hiệu U1đm,là điện áp đã quy định cho dây quấn sơ cấp.Điện áp thứ cấp định mức ký 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.Người ta quy ước ,với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha,với máy biến áp ba pha điện áp định mức là điện áp dây.Đơn vị điện áp ghi trên máy thường là KV. b.Dòng điện định mức: 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 điên áp định mức.Đối với máy biến áp một pha dòng điện định mức là dòng điện pha.Đối với máy biến áp ba pha,dòng điện định mức là dòng điện dây.Đơn vị dòng điện ghi trên máy thường là A.Dòng điện sơ cấp định mức ký hiệu là I1đm ,dòng điện thứ cấp định mức ký hiệu là I2đm. c.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 ký hiệu là Sđm , đơn vị là KVA.Đối với máy biến áp một pha công suất định mức là: Sđm = U2đm I2đm = U1đm I1đm Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức là: Sđm = U2đm I2đm = U1đm I1đm Ngoài ra trên máy biến áp còn ghi tần số,số pha,sơ đồ nối dây,điện áp ngắn mạch,chế độ làm việc ... 3.Công dụng của máy biến áp Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện,dùng để truyền tải và phân phối điện năng.Các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện(khu công nghiệp,đô thị...)vì thế cần phải xây dựng các đường dây truyền tải điện năng.Điện áp máy phát thường là 6,3 ; 10,5 ; 15,75 ; 38,5 KV.Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây,phải giảm dòng điện chạy trên đường dây bằng cách nâng cao điện áp.Vì vậy ở đầu đường dây cần đặt máy biến áp tăng áp.Mặt khác điện áp của tải thường khoảng 127V đến 500V ; động cơ công suất lớn thường 3 hoặc 6KV,vì vậy ở cuối đường dây cần đặt máy biến áp giảm áp như (hình 2- 2). Máy MBA Đường dây MBA Tải phát điện tăng áp truyền tải hạ áp Hình 2- 2 Ngoài ra máy biến áp còn được sử dụng trong các thiết bị lò nung(máy biến áp lò),trong hàn điện(máy biến áp hàn)làm nguồn cho các thiết bị điện,điện tử cần nhiều cấp điện áp khác nhau,trong lĩnh vực đo lường(máy biến dòng,máy biến điện áp). Đ2.cấu tạo của máy biến áp Máy biến áp gồm ba bộ phận chính:Lõi thép,dây quấn và vỏ máy. 1.Lõi thép máy biến áp Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy,được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt,thường là thép kỹ thuật điện.Lõi thép gồm hai bộ phận: trụ và gông. - Trụ là nơi đặt dây quấn. - Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ. Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín. Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép,người ta dùng thép lá kỹ thuật điện(dày 0,35mm đến 0,5mm,mặt ngoài có sơn cách điện) ghép lại với nhau thành lõi thép.Xem hình vẽ 2- 3a. W1 W2 Hình 2- 3a Hình 2- 3b 2.Dây quấn máy biến áp Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng(hoặc nhôm),có tiết diện tròn hoặc chữ nhật,bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ thép.Giữa các vòng dây,giữa các dây quấn có cách điện với nhau và cách điện với lõi thép.Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn.Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ thì dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép,các dây quấn khác đặt lồng ra ngoài.Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện(hình 2- 3b). 3.Vỏ máy biến áp Dùng để bảo vệ các bộ phận bên trong của máy và đựng dầu máy biến áp .Vỏ máy gồm thùng hình bầu dục,bên trong đặt lõi thép,dây quấn và đựng đầy dầu.Dầu máy biến áp dùng để làm lạnh và tăng cường cách điện cho máy.ở các máy công suất nhỏ,vỏ thùng dầu phẳng.ở các máy công suất lớn,vỏ thùng có nhiều ống để tản nhiệt tốt.Trên nắp vỏ máy có các sứ xuyên cao áp và thấp áp,để cách điện giữa các đầu ra của dây quấn cao áp và thấp áp với vỏ. Có loại máy biến áp mà lõi thép và dây quấn không đặt trong dầu gọi là máy biến áp khô. Đ3.nguyên lý làm việc của máy biến áp Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.Khi ta nối dây quấn sơ cấp máy biến áp vào lưới điện hình sin có điện áp U1tromg dây quấn sơ cấp có dòng điện hình sin I1chạy qua,nó gây ra từ thông f chạy trong lõi thép và móc vòng lấy cả hai dây quấn,gọi là từ thông chính.Từ thông chính f biến thiên hình sin nên cảm ứng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sức điện động tương ứng e1 và e2.(hình 2- 4): e1 = - W1 ; e2=- W2 Hai sức điện động hình sin e1 và e2 sẽ chậm sau từ thông f góc 900 và có trị số hiệu dụng: E1= 4,44fW1fmax ; E2= 4,44fW2fmax trong đó W1,W2tương ứng là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Khi máy biến áp không tải (dây quấn thứ cấp hở mạch) thì U2 = E2và gần đúng U1ằE1,nên: = = = k Hệ số k =gọi là hệ số biến áp. f I1 I2 U1 U2 Phụ tải Hình 2- 4 Từ thông trong máy biến áp Đối với máy tăng áp có: U2 > U1 ; W2 > W1 Đối với máy giảm áp có: U2 < U1 ; W2 < W1 Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện nhưng nhờ có từ thông chính,năng lượng đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp.Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp,ta có thể coi gần đúng,quan hệ giữa các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau: U2I2 ằ U1I1 hoặc ằ ằ k Đ4.máy biến áp ba pha Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha,ta có thể dùng ba máy biến áp một pha (hình 2- 5a) hoặc dùng máy biến áp ba pha (hình 2- 5b). A B C A B C x y z X x X Y Z a b c a b c Hình 2-5a Hình 2- 5b Về cấu tạo,lõi thép của máy biến áp ba pha gồm ba trụ.Dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng các chữ in hoa :Pha A ký hiệu là AX,pha B là BY,pha C là CZ.Dây quấn thứ cấp ký hiệu bằng các chữ thường :Pha a la ax,pha b là by,pha c là cz.Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối hình sao hoặc hình tam giác.Nếu sơ cấp nối hình tam giác,thư cấp nối hình sao,ta ký hiệu là D/Y.Nếu sơ cấp nối hình sao,thứ cấp nối hình sao có dây trung tính,ta ký hiệu là Y/ Y0 . Gọi số vòng dây một pha sơ cấp là W1,số vòng dây một pha thứ cấp là W2,tỉ số điện áp pha giữa sơ cấp và thứ cấp sẽ là: = = k Tỉ số điện áp dây không những chỉ phụ thuộc vào tỉ số vòng dây mà còn phụ thuộc vào cách nối hình sao hay tam giác.Dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp ba pha thường được nối theo các cách sau (hình 2- 6): A B C A B C A B C o a b c a b c a b c a.(Y/ Y0 ) b.(Y/D) c.(D/Y) Hình 2- 6 Sơ đồ nối dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp ba pha Hệ số biến áp dây của máy biến áp ba pha , ký hiệu là C phụ thuộc vào cách nối dây quấn sơ cấp và thứ cấp : - Khi nối dây quấn theo cách Y/ Y0 (hình 2- 6a) th