Định nghĩa và phân loại 9
Định nghĩa 9 1.1.2 Phân loại 9 1.2 Tính thuận nghịch của máy điện 10
Mày điện là thiết bị điện từ hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Nó được cấu tạo chủ yếu từ lõi thép và mạch từ, mạch điện, và có chức năng biến đổi năng lượng giữa cơ năng và điện năng hoặc ngược lại.
Máy điện được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm công suất, cấu tạo, chức năng, dòng điện và nguyên lý làm việc Trong đó, phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng là hai loại chính: máy điện tĩnh, như máy biến áp, dùng để biến đổi điện năng, và máy điện động, bao gồm máy phát điện và động cơ điện.
Hình 1.1: Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thông thường
1.2 Tính thuận nghịch của máy điện
- Mô tả được tính chất thuận nghịch của máy điện
- Phân biệt được tính chất thuận nghịch của máy điện
- Áp dụng vào thực tế
- Có ý thức tự giác trong học tập
Đối với máy điện tĩnh 10 1.2.2 Đối với máy điện quay 11 1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện 12
Máy điện tĩnh phổ biến nhất là máy biến áp, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Hiện tượng này xảy ra khi có sự biến đổi từ thông giữa các cuộn dây mà không cần chuyển động tương đối giữa chúng.
Máy điện tĩnh là thiết bị quan trọng trong việc biến đổi các thông số điện năng nhờ vào tính chất thuận nghịch của quy luật cảm ứng điện từ Chẳng hạn, máy biến áp có khả năng chuyển đổi điện năng từ các thông số U1, I1, F1 thành U2, I2, F2 và ngược lại, cho phép điều chỉnh và tối ưu hóa năng lượng điện sử dụng.
Hình 1.2 Tính thuận nghịch của máy điện tĩnh
1.2.2 Đối với máy điện quay
Nguyên lý hoạt động của máy điện này dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó lực điện từ được tạo ra từ sự tương tác giữa từ trường và dòng điện của các cuộn dây di chuyển tương đối Loại máy này chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi năng lượng.
Biến điện năng thành cơ năng thông qua động cơ điện và ngược lại, biến cơ năng thành điện năng qua máy phát điện, cho thấy tính thuận nghịch trong quá trình biến đổi Điều này có nghĩa là máy điện có khả năng hoạt động linh hoạt ở cả hai chế độ: máy phát và động cơ điện.
Xét một thanh dẫn đặt trong từ trường như hình vẽ
Cho thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra một sức điện động e=B.l.v.sinα (1.1)
Nếu nối hai đầu thanh dẫn với tải R thì trong mạch sẽ có dòng điện I
Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn thì u=e và ta có công suất điện cung cấp cho tải là
Hình 1.3: Chế độ máy phát
Do có dòng I nên thanh dẫn chịu tác dụng bởi một lực điện từ
Fđt=B.i.l.sinα (1.3) khi tốc độ thanh dẫn không đổi thì Pđt=Pcơ
Vậy: Pcơ=Fc ơ.v đã đ ược biến đổi thành công suất điện
Điện áp U từ nguồn điện cung cấp cho máy điện sẽ tạo ra dòng điện i trong thanh dẫn Khi thanh dẫn chịu tác động của từ trường, sẽ xuất hiện lực điện từ Fđt = Bil, khiến thanh dẫn chuyển động với tốc độ v Điều này dẫn đến công suất điện được cung cấp cho động cơ.
Hình 1.3: Chế độ động cơ Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục
Pc = Fđt v Điện năng đã biến thành cơ năng
Máy điện có khả năng hoạt động như máy phát điện hoặc động cơ điện tùy thuộc vào dạng năng lượng đầu vào, thể hiện tính chất thuận nghịch của nó.
1.3 Phát nóng và làm mát của máy điện
- Phân tích được nguyên nhân làm phát nóng máy điện
- Phân biệt được một số nguyên nhân làm phát nóng máy điện
- Áp dụng vào thực tế
- Có ý thức tự giác trong học tập
Phát nóng của máy điện 12 1.3.2 Làm mát của máy điện 13 Bài 2: Máy biến áp 15
Trong quá trình hoạt động, máy điện gặp phải tổn hao công suất do nhiều nguyên nhân, bao gồm tổn hao sắt từ, tổn hao đồng và tổn hao do ma sát Tất cả năng lượng mất mát này chuyển hóa thành nhiệt, làm nóng máy điện và dẫn đến lão hóa lớp cách điện, giảm độ bền điện và cơ Thực nghiệm cho thấy, khi nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép từ 8 đến 10°C, tuổi thọ vật liệu cách điện sẽ giảm xuống còn một nửa Ở nhiệt độ làm việc cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện khoảng 10 đến 15 năm Do đó, cần tránh tình trạng quá tải để không làm tăng nhiệt độ quá mức trong thời gian dài.
1.3.2 Làm mát của máy điện Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ BÀI 1:
- Khái niệm về máy điện
- Tính chất thuận nghịch của máy điện
- Nguyên nhân làm phát nóng máy điện
- Giải bài tập cơ bản về tính chất thuận nghịch của máy điện
+ Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác
- Kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm
- Kỹ năng: Đánh giá kỹ năng tính toán các bài tập
- Thái độ: Đánh giá phong cách học tập
Một thanh dẫn dài 0.32m và có điện trở 0.25Ω được đặt vuông góc với từ trường đều có từ cảm B = 1.3T Khi lực tác dụng lên thanh dẫn là 120N, cần xác định điện áp rơi trên thanh Nếu thanh dẫn nghiêng một góc α = 25°, điện áp này sẽ được tính lại.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Fđt=B.i.l.sinα, Pđt=Pcơ, e=B.v.l.sinα ĐS: 72.11V, 79.57V
Bài tập 1.2 Xác định vận tốc của một thanh dẫn dài l = 0.54m biết rằng khi nó chuyển động trong từ trường B = 0,86 T thì sđđ cảm ứng trong nó là e 30,6V
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 65,89m/s
Một thanh dẫn dài 1.2 m đang chuyển động với vận tốc 5.2 m/s, cắt vuông góc các đường sức từ của một từ trường đều có độ từ cảm B = 0.18 T Cần tính toán suất điện động (sđđ) cảm ứng trong thanh dẫn này.
Hướng dẫn: Áp dụng công thức: e=B.v.l.sinα ĐS: 1,12v
Mã bài: MĐ09-02 Bài viết này giới thiệu về vai trò của máy biến áp trong hệ thống điện, nhằm giải quyết vấn đề truyền tải điện từ các nhà máy điện đến người tiêu dùng ở những vùng xa Việc truyền tải điện trực tiếp có thể gây tổn thất lớn và sụp đổ điện áp, do đó, máy biến áp đóng vai trò trung gian quan trọng Bài nghiên cứu không chỉ tập trung vào máy biến áp mà còn mở rộng để tìm hiểu về các loại máy biến điện khác như máy biến dòng và máy biến áp đặc biệt, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng và vận hành các thiết bị điện hiệu quả.
- Xác định được cực tính của các cuộn dây máy biến áp theo định luật về điện
- Đo xác định chính xác các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch theo tiêu chuẩn về điện
- Bảo dưỡng và sửa chữa được máy biến áp theo nội dung bài đã học
- Chọn lựa máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng, theo tiêu chuẩn về điện
- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo, chủ động trong học tập
Cấu tạo và công dụng của máy biến áp 15
Cấu tạo của máy biến áp 15 2.1.2 Phân loại máy biến áp 17 2.1.3 Công dụng của máy bíên áp 17 2.2 Các đại lượng định mức 18
Máy biến áp bao gồm ba phần chính:
Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)
Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
Lõi thép được cấu tạo từ các lá thép mỏng ghép lại, bao gồm hai loại chính: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type) Loại trụ được hình thành từ các lá thép hình chữ U và chữ I, giúp giảm thiểu từ thông rò lớn bằng cách chia các cuộn dây, với mỗi nửa cuộn đặt trên một trụ của lõi thép Ngược lại, loại bọc được tạo bởi các lá thép hình chữ E và chữ I, bao bọc các cuộn dây quấn và tạo thành một mạch từ có hiệu suất rất cao, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện.
Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ
Dây quấn máy biến áp được làm từ dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật Để giảm thiểu tổn thất do dòng điện xoáy, dây quấn cho dòng điện lớn thường sử dụng các sợi dây dẫn mắc song song Ngoài ra, bề ngoài của dây quấn được bọc cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Dây quấn thứ cấp (Second Winding)
Hình 2.3 Hình dạng máy biến áp một pha loại trụ
Máy biến áp một pha loại bọc có cấu trúc với dây quấn được tạo thành từ nhiều lớp bánh dây, đặt trong trụ lõi thép Để đảm bảo hiệu suất, cần có cách điện tốt giữa các lớp dây quấn, giữa dây quấn và lõi thép Dây quấn kết nối với nguồn điện được gọi là dây quấn sơ cấp, trong khi dây quấn kết nối với tải được gọi là dây quấn thứ cấp.
Ngoài 2 bộ phận chính kể trên, để MBA vận hành an toàn, hiệu quả, có độ tin cậy cao MBA còn phải có các phần phụ khác như: Võ hộp, thùng dầu, đầu vào, đầu ra, bộ phận điều chỉnh, khí cụ điện đo lường, bảo vệ
2.1.2 Phân loại máy biến áp
Theo công dụng máy biến áp có thể gồm các loại sau đây:
- Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện
- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, máy biến áp hàn, các thiết bị chỉnh lưu,…
- Máy biến áp tự ngẫu: Có thể thay đổi điện áp nên dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều
- Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ đo
- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện - điện tử
Máy biến áp có nhiều loại, nhưng tất cả đều hoạt động theo nguyên lý giống nhau Trong bài giảng này, chúng ta sẽ tập trung vào máy biến áp một pha và ba pha, trong khi các loại máy biến áp khác sẽ được đề cập sơ lược ở phần cuối chương để các bạn tự tìm hiểu thêm.
2.1.3 Công dụng của máy bíên áp
Hình 2.5 H ệ th ố ng truy ề n t ả i và phân ph ối điệ n
Trong hệ thống điện, máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng Các nhà máy điện lớn thường nằm xa các trung tâm tiêu thụ, do đó cần thiết phải xây dựng các đường dây truyền tải Điện áp đầu ra của máy phát thường chỉ đạt vài chục kV, vì vậy để truyền tải công suất lớn và giảm tổn thất, điện áp cần được nâng cao Do đó, ở đầu đường dây thường lắp đặt máy biến áp tăng áp, trong khi ở cuối đường dây, máy biến áp giảm áp được sử dụng để cung cấp điện với điện áp từ 0,4 đến 6 kV cho phụ tải.
2.2 Các đại lượng định mức
- Biết được một số đại lượng định mức của máy biến áp
- Phân biệt được một số loại đại lượng định mức của máy biến áp
- Biết được công dụng của nó
- Áp dụng vào thực tế
- Có ý thức tự giác trong học tập
Các đại lượng định mức của máy biến áp xác định các điều kiện kỹ thuật cần thiết cho thiết bị Những thông số này được quy định bởi nhà máy sản xuất và thường được ghi rõ trên nhãn của máy biến áp.
Điện áp định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp 18 2.2.2 Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp 18 2.2.3 Công suất định mức của máy biến áp (P,Q,S) 19 2.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 19
Điện áp sơ cấp định mức U 1đm (V, kV) là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp của máy biến áp Trong khi đó, điện áp thứ cấp định mức U 2đm (V, kV) là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp đạt mức định mức Cần lưu ý rằng đối với máy biến áp một pha, điện áp định mức là điện áp pha, còn đối với máy biến áp ba pha, điện áp định mức là điện áp dây.
2.2.2 Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp
Dòng điện định mức(A): Là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây máy biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức
Với máy biến áp một pha:
Với máy biến áp ba pha:
Nếu = 1 S1 = S2 U2đm I2đm = U1đm I1đm
Trên máy biến áp, các thông số quan trọng được ghi rõ bao gồm tần số định mức (fđm), số pha (m), sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch (Un%), chế độ làm việc, và phương pháp làm mát.
2.2.3 Công suất định mức của máy biến áp (S)
Công suất định mức S đm (VA, kVA): Là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp
2.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp
- Mô tả được nguyên lý làm việc của máy biến áp
- Thành lập được công thức tính tỉ số biến áp
- Áp dụng vào thực tế
- Có ý thức tự giác trong học tập
Hình 2.6 sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha
W1=N1: Số vòng dây cuộn sơ cấp
W2=N2: Số vòng dây cuộn thứ cấp
: Từ thông cực đại sinh ra trong mạch từ
Như hình vẽ nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha có hai dây quấn
Khi nối dây quấn sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều với điện áp u1, dòng điện sơ cấp i1 sẽ chạy trong dây quấn này Dòng điện i1 tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép, từ thông này liên kết đồng thời với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, được gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảm ứng điện từ sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn sơ cấp sức điện động cảm ứng là: dt w d e
Cảm ứng vào dây quấn thứ cấp sức điện động cảm ứng là: dt w d e
1 (2.4) Trong đó w1 vá w2 là số vòng dây của cuộn dây sơ cấp, thứ cấp
Khi máy biến áp không tải và dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện i2 bằng 0 Lúc này, từ thông chính chỉ được sinh ra bởi cuộn dây w1, với giá trị đúng bằng dòng từ hóa.
Khi máy biến áp hoạt động với tải, cuộn dây thứ cấp kết nối với tải Zt sẽ chịu tác động của sức điện động cảm ứng e2, dẫn đến dòng điện thứ cấp i2 cung cấp năng lượng cho tải Trong quá trình này, từ thông chính trong lõi thép được tạo ra đồng thời bởi cả hai cuộn dây Do điện áp U1 biến thiên theo dạng sin, từ thông chính cũng sẽ biến thiên theo dạng cos.
E1 và E2 là giá trị sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp Mặc dù sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số, nhưng trị hiệu dụng của chúng lại khác nhau.
K được gọi là hệ số biến áp
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ngoài không khí có thể coi gần đúng U1=E1,U2=E2 ta có:
(2.10) Đối với máy tăng áp: U2>U1;W2>W1 Đối với máy tăng áp: U2