Bài giảng Máy điện - Chương 2: Những vấn đề chung về máy điện quay

Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương

Email: [email protected]du.vn

Phone: +84-963286734

Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử

Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

1

MÁY ĐIỆN I

Nội dung

Chương 1. Máy biến áp

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay

Chương 3. Máy điện không đồng bộ

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Chương 5. Máy điện một chiều

2

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay

Nội dung

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

III. Sức điện động của dây quấn MĐ xoay chiều

IV. Sức từ động của dây quấn MĐ xoay chiều

3

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Đại Cương

1.1 Kết cấu: Máy điện quay gồm 2 phần chính mạch từ và dây quấn, ở đó

diễn ra sự biến đổi điện cơ:

!ꢀ Mạch từ là 2 khối đồng trục cách nhau một khe hở đảm bảo có thể

chuyển động tương đối với nhau.

- Khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay stato

- Khối quay gọi là phần quay hay rotor

!ꢀ Cả hai đều có mạch từ và mạch điện (tức là lõi thép và dây quấn)

1.2. Nguyên lý làm việc: Dựa vào 2 định luật chính là:

"ꢀ Định luật cảm ứng điện từ

"ꢀ Định luật về lực điện từ

4

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Đại Cương (tiếp)

1.3. Phân loại:

!ꢀ Tùy theo cách tạo ra từ trường, kết cấu mạch từ và dây quấn người

ta chia máy điện quay làm 4 loại:

!ꢀ Máy điện không đồng bộ

!ꢀ Máy điện đồng bộ

!ꢀ Máy điện một chiều

!ꢀ Máy điện xoay chiều có vành góp

5

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Đai Cương (tiếp)

1.4. Nguyên lý làm việc của MĐKĐB

!ꢀ Tạo ra một từ trường quay trong lõi thép Stato với tốc độ :

f – tần số

60.f

p

n₁=

p – số đôi cực

!ꢀ Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch của Roto

và cảm ứng trên đó các sđđ và dòng điện.

!ꢀ Từ trường do dòng điện roto tạo ra kết hợp với từ trường Stato tạo

thành từ trường khe hở.

!ꢀ Dòng điện roto tác dụng với từ trường khe hở tạo ra mô men quay,

kéo rô to quay với tốc độ n ≠ n1

6

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1.4. Nguyên lý làm việc của MĐKĐB (tiếp)

!ꢀ Trong phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng

khác nhau

!ꢀ Sự sai khác giữa hai tốc độ được biểu thị bằng hệ số trượt s

n₁− n

s =

n₁

!ꢀ Chế độ làm việc của MĐKĐB phụ thuộc vào quan hệ giữa tốc độ n và n₁

- 0 < s < 1 : Chế độ động cơ điện

-ꢀ s < 0 : Chế độ máy phát điện

-ꢀ s >1 : Chế độ hãm

7

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Tổng quan về máy điện quay (tiếp)

1.5 Nguyên lý máy điện đồng bộ

!ꢀ Rotor với các cực từ có từ trường F_tquay với tốc độ n1 cảm ứng lên

dây quấn 3 pha ở stato các sức điện động xoay chiều e_Ae_Be_Cvới

tần số f = p.n1/60.

!ꢀ Các dòng điện i_Ai_Bi_Ctrong day quấn stator sinh ra từ trường quay F_ư

có tốc độ n₁= 60f/p

!ꢀ Do n = n₁nên gọi là máy điện đồng bộ

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1.6 Nguyên lý máy điện một chiều

Thực chất là máy điện đồng bộ mà trong đó các sđđ xoay chiều được

chỉnh lưu thành một chiều nhờ vành góp.

1.7 Nguyên lý máy điện xoay chiều có vành góp

Thực chất là máy điện không đồng bộ. Vành góp được sử dụng để đưa

vào các sđđ nhằm cải thiện hệ số công suất và điều chỉnh tốc độ quay.

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

2. Tổng quan về biến đổi điện cơ

!ꢀ Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ

biến đổi từ dạng này sang dạng khác

!ꢀ Một máy điện quay thực hiện nhiệm vụ biến đổi năng lượng từ điện sang

cơ hay ngược lại – tương ứng với động cơ hay máy phát điện

tæn hao ®iÖn

trõ¬ng

tæn hao c¬

tæn hao ®iÖn

hÖ thèng

®iÖn

hÖ thèng

c¬

trõ¬ng ®iÖn

tõ liªn hÖ

®éng c¬

dßng ch¶y n¨ng luîng

m¸y ph¸t

! !

!

!ꢀ Thể hiện trên 2 định luật cơ bản

Và

e = B.v.l f = B.i.l

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

1. Khái niệm chung

!ꢀ D©y quÊn lµ phÇn m¹ch ®iÖn, lµ phÇn kh«ng thÓ t¸ch rêi cña c¸c m¸y ®iÖn

nãi chung vµ m¸y ®iÖn quay nãi riªng

!ꢀ Trong m¸y ®iÖn quay, d©y quÊn lµ mét bé phËn kÕt cÊu mµ ë ®ã thùc hiÖn

viÖc biÕn ®æi năng l-îng ®iÖn c¬

!ꢀ D©y quÊn ®-îc bè trÝ ®Æt trªn c¶ phÇn ®éng (r«to) vµ phÇn tÜnh (stato)

!ꢀ Tïy thuéc vµo nhiÖm vô cña tõng cuén d©y mµ ng-êi ta gäi mét d©y quÊn

lµ :d©y quÊn phÇn c¶m - cßn d©y quÊn cßn l¹i gäi lµ: d©y quÊn phÇn øng

!ꢀ Trong đa số các loại MĐ quay, dây quấn phần cảm có nhiệm vụ tạo ra từ

trường ở khe hở không khí lúc không tải. Trong những trường hợp đó, dây

quấn phần cảm còn gọi là “dây quấn kích từ”. Dòng điện một chiều chạy

trong cuộn dây quấn quanh các cực làm nó bị từ hoá tạo nên các cực tự

phân bố xen kẽ

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

1. Khái niệm chung (tiếp)

!ꢀ Tuy nhiên cũng có những trường hợp do kết cấu mà chúng tạo ra từ trường

có cực tính không đổi

!ꢀ Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sđđ theo yêu cầu khi

có từ trường phần cảm chuyển động tương đối với nó. Sđđ cảm ứng trên

dây quấn là xoay chiều hay một chiều tuy thuộc vào từ trường phẩn cảm là

loại có cực tính thay đổi hay cực tính không đổi.

Yêu cầu đối với dây quấn:

!ꢀ Đảm bảo sđđ và dòng điện tương ứng với công suất điện từ của máy

!ꢀ Chịu được dòng điện tương ứng với công suất của máy mà không bị phát

nhiệt quá mức cho phép

!ꢀ Chế tạo, lắp đặt được thuận lợi, đảm bảo được độ bền cơ khi máy hoạt

động và tiết kiểm nguyên vật liệu

!ꢀ Vật liệu để chế tạo dây quấn MĐ quay thường là đồng đỏ hoặc nhôm, tuy

nhiên đồng đỏ được sử dụng phổ biến hơn cả

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

a. Dây quấn phần cảm

D©y quÊn r«to m¸y đồng bộ cùc låi

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

a. Dây quấn phần cảm (tiếp)

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

a. Dây quấn phần cảm (tiếp)

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Dây quấn phần ứng

Phần đầu nối

W =1

b

W =2

b

y

Bước dây quấn

Phần đầu nối

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Dây quấn phần ứng (tiếp)

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Dây quấn phần ứng (tiếp)

Dây quấn và lõi thép

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Bước dây quấn và bước cực

!ꢀ Nếu phần ứng có Z rãnh và máy có số đôi cực là p thi góc độ điện giữa 2

rãnh liên tiếp được tính theo công thức:

p.360^o

α =

z

!ꢀ Dây quấn bước đủ: y = τ =

2p

!ꢀ Góc lệch pha giữa sđđ của 2 cạnh tác dụng của một bối dây

p.360^oz

ζ =

x = 180^o

z 2p

!ꢀ Nếu sđđ cảm ứng trên mỗi cạnh tác dụng được biểu diễn là một véc tơ thì

sđđ của bối dây là tổng của 2 véc tơ như hình vẽ

E

ζ

a

ζ

a

b

E

b

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

c. Số pha và số rãnh (tiếp)

!ꢀ Đối với MĐ xoay chiều, nếu dây quấn có số pha là “m” thi mỗi pha chiếm số

rãnh là: Z/m

!ꢀ Với dây quấn một lớp, số bối dây của một pha tương ứng sẽ là Z/2m

bối

!ꢀ Tương tự với dây quấn 2 lớp, do mỗi bối dây có 2 cạnh tác dụng và mỗi

cạnh tác dụng chỉ chiếm 1/2 rãnh, nên số bối dây chính bằng số rãnh của

một pha tức bằng z/m bối

Bài giảng Máy điện - Chương 2: Những vấn đề chung về máy điện quay - Đặng Quốc Vương