›
›

Giáo trình môn Máy điện

pdf 28 trang ngocly 730
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình môn Máy điện", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_mon_may_dien.pdf

Nội dung text: Giáo trình môn Máy điện

  1. PHẦN MỞ ĐẦU §1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN - Máy: Vật chế tạo từ nhiều bộ phận phức tạp dùng thực hiện chính xác công việc chuyên môn nào đó. - Máy điện : Máy điện tử : cơ điện, điện cơ, AC DC Máy quay : Máy điện xoay chiều Máy điện một chiều U~1 U~2 có f =const : Máy biến áp §2. CÁC ĐỊNH LUẬT THƯỜNG DÙNG ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN 1.Định luật cảm ứng điện từ d Định luật Farađây e b.v.l dt Sức điện động tạo ra trong 1 mạch điện tỉ lệ với đạo hàm tổng từ thông biến thiên trong mạch đó. 2. Định luật toàn dòng điện H.dl W.i F F- sức từ động Tích phân vòng của cường độ từ trường quanh một vòng kín bất kỳ quanh 1 số vòng điện bằng tổng dòng điện trong W vòng dây của mạch. 3. Định luật lực điện từ dfM i.dl BM Lực điện từ đặt lên 1 đoạn dây có từ cảm Bm có từ cảm l f B.i.sin .dl 0 B.i Nếu từ trường đều dây dẫn thẳng f B.ilsin 4. Năng lượng của điện từ .H2 1 W .dV L.i2 2 2 L.i2 = Ψ từ thông móc vòng L: hệ số điện cảm Nếu thiết bị điện từ có 2 hoặc nhiều mạch có hỗ cảm với nhau: .H2 L .i2 L .i2 W .dV 1 1 2 2 M .i .i 12 2 2 2 12 1 2 5. Phương trình cân bằng điện áp U Z.i Z: tổng trở của mạch 1 Z r j.w.L jwC 6. Momen điện từ sinh ra ở máy điện 1
  2. M k..i k: hệ số Ψ: từ thông móc vòng 7. Đơn vị tương đối U I U I Udm Idm §3. SƠ LƯỢC VẬT LIỆU CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN 1.Vật liệu dẫn từ Các loại thép kĩ thuật điện chế tạo 1511 1512 1513 Máy biến áp 3404 3405 3408 Chế tạo 1211 1311 1411 1412 1511 1512 động cơ 2211 2312 Số đầu thể hiện hình thức cán số 1: Cán nóng số 2: cán nguội đẳng hướng số 3: cán nguội dị hướng Số thứ hai chỉ hàm lượng Silic Số thứ ba phân loại theo suất tổn hao Số thứ tư phân loại mã hiệu theo số sảm xuất 2. Vật dẫn điện chủ yếu là Al, Cu Al có điện trở suất 0,0282 mm2/m ở 200C Cu có điện trở suất 0,0172 mm2/m ở 200C 3. Vật liệu kết cấu kim loại - chất dẻo 4. Vật liệu cách điện: cách ly phần dẫn điện và dẫn từ hoặc giữa phần dẫn điện với nhau PHẦN MỘT 2
  3. MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP §1.1 ĐẠI CƯƠNG Máy biến áp là thiết bị đứng yên làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ dùng biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều này thành hệ thống xoay chiều khác tần số không đổi. Công dụng: Dùng chủ yếu truyền tải điện năng, máy hàn đo lường - Ký hiệu + Trong truyền tải điện năng + Trong sơ đồ điện năng thường kí hiệu Chú ý : Tổng công suất của MBA >> tổng công suất của MFĐ Do có tổn hao MBA. Hãy tính hiệu suất để từ đó quyết định xem kWh ở đâu do có sự tổn hao trên MBA sự tổn hao này tương ứng với 1 nhà máy phát điện §1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP Khi U1 là điện áp hình sin  = m.sinwt Theo định luật cảm ứng điện từ d e W . 1 1 dt d .sin .t e W . m 1 1 dt e1 W1.m .cost e 2E sin(t ) 1 1 2 e 2E sin(t ) 2 2 2 .W1m E1 4,44.f.W1m 2 W2m E2 4,44fW2 .m B =(11,5)T 2  B.S E W U Hệ số biến áp k 1 1 1 E2 W2 U2 3
  4. E=U+I.R khi R0 thì E lúc đó là U R 0 thì E là sức điện động §1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC - Dung lượn máy S(VA,KVA,MVA) - Điện áp định mức sơ cấp U1 - Điện áp định mức thứ cấp U2 + nếu MBA ba pha là điện áp dây + nếu là MBA một pha là điện áp pha - Dòng điện áp định mức sơ cấp I1 (Dòng điện dây) - Dòng điện áp định mức thứ cấp I2 S S I1 (3pha) I1 (1pha) 3U1 U1 - Tần số f - Un% là điện áp đặt vào phía sơ cấp khi phía thứ cấp bị nối ngắn mạch mà còn điện trong các cuộn dây bằng dòng điện định mức - Tổ nối dây: là cách nối dây của dòng sơ cấp và thứ cấp Số 12, 11 thể hiện góc lệch pha suất điện động dây sơ cấp và suất điện động thứ cấp §1.4. CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP CHÍNH 1.MBA điện lực: truyền tải và phân phối điện năng đi xa nhằm giảm tổn thất đường dây 2 2 P=U.I phải tăng P thì Pd giảm mà Pd= U.I = I .R thì I giảm thì U tăng thì P tăng - Không truyền tải dòng điện một chiều vì không sinh ra từ trường biến thiên không tồn tại từ thông 2. Máy biến áp chuyên dùng - Máy biến áp tự ngẫu - Máy biến áp chỉnh lưu xoay chiều thành một chiều §1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp: - lõi thép - dây quấn - vỏ máy 1. Lõi thép: chế tạo bằng thép kỹ thuật điện thường cán lạnh a. Máy 1 pha S k S T E 4,44.f.W.m 4,44.W.f.B.ST 2 ST: tiết diện trụ bằng cm K : hệ số (11,4) tôn tốt k nhỏ, tôn xấu k lớn S: Dung lượng máy VA b. Máy ba pha - Mạch từ kiểu lõi 3 pha – 3 trụ 4
  5. + Trụ: lõi thép có dây quấn + Gông: phần nối giữa các trụ tiết diện gông lớn hơn tiết diện trụ giảm tổn hao sắt từ Mạc từ kiểu bọc 3 pha- 5 trụ 2. Dây quấn a. Dây quấn kiểu đồng tâm: - ống trụ - xoắn: + xoắn đơn + xoắn kép + Các vòng ống trụ, giữu các lớp cách điện bằng tổng điện áp 2 lớp dừng lại có tác dụng cho máy công suất cho cả cuộn cao thế và hạ thế Thường dùng cho máy trung bình và cao thế + Đường dây hạ thế dùng dây quấn chữ nhật, số sợi chập lớn dùng dây xoắn với nhau, với mục đích chiều dài dây quấn bằng nhau - Để các dây dài bằng nhau ta hoán vị dây - Xoắn kép tiết kiệm dây, tăng cường dây quấn, tiết kiệm diện tích b. Dây quấn xoáy ốc liên tục Dùng cho cao thế lớn hơn 110KV dây quấn thành các bánh dây ghép lại theo hình xoáy ốc và có bán kính dây nếu số sợi dây chập nhiều c. Dây quấn xoáy ốc: Dùng làm dây quấn hạ thế thay cả trụ và xoắn cắt tấm đồng có chiều cao bằng chiều cao ống d. Dây quấn xen kẽ 3. Vỏ máy - Chức năng: che đậy MBA, chứa dầu, làm mát, trên vỏ máy gắn bộ phận tản nhiệt được tính toán đến sự tổn hao: gắn quạt làm mát, mát dầu , bộ chuyển mạch, rơle, áp lực, bình dầu phụ, sứ v.v CHƯƠNG 2 TỔ NỐI DÂY Để MBA làm việc được các dây quấn phải nối theo một tổ hợp nhất định và việc định ra kiểu nối dây phải phù hợp mạch từ §2.1. TỔ NỐI DÂY CỦA MBA Quy ước đầu dây 1.Cách ký hiệu đầu dây Cao thế Trung thế Hạ thế Đầu đầu ABC Am Bm Cm abc Đầu cuối XYZ Xm Ym Zm xyz Đầu trung tính O,N O, Nm o,n 2. Các kiểu nối dây - Kiểu sao , tam giác , đấu ZicZăc + Đấu  ba đầu cuối hoặc ba đầu đấu chập lại U d 3U f Id If 5
  6. + Đấu tam giác Ud Uf Id 3If 3. Tổ nối dây Là sự tổ hợp kiểu nối sơ cấp và thứ cấp biểu thị góc lệch pha suất điện động sơ và thứ cấp + Phụ thuộc chiều quấn, cách ký hiệu đầu dây, kiểu đấu dây  11 Cao thế sơ cấp hạ thế thứ cấp góc lệch pha Edsc và Edtc VD: Máy pha kí hiệu I6, I12 Phạm vi ứng dụng của tổ nối dây Tổ nôi dây cao áp Hạ áp Dung lượng Yy-12 35kV 400/230 V 630kVA Y -11 35kV 400/230 V 2500kVA 110kV nên tồn tại 3 do từ trở lõi thép nhỏ suy ra 3 khá lớn (1520% 1)  Tổ nối dây Yy hạn chế tổn thất máy, hạn chế dung lượng, công suất máy ít dùng  Tổ nối dây y dòng từ hoá i03 khép kín mạch nên dòng từ hoá không hình sin và có dạng nhọn đầu thì  hình sin do đó suất điện động ở sơ cấp và thứ cấp hình sin không có gì bất lợi ứng dụng rộng rãi  Tổ nối dây  ở phía sơ cấp không tồn tại dòng điện bậc 3 nên tổ nối dây sơ cấp có dạng ban đầu. Khi có tải dòng bậc 3 thứ cấp sinh ra suất điện động bậc E23 i23 3 nó ngược với 3Y. 3 và 3Y triệt tiêu ảnh hưởng không đáng kể Kết luận: Đối với tổ nối dây Y ta tránh được ảnh hưởng của từ thông và sđđ bậc 3 6
  7. §2.3.TÍNH TOÁN MẠCH TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP - Xác định dòng từ hoá i0 và tổn hao sắt từ trong đó İo = İor + İox İor : thành phần đốt nóng lõi thép İox : sinh ra từ thông chính 1. Tính Ior căn cứ tổn hao sắt từ 1,3 2 2 f PFe P1150.[Bt .Gt Bg.Gg ]. (W) 50 P1150: suất tổn hao thép ở mật độ từ cảm 1T, f=50Hz Bt, Bg mật độ từ cảm ở trụ và gông Gt, Gg: khối lượng của trụ , gông PFE Ior m.U1 m: là số pha U1: điện áp pha 2. Tính Iox 2I0X .W F  H.l Iox .W : sức từ động W số vòng dây F Iox 2.W Bt Cách 1: Máy một pha F 2.H t .lt 2Hg .lg n k . (nk=4) o Ht: cường độ từ trong trụ lt: chiều dài trụ Cách 1: Máy 3 pha trường hợp hai trụ ngoài Bt F H t .lt 2Hg .lg n k . (nk=3) 0 Trụ giữa: Bt F H t .lt n k . (nk=1) o 2F F 2 ' Bt ’ F H t .lt Hglg n k .  (nk =7/3) 3 3 o F Iox 2W Qo qtt .G t q tg .Gg n.q.s Cách 2: Iox m.U1 m.U1 S: diện tích khe hở không khí Qtt, Qtg: suất từ hoá trong trụ và gông 7
  8. 2 2 Io Ior Iox I i% 0 .100% (110)% Idm Bài tập: Tính các dòng điện định mức của 1 máy biến áp ba pha khi biết các số liệu Sđm = 100 kVA, U1đm/U2đm=6000/230 V Ta có : S 105 I1dm 9,62(A) 3U1dm 3.6000 S 105 I2dm 251(A) 3U 2dm 3.230 CHƯƠNG 3 MỐI QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MBA §3.1. CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN 1.Phương trình cân bằng sức điện động d d e w 1 1 1 dt dt 1 w1. d e 2 ; w . 2 dt 2 2  1 , 2 là từ thông móc vòng d d e w . 1 1 1 1 dt dt  e d d e w . 2 2 2 2 dt dt - Từ thông tải chủ yếu đi qua môi trường phi từ tính tỉ lệ dòng điện sinh ra nó thông qua hệ số điện cảm (điện tải cảm ) dI  L. .i e L. . 1 1 1 1 1 1 dt dI  L. .i e L. . 2 2 2 2 2 2 dt Theo Kirchoff 2 : u1 e1 e1 i1.r1 di di u e e i .r L 1 M 2 i .r 1 1 1 1 1 1 dt dt 1 1 e2 e2 i2 .r2 u 2 di di u e e i .r L 2 M 1 i .r 2 2 2 1 1 2 dt dt 2 2 8
  9. Trong đó : L1=L11+L1 ; L2=L22+L2 ; M = L12 = L21 Dạng phức : U1 E1 E1 I1 .r1 E1 j.I1 .x1 I1 .r1 E1 I1 Z1 U E E I .r E I Z 2 2 1 2 2 2 2 2 E1 j.I1 .x1 E1 j.I2 .x 2 2. Phương trình sức từ động U1 E1 = 4,44 f. W1. m m = const kể cả khi có tải và khi không tải sức từ động (i1w1 + i2 w2) sinh ra m lúc có tải i0 w1 sinh ra m lúc không tải (i1w1 + i2 w2) = io wo I1 .w1 I2 .w 2 I0 .w 0 w 2 I1 I2 I0 ( I 2 I 2 . ) w1 I1 I 2 I0 Kết luận: Khi có máy có tải sơ cấp gồm hai thành phần I0 ( I 2 ) I1 Io sinh ra từ thông chính I 2 : bù lại tác dụng dòng thứ cấp do đó khi tải tăng thì I2 tăng I 2 tăng I1 tăng để giữ I0 đảm bảo sinh ra từ thông chính §3.2 MẠCH THAY THẾ CỦA MBA -Mục đích: Đơn giản trong quá trình tính toán, thay thế mạch điện và mạch từ bằng mạch tương đương và đặc trưng cho MBA Mạch thay thế nối trực tiếp sơ cấp và thứ cấp thành mạch điện thì dây quấn nọ thành dây quấn kia, việc qui đổi thuận tiện cho tính toán không ảnh hưởng đến quá trình vật lý 1. Quy đổi MBA a. Quy đổi suất điện động, điện áp thứ cấp về sơ cấp ’ E2 qui đổi E2 ’ U2 qui đổi U2 ’ do có sự qui đổi W1=W2 (E2 = E1) E1 w1 w1 E1 E1. k.E2 E 2 E2 w2 w2 ’ b. Dòng điện qui đổi I2 E2 1 I 2 .I2 I2 k=w1/w2 E 2 k ’ ’ c. Điện trở của điện kháng qui đổi r2 , x2 2 I I2 .r I'2 .r' r' 2 .r k 2 .r 2 2 2 2 2 ' 2 2 I2 9
  10. ' 2 Z2 k .Z2 Z' k 2.Z t t ' 2 x 2 k .x 2 Zt rt j.x t d. Các phương trình qui đổi từ phương trình cũ phương trình mới. Phương trình qui đổi U1 E1 I1 .Z 1 U 2 E 2 I 2 .Z 2 I1 I ( I 2 ) 0 2. Sơ đồ thay thế của MBA 2 M.io 1 k.M.io di e k.M. o 1 dt di e M. o 2 dt E1 E 2 j..k.M.I0 j.I0 .x m x m k.m. P r FE ; Z r jx Z : tổng trở từ hoá MBA m 2 m m m m Io 3. Mạch điện thay thế đơn giản rn r1 r2 x n x1 x 2 Zn rn jxn Tổng trở ngắn mạch MBA §3.3. ĐỒ THỊ VECTO CỦA MÁY BIẾN ÁP Mục đích:Thấy rõ quan hệ trị số và góc pha giữa đại lượng của MBA và thấy được sự biến thiên giữa các đại lượng §3.4. CÁCH XÁC ĐỊNH THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP BẰNG THỰC NGHIỆM 1. Thí nghiệm không tải U1 Po 2 2 Zo ;ro x0 Zo ro I0 I o w U P P k 1 1 cos 2 0 w 2 U2 S0 U1.I0 - Khi máy chạy không tải cos rất thấp tối kị không chạy không tải 2.Thí nghiệm ngắn mạch 10
  11. + Nối a-b-c U P Z n ;r x Z2 r 2 n n 2 n n n In In Bài tập chương 3: Bài 1(62): máy BA 1 pha có S = 5kVA; U1đm=11000V; U2đm=110V . Thay đổi cách nối dây quấn với nhau sẽ có các tỉ số biến đổi điện áp khác nhau. Với mỗi cách nối hãy tính các dòng điện định mức sơ và thứ cấp Bài làm: Dây sơ cấp và thứ cấp đều nối nối tiếp 5000 S U .I I 0,227(A) 1dm 1dm 1dm 2.11000 5000 S U .I I 22,7(A) 2dm 2dm 2dm 2.110 Dây sơ cấp và thứ cấp nối song song 5000 S U .I I 0,454(A) 1dm 1dm 1dm 11000 5000 S U .I I 45,4(A) 2dm 2dm 2dm 110 Bài 2: Máy biến áp có Sđm=20000kVA; U1 = 126,8kV; U2=11kV; f = 50kHz . Diện 2 tích lõi thép là 3595 cm ; B = 1,5 T. Tính W1 ; W2 CHƯƠNG 4 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC VỚI TẢI ĐỐI XỨNG §4.1.GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG Trong quá trình truyển tải năng lượng qua MNA phần tổn hao cho MBA tổn hao đồng, tổn hao sắt phần công suất điện từ truyền qua máy ’ ’ Pđt = P1 – Pcu1 – PFE =E2 .I2 .cos2 P1: Công suất phần sơ cấp P1=U1.I1.cos 1 2 Pcu I1 .r1 : tổn hao điện trở sơ cấp 2 PFE rm .Io : tổn hao sắt từ P2 Pdt Pcu U2.I2 .cos 2 Công suất tác dụng Q1 U1.I1 sin 1 2 q1 x1.I1 2 q m x m .Io Qdt Q1 q1 q m E 2.I 2.sin 2 2 q 2 x 2.I2 + Đối với tải cảm do 2 > 0 Q2 > 0 , Q1 >0 công suất phản kháng truyền từ sơ cấp đến thứ cấp 11
  12. + Đối với tải dung 2 0 toàn bộ công suất phản kháng dùng từ hoá lõi thép Q1<0 toàn bộ công suất phản kháng truyền ngược lại thứ cấp sang sơ cấp §4.2. ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP CỦA MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁCH ĐIỀU CHỈNH U20 U2 U 20 U 2 U1dm U 2 U 1 U 2 U 20 U 20 U1dm Độ thay đổi điện áp gọi hiệu số học giữa trị số điện áp lúc không tải và có tải trong điện áp sơ cấp không đổi - Thay đổi tùy theo giãn tải I  2 I2dm Tải cảm: U 0 U 2 U 20 Tải dung: U 0 U2 U20 U20: điện áp thứ cấp lúc không tải U2: điện áp thứ cấp lúc có tải Cách điều khiển: - Cân đối giữa tải dung và tải cảm U giảm w1 - Thay đổi tỷ số điện áp : k Nếu thay dổi W1 hoặc W2 k2 khác w 2 - Điện áp dưới tải nhỏ biến thiên tỉ số biến áp khi tải đang làm việc - Điện áp không tải cắt điện khi thay đổi tỉ số biến áp Hiệu suất của máy biến áp P2 % .100 P1, P2 công suất có ích P1  P Pcu PFe % 1 .100 1 P1 P1 Pcu PFe P: Tổng tổn hao P2  - Sđm.cos 2 = P0 : Hệ số tải 2 2 2 I2 2 Tổn hao đồng: PCu I 2.rn rn .I2dm .  .Pn I2dm P 2.P % 1 o n 2 .Sdm.cos 2 Po  .Pn Nếu cos 2 = const thì  là hàm  hay = f() d Po 2 Cực đại khi 0  hay  .Pn Po d Pn Chú ý : Hiệu suất của máy biến áp sẽ cực đại ở một tải nhất định ứng với khi tổn hao không đổi bằng tổn hao biến đổi hay tổn hao sắt bằng tổn hao đồng §4.4. MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG 12
  13. - Đơn giản thiết kế, dễ bảo dưỡng, tăng hiệu quả kinh tế, người ta ghép máy biến áp song song - Điều kiện: + Cùng tổ nối dây + Cùng điện áp và tỉ số biến đổi + Cùng điện áp ngắn mạch Un% (qui định độ phân phối tải trong máy) - Một số công thức: S1 S 1 S: tải chung của i máy SdmI Sdmi U n %. U ni S2 S 2 SdmI Sdmi U n %. U ni S S S S  dmi  dm1  dm2  dmN i 1N U ni U n1 U n2 U nN Bài tập: Cho 3 máy biến áp ba pha làm việc song song Máy I : S=560 kVA 22/0,4 kV ; Y -11; UnI =5%; P0=800W ; Pn =800 W Máy II : S=1000 kVA 22/0,4 kV; Y -11; UnI =5,6%; P0=1200W ; Pn =1300 W Máy III : S=800 kVA 22/0,4 kV; Y -11; UnI =6,5%; P0=1080W ; Pn =11080 W 1) Tính dòng điện thứ cấp định mức của mỗi máy 2) Cho 3 máy làm việc công suất chung cho tải S = 2300kVA 2.1. Tính hệ số tải mỗi máy 2.2. Tính tổn hao của mỗi máy ứng với hệ số tải 2.3. Tính dòng điện mỗi máy để max Bài làm: S S 1. Từ S 3.U.I I1dm ; I2dm 3.U1dm 3.U 2dm 2.1. Từ S i Sdmi u ni %. u ni 2.2. Tổn hao của mỗi máy : 2 PI P01  .Pn1dm PFe PCu P0 I 2.3. max   I .Idm Pn Idm CHƯƠNG 5 MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC VỚI TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG §5.1. ĐẠI CƯƠNG 13
  14. - Máy biến áp làm việc không đối xứng khi tải phân phối không đều cho 3 pha, dòng không bằng nhau ảnh hưởng xấu đến tình trạng làm việc bình thường của MBA như Ud, Uf , tổn hao phụ trong dây quấn và lõi thép tăng lên, độ chênh lệch trong dây quấn quá qui định - Nghiên cứu ta dùng phương pháp phân lượng đối xứng. Hệ thống dòng điện không đổi Ia ,I b ,I c phân ra thành 3 hệ thống dòng điện đối xứng: Thứ tự thuận Ia1 ,Ib1,Ic1 ; Thứ tự ngược Ia 2 ,I b2 ,Ic2 ; Thứ tự không Iao ,Ibo ,Ico Quan hệ Ia Iao Ia1 Ia 2 2 Ib Iao a .Ia1 a.Ia 2 2 Ic Iao a.Ia1 a .Ia 2 1 Iao (I I b I ) 3 a c 1 2 Ia1 (Ia a.Ib a Ic ) 3 1 2 Ia 2 (Ia a .Ib a.Ic ) 3 Trong đó : 0 a e j.120 0 a2 e j.240 1 a a2 0 - Hệ thống thứ tự thuận và hệ thống thứ tự ngược xét như trong phần tải đối xứng. - Dòng thứ tự không chỉ tồn tại khi tổ nối dây Y . Để phân tích giả sử từ không bão hoà. Hệ số thứ cấp chuyển đổi về sơ cấp. §5.2.MÁY ĐIỆN THAY THẾ VÀ TỔNG TRỞ CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐỐI VỚI CÁC THÀNH PHẦN KHÔNG ĐỐI XỨNG Chỉ xét thành phần thứ tự không thành phần này sinh ta từ thông thứ tự không gọi là to trùng pha về thời gian Xảy ra trường hợp + Trong tổ MBA 3 pha to khép mạch trong lõi thép và do từ trở lõi thép nhỏ dù IA0, IB0 ,IC0 nhỏ nhưng  lớn + Đối với MBA 3 pha 5 trụ thì to không đáng kể ghép mạch qua lõi thép mà phải khép mạch qua vách thùng dầu sinh ra trong cuộn sơ cấp và thứ cấp tự cảm. Tổ nối dây : Yoyo Tổng trở thứ tự không là Zto: là tổng trở có được khi đo ở một phía MBA với điều kiện phía kia ngắn mạch có trị số giả thiết (Z1Zo) U P 2 2 Zto ;rto ; x to Zto ro 3.I 3.I2 14
  15. U P 2 2 Zto ;rto ; x to Zto ro 3.I 3.I2 §5.3. TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 1. Khi có dòng điện thứ tự không a. Tổ nối dây: Yy0 không đối xứng; Dòng thứ cấp cân bằng dòng sơ cấp. Dòng thứ tự không không cân bằng sinh ra rừ thông to E mo IA IB IC 0 Ia Ib Ic Id Vì IA IB IC 0 và E A E B EC 0 ta suy ra được : U A U B U C 3.E mo 3.Imo .Zmo Do sơ cấp nối Y nên: U AB U A U B U BC U B U C U CA U C U A Ta tìm được điện áp pha sơ cấp 1 U A U AB U CA I ao .Zmo U A Iao .Z mo 3 1 U B U BC U AB Ibo .Z U B I bo .Z 3 mo mo 1 U C U CA U BC Ico .Z mo U C Ico .Zmo 3 - Sự ảnh hưởng của thứ tự không làm cho điểm trung tính xê dịch Iao .Zmo làm cho điện áp không đối xứng Thứ cấp yo - Dòng thứ tự không làm lệch điểm trung tính một đoạn I to .Zto Iao .Zmo do Z to Zmo Z2 . Tuy nhiên sự khác nhau không đáng kể Ua U A I A .Zn Iao .Z to U b U B IB .Z n Ibo .Z to Uc U C I C .Z n I co .Z to Kết luận: Sự xê dịch điểm trung tính làm điện áp pha mất đối xứng bất lợi cho phụ tải không cho phép và hạn chế sử dụng tổ nối dây Yyo đối máy ba pha, ba trụ b. Tổ nối dây Yoyo ; Yo Do thứ tự không tồn tại hai phía thứ và sơ cấp MBA mà nó cân bằng nhau không sinh ra to , Eto ảnh hưởng của dòng thứ tự không làm điểm trung tính xê dịch không đáng kể. 15
  16. 2.Khi không có thành phần thứ tự không Y/Y, / , /Y, Y/ Trong trường hợp này khi tải mất cân bằng U ở các pha không bằng nhau, do Zn nhỏ nên sự mất cân bằng không đáng kể §5.4. NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG 6 QUÁ ĐỘ CỦA MÁY BIẾN ÁP §6.1. ĐẠI CƯƠNG Quá trình quá độ: + Quá dòng điện + Quá điện áp §6.2. QUÁ ĐỘ DÒNG ĐIỆN Quá dòng điện xảy ra khi đóng MBA không tải của dòng điện ngắn mạch đột nhiên. 1. Đóng MBA không tải vào lưới Khi đóng MBA tải vào lưới d U .sin(t ) i .r w . 1m o 1 1 dt w1. Giả thiết  i io L1 U r d 1m .sin(t ) 1 . w1 L1 dt dU ch x Nối đất: x .U . dx A sh dU sh x Không nối đất: x .U . dx A ch 0 ở đầu dây quấn tg cth 1 dU x x.UA ở đầu dây quấn đầu tiên thì điện áp lớn gấp 2 lần dx x 1 trường hợp phân bố đều tăng cường cách điện ở vòng dây đầu tiên của MBA. Nghiệm của phương trình vi phân     : thành phần xác lập  : thành phần tự do   .sin(t  )  .cos(t ) m 2 m L1.U1m  m 2 2 w1. r1 (.L1) 16
  17. r .t 1  c.e L1 Khi t = 0 tồn tại từ thông dư trong lõi thép t o   t 0 m .cos C du C m cos du r .t 1 L1  (m .cos du ).e  m.cos(t ) (m cos du ) - Tại thời điểm  là thời điểm đóng MBA vào lưới điện là thuận lợi nhất vì 2  m .sin(t) - Bất lợi nhất khi  0 ; dư có dấu dương lúc đó r .t 1 L1  m .cos(t) (m du ).e Từ thông max vào thời gian nửa chu kỳ sau. Khi đóng mạch và max 2.m du dòng quá độ có thể gấp 5 lần dòng định mức xảy ra hiện tượng đứt mạch (quấn dây tròn để từ trường đều) 2. Ngắn mạch đột nhiên di U .sin(t  ) r .i L . n 1m n n n n dt rn .t U1m U1m Ln in i n i n .cos(t n ) .cos(n ).e 2 2 2 2 rn (L) rn (L) r .t n Ln 2.In .cos(t n ) 2.In .cosn .e r .t n Ln n 2.In .cos(t) 2.In .e .rn Ln ixg 2.In .(1 e ) 2.In .k xg Máy có dung lượng càng lớn thì kxg càmg lớn và ixg gấp vài chục lần dòng định mức. §6.3.QUÁ ĐIỆN ÁP Do thao tác bấm cắt các đường dây, do ngắn mạch nối đất kèm hồ quang, quá điện áp do khí quyển (sét đánh). Sóng điện áp do khí quyển tạo ra không chu kỳ đầu sóng dốc, đuôi sóng thẳng thời gian tác động ngắn vài phần triệu và coi 1/4 chu kỳ sóng điện áp có tần số từ 1000050000Hz Cd : điện dung các vòng dây Cq’: điện dung giữa vòng dây và cuộn dây nối đất 1 C điện dung dọc d 1  C d Cq C q điện dung ngang 17
  18. Do có Cq’ sóng xung kích truyền vào dây quấn trong quá trình nạp ban đầu trong các điện tích phân bố không đều trên các điện tích C’q giảm dần A X theo qui luật sh x U U . (dây nối đất) x A ch ch x U U . (dây quấn không nối đất) x A ch Cq với qui ước chiều dài dây quấn bằng một Cd CHƯƠNG 7 CÁC LOẠI BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT §7.1. MÁY BIẾN ÁP BA PHA DÂY QUẤN Các tổ nối dây tiêu chuẩn:Yo/Yo/ ; Yo/ / §7.2.MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU Hai dây quấn nối nhau nên ngoài liên hệ từ còn có liên hệ điện Ưu điểm: tận dụng công suất truyền tải VD: 100 kVA hai dây quấn phải tính 100 kVA tự ngẫu theo cấp điện áp 15 22/15 kV Ptt=k.Ptr k 22 Cách tính đường kính dây S S I1 I2 (một pha) U1 U2 chọn J=2,57 A/mm2 I d2 S day J 4 Bài tập: Uvào=220V;Ura = 150V; S= 5kVA 22 15 klợi dụng= 0,32 22 Stính toán=0,32.5=1,6 kVA (Stt) Strụ = k. Stt 0,32. 1,6 0,404(kVA) 5000 I 22,7(A) 1 220 5000 I 33,3(A) 2 150 chọn J=2,57 A/mm2 (J=4A/mm2) I 22,5 d2 22,5 S 1 1 d 2,7(mm) day J 4 4 1 d2 =3,25 (mm) 18
  19. I1+I3=I2 (hình 1) ở hình bên I3 = I2 – I1 = 33,3 – 22,7 = 10,6 (A) 10,6 d 1,84(mm) 3 chọn lõi thép hình xuyến E – I §7.3.MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG w U - Cần độ chính xác sao cho 1 1 , an toàn w 2 U2 Máy biến dòng điện (TY; BI; CT) 3000/5; 2000/5 500/5 100/5 50/5 - Biến dòng phải ngắn mạch; không bao giờ hở mạch - Máy biến áp hở mạch §7.4.MÁY BIẾN ÁP HÀN Luôn làm việc trong trạng thái chập mạch PHẦN HAI NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG CỦA MÁY ĐIỆN QUAY CHƯƠNG 8 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC MÁY ĐIỆN QUAY §8.1.KẾT CẤU CHUNG CỦA CÁC MÁY ĐIỆN QUAY Kết cấu gồm hai bộ phận chính: Mạch từ và dây quấn. Ở đó diễn ra sự biến thiên năng lượng diện từ, điện – cơ. Ngoài ra còn có các bộ phận khác như vỏ, bộ phận làm mát. 19
  20. + Mạch từ được cấu tạo gồm hai khối thép đồng trục và cách nhau một đoạn sao cho chúng có thể chuyển động tương đối được  Khối tĩnh: lõi thép stato khối quay lõi thép rôto  Dây quấn: được đặt ở hai phía của khe hở trong các rãnh của stao và rôto §8.2.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN QUAY - Dựa trên hai định luật cơ bản: + Định luật cảm ứng điện từ d e B.v.l dt + Định luật lực điện từ  F i.B.l Vì hai định luật cơ bản trên có tính thuận nghịch nên bất kỳ một máy điện quay nào cũng có thể làm việc thuận nghịch - Có 4 loại máy điện 1.Máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ loại máy phổ biến nhất, nguyên lý làm việc như sau : Khi có dòng trong dây quấn tạo ra từ trường quay 60.f n 1 P từ trường này quét qua dây quấn rôto và tạo ra suất điện động do Rôto nối ngắn mạch dòng điện rôto từ thông rôto, từ thông này kết hợp nới từ thông stato tạo nên từ thông tổng Sự tương tác giữa dòng điện rôto và từ thông tổng tạo nên mômen quay làm cho Rôto quay với tốc độ n n1 gọi là máy điện không đồng bộ - hệ số trượt: n n s 1 n1 Một số trường hợp cụ thể 2.Máy điện đồng bộ Rôto quay tạo ra từ trường Ft quay với tốc độ n, Ft cảm ứng nên suất điện động P.n1 eA, eB. eC có tần số f 60 Dòng iA, iB, iC sinh ra từ trường phần ứng quay với tốc độ n1 Do n = n1 nên gọi là máy điện đồng bộ 3. Máy điện một chiều Thực chất là máy điện đồng bộ trong đó suất diện động xoay chiều chỉnh lưu thành suất điện động một chiều chỉnh lưu bằng vành góp 4. Máy xoay chiều có vành góp Là máy điện không bộ dùng hệ thống vành góp đưa dây quấn vào suất điện động phụ mục đích diều chỉnh tốc độ và cos §8.3.MÔ TẢ TOÁN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CƠ ĐIỆN TRONG CÁC MÁY ĐIỆN QUAY 20
  21. Phương trìn Kirrchoff viết cho các mạch vòng dây quấn và phương trình chuyển động của Rôto giả thiết mạch từ không bão hoà. Thí dụ mạch vòng k (1<k<s) s s K kn in .Ln n 1 n 1 d U R .i k k k dt s din dLkn R k .ik  Lkn . in .. n 1 dt d di L . n : suất điện động biến áp kn dt dL i .. kn : suất điện động quay n d d  vận tốc góc dt - Công suất đưa từ lưới điện vào mạch vòng k s s 2 din dLkn PK U k .ik R k .ik ik .Lkn . ik ..in . n 1 dt n 1 d tổng công suất tức thời: s s s s s s 2 din dLkn Pk R k .ik ik . Lkn . .ik .in k 1 k 1 k 1 n 1 dt k 1 n 1 d s 2 Pd R k .ik : Công suất tiêu tán trên dây quấn k 1 Do năng lượng từ trường 1 s s W .ik .in .Lkn tăng theo thời gian khi ik , in và Lkn tăng 2 k 1 n 1 W W W dW .dik .din .dLkn ik in Lkn s s s s 1 dLkn ik .Lkn .din .ikn .in . k 1 n 1 2 k 1 n 1 d Vì vậy để biến đổi năng lượng từ trường phải tiêu hao công suất s s s s dW din  dLkn Pw ik . Lkn . .ik .in . dt k 1 n 1 dt 2 k 1 n 1 d - Công suất còn lại là công suất cơ truyền qua trụ máy s s s  dLkn Pco  Pk Pd Pw .ik .in . k 1 2 k 1 n 1 d Kết luận: Công suất phản kháng được hiểu là công suất tức thời cực đại lấy từ lưới tạo nên từ trường trong máy (từ trường này không được phép mất đi) 21
  22. dW Q dt max Mômen điện từ s s Pco 1 dLkn dW M .ik .  2 k 1 n 1 d d d M M j. C dt MC : mômen cản  : vận tốc góc J: mômen quán tính CHƯƠNG 9 DÂY QUẤN CỦA MÁY ĐIỆN QUAY §9.1. ĐẠI CƯƠNG DÂY QUẤN PHẦN CẢM DÂY QUẤN PHẦN ỨNG Mục đích: tạo ra khe hở một từ trường phân bố hình sin ở dây quấn phần cảm đảm bảo có một sức điện động, một dòng điện tương ứng công suất điện từ của máy. - Đảm bảo độ bền về nhiệt, cơ, lý, hoá, phải tiết kiệm kim loại màu - Chế tạo, lắp ráp thuận tiện. §9.2. DÂY QUẤN PHẦN CẢM Là dây quấn mà dòng trong đó là dòng một chiều hoặc dòng xoay chiều có tần số thấp( chỉ có ở máy không đồng bộ) dây quấn tập trung trên các cực từ Máy có cực từ xen kẽ: cực lồi và cực ẩn. - Cực lồi thường nối với máy một chiều, máy đồng bộ( xạc điện tua bin nước) - Cực ẩn nối với máy phát đồng bộ, tua bin hơi. Máy có cực tính không đổi. §9.3 DÂY QUẤN PHẦN ỨNG 1.Máy có cực tính xen kẽ ab, cd: cạnh tác dụng,phần trong lõi thép bc, ad: phần đầu nối 22
  23. y: bước dây nối ws: số vòng trong một bối dây -Bước dây nối y có 3 dạng: y=: bước đủ y>: bươc dài y<: bước ngắn Z với bước cực = 2p Nguyên tắc thực hiện dây quấn phần ứng căn cứ vao: -số pha: m -số rãnh: z=2mpq -số đôi cực: p -số mạch nhánh song song: a -số sợi chập: n -số rãnh của một pha dưới một cực:q Dây 3 pha tạo ra từ trường quay dien p. co Vẽ sơ đồ trải dây quấn một lớp: Z=24; m=3; 2p=4 Z Z q 2 ;  6 2mp 2p Dây quấn một lớp là dây quấn bước đủ Dây quấn hai lớp có thể là dây quấn bước ngắn VD:Z=24; m=3; 2p=4 Z q 2 ;=6 2mp y 5 Dây quấn một lớp bước ngắn: y = 5;   6 Đông khuôn phân tán Z=24; 2p=4; m=3; a=1 q=2 VD: Z=36; 2p=4; m=3; a=1 Z Z q 3; y 9 2mp 2p Dây quấn hai lớp: Z=24; m=3; 2p=4; a=1 q =2;  = 6; lấy y=5 thì sao? 23
  24. Dây quấn có q là phân số: nếu số rãnh nhiều thì răng nhỏ và yếu, nếu số rãnh ít thì suất điện động yếu N đặt q với q là số rãnh một pha dưới d cặp cực d N c bd c (d c)b c(b 1) q b d d d d bố trí: (d-c) cực có b bối dây c cực có (b+1) bối dây 15 3 VD:Z = 15; 2p = 4; m = 3 q 1 12 12 Phân tích ra: 5 bối dây trên một pha dưới 4 cực b=3 (3bối dây )dưới 3 cực b=1+1 (2 bối dây) dưới 1cực lậy y = 3 Dây quấn ngắn mặch kiểu lồng sóc -Dùng trong các loại máy điện không đồng bộ, trong các máy phát điện đồng bộ -Cấu tạo: trong mỗi rãnh đặt một thanh dẫn; số pha bằng số thanh dẫn và bằng số 1 rãnh; số vòng w 2 Hai đầu thanh dẫn nối liền bằng hai vòng ngắn mạch m=Z=N; 1 wf 2 2.Dây quấn phần ứng của máy điện một chiều bối dây nối vào phiến góp -Rãnh nguyên tố : Znt Z.U Znt = S = G; S la sô phần tử Z y nt  2p  = 0: bước đủ  > 0: bước dài  < 0: bước ngắn Dây quấn xếp Bước vành góp: yG m(m 1,2,3 ) m = 1:dây qúân xếp đơn m 2 :dây quấn xếp phức Dấu +: quấn thụân 24
  25. -: quấn ngược VD:Z= Znt =S=G=16; 2p=4 ; yG 1 Z y nt  = 4 0 2p Sơ đồ p.360o Góc điện: 45o Z Dây quấn xếp đơn xếp phức:tạo ra càng nhiều đa giác sức điện động, giảm bớt độ nhấp nhô Dây quấn xếp phức (SGK) CHƯƠNG 10 SỨC ĐIỆN ĐÔNG DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN QUAY §10.1 KHÁI NIỆM Khi từ thông từ cảm xuyên qua phần ứng biến thiên sẽ sinh ra sức điện động Hai cách tạo từ thông biến thiên: - Cho dây quấn phần ứng chuyển động đều Nếu điện trường có phần cảm xen kẽ sẽ sinh sức điện động xoay chiều Nếu điện trường có phần cảm không đổi sẽ sinh ra sức điện động một chiều - Cho xuyên qua dây quấn phần ứng đứng yên một điện trường đập mạch hoặc từ trường không thay đổi và từ dẫn thay đổi Sức điện động xoay chiều hình sin Sức điện đông một chiều phẳng - Nếu trong một rãnh đặt ws vòng dây thì suất điện động: Es 4,44.f.ws.kn . Hệ số bước ngắn: k sin(. ) n 2 Vì sao trong máy điện quay lại có hệ số kn ? Eq = q.Es.kr q sin Hệ số rải: k 2 r qsin 2 25
  26. Eq = 4,44.wq.kdq. với: wq = q.ws kdq = kn.kr Ef = 4,44.f.wf.kdq. Sức điện động dây quấn do từ trường bậc cao Hệ số bước ngắn bậc : k sin(.. ) n 2 q sin Hệ số rải bậc : k 2 r  qsin 2 Hệ số dây quấn bậc :kdq = kn. kr E = 4,44.f..w. kdq. 2 2  .B . .l ..l  n   .  2 2 2 Suất điện động tổng: E E1 E2 E Cải thiện dạng sóng sức điện động E  E1 E 2 E3 E  - Cải thiện nghĩa là đưa nó về dạng gần hình sin nhất đồng nghĩa với việcloại trừ sóng bậc cao nếu được hoặc phải làm yếu sóng bậc cao + Cách 1: Rút ngắn bước dây quấn làm triệt tiêu hoặc yếu sóng bậc cao. y 4 4 VD: k sin(5. . ) 0  5 n5 5 2 E5 0 6  E 0 7 5 5  k 0,259;k 0,259; 6 n5 n7 k n1 0,966 + Cách 2: Quấn rải q sin . Ta có: k 2 r  qsin 2 Nếu tăng q thì k r giảm k dq giảm do đó E giảm + Cách 3:Làm rãnh chéo : thường chọn nghiêng một bước rãnh 26
  27. §10.2. MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU N N 2 N 2 E .E . .E . 2.E u 2a tb 2a m 2a p.n E .f. vớif 2 60 N 2 p.n Eu . . 2. . . 2a 2 60 p.N = .n. 60.a = Ce..n với Ce là hệ số kết cấu §10.3 SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG KHI TỪ THÔNG PHẦN CẢM XUYÊN QUA PHẦN ỨNG BIẾN THIÊN 1. Từ thông phần cảm biến thiên theo thời gian a) Suất điện động biến áp Ebiến áp = Ebiến áp.cos 2 Eba .f.w.kdq .m 2 Máy điện có vành góp: N w 2.2a 2 k dq N  E E .cos f. . m .cos AB ba a 2 N  Khi =0: E E .f. . m AB ba a 2 o  90 : E AB 0 b) Sức điện động quay o Khi  90 : Eba 0 Lúc này tồn tại suất điện động quay Eq Eq = 4,44.wq.kdq.m N 2 w ; 2.2a kdq 27
  28. p.N Eq .n.m với p là số đôi cực 2a 2. Sức điện động cảm ứngkhi từ thông không đổi, từ dẫn mạch từ thay đổi E 2,22.f.w.(max min ) Z f 2 n 60 CHƯƠNG 11 SỨC TỪ ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN QUAY §11.1 ĐẠI CƯƠNG - Dòng điện chạy trong dây quấn tạo ra sức điện động sinh ra từ trường bao quanh dây quấn - Từ trườngdây quấn bao gồm từ trường khe hở, từ trường rãnh và từ trường gần đầu nối, trong đó từ trường khe hở quan trọng nhất - Khi xem xét từ trường khe hở coi khe hở là đều, từ trở của máy không đáng kể nên sự phân bố từ trường khe hở chính là sự phân bố sức từ động dây quấn mà sức từ động dây quấn phụ thuộc vào kiểu dây quấn và dòng điện chạy trong dây quấn (khe hở là nơi chuyển giao điện và cơ) - Đối với dòng một chiều sức từ động trong khe hở không đổi và nó sẽ đập mạch nếu từ dẫn thay đổi - Đối với dòng xoay chiều một pha sức từ động đập mạch - Đối với dòng xoay chiều m pha sức từ động quay tròn - Đối với dòng xoay chiều m pha không đối xứng sức từ động quay theo hình e líp Kết luận: + Sức từ động đập mạch là tổng hai sức từ động quay tròn theo chiều thuận và chiều ngược với tốc độ  và - + Sức từ động quay tròn là tổng hai sức từ động đập mạch khác pha nhau về thời gian ( )và lệch nhau trong không gian một góc 2 2 + Sức từ động e líp sinh ra khi đặt hai dây dẫn lệch nhau một góc , khi đó sức 2 từ động sinh ra cũng lệch nhau một góc nhưng về thời gian thì lệch nhau một góc 2 28