Bài giảng môn Máy điện 1

84 trang hapham 2320

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Máy điện 1", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_mon_may_dien_1.pdf

Nội dung text: Bài giảng môn Máy điện 1

Máy điện 1
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Lôøi noùi ñaàu Noäi dung baøi giaûng Maùy Ñieän ñöôïc bieân soaïn döïa theo “Giaùo trình Maùy ñieän” do Vuï Trung Hoïc vaø Daïy Ngheà – NXB GD, coù tham khaûo theâm caùc giaùo trình, taøi lieäu chuyeân ngaønh töø caùc tröôøng khaùc vaø coù chænh söûa, boå sung cho phuø hôïp vôùi ñoái töôïng laø hoïc sinh heä Trung Hoïc Chuyeân Nghieäp, Ngaønh Ñieän Coâng Nghieäp Daân Duïng tröôøng Ñaïi Hoïc Toân Ñöùc Thaéng. Baøi giaûng goàm 2 phaàn : Maùy ñieän 1 vaø Maùy ñieän 2 . Trong ñoù, Maùy ñieän 1 goàm caùc phaàn : 1- Khaùi nieäm chung veà maùy ñieän; 2- Maùy bieán aùp; 3- Maùy ñieän khoâng ñoàng bo ä. Maùy ñieän 2 goàm caùc phaàn : 1- Maùy ñieän ñoàng boä; 2- Maùy ñieän moät chieàu; 3- Daây quaán maùy ñieän . Baøi giaûng ñöôïc trình baøy theo tinh thaàn ngaén goïn, deã hieåu, coù boå sung caùc hình aûnh minh hoïa, caùc ví duï, baøi taäp giaûi maãu cuõng nhö caùc baøi taäp töï giaûi, nhaèm giuùp ngöôøi hoïc deã tieáp thu hôn. Caùc coâng thöùc coù ñaùnh soá ñeã deã ñoái chieáu, tham khaûo vaø cuoái moãi chöông ñeàu coù phaàn toùm taét giuùp ngöôøi hoïc heä thoáng laïi caùc kieán thöùc caàn thieát. Caùc kyù hieäu cuûa caùc ñaïi löôïng ñieän cuõng ñöôïc ñieàu chænh nhaèm giuùp ngöôøi hoïc thuaän tieän cho vieäc tham khaûo caùc taøi lieäu töông ñöông ôû baäc hoïc cao hôn sau naøy. Maëc duø ñaõ coá gaéng nhöng chaéc chaén khoâng traùnh khoûi nhöõng khieám khuyeát, raát mong nhaän ñöôïc söï ñoùng goùp cuûa caùc ñoàng nghieäp cuõng nhö ngöôøi hoïc ñeå baøi giaûng ngaøy caøng hoaøn chænh hôn. TAÙC GIAÛ ___ Trang 1
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Giôùi thieäu moân hoïc : MAÙY ÑIEÄN 1 1. Teân moân hoïc : Maùy ñieän 1 2. Maõ soá moân hoïc : DD01 3. Soá ñôn vò hoïc trình : 4(4,0) 4. Moân hoïc tieân quyeát : Ñieän Kyõ Thuaät, Vaät lyù ñaïi cöông 5. Moân hoïc song haønh : 6. Taøi lieäu tham khaûo : - Giaùo trình Maùy ñieän – Vuï THCN&DN - Maùy ñieän 1 – Traàn KHaùnh Haø, NXB KHKT - Ñieän kyõ thuaät – Nguyeãn Kim Ñính, Ñaïi hoïc quoác gia – NXB KHKT 7. Noäi dung toùm taét : - Trang bò nhöõng kieán thöùc chung veà nguyeân lyù, caáu taïo, ñaëc tính vaø öùng duïng cuûa caùc loïai maùy ñieän : maùy bieán aùp, ñoäng cô khoâng ñoàng boä 3 pha, 1 pha vaø 2 pha. - Tính toùan cô baûn vaø öùng duïng caùc loïai maùy ñieän trong ngaønh coâng noâng nghieäp, daân duïng, giao thoâng vaän taûi, phuïc vuï cho coâng taùc vaän haønh, baûo trì, söûa chöõa sau naøy. ___ Trang 2
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 MUÏC LUÏC Trang Chöông môû ñaàu : KHAÙI NIEÄM CHUNG VEÀ MAÙY ÑIEÄN 4 0.1. Ñònh nghóa vaø phaân loaïi 4 0.2. Caùc ñònh luaät cô baûn trong maùy ñieän 4 0.3. Tính toaùn maïch töø 7 0.4. Caùc vaät lieäu cheá taïo maùy ñieän 10 Baøi taäp chöông môû ñaàu 12 Chöông 1 : MAÙY BIEÁN AÙP 14 1.1 Khaùi nieäm chung 14 1.2 Caáu taïo maùy bieán aùp 15 1.3 Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy bieán aùp 16 1.4 Caùc phöông trình cuûa maùy bieán aùp 18 1.5 Maïch ñieän thay theá maùy bieán aùp 20 1.6 Cheá ñoä khoâng taûi cuûa maùy bieán aùp 24 1.7 Cheá ñoä ngaén maïch cuûa maùy bieán aùp 26 1.8 Cheá ñoä coù taûi cuûa maùy bieán aùp 29 1.9 Maùy bieán aùp 3 pha 33 1.10 Söï laøm vieäc song song cuûa maùy bieán aùp 36 1.11 Caùc maùy bieán aùp ñaëc bieät 38 Baøi taäp chöông 1 42 Chöông 2 : MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ 46 2.1 Khaùi nieäm chung 46 2.2 Caùc ñaïi löôïng ñònh möùc cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä 46 2.3 Caáu taïi cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä 47 2.4 Töø tröôøng trong maùy ñieän khoâng ñoàng boä 50 2.5 Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä 53 2.5 Moâ hình tính toaùn cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä 55 2.6 Sô ñoà thay theá cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä 59 2.7 Coâng suaát cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä 60 2.8 Momen quay cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä’ 62 2.9 Môû maùy ñoäng cô khoâng ñoàng boä 3 pha 64 2.10 Ñieàu chænh vaän toác ñoäng cô khoâng ñoàng boä 68 2.11 Maùy ñieän khoâng ñoàng boä moät pha 73 Baøi taäp chöông 2 80 ___ Trang 3
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 CHÖÔNG MÔÛ ÑAÀU KHAÙI NIEÄM CHUNG VEÀ MAÙY ÑIEÄN 0.1. ÑÒNH NGHÓA VAØ PHAÂN LOAÏI Maùy ñieän laø thieát bò ñieän töø ñeå bieán ñoåi cô naêng thaønh ñieän naêng vaø ngöôïc laïi, hoaëc bieán ñoåi caùc ñaïi löôïng ñieän nhö : ñieän aùp, taàn soá, doøng ñieän, soá pha Maùy ñieän coù nhieàu loaïi, coù theå phaân loaïi nhö sau: - Maùy ñöùng yeân : maùy bieán aùp - Maùy ñieän quay : Tuøy theo löôùi ñieän coù theå chia laøm 2 loaïi: + Maùy ñieän 1 chieàu + Maùy ñieän xoay chieàu : bao goàm : • Maùy ñieän khoâng ñoàng boä • Maùy ñieän ñoàng boä • Maùy ñieän xoay chieàu coù vaønh goùp 0.2. CAÙC ÑÒNH LUAÄT CÔ BAÛN TRONG MAÙY ÑIEÄN 0.2.1. Ñònh luaät caûm öùng ñieän töø (Ñònh luaät Faraday) a) Töø thoâng φ bieán thieân xuyeân qua voøng daây Khi töø thoâng φ xuyeân qua voøng daây bieán thieân : φ = φ (t). Trong voøng daây xuaát hieän söùc ñieän ñoäng caûm öùng e(t). Neáu choïn chieàu söùc ñieän ñoäng caûm öùng phuø hôïp vôùi chieàu töø thoâng theo qui taéc vaën nuùt chai (hình 0.1), söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong moät voøng daây ñöôïc vieát theo coâng thöùc Maxwell nhö sau : dφ e = − (V) (0.1) v dt Neáu cuoän daây coù W voøng, söùc ñieän ñoäng caûm öùng ño giöõa hai ñaàu cuoän daây laø: dφ dψ e = −W = − = W e. (0.2) dt dt V vôùi ψ = W. φ (Wb) laø töø thoâng moùc voøng cuûa cuoän daây. ___ Trang 4
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 v φ ⊕ e ⊕⊕⊕ B i ⊕⊕⊕ B e F (a) (b) (c) Hình 0.1: (a) Chieàu döông giaû thieát cuûa φ vaø e sao cho e = -N d φ/dt r r r (b) Chieàu cuûa er phuï thuoäc chieàu cuûa Br vaø vr (c) Chieàu cuûa F phuï thuoäc chieàu cuûa B vaø i b) Thanh daãn chuyeån ñoäng trong töø tröôøng Khi thanh daãn coù chieàu daøi l [hình 0.1(b)] chuyeån ñoäng vôùi vaän toác v trong töø tröôøng coù töø caûm B vuoâng goùc vôùi thanh daãn, thì trong thanh daãn xuaát hieän söùc ñieän ñoäng caûm öùng: r r r e = l.v.B (0.3) Coù trò soá : e = l .v.B.sin α r r α : goùc hôïp bôûi B vaø v r r neáu B ⊥ v ⇒ sin α =1 ⇒ e = l .v.B (0.4) Trong ñoù : B : töø caûm ño baèng tesla (T). l : chieàu daøi hieäu duïng cuûa thanh daãn (phaàn thanh daãn naèm trong töø tröôøng) ño baèng meùt (m) v : toác ñoä thanh daãn ño baèng meùt/giaây (m/s) Chieàu cuûa söùc ñieän ñoäng caûm öùng ñöôïc xaùc ñònh theo qui taéc baøn tay phaûi. 0.2.2. Ñònh luaät löïc ñieän töø (Ñònh luaät Laplace) l Khi thanh daãn chieàu daøi r [hình 0.1(c)] mang doøng ñieän i vuoâng goùc vôùi töø caûm B. Noù seõ chòu moät löïc taùc duïng F goïi laø löïc ñieän töø r r r F = l× i × B coù trò soá F = l .i.B (0.5) Trong ñoù: ___ Trang 5
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 B : töø caûm ño baèng T i : doøng ñieän ño baèng A (ampere) l : chieàu daøi hieäu duïng thanh daãn ño baèng m (meùt) F : löïc ñieän töø ño baèng N (Newton) Chieàu cuûa löïc ñieän töø xaùc ñònh theo nguyeân taéc baøn tay traùi. 0.2.3. Ñònh luaät Ohm töø Ñònh luaät Ohm töø suy töø ñònh lyù Ampere, phaùt bieåu nhö sau : r Neáu H laø töø tröôøng do moät taäp hôïp doøng ñieän i 1, i 2, , i n taïo ra vaø neáu C laø moät ñöôøng kín bao quanh chuùng thì : r r l ∫ d.H = ∑ik (0.6) C r vôùi dl laø ñoä dôøi vi phaân treânr (C) (hình 0.2a). Daáu cuûa i k ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: neáu khi vaën nuùt chai theo chieàu dl maø nuùt chai tieán theo chieàu i k thì i k ñöôïc xem laø döông. Vôùi hình 0.4(a), ta coù : ∑i k = i1 − i 2 + i3 i2 → i Φ 1 i3 d l → → i2 H, B, Φ i1 → i H W1 W W voøng ⊕ l ⊕ 2 → (C) d l i1 i2 i S (C) l1,S 1 l2,S 2 (a) (b) (c) Hình 0.2 - (a) Minh hoïa ñònh lyù Ampere; (b) Maïch töø ñoàng nhaát coù moät daây daãn; (c) Maïch töø coù khe hôû khoâng khí vaø hai daây quaán Baây giôø xeùt maïch töø hìnhr 0.2(b). Quaán W voøng leân daây maïch töø vaø cho doøng i chaïy qua, ta ñöôïc töø tröôøng H trong maïch töø, tieáp xuùc vôùi ñöôøng söùc trung bình (C) chieàu daøi l . Luùc ñoù (0.6) trôû thaønh : H = W.i (0.7) B hay : l = W i. µ  1 l  hay:  Φ = W i. hay : Hl = ℜ Φ = W I = F (0.8)  µ S ___ Trang 6
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 trong ñoù : B = µ.H laø töø caûm (maät ñoä töø thoâng) trong maïch töø (T). µ = µr µo laø ñoä töø thaåm tuyeät ñoái cuûa maïch töø (H/m). -7 µo = 4 π. 10 laø ñoä töø thaåm cuûa khoâng khí (H/m). µr = µ / µo laø ñoä töø thaåm töông ñoái cuûa maïch töø. S = dieän tích tieát dieän thaúng cuûa maïch töø (giaû söû ñeàu) (m 2). F = W.I laø söùc töø ñoäng taïo ra töø thoâng (A.voøng) 1 l ℜ = laø töø trôû cuûa maïch töø (A.voøng/Wb) µ S I = doøng töø hoùa, taïo ra töø thoâng cho maïch töø (A) F Töø (0.8), ta coù quan heä : Φ = (0.9) ℜ goïi laø ñònh luaät Ohm töø; töông töï nhö ñònh luaät Ohm I=U / R trong maïch ñieän. Thoâng thöôøng , saét coù ñoä töø thaåm µ lôùn hôn µo khoaûng 500 ÷ 2000 laàn. Do ñoù, vôùi cuøng kích thöôùc ( l ,S) cuûa maïch töø vaø cuøng söùc töø ñoäng F ñöa vaøo, töø thoâng trong loõi saét lôùn hôn trong khoâng khí 500 ÷ 2000 laàn. Vaäy khe hôû khoâng khí trong maïch töø laøm giaûm töø thoâng . Trong tröôøng hôïp toång quaùt, neáu maïch töø goàm m phaàn töû gheùp noái tieáp; phaàn töû j coù chieàu daøi l j, tieát dieän S j, ñoä töø thaåm µj, töø trôû ℜj ; vaø neáu ta quaán treân ñoù n cuoän daây; cuoän k coù W k voøng thì (0.6) trôû thaønh : m m n n l ∑H j j = ∑ℜ jΦ =∑Wji k =∑Fk = F (0.10) j=1 j =1 k=1 k=1 Trong ñoù : * Töø thoâng Φ gioáng nhau trong moïi tieát dieän (ñònh luaät baûo toaøn töø thoâng). * Khi vaën nuùt chai theo chieàu ñöôøng söùc töø tröôøng, neáu nuùt chai tieán theo chieàu i k khi xuyeân qua (C) thì i k mang daáu (+); ngöôïc laïi i k mang daáu (-). Chaúng haïn treân hình , ta coù : H1 l 1 + H 2 l 2 = ( ℜ1 + ℜ2)Φ = W 1i1 – W 2i2 = F 1 - F 2 0.3. TÍNH TOAÙN MAÏCH TÖØ Vieäc tính toaùn maïch töø thöôøng theå hieän trong hai loaïi baøi toaùn : 0.3.1. Baøi toaùn thuaän : bieát ΦΦΦ, tìm F Cho moät maïch töø goàm m phaàn töû noái tieáp, phaàn töû j coù chieàu daøi l j, tieát dieän S j. Ngöôøi ta muoán taïo moät töø thoâng Φ chaïy qua maïch töø. Tính söùc töø ñoäng F = W.i caàn coù ñeå taïo ra töø thoâng Φ ñoù. Caùch giaûi : Trong maïch töø noái tieáp, töø thoâng Φ xuyeân qua moïi tieát dieän ñeàu baèng ___ Trang 7
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 nhau. Vieäc giaûi goàm ba böôùc: Böôùc 1 : Tính töø caûm B j = Φ/S j trong phaàn töû j. Suy ra töø tröôøng H j nhö sau : (1) Neáu phaàn töû laø vaät lieäu saét töø, tra ñöôøng cong töø hoùa B = f(H) hoaëc tra baûng tuøy loaïi theùp. (2) Neáu phaàn töû laø khe khoâng khí thì H 0 = B 0/µ0. Böôùc 2 : suy ra söùc töø ñoäng toång ñeå taïo ra Φ töø (0.10): m l F = ∑H j j (0.11) j=1 Böôùc 3 : Tuøy theo loaïi baøi toaùn cho 1.8 1.7 Theùp laù soá voøng daây hoaëc doøng ñieän cuûa cuoän 1.6 kích töø, suy ra doøng ñieän hoaëc soá voøng 1.5 1.4 caàn coù. Ñöôøng cong töø hoùa cuûa moät vaøi 1.3 Theùp ñuùc vaät lieäu saét töø ñöôïc cho treân hình 0.3. 1.2 Do (0.7), H = W.i/ l , neân ñôn vò cuûa töø 1.1 B (T) 1.0 tröôøng H laø At/m (Ampere voøng/meùt). 0.9 0.8 Saét ñuùc VÍ DUÏ 0.1 : 0.7 0.6 0.5 Tính ñoä töø thaåm tuyeät ñoái vaø töông 0.4 ñoái cuûa theùp laù khi laøm vaät lieäu ôû caùc töø 0.3 0.2 caûm 1,2T vaø 1,5T. Nhaän xeùt gì ? 0.1 0 GIAÛI 800 2400 3200 4000 4800 5600 6400 H (At/m) (1) Tra ñöôøng cong töø hoaù cuûa theùp laù (hình 0.3), khi B=1,2T thì Hình 0.3 – Ñöôøng cong töø hoùa cuûa vaøi vaät lieäu saét töø H=600At/m. Suy ra: −3 B 2,1 −3 µ 2×10 µ = = = 2×10 H / m ; µr = = −7 =1591 H 600 µ0 4π×10 (2) Khi B = 1,5T thì H = 1600At/m. Suy ra: −3 B 5,1 −3 µ ,0 938 ×10 µ = = = ,0 938 ×10 H / m ; µr = = −7 = 746 H 1600 µ0 4π×10 Nhaän xeùt : (1) Khi loõi theùp laù laøm vieäc vôùi töø caûm 1,2T, noù seõ daãn töø gaáp 1591 laàn khoâng khí; nghóa laø vôùi cuøng soá voøng daây vaø doøng ñieän cuûa cuoän kích töø, töø thoâng trong maïch töø coù loõi theùp lôùn gaáp 1591 laàn khi khoâng coù loõi theùp. ___ Trang 8
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 (2) Töø caûm caøng taêng thì µr caøng giaûm : loõi theùp daãn töø caøng keùm (bò baûo hoaø töø). Vaäy khaùc vôùi ñieän trôû R cuûa maïch ñieän, töø trôû ℜ cuûa maïch töø thay ñoåi khaù nhieàu theo B, töùc theo töø thoâng Φ. VÍ DUÏ 0.2 : Maïch töø hình 0.4(a) laø moät loõi theùp ñuùc. Ngöôøi ta quaán cuoän kích töø coù W voøng leân loõi töø. Tính doøng kích töø I ñeå taïo ra töø thoâng Φ = 560 µWb trong loõi. Tieát dieän loõi 2 l S=4cm . Soá voøng W = 550. t I I ° ° W voøng 12cm W voøng l o =1mm ° ° 20cm (a) (b) Hình 0.4 – (a) Maïch töø cuûa Ví duï 0.2; (b) Maïch töø cuûa Ví duï 0.3 GIAÛI Φ 560 ×10 −6 Töø caûm trong loõi töø : B = = = 4,1 T S 4×10 −4 Tra ñöôøng cong töø hoùa cuûa theùp ñuùc : H = 2100At/m. Chieàu daøi ñöôøng söùc trung bình : l = 20 + 12 + 20 + 12 = 64cm Suy ra söùc töø ñoäng : F = W I = H. l = 2100 × 0,64 =1344At Suy ra doøng kích töø : I = F/W = 1344/500 = 2,44A VÍ DUÏ 0.3 Loõi theùp cuûa ví duï 0.2 coù moät khe khoâng khí daøy 1mm. Tính doøng kích töø môùi ñeå taïo ra cuõng töø thoâng Φ nhö cuõ. Nhaän xeùt gì ? GIAÛI Theo ñònh luaät baûo toaøn töø thoâng, töø thoâng trong theùp baèng trong khoâng khí Φt=Φo. Suy ra B t = B o = 1,4T nhö cuõ. * Trong theùp :H t = 2100At/m nhö cuõ. Vaäy söùc töø ñoäng (töø aùp) ñeå ñaåy töø thoâng Φ -2 qua phaàn theùp laø : Ft = H t = 2100 × 63,9 × 10 = 1342At B0 B0 * Trong khoâng khí : H 0 = = −7 = 795800 BO =1114082 At / m µ0 4π×10 Vaäy söùc töø ñoäng ñeå ñaåy töø thoâng Φ ñi qua khe khoâng khí laø : -3 F0 = H 0.l 0 = 1.114.082 × 10 = 1114 Söùc töø ñoäng toång maø cuoän kích töø caàn taïo ra : F = W.I = H t lt + H o l o = 1342 +1114 = 2456At Suy ra doøng kích töø : I = F/N = 2456/550 = 4,46 ___ Trang 9
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Nhaän xeùt : (1) Söï hieän dieän cuûa khe khoâng khí khieán ta phaûi taêng söùc töø ñoäng leân gaàn gaáp ñoâi (maëc duø khe hôû raát heïp) ñeå ta taïo ra töø thoâng nhö cuõ. Vaäy phaûi giaûm toái ña khe khoâng khí trong maïch töø. (2) Ñeå taïo ra töø caûm B 0 trong moät khe khoâng khí daøy l 0, phaàn söùc töø ñoäng caàn coù ñöôïc tính theo coâng thöùc deã nhôù :F 0 = H 0 l 0 ≈ 800.000B 0 l 0 0.3.2. Baøi toaùn ngöôïc : bieát F, tìm ΦΦΦ. Theo ví duï 0.1, neáu maïch töø coù vaät lieäu töø thì ñoä töø thaåm µ phuï thuoäc Φ neân töø trôû ℜ cuõng phuï thuoäc Φ. Vì chöa bieát Φ neân chöa bieát ℜ. Phöông trình 0.10 trôû thaønh : m ∑ℜ j ()φ .Φ = F (aån Φ) j=1 Ñaây laø phöông trình phi tuyeán. Coù theå giaûi nhö sau : töï yù cho giaù trò Φ. Suy ra F baèng baøi toaùn thuaän ôû treân. Thay ñoåi Φ vaø veõ haøm F = f( Φ). Tìm hoaønh ñoä giao ñieåm vôùi F cho trong baøi toaùn (phöông phaùp doø). 0.4. CAÙC VAÄT LIEÄU CHEÁ TAÏO MAÙY ÑIEÄN 0.4.1. Vaät lieäu daãn ñieän Duøng chuû yeáu laø ñoàng (Cu) vaø nhoâm (Al) vì chuùng coù ñieän trôû beù, choáng aên moøn toát. Tuøy theo yeâu caàu veà caùch ñieän vaø ñoä beàn cô hoïc ngöôøi ta coøn duøng hôïp kim cuûa ñoàng vaø nhoâm. Coù choã coøn duøng caû theùp ñeå taêng söùc beàn cô hoïc vaø giaûm kim loaïi maøu nhö vaønh tröôït. 0.4.2 Vaät lieäu daãn töø ÔÛ ñoaïn maïch töø coù töø thoâng bieán ñoåi vôùi taàn soá 50Hz hoaëc 60Hz, ngöôøi ta duøng theùp laù daøy 0,35 ÷0,5mm coù pha theâm 2 ÷5% Si ñeå giaûm toån hao töø treã vaø doøng xoaùy. Theùp laù ñöôïc cheá taïo baèng phöông phaùp caùn noùng hoaëc caùn nguoäi. Phöông phaùp caùn nguoäi cho ñoä töø thaåm cao hôn vaø toån hao vaø toån hao loõi (töø treã, doøng xoaùy) thaáp hôn. ÔÛ ñoaïn maïch töø coù töø thoâng khoâng ñoåi (khoâng bò toån hao töø treã vaø doøng xoaùy), ngöôøi ta duøng theùp ñuùc, theùp reøn. 0.4.3. Vaät lieäu caùch ñieän Vaät lieäu caùch ñieän ñeå caùch ly caùc phaàn daãn ñieän vaø khoâng daãn ñieän, hoaëc caùc phaàn daãn ñieän vôùi nhau. Yeâu caàu cuûa chuùng laø khaû naêng caùch ñieän cao, chòu nhieät toát, khoâng bò aåm vaø coù ñoä beàn cô. Caùch ñieän boïc daây daãn caøng chòu nhieät cao thì nhieät ñoä cho pheùp cuûa daây daãn caøng lôùn vaø daây caøng mang ñöôïc doøng ñieän lôùn. ___ Trang 10
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Phaàn lôùn chaát caùch ñieän trong maùy ñieän ôû theå raén, goàm coù : - Chaát höõu cô thieân nhieân : giaáy, vaûi. - Chaát voâ cô : amiant, mica, sôïi thuûy tinh. - Caùc chaát toång hôïp. - Caùc loaïi men sôn caùch ñieän. Chaát caùch ñieän toát nhaát laø mica, song töông ñoái ñaét neân chæ duøng trong caùc maùy ñieän coù ñieän aùp cao. Thoâng thöôøng duøng caùc vaät lieäu coù sôïi nhö giaáy, vaûi, sôïi v.v chuùng coù ñoä beàn cô toát, meàm, reû nhöng daãn nhieät keùm, deã bò aåm, caùch ñieän keùm. Vì vaäy chuùng phaûi ñöôïc taåm saáy ñeå caùch ñieän toát hôn. Tuøy theo tính chòu nhieät, caùc vaät lieäu caùch ñieän ñöôïc chia thaønh caùc caáp sau : Caáp Y : Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 90 °C, laøm baèng vaät lieäu sôïi xen lu loâ hay luïa, goã, caùc toâng khoâng taåm hay khoâng queùt sôn. Caáp A : Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 105 °C, laøm baèng vaät lieäu caùch ñieän caáp Y coù taåm sôn caùch ñieän. Caáp E : Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 120 °C, laøm baèng caùc sôïi polyme. Caáp B : Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 130 °C, laøm baèng caùc saûn phaåm mica, amiant, sôïi thuûy tinh. Caáp F : Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 155 °C, laøm baèng vaät lieäu caáp B duøng keát hôïp vôùi caùc chaát taåm saáy töông öùng. Caáp H : Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 180 °C, laøm baèng vaät lieäu mica khoâng chaát ñoän hoaëc baèng vaät lieäu voâ cô, vaûi thuûy tinh taåm sôn. Caáp C : Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp treân 180 °C, laøm baèng vaät lieäu goám mica, goám thuûy tinh, thaïch anh duøng keát hôïp vôùi caùc chaát voâ cô. Caáp caùch ñieän Y A E B F H C t° cao nhaát cho pheùp ( °C) 90 105 120 130 155 180 >180 Neáu nhieät ñoä cuûa maùy vöôït quaù nhieät ñoä cho pheùp 10% thì tuoåi thoï cuûa maùy giaûm ñi 1/2 laàn, do ñoù khoâng ñöôïc cho maùy laøm vieäc quaù taûi trong thôøi gian daøi. 0.4.4. Vaät lieäu keát caáu Vaät lieäu keát caáu ñeå cheá taïo caùc chi tieát chòu löïc cô hoïc nhö truïc, oå truïc, voû maùy, naép maùy; thöôøng laø gang, theùp laù, theùp reøn, kim loaïi maøu, chaát deûo ___ Trang 11
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 0.4.5. Toån hao, phaùt noùng vaø laøm maùt maùy ñieän Khi maùy ñieän laøm vieäc, coù caùc phaàn coâng suaát bò maát trong maùy, goïi laø toån hao, goàm caùc loaïi sau : - Toån hao theùp : do doøng xoaùy vaø töø treã trong loõi theùp khi coù töø thoâng xoay chieàu chaïy qua. - Toån hao ñoàng : do doøng ñieän chaïy qua ñieän trôû daây quaán. - Toån hao ma saùt : do söï tieáp xuùc tröôït giöõa truïc quay vaø baïc ñaïn, giöõa choåi than vaø vaønh tröôït Nhieät naêng sinh ra do toån hao seõ laøm noùng maùy ñieän. Neáu ñoä taêng nhieät cuûa maùy vöôït quaù ñoä taêng nhieät cho pheùp, phaûi tìm caùch taûn nhieät ra moâi tröôøng xung quanh: duøng caùnh taûn nhieät, heä thoáng quaït gioù, hoaëc heä thoáng löu daãn chaát loûng hoaëc khí ñeå laøm maùt maùy ñieän. 0.4.6. Caùc böôùc khaûo saùt maùy ñieän Vieäc khaûo saùt maùy ñieän ñöôïc tieán haønh theo caùc böôùc sau : (1) Khaûo saùt caùc hieän töôïng vaät lyù xaûy ra trong maùy ñieän. (2) Töø caùc ñònh luaät vaät lyù, vieát heä phöông trình toaùn hoïc moâ taû söï laøm vieäc cuûa maùy ñieän (moâ hình toaùn hoïc). (3) Töø moâ hình toaùn hoïc, thaønh laäp maïch töông ñöông cuûa maùy ñieän. (4) Töø maïch töông ñöông, khaûo saùt caùc ñaëc tính laøm vieäc cuûa maùy. CAÂU HOÛI OÂN TAÄP 1. Caùc boä phaän cô baûn cuûa maùy ñieän laø gì ? 2. Giaûi thích öùng duïng cuûa ñònh luaät caûm öùng ñieän töø vaø löïc ñieän töø trong maùy ñieän. 3. Giaûi thích nguyeân lyù thuaän nghòch cuûa maùy ñieän. 4. Caùc vaät lieäu chính cheá taïo maùy ñieän. BAØI TAÄP 0.1 Maïch töø treân hình H.B.0.1 laø moät hình xuyeán coù ñöôøng kính trong D t, ñöôøng kính ngoaøi D n vaø ñöôøng kính D l. Daây quaán kích töø coù ñöôøng W voøng, mang doøng ñieän I. Neáu Dt = 4cm, D l = 0,5cm; loõi khoâng khí vaø W=1000. Haõy tính I ñeå taïo ra töø thoâng Φ=0,8 µWb trong loõi. (ÑS : I = 4,758A) ___ Trang 12
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 I °°° l S W voøng D Dn t Dl °°° Hình B.0.1 0.2 Treân hình B.0.1, cho W = 1000, loõi khoâng khí coù D n = 7cm, D t = 5cm. Doøng kích töø I=5A. Tính maät ñoä töø thoâng beân trong loõi. (ÑS : B 0 = 33,4T) 0.3 Loõi maïch töø treân hình B.0.1 laøm baèng saét ñuùc coù D t = 4cm, D n = 6cm. Neáu muoán taïo ra töø thoâng 0,059mWb trong loõi baèng moät cuoän kích töø 1000 voøng thì doøng kích töø I phaûi baèng bao nhieâu ? (ÑS : I = 0,659A) 0.4 Ngöôøi ta caét moät khe hôû khoâng khí daøy 1mm trong maïch töø cuûa Hình 0.4 . Hoûi baây giôø phaûi caàn doøng ñieän bao nhieâu ñeå taïo ra cuøng maät ñoä töø thoâng 1,5T nhö cuõ? (ÑS : I = 16,15A) 0.5 Moät cuoän daây 200 voøng ñöôïc quaán leân hình xuyeán cuûa Hình B.0.1. Hình xuyeán baèng theùp ñuùc vaø coù moät khe hôû khoâng khí 1,5mm. Dt = 13cm vaø D l = 1,5cm. Khi cho doøng 2A chaïy qua cuoän daây, haõy tính maät ñoä töø thoâng trong khe hôû khoâng khí. 0.6 Moät maïch töø baèng theùp ñuùc coù tieát dieän 2cm 2 vaø chieàu daøi trung bình 12cm. Coù hai khe hôû khoâng khí, moãi khe roäng 0,2mm. Tính soá ampe voøng caàn coù ñeå taïo ra moät töø thoâng baèng 50 µWb trong khe khoâng khí. (ÑS : F = 81,2At) 0.7 Treân hình B.0.7, chieàu daøi phaàn theùp Theùp la ù laù=15cm; phaàn theùp ñuùc = 35cm, khe khoâng khí 1 =1,2mm. Tính söùc töø ñoäng caàn coù ñeå taïo ra moät -3 2 töø thoâng = 1,3 ×10 trong khe khoâng khí, bieát Theùp ñuùc 1,2mm tieát dieän loõi = 10cm 2. 2 (ÑS : F = 1886 At) Hình B.0.7 ___ Trang 13
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 CHÖÔNG 1 MAÙY BIEÁN AÙP 1.1 KHAÙI NIEÄM CHUNG 1.1.1 Ñònh nghóa Maùy bieán aùp laø moät thieát bò töø tónh, laøm vieäc theo nguyeân lyù caûm öùng ñieän töø, duøng ñeå bieán ñoåi moät heä thoáng doøng ñieän xoay chieàu ôû ñieän aùp naøy (U 1, I 1, f) thaønh moät heä thoáng doøng ñieän xoay chieàu ôû ñieän aùp khaùc(U 2, I 2, f), vôùi taàn soá khoâng thay ñoåi. Ñaàu vaøo cuûa maùy bieán aùp noái vôùi nguoàn ñieän goïi laø sô caáp (chæ soá 1). Ñaàu ra noái vôùi taûi goïi laø thöù caáp (chæ soá 2). 1.1.2 Caùc ñaïi löôïng ñònh möùc Caùc ñaïi löôïng ñònh möùc cuûa maùy bieán aùp do nhaø saûn xuaát qui ñònh sao cho maùy coù khaû naêng laøm vieäc laâu daøi vaø toát nhaát. Ba ñaïi löôïng ñònh möùc cô baûn laø : a) Ñieän aùp ñònh möùc : - Ñieän aùp sô caáp ñònh möùc U 1ñm (V,KV): laø ñieän aùp qui ñònh cho daây quaán sô caáp. - Ñieän aùp thöù caáp ñònh möùc U 2ñm (V,KV): laø ñieän aùp ño ñöôïc giöõa caùc cöïc cuûa daây quaán thöù caáp khi daây quaán thöù caáp hôû maïch (chöa ñaáu taûi) vaø ñieän aùp ñaët vaøo daây quaán sô caáp laø ñònh möùc . Vôùi : • Maùy bieán aùp 1 pha : ñieän aùp ñònh möùc laø ñieän aùp pha. • Maùy bieán aùp 3 pha : ñieän aùp ñònh möùc laø ñieän aùp daây. b) Doøng ñieän ñònh möùc : Doøng ñieän ñònh möùc sô caáp I 1ñm vaø thöù caáp I 2ñm laø doøng ñieän ñaõ qui ñònh cho moãi daây quaán, öùng vôùi coâng suaát ñònh möùc vaø ñieän aùp ñònh möùc. Vôùi maùy 3 pha, doøng ñieän ñònh möùc laø doøng ñieän daây . Ñôn vò doøng ñieän ghi treân maùy thöôøng laø A. c) Coâng suaát ñònh möùc : laø coâng suaát bieåu kieán ñònh möùc S ñm . Ñôn vò laø VA, KVA. Ta coù : - Maùy moät pha : Sñm = U 2ñm I 2ñm = U 1ñm I 1ñm (1.1) - Maùy ba pha : Sñm = 3 U2ñm I 2ñm = 3 U 1ñm I 1ñm (1.2) ___ Trang 14
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 1.1.3 Coâng duïng cuûa maùy bieán aùp • Maùy bieán aùp duøng ñeå taêng ñieän aùp töø maùy phaùt ñieän leân ñöôøng daây taûi ñieän ñi xa, vaø giaûm ñieän aùp ôû cuoái ñöôøng daây ñeå cung caáp cho taûi. Ví d ụ : töø ñöôøng daây trung theá 15KV - 35KV sang möùc haï theá 400V duøng cho caùc hoä tieâu thuï. Taïi caùc nhaø maùy ñieän, maùy bieán aùp duøng ñeå chuyeån ñieän theá möùc trung theá töø maùy phaùt ñieän (10-50KV) sang möùc cao theá (110KV ñeán 500KV) cho ñöôøng daây cao theá. • Các máy bi ến th ế có công su ất nh ỏ h ơn, máy bi ến áp ( ổn áp) dùng để ổn đị nh điện áp trong nhà, hay các c ục bi ến th ế, c ục x ạc, dùng cho các thi ết b ị điện v ới hi ệu điện th ế nh ỏ (230 V sang 24 V, 12 V, 3 V, ). • Ngoaøi ra maùy bieán aùp coøn ñöôïc söû duïng trong caùc thieát bò loø nung (maùy bieán aùp loø), trong haøn ñieän (maùy bieán aùp haøn), ño löôøng hoaëc laøm nguoàn ñieän cho caùc thieát bò ñieän, ñieän töû. 1.2 CAÁU TAÏO MAÙY BIEÁN AÙP Maùy bieán aùp coù hai boä phaän chính : loõi theùp vaø daây quaán. 1.2.1 Loõi theùp maùy bieán aùp Loõi theùp duøng ñeå daãn töø thoâng, thöôøng laøm baèng theùp laù, vaø goàm hai phaàn: tru ï ñeå ñaët daây quaán vaø goâng ñeå kheùp kín maïch töø giöõa caùc truï. Goâng Truï Goâng Truï Cao aùp Haï aùp Cao aùp Haï aùp Hình 1.1 – Maïch töø cuûa maùy bieán aùp 1 pha : (a) Loaïi truï; (b) Loaïi boïc Loõi theùp coù hai daïng chính : a) Loaïi tru ï : (Hình 1.1a) goàm hai cuoän daây naèm treân hai truï cuûa loõi theùp chöõ nhaät. Loaïi naøy coù khuyeát ñieåm laø töø taûn giöõa hai cuoän quaù lôùn neân maùy bò suït aùp nhieàu. b) Loaïi boïc : (Hình 1.1b) goàm hai cuoän daây ñoàng taâm, cuoän haï aùp naèm trong (saùt loõi theùp), cuoän cao aùp naèm ngoaøi ñeå deã caùch ñieän. ___ Trang 15
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Loõi theùp laøm baèng theùp silic (97% saét vaø 3% silic). Silic laøm giaûm toån hao töø treã; nhöng laøm theùp doøn, khoù daäp. Maët laù theùp ñöôïc phuû moät lôùp caùch ñieän moûng ñeå caùch ñieän caùc laù theùp vôùi nhau. Trong loaïi truï, loõi theùp ñöôïc gheùp töø caùc laù theùp chöõ U vaø chöõ I; coøn trong loaïi boïc; laø chöõ E vaø chöõ I. 1.2.2 Daây quaán maùy bieán aùp Daây quaán maùy bieán aùp thöôøng baèng ñoàng hoaëc nhoâm, tieát dieän troøn hay chöõ nhaät; beân ngoaøi daây daãn coù boïc caùch ñieän. Daây quaán goàm nhieàu voøng daây vaø loàng vaøo truï loõi theùp. Giöõa caùc voøng daây, giöõa caùc daây quaán vaø giöõa daây quaán vôùi loõi theùp ñeàu coù caùch ñieän. Daây quaán coù daïng vuoâng, chöõ nhaät hoaëc troøn. Maùy bieán aùp coâng suaát nhoû thöôøng laøm maùt baèng khoâng khí. Maùy lôùn ñöôïc ñaët trong thuøng daàu, voû thuøng coù caùnh taûn nhieät. Ngoaøi ra coøn coù söù ñeå noái caùc ñaàu daây ra ngoaøi, boä phaän ñieàu chænh ñieän aùp, rôle baûo veä 1.3 NGUYEÂN LYÙ LAØM VIEÄC CUÛA MAÙY BIEÁN AÙP Ta haõy xeùt sô ñoà nguyeân lyù cuûa maùy bieán aùp moät pha hai daây quaán treân i1 Φ i2 hình 1.2, cuoän sô caáp coù W 1 voøng daây, cuoän thöù caáp coù W voøng daây. Khi ta u1 u2 Zt 2 Ψt1 Ψt2 ñaët ñieän aùp u 1 vaøo cuoän daây sô caáp cuûa maùy bieán aùp ñang mang taûi Z t seõ coù doøng ñieän i 1 chaïy treân daây quaán sô caáp vaø doøng ñieän i 2 chaïy treân daây quaán thöù caáp. Hai doøng ñieän naøy taïo ra söùc töø Hình 1.2 – Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy bieán aùp ñoäng i 1W1 vaø i 2W2 taïo ra töø thoâng chính chaïy trong maïch töø. Goïi Φ laø töø thoâng chính moùc voøng ñoàng thôøi caû 2 daây quaán. Ñieän aùp xoay chieàu laø moät haøm hình sin neân töø thoâng do noù sinh ra cuõng laø moät haøm hình sin : φ = Φm sin ωt (1.3) Theo ñònh luaät caûm öùng ñieän töø, caùc söùc ñieän ñoäng caûm öùng e 1 ,e 2 sinh ra trong cuoän sô caáp vaø thöù caáp laø : dφ π π e = −W = W Φ ω sin( ωt − ) = 2E sin( ωt − ) (1.4) 1 1 dt 1 m 2 1 2 dφ π π e = −W = W Φ ω sin( ωt − ) = 2E sin( ωt − ) (1.5) 2 2 dt 2 m 2 2 2 ___ Trang 16
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 W Φ ω Trong ñoùù: E = 1 m = 2πfW Φ = 4,44 fW Φ (1.6) 1 2 1 m 1 m W Φ ω E = 2 m = 2πfW Φ = 4,44 fW Φ (1.7) 2 2 2 m 2 m laø caùc giaù trò hieäu duïng cuûa caùc söùc ñieän ñoäng daây quaán sô caáp vaø thöù caáp. E1 W1 Chia E 1 cho E 2 ta coù : k = = k : heä soá bieán aùp hay tæ soá bieán aùp E2 W2 Neáu boû qua suït aùp gaây ra do ñieän trôû daây quaán vaø töø thoâng taûn ra ngoaøi khoâng khí, coù theå coi gaàn ñuùng E 1 ≈ U 1 vaø E 2 ≈ U 2 U E W Ta coù : 1 ≈ 1 = 1 = k (1.8) U2 E2 W2 Vaäy ta thaáy daây quaán sô caáp vaø thöù caáp khoâng lieân heä tröïc tieáp vôùi nhau veà ñieän nhöng coù maïch töø, töø thoâng chính maø naêng löôïng ñaõ ñöôïc truyeàn töø daây quaán sô caáp sang thöù caáp. Neáu boû qua toån hao trong maùy bieán aùp thì coù theå coi gaàn ñuùng : U1 I2 U1I1 = U 2 I 2 hoaëc = = k (1.9) U2 I1 Neáu maùy bieán aùp coù : W 2 > W 1 thì U 2 > U 1 , I 2 I 1 : maùy bieán aùp giaûm aùp. VÍ DUÏ 1.1 : cuoän sô caáp 6600V cuûa moät maùy bieán aùp 50Hz coù 1320 voøng Tính: (1) töø thoâng cöïc ñaïi Φm trong loõi theùp (2) Tieát dieän loõi theùp neáu töø caûm cöïc ñaïi B m = 1,4T (3) Soá voøng cuûa cuoän thöù caáp 400V ___ Trang 17
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 GIAÛI (1) Ta coù : E 1 = 4,44fW 1Φm ≈ U 1 = 6600V U1 6600 Φm = = = ,0 0225 Wb 4,44 fW 1 4,44 ×50 ×1320 Φ .0 0225 (2) Tieát dieän loõi theùp: S = m = = 161 cm 2 Bm 4,1 (3) Soá voøng cuoän thöù caáp U1 W1 W1U2 1320 .400 Ta coù : U 2 = 400V maø = ⇒ W2 = = = 80 voøng U2 W2 U1 6600 1.4 CAÙC PHÖÔNG TRÌNH CUÛA MAÙY BIEÁN AÙP Coù 2 nguyeân nhaân gaây ra suït aùp trong caùc daây quaán ñoù laø: - Suït aùp do caùc ñieän trôû sô caáp R 1 vaø thöù caáp R 2 - Suït aùp do töø thoâng taûn : töùc laø töø thoâng khoâng chaïy qua loõi theùp maø chaïy taûn ra trong khoâng khí, vaät lieäu caùch ñieän coù ñoä töø thaåm raát nhoû, töø trôû lôùn do ñoù töø thoâng taûn nhoû hôn raát nhieàu so vôùi töø thoâng chính. Töø thoâng taûn chæ moùc voøng rieâng reû vôùi moãi daây quaán. Töø thoâng taûn moùc voøng sô caáp kyù hieäu ψt1 do doøng sô caáp i 1 gaây ra, töø thoâng taûn moùc vaøo voøng thöù caáp ψt2 do doøng thöù caáp i 2 gaây ra. Töø thoâng taûn ñöôïc ñaëc tröng baèng ñieän caûm taûn. Ñieän caûm taûn sô caáp L1 vaø thöù caáp L 2 laàn löôït laø : ψ t1 ψ t2 L1 = ; L2 = (1.10) i1 i2 1.4.1 Phöông trình ñieän aùp sô caáp Xeùt maïch sô caáp goàm nguoàn u 1, söùc ñieän ñoäng e 1, ñieän trôû r 1 vaø ñieän caûm taûn L 1. Choïn chieàu e 1 thích hôïp vaø aùp duïng ñònh luaät Kirchoff II ta coù phöông trình ñieän aùp daïng giaù trò töùc thôøi : di u = e + ir + L 1 (1.11) 1 1 1 1 1 dt Chuyeån sang daïng phöùc : . . . . . . U 1 = E1 + r1 I 1 + jx 1 I 1 = E1 + Z1 I 1 (1.12) ___ Trang 18
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 vôùi Z1 = r1 + jx 1 laø toång trôû phöùc cuûa daây quaán sô caáp x1 = ωL1 ñieän khaùng taûn sô caáp 1.4.2. Phöông trình ñieän aùp thöù caáp Xeùt maïch thöù caáp goàm söùc ñieän ñoäng e 2, ñieän aùp u 2, ñieän trôû r 2 vaø ñieän caûm taûn L 2. Choïn chieàu e 2 thích hôïp vaø aùp duïng ñònh luaät Kirchoff II : di u = e + ir + L 1 (1.13) 1 1 1 1 1 dt . . . . . . Chuyeån sang daïng phöùc : U 2 = E 2 − r2 I 2 − jx 2 I 2 = E 2 − Z 2 I 2 (1.14) Trong ñoù: Z2 = r2 + jx 2 : toång trôû phöùc cuûa daây quaán thöù caáp x2 = ωL2 : ñieän khaùng taûn thöù caáp . . Maët khaùc ta coù : U 2 = I 2 Zt vôùi Z t : toång trôû taûi (1.15) 1.4.3. Phöông trình söùc töø ñoäng . . . Trong phöông trình ñieän aùp sô caáp, U = E + Z I thöôøng thì Z I <<E neân E ≈U . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Vì ñieän aùp löôùi ñaët vaøo maùy bieán aùp U 1 khoâng ñoåi cho neân E 1 khoâng ñoåi vaø töø thoâng chính Φmax khoâng ñoåi : U1 Φ max = = const (1.16) 4,44 fW 1 + ÔÛ cheá ñoä khoâng taûi : i 2 = 0, i 1 = i 0 : doøng khoâng taûi, töø thoâng Φ do söùc töø ñoäng : i0W1 sinh ra + ÔÛ cheá ñoä coù taûi töø thoâng chính Φ ñöôïc sinh ra do söùc töø ñoäng cuûa 2 daây quaán : i1W1 - i 2W2 (1.17) (daáu – tröôùc i 2 vì i 2 sinh ra töø thoâng ngöôïc chieàu vôùi Φ chính) Vì Φmax = khoâng ñoåi do ñoù söùc töø ñoäng luùc coù taûi baèng söùc töø ñoäng luùc khoâng taûi: i1W1 - i 2W2 = i 0W1 (1.18) . . . Hoaëc: I 1 W1 − I 2 W2 = I 0 W1 (1.19) . . . W2 Chia 2 veá cho W 1 ta coù : I 1 − I 2 = I 0 (1.20) W1 ___ Trang 19
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 . . W .  . .  2  I 1 = I 0 +  I 2  = I 0 + I'2 (1.21)  W1  . . . W2 1 vôùi I'2 = I 2 = I 2 : doøng ñieän thöù caáp ñaõ qui ñoåi veà phía sô caáp W1 k Toùm laïi moâ hình tính toaùn cuûa maùy bieán aùp laø 3 phöông trình : . . . U 1 = E1 + Z1 I 1 (1.22) . . . . U 2 = E 2 − Z2 I 2 = I 2 Zt (1.23) . . . I 1 = I 0 + I'2 (1.24) i1 r1 x1 x2 r2 i2 i1 i2 u u1 2 Zt u1 u Z E1 E2 2 t Hình 1.4 – Sô ñoà thay theá maùy bieán aùp 1.5. MAÏCH ÑIEÄN THAY THEÁ MAÙY BIEÁN AÙP Ñeå ñôn giaûn hoùa vieäc tính toaùn ngöôøi ta thay theá toaøn boä maïch ñieän vaø maïch töø maùy bieán aùp baèng 1 maïch ñieän töông ñöông goàm coù ñieän trôû vaø ñieän khaùng maùy bieán aùp goïi laø maïch ñieän thay theá (hình 1.4). Vì ñieän aùp thöù caáp cuûa maùy bieán aùp khaùc ñieän aùp sô caáp do ñoù ñeå noái tröïc tieáp maïch ñieän thöù caáp vôùi sô caáp thì maïch ñieän naøy phaûi coù 2 daây quaán cuøng ñieän aùp. Do ñoù thoâng thöôøng ngöôøi ta qui ñoåi daây quaán thöù caáp veà sô caáp nghóa laø coi nhö daây quaán thöù caáp cuõng coù soá voøng daây baèng soá voøng daây cuûa daây quaán sô caáp. Vieäc qui ñoåi chæ coát ñeå thuaän tieän cho vieäc tính toaùn chöù tuyeät nhieân khoâng laøm thay ñoåi caùc quaù trình vaät lyù vaø naêng löôïng xaûy ra trong maùy bieán aùp. 1.5.1 Qui ñoåi caùc ñaïi löôïng thöù caáp veà sô caáp Caùc ñaïi löôïng qui ñoåi töø thöù caáp veà sô caáp ñöôïc kyù hieäu theâm moät daáu phaåy (‘) treân ñaàu nhö söùc ñieän ñoäng thöù caáp qui ñoåi E’ 2, doøng ñieän thöù caáp qui ñoåi I’ 2 1. Söùc ñieän ñoäng vaø ñieän aùp thöù caáp qui ñoåi : Ta co ù: E’ 2 = E 1 ___ Trang 20
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 E W maø : 2 = 1 E1 W2 W1 neân : E1 = E2 W2 W1 do ñoù : 'E 2 = E 2 = E.k 2 (1.25) W2 trong ñoù k = W 1/W 2 goïi laø heä soá qui ñoåi thöù caáp veà sô caáp. Töông töï ñieän aùp thöù caáp qui ñoåi : U’ 2 = kU 2 (1.26) 2. Doøng ñieän thöù caáp qui ñoåi : vieäc qui ñoåi phaûi ñaûm baûo sao cho coâng suaát thöù caáp tröôùc vaø sau khi qui ñoåi phaûi baèng nhau, nghóa laø : E2I2 = E’ 2I’ 2 (1.27) E2 1 Do ñoù doøng ñieän thöù caáp qui ñoåi : I'2 = I2 = I2 (1.28) E'2 k 3. Ñieän trôû, ñieän khaùng vaø toång trôû thöù caáp qui ñoåi . Khi qui ñoåi, toån hao ñoàng ôû daây quaán thöù caáp tröôùc vaø sau khi qui ñoåi phaûi baèng nhau : 2 2 I 2 r2 = I'2 r'2 (1.29) 2  I   2  2 suy ra : r'2 =   r2 = k r2 (1.30)  I'2  2 Vaäy : r’ 2 = k r2 (1.31) 2 2 2 Töông töï : x’ 2 = k x2 ; Z’ 2 = k Z2 ; Z’ t = k Zt (1.32) 4. Caùc phöông trình qui ñoåi . Thay caùc ñaïi löôïng qui ñoåi vaøo caùc phöông trình caân baèng söùc ñieän ñoäng vaø söùc töø ñoäng ôû treân, ta ñöôïc heä thoáng caùc phöông trình ñoù vieát döôùi daïng qui ñoåi nhö sau: . . . U 1 = E1 + Z1 I 1 (1.33) . . . . U 2 = E 2 − Z2 I 2 = I 2 Zt (1.34) . . . I 1 = I 0 + I'2 (1.35) 1.5.2. Maïch ñieän thay theá cuûa i1 r1 x1 x2’ r2’ i2’ maùy bieán aùp Sau khi qui ñoåi caùc ñaïi löôïng thöù u 1 u2’ Zt’ caáp veà phía sô caáp ta noái tröïc tieáp E1=E’ 2 maïch ñieän thöù caáp vaø sô caáp nhö hình 1.5. Tieáp theo ta thay theá nhaùnh E 1 = E’ 2 baèng ñieän aùp rôi treân toång trôû Z m ___Hình 1.5 – ___Sô ñoà maïch ñieän sau khi qui ñoåi Trang 21
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 ñaëc tröng cho töø thoâng chính vaø söï toån hao söùc töø trong loõi theùp, ñöôïc bieåu thò baèng toån hao treân ñieän trôû töø hoùa r m ñaët noái tieáp vôùi ñieän khaùng töø hoùa x m. Vì töø thoâng chính do doøng ñieän khoâng taûi I 0 sinh ra neân ta coù theå vieát : . . . . E1 = E'2 = I 0 ()rm + jx m = I 0 Z m (1.36) vôùi : Zm = rm + jx m toång trôû töø r1 x1 x’ 2 r’ 2 hoùa ñaëc tröng cho maïch töø . . . I0 . I1 . . pFe p0 rm 'I 2 trong ñoù : r = = (1.37) U1 E1 U'2 Z’ t m I 2 I 2 0 0 xm pFe : toån hao saét töø p : toån hao khoâng taûi 0 Hình 1.6 – Maïch ñieän thay theá hình T cuûa maùy bieán Nhö vaäy ta ñaõ thay theá maùy bieán aùp aùp thöïc goàm caùc maïch ñieän sô caáp, thöù caáp rieâng bieät vaø maïch töø cuûa noù baèng moät maïch ñieän thoáng nhaátù goïi laø maïch ñieän thay theá hình T cuûa maùy bieán aùp nhö hình 1.6. 1.5.3. Maïch ñieän thay theá ñôn giaûn Zn rn xn Trong thöïc teá Z m >> toång trôû sô caáp hoaëc thöù caáp, doøng I 0 nhoû do ñoù ta coù theå xem Z m = ∞, nhö . . vaäy coù theå xem nhö hôû maïch nhaùnh töø hoùa. Nhö . I1 = I'2 . U1 U'2 Z’ t vaäy maùy bieán aùp coù theå thay baèng moät maïch ñieän raát ñôn giaûn nhö hình 1.7. Trong ñoù : Hình 1.7. Maïch ñieän thay theá ñôn giaûn r = r + r / : ñieän trôû ngaén maïch n 1 2 cuûa maùy bieán aùp xn = x 1 + x’ 2 : ñieän khaùng ngaén maïch Zn = r n + jx n : toång trôû ngaén maïch VÍ DUÏ 1.2 Moät maùy bieán aùp 1 pha 100KVA 400/2000V coù caùc thoâng soá sau : r1 = 0,01 Ω ; r 2 = 0,25 Ω ; x1= 0,03 Ω ; x2 = 0,75 Ω ; rm = 454 Ω ; xm = 149 Ω Maùy cung caáp 90KVA cho moät taûi coù cos ϕ2 = 0,8 treã ôû ñieän aùp 2000V. Tính aùp vaø doøng sô caáp (trò lieäu duïng , goùc pha) khi choïn ñieän aùp thöù caáp U 2 laøm goác pha GIAÛI Tính caùc thoâng soá töông ñöông quy veà sô caáp 400 1 k = = = 2,0 2000 5 r1 = 0,01 Ω ; x 1 = 0,03 Ω 2 2 r’ 2 = k r2 = (0,2) × 0,25 = 0,01 Ω ___ Trang 22
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 2 2 x’ 2 = k x2 = (0,2) × 0,75 = 0,03 Ω Doøng vaø aùp quy veà sô caáp 3 S2 90 ×10 I 2 45 I 2 = = = 45 A ⇒ I'2 = = = 225 A U2 2000 k 2,0 U2 = 2000V ⇒ U’ 2 = kU 2 = 0,2 × 2000 = 400V . 0 0 Choïn : U'2 = U’ 2∠0 = 400 ∠0 (V) 0 cos ϕ2 = 0,8 ⇒ ϕ2 = 36,9 . 0 ⇒ I'2 = I’ 2∠-ϕ2 = 225 ∠-36,9 A Duøng maïch töông ñöông hình T (hình 1.6) 0 0 Ta coù : E’ 2 = U’ 2 + I’ 2 ( r’ 2 + jx 2 ) = 400 ∠0 + ( 225 ∠-36,9 ) ( 0,01 + j0,03 ) = 406 ∠0,57 0 (V) 0 maø E’ 2 = E 1 ⇒ E 1 = 406 ∠0,57 (V) Ta coù : E 1 = I 0 ( R m + jX m ) . . 0 E 0 406 ∠0,57 0 I 0 = = = 0,85∠ −17 6, rm + jx m 454 + j149 Doøng ñieän sô caáp : . . . 0 0 I 1 = I 0 + I'2 = 0,85 ∠-17,6 + 225 ∠-36,9 = 0,81 - j.0,26 + 179,93 - j.135,09 = 180,74 - j135,35 = 225,8 ∠-36,8 0 (A) Ñieän aùp sô caáp : . . . 0 0 U 1 = E1+ I 1()r1 + jx 1 = 406 ∠0,57 + (225,8 ∠-36,8 )(0,01 + j0,03) = 405,98 + j4,04 + 5,86 + j4,07 = 411,84 + j8,11 ≈ 412 ∠1,1 0 (V) Nhaän xeùt : U1 = 412V ≈ E 1 = 406V; I 1 = 225,8A ≈ I’ 2 = 225A ___ Trang 23
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 1.6 CHEÁ ÑOÄ KHOÂNG TAÛI CUÛA MAÙY BIEÁN AÙP Cheá ñoä khoâng taûi laø cheá ñoä maø thöù caáp hôû maïch (I 2 = 0), coøn sô caáp ñöôïc cung caáp ñieän aùp U 1. 1.6.1 Phöông trình vaø sô ñoà thay theá cuûa maùy bieán aùp luùc khoâng taûi : . . r1 x1 Khi khoâng taûi I2 = 0; I 1 = I 0 , ta coù: . . . . . . . . I1 = I0 . rm U 1 = E1 + I 1 Z1 = E1 + I 0 Z1 (1.38) U1 E1 . . . xm = I 0 Z m + I 0 Z1 = I 0 ()Zm + Z1 (1.39) . = I 0 Z0 (vôùi Z0 = Zm + Z1 ) (1.40) Hình 1.8 . Maïch ñieän thay theá maùy bieán aùp luùc khoâng taûi 1.6.2 Caùc ñaëc ñieåm ôû cheá ñoä khoâng taûi : a) Doøng ñieän khoâng taûi Töø phöông trình treân ta tính ñöôïc doøng ñieän khoâng taûi : U U I = 1 = 1 (1.41) 0 Z 2 2 0 (r1 + rm ) + (x1 + xm ) Z0 thöôøng raát lôùn vì theá doøng ñieän khoâng taûi nhoû, I 0 = 2 ÷10% I 1ñm b) Coâng suaát khoâng taûi Coâng suaát p 0 tieâu thuï luùc khoâng taûi goàm toån hao loõi theùp pFe vaø toån hao treân ñieän trôû daây quaán (coøn goïi laø toån hao ñoàng) sô caáp. p0 = p Fe + p Cu1 (1.42) pFe toån hao saét (toån hao treân loõi theùp do hieän töôïng töø treã vaø doøng xoaùy Fouco) pCu1 = I 0R1 toån hao treân ñieän trôû daây quaán sô caáp Vì doøng ñieän khoâng taûi I 0 raát nhoû neân coù theå boû qua toån hao p Cu1 vaø coù theå coi gaàn ñuùng : p0 ≈≈≈ p Fe (1.43) c) Heä soá coâng suaát khoâng taûi Coâng suaát phaûn khaùng luùc khoâng taûi Q 0 raát lôùn so vôùi coâng suaát taùc duïng khoâng taûi p 0 do ñoù heä soá coâng suaát luùc khoâng taûi thaáp. ___ Trang 24
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 R P cos ϕ = 0 = 0 = 1,0 ÷ 3,0 (1.44) o 2 2 2 2 R0 + X 0 P0 + Q0 Do ñoù khi söû duïng khoâng neân ñeå maùy bieán aùp ôû traïng thaùi khoâng taûi hoaëc non taûi. 1.6.3 Thí nghieäm khoâng taûi cuûa maùy bieán aùp Thí nghieäm khoâng taûi duøng ñeå : - Xaùc ñònh tyû soá bieán aùp k - Xaùc ñònh toån hao saét töø - Xaùc ñònh caùc thoâng soá cuûa maùy ôû cheá ñoä khoâng taûi. Sô ñoà thí nghieäm ñöôïc cho treân hình 1.9 I0 p0 A W V1 : ño U 1 V2 : ño U 20 ∼ U1 V1 V2 U 20 A : ño I 0 W : ño p0 Hình 1.9 . Sô ñoà thí nghieäm khoâng taûi cuûa maùy bieán aùp Tieán haønh thí nghieäm nhö sau: cung caáp ñieän aùp U 1 = U 1ñm cho sô caáp; hôû maïch thöù caáp. Goïi I 0, P 0, U 1, U 20 laø soá chæ cuûa caùc duïng cuï ño. Töø thí nghieäm khoâng taûi ta xaùc ñònh ñöôïc caùc giaù trò sau : W E U a) Tæ soá bieán aùp : k = 1 = 1 ≈ 1 W2 E2 U20 b) Doøng ñieän khoâng taûi phaàn traêm I 0 I0 % = ×100 % = (3% ÷ 10%) (1.45) I1ñm p0 c) Ñieän trôû khoâng taûi r0 = 2 (1.46) I0 vôùi r 0 = r 1 + r m , vì r m >> r 1 coù theå laáy gaàn ñuùng : r m = r 0 (1.47) d) Toång trôû khoâng taûi U1ñm Z0 = (1.48) I0 ___ Trang 25
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 e) Ñieän khaùng khoâng taûi 2 2 x 0 = Z0 − r0 (1.49) maø x0 = x1 + xm ,vì x1 << xm do ñoù laáy gaàn ñuùng : xm = x0 (1.50) f) Heä soá coâng suaát khoâng taûi : p0 cos ϕ0 = = 1,0 ÷ 3,0 (1.51) U1ñm I0 1.7. CHEÁ ÑOÄ NGAÉN MAÏCH CUÛA MAÙY BIEÁN AÙP Cheá ñoä ngaén maïch laø cheá ñoä maø phía thöù caáp bò noái taét laïi (U 2 = 0), sô caáp vaãn ñaët vaøo ñieän aùp U 1. Trong vaän haønh, do nhieàu nguyeân nhaân laøm maùy bieán aùp bò ngaén maïch nhö hai daây daãn ñieän ôû phía thöù caáp bò chaäp vaøo nhau, rôi xuoáng ñaát, caùch ñieän bò hoûng v.v Ñaáy laø tình traïng söï coá. 1.7.1. Phöông trình vaø sô ñoà thay theá : rn xn . . . Sô ñoà thay theá cuûa maùy bieán aùp luùc ngaén maïch veõ . In = I n1 = I2n U1 treân hình 1.10. Vì toång trôû Z’ 2 raát nhoû so vôùi Z m neân coi gaàn ñuùng coù theå boû qua nhaùnh töø hoùa. Doøng ñieän sô caáp laø doøng ngaén maïch. Hình 1.10 . Sô ñoà thay theá cuûa maùy . . . bieán aùp luùc ngaén maïch Phöông trình ñieän aùp : U 1 = I n ()rn + jx n = I n Z n (1.52) trong ñoù : 2 2 Zn = r n + jx n toång trôû phöùc ngaén maïch, bieân ñoä Zn = rn + xn rn = r 1 + r’ 2 : ñieän trôû ngaén maïch (1.53) xn = x 1+ x’ 2 : ñieän khaùng ngaén maïch (1.54) 1.7.2 Ñaëc ñieåm cheá ñoä ngaén maïch U1 a) Doøng ngaén maïch : I n = (1.55) Zn neáu U 1 = U 1ñm thì I n = 10 ÷ 30 I 1ñm , raát nguy hieåm cho maùy bieán aùp. ___ Trang 26
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 b) Toån hao ngaén maïch Coâng suaát P n do maùy tieâu thuï luùc ngaén maïch laø toån hao ñoàng trong hai daây quaán : 2 2 2 Pn = p Cu1 + p Cu2 = R 1I 1n + R 2I 2n = R nI n (1.56) c) Heä soá coâng suaát ngaén maïch rn cos ϕn = (1.57) Zn Pn hoaëc cos ϕn = (1.58) U1In 1.7.3 Thí nghieäm ngaén maïch maùy bieán aùp Thí nghieäm ngaén maïch duøng ñeå xaùc ñònh ñieän aùp ngaén maïch phaàn traêm U n%, toån hao ñoàng ñònh möùc P Cuñm , heä soá coâng suaát ngaén maïch cos ϕn, ñieän trôû ngaén maïch r n vaø ñieän khaùng ngaén maïch x n cuûa maïch töông ñöông. Sô ñoà thí nghieäm ñöôïc cho treân hình 1.11. Ta tieán haønh thí nghieäm nhö sau : nhôø boä ñieàu chænh ñieän aùp, taêng daàn U 1 töø 0 cho ñeán khi I2 = I 2ñm ; I 1 = I 1ñm . Goïi Un, P n, I 1ñm , I 2ñm laø soá chæ cuûa caùc duïng cuï ño. Ta tính ñöôïc caùc thoâng soá cuûa maïch töông ñöông : I1ñm Pn Boä A W ñieàu ∼ chænh Un V A I2ñm ñieän aùp Hình 1.11 . Sô ñoà thí nghieäm ngaén maïch cuûa maùy bieán aùp U n a) Ñieän aùp ngaén maïch phaàn traêm Un % = 100 % =3% ÷ 10% (1.59) U1ñm b) Toån hao ñoàng ñònh möùc Luùc ngaén maïch U n nhoû, töø thoâng Φ seõ nhoû, coù theå boû qua toån hao saét töø neân boû qua nhaùnh töø hoùa, toån hao ngaén maïch P n chính laø toån hao trong ñieän trôû hai daây quaán. 2 2 2 PCuñm== PIRIRI n n. n =1 ñm . 1 + 2 ñm . R 2 (1.60) d) Heä soá coâng suaát ngaén maïch Pn cos ϕn = (1.61) UnI1ñm ___ Trang 27
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 e) Toång trôû, ñieän trôû vaø ñieän khaùng ngaén maïch U n Pn 2 2 Zn = ; rn = 2 ; xn = Zn − rn (1.62) I1ñm I1ñm Ñeå tính thoâng soá daây quaán cuûa maùy bieán aùp, thöôøng duøng caùc coâng thöùc gaàn ñuùng sau : r x r ≈ r' ≈ n ; x ≈ x' ≈ n (1.63) 1 2 2 1 2 2 r' x' Suy ra thoâng soá thöù caáp chöa qui ñoåi : r = 2 ; x = 2 (1.64) 2 k 2 2 k 2 f) Ñieän aùp ngaén maïch taùc duïng vaø phaûn khaùng phaàn traêm rn I1ñm Unr % = ×100 % = U n%.cos ϕn (1.65) U1ñm xn I1ñm Unx % = ×100 % = U n%.sin ϕn (1.66) U1ñm Nhaän xeùt : Thí nghieäm khoâng taûi vaø thí nghieäm ngaén maïch cho ta xaùc ñònh ñöôïc caùc thoâng soá cuûa maïch töông ñöông (r 1, x 1, r 2, x 2, r m, x m) cuûa maùy bieán aùp. Un Unx Zn xn ϕn ϕn Unr rn (a) (b) Hình 1.13 (a) Tam giaùc ñieän aùp ngaén maïch (b) Tam giaùc toång trôû ngaén maïch VÍ DUÏ 1.3 Moät maùy bieán aùp moät pha 2300/230V, 500KVA ñöôïc thí nghieäm ñeå tìm maïch töông ñöông. Keát quaû nhö sau : (1) Thöû khoâng taûi : U 1 = 2300V; I 0 = 9,4A, P 0 = 2250W (2) Thöû ngaén maïch : U n = 94,5V; I n = I 1ñm , P n = 8222W Haõy tính caùc thoâng soá cuûa maïch töông ñöông. ñm ___ Trang 28
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 GIAÛI 2 Duøng (1.46) r 0 = 2250 / 9,4 = 25,46 Ω (1.47) r m = r 0 = 25,46 Ω (1.48) Z 0 = 2300/9,4 = 244,68 Ω 2 2 (1.49) x 0 = 244,68 − 25,64 = 243,33Ω (1.50) x m = x 0 = 243,33 Ω Doøng ñònh möùc sô caáp : duøng (1.1) I 1ñm = 500000/2300 = 217A 2 Duøng (1.62) : Zn = 94,5/217 = 0,4355 Ω; r n = 8222 / 217 = 0,1739 Ω xn = 0,3984 Ω Duøng (1.63) : r 1 = r’ 2 = 0.087 Ω; x 1 = x’ 2 = 0,1992 Ω Duøng (1.64) vôùi k = 2300/230 = 10 ; r 2 = 0,87m Ω ; x 2 = 1,992 Ω 1.8 CHEÁ ÑOÄ COÙ TAÛI CUÛA MAÙY BIEÁN AÙP Cheá ñoä coù taûi laø cheá ñoä maø sô caáp ñöôïc ñaáu vaøo nguoàn aùp ñònh möùc U 1ñm , coøn thöù caáp ñaáu vaøo taûi. Thoâng soá cuûa taûi coù theå ñöôïc cho döôùi caùc daïng : * Toång trôû taûi : Zt = Z t∠ϕt hoaëc Zt = R t + jX t * Coâng suaát P 2 vaø heä soá coâng suaát cos ϕ2 0 Trong caû 2 tröôøng hôïp neáu bieát ñieän aùp taûi U 2 = U 2∠0 , ta suy ra doøng taûi : . . U 2 U2∠0° I 2 = = = I2∠ −ϕ2 (1.67) Zt Zt∠ϕ2 . P2 hoaëc : I 2 = ∠ −ϕ2 = I 2∠ −ϕ2 (1.68) U2 cos ϕ2 Ñeå bieát möùc ñoä cuûa taûi, ta so saùnh noù vôùi taûi ñònh möùc vaø ñònh nghóa heä soá taûi k t I 2 I1 P2 S2 kt = ≈ ≈ ≈ (1.70) I2ñm I1ñm P2ñm S2ñm Cheá ñoä coù taûi ñöôïc xaùc ñònh töø caùc phöông trình cô baûn cuûa maùy bieán aùp (1.33; 1.34; 1.35), moâ taû bôûi maïch ñieän töông ñöông hình 1.6, 1.7. Caùc thoâng soá cuûa maïch naøy ___ Trang 29
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 ñöôïc xaùc ñònh bôûi thí nghieäm khoâng taûi vaø thí nghieäm ngaén maïch. Ta seõ khaûo saùt moät soá ñaëc tính luùc maùy laøm vieäc coù taûi. 1.8.1. Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp theo taûi : Khi U1 = U 1ñm vaø I2 = 0 thì U2 = U 2ñm . Khi taûi thay ñoåi thì U 2 thay ñoåi theo. Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp ∆U2 laø : ∆U2 = U 2ñm − U 2 hay ∆U’ 2 = U 1ñm − U’ 2 (1.71) Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp phaàn traêm : U2ñm −U2 ∆U2 % = ×100 % (1.72) U2ñm W Nhaân töû vaø maãu vôùi heä soá bieán aùp k = 1 ta coù : W2 kU 2ñm − kU 2 U1ñm −U'2 ∆U 2 % = ×100 % = ×100 % (1.73) kU 2ñm U1ñm Ñoà thò vectô cuûa maùy bieán aùp öùng vôùi C H K sô ñoà thay theá ñôn giaûn (hình 1.7) ñöôïc veõ U1 treân hình 1.14. A O I1xn ϕ ϕ1 2 U’ 2 I1rn Ñeå tính ∆U2 theo k t vaø cos ϕ2, xeùt I =I’ B maïch hình 1.7. Ta coù: 1 2 . . . . H1 U 1 = U'2 +rn I 1 + jx n I 1 K1 Theo ñoà thò vectô, treân thöïc teá AB vaø BC Hình 1.14. Ñ oà thò vectô maùy bieán aùp raát nhoû so vôùi U 1 neân ϕ2 ≈ ϕ1. Vaäy : ∆U’ 2 = U 1ñm –U’ 2 = OC – OA ≈ OC – OH = HC = HK + HC = r nI1cos ϕ1 + xnI1sin ϕ1 ≈ r nI1cos ϕ2 + xnI1sin ϕ2 = k t(r nI1ñm cos ϕ2 + xnI1ñm sin ϕ2) (1.74) ∆ 'U 2 ∆U2% = ×100 % U1ñm ___ Trang 30
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1  r I x I   n 1ñm n 1ñm  ∆U2% = kt  cos ϕ2 + sin ϕ2 100 % (1.75)  U1ñm U1ñm  ∆U2% = k t (U nr %cos ϕ2 + U nx %sin ϕ2 ) (1.76) vôùi U nr % vaø U nx % cho bôûi (1.61) vaø (1.62). Chuù yù : Töø hình 1.14, neáu bieát U 2, I 2, cos ϕ2; ta suy ra U’ 2=kU 2; I’ 2=I 2/k=I 1 vaø tính ñöôïc U 1 töø coâng thöùc chính xaùc : 2 2 U1 = ()()U'2 cos ϕ2 + rn I1 + U'2 sin ϕ2 + xn I1 (1.77) 1.8.2. Ñaëc tuyeán ngoaøi cuûa maùy bieán aùp Ñöôøng ñaëc tuyeán ngoaøi bieåu dieãn quan heä U 2 = f(I 2) khi U 1=U 1ñm vaø cos ϕ2 =const Ta coù : U 2 = U 2ñm - ∆U2 = U 2ñm (1 - ∆U2%) (1.78) Töø ñoù ta veõ ñöôïc caùc ñaëc tuyeán ngoaøi U2 (theo I 2 hoaëc theo k t) öùng vôùi caùc loaïi taûi trôû taûi dung (cos ϕ = 1); taûi caûm ( ϕ > 0); vaø taûi dung 2 2 U2ñm (ϕ2<0) treân hình 1.15. taûi trôû Thöïc teá muoán giöõ cho ñieän aùp U 2 taûi caûm khoâng thay ñoåi khi taûi thay ñoåi soá voøng daây cuûa cuoän cao aùp khoaûng ± 5% . Vì vaäy caùc daây quaán maùy bieán aùp coù cheá taïo ñaàu phaân I2ñm I2 aùp. Hình 1.15. Ñaëc tuyeán ngoaøi cuûa maùy bieán aùp 1.8.3. Toån hao trong maùy bieán aùp Khi maùy bieán aùp mang taûi I 2 ( heä soá taûi k t ) : coù caùc toån hao sau : a) Toån hao treân ñieän trôû daây quaán sô caáp vaø thöù caáp goïi laø toån hao ñoàng: p Cu pcu phuï thuoäc vaøo doøng taûi 2 2 p Cu = p Cu1 + p Cu2 = I 1r1 + I 2r2 (1.79) 2 2 = I 1r1 + I’ 2r’2 (1.80) 2 2 = I 1 ( r 1 + r’ 2 ) = I 1rn (1.81) 2 Ta coù : pCu = k tPn (1.82) Vôùi P n ñöôïc xaùc ñònh trong thí nghieäm ngaén maïch b) Toån hao saét töø p Fe trong loõi theùp : do doøng ñieän xoaùy vaø töø treã gaây ra. p Fe khoâng ___ Trang 31
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 phuï thuoäc taûi maø phuï thuoäc vaøo töø thoâng chính, nghóa laø chæ phuï thuoäc U 1 maø khoâng phuï thuoäc I 2. Noù ñöôïc xaùc ñònh töø thí nghieäm khoâng taûi. pFe = P 0 : xaùc ñònh trong thí nghieäm khoâng taûi 2 Toång toån hao trong maùy bieán aùp : Pth = p Cu + p Fe = k tPn + P 0 (1.83) 1.8.4. Hieäu suaát cuûa maùy bieán aùp Goïi P 2 laø coâng suaát phaùt cho taûi vaø P1 = P 2 + P th coâng suaát nhaän töø nguoàn. Ta coù : P2 = S 2 cos ϕ2 ≈ k tSñm cos ϕ2 Vaäy hieäu suaát cuûa maùy bieán aùp laø : P2 kt Sñm cos ϕ 2 η = = 2 (1.84) P1 kt Sñm cos ϕ 2 + p0 + kt Pn Neáu cos ϕ2 = const , η laø haøm cuûa kt maø ñoà thò veõ treân hình 1.16, goïi laø ñaëc tuyeán η hieäu suaát cuûa maùy bieán aùp. ηmax dη Hieäu suaát cöïc ñaïi khi : = 0. Sau khi dk t tính, ta coù hieäu suaát cöïc ñaïi khi toån hao 2 ñoàng baèng toån hao saét töø : kt Pn = P 0. Heä soá taûi luùc hieäu suaát cöïc ñaïi laø : P kt 0 P0 kt = (1.85) Pn Pn Vôùi maùy trung bình hoaëc lôùn, thöôøng Hình 1.16 . Ñaëc tuyeán hieäu suaát cuûa maùy bieán aùp kt=0,5 ÷ 0,7 khi hieäu suaát cöïc ñaïi. ___ Trang 32
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 1.9 MAÙY BIEÁN AÙP 3 PHA 1.9.1. Caáu taïo maïch töø Ñeå bieán ñoåi ñieän aùp cuûa moät nguoàn aùp ba pha, ta coù theå duøng moät trong hai caùch: (1) Toå maùy bieán aùp 3 pha : goàm 3 maùy bieán aùp moät pha (hình 1.17a) (2) Maùy bieán aùp 3 pha vôùi loõi theùp goàm 3 truï (hình 1.17b) A B C A a B b C c x y z X Y Z a b c Hình 1.17.a . Toå maùy bieán aùp ba pha Hình 1.17.b . Maùy bieán aùp ba pha ba truï 1.9.2. Caùch kyù hieäu ñaàu daây Caùc ñaàu taän cuøng cuûa daây quaán maùy bieán aùp : moät ñaàu goïi laø ñaàu ñaàu, ñaàu coøn laïi goïi laø ñaàu cuoái - Daây quaán 1 pha : coù theå tuøy yù choïn ñaàu ñaàu vaø ñaàu cuoái - Daây quaán 3 pha : caùc ñaàu ñaàu vaø ñaàu cuoái phaûi choïn 1 caùch thoáng nhaát. Giaû söû daây quaán pha A ñaõ choïn ñaàu ñaàu ñeán ñaàu cuoái ñi theo chieàu kim ñoàng hoà thì daây quaán caùc pha B vaø C cuõng phaûi ñöôïc choïn nhö vaäy. Ñieàu naøy caàn thieát vì neáu 1 pha daây quaán kyù hieäu ngöôïc thì ñieän aùp daây laáy ra seõ maát tính ñoái xöùng. A UAB A B C B UCA x y z UBC C B a) b) c) Hình 1.18 . Caùch qui öôùc caùc ñaàu Hình 1.19 . Ñieän aùp daây khoâng ñoái xöùng luùc ñaàu vaø cuoái cuûa daây quaán ba pha kyù hieäu ngöôïc hay ñaáu ngöôïc moät pha Ñeå ñôn giaûn vaø thuaän tieän cho vieäc nghieân cöùu, ngöôøi ta thöôøng ñaùnh daáu caùc ñaàu taän cuøng leân sô ñoà kyù hieäu daây quaán cuûa maùy bieán aùp vôùi qui öôùc sau ñaây : ___ Trang 33
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Caùc ñaàu taän cuøng Daây quaán cao aùp Daây quaán haï aùp Sô ñoà kyù hieäu daây quaán Ñaàu ñaàu A, B, C a, b, c A B C a b c ° ° ° ° ° ° Ñaàu cuoái X, Y, Z x, y, z Ñaàu trung tính O hay N o hay n ° ° ° ° ° ° ° ° X Y Z N x y z n 1.9.3. Caùc kieåu ñaáu daây Caùc daây quaán sô caáp vaø thöù caáp coù theå ñaáu 2 caùch : - Ñaáu sao ( kyù hieäu Y ) : 3 ñaàu X, Y, Z (x, y, z) noái laïi vôùi nhau coøn caùc ñaàu A, B,C (a, b, c) ñeå töï do. Neáu noái sao coù daây trung tính ta kyù hieäu Y n hay Y o - Ñaáu tam giaùc ( kyù hieäu ∆ ) : ñaàu ñaàu cuûa pha naøy noái vôùi ñaàu cuoái cuûa pha kia. Vaäy trong maùy bieán aùp 3 pha coù 4 caùch ñaáu daây : Y/Y , Y/ ∆ , ∆/Y , ∆/∆ 1.9.4. Tæ soá bieán aùp Goïi soá voøng daây 1 pha sô caáp laø W 1, vaø soá voøng daây 1 pha thöù caáp laø W 2 W1 U p1 Ta coù tæ soá ñieän aùp pha : k p = = (1.86) W2 U p2 Ud1 vaø tæ soá ñieän aùp daây : kd = (1.87) Ud 2 Tæ soá ñieän aùp daây khoâng chæ phuï thuoäc vaøo soá voøng daây moãi pha maø coøn phuï thuoäc vaøo caùch noái Y hay ∆. Ta laàn löôït coù : Ud1 3U p1 U p1 - Noái Y/Y : kd = = = = k p (1.88) U d 2 3U p2 U p2 Ud1 3U p1 - Noái Y/ ∆ : kd = = = 3 k p (1.89) U d 2 U p2 Ud1 U p1 U p1 1 - Noái ∆/Y : kd = = = = k p (1.90) Ud 2 3U p2 U p2 3 Ud1 U p1 - Noái ∆/∆ : kd = = = k p (1.91) Ud 2 U p2 ___ Trang 34
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 1.9.5. Toå noái daây maùy bieán aùp Toå noái daây ñöôïc hình thaønh do söï phoái hôïp ñaáu daây giöõa sô caáp vaø thöù caáp, noù bieåu thò goùc leäch pha giöõa caùc söùc ñieän ñoäng daây sô caáp vaø thöù caáp cuûa maùy bieán aùp. Goùc leäch pha naøy phuï thuoäc vaøo caùc yeáu toá sau : - Chieàu quaán daây - Caùch kyù hieäu caùc ñaàu daây - Kieåu ñaáu daây quaán ôû sô caáp hay thöù caáp Xeùt maùy bieán aùp moät pha coù hai daây quaán sô caáp AX vaø thöù caáp ax sau ñaây. Neáu coù hai daây quaán ñöôïc quaán cuøng chieàu treân truï theùp, kyù hieäu caùc ñaàu daây nhö nhau (hình 1.30a) thì söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong chuùng khi coù töø thoâng bieán thieân ñi qua seõ hoaøn toaøn truøng pha nhau (hình 1.30b). Khi ñoåi chieàu quaán daây cuûa moät trong hai daây quaán (hình 1.30c) hoaëc ñoåi kyù hieäu ñaàu daây cuûa moät trong hai daây quaán (hình 1.30e) thì söùc ñieän ñoäng trong chuùng seõ hoaøn toaøn ngöôïc pha nhau (hình 1.30d vaø 1.30g). Tröôøng hôïp thöù nhaát, goùc leäch pha giöõa caùc söùc ñieän ñoäng keå töø vectô söùc ñieän ñoäng sô caáp ñeán vectô söùc ñieän ñoäng thöù caáp theo chieàu kim ñoàng hoà laø 360 ° (hay 0 °); hai tröôøng hôïp sau laø 180 °. A A A A A A a X X X X X a a x 180 ° x x 180 ° x X x 360 ° x a a a a) b) c) d) e) g) Hình 1.30 – Toå noái daây cuûa maùy bieán aùp moät pha ÔÛ maùy bieán aùp 3 pha coøn do caùch ñaáu daây quaán Y hay ∆ vôùi nhöõng thöù töï khaùc nhau maø goùc leäch pha giöõa caùc söùc ñieän ñoäng daây sô caáp vaø thöù caáp coù theå laø 30 0, 60 0, 360 0 12 Trong thöïc teá ngöôøi ta khoâng duøng "ñoä" chæ goùc 11 1 leäch pha maø ngöôøi ta duøng phöông phaùp kim ñoàng hoà ñeå 10 2 bieåu thò vaø goïi teân toå noái daây cuûa maùy bieán aùp. Caùch 9 3 bieåu thò ñoù nhö sau: kim daøi chæ söùc ñieän ñoäng daây sô caáp ñaët coá ñònh ôû con soá 12, kim ngaén chæ söùc ñieän ñoäng 8 4 5 daây thöù caáp ñaët töông öùng ôû caùc soá 1, 2, , 12 tuøy theo 7 6 goùc leäch pha giöõa chuùng laø 30, 60, , 360 ° (hình 1.31). Hình 1.31 – Phöông phaùp kyù hieäu toå noái daây baèng kim ñoàng hoà ___ Trang 35
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Ví duï: A B C A B C A A • Y Z Y Z • X Y Z X • E AB X Y Z X C B C B E AB a b c Eab • a a b c Eab y z a y x 360 ° c b b z 330 ° x y z c y x y z Toå noái daây Y/Y -12 Toå noái daây Y/ ∆-11 Trong thöïc teá ngöôøi ta chæ saûn xuaát caùc maùy bieán aùp ñieän löïc thuoäc toå noái daây - Maùy 1 pha : toå noái daây 12 - Maùy 3 pha : Y/Y 0 - 12 , Y 0/∆ - 11 Ñoái maùy bieán aùp ba pha, ngöôøi ta thöôøng cho caùc thoâng soá ba pha - Coâng suaát : S ñm , P ñm , P n : caùc coâng suaát 3 pha - Ñieän aùp : U 1ñm , U 2ñm , u n , u n% : caùc ñieän aùp daây - Doøng ñieän : I 1ñm , I 2ñm , I n : caùc doøng daây Khi tính toaùn caùc thoâng soá sô ñoà thay theá ta phaûi ñoåi veà thoâng soá pha (doøng ñieän pha, aùp pha, toång trôû pha, coâng suaát moät pha, v.v ) 1.10. SÖÏ LAØM VIEÄC SONG SONG CUÛA MAÙY BIEÁN AÙP Trong heä thoáng ñieän vaø trong caùc löôùi A ñieän, caùc maùy bieán aùp thöôøng laøm vieäc song B song vôùi nhau. Nhôø laøm vieäc song song, C coâng suaát löôùi ñieän lôùn raát nhieàu so vôùi coâng suaát moãi maùy, cho pheùp naâng cao hieäu quaû Maùy I Maùy II kinh teá cuûa heä thoáng vaø an toaøn cung caáp ñieän khi moät maùy hoûng hoùc hoaëc phaûi söûa chöõa. Ñieàu kieän ñeå cho caùc maùy laøm vieäc Nguoàn ñieän song song laø: ñieän aùp ñònh sô caáp vaø thöù caáp cuûa caùc maùy phaûi baèng nhau , caùc maùy phaûi ~ Maùy phaùt ñieän coù cuøng toå noái daây vaø ñieän aùp ngaén maïch phaûi baèng nhau. Hình 1.32 . Maùy bieán aùp laøm vieäc song song ___ Trang 36
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 1.10.1. Ñieän aùp ñònh möùc sô caáp vaø thöù caáp cuûa caùc maùy phaûi baèng nhau U1I = U 1II U2I = U 2II nghóa laø tyû soá bieán aùp cuûa caùc maùy phaûi baèng nhau : kI = k II (k I : heä soá bieán aùp maùy I; k II : heä soá bieán aùp maùy II) Trong thöïc teá, cho pheùp heä soá bieán aùp k cuûa caùc maùy khaùc nhau khoâng quaù 0,5% 1.10.2. Caùc maùy phaûi coù cuøng toå noái daây Khi ñoù ñieän aùp thöù caáp cuûa caùc maùy seõ truøng pha nhau. Traùi laïi neáu toå noái daây cuûa chuùng khaùc nhau thì ñieän aùp thöù caáp cuûa caùc maùy seõ leäch pha nhau, goùc leäch pha do caùc toå noái daây quyeát ñònh. Thí duï maùy bieán aùp I coù toå noái daây Y/ ∆-11 coøn maùy bieán aùp II noái Y/Y-12 thì ñieän aùp thöù caáp cuûa hai maùy seõ leäch nhau 30 °. Ñieàu kieän 1 vaø 2 ñaûm baûo khoâng coù söï cheânh leäch ñieän aùp thöù caáp, traùi laïi laø ngay khi khoâng taûi trong caùc daây quaán sô caáp vaø thöù caáp seõ coù doøng ñieän caân baèng chaïy laån quaån daãn ñeán laøm hoûng maùy bieán aùp. 1.10.3 Ñieän aùp ngaén maïch phaûi baèng nhau unI % = u nII % = vôùi unI % : ñieän aùp ngaén maïch phaàn traêm cuûa maùy I unII %: ñieän aùp ngaén maïch phaàn traêm cuûa maùy II Caàn ñaûm baûo ñieàu kieän naøy ñeå taûi phaân boá treân caùc maùy tyû leä vôùi coâng suaát ñònh möùc cuûa chuùng. Neáu khoâng ñaûm baûo ñieàu kieän thöù 3, ví duï u nI % < u nII % thì khi maùy I nhaän taûi ñònh möùc, maùy II coøn non taûi. Thaät vaäy, ôû tröôøng hôïp naøy, doøng ñieän maùy I ñaït ñònh möùc, ñieän aùp rôi trong maùy I laø I Iñm ZnI , doøng ñieän maùy II laø I II , ñieän aùp rôi trong maùy II laø III ZnII . Vì hai maùy laøm vieäc song song, ñieän aùp rôi trong hai maùy phaûi baèng nhau, ta coù : IIñm ZnI = I II ZnII (1.92) vôùi Z nI , Z nI laø toång trôû ngaén maïch maùy I vaø II. Vì u nI % < u nII % do ñoù : IIñm ZnI < I IIñm ZnII (1.93) so saùnh (1.92) vôùi (1.93) ta coù : III ZnII < I IIñm ZnII hoaëc laø I II < I Iiñm ___ Trang 37
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Doøng ñieän trong maùy II do nhoû hôn ñònh möùc, vaäy maùy II ñang non taûi, trong khi maùy I ñaõ ñònh möùc. Neáu maùy II taûi ñònh möùc, thì maùy I seõ quaù taûi. Trong thöïc teá, cho pheùp ñieän aùp ngaén maïch cuûa caùc maùy leäch nhau 10%. 1.11. CAÙC MAÙY BIEÁN AÙP ÑAËC BIEÄT 1.11.1. Maùy bieán aùp töï ngaãu Trong tröôøng hôïp ñieän aùp cuûa caùc löôùi ñieän sô caáp vaø thöù caáp khaùc nhau khoâng nhieàu, nghóa laø tæ soá bieán ñoåi ñieän aùp nhoû, ñeå ñöôïc kinh teá hôn veà cheá taïo vaø vaän haønh, ngöôøi ta duøng maùy bieán aùp töï ngaãu thay cho maùy bieán aùp hai daây quaán. Maùy bieán aùp töï ngaãu khaùc maùy bieán aùp hai daây quaán ôû choã daây quaán thöù caáp laø moät boä phaän cuûa daây quaán sô caáp, neân ngoaøi söï lieân heä qua hoã caûm caùc daây quaán sô caáp vaø thöù caáp coøn lieân heä tröïc tieáp vôùi nhau veà ñieän. Daây quaán sô caáp ñöôïc noái song song vôùi löôùi ñieän, coøn daây quaán sô caáp ñöôïc noái noái tieáp vôùi löôùi ñieän. Hình 1.33 trình baøy hai kieåu noái daây cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu, trong ñoù : a) Bieán aùp töï ngaãu taêng aùp; b) Bieán aùp töï ngaãu giaûm aùp. I ICA CA U E2, I 2 U2 E2, I 2 2 UCA UCA IHA IHA UHA U1 U1 UHA E1, I 1 E1, I 1 Hình 1.33a . Bieán aùp töï ngaãu taêng aùp Hình 1.33b . Bieán aùp töï ngaãu taêng aùp Vôùi caùch noái daây nhö vaäy, coâng suaát truyeàn taûi qua maùy bieán aùp töï ngaàu goàm hai phaàn, moät phaàn qua töø tröôøng cuûa loõi theùp, moät phaàn truyeàn daãn tröïc tieáp. Ta haõy so saùnh dung löôïng thieát keá S tk vôùi dung löôïng truyeàn taûi S tt cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu. Gioáng nhö ñoái vôùi maùy bieán aùp hai daây quaán, dung löôïng thieát keá maùy bieán aùp töï ngaãu töùc laø dung löôïng truyeàn qua töø tröôøng baèng : Stk = E 1I1 = E 2I2 (1.94) vaø tæ soá bieán ñoåi cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu : U E I 1 ≈ 1 = 2 = k U2 E2 I1 Treân thöïc teá, luùc vaän haønh dung löôïng truyeàn taûi cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu baèng : Stt = U CA ICA = U HA IHA (1.95) vaø xeùt hình 1.33b tæ soá bieán ñoåi ñieän aùp cuûa löôùi ñieän : ___ Trang 38
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 U I CA = HA = k' (1.96) U HA ICA ta coù : S E I (U −U )I 1 tk = 2 2 = CA HA CA = 1− (1.97) Stt UCA ICA UCA ICA k' hay Stt > S tk Nhö vaäy maùy bieán aùp töï ngaãu kinh teá hôn so vôùi maùy bieán aùp hai daây quaán veà maët cheá taïo. Trong vaän haønh, toån hao cuõng nhoû hôn, vì neáu laáy tæ soá giöõa toån hao Σp vôùi dung ∑ p ∑ p  1  löôïng truyeàn taûi S tt , ta coù : = 1−  Stt Stk  k'   1  Nghóa laø giaûm ñi coøn 1−  so vôùi toån hao tính theo dung löôïng thieát keá S tk hay laø  k'  toån hao cuûa maùy bieán aùp hai daây quaán coù cuøng dung löôïng. Cuõng töông töï nhö vaäy, ñieän aùp ngaén maïch cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu giaûm coøn  1  1−  so vôùi ñieän aùp ngaén maïch cuûa maùy bieán aùp hai daây quaán, do ñoù ñoä thay ñoåi  k'  ñieän aùp ∆U hay ñieän aùp rôi trong maùy bieán aùp töï ngaãu cuõng nhoû. Caàn chuù yù raèng do ñieän aùp ngaén maïch nhoû neân doøng ñieän ngaén maïch cuûa noù cuõng taêng leân töông öùng. Ngoaøi öùng duïng trong heä thoáng ñieän löïc ñeå truyeàn taûi ñieän naêng, maùy bieán aùp töï ngaãu coøn ñöôïc duøng ñeå môû maùy ñoäng cô khoâng ñoàng boä. Noù coøn ñöôïc duøng roäng raõi trong phoøng thí nghieäm ñeå thay ñoåi ñieän aùp lieân tuïc hoaëc ñöôïc duøng trong sinh hoaït duøng ñeå oån ñònh ñieän aùp caáp cho caùc thieát bò ñieän gia duïng, trong tröôøng hôïp naøy, soá voøng daây thöù caáp ñöôïc thay ñoåi baèng caùch duøng choåi than tieáp xuùc tröôït vôùi daây quaán. 1.11.2. Maùy bieán aùp ño löôøng Maùy bieán aùp ño löôøng goàm hai loaïi : maùy bieán ñieän aùp vaø maùy bieán doøng ñieän duøng ñeå bieán ñoåi ñieän aùp cao hoaëc doøng ñieän lôùn thaønh nhöõng löôïng nhoû ño ñöôïc baèng duïng cuï ño tieâu chuaån (1 ÷100V hoaëc 1 ÷5A) hoaëc duøng trong maïch baûo veä. (1). Maùy bieán ñieän aùp Maùy bieán ñieän aùp coù daây quaán sô caáp noái U1 U2 V W song song vôùi löôùi ñieän vaø daây quaán thöù caáp noái vôùi voânmeùt, hoaëc vôùi cuoän daây song song cuûa wattmeùt, hoaëc vôùi cuoän daây cuûa rôle baûo Hình 1.34 . Sô ñoà noái daây maùy bieán ñieän aùp veä (hình 1.34). Toång trôû Z cuûa nhöõng duïng cuï naøy raát lôùn neân maùy bieán ñieän aùp laøm vieäc ôû traïng thaùi gaàn nhö khoâng taûi. Khi söû duïng maùy bieán ñieän aùp chuù yù khoâng ñöôïc noái taét maïch thöù caáp vì nhö vaäy seõ töông ñöông vôùi ___ Trang 39
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 noái taét maïch sô caáp nghóa laø gaây söï coá ngaén maïch ôû löôùi ñieän. (2). Maùy bieán doøng ñieän I1 Maùy bieán doøng ñieän coù daây quaán sô caáp goàm ít voøng daây vaø noái noái tieáp vôùi maïch caàn ño doøng ñieän, coøn daây quaán thöù caáp goàm nhieàu voøng daây ñöôïc noái noái tieáp vôùi I2 A W ampemeùt hoaëc caùc cuoän daây noái tieáp cuûa wattmeùt hay rôle baûo veä (hình 1.35). Toång trôû Z cuûa nhöõng duïng cuï naøy raát nhoû vaø traïng Hình 1.35 . Sô ñoà noái daây maùy bieán doøng ñieän thaùi laøm vieäc cuûa maùy bieán doøng ñieän laø traïng thaùi ngaén maïch, loõi theùp khoâng bò baõo hoøa ( Φ = 0,8 ÷1Wb). Khi söû duïng maùy bieán doøng ñieän chuù yù khoâng ñöôïc ñeå daây quaán thöù caáp hôû maïch vì nhö vaäy doøng ñieän töø hoùa seõ raát lôùn (I 0=I 1), loõi theùp seõ bò baõo hoøa nghieâm troïng seõ noùng leân vaø laøm chaùy daây quaán. Hôn nöõa khi baõo hoøa, töø thoâng baèng ñaàu seõ sinh ra söùc ñieän ñoäng nhoïn ñaàu, do ñoù ôû ñaàu daây quaán thöù caáp coù theå xuaát hieän ñieän aùp cao haøng nghìn voân, khoâng an toaøn cho caùch ñieän vaø ngöôøi söû duïng. 1.11.3. Maùy bieán aùp haøn Caùc maùy bieán aùp haøn ñöôïc chia thaønh nhieàu loaïi coù caáu taïo vaø ñaëc tính khaùc nhau tuøy theo phöông phaùp haøn (hoà quang, haøn ñieän ). ÔÛ ñaây ta chæ xeùt ñeán loaïi maùy bieán aùp haøn hoà quang ñöôïc cheá taïo sao cho coù ñaët tính ngoaøi U 2 = ƒ(I 2) raát doác ñeå haïn cheá ñöôïc doøng ñieän ngaén maïch vaø ñaûm baûo cho hoà quang ñöôïc oån ñònh. Muoán ñieàu chænh doøng ñieän haøn caàn phaûi coù theâm moät cuoäc caûm phuï coù ñieän khaùng thay ñoåi ñöôïc baèng caùch thay ñoåi khe hôû δ cuûa loõi theùp cuoän caûm. Maùy laøm vieäc theo cheá ñoä ngaén maïch thöù caáp : khi dí que haøn vaøo taám kim loaïi, seõ coù doøng ñieän lôùn chaïy qua laøm noùng choã tieáp xuùc. Khi nhaác que haøn caùch taám kim loaïi moät khoaûng ngaén, hoà quang sinh ra laøm noùng chaûy choã haøn. Muoán ñieàu chænh doøng ñieän haøn, ta thay ñoåi soá voøng daây quaán thöù caáp hoaëc thay ñoåi khe hôû khoâng khí ñieän khaùng ngoaøi. Maùy bieán aùp haøn thöôøng coù ñieän aùp khoâng taûi baèng 60 ÷75V vaø ñieän aùp ôû taûi ñònh möùc baèng 30V. Coâng suaát cuûa maùy bieán aùp haøn thoâng thöôøng vaøo khoaûng 20KVA vaø neáu duøng cho haøn töï ñoäng thì coù theå leân tôùi haøng 100KVA. δ Hình 1.35 – Maùy bieán aùp haøn hoà quang laøm vieäc coù cuoän khaùng ___ Trang 40
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 BAÛNG TOÙM TAÉT CHÖÔNG 1 : MAÙY BIEÁN AÙP Ñaïi löôïng Bieåu thöùc Coâng suaát ñònh möùc maùy bieán aùp Sñm = U 1ñm .I 1ñm = U 2ñm .I 2ñm moät pha Coâng suaát ñònh möùc maùy bieán aùp ba Sñm = 3U1ñm .I1ñm = 3U 2ñm .I 2ñm pha Söùc ñieän ñoäng sô caáp E 1 E1 = 4,44.f.W1. Φm Söùc ñieän ñoäng sô caáp E 2 E2 = 4,44.f.W1. Φm Heä soá bieán aùp k W U k = 1 = 1ñm W2 U 2ñm Phöông trình ñieän aùp sô caáp . . . . . . U 1 = E1 + r1 I 1 + jx 1 I 1 = E1 + Z1 I 1 Phöông trình ñieän aùp sô caáp . . . . . . U 2 = E 2 − r2 I 2 − jx 2 I 2 = E 2 − Z 2 I 2 Phöông trình söùc töø ñoäng . . . I 1 = I 0 + I'2 Sô ñoà thay theá Zn r1 x1 x’ 2 r’ 2 rn xn a) Chính xaùc . . . I0 . . b) Ñôn giaûn . I1 . rm 'I 2 . . I1 = 'I 2 . Z’ t U1 E1 U'2 U1 'U2 Z’ t xm b) Thoâng soá nhaùnh töø hoùa P0 U p 2 2 rm ≈ r0 = 2 ; zm = z0 = ; xm ≈ x0 = z0 − r0 I 0 I 0 I Qui ñoåi ñaïi löôïng thöù caáp veà sô caáp I ' = 2 ; U ' = kU ; E ' = kE 2 k 2 2 2 2 ' 2 ' 2 ' 2 R2 = k R2 ; X 2 = k X 2 ; Zt = k Zt Ñieän trôû ngaén maïch ' Pn rn =+ rr1 2 ≈2 r 1 = 2 I1pñm Ñieän khaùng ngaén maïch ' 2 2 xxxn=+≈1 22 x 1 = zr n − n Toång trôû ngaén maïch Un 2 2 zn= = x n + r n I1pñm Heä soá taûi S2 I 2 I 1 kt = = = Sñm I2 ñm I 1 ñm Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp rI xI  ∆U% = k n1ñm cosϕ + n 1 ñm sin ϕ 100% ∆U % 2t  2 2  2 U1ñm U 1 ñm  2 Toån hao ñoàng pCu pCu= k t P n Toån hao saét töø (loõi theùp) pFe pFe = P 0 Hieäu suaát η P2 kt S ñm cos ϕ t η = = 2 P1 kStñm cos ϕ t+ PkP0 + tn ___ Trang 41
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 CAÂU HOÛI OÂN TAÄP 1/ Coâng duïng, caáu taïo vaø nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy bieán aùp. 2/ Giaûi thích taïi sao daây quaán sô vaø thöù caáp khoâng lieân heä vôùi nhau veà ñieän, nhöng khi doøng thöù caáp (doøng taûi) taêng thì doøng sô caáp cuõng taêng ? 3/ Moâ hình tính toaùn cuûa maùy bieán aùp. 4/ Caùch xaùc ñònh thoâng soá maùy bieán aùp baèng thí nghieäm khoâng taûi vaø thí nghieäm ngaén maïch. 5/ Cheá ñoä coù taûi cuûa maùy bieán aùp : ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp vaø ñaëc tính ngoaøi cuûa maùy bieán aùp. 6/ Toån hao vaø hieäu suaát cuûa maùy bieán aùp. 7/ Caáu taïo maùy bieán aùp ba pha. 8/ Ñieàu kieän laøm vieäc song song cuûa maùy bieán aùp. 9/ Caùc maùy bieán aùp ñaëc bieät : bieán aùp töï ngaãu, bieán aùp ño löôøng, bieán aùp haøn. BAØI TAÄP CHÖÔNG 1 1.1. Moät maùy bieán aùp 500KVA, 2300/230 V ñöôïc thöû vaø cho caùc keát quaû sau : Thöû khoâng taûi : U 1=2300 V; I 0 = 9,4 A; P 0 = 2250 W. Thöû ngaén maïch : U n = 95V; In = 218A; P n = 8200 W. Haõy tính caùc thoâng soá cuûa maïch töông ñöông quy veà sô caáp. GIAÛI Trong thí nghieäm khoâng taûi, ta hôû maïch cuoän thöù caáp vaø ño doøng vaø aùp phía sô caáp (Hình 1.9), ta tính ñöôïc caùc thoâng soá cuûa nhaùnh töø hoùa : P0 2250 rm ≈ r0 = 2 = 2 = 25 ,46 Ω I0 4,9 U1 2300 zm ≈ z0 = = = 244 ,68 Ω I0 4,9 2 2 2 2 xm = zm − rm = 244 ,68 − 25 ,46 = 243 ,35 Ω Trong thí nghieäm ngaén maïch, ta ngaén maïch cuoän thöù caáp vaø ñieàu chænh ñieän aùp vaøo sô caáp sao cho doøng chaïy trong caùc cuoän daây baèng ñònh möùc, ñieän aùp khi ñoù goïi laø ñieän aùp ngaén maïch U n, vaø doøng ngaén maïch I n = I 1ñm (hình 1.11) . Ta tính ñöôïc caùc thoâng soá sau : , Pn 8200 rn = r1 + r2 = 2 = 2 = ,0 173 Ω In 218 U n 95 zn = = = ,0 436 Ω I n 218 , 2 2 2 2 xn = x1 + x2 = zn − rn = ,0 436 − ,0 173 = 4,0 Ω Neáu ñeà baøi khoâng cho quan heä naøo giöõa r1 vaø r’ 2, x 1 vaø x’ 2 thì ta chaáp nhaän keát quaû r ,0 173 x 4,0 gaàn ñuùng nhö sau : r ≈ r, = n = = ,0 0865 Ω vaø x ≈ x , = n = = 2,0 Ω 1 2 2 2 1 2 2 2 ___ Trang 42
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 1.2. Toång trôû töông ñöông quy veà sô caáp cuûa moät maùy bieán aùp 500KVA, 2300/230 V laø Zn=0,2 + j0,6 ( Ω). Maùy cung caáp coâng suaát ñònh möùc döôùi ñieän aùp thöù caáp ñònh möùc cho taûi coù HSCS=0,8 treã. a) Tính phaàn traêm bieán thieân ñieän aùp. b) Tính hieäu suaát cuûa maùy, bieát toån hao loõi theùp laø 2 KW. GIAÛI Ta bieát Z n = r n + jx n , vaäy ta coù : r n = 0,2 Ω vaø x n = 0,6 Ω a) Ñeå tính phaàn traêm bieán thieân ñieän aùp ∆U2%, ñôn giaûn nhaát laø ta duøng coâng thöùc gaàn ñuùng (1.75)  r I x I   n 1ñm n 1ñm  ∆U2% = kt  cos ϕ2 + sin ϕ2 100 %  U1ñm U1ñm  Maùy phaùt coâng suaát ñònh möùc cuõng coù nghóa laø coâng suaát cuûa taûi = coâng suaát ñònh St möùc cuûa maùy bieán aùp : St = S ñm , suy ra heä soá taûi : kt = = 1 Sñm 3 Sñm 500 .10 I1ñm = = = 217 ,39 A U1ñm 2300 cos ϕ = 0,8 treã suy ra sin ϕ = 0,6 thay caùc thoâng soá ñaõ bieát vaøo coâng thöùc tính ∆U2%, ta ñöôïc :  .2,0 217 ,39 .6,0 217 ,39  ∆U2% = 1 8,0 + 6,0 100 % = 9,4 %  2300 2300  b) Duøng coâng thöùc (1.84) P2 kt Sñm cos ϕ 2 η = = 2 P1 kt Sñm cos ϕ 2 + p0 + kt Pn trong ñoù : p0 = toån hao loõi theùp = toån hao khoâng taûi hay toån hao saét töø = 2KW. 2 2 2 Pn = In .r n = I 1ñm .r n = 217,39 . 0,2 = 9451,68 W Vaäy .1 500000 8,0. η = = 0,97 = 97 % .1 500000 8,0. + 2000 +12 .9451 ,68 ___ Trang 43
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 1.3. Trong thí nghieäm ngaén maïch cuûa moät MBA 1 pha 50KVA, 4400/220V. Doøng, aùp vaø coâng suaát ño ñöôïc ôû phía sô caáp laø 11,36A; 120V vaø 544W. Baây giôø, ngöôøi ta cho maùy phaùt doøng ñònh möùc ôû ñieän aùp 220V vaø heä soá coâng suaát (HSCS) = 0,8 treã. Haõy tính ñieän aùp phaûi cung caáp cho phía cao aùp. ÑS : U 1 = 4504.6 V 1.4. Trong thí nhieäm ngaén maïch cuûa 1 MBA 1 pha 10KVA; 2400/240V, ngöôøi ta ghi ñöôïc caùc soá lieäu sau : Un = 138V; I n = 4.17A; P n = 202W 1/ Tính R n, Z n, X n, quy veà sô caáp 2/ Tính phaàn traêm bieán thieân ñieän aùp khi maùy phaùt taûi ñònh möùc ôû HSCS = 0.866 treã ÑS : r n = 11.62 Ω ; x n = 31 Ω ; ∆U2% = 4.4% 1.5. Moät MBA 1 pha 25KVA; 4400/220V coù toån hao loõi theùp baèng 740W. Bieát raèng khi taûi baèng 15KVA, HSCS = 0.866 treã thì hieäu suaát cöïc ñaïi. Haõy tính hieäu suaát ôû taûi ñònh möùc. ÑS : η = 91.6% 1.6. Trong thí nghieäm ngaén maïch cuûa 1 MBA 1 pha 75KVA, 6600/230V; ngöôøi ta taêng daàn ñieän aùp sô caáp töø 0V cho ñeán khi doøng thöù caáp baèng ñònh möùc. Luùc ñoù, ñieän aùp vaø coâng suaát ño ôû sô caáp baèng 310V vaø 1600W. Haõy tính phaàn traêm bieán thieân ñieän aùp luùc maùy phaùt taûi ñònh möùc ôû HSCS = 0.8 treã ÑS : ∆U2% = 4.2% 1.7. Moät MBA 1 pha 24KVA; 2400/120V coù toån hao loõi theùp baèng 400W vaø toån hao ñoàng ñònh möùc baèng 900W. Tính hieäu suaát cuûa maùy khi noù phaùt 85A cho taûi coù HSCS = 0.82 sôùm. ÑS : η = 93.69% 1.8. Trong thí nghieäm ngaén maïch cuûa 1 MBA 1 pha 100KVA, 12000/240V; ngöôøi ta taêng daàn ñieän aùp sô caáp cho ñeán khi doøng ngaén maïch thöù caáp baèng ñònh möùc. Luùc ñoù, ñieän aùp vaø coâng suaát phía sô caáp laø 660V vaø 1200W. 1/ Tính caùc thoâng soá r n vaø x n cuûa maùy 2/ Maùy cung caáp 100KVA ôû ñieän aùp 240V cho taûi coù HSCS = 0.8 treã. Tính ñieän aùp vaø HSCS phía sô caáp. ÑS : U 1 = 12469.87V; cos ϕ1 = 0.78 1.9. 3 MBA 1 pha 10KVA 2300/460V ñöôïc ñaáu laïi thaønh 1 toå MBA 3 pha Y-∆ ñeå caáp ñieän cho 1 taûi 3 pha caân baèng 18 KW ôû 460V vaø HSCS = 0.8 treã. 1/ Tính ñieän aùp vaø doøng ñieän trong töøng cuoän daây cuûa maùy 2/ Tính doøng daây sô caáp vaø thöù caáp ___ Trang 44
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 1.10. Moät ñoäng cô 3 pha 30hp, 480V coù hieäu suaát 0.9 vaø HSCS = 0.82 ñöôïc caáp töø 1 MBA 3 pha ñaáu ∆-Y. Tính doøng ñieän trong caùc cuoän daây sô vaø thöù caáp cuûa MBA. (Boû qua caùc toån hao beân trong maùy bieán aùp), bieát k d = 2 1.11. Moät toå MBA 3 pha ñaáu ∆-Y haï ñieän aùp töø 12600V xuoáng 660V vaø phaùt 55KVA cho taûi coù HSCS = 0.866 treã. Tính : 1/ Tyû soá bieán aùp cuûa moãi maùy 1 pha 2/ Coâng suaát bieåu kieán (KVA) vaø coâng suaát taùc duïng (KW) cuûa moãi maùy. 3/ Doøng daây vaø doøng pha trong toaøn maïch. 1.12. Maùy bieán aùp ba pha noái Y/Y cung caáp cho taûi noái ∆, ñieän trôû moãi pha taûi noái tam giaùc R ∆ = 6 Ω. Maùy bieán aùp coù caùc soá lieäu sau : U 1ñm = 3000V, U 2ñm = 230V, thoâng soá caùc daây quaán R 1=2,4 Ω; X 1 = 4,4 Ω; R 2 = 0,0142 Ω, X 2 = 0,026 Ω. Tính ñieän aùp ñaët leân moãi pha taûi, coâng suaát taûi tieâu thuï khi ñieän aùp ñaët vaøo daây quaán sô caáp laø ñònh möùc. ___ Trang 45
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 CHÖÔNG 2 MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ 2.1. KHAÙI NIEÄM CHUNG Maùy ñieän khoâng ñoàng boä laø loaïi maùy ñieän xoay chieàu, laøm vieäc theo nguyeân lyù caûm öùng ñieän töø, coù toác ñoä quay cuûa rotor n ( toác ñoä cuûa maùy ) khaùc vôùi toác ñoä quay cuûa töø tröôøng n 1. Maùy ñieän khoâng ñoàng boä laø loaïi maùy ñieän xoay chieàu chuû yeáu duøng laøm ñoäng cô ñieän. Do keát caáu ñôn giaûn, laøm vieäc chaéc chaén, hieäu suaát cao, giaù thaønh haï neân ñoäng cô khoâng ñoàng boä ñöôïc duøng roäng raõi nhaát trong ngaønh kinh teá quoác daân vôùi coâng suaát töø vaøi chuïc ñeán haøng nghìn KW. Trong coâng nghieäp thöôøng duøng maùy ñieän khoâng ñoàng boä laøm nguoàn ñoäng löïc cho maùy caùn theùp loaïi vöøa vaø nhoû, ñoäng löïc cho caùc maùy coâng cuï ôû caùc nhaø maùy coâng nghieäp nheï, v.v Trong noâng nghieäp duøng ñeå laøm maùy bôm hay maùy gia coâng noâng saûn phaåm. Trong ñôøi soáng haøng ngaøy, maùy ñieän khoâng ñoàng boä duøng laøm quaït gioù, maùy quay ñóa, ñoäng cô trong tuû laïnh, v.v Tuy vaäy, maùy ñieän khoâng ñoàng boä coù nhöõng nhöôïc ñieåm nhö : cos ϕ thaáp vaø ñaëc tính ñieàu chænh toác ñoä khoâng toát neân öùng duïng cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä coù phaàn bò haïn cheá. Maùy ñieän khoâng ñoàng boä coù theå duøng laøm maùy phaùt ñieän nhöng ñaëc tính khoâng toát so vôùi maùy ñieän ñoàng boä, neân chæ trong moät vaøi tröôøng hôïp naøo ñoù (nhö trong quaù trình ñieän khí hoùa noâng thoân) caàn nguoàn ñieän phuï hay taïm thôøi. Caùc ñoäng cô töø 5Hp trôû leân haàu heát laø ñoäng cô 3 pha, coøn ñoäng cô nhoû hôn 1Hp thöôøng laø ñoäng cô 1 pha. 2.2. CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG ÑÒNH MÖÙC CUÛA ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ Caùc trò soá ñònh möùc ñaëc tröng cho ñieàu kieän kyõ thuaät cuûa maùy do nhaø maùy thieát keá, cheá taïo quy ñònh vaø ñöôïc ghi treân nhaõn maùy. Vì maùy ñieän khoâng ñoàng boä chuû yeáu laøm vieäc ôû cheá ñoä ñoäng cô neân treân nhaõn maùy ghi caùc trò soá ñònh möùc cuûa ñoäng cô ñieän khi laøm vieäc vôùi taûi ñònh möùc. Caùc trò soá thöôøng bao goàm : - Coâng suaát ñònh möùc : laø coâng suaát ra treân truïc ñoäng cô : P ñm (KW,W) hoaëc Hp. - Ñieän aùp daây ñònh möùc : ñieän aùp daây stator : U ñm (V) - Doøng ñieän daây ñònh möùc : doøng ñieän stator : I ñm (A) - Taàn soá doøng ñieän stator : f(Hz) - Toác ñoä quay rotor : n ñm (voøng /phuùt) ___ Trang 46
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 - Heä soá coâng suaát ñònh möùc : cos ϕñm - Hieäu suaát ñònh möùc : ηñm - Kieåu ñaáu daây : sao hay tam giaùc Töø caùc trò soá ñònh möùc ghi treân nhaõn maùy coù theå tìm ñöôïc caùc trò soá quan troïng khaùc nhö : Coâng suaát ñònh möùc maø ñoäng cô tieâu thuï :P 1ñm Pñm P1ñm = = 3 U ñm Iñm cos ϕñm (2.1) ηñm Momen quay ñònh möùc ôû ñaàu truïc : Pñm Mñm = (2.2) ωñm 2.3. CAÁU TAÏO CUÛA ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ BA PHA Caáu taïo cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä goàm caùc boä phaän chính chuû yeáu laø rotor vaø stato. 2.3.1. Stator Stator laø phaàn tónh goàm loõi theùp vaø daây quaán, ngoaøi ra coù voû maùy vaø naép maùy. a) Loõi theùp : laø phaàn daãn töø, laøm baèng theùp laø kyõ thuaät ñieän daøy 0,35mm hay 0,5mm eùp laïi. Maët trong cuûa theùp ñöôïc daäp raõnh ñeå ñaët daây quaán. b) Daây quaán : daây quaán stator laøm baèng caùc daây daãn boïc caùch ñieän, ñaët trong caùc raõnh ñöôïc phaân boá ñeàu doïc Hình 2.1. Laù theùp kyõ thuaät ñieän duøng ñeå theo chu vi cuûa loõi theùp. Daây quaán stato gheùp loõi saét stato cuûa maùy ñieän khoâng nhaän ñieän töø moät nguoàn ba pha ñeå taïo ra ñoàng boä côõ vöøa vaø lôùn töø tröôøng quay. Vaän toác quay cuûa töø tröôøng naøy tuøy thuoäc taàn soá nguoàn ñieän vaø soá cöïc cuûa boä daây quaán. Hình 2.2 veõ sô ñoà khai trieån daây quaán ba pha ñaët trong 12 raõnh, daây quaán pha A ñöôïc ñaët trong caùc raõnh 1, 4, 7, 10; pha B trong caùc raõnh 3, 6, 9, 12; pha C trong caùc raõnh 5, 8, 12, 2. ___ Trang 47
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A z B C x y Hình 2.2 . Daây quaán stator 2.3.2. Rotor : Rotor cuõng coù hai phaàn chính laø loõi theùp vaø daây quaán Loõi theùp rotor hình truï duøng theùp kyõ thuaät ñieän töông töï nhö stator, goàm nhieàu laù theùp gheùp laïi vaø eùp leân truïc quay, phía ngoaøi coù xeû raõnh ñeå ñaët daây quaán. Rotor coù hai loaïi chính : rotor loàng soùc vaø rotor daây quaán - Rotor daây quaán : raõnh rotor ñöôïc ñaët daây quaán gioáng nhö daây quaán stator. Daây quaán rotor thöôøng ñöôïc noái sao, ba ñaàu ra noái vôùi ba vaønh tröôït ñaët coá ñònh ôû 1 ñaàu truïc vaø thoâng qua choåi than ñaáu vôùi maïch ñieän beân ngoaøi. Ñaëc ñieåm cuûa loaïi ñoäng cô rotor daây quaán laø coù theå thoâng qua choåi than ñöa ñieän trôû phuï hay söùc ñieän ñoäng phuï vaøo maïch ñieän rotor ñeå caûi thieän tính naêng môû maùy, ñieàu chænh toác ñoä hoaëc caûi thieän heä soá coâng suaát cuûa maùy. Khi maùy Hình 2.3 . Rotor daây quaán cuûa ñoäng laøm vieäc bình thöôøng daây quaán rotor ñöôïc noái ngaén cô khoâng ñoàng boä maïch. - Rotor loàng soùc : goàm caùc thanh ñoàng hoaëc nhoâm ñaët trong raõnh, vaø bò ngaén maïch bôûi hai vaønh ngaén maïch ôû hai ñaàu. Vôùi ñoäng cô nhoû, rotor ñöôïc ñuùc nguyeân khoái goàm thanh daãn, vaønh ngaén maïch, caùnh taûn nhieät vaø quaït. Hình 2.4 . Daây quaán rotor kieåu loàng soùc laøm baèng ñoàng ___ Trang 48
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Caùc thanh daãn roto thöôøng nghieâng so vôùi truïc coù taùc duïng laøm cho moment quay khoâng bò dao ñoäng vaø maùy ít oàn khi laøm vieäc (giaûm soùng ñieàu hoøa baäc cao). Hình 2.5 – Ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä rotor loàng soùc 1. Loõi theùp stator; 2. Daây quaán stator; 3. Naép maùy; 4. OÅ bi; 5. Truïc maùy; 6. Hoäp ra ñaàu daây; 7. Loõi theùp rotor; 8. Thaân maùy; 9. Quaït gioù laøm maùt; 10. Naép ñaäy quaït. Hình 2.6. Ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä rotor daây quaán 1. loõi theùp; 2.voû maùy; 3. raõnh thoâng gioù höôùng kính; 4 vaø 5. choát vaø vaønh eùp loõi stato; 6. then voøng cung; 7. voøng naâng; 8. daây quaán stato; 9. ñaàu noái giöõa caùc boái daây; 10. vaønh ñai; 11. hoäp ñaáu daây cuoän daây stato; 12. ñaàu caùp; 13. truïc rotor; 14. loõi theùp rotor; 15. vaønh eùp loõi rotor; 16. then voøng giöõ loõi rotor; 17. thanh daãn daây quaán stato; 18. ñai daây quaán rotor; 19. vaønh ñeäm caùch ñieän; 20. vaønh ñai keïp ñaàu noái daây quaán rotor thaønh hình sao; 22. caùc cöïc noái daây quaán rotor vôùi vaønh tröôït; 23. vaønh tröôït; 29. oáng loa höôùng gioù; 25 vaø 26. oå bi; 27 vaø 28. hoäp vaø naép che vaønh tröôït; 29. oáng loùt di ñoäng ñeå ngaên maïch daây quaán rotor; 30. hoäp noái caùc cöïc daây quaán rotor ___ Trang 49
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 2.4. TÖØ TRÖÔØNG TRONG MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ : 2.4.1. Töø tröôøng ñaäp maïch cuûa daây quaán 1 pha : Xeùt cuoän daây AX cuûa pha A ñaët trong boán raõnh stato ñöôïc veõ treân hình 2.7 Cho doøng ñieän hình sin i a(t) = I msin ωt chaïy vaøo cuoän daây, vaø giaû söû vaøo thôøi ñieåm t, chieàu trong caùc daây daãn ñöôïc veõ treân hình 2.7a vaø 2.7b. Duøng quy taéc vaën nuùt chai, ta veõ ñöôïc chieàu cuûa töø tröôøng vaø töø tröôøng naøy coù boán cöïc. Noù coù phöông khoâng ñoåi, nhöng trò soá vaø chieàu bieán thieân hình sin theo thôøi gian nhö doøng i a(t). Ta goïi ñoù laø töø tröôøng ñaäp maïch boán cöïc . 1 2 3 4 A X a) b) Hình 2.7 −−− Töø tröôøng ñaäp maïch 4 cöïc cuûa daây quaán moät pha Baây giôø, neáu ñaáu daây nhö treân hình 2.8, ta seõ ñöôïc moät töø tröôøng ñaäp maïch hai cöïc. Chuù raèng treân hình 2.7, boán daây daãn ñöôïc ñaáu noái tieáp; coøn treân hình 2.8 chuùng ñöôïc chia thaønh hai nhoùm ñaáu song song. 1 2 3 4 A X a) b) Hình 2.8 −−− Töø tröôøng ñaäp maïch 2 cöïc cuûa daây quaán moät pha 2.4.2. Töø tröôøng quay cuûa daây quaán 3 pha Doøng ñieän ba pha coù öu ñieåm lôùn laø taïo ra töø tröôøng quay trong caùc maùy ñieän xoay chieàu. ___ Trang 50
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 1. Söï taïo thaønh töø tröôøng quay : Xeùt boä daây quaán ba pha ñôn giaûn treân hình 2.9. Daây quaán AX ñaët trong hai raõnh ñoái xöùng qua taâm taïo thaønh pha a; daây quaán BY ñaët caùch AX moät goùc 120 ° laø pha b; vaø daây quaán CZ ñaët caùch BY moät goùc 120 °. Giaû söû trong ba daây quaán coù moät heä thoáng doøng ñieän ba pha caân baèng thöù töï thuaän chaïy qua (chieàu giaû thieát töø ñaàu ñeán cuoái daây quaán) : ia(t) = I msin ωt ia(t) = I msin( ωt – 120 °) (2.3) ia(t) = I msin( ωt – 240 °) i ia ib ic ωt ωt = 90 ° ωt = 90 °+120 ° ωt = 90 °+24 0° Hình 2.9 −−− Töø tröôøng quay 2 cöïc cuûa daây quaán ba pha Luùc ñoù, caùc töø caûm B a, B b, B c do caùc doøng i a, i b, i c taïo ra rieâng leû laø caùc töø caûm ñaäp maïch coù phöông laàn löôït truøng vôùi truøng vôùi truïc caùc a, b, c, chieàu cho quy taéc vaën nuùt chai; vaø ñoä lôùn tæ leä laàn löôït vôùi i a, i b, i c. Töø caûm toång hôïp do caû ba doøng ñieän taïo ra laø toång vectô : r r r r B = Ba + Bb + Bc (2.4) ___ Trang 51
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Ta xeùt B taïi caùc thôøi ñieåm sau : a) Thôøi ñieåm ωt = 90 ° (hình 2.9a) : r Luùc naøy, doøng qua pha a cöïc ñaïi vaø döông (i =I ) neân B cuõng cöïc ñaïi vaø höôùng a m a r r theo chieàu döông cuûa truïc pha a (B a = B m). Ñoàng thôøi, i b = i c = -Im/2 neân Bb , Bc höôùng theo chieàu aâm cuûa truïc caùc pha b, c vaø coù bieân ñoä baèng B m/2. Töø caûm toång hôïp B höôùng theo chieàu döông cuûa truïc pha a vaø coù bieân ñoä baèng (3/2)B m. b) Thôøi ñieåm ωt = 90 ° + 120 ° (hình 2.9b) Luùc naøy, doøng qua pha b cöïc ñaïi vaø döông. Lyù luaän töông töï, ta thaáy B höôùng theo chieàu döông cuûa truïc pha b vaø coù bieân ñoä baèng (3/2)B m. Vaäy B ñaõ quay 120 °. c) Thôøi ñieåm ωt = 90 ° + 240 ° (hình 2.9b) Luùc naøy, doøng qua pha c cöïc ñaïi vaø döông. Lyù luaän töông töï, ta thaáy B höôùng theo chieàu döông cuûa truïc pha c vaø coù bieân ñoä baèng (3/2)B m. Vaäy B ñaõ quay theâm 120 °. Toùm laïi, ta coù tính chaát sau : Khi cho moät heä thoáng doøng ñieän hình sin ba pha caân baèng (leäch nhau 120 ° theo thôøi gian) chaïy vaøo ba cuoän daây cuûa moät boä daây quaán ba pha (ñaët caùch nhau 120 ° ñieän troâng khoâng gian), ta seõ ñöôïc moät töø tröôøng quay truøng vôùi truïc cuûa daây quaán moät pha naøo ñoù khi doøng ñieän qua daây quaán naøy cöïc ñaïi vaø döông. Töø tröôøng quay moùc voøng vôùi caû hai daây quaán stato vaø rotor, ñoù laø töø tröôøng chính cuûa maùy ñieän, tham gia vaøo quaù trình bieán ñoåi naêng löôïng. Vôùi caùch caáu taïo daây quaán nhö treân, ta coù töø tröôøng quay moät ñoâi cöïc. Neáu thay ñoåi caùch caáu taïo daây quaán, ta coù töø tröôøng 2, 3, , p ñoâi cöïc. 2. Ñaëc ñieåm cuûa töø tröôøng quay : - Vaän toác cuûa töø tröôøng quay : phuï thuoäc vaøo taàn soá doøng ñieän stasto f vaø soá ñoâi cöïc p. Vôùi daây quaán hai cöïc treân hình 2.9, khi doøng ñieän bieán thieân moät chu kyø, töø tröôøng quay moät voøng. Vaäy trong moät giaây (f chu kyø), töø tröôøng quay ñöôïc 1/p voøng (töø cöïc Baéc qua cöïc Baéc keá tieáp). Vaäy trong moät giaây, töø tröôøng quay ñöôïc f/p voøng. Toùm laïi, vaän toác töø tröôøng quay (coøn goïi laø vaän toác ñoàng boä) cuûa stato coù p ñoâi cöïc vaø mang doøng ba pha taàn soá f laø : 60 f n = (voøng/phuùt) (2.5) 1 p - Chieàu quay cuûa töø tröôøng : phuï thuoäc vaøo thöù töï pha cuûa doøng ñieän. Muoán thay ñoåi chieàu quay cuûa töø tröôøng ta thay ñoåi thöù töï hai pha vôùi nhau. Thaät vaäy, giaû söû khi ñi doïc theo chu vi stato, ta laàn löôït gaëp truïc cuûa caùc pha a, b, c theo chieàu kim ñoàng hoà ___ Trang 52
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 (hình 2.9). Neáu thöù töï pha thuaän, töø tröôøng B seõ laàn löôït queùt qua caùc truïc a, b, c theo chieàu kim ñoàng hoà. Neáu thöù töï pha ngöôïc, cöïc ñaïi cuûa caùc doøng i a, i b, i c laàn löôït xaûy ra theo thöù töï a, c, b vaø töø tröôøng B cuõng seõ laàn löôït queùt qua caùc truïc theo thöù töï a, c, b nghóa laø quay ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà - Bieân ñoä cuûa töø tröôøng quay : töø tröôøng quay sinh ra töø thoâng Φ xuyeân qua moãi daây quaán. Ví duï ta xeùt töø thoâng cuûa töø tröôøng quay xuyeân qua daây quaán AX 0 0 Φ = ΦA + ΦB cos120 + ΦC cos240 1 =Φ − (Φ +Φ ) (2.6) A 2 B C Heä thoáng doøng ñieän ba pha ñoái xöùng ΦA + ΦB + ΦC = 0 hay ΦB + ΦC = -ΦA 1 3 Do ñoù : Φ = Φ + Φ = Φ (2.7) A 2 A 2 A Doøng ñieän i A = I msin ωt neân töø thoâng cuûa doøng ñieän pha A laø : ΦA = ΦA max sin ωt (2.8) 3 suy ra : Φ = Φ sin ωt (2.9) 2 A max vôùi ΦAmax = ΦBmax = ΦCmax = Φpmax : töø thoâng cöïc ñaïi cuûa moät pha Vaäy töø thoâng cuûa töø tröôøng quay xuyeân qua daây quaán bieán thieân hình sin vaø coù bieân ñoä baèng 3/2 töø thoâng cöïc ñaïi cuûa moät pha 3 Φ = Φ max 2 p max m Ñoái vôùi daây quaán m pha thì : Φ = Φ (2.10) max 2 p max 2.4.3. Töø thoâng taûn Boä phaän töø thoâng chæ moùc voøng vôùi rieâng reõ vôùi moãi daây quaán goïi laø töø thoâng taûn : ta coù töø thoâng taûn stato vaø töø thoâng taûn rotor. Töø thoâng taûn ñöôïc ñaëc tröng bôûi ñieän khaùng taûn nhö ñaõ xeùt ôû maùy bieán aùp. 2.5 .NGUYEÂN LYÙ LAØM VIEÄC CUÛA ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ Khi ta cho doøng ñieän 3 pha taàn soá f vaøo 3 daây quaán stator, seõ taïo ra töø tröôøng quay p ñoâi cöïc, quay vôùi toác ñoä n 1 = 60f/p, töø tröôøng quay caét ngang caùc thanh daãn cuûa daây quaán rotor, caûm öùng caùc söùc ñieän ñoäng. Vì daây quaán rotor noái ngaén maïch neân sinh ra doøng caûm öùng trong caùc thanh daãn rotor. Löïc töông taùc giöõa töø tröôøng quay vaø doøng caûm ___ Trang 53
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 öùng trong thanh daãn seõ keùo rotor quay cuøng chieàu quay cuûa töø tröôøng vôùi toác ñoä n, nghóa laø rotor luoân tìm caùc ñuoåi theo töø tröôøng stato. Tuy nhieân noù khoâng bao giôø baét kòp. Vì neáu vaän toác rotor n = n 1 thì khoâng coù söï chuyeån ñoäng töông ñoái, trong daây quaán rotor maát ñi söùc ñieän ñoäng caûm öùng vaø doøng caûm öùng daãn ñeán löïc ñieän töø baèng khoâng. Ñeå minh hoïa, treân hình 2.10 veõ töø tröôøng quay toác ñoä n 1, chieàu doøng ñieän vaø chieàu söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong thanh daãn rotor, chieàu caùc löïc ñieän töø F ñt . Khi xaùc ñònh chieàu söùc ñieän ñoäng caûm öùng theo quy taéc baøn tay phaûi, ta caên cöù vaøo chieàu chuyeån ñoäng töông ñoái cuûa thanh daãn vôùi töø tröôøng. Neáu coi töø tröôøng ñöùng yeân, thì chieàu chuyeån ñoäng töông ñoái cuûa thanh daãn ngöôïc chieàu n 1, töø ñoù aùp duïng quy taéc baøn tay phaûi. Chieàu cuûa löïc ñieän töø xaùc ñònh theo quy taéc baøn tay traùi, truøng vôùi chieàu quay n 1. Hình 2.10 − Minh hoïa quaù trình taïo ra momen quay trong ñoäng cô Goïi : n1 : vaän toác töø tröôøng quay stator hay vaän toác ñoàng boä n : vaän toác rotor Vaän toác tröôït : n 2 = n 1 – n laø vaän toác töông ñoái cuûa töø tröôøng quay ñoái vôùi rotor Heä soá tröôït : n n − n s = 2 = 1 (2.11) n1 n1 Khi rotor ñöùng yeân ( n=0 ), heä soá tröôït s = 1 Khi roto quay , toác ñoä rotor n = n 1 (1 – s) = n 1 – n 1s (2.12) = vaän toác ñoàng boä – vaän toác töông ñoái VÍ DUÏ 2.1 Moät ñoäng cô khoâng ñoàng boä 3 pha 4 cöïc ñöôïc cung caáp ñieän töø nguoàn 50 Hz 1. Tính vaän toác ñoàng boä. 2. Treân nhaõn ñoäng cô coù ghi vaän toác ñònh möùc 1425 voøng. Tính heä soá tröôït ñònh möùc. 3. Giaû söû taûi cuûa ñ/cô giaûm vaø heä soá tröôït chæ coøn s = 0,02 . Tính vaän toác môùi cuûa ñoäng cô GIAÛI 60 f 60 ×50 1. Duøng (2.5) : n = = = 1500 v/p 1 p 2 ___ Trang 54
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 n1 − n ñm 1500 −1425 2. Duøng (2.11) : sñm = = = 0,05 n1 1500 3. Khi taûi (töùc laø löïc caûn treân truïc ñoäng cô) giaûm xuoáng, ñoäng cô keùo nheï hôn vaø coù khuynh höôùng quay nhanh hôn; vaø theo (2.8), s giaûm xuoáng. Duøng (2.9) : n = n 1 (1 – s)= 1500 × (1 – 0,02) = 1470 v/p 2.5. MOÂ HÌNH TOAÙN CUÛA ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ 2.5.1. Phöông trình ñieän aùp stator Töông töï nhö phöông trình ñieän aùp sô caáp maùy bieán aùp : . . . . . U 1 = E1 + I 1()R1 + jX 1 = E1 + Z 1 I 1 (2.13) Trong ñoù Z1 = R 1 + jX 1 : toång trôû 1 pha daây quaán stator R1 : ñieän trôû 1 pha daây quaán stator X1 = 2 πfL 1 : ñieän khaùng taûn 1 pha daây quaán stator f : taàn soá doøng ñieän stator L1 : ñieän caûm taûn 1 pha daây quaán stator E1 : söùc ñieän ñoäng pha stator do töø thoâng cuûa töø tröôøng quay sinh ra E1 = 4,44 f k dq1 W1 Φm (2.14) kdq1 <1 : heä soá daây quaán noùi leân söï giaûm söùc ñieän ñoäng toång do vieäc cuoän daây bò phaân boá ñeàu trong caùc raõnh vaø böôùc ruùt ngaén, so vôùi daây quaán taäp trung trong maùy bieán aùp. 2.5.2. Phöông trình ñieän aùp rotor Töø tröôøng chính quay vôùi toác ñoä n 1, rotor quay vôùi toác ñoä n. Vaäy töø tröôøng chính quay ñoái vôùi daây quaán rotor toác ñoä tröôït n 2 = n 1 - n. Nhö vaäy, sññ vaø doøng ñieän trong daây pn psn quaán rotor coù taàn soá laø: f = 2 = 1 = sf (2.15) 2 60 60 Khi rotor ñöùng yeân n = 0 ; s = 1 do ñoù : f2 = f söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong 1 pha coù bieåu thöùc töông töï nhö trong stator : E2 = 4,44 f k dq2 W2Φm (2.16) ___ Trang 55
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 Phöông trình ñieän aùp rotor töông töï nhö maùy ñieän aùp : . . . . . U 2 = E 2 − I 2 ()R2 + jX 2 = E 2 − I 2 Z 2 (2.17) . . Vì roto ngaén maïch : U2 = 0 hay E 2 = I 2 Z 2 (2.18) Vôùi: Z2 = R 2 + jX 2 : Toång trôû 1 pha daây quaán roror (ñöùng yeân) R2 : Ñieän trôû 1 pha daây quaán roror (ñöùng yeân) X2 = 2 πf L 2 : Ñieän khaùng taûn 1 pha daây quaán rotor (ñöùng yeân) L2 : Ñieän caûm taûn 1 pha daây quaán rotor Khi rotor quay vôùi vaän toác n, töùc vôùi heä soá tröôït : n − n n s = 1 = 2 (2.19) n1 n1 Töø tröôøng quay stator quay ñoái vôùi rotor vaän toác töông ñoái n 2 = s.n 1 Taàn soá doøng rotor : f2 = s.f Sññ pha daây quaán rotor luùc quay : E2s = 4,44 f 2 kdq2 W2Φm (2.20) = 4,44(sf)k dq2 W2Φm = s (4,44fk dq2 W2Φm) so saùnh vôùi (2.16) ta coù : E2s = s.E 2 (2.21) Söùc ñieän ñoäng pha roto luùc quay E2s = söùc ñieän ñoäng pha rotor luùc ñöùng yeân E 2 nhaân vôùi heä soá tröôït s Ñieän khaùng taûn rotor luùc quay : X2s = 2 πf2L2 =2 π(sf)L 2 = s(2 πfL 2) = sX 2 (2.22) Phöông trình ñieän aùp rotor luùc quay : . . . E 2s = R2 I 2 + jX 2s I 2 (2.23) ___ Trang 56
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 . . ⇔ s E 2 = I 2 ()r2 + js x2 (2.24) . . . ⇔ s E 2 = I 2 Z 2s (2.25) Trong ñoù: Z2s = R 2 +jsX 2 : laø toång trôû pha cuûa daây quaán rotor luùc rotor quay Tyû soá söùc ñieän ñoäng pha stator vaø söùc ñieän ñoäng pha rotor : E1 kdq 1W1 ke = = = heä soá qui ñoåi söùc ñieän ñoäng (2.26) E2 kdq 2W2 Ví duï : Moät ñoäng cô KÑB 3 pha rotor daây quaán, 220V, 50Hz, 4 cöïc coù daây quaán stator ñaáu tam giaùc vaø daây quaán rotor ñaáu sao. Giaû söû soá voøng daây rotor baèng 40% soá voøng daây stator vaø 2 daây quaán coù heä soá daây quaán baèng nhau. Khi vaän toác rotor baèng 1425 voøng/phuùt . Tính : a. Heä soá tröôït b. Söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong moãi pha rotor khi rotor ñöùng yeân c. Söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong moãi pha rotor khi rotor quay d. Ñieän aùp giöõa 2 choåi than khi rotor quay e. Taàn soá cuûa doøng vaø aùp trong rotor Giaûi 60 f 60 .50 n = = = 1500 v / p 1 p 2 n − n 1500 −1425 s = 1 2 = = 0,05 n1 1500 E1 kdq 1W1 1 ke = = = E2 kdq 2W2 4,0 ⇒ E2 = 0,4E 1 ≈ 0,4U 1 =0,4.220 = 88 V Khi rotor quay : E2s = s E 2 = 0,05.88 = 4,4 V Ñieän aùp giöõa 2 choåi than = U 2d ⇒ U2d = .3 E2s = 4,4.3 = 7,62V Taàn soá aùp vaø doøng rotor f2s = s f = 0,05 × 50 = 2,5Hz ___ Trang 57
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 5.2.3. Phöông trình söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä Khi ñoäng cô laøm vieäc , töø tröôøng trong maùy do doøng ñieän cuûa caû hai daây quaán sinh ra. Doøng ñieän trong daây quaán stator seõ sinh ra töø tröôøng quay toác ñoä n 1 ñ/v stator : 60 f n = 1 p Doøng ñieän trong daây quaán rotor sinh ra töø tröôøng quay toác ñoä n 2 ñoái vôùi rotor 60 f 60 sf n = 2 = = sn 2 p p 1 Vì rotor quay vôùi toác ñoä n so vôùi stator ⇒ töø tröôøng rotor seõ quay ñoái vôùi stator toác ñoä laø : n2 + n = s.n 1 + n 1(1-s) = n 1 Nhö vaäy töø tröôøng rotor ñöùng yeân ñoái vôùi töø tröôøng stator, 2 töø tröôøng naøy taïo thaønh töø tröôøng toång hôïp quay vôùi vaän toác ñoàng boä. Töông töï nhö MAÙY BIEÁN AÙP, töø thoâng Φm coù giaù trò haàu nhö khoâng ñoåi öùng vôùi cheá ñoä khoâng taûi vaø coù taûi. Phöông trình söùc töø ñoäng cuûa ñoäng cô : m W k I − m W k I = m W k I (2.27) 1 1 dq 1 1 2 2 dq 2 2 1 1 dq 1 0 Vôùi: I0 : doøng ñieän stator luùc khoâng taûi I1, I 2 doøng ñieän stator vaø rotor khi ñoäng cô keùo taûi m1, m 2 soá pha cuûa daây quaán stator vaø rotor Chia 2 veá cho m1kdq1 W1 ta ñöôïc : . . . m2W2kdq 2 I 1 − I 2 = I 0 (2.28) m1W1kdq 1 m1W1kdq 1 Ñaët kI = : heä soá quy ñoåi doøng ñieän (2.29) m2W2kdq 2 . . . I 2 ta ñöôïc : I 1 − = I 0 kI ___ Trang 58
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 . . I 2 I'2 = : doøng ñieän rotor qui ñoåi veà stator kI . . . Ta coù phöông trình : I'1 = I'0 + I'2 (2.30) 2.6. SÔ ÑOÀ THAY THEÁ CUÛA ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ Ñeå thuaän tieän cho vieäc nghieân cöùu vaø tính toaùn, töø heä phöông trình ñieän aùp vaø söùc töø ñoäng cuûa ñoäng cô, ta thaønh laäp moät sô ñoà maïch ñieän, goïi laø sô ñoà thay theá ñoäng cô ñieän. Caùc phöông trình cô baûn cuûa ñoäng cô ñieän : . . . . . U 1 = E1 + I 1 ()r1 + jx 1 = E1 + Z 1 I 1 (2.31) . . s E 2 = I 2 ()r2 + js x2 (2.32) . . . I'1 = I'0 + I'2 (2.33) Phöông trình (2.32) laø phöông trình maïch rotor luùc quay, doøng I 2 coù taàn soá f2 = s.f E2 : söùc ñieân ñoäng rotor luùc rotor ñöùng yeân X2 : ñieän khaùng taûn rotor luùc rotor ñöùng yeân öùng vôùi taàn soá doøng ñieän rotor baèng f Chia (2.32) cho s, ta coù : . .  r2  E 2 = I 2  + xj  (2.34)  s 2  (2.34) laø phöông trình ñieän aùp rotor luùc quay qui ñoåi veà rotor ñöùng yeân Nhaân (2.34) vôùi k E, ta ñöôïc : . . .  R2   R2  k E 2 = I 2  + j k = I 2  k + j X k  E  s 2  E  s E 2 E  . (2.35) I 2  R2  =  kE kI + j X 2kE kI  kI  s  . . . Ñaët : E'2 = kE E 2 = E1 : söùc ñieän ñoäng pha rotor qui veà stator ___ Trang 59
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 . . I 2 I'2 = : doøng ñieän rotor qui ñoåi veà stator kI ' R 2 = k ekiR2 : ñ/trôû daây quaán rotor qui veà stator ' X 2 = k ekiX2 : ñieän khaùng daây quaán rotor qui veà stator Vaäy (2.35) thaønh : . .  R'  E' = I'  2 + jX '  (2.36) 2 2  s 2  Töông töï MAÙY BIEÁN AÙP, thay theá nhaùnh E 1 = E' 2 baèng ñieän aùp nôi treân nhaùnh töø . . . . hoùa, ta coù : E'1 = E'2 = I 0 ()Rm + jX m = I 0 Zm (2.37) R' 1− s  Bieán ñoåi : 2 = R' +R'   (2.38) s 2 2  s  Vaäy ta coù sô ñoà maïch ñieän thay theá hình T cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä (Hình 2.11). Ñeå ñôn giaûn ngöôøi ta bieán ñoåi veà sô ñoà töông ñöông hình ΓΓΓ (hình 2.12) R1 X1 R’2 X’ 2 R1 X1 R’2 X’ 2 I1 I’ 2 I1 I0 I’ 2 R0 Rm ' 1− s  ' 1 − s  U1 R2   R2   U1  s   s  I0 Xm X0 Hình 2.11 Hình 2.12 -a R’ n X’ n I1 I’2 Trong ñoù : R 0 = R 1 + R m I0 Xo = X 1 + X m R0 1− s  U1 ' R2    s  Rn = R 1 + R’ 2 X0 ' Xn= X 1 + X 2 Hình 2.1 2-b 1( − )s 'R : ñaëc tröng cho coâng suaát cô P cô cuûa ñoäng cô 2 s 2.7. COÂNG SUAÁT CUÛA ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ Ñoäng cô khoâng ñoàng boä nhaän ñieän naêng cuûa löôùi ñieän, nhôø töø tröôøng quay, ñieän naêng ñaõ ñöôïc bieán thaønh cô naêng. Quaù trình bieán ñoåi naêng löôïng ñöôïc thöïc hieän nhö sau: • Coâng suaát ñieän do ñoäng cô nhaän töø nguoàn : P1 = 3 U 1 I1 cos ϕ (2.39) ___ Trang 60
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 U1 , I 1 : ñieän aùp vaø doøng ñieän pha cuûa ñ/cô cos ϕ : heä soá coâng suaát cuûa ñ/cô • Moät phaàn coâng suaát seõ maát do toån hao ñoàng trong daây quaán stator : 2 pcu1 =3 I 1 R1 (2.40) 2 • Vaø toån hao saét töø trong loõi theùp stator : pFe =3 R m I 0 (2.41) • Phaàn coøn laïi seõ ñöa vaøo rotor goïi laø coâng suaát ñieän töø : 'R P = 3 2 'I 2 (2.42) ñt s 2 • Coâng suaát ñieän töø seõ bò maát 1 phaàn vì toån hao ñoàng trong daây quaán rotor : 2 pCu2 = 3 R’ 2 I 2’ = s.P ñt (2.43) • Coøn laïi coâng suaát cô treân truïc 1− s  P = 3R'  I'2 = ()1− s P (2.44) c 2  s  2 ñt • Coâng suaát cô sau khi tröø ñi toån hao P mp do ma saùt, quaït gioù vaø toån hao phuï, seõ coøn laïi coâng suaát coù ích treân truïc ñoäng cô hay coâng suaát ra P 2 P2 = P c -pmp (2.45) pmp : toån hao cô do ma saùt, toån hao phuï • Toång toån hao trong ñoäng cô P th Pth = pCu1 + pFe + pCu2 + pmp (2.46) Hieäu suaát cuûa ñoäng cô : P P η = 2 = 2 (2.47) P1 P2 + Pth ___ Trang 61
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 pCu1 pFe pCu2 pmp Hình 2.13 – Ñoà thò quaù trình naêng löôïng cuûa ñoäng cô 2.8. MOMEN QUAY CUÛA ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ Goïi : n1 : toác ñoä töø tröôøng stator tính baèng voøng/phuùt ω1 toác ñoä töø tröôøng stator tính baèng rad/s 2π n ω = 1 1 60 n : toác ñoä rotor tính baèng voøng/phuùt ω : toác ñoä rotor tính baèng rad/s 2π n ω = 60 Vôùi n = n 1 (1-s) , suy ra ω = ω1 (1-s) Momen quay cuûa ñoäng cô : 1− s  3R'  I'2 P 2  s  2 3R' I' P M = c = = 2 2 = ñt (2.48) ω ω 1( − s) ω1s ω1 Vaäy momen ñieän töø M ñt ñoùng vai troø laøm momen quay ñoäng cô Duøng sô ñoà maïch töông ñöông ñôn giaûn (Hình 2.12), ta tính ñöôïc: U1 I'2 = (2.49)  R' 2  R + 2  + ()X + X ' 2  1 s  1 2 ___ Trang 62
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 ' Thay I 2 vaøo bieåu thöùc cuûa M 3R' U 2 M = 2 1 (2.50)  2   R'2  2 ω 1s R1 +  + ()X 1 + X '2   s   n M n1 Mmax Mm M 0 sth 1 s 0 Mm Mmax a) b) Hình 2 .14 – a) Ñaëc tuyeán momen – heä soá tröôït – b) Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä Mm momen luùc môû maùy Mmax momen cöïc ñaïi sth heä soá tröôït öùng vôùi M max hay coøn goïi laø heä soá tröôït tôùi haïn n − n Neáu thay s = 1 , ta coù quan heä n = f(M) laø ñöôøng ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô n1 khoâng ñoàng boä. dM Momen cöïc ñaïi M max öùng vôùi giaù trò s th laøm cho = 0 . Sau khi ñaïo haøm, ta ds tính ñöôïc trò soá s th vaø M max laø : R'2 R'2 sth = ≈ (2.51) R1 + X 1 + X '2 X 1 + X '2 3U 2 3U 2 M = 1 ≈ 1 (2.52) max 2 2ω ()R + X 2ω 1[]R1 + R1 + ()X 1 + X 2 1 1 n Ngoaøi ra thay s = 1 ( n = 0, rotor ñöùng yeân ) vaøo (2.49) ta ñöôïc moment môû maùy : 2 2 3R'2 U1 3R'2 U1 M m = 2 2 = 2 2 (2.53) ω 1[]()()R1 + R'2 + X 1 + X '2 ω 1()Rn + X n Quan heä giöõa M, Mmax vaø sth coù theå vieát gaàn ñuùng theo bieåu thöùc Klauss nhö sau : ___ Trang 63
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 1 M 2 2M = hay M = max (2.54) M s s s s max + th + th sth s sth s trong ñoù M, s : momen vaø heä soá tröôït ôû 1 taûi naøo ñoù Mmax , sth : momen cöïc ñaïi vaø heä soá tröôït töông öùng * Nhaän xeùt : 2 (1). Momen M tæ leä vôùi U 1 neân M seõ thay ñoåi nhieàu khi ñieän aùp laøm vieäc cuûa ñoäng cô thay ñoåi. Neáu ñieän aùp thaáp quaù coù theå ñoäng cô khoâng keùo noåi taûi. (2). Heä soá tröôït tôùi haïn s th tæ leä vôùi R’ 2 nhöng khoâng phuï thuoäc U 1 2 (3). Momen cöïc ñaïi tæ leä vôùi U 1 , nhöng khoâng phuï thuoäc R’ 2 ' 2 (4). Momen môû maùy tæ leä vôùi tích R 2. U 1 Momen ñaàu truïc M 2 cuûa ñ/cô KÑB nhoû hôn momen ñieän töø 1 ít vaø baèng : P M = M − M = 2 (2.55) 2 0 ω M0 : momen khoâng taûi Do M 0 << M 2 ⇒ ñaëc tính cô M 2 = f(n) cuõng coù daïng nhö ñöôøng ñaëc tính M = f(n) 2.9. MÔÛ MAÙY ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ 3 PHA Trong giai ñoaïn môû maùy, ñoäng cô phaûi thoûa 3 yeâu caàu : - Moment môû maùy phaûi lôùn hôn moment caûn cuûa taûi luùc môû maùy - Moment ñoäng cô phaûi ñuû lôùn ñeå thôøi gian môû maùy khoâng quaù laâu. - Doøng môû maùy phaûi ñuû nhoû ñeå ñieän aùp löôùi khoûi bò suït nhieàu, aûnh höôûng lôùn ñeán caùc thieát bò khaùc Doøng pha môû maùy öùng vôùi s = 1 U U I = 1 = 1 (2.56) m 2 2 2 2 ()()R1 + R'2 + X 1 + X '2 Rn + X n Vaø moment môû maùy : 2 2 3R'2 U1 3R'2 U1 M m = 2 2 = 2 2 (2.57) ω1 []()()R1 + R'2 + X1 + X '2 ω1 ()Rn + X n ___ Trang 64