1.4. Khái niệm về mạch điện hình sin 3 pha, mạch điện 3 pha đối xứng, mạch điện 3 pha không đối xứng

- mạch điện 3 pha là mạch điện gồm nguồn điện 3 pha, đường dây truyền tải và các phụ tải 3 pha.

+ Nguồn điện 3 pha gồm 3 nguồn 1 pha ghép lại. Trong thực tế nguồn điện 3 pha do máy phát điện xoay chiều đồng bộ 3pha sinh ra. Stato của máy phát điện đồng bộ có 3 cuộn dây,đặt lệch nhau trong không gian 1 góc 120độ. Mỗi cuộn dây của máy phát được gọi là 1pha dây quấn. rôto của máy phát điện đồng bộ là 1 nam châm điện, khi rôto quay, từ trường của roto cắt các thanh dẫn của dây quấn stato cảm ứng trong mỗi pha dây quấn 1 suất điện động xoay chiều hình sin. Các nguồn suất điện động cảm ứng này có biên độ bằng nhau, cùng tần số nhưng lệch pha nhau 1 góc 120độ tương ứng với thời gian 1/3 chu kỳ.

+Nếu chọn góc pha đầu của eA(eA là suất điện động cảm ứng trong cuộn dây AX) =0 thì suất điện động cảm ứng trong các cuộn dây có dang:

eA= Emax sinωt

eB = Emax sin(ωt-120o)

eC = Emax sin(ωt-240o)

+Nhìn vào đồ thị hình sin và đồ thị vectơ ta thấy tại bất kỳ thời điểm nào tổng các suất điện động cũng = 0

+Nguồn điện 3pha như trên gọi là nguồn điện 3 pha đối xứng

+Nếu mỗi dây quấn stato của máy phát điện đồng bộ với 1 tải có tổng trở

zA, zB, zC ta được hệ thống 3 mạch 1pha

không liên hệ hình 1-26

+Suất điện động, điện áp, dòng điện mỗi pha của nguồn hoặc tải gọi là suất điện

động pha, điện áp pha, dòng điện pha

ký hiệu là : ep, up, ip

+Nếu tổng trở các pha: zA=zB=zC và φA= φB= φC thì ta có tải 3 pha đối xứng.

-mạch điện 3 pha được gọi là đối xứng nếu có: nguồn suất điện động 3pha đối xứng, tổng trở các pha của đường dây cũng như của tải = nhau. Nếu thiếu 1 trong 3 điều kiện trên thì mạch 3pha đó gọi là mạch 3pha ko đxứng.

- trong mạch 3pha đxứng thì dòng điện chạy trong các pha cũng đxứng, trong trường hợp mạch có tính chất cảm thì:

iA=Imax sin(ωt-φ)

iB=Imax sin(ωt-120o-φ)

iC=Imax sin(ωt-240o-φ)

Nếu zA#zB#zC hoặc φA#φB#φC hoặc cả 2 thì ta có tải 3pha ko đxứng

1.5. Định nghĩa phương pháp nối dây hình Y và hình ∆ trong mạch điện 3pha; quan hệ giữa các lượng dây, pha

*phương pháp nối dây hình Y

- là pp nối 3điểm cuối của các pha của nguồn hoặc của tải lại với nhau, điểm nối chung ấy gọi là điểm trung tính

+ Xét TH mạch 3pha đối xứng,nguồn và tải nối sao

Vì ko có tổng trở đường dây nên: A≡A', B≡B', C≡C'. nghĩa là điểm đầu của các pha của nguồn và tải trùng nhau. Do đó điện áp trên các pha của tải cũng chính là điện áp pha của nguồn.

Mối quan hệ giữa Ud và Up: về giá trị hiệu dụng thì Ud=√3 Up

Nhìn trên hình ta thấy dòng điện dây cũng chính là dòng điện pha: Id=Ip

* phương pháp nối dây hình ∆.

- là pp nối điểm cuối của pha này với điểm đầu của của pha kia.

+Xét TH mạch 3pha cả nguồn và tải đều nối hình tam giac như hình sau:

Nhìn trên hình ta thấy: Ud = Up; Id=√3 Ip

1.6. Công suất trong mạch điện ba pha

BL:

a) Công suất tác dụng.

Công suất tác dụng của mạch 3 pha bằng tổng công suất tác dụng của các pha:

P3f=PA+PB+PC=UAIAcosφA+UBIBcosφB+UCICcosφC

Trong đó:

PA, PB, PC- công suất tác dụng của pha A, B, C

UA, UB, UC, IA, IB, IC- điện áp và dòng điện trong các pha

φA, φB, φC- góc lệch pha giữa điện áp pha và dòng điện pha của các pha A, B, C

Nếu mạch 3 pha đối xứng thì:

- điện áp pha: UA=UB=UC=UP

- dòng điện pha: IA=IB=IC=IC

- hệ số công suất: cosφA=cosφB=cosφC= cosφ

Ta thấy: PA=PB=Pc

Do vậy:

P3f=3P1p=3UpIpcosφ

Hoặc:

P3p=3rpI2p

Trong đó: rp= điện trở pha

Thay các đại lượng pha bằng đại lượng dây:

Khi phụ tải nối hình sao: Up= , Id=Ip

Khi phụ tải nối hình tam giác: Up=Ud, Ip=

Ta có công suất tác dụng ba pha viết theo các lượng dây áp dụng cho cả 2 trường hợp

P3f= UdIdcosφ

Với φ là góc lệch pha giữa điện áp pha và dòng điện pha

b)Công suất phản kháng Q

Công suất phản kháng Q của ba pha khi mạch không đối xứng:

Q=QA+QB+QC=UAIAsinφA+UBIBsinφB+UCICsinφC

Khi mạch 3 pha đối xứng ta có:

Q=3UPIPsinφ

Hoặc: Q=3xpI2p (với xp- điện kháng pha)

Hoặc: Q= UdIdsinφ

c) Công suất biểu kiến S

Tương tự như trên, khi mạch 3 pha không đối xứng:

S3p=SA+SB+SC=UAIA+UBIB+UCIC

Khi mạch 3 pha đối xứng, công suất biểu kiến của mạch:

S=3UPIP

Hoặc: S=

Hoặc đổi ra lượng dây: S= UdId

1.7- Phương pháp tính toán mạch 3 pha đối xứng

Khi phụ tải đối xứng nối hình sao hay tam giác ,các điện áp dòng điện dây và pha đều đối xứng nên chỉ cần tính cho một pha rồi suy ra 2 pha kia .Như vậy việc giải mạch 3 pha đối xứng quy về giải mạch 1 pha .

Trước hết ta xét nguồn điện

a) Nguồn điện

*Nguồn nối Y

Nếu gọi suất điện động pha của nguồn là Ep

Điện áp dây Ud và điện áp pha Up của nguồn điện ba pha :

-Điện áp pha của nguồn :

Up=Ep

-Điện áp dây của nguồn:

Ud=√3 Ep

*Nguồn nối A

Điện áp pha của nguồn

Up=Ep

Điện áp dây của nguồn

Up=Ud=Ep

Thường người ta nối nguồn hình Y vì Up =Ud/√3 do đó cách điện của các pha sẽ dễ dàng hơn khi nối A ,mạt khác nối nguồn hình Y còn tạo ra 2 loại điện áp khác nhau : Up = Ud

Từ giá trị của điện áp dây hoặc điện áp pha của nguồn ta xác định điện áp pha của tải .100

b) Tính mạch điện ba pha đối xứng phụ tải nối hình Y

Điện áp đặt lên mỗi pha của tải bằng s.đ.đ pha của nguồn.Nếu biết điện áp dây của nguồn là Ud thì điện áp pha của tải: Up= Ud/

Tổng trở pha của tải: Zp= ; rp,xp-điện trở,điện kháng mỗi pha của tải

Dòng điện pha của tải: Ip= Up/zp=Ud/( . )

Góc lệch pha giữa điện áp pha và dòng điện pha tương ứng: =arctg(xp/rp)

Vì tải nối sao nên:Id=Ip

c) Tính mạch ba pha đối xứng phụ tải nối hình :

Điện áp pha của tải bằng điện áp dây của nguồn: Up=Ud

Dòng điện pha của tải: Ip=Up/zp = Ud/

Góc lệch pha  giữa điện áp pha và dòng điện pha tương ứng: =arctg(xp/rp)

Dòng điện dây : Id= .Ip

1.8.Tính toán mạch 3 pha không đối xứng có dây trung tính với điện trở của dây trung tính bằng 0 và nối hình tam giác

a) Phụ tải nối hình sao:

Khi phụ tải nối hình sao có dây trung tính có z0=0 biết điện áp dây của nguồn là Ud.Dòng điện trên các pha của tải đc tính như sau:

IA=Ud/( ) ; A= arrctg(xA/rA)

IB=Ud/( ) ; B=arctg(xB/rB)

IC=Ud/( ) ; C=arctg(xC/rC)

-rA,xA,rB,xB,rC,xC là điện trở và điện kháng của các pha của tải

Dòng điện dây trung tính:

Hình vẽ: (tự vẽ....)

b) Phụ tải nối hính tam giác:

Biết các điện áp dây của nguồn:UAB,UBC,UCA.Nếu ko kể đến tổng trở đường dây thì điện áp đặt lên các pha của phụ tải chính là điện áp dây cuả nguồn nên:

IAB=UAB/zAB ; AB= arctg(xAB/rAB)

IBCUBC/zBC ; BC= arctg(xBC/rBC)

ICA=UCA/zCA ; CA= arctg(xCA/rCA)

Các dây AA',BB',CC' là các dây pha.

Sau đó dùng đồ thì vec tơ để tính dòng điên dây:

Câu 2.1. Các định luật cơ bản dùng trong máy điện:

Trả lời:

1. Định luật cảm ứng điện từ:

a. Trường hợp từ thông xuyên qua 1 vòng dây: Khi từ thông xuyên qua 1 vòng dây biến thiên trong vòng dây xuất hiện 1 suất điện động cảm ứng. Chiều của suất điện động cảm ứng phải như thế nào để dòng điện do nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông: e =dϕ/dt.

- Chiều dương của suất điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc XOÁY ĐINH ỐC: "Cho cái xoáy đinh ốc tiến theo chiều dương của từ thông thì chiều xoay của cái đinh ốc là chiều dương của suất điện động cảm ứng".

b. Trường hợp từ thông xuyên qua cuộn dây có w vòng: Khi từ thông biến thiên trong cuộn dây sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng: e =-dψ/dt = -dϕ/dt

Trong đó: ψ = wϕ :Từ thông xuyên qua cuộn dây ( từ thông móc vòng) (Wb: vê be)

ϕ : từ thông xuyên qua 1 vòng dây (Wb)

e :suất điện động cảm ứng của cuộn dây (V)

w: Số vòng dây quấn của suất điện động (vg :vòng)

c. Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường: Khi thanh dẫn có độ dài l chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường đều có cường độ cảm ứng từ B, vận tốc đều v, suất điện động cảm ứng trong thanh dấn có trị số: e= Blv

Trong đó: e: suất điện động của thanh dẫn (V)

B: Cường độ cảm ứng từ (T :Tesla)

l :Chiều dài tác dụng của thanh dẫn( phần thanh dẫn nằm trong từ trường): m

v: vận tốc chuyển động của thanh dẫn (m/s)

- Chiều của suất điện đông cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải: "Nắm bàn tay phải đặt sao cho 4 ngón tay hướng theo chiều dòng điện chạy qua các vòng dây→ ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chiều của đường sức từ trong ống dây".

2. Đinh luật cảm ứng điện từ:

Khi có thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với từ đường sức từ trường đều, giữa thanh dẫn và từ trường sẽ xuất hiện lực tác dụng tương hỗ. Độ lớn và chiều của lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường và thanh dẫn mang dòng điện nằm trong từ trường được xác định theo biểu thức: Fđt = Bli

Trong đó: l : chiều dài của tanh dẫn đặt trong từ trường đều (m)

B:Cường độ tự cảm (T)

i : cường độ dòng điện chạy trong thanh dẫn (A)

- Chiều của Fđt được xác định theo quy tắc bàn tay trái: " Đặt bàn tay trái lên mạch điện sao cho các ngón tay vươn thẳng theo chiều dòng điện, đường sức từ chui vào lòng bàn tay→ ngón tay cái choãi ra 900 chỉ hướng tác dụng của lực từ.

Câu 2.2: Cấu tạo, nguyên lí làm việc của máy biến áp (MBA)

MBA là 1 thiết bị điện từ tĩnh dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác có cùng tần số.

1.Cấu tạo : Gồm 3 phần chính: + Lõi thép

+ Dây quấn

+ Vỏ máy (Gồm thùng máy và nắp máy)

a. Lõi thép: lõi thép của MBA làm = những lá thép kĩ thuật điện dày tứ 0,35- 0,5mm, 2 mặt có sơn cách điện ghép lại với nhau. Nó dùng làm mạch từ để dẫn từ thông và khung để quấn dây quấn.

Lõi thép gồm có trụ T và gông G.

- Trụ là bộ phận để quấn dây

- Gông từ là bộ phận khép kín các trụ với nhau và không quấn dây.

Tùy theo cấu tạo có 2 loại máy:

- MBA kiểu trụ : Dây quấn bao quanh trụ thép (loại này thông dụng cho các MBA 1 pha và 3 pha có công suất nhỏ và trung bình)

- MBA kiểu bọc: mạch từ phân nhánh và ôm lấy 1 phần dây quấn (dùng cho MBA có công suất nhỏ trong ngành kĩ thuật vô tuyến).

Ngoài ra còn có MBA kiểu bọc-trụ: dùng cho những máy công suất lớn và cực lớn.

Do dây quấn thường quấn thành hình tròn nên tiết diện ngang của trụ thép thường là hình bậc thang gần tròn.

b. Dây quấn: là bộ phận dẫn điện của MBA.

Thường dùng dây đồng thiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật bên ngoài có bọc cách điện.

- Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép

- Giữa các vòng dây, các dây quấn có cách điện với nhau và cách điện với lõi thép.

Có 2 loại dây quấn chính là dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ.

b. Vỏ máy: Để bảo vệ các bộ phận bên trong của máy và đựng đầu MBA, gồm 2 bộ phận:

- thùng máy: làm bằng thép, thường là hình bầu dục trong đặt lõi thép, dây quấn và đựng đầy dầu. đầu MBA dùng để làm mát và tăng cường cách điện cho máy( nhờ sự đối lưu trong dầu, truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong MBA đến dầu rồi từ dầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần, chuyển động xuống phía dưới và lại tiếp tục làm mát một cách tuần hoàn các bộ phận bên trong máy.

- nắp thùng: dùng để đậy thùng, trên đó có đặt sứ xuyên cao áp và thấp áp để cách điện giữa các đầu ra của dây quấn cao áp và thấp áp với vỏ.

Ngoài ra còn chứa các bộ phận khác như bình giãn dầu, ống bảo hiểm.

Có MBA, lõi thép và dây quấn không đặt trong dầu gọi là MBA khô.

2. Nguyên lí làm việc.

Xét sơ đồ nguyên lí làm việc của MBA 1 pha 2 dây quấn:

- khi nối dây quấn sơ cấp MBA với lưới điện hình sin có điện áp U1→trong dây quấn sơ cấp có dòng điện hình sin I1 chạy qua→ sinh ra từ thông chạy biến thien trong lõi thép và móc vòng cả 2 dây quấn→ gọi là từ thông chính ϕ.

- ϕ biến thiên cảm ứng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp, các suất điện động e1 và e2.

e1 = - w1.dϕ/dt

e2 =-w2 . dϕ/dt

(Trong đó w1, w2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp)

-2 suất điện động e1 và e2 chậm sau ϕ1 góc 900 và có trị hiệu dụng:

E1 = 4,44.f.w1.ϕmax

E2 =4,44.f.w2.ϕmax

- e2 sinh ra i2 đưa ra tải U¬2 => năng lượng của dòng điện xoay chiều được truyền từ dây quấn sơ cấp→ dây quấn thứ cấp.

-Khi MBA chạy không tải( dây quấn thứ cấp hở mạch):

U2= E2, coi U1 xấp xỉ = E1

U1/U2 = E1/E2 = k (k: hệ số MBA)

*. Hao tổn năng lượng trong MBA gồm:

- Hao tổn đồng trên điện trở dây quấn sơ cấp: ∆Pđ1

- Hao tổn sắt từ trong lõi thép :∆Pst

- Hao tổn đồng trên điện trở dây quấn thứ cấp: ∆Pđ2.

-Công suất MBA đưa ra ngoài: P2 =P1-∆Pđ1-∆Pst-∆Pđ2.

-Hiệu suất MBA: η = P2/P1 = (P1-∆Pđ1-∆Pst-∆Pđ2)/ P1

η của MBA rất cao( xấp xỉ = 98%) =>có thể coi gần đúng công suất MBA nhận vào ở phía sơ cấp= công suất đưa ra ở phía thứ cấp.

U¬1.I1= U2.I2 =>k = U1/U2 =I2.I1

Câu 2.3. Chế độ làm việc của MBA:

MBA làm việc ở 3 chế độ: Chế độ không tải, chế độ ngắn mạch và chế độ có tải.

1. Chế độ không tải: Đặt điện áp hình sin vào dây quấn sơ cấp, dây quấn thứ cấp để hở mạch. Các dụng cụ đo: Vôn kế, ampe kế và oát kế sẽ đo được điện áp sơ cấp U1, thứ cấp U20, dòng điện I0 và công suất P0 lúc không tải.

Chế độ làm việc của MBA không tải có 1 số đặc điểm sau:

- Dòng điện không tải I0 rất nhỏ, chủ yếu để tạo ra từ thông ϕ cho máy.

- Công suất không tải P0 là tổn hao trên điện trở của dây quấn sơ cấp và tổn hao sắt từ, vì I0 rất nhỏ nên bỏ qua hao tổn đồng trên dây quấn sơ cấp, do đó tổn hao không tải P0 chính là tổn hao sắt từ: P¬¬0 = ∆Pst

*.Các thông số của nhánh từ hóa:

zM= z0= U1H/Io

rM= r0= Po/Io2

xM=

Hệ số MBA K: K=w1/w2 =E1/E2 =U1H/U20

Dòng điện không tải phần trăm I0%: I0%=( Io/I1H)*100

Hệ số công suất của máy khi không tải: Cosφ= P0/(U1¬I0)= r0/ = P0/

Vì x0 >> r0 do đó Q0>>P0 nên hệ số cosφ0 rất thấp, thường = 0,1-0,3. Vì vậy không nên để MBA làm việc ở chế độ không tải hay non tải vì khi đó làm giảm hệ số cosφ0 của lưới điện.

2. Chế độ ngắn mạch: là chế độ phía thứ cấp bị nối ngắn mạch, phía sơ cấp vẫn đặt vào điện áp. Có 2 loại là ngắn mạch thí nghiệm và ngắn mạch vận hành.

a. Ngắn mạch thí nghiệm: Nối ngắn mạch dây quấn thứ cấp, đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp nhỏ sao cho dòng điện chạy trong dây sơ cấp và thứ cấp bằng dòng điện định mức thường Uk%= (5,5-15%)UH

Uk%= (Uk/U1H)*100= (U1H.zk/U1H)*100

Với MBA công suất nhỏ dùng trong phòng thí nghiệm Uk%=(3-10%)

Uk%=5,5% với MBA điện lực có U1H<= 35kV

Uk%=15% với MBA có U1H = 500kV.

Để hạ thấp điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp người ta dùng bộ điều chỉnh điện áp. Công suất đo được khi làm thí nghiệm ngắn mạch Pk ( tổn hao ngắn mạch)= tổn hao đồng trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp khi phụ tải định mức:

Pk = ∆Pđ1H + ∆Pđ2H =I1H2( r1+r2)

Tổn hao sắt từ không đáng kể vì điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp rất nhỏ nên từ thông chính ϕ khi ngắn mạch rất nhỏ nghĩa là dòng I0 rất nhỏ.

Các tông số của dây quấn sơ cấp và thứ cấp trên MBA :

zk =Uk/I1k¬

rk = r1+r2 =PkH/I1k2

xk = x1 + x2 =

b. Ngắn mạch vận hành: Trong vận hành, có nhiều nguyên nhân làm máy bị ngắn mạch như : 2 dây dẫn thứ cấp bị chập vào nhau, rơi xuống đất hoặc nối vói nhau = 1 dây dã có tổng trở rất nhỏ. Chế độ ngắn mạch vận hành của MBA có đặc điểm : Dòng điện ngắn mạch trong trường hợp đặt điện áp định mức vào dây quấn sơ cấp:

Ik = U1H/ zk =U1H/(Uk.100%/I1H).100%= I1H.100%/(Uk.100%/U1H)= I1H.100%/Uk%

Vì điện áp ngắn mạch phần trăm Uk% rất nhỏ nên dòng điện ngắn mạch Ik sẽ rất lớn, gây sự cố hư hỏng MBA. Do đó cần phải bố trí những thiết bị, rơ le bảo vệ, tự động cắt phần sự cố ra khỏi lưới điện. Thường dòng điện ngắn mạch sự cố khoảng 10- 25 lần dòng điện định mức.

3. Chế độ có tải: Chế độ làm việc có tải của MBA là chế độ trong đó dây quấn sơ cấp được nối vào nguồn điện áp định mức, dây quấn thứ cấp nối với tải. Để đánh giá mức độ tải người ta đưa ra hệ số phụ tải kpt: kpt = I2/ I2H = I1/ I1H

kpt = 1:Tải định mức

kpt <1: Máy làm việc non tải

kpt >1 :Máy làm việc quá tải.

Khi MBA làm việc có tải, điện áp thứ cấp của MBA U2 thay đỏi theo trị số và tính chất ( tải có tính chất dung hay cảm) của dòng điện tải I2. Hiệu số giữa trị số của điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải U¬2 khi điện áp sơ cấp không đổi và = điện áp định mức gọi là độ biến thiên điện áp ∆U2 của MBA:

∆U2 = U20 - U2 = U2H -U2

Hay độ biến thiên điện áp tính theo phần trăm ∆U%

∆U2% =(U2H- U2).100%/U2H =>U2 =U2H- ∆U2

Độ biến thiên điện áp ∆U2% phụ thuộc vào tải. Khi tải (thuần trở hoặc có tính chất cảm) tăng thì ∆U2% tăng, ∆U2 tăng, do đó U2 giảm. Trong thực tế muốn giữ điện áp U2 không đổi khi MBA làm việc với tải thây đổi thì phải điều chỉnh điện áp = cách thay đổi lại số vòng dây nghĩa là thay đổi hệ số MBA. Người ta thường thay đổi số vòng dây ở cuộn cao áp ( ở giũa hoặc cuối dây quấn cao áp) vì ở đó dòng điện < dòng điện ở dây quấn hạ áp , do đó thiết bị đổi nối cũng gọn hơn.

Câu 2.4 Máy biến áp 3 pha.

Lõi thép máy biến áp ba pha gồm 3 máy biến áp một pha. Lõi thép gồm ba trụ, Trên mỗi trụ quấn dây quấn so cấp và thứ cấp một pha. Các đầu dây quấn 3 pha phía điện áp cao thường ký hiệu A,B,C. các đầu cuối ký hiệu : X,Y,Z, dây quấn 3 pha phía điện áp thấp các đầu đầu và đầu cuối ký hiệu a,b,c v à x,y,z/ , dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối sao hay tam giác ,nếu dây quấn sơ cấp nối hình sao, dây quấn thứ cấp nối hình tam giác ta ký hiệu Y/∆. Nếu dây quấn sơ cấp nối hình sao, dây quấn thứ cấp nối hình sao có dây trung tính thì ký hiệu : Y/Y0

Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba giống như máy biến áp 1 pha

Khi nối dây quân sơ cấp MBA với lưới điện hình sin có điện áp u1. trong dây quấn sơ cấp có dòng điện hình sin I chạy qua sinh ra từ thông biến thiên chạy trong lõi thép và móc vòng và hai dây quấn gọi là từ thông chính (phi). Từ thông chính biến thiên cảm ứng trong dây sơ cấp và thứ cấp các suốt điện động e1 và e2. suất điện động e2 sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải điện áp u2. như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều được truyền từ dây sơ cấp sang thứ cấp

Quy định : hệ số biến áp của máy biến áp 3 pha là tỷ số giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp

Nếu dây quấn 3pha nối Y/YO thì K = Ud1 / Ud2 = √3 Up1/ √3 Up2 = W1/ W2

Nhưng nếu dây quấn Y/ ∆ thì : K = Ud1 / Ud2 = √3 Up1/ Up2 = √3W1/W2

Câu 2.5: cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số máy biến áp đặc biệt Máy biến áp tự ngẫu , biến áp đo lường , biến áp hàn:

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số máy biến áp:

A) máy biến áp tự ngẫu.

MBA tự ngẫu 1 pha gồm 1 dây quấn, quấn xung quanh lõi thép dùng điện áp cao. 1 bộ phận của dây quấn đó được dùng làm dây quấn điện áp thấp.

Nếu dây quấn có nhiều vòng dây là dây quấn sơ cấp ta có MBA hạ áp. Ngược lại thì là MBA tăng áp.

Hệ số k = U1/U2 = W1/W2

Nguyên lý làm việc: giống máy biến áp thông thường

Khi nối dây quân sơ cấp MBA với lưới điện hình sin có điện áp u1. trong dây quấn sơ cấp có dòng điện hình sin I chạy qua sinh ra từ thông biến thiên chạy trong lõi thép và móc vòng và hai dây quấn gọi là từ thông chính (phi). Từ thông chính biến thiên cảm ứng trong dây sơ cấp và thứ cấp các suốt điện động e1 và e2. suất điện động e2 sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải điện áp u2. như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều được truyền từ dây sơ cấp sang thứ cấp.

B) máy biến áp đo lường:

Gồm có máy biến áp và máy biến dòng

Máy biến áp dùng để biến đổi điện áp cao của mạng điện xuống thành điện áp thấp để đo lường bằng các dụng cụ thông thường hoặc đưa vào mạch điện của các thiết bị bảo vệ tự động.

E1/E2 = W1/W2= U1/U2

A

O

A X

a x

- Máy biến dòng điện: dùng để biến đổi các dòng rất lớn xuống dòng điện nhỏ để đo lường bằng các dụng cụ thông thường.

I2= I1 .W1/W2

A

O

A X

a x

Máy biến áp hàn : có nhiều loại và đặc tính khác nhau tùy thuộc phương pháp hàn : hàn bằng phổ quang , hàn điện,,,người ta chế tạo MBA hàn bằng hồ quang có điện kháng tản lớn và thêm cuộn kháng ở ngoài để hạn chế dòng điện hàn không vượt quá (2-3) lần dòng điện định mức

Muốn điều chỉnh dòng hàn điện thì ta điều chỉnh khe hở không khí của lõi thép của cuộn kháng để thay đổi điện kháng hoặc thay đổi số vòng dây quấn thứ cấp của MBA

Cuộn sơ cấp của MBA hàn nối với nguồn điện, cuộn thứ cấp một đầu nối với cuộn khangs và que hàn, đầu kia nối với tấm kim loại cần hàn.

2.6 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ

A) động cơ không đồng bộ 3 pha

1. Cấu tạo

Động cơ không đồng bộ có cấu tạo gồm hai phần chính là phần tĩnh (stato) và phần quay (rôto).

a) Phần tĩnh (stato): gồm lõi thép, dây quấn và vỏ máy.

+ Lõi thép stato: dùng để dẫn từ thông, được chế tạo từ các lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm, trên bề mặt có phủ sơn cách điện để giảm tổn hao do dòng điện Phucô. Các lá thép được ghép lại thành hình trụ rỗng, bên trong hình thành các rãnh để đặt dây quấn, lõi thép được ép vào vỏ máy

+ Dây quấn: gồm 3 dây quấn ,đặt trong các rãnh lõi thép, xung quanh dây quấn có bọc cách điện để ngăn cách dòng điện với lõi thép. Gồm 3 dây quấn, trụ của các dây đặt lệch nhau một góc 120o

+ Vỏ máy: gồm thân máy, nắp máy và chân đế. Vỏ máy dùng để cố định và bảo vệ mạch từ và bộ dây quấn, đồng thời là giá đỡ để rôto quay trong lòng stato. không dùng làm mạch dẫn từ. Vỏ máy thường đúc bằng gang hoặc thép (với động cơ công suất lớn). b) Phần quay (rôto): gồm lõi thép, dây quấn

+ Lõi thép: Lõi thép rôto cũng gồm các lá thép kĩ thuật điện, hai mặt có sơn cách điện rồi ghép lại, mặt ngoài hình thành các rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có lỗ để ghép trục.lõi thép được ép lên trục máy hoặc giá đỡ của roto của máy.

+ Dây quấn rôto: Dây quấn rôto của động cơ không đồng bộ 3 pha có hai kiểu: kiểu quấn dây và kiểu lồng sóc.

- Kiểu lồng sóc: còn gọi là rôto ngắn mạch :trong mỗi rãnh lõi thép đặt dây quấn là những thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài hơn lõi thép, 2 đầu của thanh dẫn được nối với hai vành bằng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch. Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi thép

- Kiểu dây quấn: còn gọi là rôto pha: ba đầu của dây quấn được nối với ba vành trượt bằng đồng gắn lên trục của roto và thông qua chổi than có thể đâu với mạch điện bên ngoài

2. Nguyên lý làm việc

. Động cơ không đồng bộ 3 pha làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

Khi nối dây quấn stato với lưới điện xoay chiều 3pha . hệ thống dòng điện xoay chiều 3 pha chạy trong dây quấn sẽ sinh ra từ trường quay , từ trường quay cắt các thanh dẫn của roto, cảm ứng trong dây quấn roto suất điện động cảm ứng e2. dây quấn roto khép kín, e2 sẽ sinh ra dòng i2 chạy trong dây quấn, chiều e2 và i2 được xác định theo quy tắc bàn tay phải, dòng i2 nằm trong từ trường quay sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ tạo thành mô men M tác dụng lên rô to làm cho nó quay với tốc độ quay của từ trường.

Tốc độ quay của rô to luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay n1, có như vậy mới có sự chuyển động tương đối giữa từ trường quay và dây quấn rô to. Do đó mới có dòng điện i2 và mô men M tác dụng lên rô to, vì tốc độ của rô to khác tốc độ của từ trường quay nên ta gọi là động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ 1 pha.

Cấu tạo:

Gồm 2 phần chính: phần tĩnh và phần quay

- phần tĩnh: gồm vỏ máy , lõi thép va dây quấn

+lõi thép: gồm nhiều lá thép kĩ thuật điện ghép cách điện lại với nhau như động cơ ba pha. Nhưng có hai loại: đối với động cơ khởi động bằng tụ thì lõi thép bằng vòng ngắn mạch, lõi thép stato không có rãnh mà có cực từ và dây quấn stato quấn xung quanh cưc từ

+ dây quấn: ở động cơ khởi động bằng tụ thì ngoài dây quấn chính còn có dây quấn phụ để mở máy. Với động khởi động bằng vòng ngắn mạch thì chỉ có 1 dây quân chính, vòng ngắn mạch đóng vai trò làm dây quấn phụ

Phần quay: có lõi thép và dây quấn, thường dùng là loại roto lồng só

nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ một pha

Khi cho dòng điện xoay chiều chạy trong dây quấn làm việc của động cơ không đồng bộ một pha, dòng điện đó sinh ra từ trường đập mạch Φ. Từ trường đập mạch đó phân tích thành hai từ trường quay có biên độ bằng nhau và bằng 1/2 biên độ của từ trường đập mạch, quay ngược chiều nhau với cùng một vận tốc góc.

Hai từ trường quay ngược chiều nhau tạo ra hai mômen điện từ Mth và Mng ngược chiều nhau, tác dụng lên rôto của động cơ. Mômen tổng tác dụng lên rôto bằng tổng của hai mômen Mth và Mng. Tại điểm tốc độ bằng không (n = 0), mômen tổng bằng không (M = 0), động cơ không tự mở máy được. Nếu quay rôto theo chiều nào thì sẽ xuất hiện mômen quay theo chiều đó, tác động làm cho rôto tiếp tục quay.

Trong thực tế, chiều quay của rôto phụ thuộc vào chiều quay của bộ phận khởi động.

2.7.Momen quay và đặc tính cơ của ĐCKĐB:

a, mômen quay của động cơ không đồng bộ

- Mối quan hệ giữa mômen quay: M= P2' = 3I2'2 r2(1-s)/s

wr wr

Wr: tốc độ góc của rôto. Wr=W1(1-s)

W1: tốc độ góc của từ trường quay

- Xác định mômen cực đại: lấy đạo hàm theo s và cho triệt tiêu(dM/ds = 0) tìm được:

Sth= r'2/căn2(r12 + (x1+x2')2 do r1 rất nhỏ =>sth=r'2 /(x1+x2)

b. Đặc tính cơ cuả động cơ không đồng bộ

Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ là đường biểu diễn mói quan hệ giữa mômen quay với tốc độ quay trên trục động cơ

*Đặc điểm: - Đặc tính cơ chia thành hai giai đoạn

+ từ 0→nth động cơ không ổn định

+ từ nth→n1 động cơ làm việc ổn định

- Với tần số và thông số của động cơ không đổi, mômen quay của động cơ tỷ lệ với bình phương điện áp

- Khi tần số và điện áp lưới đặt vào động cơ không đổi nếu thay đổi điện trở, điện kháng mắc vào dây cuốn stato đường đặc tinh của động cơ thay đổi

2.9.Nguyên lý làm việc và các phương pháp mở máy ĐCKĐB 1 pha.

a)Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ một pha.

-Khi đặt điện áp một pha vào dây quấn stato, dòng điện trong dây quấn chính sẽ sinh ra từ trường dập mạch ¢. Ta có thể phân tích từ trường dập mạch ¢ thành 2 từ trường quay ¢th, ¢ng có biên độ bằng nhau, ¢th=¢ng=¢/2 quay cùng với tốc độ góc w nhưng ngược chiều nhau.Hai từ trường quay đó sinh ra 2 momen quay Mth, Mng tác dụng lên roto ngược chiều nhau.

b)Mở máy động cơ không đồng bộ 1pha

Để động cơ 1pha tự mở máy được và quay theo 1 chiều nhất định ta có thể dùng các phương pháp:

-Dùng cuộn dây phụ mở máy.

+Cấu tạo cuộn dây phụ: Đặt lệch so với cuộn dây chính 1 góc 90o trong không gian. Dòng điện của nó lệch so với dòng điện chạy trong dây quấn chính 1 góc 90o về thời gian có thể tạo ra sự lẹch đó bằng cách nối mạch điện dây quấn phụ với 1 điện cảm hoặ thường là một điện dung.

+Khi đó dòng điện trong dây quấn phụ sẽ vượt trước điện áp lưới, làm cho góc giữa dòng điện trong dây quấn chính và dòng điện trong dây quấn phụ gần 90o.Khi mở máy cuộn dây chính và cuộn dây phụ sẽ sinh ra từ trường quay tạo Mmm ban đầu.

-Dùng vòng ngắn mạch

Lắp vào cực từ 1 vòng kín bằng khối lượng gọi là vòng ngắn mạch.Những động cơ công suất nhỏ thường dùng kiểu vòng ngắn mạch để mở máy

+Khi mở máy tù trường cuộn giây chính có một bộ phận nhỏ xuyên qua vòng ngắn mạch. Trong đó vòng ngắn mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng, nó sinh ra từ thông thứ cấp tổng hợp với từ thông ban đầu, làm cho từ thông xuyên qua vòng ngắn mạch lệch pha từ thông ngoài vòng ngắn mạch 1 góc ≈90o về không gian và thời gian

2.10: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ.

Trả lời:

Động cơ điện đồng bộ là động cơ điện xoay chiều mà tốc độ quay của roto n bằng tốc độ quay đồng bộ n¬1, có tốc độ thấp và công suất lớn.

*Cấu tạo: Gồm 2 phần chính là phần tĩnh (Stato) và phần quay (Rô to)

-Phần tĩnh: (giống phần tĩnh ĐCKĐB)

+Lõi thép: đc ép bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0.5 mm có phủ sơn cách điện ở mặt ngoài, bên trong có rãnh để đặt dây quấn 3 pha. Dọc chiều dài lõi thép stato cứ cách khoảng 3-6 cm lại có 1 rãnh thông gió ngang trục rộng 1cm. Lõi thếp Stato được đặt cố định trong thân máy

+Dây quấn phần ứng ĐCĐB 3 pha (Dây quấn stato): Gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120o điện giống ĐCKĐB và thường nối hình Y.

-Phần quay (rô to):

+Rô to kiểu cực lồi: Cực từ đặt trên lõi thép rô to đc ghép bằng những lá thép dày từ 1-1.5mm. Cực từ được cố định trên lõi thép nhờ các bu lông. Dây quấn kích thích được quấn quanh cực từ. Hai đầu dây quần kích thích đi luồn trong trục nối với 2 vành trượt đặt ở đầu trục thông qua 2 chổi than nối với nguồn điện 1 chiều. Ở các ĐCĐB có tốc độ quay dưới 1000vg/ph rô to thường là kiểu cực lồi.

+Rô to kiểu cực ẩn: làm bằng thép hợp kim chất lượng cao, đc rèn thành khối hình trụ, mặt ngoài phay thành các rãnh để đặt dây quấn kích thích. Phần ko phay rãnh của rô to hình thành mặt cực từ. Dây quấn kích thích đặt đều trên chu vi rô to và đc nối vs nguồn điện 1 chiều nhờ 2 vành trượt và chổi than. ĐCĐB có tốc độ >=1500vg/ph rô to đều chế tạo theo kiểu cực ẩn. (Số đôi cực từ 2p=2).

-Nguồn kích thích (là nguồn cung cấp dòng điện 1 chiều cho dây quấn kích thích máy điện đồng bộ): máy phát điện 1 chiều kích thích // hoặc kích thích độc lập có công suất 0.2- 3% công suất máy điện đồng bộ. Rô to máy kích thích nối đồng trục với rô to máy điện đồng bộ. Dòng điện kích thích đc dưa vào dây quấn kích thích của máy điện đồng bộ thông qua vành trượt và chổi than. Có thể dùng nguồn kích thích là máy phát điện xoay chiều kết hợp vs bộ chỉnh lưu ( có 2 loại: Máy kích thích xoay chiều có phần cảm quay, phần ứng tĩnh; Máy kích thích xoay chiều có phần cảm tĩnh và phần ứng quay)

*Nguyên lý làm việc :

Cho dòng điện 1 chiều vào dây quấn kích thích của động cơ điện đồng bộ (dây quấn rô to), phần cảm trở thành 1 nam châm điện. Nếu cho dòng điện xoay chiều hình sin 3 pha chạy vào dây quần phần ứng (dây quấn stato), giữa từ trường phần cảm và dòng điện trong dây quấn phần ứng sẽ tác động tương hỗ tạo thành mô men tác dụng lên rô to kéo nó quay.

Xét trường hợp mở máy động cơ lúc rô to còn đứng yên. Giả sử ở nửa chu ký đầu, dòng điện chạy trong dây quấn stato có chiều đi từ đầu A đến đầu cuối X của dây quấn. Dùng quy tắc bàn tay trái ta xác định được Fs tác dụng lên dây quấn phần ứng từ đó xác định đc chiều phản lực Fr tác dụng lên rô to. Ở nửa chu kỳ sau, dòng điên chạy qua dây quấn stato đổi chiều, do quán tính rô to chưa quay nhưng lực tác dụng lên rô to đổi chiều. Như vậy khi mới mở máy ĐCĐB lực tác dụng lên rô to ĐCĐB luôn đổi chiều theo sự đổi chiều của dòng điện trong dây quấn stato nên rô to không quay. Để mở máy ĐCĐB phải dùng những biện pháp đặc biệt: mở máy theo phương pháp ĐCKĐB và mở máy theo phương pháp hoà đồng bộ.

Khi động cơ đã làm việc, nếu rô to có p đôi cực từ, khi dòng điện chạy trong day quấn stato biến thiên đc 1 chu trình thì rô to phải quay đc một 1/p. Nếu tần số dòng điện xoay chiều chạy trong dây quấn stato là f thì trong 1 giây rô to phải quay đc f/p vòng, trong 1 phút quay đc n = 60f/p (vg/ph).

Tốc độ quay của động cơ bằng tốc độ quay của từ trường quay nên gọi là ĐCĐB.

ĐCĐB trong quá trình làm việc có các hao tổn: Hao tổn trên điện trở dây quấn stato ∆Pư, hao tổn sắt từ trong lõi thép ∆Pst, tổn hao kích thích ∆Pkt, tổn hao cơ ∆Pc, hao tổn phụ ∆Pph.

Hiệu suất của động cơ điện: η = P2/P1 = (P1 - ∆P)/P1 = (mUIcosφ - ∆Pư¬ - ∆Pst - ∆Pkt - ∆Pph - ∆Pc)/ mUIcosφ

2. 11: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ĐCĐ 1 chiều.

Trả lời:

*Cấu tạo: Gồm 2 phần: phần tĩnh và phần quay.

-Phần tĩnh:

+Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường chính trong máy.

+Cực từ phụ: đặt xen kẽ vs các cực từ chính tạo điều kiện cho ĐCĐ 1 chiều khi làm việc không có tia lửa điện xảy ra giữa chổi than và vành đổi chiều.

+Gông từ: vỏ máy đc dùng làm gông để nối liền các cực từ.

+Các bộ phận khác: Nắp máy (bảo vệ động cơ), chổi than.

-Phần quay:

+Lõi thép phần ứng (rô to): hình trụ, đc làm = nhưng lá thép kỹ thuật điện dày 0.5mm ghép cách điện vs nhau. Các lá thép đc dập rãnh để đặt dây quấn phần ứng.

+Dây quấn phần ứng: thường làm = dây đồng có bọc cách điện, đc cách điện vs dây quấn của lõi thép.

+Vành đổi chiều; dùng để biến đổi dòng xoay chều thành dòng 1 chiều. Đc lắp đồng trục và phía trước lõi thép phần ứng.

Ngoài ra còn có các bộ phận khác như trục, ổ trục...

Các trị số định mức của động cơ: Công suất định mức PH (W, kW), Điện áp định mức UH (V), Dòng điện định mức IH (A), tốc độ định mức nH (vg/ph), ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dòng điện kích thích...

*Nguyên lý làm việc:

Cho dòng điện 1 chiều vào dây quấn kích thích phần cảm và dây quấn phần ứng. Giữa dòng điện trong dây quấn phần ứng và từ trường phần cảm tác dụng lực tương hỗ vs nhau tạo thành mô men tác dụng lên rô to làm cho động cơ quay.

Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện 1 chiều đc chỉnh lưu thành dòng xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng. Do đó tại bất kỳ thời điểm nào lực tác dụng lên dây quấn phần ứng cũng đều theo 1 chiều làm phần ứng quay.

ĐCĐ 1 chiều biến năng lượng dòng điện 1 chiều thành cơ năng. Công suất điện đưa vào động cơ P1 = UI; Dòng điện chạy từ lưới điện vào động cơ: vs động cơ kích thích độc lập và kích thích nối tiếp thì I = Iư, vs động cơ kích thích song song và kích thích hỗn hợp thì I = Iư + Ikt

Những hao tổn trên ĐCĐ 1 chiều: Hao tổn ở mạch kích thích ∆Pkt = rmktIkt2, hao tổn trên mạch điện phần ứng ∆Pư, hao tổn sắt từ ∆Pst, hao tổn cơ ∆Pc, hao tổn phụ ∆Pph.

Hiệu suất động cơ: η = P2/(P2 + ∆Pư + ∆Pkt + ∆Pst + ∆Pc + ∆Pph)

Câu 2.12. Các phương pháp mở máy động cơ điện một chiều?

Trả lời:

Mô men mở máy của động cơ điện 1 chiều liên quan đến từ thông và dòng điện phần ứng của động cơ điện như sau:

M = KMФIư

KM - hằng số

KM= pN/2Пa

p: số đôi cực từ của động cơ

n: số thanh dẫn của dây quấn phần ứng

a : số đôi mạch nhánh song song

Ф: biên độ từ thông dưới mỗi cực từ

Iư: dòng điện phần ứng.

Suất điện động phần ứng liên quan đến tốc độ quay của động cơ và từ thông Ф:

Eư = KEnФ

KE : hằng số

KE = pn/60a

Suất điện động phần ứng và điện áp đặt vào động cơ có liên hệ với nhau:

U = Eư + Iưrư

U: điện áp đặt vào động cơ

rư: điện trở của dây quấn phần ứng

Iư = U - Eư//rư

Để mở máy động cơ điện một chiều tốt nhất phải thực hiện những yêu cầu sau:

Mở máy trực tiếp

Mở máy qua biến trở

Mở máy bằng điện áp thấp.

1.Mở máy trực tiếp

Phương pháp này thực hiện bằng cách đóng trực tiếp động cơ vào nguồn điện. Như vậy lúc rô to chưa quay dòng điện qua rô to Imm = U -Eư/rư = U/rư

Trong thực tế rư có giá trị rất nhỏ nên với điện áp bằng điện áp định mức dòng điện Iư rất lớn và bằng 5-10 lần dòng điện định mức cho nên phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ có công suất nhỏ.

2.Mở máy qua biến trở

Để giảm dòng mở máy người ta dung biến trở mở máy Rk gồm một số điện trở mắc nối tiếp nhau và đặt trên phần ứng

Iư = U - Ei/rư + Rki

i; chỉ số ứng với thứ tự các bậc của điện trở

biến trở mở máy được tính sao cho dòng điện mở máy Imm = (1,4 - 1,7)IH đối với động cơ lớn và Imm =(2-2,5)IH đối với động cơ nhỏ

số bậs Ac của điện trở mở máy và điện trở của mỗi bậc được thiết kế sao cho dòng điện cực đại và cực tiểu ở mỗi bậc đều như nhau để đảm bảo cho quá trình mở máy là tốt nhất .

3.Mở máy bằng điện áp thấp

Phương pháp này đòi hỏi phải dùng 1 nguồn điện độc lập có thể điều chỉnh được điện áp để cung cấp cho phần ứng của động cơ, trong khi đó mạch kích thích phải đặt dưới điện áp U = UH của 1 nguồn khác.

Đây là phương pháp thường dùng hơn cả trong việc mở máy các động cơ công suất lớn để ngoài ra còn kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

Câu 2.13. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện 1 chiều. Giới hạn điều chỉnh và ưu nhược điểm của từng phương pháp?

Trả lời:

1.Động cơ điện 1 chiều kích thích song song (hoặc kích thích độc lập)

a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Ф

Khi thay đổi từ thông Φ độ dốc của các đường đặc tính cơ thay đổi, từ thông càng giảm độ dốc của các đường đặc tính cơ càng giảm. Các đường đó co n0 lớn hơn n01= n0H và sẽ giao với trục tung tại những điểm có Mmm giảm dần ứng với dòng điện rất lớn Iư = U/Rư

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông được áp dụng thương đối phổ biến.

Ưu điểm: rất kinh tế vì dòng điện kích thích bằng (1-5)%IH nên tổn hao trên điện trở điều chỉnh rđc rất nhỏ, tốc độ quay có thể điều chỉnh liên tục. Khi động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa (Φ=Φmax) nên chỉ có thể điều chỉnh tốc độ theo hướng giảm Φ.Giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiều của máy.

Nhược điểm: Do điều kiện đổi chiều, các động cơ kích thích song song thông dụng hiện nay có thể điều chỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này trong giới hạn 1:2. Cũng có thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 1:5 thậm chí 1:8 nhưng phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp nên giá thành của máy tăng lên.

b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rph trên mạch điện phần ứng.

Nếu mắc thêm điện trở phụ vào mạch điện phần ứng với U= UH= const, Φ=const thì tốc độ không tải lí tưởng n0= U/kEΦ có giá trị không đổi, độ dốc của đặc tính cơ giảm đi.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch điện phần ứng chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ quay định mức và luôn kèm theo hao tổn năng lượng trên điện trỏ phụ nên hiệu suất động cơ giảm.

Ưu điểm; thường dùng ở động cơ cần trục.

Nhược điểm; chỉ áp dụng ở những động cơ có công suất nhỏ.

c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Phương pháp này chỉ áp dụng được với động cơ điện 1 chiều kích thích độc lập hoặc động cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập. Việc cung cấp điện áp cho động cơ có thể điều chỉnh được từ nguồn điện độc lập được thực hiện bằng cách ghép thành tổ máy phát-động cơ.

Tổ máy phát động cơ gồm 1 máy phát điện 1 chiều kích thích độc lập chuyên cung cấp điện cho động cơ. Điều chỉnh được điện áp của máy phát ta sẽ điều chỉnh được tốc độ động cơ

2. Động cơ điện 1 chiều kích thích nối tiếp

a. Điều chỉnh tốc độ động cơ kích thích nối tiếp bằng cách thay đổi từ thông Φ

Từ thông Φ của 1 động cơ kích thích nối tiếp có thể thay đổi bằng những biện pháp sau: Mắc thêm 1 sun điện trở song song với dây quấn kích thích, thay đổi số vòng day quấn kích thích, mắc sun điện trở song song với mạch điện phần ứng.

Biện pháp đầu và biện pháp thứ 2 làm cho Ikt giảm đi dẫn đến từ thông giảm: Φ <ΦH và tốc độ sẽ thay đổi trên vùng định mức, đường đặc tính sẽ nằm trên đườn đặc tính tự nhiên.

Nếu dùng biện pháp thứ 3 , thì điện trở toàn mạch giảm đi, dòng điện kích thích Ikt sẽ tăng, từ thông Φ tăng lên tốc độ động cơ sẽ được điều chỉnh ở dưới vùng định mức. Đặc tính cơ sẽ nằm dưới đường đặc tính cơ tự nhiên . Biện pháp thứ 3 có nhược điểm; vì Rkt có trị số nhỏ nên điện áp lưới hoàn toàn đặt lên rsư do đó hao tổn rất lớn và hiệu suất động cơ giảm đi nhiều. Mặt khác, hiệu quả của phương pháp tăng từ thông còn bị hạn chế bởi sự bão hoà của mạch từ nên phương pháp này ít được áp dụng.

b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách mắc thêm điện trở phụ vào mạch điện phần ứng.

Khi mắc thêm điện trở phụ vào mạch điện phần ứng, tốc độ động cơ chỉ điều chỉnh được dưới tốc độ định mức và kèm theo tổn hao trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ nên cũng ít dùng.

c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Phương pháp này chỉ điêu chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức vì không cho phép tăng quá điện áp định mức. Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong giao thông vận tải và được thực hiện bằng cách đổi mới song song thành nối tiếp động cơ.

3.Động cơ kích thích hỗn hợp

Động cơ kích thích hỗn hợp có cuộn kích thích chính là cuộn nối tiếp, cuộn phụ là cuộn song song. Hai cuộn kích thích này có thể nối thuận hoặc nối ngược nhau nhưng trong thực tế thường dùng kiểu nối thuận.

Tốc độ của động cơ điện 1 chiều kích thích hỗn hợp được điều chỉnh như ở trường hợp động cơ kích thích song song.

Động cơ điện 1 chiều kích thích hỗn hợp được dùng trong những nơi cần các mô men mở máy lớn, tốc độ biến đổi theo tải trong 1 vùng rộng như máy ép, máy bào, máy in..Gần đây động cơ kích thích hỗn hợp còn được dùng trong giao thông vận tải.

3.1 Các điều kiện chọn động cơ điện, phương pháp chọn động cơ điện ở chế độ làm việc dài hạn.

*Các điều kiện chọn động cơ điện:

Chọn động cơ điện bao gồm những công việc chính là chọn loại, kiểu động cơ, chọn công suất và điện áp động cơ

Chọn loại, kiểu động cơ được đúng thì động cơ sẽ có tính năng làm việc phù hợp với yêu cầu truền động của máy công tác, phù hợp với môi trường bên ngoài, làm việc cho vận hành được an toàn và ổn định

Việc chọn đúng công suất động cơ có một ý nghĩa kinh tế và kĩ thuật lớn. nếu chọn công suất động cơ bé hơn công suất phụ tải yêu cầu thì động cơ sẽ luân luôn phải làm viedcj quá tải, nhiệt độ động cơ tăng lên quá nhiệt độ phát nóng cho phép, động cơ chóng hỏng, sản xuất bị ngừng trệ. Nếu công suất động cơ quá lớn thì sẽ làm tăng vống đầu tư, giàn máy sẽ trở nên cồng kềnh đồng thời động cơ luôn làm việc non tải hiệu suất động cơ sẽ thấp, nếu là động cơ điện không đồng bộ thì hệ sống công suất của động cơ cũng sẽ thấp.

-chọn động cơ điện không thích hợp sẽ ảnh hưởng đến vốn đầu tư, phí vận hành và bảo quản mạng điện cung cấp

-để chọn công suất của động cơ được phù hợp trước hết chúng ta phải nghiên cứu các chế độ làm việc của động cơ

• Phương pháp chọn động cơ điện ở chế độ làm việc dài hạn.

-Động cơ điện điện cần lựa chọn sao chố có thể sử dụng được toàn bộ công suất động cơ, khi làm việc phải tỏa mãn 3 điều kiện:

-Kô được phát nóng quá nhiệt độ cho phép

-Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn

-Có mô men mở máy đủ lớn để thằng mô men của phụ tải khi mới khởi động

Ở chế độ dài hạn

- Động cơ làm việc với tải không đổi

Động cơ cần chọn phải có công suất định mức lớn hơn hoặc băng công suất của phụ tải: P¬¬¬HDC ≥ PC

Và có tốc độ định mức phù hơpk với tốc độ yêu cầu

Thường chọn động cơ có P¬¬¬HDC = (1:1,3) PC

Trường hợp chọn công suất của động cơ làm việc với phụ tải không đổi ta không cần kiểm tra lại theo điều kiện quá tải mà chỉ cần kiểm tra theo điều kiện mở máy xem mô men mở máy của động cơ có thắng mô men mở máy của tải không

-động cơ làm việc với phụ tải không đổi

Phương pháp tương đương

Tùy theo đồ thị phụ tải cho dưới dạng dòng điện, công suất, mô men mà có các phương pháp tính phụ tải tương đương sau:

+ Phương pháp dòng điện tương đương

Sự biến thiên của phụ tải của động cơ có thể biểu diễn qua sự biến thiên của dòng điện qua động cơ

Người ta có thế biến đổi tương đương dòng điện biến thiên bằng dòng điện không đổi với điều kiện tổn thất năng lượng do dòng điện biến thiên trong động cơ phải bằng tổn thất năng lượng do dòng điện tương đương gây ra trong động cơ trong cùng thời gian ấy. Động cơ phải được chọn sao cho IHDC≥Itđc

+Phương pháp mô men tương đương:

Nếu phụ tải biểu diễn bằng đường cong mô men trên trục động cơ thì ta chọn động cơ theo phương pháp mô men tương đương. Ta biết rằng mô men quay động cơ tỷ lệ với từ thông và dòng điện, trừ động cơ kích thích nối tiếp còn các động cơ khác đều có thể coi từ thông không đổi. Sauk hi tính được Mtđc suy ra công suất tương đương phụ tải yêu cầu trên động cơ. Ta chọn động cơ có công suất PHDC ≥ PtđC

3.2 Cấu tạo và nguyên lí làm việc của một số thiết bị đóng cắt, điều khiển và bảo vệ cho mạng điện và động cơ

* Nút ấn: Ngoài cầu dao là thiết bị đóng cắt bằng tay, còn có thiết bị khác như ntú ấn dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển có điện áp U < 500v. Các cặp tiếp điểm trong nút ấn sẽ chuyển trạng thái khi có ngoại lực tác động còn khi không có lực tác động nút ấn sẽ trở lại trạng thái cũ.

Các phần chính của nút ấn gồm nút ấn, tiếp điểm tĩnh, dây dẫn của mạch điện được nối đến các tiếp điểm này. Tiếp điểm động sẽ tiếp xúc hoặc rời khỏi tiếp điểm tĩnh khi tác động lực cơ học vào nút ấn. lò xo có tác dụng đưa tiếp điểm động về vị trí cũ sau khu thôi tác động lực cơ học. Người ta phân loại nút ấn theo các yếu tố sau:

-theo kết cấu: nút ấn đơn (có một tầng tiếp điểm)

-Theo phương thức kết nối mạch: nút ấn đơn thường mở: ở trạng thái hở mạch khi chưa có ngoại lực tác động; nút ấn đơn thường đòng: ở trạng thái đóng mạch khi chưa có ngoại lực tác động; nút ấn kép sẽ tồn tại đồng thời 2 cặp tiếp điểm ở trạng thái trên.

* Công tắc chuyển mạch: là thiết bị đóng mở mạch điện điều khiển bằng tay hoặc điều khiển qua một cơ cấu nào đó. Trạng thái của các tiếp điểm sẽ thay đổi khi có ngoại lực tác động và giữ nguyên khi bỏ lực tác động. thông thường công tắc chuyển mạch dùng để đóng ngắt mạch điện công suất nhỏ, điện áp thấp. người ta phân loại công tắc chuyển mạch: theo cơ cấu tác động và theo phương thức kết nối mạch

Sự khác nhau cơ bản giữ nút ấn và công tắc chuyển mạch ở chỗ: trạng thái của các tiếp điểm ở nút ấn sẽ thay đổi khi có ngoại lực tác động và quay trở lại trạng thái cũ khi thôi lực tác động, còn ở công tắc chuyển mạch trạng thái mới vẫn giữ nguyên khi thôi tác động

Rơ le điểu khiển và bảo vệ: là loại thiết bị dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điểu khiển sự làm việc của mạch động lực.

Các bộ phận chính của rơ le:

-cơ cấu tiếp thu:có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơ le tác động

-Cơ cấu trung gian: có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ cơ cấu tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơ le tác động

-Cơ cấu chấp hành: có nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.

Người ta phân loại rơ le theo các yếu tố sau: Theo nguyên lí làm việc, theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành, theo đặc tính tham số vào, theo cách mặc cơ cấu, theo giá trị và chiều của các đại lượng đi vào rơ le

+ rơ le nhiệt:là loại thiết bị tự động đóng, cắt tiếp điểm nhờ sự giãn nở vì nhiệt của thanh lưỡng kim dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải. rơ le nhiệt không tác động tức thời theo trị số đong điện vì cần có thời gian để phát nóng. Các loại rơ le nhiệt: một phần tử, hai phần tử, 3 phần tử. rơ le nhiệt gồm có hai bộ phần chính sau: thanh lưỡng kim gồm hai lá kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau được gắn chặt và ép sát vào nhau, phần tử đốt nóng: làm nhiệm vụ đốt nóng thanh lưỡng kim. Một số rơ le nhiệt dùng phương pháp đốt nóng trự tiếp thì không có bộ phận này mà dòng điện trực tiếp chạy qua thanh lưỡng kim. Phần tử đốt nóng được nối với mạch điện chính của thiết bị cần được bảo vệ.

Cơ cấu đóng ngắt: cơ cấu đóng ngắt nhận năng lượng từ sự giãn nở vì nhiệt của thanh lưỡng kim để đóng, ngắt tiếp điểm. hầu hết các rơ le nhiệt dùng trong điện công nghiệp đều sử dụng cơ cấu này để cách li về điện giữa tiếp điểm và thanh lưỡng kim, còn một số rơ le nhiệt dùng trong gia đình thì không sử dụng cơ cấu này và thanh lương kim gắn trực tiếp với tiếp điểm.

Khi ấn nút điểu khiển, cuộn hút của công tắc tơ có điện, đóng các tiếp điểm trên mạch động lực cấp điện cho động cơ hoạt đồng, đồng thơi tiếp điểm duy trì trên mạch điều khiển cũng đóng lại để mạch điều khiển kin mạch khi thôi tác động vào nút ấn..

Khi động cơ bị quá tải, dòng điện trong mạch tăng quá trị số định mức thì nhiệt lượng trên dây đốt nóng 1 tăng lên, nhiệt độ trên thanh lưỡng kim cũng tăng cao, do thanh lưỡng kim làm bằng hai lá kim loại có hệ số giãn nở khác nhau nên thanh lưỡng kim sẽ uốn cong, khi đó nó sẽ đẩy cần gàn sang một bên, tác động vào đòn bẩy mở tiếp điểm thường đóng, ngắt mạch điện điểu khiển, cuộn hút của công tắc tơ mất điện, các tiếp điểm mở ra, động cơ được cắt khỏi lưới điện, đảm bảo an toàn cho động cơ

rơ le điện từ: làm việc theo nguyên lí điện từ, đóng cắt mạch điện có công suất nhỏ, tần số đóng cắt lớn. tín hiệu điều khiển có thể là dòng điện hoặc điện áp dùng để bảo vệ và diểu khiển sự làm việc của động cơ điện.

-Cấu tạo của rơ le điện từ gồm

+ Lõi thép tĩnh thường được gắn cố định với thân của rơ le điện từ. với rơ le điện từ cỡ nhỏ thì lõi thép phần tĩnh là một khối thép hình trụ lồng trong cuộn dây điện từ.

+ lá thép động có gắn tiếp điểm động, ở trạng thái cuốn hút chưa có điện, lá thép phần động được tách xa khỏi lõi thép phàn tĩnh nhờ lò xo hồi vị 7.

+ dây nối của mạch điện được nối với tiếp điểm tĩnh.

+ cuộn dây điện từ được lồng vào lõi thép tĩnh có thể làm việc với dòng điện một chiều và xoay chiều.

Nguyên lí làm việc: Khi đóng điện cho cuộn hút, phần động bị hút về lõi thép phần rĩnh, lực hút này thắng lực kéo của lò xo nên phần động bị hút chặt vào lõi thép phần tĩnh tương ứng với cặp tiếp điểm phía trên ở trạng thái mở, cặp tiếp điểm phía dưới ở trạng thái đóng.

rơ le thời gian: được dùng nhiều trong các mạch điện tự động điều khiển. nó có tác dụng làm trễ quá trình đóng mở các tiếp điểm sau một khoảng thời gian đặt trước nào đấy. trong sơ đồ điểu khiển và bảo vệ rơ le thời gian dùng để giới hạn thời gian quá tải của thiết bị, tự động mở máy động cơ nhiều cấp biến trở...Bộ phận chính của rơ le thời gian và cấu trúc tác động trễ và hệ thống tiếp điểm.

Cấu tạo dựa trên nguyên tắc của đồng hồ cơ gồm các bộ phận sau: hệ thống dẫn động có thể là động cơ hoặc dây cót, bộ phận giảm tốc thường là các bánh răng, cơ cấu tác động gồm bánh cam và các tiếp điểm.

Nguyên lí làm việc: giả sử cần đặt một khoảng thời gian t nào đấy, ta vặn ním chỉnh thời gian để bánh cam quay đi một góc tương ứng. khi đó tiếp điểm ở trạng thái đóng do vấu tì của tiếp điểm động được nâng cao. Ngay lúc đó động cơ được cấp điện, thông qua các bánh răng giảm tốc, nó sẽ kéo bánh cam quay ngược chiều so với chiều động cơ với tốc độ rất chậm cho tới khi vấu tì của tiếp điểm động được tiếp xúc với vết lõm của bánh cam thì tiếp điểm được mở ra. Khoảng thời gian mà bánh cam quay từ khi ta vặn núm điều chỉnh cho đến khi vấu tì của tiếp điểm tiếp xúc với vết lõm của bánh cam chính là thời gian trễ mà ta đặt cho rơ le.

rơ le tốc độ: là loại thiết bị dùng để đóng ngắt mạch điện khi tốc độ động cơ đạt đến giá trị nào đấy. nó được dùng phổ biến trong các mạch hãm ngược hoặc khống chế hướng quay của động cơ và thường được lắm trên các trục nhận truyền động giảm tiếp từ động cơ hoặc gắn trực tiếp vào trục động cơ.

-Nguyên lí cấu tạo của rơ le tốc độ: phần cảm là nam châm vĩnh cửu, nam châm này được gắn đồng trực với trục quay của động cơ hoặc từ một trục quay nào đó nhận truyền động từ động cơ. Phần ứng là những lá thép mỏng ghép cách điện lại với nhay thành hình trụ rỗng bên trong có xẻ rãnh và đặt các thanh dẫn ngắn mạch 4 tương tự như rô to lồng sóc của động cơ không đồng bộ. phần ứng được gắn với táy gạt bằng nhựa và có thế quay tự do. Khi phần ứng quay kéo theo tay gạt tác động vào là thép đàn hồi để đóng mở các tiếp điểm theo chiều quay của phần ứng.

-Nguyên lí làm việc: khi rô to chưa quay thì thanh thép đàn hồi có xu hướng làm cho các tiếp điểm đóng lại (thanh đàn hồi bị uốn cong). Khi trục quay làm cho phần cảm quay theo chiều kim đồng hồ. từ trường của nam châm vĩnh cửu cắt các thanh dẫn, cảm ứng trung đó các suất điện động cảm ứng và sinh ra dòng điện chạy trong các thanh dẫn. thanh dẫn mang dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ tạo thành mô men làm cho phần ứng quay theo chiều kim đồng hồ. phần ứng quay sẽ kéo theo tay gạt bằng nhựa tác động vào thanh đàn hồi làm cho các tiếp điểm đóng lại.