Giáo trình Máy điện 1 (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp) - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

ĐẶNG ĐÌNH NHIÊN (Chủ biên)
NGUYỄN ĐỨC NAM – TRẦN TRẦN VĂN NAM

GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN 1
Nghề: Điện cơng nghiệp
Trình độ: Trung cấp
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội - Năm 2018


LỜI NÓI ĐẦU
Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên và tài liệu cho giáo
viên khi giảng dạy, Khoa Điện Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố
Hà Nội đã chỉnh sửa, biên soạn cuốn giáo trình “MÁY ĐIỆN 1” dành riêng cho
học sinh - sinh viên nghề Điện Công Nghiệp. Đây là môn học kỹ thuật chuyên
ngành trong chương trình đào tạo nghề Điện Cơng Nghiệp trình độ Cao đẳng.
Nhóm biên soạn đã tham khảo các tài liệu: “Máy điện 1” dùng cho sinh
viên các Trường Cao đẳng, Đại học kỹ thuật của tác giả Trần Hữu Quế và
Nguyễn Văn Tuấn năm 2006, Tài liệu “Máy điện 1” biên dịch của Trần Hữu
Quế và Nguyễn Văn Tuấn năm 2005 và nhiều tài liệu khác.
Mặc dù nhóm biên soạn đã có nhiều cố gắng nhưng khơng tránh được
những thiếu sót. Rất mong đồng nghiệp và độc giả góp ý kiến để giáo trình hồn
thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018
Chủ biên: Đặng Đình Nhiên

1


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 1
MỤC LỤC ............................................................................................................. 2
GIÁO TRINH MÔ ĐUN: MÁY ĐIỆN 1 ...................................................... 6
Bài mở đầu Khái niệm chung về máy điện ................................................. 10
1 Các định luật điện từ dùng trong máy điện .............................................. 10
2. Định nghĩa và phân loại máy điện .......................................................... 11
3 Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện............................................... 12
4 Sơ lược về các vật liệu chế tạo máy điện ................................................. 13
5 Phát nóng và làm mát máy điện ............................................................... 13
Bài 1 Máy biến áp .......................................................................................... 15
1.1 Khái niệm chung ................................................................................... 15
1.2. Các đại lượng định mức của MBA ...................................................... 15
1.3 Cấu tạo MBA ........................................................................................ 16
1.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp .................................................... 17
1.5 Mơ hình tốn và sơ đồ thay thế của MBA ............................................ 18
1.6 Các chế độ làm việc của MBA.............................................................. 20
1.7 Máy biến áp ba pha ............................................................................... 25
1.8 Sự làm việc song song của MBA .......................................................... 26
1.9 Các máy biến áp đặc biệt ...................................................................... 27
Bài 2 Quấn dây máy biến áp ........................................................................ 30
2.1 Quấn máy biến áp theo số liệu có sẵn ................................................... 30
2.2 Phương pháp tính tốn máy biến áp cảm ứng ....................................... 33
2.5 Kỹ thuật quấn dây máy biến áp ............................................................. 63
2.7 Quy trình sản xuất máy biến áp ............................................................ 70
2.8. Phương pháp nối dây biến áp: .............................................................. 72
Bài 3 Máy điện không đồng bộ .................................................................... 88

3.1 Khái niệm chung về máy điện KĐB ..................................................... 88
3.2 Từ trường của máy điện không đồng bộ ............................................... 92
2


3.3 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện KĐB.................................... 97
3.4 Mơ hình tốn và sơ đồ thay thế của động cơ KĐB ............................... 98
3.5 Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ KĐB. ............................ 99
3.6 Mô men quay của động cơ KĐB 3 pha............................................... 101
3.7 Mở máy động cơ không đồng bộ 3 pha .............................................. 102
3.8 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ......................................... 106
3.9 Động cơ không đồng bộ 1 pha ............................................................ 110
Bài 4 Vẽ sơ đồ dây quấn động cơ ............................................................... 116
4.1 Khái niệm chung về dây quấn ............................................................. 116
4.2 Phương pháp vẽ sơ đồ dây quấn stato động cơ không đồng bộ ba pha
một lớp, q là số nguyên ..................................................................................... 121
4.3. Phương pháp vẽ sơ đồ dây quấn stato động cơ không đồng bộ ba pha
một lớp, q là phân số ......................................................................................... 126
4.4 Dây quấn stato động cơ không đồng bộ một pha................................ 128
4.5 Vẽ sơ đồ trải dây quấn ........................................................................ 130
Bài 5 Tháo ráp động cơ............................................................................... 135
5.1 Trình tự tháo động cơ .......................................................................... 135
5.2 Phương pháp thay thế ổ bi, bạc đỡ động cơ ........................................ 136
5.3 Thực hành thay thế ổ bạc, ổ bi ............................................................ 142
5.4 Quấn dây quạt bàn............................................................................... 143
5.5 Quấn dây quạt trần .............................................................................. 151
5.6 Quấn dây động cơ một pha khác (Máy bơm nước, máy mài...) ......... 153
Bài 6 Tháo ráp động cơ............................................................................... 164
6.1. Ý nghĩa các kí hiệu ghi trên biển máy ............................................... 164
6.2. Cách bố trí các mối dây ra của động cơ ............................................. 164

Bài 7 Đấu dây vận hành động cơ ............................................................... 165
7.1. Đấu dây vận hành động cơ một pha ................................................... 165
7.2 Đấu dây vận hành động cơ 3 pha sáu đầu dây .................................... 166
Bài 8 Quấn dây động cơ 3 pha ................................................................... 168
3


8.1. Tháo và vệ sinh động cơ .................................................................... 168
8.2 Khảo sát và vẽ lại sơ đồ dây quấn ....................................................... 168
8.3 Thi công quấn dây ............................................................................... 172
8.3. Hiện tượng, nguyên nhân, biện pháp khắc phục ................................ 182
8.4 Động cơ có tiếng kêu khơng bình thường ........................................... 185
8.5 Động cơ bị hư hỏng cách điện ............................................................ 185
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 186
PHỤ LỤCHướng dẫn thí nghiệm .............................................................. 187
MƠ HÌNH MÁY ĐIỆN.............................................................................. 187
Chương 1 Tổng số ED-5300 ....................................................................... 188
1. Tài sản của ED-5300 ............................................................................. 188
2. Cấu hình của ED-5300 .......................................................................... 188
3. Lưu ý cho người .................................................................................... 190
Chương 2 Động cơ điện .............................................................................. 191
2.1. Nguyên tắc phát điện.......................................................................... 191
2.2. Máy phát điện DC .............................................................................. 194
2.3. Đồng bộ Máy phát điện ...................................................................... 202
Chương 3 Thực hành trong Cơ sở Máy phát điện ................................... 207
3.1. Thí nghiệm nguyên tắc của một Máy phát điện................................. 207
3.2. Thí nghiệm Single-Phase AC Máy phát điện dùng châm vĩnh viễn.. 212
3.3. Thí nghiệm DC Máy phát điện dùng châm vĩnh viễn........................ 217
3.4. Thí nghiệm DC riêng Kích thích Điện trở Sun Máy phát điện Sử dụng
Dịng Coil .......................................................................................................... 222

3.5. Thí nghiệm DC Tự Kích thích Điện trở Sun Máy phát điện Sử dụng
Dịng Coil .......................................................................................................... 229
3.6. Thí nghiệm Khơng-Load Saturation của Điện trở Sun Máy phát điện
........................................................................................................................... 235
3.7 Thí nghiệm 3 Tải Đặc điểm của DC riêng Kích thích Điện trở Sun Máy
phát điện ............................................................................................................ 239
3.8. Thí nghiệm quay kiểu trường một pha động cơ AC Điện trở Sun .... 245
4


3.9 Thí nghiệm tải Đặc tính của AC Máy phát điện ................................. 250
3.10.Nguyên tắc 3 pha Máy phát điện ...................................................... 255
3.11. Thí nghiệm quay Dịng 3 pha AC Máy phát điện ............................ 259
3.12 quay phần ứng 3 pha AC Generator.................................................. 265
3.13 Rotary Chuyển đổi ............................................................................ 270

5


GIÁO TRINH MƠ ĐUN: MÁY ĐIỆN 1
Tên mơn học: Máy điện 1
Mã số của mô đun: MĐ15
Thời gian của môn học: 180 giờ.

(LT: 45 giờ; BT: 123 giờ; KT: 12 giờ)

I.Vị trí, tính chất mơ đun:
- Vị trí:
Mơ đun này học sau các mơn học: An tồn lao động, mạch điện, mơ đun
đo lường.

- Tính chất:
Mơ đun này là mơ đun đào tạo chuyên ngành.
II. Mục tiêu của mô đun:
- Kiến thức:
+ Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại máy điện thông dụng
như: máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ và máy điện một
chiều.
- Kỹ năng:
+ Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn máy điện không đồng bộ,máy điện đồng
bộ, máy điện một chiều .
+ Quấn máy biến áp, động cơ không đồng bộ và máy điện một chiều với
các thông số kỹ thuật.
+ Kết nối mạch, vận hành máy điện.
+ Tính tốn các thơng số kỹ thuật trong máy điện.
- Năng lực tự chủ, trách nhiệm:
+ Có ý thức trong sử dụng trang thiết bị và vận hành hệ thống động cơ máy
phát có hiệu quả, tuổi thọ cao.
+ Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập.
III. Nội dung môn học:
1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:

6


Thời gian (giờ)

Số
tt

Thực

hành,
thực
tập, thí
Tổng
Lý
số thuyết nghiệm,
bài tập,

Tên các bài trong mô đun

Kiểm
tra

thảo
luận
BÀI MỞ ĐẦU. KHÁI NIỆM
CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN

4

4

10

5

1. Các định luật điện từ dùng
trong máy điện

1

2. Định nghĩa và phân loại máy
điện
3. Nguyên lý máy phát điện và
động cơ điện
4. Sơ lược về các vật liệu chế tạo
máy điện
5. Phát nóng và làm mát máy
điện
BÀI 1 . MÁY BIẾN ÁP
1. Khái niệm chung
2. Các đại lượng định mức của
MBA
3. Cấu tạo MBA

2

4. Nguyên lý làm việc của máy
biến áp
5. Mơ hình tốn và sơ đồ thay
thế của MBA
6. Các chế độ làm việc của MBA
7. Máy biến áp ba pha
8. Sự làm việc song song của MBA
9. Các máy biến áp đặc biệt
7

4

1

BÀI 2 QUẤN DÂY MÁY BIẾN
30
ÁP

5

24

1

6

8

2

I. Quấn máy biến áp theo số liệu
có sẵn
1.Phương pháp tính tốn máy
biến áp cảm ứng
3

2.Phương pháp tính tốn máy
biến áp tự ngẫu
3.Phương pháp tính toán máy
biến áp dùng cho bộ nạp ắc quy:
4.Kỹ thuật quấn dây máy biến áp
5.Các pan thông thường trong

máy biến áp
BÀI 3. MÁY ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG BỘ2

16

1.Khái niệm chung về máy điện
KĐB
2.Cấu tạo của máy điện KĐB ba
pha
3.Từ trường của máy điện không
đồng bộ
4.Nguyên lý làm việc cơ bản của
máy điện KĐB
4

5.Mơ hình tốn và sơ đồ thay thế
của động cơ KĐB
6.Biểu đồ năng lượng và hiệu
suất của động cơ KĐB.
7. Mô men quay của động cơ
KĐB 3 pha
8. Mở máy động cơ không đồng
bộ 3 pha
9. Điều chỉnh tốc độ động cơ
không đồng bộ
10. Động cơ không đồng bộ 1
pha
8

BÀI 4 VẼ SƠ ĐỒ DÂY QUẤN
ĐỘNG CƠ

30

5

23

2

40

10

28

2

30

10

18

2

18

2

1. Khái niệm chung về dây quấn
2. Những cơ sở để vẽ sơ đồ dây quấn
3. Phân loại dây quấn
5

4. Phương pháp vẽ sơ đồ dây quấn
stato động cơ không đồng bộ ba
pha một lớp, q là số nguyên
5. Phương pháp vẽ sơ đồ dây
quấn stato động cơ không đồng
bộ ba pha một lớp, q là phân số
BÀI 5 THÁO RÁP ĐỘNG CƠ
1. Trình tự tháo động cơ

6

2. Phương pháp thay thế ổ bi,
bạc đỡ động cơ
3. Thực hành thay thế ổ bạc, ổ bi
BÀI 6: THÁO RÁP ĐỘNG CƠ
1. Ý nghĩa các kí hiệu ghi trên
biển máy

7

2. Cách bố trí các mối dây ra của
động cơ
1. Quấn dây quạt bàn

rãnh stato cho trước.
2. Quấn dây quạt trần
3. Quấn dây động cơ một pha khác
(Máy bơm nước, máy mài...)
BÀI 8: QUẤN DÂY ĐỘNG CƠ
3 PHA

20

1. Tháo và vệ sinh động cơ
8

2. Khảo sát và vẽ lại sơ đồ dây quấn
3. Thi công quấn dây
5. Hiện tượng, nguyên nhân, biện
pháp khắc phục
Cộng:

180
9

45

123

12


Bài mở đầu
Khái niệm chung về máy điện

Mục tiêu
- Hiểu được nội dung các định luật điện từ dùng trong máy điện
- Vận dụng các định luật vào phân tích nguyên lý hoạt động của máy điện
1 Các định luật điện từ dùng trong máy điện
1.1 Định luật cảm ứng điện từ
* Trường hợp khi từ thông () biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn 
trong vòng dây sẽ cảm ứng một sức điện động(e) và sức điện động (e) được xác
định theo qui tắc vặn nút chai.
e = -d/ dt (công thức măcxoen)
* Trường hợp thanh dẫn chuyển động thẳng vng góc với đường sức từ
trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ừng sức điện động( e) có trị số:
e = Blv
Trong đó: B là từ cảm đo bằng T(tecla), l là chiều dài của thanh dẫn(m)
v là tốc độ của thanh dẫn (m/s)
- Chiều của sức điện động này được xác định theo qui tắc bàn tay phải.

Hình 1.1 Xác định chiều sức điện động theo qui tắc bàn tay phải

1.2 Định luật điện từ
Khi thanh dẫn mang dịng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường thì
thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng vng góc có trị số là:
Fđt = Bil
Trong đó: Fđt là lực điện từ (N) , B là từ cảm (T)
i là dòng điện (A) , l là chiều dài thanh dẫn (m)
10


- Chiều của lực điện từ được xác định theo qui tắc bàn tay trái.

Hình 1.2. Xác định lực điện từ theo qui tắc bàn tay trái

2. Định nghĩa và phân loại máy điện
2.1 Định nghĩa
- Máy điện là thiết bị điện từ có nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng
cảm ứng điện từ.
- Về cấu tạo máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây
quấn).
- Dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc ngược lại
(máy phát điện).
2.2 Phân loại
Máy điện được phân loại theo nhiều cách như phân loại theo cơng suất,
cấu tạo, dịng điện hoặc ngun lý làm việc... nhưng chủ yếu là phân loại theo
nguyên lý làm việc.
a. Máy điện tĩnh
- Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp (MBA).
- Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên
từ thông giữa các cuộn dây khơng có chuyển động tương đối.
- Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi điện năng.
b. Máy điện có phần động
- Loại máy điện này thường dùng để biến đổi năng lượng: Động cơ, máy
phát điện
11


- Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, do từ
trường và dòng điện của các cuộn dây chuyển động tương đối với nhau gây ra.
3 Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện
3.1 Nguyên lý máy phát điện (biến đổi cơ năng thành điện năng)
Khi dây dẫn vng góc với đường sức từ với vận tốc (V) thì trong dây dẫn
suất hiện 1 suất điện động cảm ứng: E = B.V.l

- Nếu mạch ngồi nối kín qua điện trở R (phụ tải) thì trong mạch có dịng
điện cảm ứng, dịng này qua dây dẫn làm suất hiện 1 lực điện từ: F =B.I.l (chiều
được xác định theo quy tắc bàn tay trái). Lực F có chiều cản trở sự chuyển động
của dây dẫn.
Như vậy để dây dẫn tiếp tục chuyển động với vận tốc v ta phải tác dụng 1
lực bằng trị số lực F nhờ 1 động cơ sơ cấp, công suất cơ do động cơ sơ cấp cung
cấp cho động cơ sơ cấp là: Pcơ = F.V = B.I.l.V = E.I = Pđiện.
Kết quả là dây dẫn chuyển động trong từ trường đã có tác dụng biến cơng
suất cơ năng của động cơ thành công suất điện năng của động cơ cung cấp cho
phụ tải.
Trong thực tế máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng,
nguồn cơ năng có thể là động cơ tuabin hơi, tuabin nước, động cơ đốt trong,
tuabin gió hoặc các nguồn cơ năng khác.
3.2 Nguyên lý động cơ điện (Biến đổi điện năng thành cơ năng)
Giả sử có dây dấn đặt trong từ trường có cảm ứng từ (B), nối dây dẫn với
nguồn điện trong dây dẫn có dịng điện I dây dẫn sẽ chịu 1 lực tác dụng. Khi đó
F = B.I.l
Chiều được xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Dưới tác dụng của lực F dây dẫn chuyển động với vận tốc (V) theo phương
của F. Khi dây dẫn chuyển động các từ trường trong dây dẫn sẽ xuất hiện suất
điện động của chúng: E = B.l .V
Chiều được xác định theo quy tắc bàn tay phải (E ngược chiều dòng điện I
được gọi là suất phản điện).
Áp dụng định luật Kiechơp ta có:
U = E + Ir.l.
 U.I = EI + I2r
P = F.V + P
 Pđ = Pcơ + P
12

Vậy đặt vào một công suất điện ta được 1 công suất cơ (biến điện năng
thành cơ năng).
Trong thực tế các động cơ điện là thiết bị biến đổi điện năng thành cơ
năng. Roto đóng vai trị là thanh dẫn đặt trong từ trường có cảm ứng từ B của
stato và quay theo chiều lực từ F tác dụng.
4 Sơ lược về các vật liệu chế tạo máy điện
4.1 Vật liệu dẫn điện
- Là vật liệu dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện.
- Vật liệu chủ yếu là đồng, nhôm, các hợp kim như đồng thau, đồng
phốtpho hoặc thép.
4.2 Vật liệu dẫn từ
- Là vật liệu dùng để chế tạo các bộ phận mạch từ.
- Vật liệu chủ yếu là sắt từ, thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc
hoặc gang.
4.3 Vật liệu cách điện
- Là vật liệu dùng để cách li các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện hoặc
cách li các bộ phận dẫn điện với nhau.
- Vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản
nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học.
- Chất cách điện chủ yếu ở thể rắn gồm 4 nhóm:
+ Chất hữu cơ thiên nhiên: giấy , vải lụa...
+ Chất vô cơ : amiăng, mica, sợi thuỷ tinh.....
+ Các chất tổng hợp và các men, sơn cách điện.
4.4 Vật liệu kết cấu
- Là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như trục, ổ
trục, võ máy và nắp máy.
- Vật liệu thường là gang, thép lá, thép rèn, kim loại màu, hợp kim hoặc
chất dẻo.
5 Phát nóng và làm mát máy điện

Trong q trình biến đổi năng lượng ln có sự tổn hao. Tổn hao trong
máy điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dịng xốy) trong thép, tổn
hao đồng trong dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay). Tất cả các tổn
hao năng lượng đều biến thành nhiệt làm cho máy điện nóng lên.
13


Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra môi trường xung
quanh. Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của máy mà
còn phụ thuộc vào sự đối lưu khơng khí xung quanh hoặc của môi trường làm
mát khác như dầu máy biến áp... Thường vỏ máy điện có các cánh tản nhiệt để
làm mát và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát.
Kích thước của máy, phương pháp làm mát phải được tính tốn và lựa
chọn để cho độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện trong máy không vượt quá độ
tăng nhiệt cho phép, đảm bảo cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài, tuổi thọ
của máy khoảng 20 năm.
Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt của các phần tử
không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép. Khi máy quá tải độ tăng nhiệt của máy
sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép, vì thế khơng cho phép máy làm việc q tải lâu
dài.

14


Bài 1
Máy biến áp
1.1 Khái niệm chung
1.1.1. Định nghĩa
- Máy biến áp (MBA) là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyện lý
cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay nhưng

vẫn giữ nguyên tần số.
Hệ thống điện đầu vào máy biến áp (trước lúc biến đổi) có: điện áp U1,
dịng điện I1, tần số f. Hệ thống điện đầu ra của máy biến áp (sau khi biến đổi)
có: điện áp U2, dịng điện I2, tần số f.
1.1.2 Cơng dụng và nhiệm vụ của MBA
- MBA đóng một vai trị rất quan trọng trong hệ thống điện.
- Dùng để truyền tải và phân phối điện năng.
MBA còn dùng để nâng cao điện áp hoặc giảm điện áp.
MBA còn được sử dụng trong các lò nung, lò hàn điện và làm nguồn cho
các thiết bị điện.
1.2. Các đại lượng định mức của MBA
1.2.1 Điện áp định mức: (U1đm; U2đm)
- U1đm là điện áp định mức qui định cho dây quấn sơ cấp.
- U2đm là điện áp định mức qui định cho dây quấn thứ cấp.
- Khi dây quấn thứ cấp hở mạch thì điện áp đặt vào sơ cấp là định mức.
- Với MBA 1 pha thì điện áp định mức là điện áp pha (Uđm = Upha), với
MBA 3 pha thì điện áp định mức là điện áp dây (Uđm = Udây),(V hoặc KV).
1.2.2 Dòng điện định mức: (I1đm; I2đm)
- Đối với MBA 1 pha thì dịng điện định mức là dịng điện pha (Iđm =
Ipha), với MBA 3 pha thì dòng điện định mức là dòng điện dây (Iđm = Idây).
- Dòng điện sơ cấp định mức là I1đm và dòng điện thứ cấp định mức là
I2đm , đơn vị đo là A.
1.2.3 Công suất định mức: (Sđm)
- Là công suất biểu kiến (tồn phần) định mức; kí hiệu: Sđm có đơn vị đo
là VA, KVA.
* Ngồi ra cịn có các đại lượng khác là tần số định mức (fđm), sơ đồ nối
dây và chế độ làm việc...
15

1.3 Cấu tạo MBA
1.3.1 Lõi thép
Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thơng chính của máy, được chế tạo từ
những vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện. Các lá thép kỹ thuật điện
có độ dày từ 0,35 - 0,5mm, hai mặt có sơn cách điện để giảm tổn hao của dịng
Fucơ và được ghép lại với nhau thành lõi thép. Tính chất lá thép kỹ thuật điện
thay đổi theo hàm lượng Sillic, nếu hàm lượng Sillic nhiều thì tổn thất năng
lượng càng ít nhưng giịn, cứng, khó gia cơng.
Lõi thép gồm hai bộ phận chính:
Trụ là nơi để đặt dây quấn
Gơng là phần khép kín mạch từ giữa các trụ
- Trụ và gơng tạo thành mạch từ khép kín.
Theo hình dáng lõi thép, máy biến áp thường chia ra làm 2 loại:
+) Kiểu trụ (hình1.1a): Gồm các lá thép UI. Trong kiểu này biến áp được
quấn thành 2 ống dây lồng vào hai trụ đứng. Để nâng cao chất lượng truyền dẫn,
cuộn sơ và cuộn thứ thường được chia làm hai nửa đặt ở hai trụ. Hai nửa của
từng cuộn dây phải được nối sao cho từ thông do chúng tạo ra trong mạch từ là
cùng chiều.
+ Kiểu bọc (hình 1.1b): Gồm các lá thép EI. Trong kiểu này cuộn sơ cấp
và thứ cấp được quấn chồng lên nhau thành một ống rồi lồng vào trụ giữa của
chữ E. Hai trụ bên có tiết diện bằng nửa trụ giữa tạo thành 2 mạch từ nhánh đối
xứng, mỗi nhánh dẫn một nửa từ thơng chính.

a) Kiểu trụ

b) Kiểu bọc

Hình 1.1- Cấu tạo máy biến áp 1 pha

16

1.3.2 Dây quấn
Thường làm bằng dây đồng hoặc nhơm, có tiết diện trịn hoặc chữ nhật,
bên ngồi dây dẫn bọc cách điện.
Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây,
giữa các dây quấn có cách điện với nhau và các dây quấn cách điện với lõi thép.
Thông thường dây quấn máy biến áp có 2 cuộn:
- Cuộn sơ cấp (W1): Là cuộn nối với nguồn.
- Cuộn thứ cấp (W2): Là cuộn nối với tải, cung cấp điện cho phụ tải.

.
Hình 1.2. Dây quấn máy biến áp

1.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Máy biến áp làm việc trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Khi nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều có điện áp U1, dịng
điện I1 chạy trong cuộn sơ cấp sẽ sinh ra trong lõi thép từ thơng biến thiên. Do
mạch từ khép kín nên từ thơng này móc vịng sang cuộn thứ cấp sinh ra sức điện
động cảm ứng E2 tỉ lệ với số vòng dây W2. Đồng thời từ thơng biến thiên đó
cũng sinh ra trong cuộn sơ cấp một sức điện động tự cảm ứng E1 tỉ lệ với số
vòng W1.
Tỷ số biến áp:

U 1 E1 W1


K
U 2 E2 W2

K: tỉ số máy biến áp
Nếu K > 1 (U1 > U2): Máy biến áp giảm áp
Nếu K < 1 (U1 < U2): máy biến áp tăng áp
17


3
2

1

4
W2

W1

U1

1.
2.
3.
4.

U2

Z

Cuộn dây sơ cấp
Cuộn dây thứ cấp
Lõi thép

Phụ tải

Hình1.3- Sơ đồ ngun lý máy biến áp

1.5 Mơ hình tốn và sơ đồ thay thế của MBA
1.5.1 Mơ hình tốn
a. Q trình điện từ trong MBA
* Theo nguyên lý làm việc của MBA thì ngồi  do dịng I1 và I2 sinh ra
thì trong MBA cịn có từ thơng tản.
- Từ thông tản không chạy trong lõi thép mà tản trong khơng khí, các vật
liệu ...
- Từ thơng tản chỉ móc vòng riêng lẽ với mỗi dây quấn :
+ Với W1 thì từ thơng tản được kí hiệu t1 : có giá trị thể hiện qua điện
cảm tản(l1) và do I1 sinh ra, có trị số: l1 = t1 / I1
+ Với W2 thì từ thơng tản được kí hiệu t2 và tương đương với t1 và
do I2 sinh ra, có trị số: l2 = t2 / I2
b. Phương trình điện áp của MBA
- Sơ cấp: U1= R1I1 + jX1I1- E1= Z1I1 - E1
- Thứ cấp:

U2= - E2 - R2I2 - jX2I2= - E1 - Z2I2

(1)
(2)

c. Phương trình sức từ động
Phương trình sức từ động thể hiện rõ quan hệ giữa I1 và I2:
I1 = I0 + I2

(3)

 Hệ 3 phương trình U1,U2, và sức từ động được gọi là mơ hình tốn của MBA.
18


1.5.2 Sơ đồ thay thế MBA
Từ mơ hình tốn của MBA ta xây dựng sơ đồ mạch, sơ đồ điện gọi là sơ
đồ thay thế để thể hiện đầy đủ q trình năng lượng của MBA.
Để đặc trưng và tính tốn các q trình năng lượng xảy ra trong máy biến
áp, người ta thay mạch điện và mạch từ của máy biến áp bằng một mạch điện
tương đương gồm các điện trở và điện kháng đặc trưng cho máy biến áp, gọi là
mạch điện thay thế máy biến áp.

Trên hình vẽ trình bày MBA mà tổn hao trong dây quấn và từ thông tản
được đặc trưng bằng điện trở R và điện cảm L mắc nối tiếp với dây quấn sơ và
thứ cấp. Để có thể nối trực tiếp mạch sơ cấp và thứ cấp với nhau thành một
mạch điện các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải có cùng một cấp điện áp. Trên
thực tế, điện áp của các dây quấn đó lại khác nhau. Vì vậy phải qui đổi một
trong hai dây quấn về dây quấn kia để cho chúng có cùng một cấp điện áp.
Muốn vậy hai dây quấn phải có số vịng dây như nhau. Thường người ta
qui đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp, nghĩa là coi dây quấn thứ cấp có số
vịng dây bằng số vịng dây của dây quấn sơ cấp. Việc qui đổi chỉ để thuận tiện
cho việc nghiên cứu và tính tốn máy biến áp, vì vậy yêu cầu của việc qui đổi là
quá trình vật lý và năng lượng xảy ra trong máy biến áp trước và sau khi qui đổi
là không đổi.
a. Qui đổi đại lượng thứ cấp qua sơ cấp
Để suy ra mạch điện thay thế ta phải qui đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn
sơ cấp (W2 = W1).
- Qui đổi sức điện động E’2 và điện áp U’2 thứ cấp.
Do W2 = W1  E’2 = E1  E’2 = kE2

Với k = W1/ W2 là hệ số qui đổi thứ cấp về sơ cấp.
Tương tự như trên thì U’2 qui đổi:

U’2 = kU2

- Qui đổi dòng điện thứ cấp I’2:

I’2 = 1/kI2
19


- Qui đổi điện trở, điện kháng, tổng trở thứ cấp(R’2, X’2, Z’2):
R’2 = k2R2 ;

X’2 = k2X2 ;

Z’2 = k2Z2

b. Sơ đồ thay thế MBA
* Thay các đại lượng qui đổi vào mơ hình tốn của MBA ta có hệ thống
các phương trình qui đổi.
* Dựa vào các phương trình qui đổi ta có thể suy ra một mạch điện tương
ứng gọi là mạch điện thay thế của MBA:

Hình 1.4: Mạch điện thay thế hình T của MBA

Hình 1.5: Mạch điện thay thế đơn giản của MBA

1.6 Các chế độ làm việc của MBA
1.6.1 Chế độ làm việc không tải

a. Phương trình và sơ đồ thay thế
Chế độ khơng tải là chế độ mà phía thứ cấp hở mạch, phía sơ cấp đặt
vào điện áp. Khi khơng tải I2 = 0; ta có U1 = I0Z0 (Z0= Zl + Zth là tổng trở
khơng tải của MBA), ta có sơ đồ thay thế:
20


Hình 1.6 . Sơ đồ thay thế MBA khi khơng tải

b. Các đặc điểm của chế độ không tải
* I khơng tải:
Từ phương trình

U0
U1= I0Z0= I0= Z 0

Mà Z0 thường rất lớn nên I không tải nhỏ bằng 2 - 10% Iđm.
* Công suất không tải.
Ở chế độ không tải cơng suất đưa ra phía thứ cấp = 0 nhưng MBA vẫn tiêu
thụ công suất tổn hao sắt từ và công suất tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp.
* Hệ số công suất không tải.
Công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng
không tải nên hệ số công suất lúc không tải thấp.
c. Thí nghiệm về khơng tải (hình 1.7)

Hình 1.7. Sơ đồ thí nghiệm khơng tải

* Để xác định hệ số MBA (k), tổn hao sắt từ P và các thông số của máy
ở chế độ không tải ta tiến hành thí nghiệm:
21

- Đặt Uđm vào W1, thứ cấp hở mạch, các dụng cụ trên sơ đồ cho ta các
thông số:
+ Oát kế chỉ công suất không tải P0 = Pst.
+ Ampe kế chỉ dịng khơng tải I0.
+Các vơn kế chỉ giá trị U1, U20.
 Hệ số biến áp (k), dòng điện không tải %, R không tải, Z không tải,
điện kháng không tải X0, hệ số công suất không tải(cos).
1.6.2 Chế độ ngắn mạch
a. Phương trình và sơ đồ thay thế
- Chế độ ngắn mạch là chế độ thứ cấp bị nối tắt lại, sơ cấp vẫn đặt vào điện áp:
Un = InZn
Sơ đồ thay thế:

Hình 1.8: Sơ đồ thay thế ở chế độ ngắn mạch

- Vì tổng trở Z’2 rất nhỏ so với Zth nên coi gần đúng có thể bỏ nhánh từ
hố, dịng In là dịng thứ cấp ngắn mạch.
- Qua sơ đồ thay thế ta xác định được:
Rn  R1 + R’2 ; là điện trở mạch MBA
Xn = X1 + X’2 ; là điện kháng ngắn mạch MBA
2
2
Zn = Rn  X n ; là tổng trở ngắn mạch MBA.

b. Đặc điểm ngắn mạch MBA
Un
* Từ phương trình Un = InZn  In = Z n

Vì tổng trở Zn nhỏ nên In thường rất lớn = 10-25 lần Iđm gây nguy
hiểm với MBA và ảnh hưởng đến tải.
22


c. Thí ngiệm ngắn mạch MBA

Hình 1.9: Thí nghiệm ngắn mạch MBA

Để xác định tổn hao trên R dây quấn và xác định các thông số sơ cấp và
thứ cấp ta tiến hành thí nghiêm ngắn mạch.
- Dây quấn W2 nối ngắn mạch, W2 nối với nguồn qua bộ điều chỉnh điện
áp, nhờ bộ điều chỉnh điện áp ta có thể thay đổi điện áp đặt vào W1 =Un sao cho
I dây quấn bằng định mức.
- Un là điện áp ngắn mạch và được tính theo % của U1đm.
Un
Un% = U 1âm 100% = 3 - 10%

Khi ngắn mạch U2 = 0 Un là điện áp rơi trên tổng trở dây quấn.
- Cơng suất đo được trong thí nghiệm ngắn mạch chính là tổn hao trong R
hai dây quấn, từ đó ta tính được các thơng số trong sơ đồ thay thế.
+ Tổng trở ngắn mạch
+ Điện trở ngắn mạch

Un
Zn = I 1âm
Pn
2
Rn = I 1âm

2
2
+ Điện kháng ngắn mạch Xn = Z n  Rn

+ Điện áp ngắn mạch phản kháng %
+ Điện áp ngắn mạch tác dụng %

X n I 1âm
UnX% = U 1âm 100% = Un%sinn.

Rn I1âm
UnR% = U1âm 100% = Un%cosn.

1.6.3 Chế độ có tải của MBA
a. Giản đồ năng lượng của MBA
* Chế độ có tải là chế độ trong W1 nối với Uđm, W2 nối với tải.
23


- Gọi công suất đưa vào MBA là P1 =U1I1cos1, một phần công suất này
2
2
bị tiêu hao trên R của dây dẫn là: Pcu1  R1 I 1 , và tổn hao trong lõi thép Pfe  Rm I 0
' '
, phần còn lạilà: Pât  E2 I 2 cos2 truyền sang phía thứ cấp.

' '2
- Một phần Pđt bù vào tổn hao trên R của W2 là: Pcu 2  R2 I 2 , phần còn lại
' '
là P đầu ra của MBA: P2  U 2 I 2 cos2 .

- Tương tự như vậy công suất phản kháng của MBA: Q1 =U1I1sin1 thì
2
một phần để tạo từ trường tản của W1: q1  X 1 I1 và từ trường trong lõi thép

q m  X m I 02

' '
và phần còn lại đưa qua thứ cấp : Qât  E 2 I 2 sin 2.

' '
Q đầu ra bằng Q2  E2 I 2 sin  2.

- Khi tải có tính điện cảm (  2 >0)  Q2  0  Q1 >0  Q được truyền từ
sơ cấp sang thứ cấp.
- Khi tải có tính điện dung (  2 < 0)  Q2  0  Q được truyền từ thứ cấp
sang sơ cấp.
* Giản đồ năng lượng của MBA.

Hình 1.10: Sơ đồ thay thế MBA

Hình 1.11 Giản đồ năng lượng MBA

b. Sự thay đổi của điện áp phía thứ cấp
* MBA có tải và có sự thay đổi ở tải gây nên sự biến thiên của U2.
- Khi U1 định mức  biến thiên của U2 là: U2 = U2đm-U2
U 2 âm  U 2
- Độ biến thiên của U2 được tính theo % là: U2% = U 2âm 100%

* Đường đặc tính ngồi:

- Đường đặc tính ngồi của MBA thể hiện quan hệ U2 = f(I2) khi
U1=Uđm và cos  = const.
24