Giáo trình Máy điện (Nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí Cao đẳng)

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

NGUYỄN VĂN SÁU (Chủ biên)
NGUYỄN THỊ YẾN– TRẦN THỊ HƯƠNG GIANG

GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN
Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hịa khơng khí
Trình độ: Cao đẳng
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội - Năm 2021


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 “Kỹ thuật máy lạnh và điều hịa
khơng khí” dành riêng cho học sinh - sinh viên nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều
hịa khơng khí. Đây là mơn học kỹ thuật chun ngành trong chương trình đào
tạo nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hịa khơng khí trình độ Cao đẳng.
Nhóm biên soạn đã tham khảo các tài liệu: “Máy điện” 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 2021
Chủ biên:

1


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 1
MỤC LỤC ............................................................................................................. 2
Bài 1 Khái niệm chung về máy điện .............................................................. 9
1.1. Định nghĩa và phân loại ......................................................................... 9
1.3. Phát nóng và làm mát máy điện ........................................................... 12
Bài 2 Máy biến áp .......................................................................................... 13
2.1. Cấu tạo và công dụng của máy biến áp................................................ 13
2.2. Các đại lượng định mức của MBA ...................................................... 15
2.3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp .................................................. 15
2.4. Các chế độ làm việc của MBA............................................................. 16
2.6. Máy biến áp ba pha ............................................................................. 22
2.7. Sự làm việc song song của MBA ......................................................... 23
2.8. Các máy biến áp đặc biệt ..................................................................... 24
2.9. Bảo dưỡng và sửa chữa máy biến áp ................................................... 26
Bài 3 Máy điện không đồng bộ .................................................................... 46
3.1. Khái niệm chung về máy điện KĐB .................................................... 46
3.3. Từ trường của máy điện không đồng bộ .............................................. 50
3.4. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện KĐB................................... 55
3.5. Mô hình tốn và sơ đồ thay thế của động cơ KĐB .............................. 56
3.6. Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ KĐB. ........................... 57
3.7. Mô men quay của động cơ KĐB 3 pha................................................ 59
3.8. Mở máy động cơ không đồng bộ 3 pha ............................................... 60
3.9. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ .......................................... 64
3.10. Động cơ không đồng bộ 1 pha ........................................................... 68
3.11. Sử dụng động cơ điện ba pha vào lưới điện một pha........................ 70

3.12. Dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha. ......................................... 74
3.13. Dây quấn động cơ không đồng bộ một pha. ...................................... 83
3.14. Bảo dưỡng và sửa chữa động cơ điện xoay chiều ............................. 88
2


Bài 4 Máy điện đồng bộ ................................................................................ 92
4.1. Định nghĩa và công dụng ..................................................................... 92
4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ.................................................................... 92
4.3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ .................................. 93
4.4. Phản ứng phần ứng của máy điện đồng bộ .......................................... 94
4.5. Các đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ .................................. 95
4.6. Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ ............................. 98
4.7. Động cơ và máy bù đồng bộ .............................................................. 103
Bài 5 Máy điện một chiều ........................................................................... 105
5.1. Đại cương về máy điện một chiều .................................................... 105
5.2. Cấu tạo của máy điện một chiều. ...................................................... 105
5.3. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện một chiều. ....................... 108
5.4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều. ....................... 110
5.5. Công suất và mô men điện tử............................................................ 111
5.6. Các máy phát điện một chiều ............................................................ 113
5.6.2. Các đặc tính cơ bản của các MFĐDC ............................................. 114
5.7. Động cơ điện một chiều .................................................................... 131
5.8. Dây quấn phần ứng máy điện một chiều. .......................................... 148
5.9. Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện một chiều ..................................... 149
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 161
PHỤ LỤC ..................................................................................................... 162
Hướng dẫn thí nghiệm MƠ HÌNH MÁY ĐIỆN ...................................... 162
Chương 1 Tổng số ED-5300 ...................................................................... 163
1. Tài sản của ED-5300 ............................................................................. 163

2. Cấu hình của ED-5300 .......................................................................... 163
3. Lưu ý cho người .................................................................................... 165
Chương 2 Động cơ điện ............................................................................. 166
2.1. Nguyên tắc phát điện.......................................................................... 166
2.2. Máy phát điện DC .............................................................................. 169
2.3. Đồng bộ Máy phát điện ...................................................................... 177
3


Chương 3 Thực hành trong Cơ sở Máy phát điện .................................. 182
3.1. Thí nghiệm nguyên tắc của một Máy phát điện................................. 182
3.2. Thí nghiệm Single-Phase AC Máy phát điện dùng châm vĩnh viễn.. 186
3.3. Thí nghiệm DC Máy phát điện dùng châm vĩnh viễn........................ 191
3.4. Thí nghiệm DC riêng Kích thích Điện trở Sun Máy phát điện Sử dụng
Dịng Coil .......................................................................................................... 196
3.5. Thí nghiệm DC Tự Kích thích Điện trở Sun Máy phát điện Sử dụng
Dịng Coil .......................................................................................................... 202
3.6. Thí nghiệm Không-Load Saturation của Điện trở Sun Máy phát điện
........................................................................................................................... 207
3.7 Thí nghiệm 3 Tải Đặc điểm của DC riêng Kích thích Điện trở Sun Máy
phát điện ............................................................................................................ 211
3.8. Thí nghiệm quay kiểu trường một pha động cơ AC Điện trở Sun .... 216
3.9 Thí nghiệm tải Đặc tính của AC Máy phát điện ................................. 221
3.10.Nguyên tắc 3 pha Máy phát điện ...................................................... 226
3.11. Thí nghiệm quay Dịng 3 pha AC Máy phát điện ............................ 230
3.12 quay phần ứng 3 pha AC Generator.................................................. 236
3.13 Rotary Chuyển đổi ............................................................................ 241

4

GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: MÁY ĐIỆN
Mã mơn học: MH 13
Thời gian mô đun: 45 giờ (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm,
thảo luận, bài tập: 12 giờ; kiểm tra: 03 giờ)
I. Vị trí, tính chất của mơ đun:
- Vị trí: Mơn học này học sau các mơn học An tồn lao động, mơ đun Đo
lường điện lạnh, cơ sở kỹ thuật nhiệt – lạnh và ĐHKK và một số mơ đun khác…
- Tính chất: Là mơn học cơ sở , thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc.
II. Mục tiêu mơn học:
- Về kiến thức:
Phân tích được cấu tạo, nguyên lý của các loại máy điện thông dụng như:
máy biến áp, động cơ, máy phát điện.
- Về kỹ năng:
+ Vận hành được các loại máy điện thông dụng
+ Kiểm tra, bảo dưỡng được các hư hỏng ở phần điện và phần cơ của các
loại máy điện.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và tư duy khoa học trong công
việc.
III. Nội dung môn học:
1. Nội dung tổng quát và phân bố thời gian :
SốTT
1

2

Tên các bài trong môn học
Bài 1: Khái niệm chung về máy điện

Thời gian
Tsố

LT

2

2

1.1. Định nghĩa và phân loại

0.5

1.2. Tính thuận nghịch của máy điện

1

1.3. Phát nóng và làm mát của MĐ

0.5

Bài 2: Máy biến áp

10

2.1. Cấu tạo và công dụng của máy
biến áp
5

7
0.5

BT

KT

2

1


3

2.2. Các đại lượng định mức

0.5

2.3. Nguyên lý làm việc của máy biến
áp

0.5

2.4. Các chế độ làm việc của máy biến
áp

0.5

2.5. Tổn hao năng lượng và hiệu suất
của máy biến áp

1

2.6. Máy biến áp ba pha

1

2.7. Đấu song song các máy biến áp

1

2.8. Các máy biến áp đặc biệt

1

2.9. Bảo dưỡng và sửa chữa các máy
biến áp

1

1.5

1

8

4

1

Bài 3: Máy điện không đồng bộ

13

3.1. Khái niệm chung về máy điện
không đồng bộ

0.5

3.2. Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba
pha

0.5

3.3. Từ trường của máy điện không
đồng bộ

0.5

3.4. Nguyên lý làm việc cơ bản của
máy điện khơng đồng bộ

0.5

3.5. Mơ hình tốn của động cơ không
đồng bộ

0.5

3.6. Sơ đồ thay thế động cơ điện không

đồng bộ

0.5

3.7. Biểu đồ năng lượng và hiệu suất
của động cơ không đồng bộ

0.5

3.8. Momen quay của động cơ không
đồng bộ ba pha

0.5

3.9. Mở máy động cơ không đồng bộ
ba pha.

0.5

3.10. Điều chỉnh tốc độ động cơ không
đồng bộ

0.5

6

0.5

1

1


4

3.11. Động cơ không đồng bộ một pha

0.5

1

3.12. Sử dụng động cơ điện ba pha vào
lưới điện một pha

0.5

1

3.13. Dây quấn động cơ không đồng bộ
ba pha

1

1

3.14. Dây quấn động cơ không đồng bộ
một pha

1

Bài 4: Máy điện đồng bộ

10

7

1
3

4.1. Định nghĩa và công dụng

0.5

4.2. Cấu tạo của máy điện đồng bộ

1

4.3. Nguyên lý làm việc của máy phát
điện đồng bộ

1.5

4.4. Phản ứng phần ứng trong máy phát
điện đồng bộ

1

4.5. Các đường đặc tính của máy phát
điện đồng bộ

1.5

1

4.6. Sự làm việc song song của máy
phát điện đồng bộ

1

1

4.7. Động cơ và máy bù đồng bộ

1

5 Bài 5: Máy điện một chiều

10

6

5.1. Đại cương về máy điện một chiều

0.5

5.2. Cấu tạo của máy điện một chiều

0.5

5.3. Nguyên lý làm việc của máy điện

một chiều

0.5

5.4. Từ trường và sức điện động của
máy điện một chiều

0.5

5.5. Công suất và mônmen điện từ của
máy điện một chiều

0.5

5.6. Tia lử điện trên cổ góp và biện
pháp khắc phục

0.5

5.7. Máy phát điện một chiều

0.5

7

1

3

1

1


5.8. Động cơ điện một chiều

0.5

5.9. Dây quấn phần ứng máy điện một
chiều

1

5.10. Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện
một chiều

1

1

1

45

12

3

Tổng

60

8

1


Bài 1
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
1.1. Định nghĩa và phân loại
1.1.1. 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).
1.1.2. Phân loại
Máy điện được phân loại theo nhiều cách như phân loại theo công suất,
cấu tạo, dòng điện hoặc nguyên 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
- 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.
1.2. Tính thuận nghịch của máy điện
Nguyên lý làm việc của các máy điện dựa trên cơ sở định luật cảm ứng
điện từ. Sự biến đổi năng lượng trong máy điện được thực hiện thông qua từ
trường. Để tạo được từ trường mạch và tập trung người ta dùng vật liệu sắt từ để
làm mạch từ.
9


Ở các máy biến áp mạch từ là một lõi thép đứng yên, còn trong các máy
điện quay mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: một quay và một đứng yên và
cách nhau một khe hở. Theo tính chất thuận nghịch của định luật cảm ứng điện
từ máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện.

Hình 1.1. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của máy phát điện

Đưa cơ năng vào phần quay của MĐ nó sẽ làm việc ở chế độ máy phát:
Máy gồm một khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây
và phiến góp được quay quanh trục của nó với vận tốc khơng đổi trong từ trường
của hai cực nam châm vĩnh cửu. Theo định luật cảm ứng điện từ trong thanh dẫn
sẽ cảm ứng lên sức điện động: e = B.l.v (V). (1-11)
Trong đó:
B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua (T).
L: Chiều dài của thanh dẫn trong từ trường (m).
V: Tốc độ dài của thanh dẫn (m/s).
Nếu mạch ngồi khép kín qua tải thì sức điện động trong khung dây sẽ
sinh ra ở mạch ngồi một dịng điện chạy từ A đến B. Máy làm việc ở chế độ

máy phát điện biến cơ năng thành điện năng.
Máy làm việc ở chế độ động cơ điện:
Nếu ta cho dòng điện một chiều đi vào khung dây vào chổi than A và ra ở
B. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F = B.i.l tác dụng lên cạnh
khung dây. Chiều của lực điện từ được xác định bằng qui tắc bàn tay trái, các
lực F tạo thành mô men quay rotor với vận tốc v. Khi rotor quay cắt các đường
sức từ sinh ra sức điện động E có chiều ngược với chiều dòng điện, máy đã biến
điện năng thành cơ năng.
10


Hình 1.2. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của động cơ

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây
tải điện, nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và hộ tiêu thụ lớn thì một vấn
đề đặt ra cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh
tế hơn.
Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây nếu điện áp
được tăng cao thì dịng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống. Như vậy có thể
làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí sẽ giảm xuống đồng thời
tổn hao năng lượng cũng giảm xuống. Do đó phải có thiết bị để tăng điện áp ở
đầu đường dây lên và giảm điện áp ở các hộ tiêu thụ. Và các thiết bị như vậy
được gọi là máy biến áp.
Trong bài số 2 này sẽ cung cấp cho người học các kiến thức cơ bản nhất về
máy biến áp. Qua đó sẽ giúp chúng ta có khả năng:
- Mơ tả cấu tạo, phân tích ngun lý làm việc của máy biến áp một pha và
ba pha
- Xác định cực tính và đấu dây vận hành máy biến áp một pha, ba pha
đúng kỹ thuật
- Đấu máy biến áp vận hành song song các máy biến áp

- Tính tốn các thông số của máy biến áp ở trạng thái: khơng tải, có tải,
ngắn mạch
- Quấn máy biến áp một pha theo các thông số kỹ thuật
- Chọn lựa máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng
- Bảo dưỡng và sửa chữa máy biến áp theo yêu cầu
11


1.3. 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.
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 không cho phép máy làm việc quá
tải lâu dài.

12

Bài 2
Máy biến áp
2.1. Cấu tạo và công dụng của máy biến áp
2.1.1. Cấu tạo MBA
a. 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 (hình2.1a): 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 2.1b): 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 2.1. Cấu tạo máy biến áp 1 pha

13


b. 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 2.2. Dây quấn máy biến áp

- 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.
2.1.2 Cơng dụng và nhiệm vụ của MBA
- MBA đóng một vai trò 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.
14

2.2. Các đại lượng định mức của MBA
2.2.1 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).
2.2.2 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 dịng 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.
2.2.3 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...
2.3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Máy biến áp làm việc trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
3
2

1

4

U1

W2

W1

1.
2.
3.
4.

Cuộn dây sơ cấp
Cuộn dây thứ cấp
Lõi thép
Phụ tải

Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý máy biến áp

15

U2

Z


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 thông 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
2.4. Các chế độ làm việc của MBA
2.4.1 Chế độ làm việc khơng 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
không tải của MBA), ta có sơ đồ thay thế:

Hình 2.4. Sơ đồ thay thế MBA khi không tải

b. Các đặc điểm của chế độ khơng 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.
16

* Công suất không tải.
Ở chế độ không tải công 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 2.5)

Hình 2.5. 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 khơng tải ta tiến hành thí nghiệm:
- 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).
2.4.2 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.
- 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.

17


' '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 2.6. Sơ đồ thay thế MBA

Hình 2.7. 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.
- Từ đồ thị ta thấy khi tải dung tăng  U2 tăng, khi tải cảm tăng  U2 giảm.
- Để điều chỉnh được U2 đạt giá trị mong muốn ta thay đổi số vòng đay
trong khoảng 5% .
18


U
2

U

2.4.3. 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 2.8. 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.
19


c. Thí ngiệm ngắn mạch MBA

Hình 2.9. 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 %
Un%sinn.
+ Điện áp ngắn mạch tác dụng %

X n I 1âm
UnX% = U 1âm 100% =

Rn I 1âm
UnR% = U1âm 100% = Un%cosn.

2.5. Tổn hao và hiệu suất máy biến áp.
Khi máy biến áp làm việc có các tổn hao sau:
- Tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp gọi là tổn hao đồng Pđ.
Tổn hao đồng phụ thuộc vào dòng điện tải.

20


Pd  I 12 R1  I 22 R2  I 12 ( R1  R' 2 )  I 12 Rn  k t2 I 12dm Rn

(2-55)

Pđ = kt2Pn

(2-56)

Trong đó Pn là cơng suất đo được trong thí nghiệm ngắn mạch.
- Tổn hao sắt từ Pst trong lõi thép, do dịng điện xốy và từ trễ gây ra. Tổn
hao sắt từ không phụ thuộc tải mà phụ thuộc vào từ thơng chính, nghĩa là phụ thuộc
vào điện áp. Tổn hao sắt từ bằng cơng suất đo được khí thí nghiệm không tải.
Pst = P0

(2-57)

Hiệu suất máy biến áp là:
P2
=P =
1

P2
ktSđmcost
=
P2+Pst+Pđ ktSđmcost + P0 + kt2Pn

(2-58)

Trong đó P2 là cơng suất tác dụng ở đầu ra (tải tiêu thụ)
P2 = S2cost = ktSđmcost
kt = I

I2
2đm

S2
S

đm

Nếu cost không đổi, hiệu suất cực đại khi:
n
=0
kt
Sau khi tính, ta có hiệu suất cực đại khi tổn hao đồng bằng tổn hao sắt từ
k tPn = P0.
2

Hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại là:
kt =

P0
Pn

(2-59)

Đối với máy biến áp công suất trung bình và lớn, hiệu suất cực đại khi hệ

số tải kt = 0,5  0,7.
Đường đặc tính hiệu suất vẽ trên hình 2.10

Hình 2.10. đặc tính hiệu suất

21


2.6. Máy biến áp ba pha
Để biến đổi điện áp của hệ thống dịng điện 3 pha, ta có thể dùng 3 máy
biến áp một pha hình 2.12 a hoặc dùng máy biến áp 3 pha (Hình 2.11 a).
Về cấu tạo lõi thép của máy biến áp 3 pha gồm 3 trụ (Hình 2.12). Dây
quấn sơ cấp ký hiệu bằng chữ cái in hoa. Pha A ký hiệu là AX, pha B ký hiệu là
BY, pha C ký hiệu là CZ. Dây quấn thứ cấp ký hiệu bằng chữ thường: pha a là
ax, pha b là by, pha c là cz. Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối 2 hình sao
hoặc hình tam giác. Nếu sơ cấp nối hình tam giác, thứ cấp nối hình sao có dây
trung tính ta ký hiệu là Y/YN

Hình 2.11. MBA ba pha

Gọi số vòng dây pha một pha sơ cấp là w1 , số vòng dây một pha thứ
cấp là w2 , tỷ số điện áp pha giữa sơ cấp và thứ cấp sẽ là:
U p1
U p2



w1
w2

Tỷ số điện áp không những chỉ phụ thuộc vào tỷ số vòng dây mà cịn phụ
thuộc vào cách nối hình sao hay tam giác.

Hình 2.12. Lõi thép MBA 3 pha

22


Hình 2.13. Máy biến áp 3 pha 2 dây quấn

2.7. Sự làm việc song song của MBA
2.7.1. Điều kiện làm việc song song của MBA
* Trong hệ thống điện, trong các lưới điện các MBA làm việc song song
và để làm việc được phải thuộc vào các điều kiện:
- Uđm sơ cấp và thứ cấp phải bằng nhau tương ứng nghĩa là tỷ số biến đổi
của MBA phải bằng nhau.
- Các MBA phải có cùng tổ nối dây nghĩa là điện áp thứ cấp của các máy
trùng trùng pha nhau.
- Điện áp các mạch của các máy phải bằng nhau.
2.7.2. Sơ đồ đấu dây làm việc song song của MBA
Hình 2.14 vẽ 2 MBA 3 pha làm việc song song.
Dòng điện máy II do nhỏ hơn định mức, vậy máy II đang non tải, trong
khi máy I đã định mức. Nếu máy II tải định mức thì máy I sẽ quá tải. Trong thực
tế cho phép điện áp ngắn mạch của các máy sai khác 10%.

Hình 2.14. MBA làm việc song song

23

2.8. Các máy biến áp đặc biệt
2.8.1. MBA ba dây quấn
a. Khái niệm
MBA ba dây quấn có 1 dây quấn W1 và 2 W2 dùng để cung cấp điện
cho các lưới có điện áp khác nhau, tương ứng các tỷ số biến đổi.

Hình 2.15: MBA hai dây quấn

* Ưu điểm:
- Là nâng cao được tiêu chuẩn kinh tế và kỹ thuật của trạm BA.
- MBA ba dây quấn được chế tạo theo kiểu MBA ba pha hoặc máy BA ba
trụ với các tổ nối dây Y0/ Y0/ 12-11; Y0/  / 11-11.
- Dây quấn sơ cấp có cơng suất bao nhiêu thì cơng suất của MBA ba dây
quấn bấy nhiêu (công suất lớn nhất).
b. Độ thay đổi điện áp
- Cũng như MBA 2 dây quấn thì U đầu ra của MBA 3 dây quấn biến thiên
theo trị số và tính chất của các dòng điện tải I2, I3
- Khi thay đổi tải của W2 thì sẽ ảnh hưởng đến cả U của W2 kia do U rơi
I1Z1 trong W1 thay đổi
2.8.2 MBA tự ngẫu
a. Khái niệm
- MBA tự ngẫu là: MBA trong đó một bộ phận của dây quấn đồng thời
thuộc cả hai dây quấn W1 và W2.
- Trong MBA tự ngẫu giữa W1 và W2 ngoài sự liên hệ về từ cịn có sự liên
hệ trực tiếp về điện.
- Cũng như MBA thơng thường thì MBA tự ngẫu cũng có loạ tăng áp,
giảm áp và loại 1 pha, 3 pha.
24