Giáo trình Máy điện (Nghề Điện công nghiệp, Điện dân dụng Cao đẳng)

BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: MÁY ĐIỆN
NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP, ĐIỆN DÂN DỤNG
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo quyết định số: …. /QĐ … ngày … tháng … năm …
của Hiệu trưởng

Quảng Ninh, năm 2021


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình (bài giảng) nên các nguồn thơng tin có
thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và
tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình Máy điện là một trong những mơn học chun ngành được biên soạn
dựa trên chương trình khung và chương trình chi tiết của trường Cao Đẳng nghề Xây
dựng ban hành năm 2021 dành cho hệ Cao Đẳng Nghề Điện cơng nghiệp.
Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được
xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất.
Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm giảng dạy, tham khảo đồng
nghiệp và tham khảo ở nhiều giáo trình hiện có để phù hợp với nội dung chương trình
đào tạo của nhà trường và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết được biên
soạn gắn với nhu cầu thực tế.

Giáo trình này gồm chương:
Chương 1: Máy điện
Chương 2: Thiết bị điện
Giáo trình cũng là tài liệu giảng dạy và tham khảo tốt cho các ngành thuộc lĩnh vực
điện dân dụng, điện tử công nghiệp, điện tử, cơ khí và cán bộ vận hành sửa chữa máy
điện.
Mặc dù nhóm tác giả đã có nhiều cố gắng, song thiếu sót là khó tránh. Rất mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ giáo và bạn đọc để giáo trình được hồn
thiện hơn!
Mọi đóng góp xin gửi về Khoa Điện – Điện tử Trường Cao đẳng nghề Xây dựng
theo hòm thư:
Quảng Ninh, ngày

tháng

năm 2021

Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: ThS. Vũ Thị Thơ
2. Tham gia:


MỤC LỤC
Trang
LỜI GIỚI THIỆU ....................................................................................................................... 3
I. Vị trí, tính chất của môn học ............................................................................................... 6
II. Mục tiêu môn học .............................................................................................................. 6
III. Nội dung môn học ............................................................................................................ 6
CHƯƠNG 1: MÁY ĐIỆN .......................................................................................................... 7
2.1. Máy biến áp ..................................................................................................................... 7

2.1.1 Khái niệm chung....................................................................................................... 7
2.1.2. Máy biến áp một pha ……………………………………………………………..12
2.1.3. Máy biến áp ba pha................................................................................................ 14
2.1.4. Máy biến áp đặc biệt......................................................................................... ......18
2.2. Máy điện một chiều ....................................................................................................... 21
2.2.1. Khái niệm ............................................................................................................... 21
2.2.2. Cấu tạo .................................................................................................................... 22
2.2.3. Nguyên lý làm việc ................................................................................................. 24
2.2.4. Phân loại máy phát điện một .................................................................................. 21
2. 3. Động cơ điện xoay chiều KĐB ba pha ......................................................................... 26
2.3.1. Cấu tạo .................................................................................................................... 26
2.3.2. Nguyên lý làm việc ................................................................................................. 28
2.3.3. Khởi động, đảo chiều quay động cơ ....................................................................... 32
2. 3.4. Phương pháp đấu dây ............................................................................................. 35
2.3.5. Thông số kỹ thuật ................................................................................................... 36
2.3.6. Ưu, nhược điểm ...................................................................................................... 39
2.4. Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ một pha ....................................................... 39
2.4.1. Từ trường động cơ điện xoay chiều KĐB 1 pha .................................................... 39
2.4.2 Động cơ điện xoay chiều khơng đồng bộ một pha có cuộn phụ và tụ điện ............. 40
2.4.3. Nguyên tắc đảo chiều quay động cơ 1 pha có cuộn phụ ......................................... 42
2.4.4. Thông số kỹ thuật ................................................................................................... 43
2.4.5. Ưu, nhược điểm ...................................................................................................... 43
2.5. Máy phát điện xoay chiều đồng bộ một pha. ................................................................. 43
2.5.1. Cấu tạo .................................................................................................................... 43
2.5.2. Nguyên lý làm việc ................................................................................................. 47
2.5.3. Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ 1 pha ...................................................... 48
2.5.4. Thông số kỹ thuật ................................................................................................... 49
2.6.Động cơ vạn năng ............................................................................................................ 49
2.6.1. Khái niệm chung..................................................................................................... 49
2.6.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc ................................................................................... 49

2.6.3. Một số động cơ vạn năng thông dụng …… ……………………………………. 51
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 ......................................................................................... 59
CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐIỆN ................................................................................................. 60
2.1. Thiết bị chiếu sáng......................................................................................................... 60
2.1.1 Đèn sợi đốt............................................................................................................... 60
2.1.2. Đèn huỳnh quang .................................................................................................... 62
2.1.3. Đèn Com pac .......................................................................................................... 64
2.1.4. Đèn cao áp thủy ngân ............................................................................................. 65
2.2. Thiết bị gia nhiệt gia dụng ............................................................................................. 67
2.2.1.Bàn là ....................................................................................................................... 67
2.2.2. Bếp điện .................................................................................................................. 69
2.2.3. Nồi cơm điện .......................................................................................................... 70
2.2.4. Lò vi sóng ............................................................................................................... 72


2. 3. Thiết bị lạnh gia dụng .................................................................................................... 73
2.3.1. Máy điều hịa .......................................................................................................... 73
2.3.2. Tủ lạnh .................... ………………………………………………………………77
CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG 2 .........................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 85


Tên mơn học: Máy điện

GIÁO TRÌNH MƠN HỌC MÁY ĐIỆN

Mã môn học: MH 13
Thời gian thực hiện môn học: 40 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Bài tập, thảo luận: 07 giờ;
Kiểm tra: 03 giờ)
I. Vị trí, tính chất của mơn học

- Vị trí: Mơn học được bố trí giảng dạy sau khi học các môn học, mô đun cơ sở học
song song với mô đun: Trang bị điện, Lắp đặt hệ thống cấp điện.
- Tính chất: Là mơn học chun môn của nghề.
II. Mục tiêu môn học
- Về kiến thức:
+ Trình bày được cơng dụng, phân loại, cấu tạo, ngun lý làm việc của máy biến
áp, máy điện 1 chiều, động cơ điện xoay chiều KĐB 1 pha, 3 pha, máy phát điện, động
cơ điện vạn năng và một số đèn chiếu sáng, thiết bị điện, điện lạnh.
+ Phân tích được các nguyên tắc mở máy, đảo chiều quay động cơ điện.

- Về kỹ năng:
+ Vẽ được các sơ đò đấu dây động cơ, mạch mở máy, mạch đảo chiều quay động
cơ xoay chiều KĐB 1 pha, ba pha và các loại thiết bị điện dân dụng sử dụng động cơ điện
xoay chiều 1 pha.
+ Nhận biết được các thành phần cấu tạo của một số đèn chiếu sáng, thiết bị điện,
điện lạnh.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Nghiêm túc trong học tập và ghi chép bài đầy đủ;
+ Vận dụng được kiến thức lý thuyết vào các bài tập thực hành đảm bảo yêu cầu
kỹ thuật..
III. Nội dung môn học


CHƯƠNG 1: MÁY ĐIỆN
1. Mục tiêu:
- Kiến thức:
+ Trình bày được công dụng, phân loại, cấu tạo, nguyên lý làm việc của các loại
máy biến áp, máy điện một chiều, máy điện xoay chiều KĐB 1 pha, 3 pha; động cơ điện
vạn năng.
+ Phân tích được các đại lượng định mức, chế độ làm việc của các loại máy biến

áp, thông số của máy điện một chiều, máy điện xoay chiều KĐB 1 pha, 3 pha; động cơ điện vạn

năng.

Mô tả cấu tạo, phân tích nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha và ba pha.
- Kỹ năng:
+ Nhận biết được các loại máy biến áp.
+ Nhận biết được các loại máy điện một chiều.
+ Nhận biết được các loại máy điện xoay chiều KĐB 1 pha, 3 pha.
+ Nhận biết được các loại động cơ điện vạn năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Chủ động trong quá trình học tập và rèn luyện.
+ Rèn luyện được phương pháp học tư duy và nghiêm túc trong cơng việc.
+ Phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập.
2. Nội dung:
2.1. Máy biến áp
2.1.1. Khái niệm chung
a,. Khái niệm, công dụng, phân loại
- Khái niệm:
Để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp
hoặc ngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao người ta dùng máy biến áp.
Máy biến áp dùng để tăng điện áp từ thấp lên cao gọi là máy biến áp tăng áp và
máy biến áp dùng để hạ điện áp từ cao xuống thấp gọi là máy biến áp giảm áp trong hệ
thống dòng điện xoay chiều, thiết bị dùng để biến đổi tăng hoặc giảm điện áp gọi là máy
biến áp.
- Công dụng của máy biến áp
Máy biến áp có vai trị quan trọng trong hệ thống điện. Nó là một khâu quan trọng
dùng để truyền tải và phân phối điện năng như (Hình 1-1).

Hình 1.1: Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản.

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, một vấn đề rất lớn đặt ra và
cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất.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 dây dẫn sẽ giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải cơng suất lớn đi
xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao,
thường là 35, 110, 220 và 500kV. Trên thực tế, các máy phát điện ít có khả năng phát ra
những điện áp cao như vậy, thường chỉ từ 3 đến 21kV, do đó phải có thiết bị để tăng điện
áp ở đầu đường đây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0,4 đến
6kV, do đó tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dùng để tăng điện
áp ở đầu ra của máy phát điện, tức ở đầu đường dây dẫn điện và giảm điện áp khi tới các
hộ tiêu thụ, tức là ở cuối đường dây dẫn điện gọi là “máy biến áp ”. Thực ra trong hệ
thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ
tiêu thụ một cách hợp lý, thường phải qua ba bốn, bốn lần tăng và giảm điện áp như vậy.
Do đó tổng cơng suất của các nhà máy biến áp trong hệ thống điện điện lực thường gấp
ba, bốn lần công suất của trạm phát điện. Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện
lực gọi là máy biến áp điện lực hay máy biến áp cơng suất. Từ đó ta cũng thấy rõ, máy
biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ khơng chuyển hố
năng lượng.
Ngồi máy biến áp điện lực ra cịn có nhiều loại máy biến áp dùng trong các nghành
chuyên môn như: Máy biến áp chuyên dùng cho các lò điện luyện kim, máy biến áp hàn
điện, máy biến áp dùng cho các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp dùng cho đo lường thí
nghiệm…
- Phân loại máy biến áp:
 Phân loại theo công dụng:
- Máy biến áp điện lực:

Máy biến áp cảm ứng
Máy biến áp tự ngẫu

MBA có tỷ số cố định
MBA có tỷ số biến đổi

- Máy biến áp đo lường:

Máy biến điện áp
Máy biến dòng điện

- Máy biến áp hàn


 Phân loại theo số pha:

- Máy biến áp 1 pha
- Máy biến áp 3 pha

 Phân loại theo điện áp:

- Máy biến áp tăng áp
- Máy biến áp giảm áp

 Phân loại theo lõi thép:

- Máy biến áp có lõi thép
- Máy biến áp lõi thép khơng khí

 Phân loại theo phương pháp làm mát:

- Máy biến áp kiểu khô:
- Máy biến áp kiểu dầu:
- Máy biến áp dầu tuần hồn cưỡng bức
- Máy biến áp kiểu thơng gió mạnh:
b, Các đại lượng định mức của máy biến áp
- Công suất định mức ( Dung lượng định mức): Sđm( VA, KVA)
Là cơng suất tồn phần đưa ra ở phía thứ cấp máy biến áp
- Điện áp định mức Uđm ( V, kV)
+ Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm
+ Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm (Khi máy biến áp không tải mà điện áp đặt
vào dây quấn sơ cấp là định mức)
- Dòng điện định mức I1đm, I2đm (A,kA)
Là dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp là
định mức:
+ Máy biến áp 1 pha:

I1đm = Sđm / U1đm
I2đm = Sđm / U2đm

+ Máy biến áp 3 pha:

I1đm = Sđm / 3 U1đm
I2đm = Sđm / 3 U2đm

- Tần số định mức ( fđm)
Thông thường các máy biến áp điện lực có tần số là 50Hz.
Ngồi ra trên nhãn hiệu của máy còn ghi các số liệu khác như: Tổ nối dây,
Số pha, điện áp ngắn mạch định mức, hiệu suất định mức...
c, Các chế độ làm việc của máy biến áp
* Chế độ không tải

Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ.


I0

P0

A

W

U1

V
V

U20

Hình 1.2.: Sơ đồ thí nghiệm

- Đặt điện áp hình sin vào dây quấn sơ cấp với U1  U1đm hở mạch dây quấn thứ
cấp. Nhờ vơnmét, ampemet, ốtmet sẽ đo được điện áp sơ cấp U1, thứ cấp U20, dịng điện
I0, cơng suất P0 lúc khơng tải.
Ta xác định được tổng trở, điện trở và điện kháng máy biến áp lúc không tải:
Z0 

U1
;
I0

r0 

P0
;
I 02

x0  Z 02  r02

thường Z 0*  x0*  10  50 và r0*  1  5
- Tỉ số biến đổi của máy biến áp: k 
- Hệ số công suất lúc không tải:

w1 U 1

w2 U 20

cos  0 

P0
U1I 0

- Lúc máy biến áp không tải I 2'  0 mạch điện thay thế của máy biến áp có dạng
như hình vẽ
r1

x1

I0
U1

-E1

rm

xm

Hình 1.3: Sơ đồ thay thế

Mạch điện thay thế máy biến áp không tải của máy biến áp 1 pha
Các tham số không tải:
Z 0  Z1  Z m

r0  r1  rm
x0  x1  xm

Có thể xem tổng trở, điện trở và điện kháng không tải bằng các tham số từ hóa
tương ứng:
Z0  Zm ;

r0  rm ;

x0  xm


- Cơng suất lúc khơng tải P0 có thể xem là tổn hao sắt PFe:
P0  PFe

Vì điện áp sơ cấp đặt vào khơng thay đổi  , do đó  không thay đổi, tổn hao sắt,
tổn hao không tải khơng thay đổi.
Ta có các hệ phương trình khi khơng tải:









U1   E1  I 0 Z1



  E1  I 0 (r1  jx1 )




U 20  E2'




I1  I 0

*. Thí nghiệm ngắn mạch
Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ
In

Pn

A

W

Un
V

Hình 1.4: Sơ đồ thí nghiệm

Mạch điện thay thế của máy biến áp lúc ngắn mạch
r1

r2'

x1

Z1

In

x2'

Z2'

Un

Hình 1.5: Sơ đồ thay thế

- Trong đó dây quấn thứ cấp bị nối ngắn mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp
phải được hạ thấp sao cho dòng điện trong đó bằng dịng điện định mức.

- Các tham số ngắn mạch của máy biến áp:
Zn 

Un
;
In

rn 

Pn
;
I n2

xn  Z n2  rn2

+ Tổng trở ngắn mạch của máy biến áp:
Z n  Z1  Z 2' ;

rn  r1  r2' ;

xn  x1  x2'

thường Z1*  Z 2*'  0.025  0.1
+ Công suất lúc ngắn mạch là công suất dùng để bù vào tổn hao đồng trong dây
quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp:
Pn  PCu1  PCu 2  I12n .r1  I 2'2n .r2'


 I12n (r1  r2' )  I12n .rn

+ Điện áp ngắn mạch gồm 2 thành phần:
Thành phần tác dụng: U nr  I1ru là điện áp rơi trên điện trở.
Thành phần phản kháng: U nx  I1 xn là điện áp rơi trên điện kháng của máy biến áp.
Trong các máy biến áp điện lực điến áp ngắn mạch thường được biểu diễn bằng tỉ
lệ phần trăm so với điện áp định mức.
un % 

Un
I Z
100  đm n 100
U đm
U đm

Các thành phần điện áp ngắn mạch là:
u nr % 

U nr
I r
100  đm m 100
U đm
U đm

u nx % 

U nx
I x
100  đm n 100
U đm
U đm

2.1.2. Máy biến áp một pha
a, Cấu tạo, nguyên lý làm việc

-, Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha

Cấu tạo cơ bản của máy biến áp một pha gồm các bộ phận chính như sau:
- Lõi thép (cịn được gọi là gơng từ) là bộ phận dùng để dẫn từ thông từ cuộn sơ
cấp của máy biến áp sang cuộn thứ cấp. Lõi thép được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện
xẻ mỏng, sơn cách điện và ghép lại với nhau để tránh dịng điện Fuco làm nóng máy.
Máy biến áp một pha có 1 lõi thép để đỡ dây quấn cơ cấp và một lõi thép đỡ dây quấn thứ
cấp. Lúc này mỗi lõi thép được gọi là một trụ. Gơng từ được ghép bởi các lá thép hình
chữ U và chữ I. Khi đó mỗi cuộn dây được quấn trên một trụ riêng. Ngoài ra người tá
cũng thường sử dụng lõi thép dạng chữ E ghép với chữ I. Khi đó cả hai cuộn dây đều
được quấn trên trụ giữa của chữ E (trụ này có bề rộng bằng tổng bề rộng hai trụ kia cộng
lại). Với máy biến áp hạ áp, cuộn sơ cấp thường được quấn phía trong và cách điện với
cuộn thứ cấp được quấn ở ngoài.
- Dây quấn: Dây quấn của máy biến áp dùng để nhận dòng điện sơ cấp (đầu vào)
tạo ra từ trường thơng qua mạch từ khép vịng qua cuộn thứ cấp (đầu ra). Dây quấn
thường được làm bằng đồng có tiết diện tròn hoặc chữ nhật. Với máy biến áp cơng suất
nhỏ dây quấn thường có tiết diện trịn. Dây quấn máy biến áp thường được sơn cách điện


bởi các loại sơn Emay (nên còn được gọi là dây Emay) và bọc các loại sợi vải cách điện
(còn gọi là dây cottong).
Tùy theo cấp điện áp đầu vào và đầu ra mà số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ
cấp có giá trị thích hợp tương ứng. Với máy biến áp tăng áp thì số vịng cuộn sơ cấp W1 ít
hơn số vịng cuộn thứ cấp W2 và ngược lại với máy biến áp hạ áp.
- Ngoài các bộ phận cơ bản trên các máy biến áp một pha cịn có các bộ phận phụ

trợ khác như vỏ máy biến áp, dầu làm mát, bộ phận đo lường, đóng cắt .v.v...
-, Nguyên lý làm việc
Máy biến áp làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Khi đặt vào dây quấn sơ cấp w1 một điện áp xoay chiều U1 trong cuộn dây có dịng
điện I1 chạy qua và dịng điện I1 sẽ sinh ra từ thơng xoay chiều chạy trong lõi thép. Do
mạch từ là khép kín từ thơng này móc vịng đồng thời với cả 2 cuộn dây sơ cấp và thứ
cấp gọi là từ thơng chính. Theo định luật cảm ứng điện từ, từ thông  biến thiên sẽ cảm
ứng ở dây quấn sơ cấp một sức điện động là:
e1= -w1

d
dt

(1-1)

Và cảm ứng trong dấy quấn thứ cấp một sức điện động là
e2= -w2

d
dt

(1-2)

Trong đó: w1 là số vịng dây cuộn sơ cấp w2 là số vịng dây cuộn thứ cấp
d là từ thơng biến thiên theo thời gian .
Qua tính tốn ta được:
E1 = 4,44fw1max

(1-3)

E2 = 4,44fw2max

(1-4)

Trong đó: max là trị số từ thông lớn nhất. Đơn vị là (Wb)
f là tần số lưới điện.

Đơn vị là (Hz)

Nếu chia E1 cho E2 ta có
K=

E1
W
= 1
W2
E2

(1-5)

K được gọi là hệ số máy biến áp
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngồi khơng khí, có thể coi gần
đúng U1 ≈ E1, U2 ≈ E2 ta có:
U1
E
W
≈ 1 = 1 =K
W2
E2
U2

Nghĩa là tỉ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số vòng dây
- Nếu K>1 tức là w1>w2, U1>U2 suy ra ta có máy biến áp giảm áp.


- Nếu K<1 tức là w1Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện nhưng
nhờ có từ thơng chính năng lượng đã chuyển từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp.
Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, có thể coi gần đúng, quan hệ giữa các lượng
sơ cấp và thứ cấp như sau :
U2 I2 ≈ U1I1 Hoặc

U1
I
≈ 2 ≈K
U2
I1

b, Bài tập tính tốn (liên quan đến mối quan hệ U, I, W)

2.1.3. Máy biến áp 3 pha
a,. Cấu tạo, nguyên lý làm việc:
- Về cấu tạo MBA 3 pha có thể dùng 3 MBA 1 pha ghép lại hoặc dùng MBA 3 pha
và có 2 kiểu chế tạo:
+ Kiểu mạch từ riêng:
A

X

a

B

x

b

C

y
Y

c

z
Z

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo máy biến áp kiểu mạch từ riêng

+ Kiểu mạch từ chung:


C

A

a

b

c

Hình 1.8 Cấu tạo MBA 3 pha kiểu mạch từ chung

- Lõi thép MBA 3 pha: Gồm 3 trụ trên mỗi trụ quấn dây quấn sơ cấp và thứ cấp của
một pha
- Dây quấn:
+ Dây quấn 3 pha phía sơ cấp ký hiệu bằng chữ in hoa: AX, BY, CZ
+ Dây quấn 3 pha phía thứ cấp ký hiệu bằng chữ thường : ax,by,cz
Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối thành hình sao hoặc tam giác
- Ngun lý hoạt động
Khi đặt vào dây quấn sơ cấp w1 một điện áp xoay chiều 3 pha U1 trong cuộn dây có
dịng điện I1 chạy qua và dịng điện I1 sẽ sinh ra từ thông xoay chiều chạy trong lõi thép.
Do mạch từ là khép kín từ thơng này móc vòng đồng thời với cả 2 cuộn dây sơ cấp và thứ
cấp gọi là từ thơng chính. Theo định luật cảm ứng điện từ, từ thông  biến thiên sẽ cảm
ứng ở dây quấn sơ cấp một sức điện động là:
e1= -w1

d
dt

(1-6)

Và cảm ứng trong dấy quấn thứ cấp một sức điện động là
e2= -w2

d
dt

(1-7)

Trong đó: w1 là số vịng dây cuộn sơ cấp w2 là số vòng dây cuộn thứ cấp
d là từ thông biến thiên theo thời gian .
Qua tính tốn ta được:
E1 = 4,44fw1max

(1-8)

E2 = 4,44fw2max

(1-9)

Trong đó: max là trị số từ thông lớn nhất. Đơn vị là(wb)


f là tần số lưới điện.

Đơn vị là (Hz)

Nếu chia E1 cho E2 ta có
K=

E1
W
= 1
W2
E2

(1-10)

K được gọi là hệ số máy biến áp
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thơng tản ra ngồi khơng khí, có thể coi gần
đúng U1 ≈ E1, U2 ≈ E2 ta có:
U1
E
W
≈ 1 = 1 =K
W2
E2
U2

(1-11)

Nghĩa là tỉ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số vòng dây
+ Nếu K>1 tức là w1>w2, U1>U2 suy ra ta có máy biến áp giảm áp.
+ Nếu K<1 tức là w1Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện nhưng
nhờ có từ thơng chính năng lượng đã chuyển từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp. Nếu bỏ
qua tổn hao trong máy biến áp, có thể coi gần đúng, quan hệ giữa các lượng sơ cấp và thứ
cấp như sau :
U2 I2 ≈ U1I1 Hoặc

U1
I
≈ 2 ≈K
U2
I1

(1-12)

b. Tổ nối dây
Tổ nối dây máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp so với
kiểu đấu dây thứ cấp. Nó biểu thị góc lệch pha giữa các s.đ.đ, dây sơ cấp và dây thứ cấp
của máy biến áp. Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Chiều dây quấn;
- Cách ký hiệu các đầu dây;
- Kiểu đấu dây ở sơ cấp và thứ cấp.
Dây quấn

Tổ nối dây
1

2

3

4

Cuộn sơ cấp

Y

Y

∆

∆

Cuộn thứ cấp

Y

∆

Y

∆

- Nếu dây quấn sơ cấp nối hình sao, thứ cấp nối hình sao: ký hiệu Y/Y
- Nếu dây quấn sơ cấp nối hình tam giác, thứ cấp nối hình sao: ký hiệu ∆/Y
Sơ đồ các tổ đấu dây thông thường được thể hiện trên hình vẽ sau:


Trong thực tế để thuận tiện người ta không dùng “ độ” để chỉ góc lệch pha mà dùng
phương pháp kim đồng hồ để biểu thị và gọi tên tổ đấu dây của máy biến áp. Cách biểu
thị đó như sau: Kim dài của đồng hồ chỉ sức điện động dây sơ cấp đặt cố định ở con số
12, kim ngắn chỉ sức điện động dây thứ cấp đặt thời gian tương ứng ở các số 1-12 tuỳ
theo góc lệch pha giữa chúng 30, 60…360˚.
Với máy biến áp ba pha sẽ có 12 tổ nối dây

Hình 1.9 : Phương pháp ký hiệu tổ nối dây bằng kim đồng hồ

* Ví dụ: Y/Y- 12 góc lệc pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là 12 x 30˚= 360˚
Y/∆ -11 góc lệc pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là 11 x 30˚= 330˚
Dây sơ cấp nối Y dây thứ cấp nối ∆ .Điện áp thứ cấp vượt trước sơ cấp là 30˚
Căn cứ vào cách đấu dây ( sao hoặc tam giác ) từ đó xác định góc lệch pha giữa
điện áp dây sơ cấp UAB và thứ cấp Uab trên hình vẽ góc lệch pha là 330˚


Khi vẽ đồ thị véc tơ để xác định góc lệch pha, cần chú ý pha của điện áp pha các

dây quấn trên cùng một trụ phụ thuộc vào chiều dây quấn và ký hiệu đầu dây chúng có
thể trùng pha hoặc ngược pha nhau như hình vẽ

Hình 1.10 : Đồ thị véc tơ chỉ góc lệc pha

và kí hiệu đầu dây quấn trùng pha và ngược pha
+ Nếu dây quấn nối hình sao Ud= 3 Up , Id=Ip
Với cách nối này điện áp pha đã giảm đi

3 lần.

So với điện áp dây. do đó có thể giảm bớt được chi phí và điều kiện cách đIện
+ Nếu dây quấn nối hình tam giác Id= 3 Ip , Ud=Up.
- Ở các máy công suất lớn thường dùng tổ nối dây Y/ vì dây sơ cấp nối sao khi đó
đIện áp pha giảm được lần so với điện áp dây khi đó sẽ giảm được chi phí và điều kiện
cách điện, dây quấn thứ cấp nối  thì có dịng điện pha giảm đi lần so với dịng điện dây
khi đó cần dây dẫn nhỏ hơn và thuận tiện cho việc chế tạo
- Ở các máy công suất nhỏ thường dùng tổ nối dây Y/Y0 vì khi nối Y0 vừa dùng
cho cả động cơ 1 pha và 3 pha
Ngoài ra trên nhãn của máy biến áp còn ghi những số liệu như: số pha m; sơ đồ và
tổ nối dây quấn; điện áp ngắn mạch Un%; chế độ làm việc (dài hạn hay ngắn hạn);
phương pháp làm lạnh v.v…
2.1.4. Các máy biến áp đặc biệt
a. Máy biến áp hàn
- Đặc điểm: Làm việc ở chế độ ngắn mạch do đó nó phải được chế tạo sao cho có đặc
tính ngồi rất dốc để hạn chế dòng điện ngắn mạch và đảm bảo cho hồ quang được ổn
định.
Để nóng chảy được các que hàn có dường kính khác nhau thì máy biến áp hàn phải
có bộ phận điều chỉnh dịng điện hàn.
Để an toàn cho người vận hành đồng thời đảm bảo nóng chảy được que hàn thì điện áp thứ

cấp của máy biến áp hàn khi không tải là (60- 70) V và điện áp ở tải định mức là 30V.
- Sơ đồ cấu tạo


Gồm 1 máy biến áp chính và 1 cuộn cảm có điện kháng thay đổi được bằng cách
thay đổi khe hở khơng khí.
- Ngun lý làm việc
Đấu cuộn dây sơ cấp với nguồn xoay chiều U1.
Điều chỉnh khe hở không khí, đưa que hàn vào tiếp xúc với vật cần hàn, lúc này
phía thứ cấp có dịng điện rất lớn đi qua chỗ tiếp xúc, giữa que hàn và vật hàn xuất hiện
một điện trở tiếp xúc tương đối lớn, gặp dịng điện hàn lớn nó phát nhiệt rất nhanh, làm
bật ra các phần tử dẫn điện. Sau đó ta tách que hàn ra khỏi vật cần hàn một khoảng cách
nhỏ, trong khoảng khơng khí náy có một điện trường rất lớn nó tác động vào các phần tử
dẫn điện làm cho các phần tử này chuyển động ới vận tốc rất lớn và bắn phá vào các
nguyên tử gây ion hóa chất khí tạo hồ quang, làm cho nhiệt độ vùng đó tăng rất nhanh,
khi đạt nhiệt độ nóng chảy của que hàn, nó sẽ chảy ra và điền đầy vào vị trí cần hàn.
b. Máy biến áp tự ngẫu
- Trong trường hợp điện áp của các lưới điện sơ và thứ cấp khác nhau không nhiều,
nghĩa là tỉ số biến đổi điện áp nhỏ. Để được kinh tế hơn về chế tạo và vận hành người ta
dùng máy biến áp tự ngẫu thay cho máy biến áp 2 dây quấn (cảm ứng).

Hình 1.11: Cấu tạo máy biến áp tự ngẫu

- Máy biến áp tự ngẫu khác với máy biến áp 2 dây quấn là một bộ phận của dây
quấn sơ cấp nên ngoài sự liên hệ qua hỗ cảm các dây quấn sơ và thứ cấp còn liên hệ trực
tiếp với nhau về điện.
- Khi cấp điện xoay chiều vào cuộn sơ cấp thì 2 đầu cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện điện
áp xoay chiều phụ thuộc vào số vòng dây thứ cấp. Muốn điều chỉnh điện áp thứ cấp thì ta
điều chỉnh con trượt để thay đổi số vòng dây thứ cấp.
c. Máy biến áp đo lường

Cũng giống như các loại máy biến áp khác, máy biến áp đo lường cũng được dùng
để biến đổi điện áp của dịng điện xoay chiều trong nguồn dây dẫn.
Hình ảnh về máy biế áp đo lường được biểu diễn trên hình 1.12


Hình 1.12. Hình ảnh máy biến áp đo lường

Mục đích sử dụng của loại máy biến áp này là để có thể phù hợp với nhu cầu sử
dụng của các thiết bị điện trong gia đình. Đồng thời, máy biến áp đo lường có cơng dụng
vơ cùng quan trọng là để đo độ chính xác về số liệu của các thiết bị điện trong gia đình.
Ngồi ra, Máy biến áp đo lường cũng có thể giúp đảm bảo độ an toàn, ổn định của hệ
thống điện dân dụng trong gia đình
-

Cấu tạo của máy biến áp đo lường:

Hầu hết trong các máy biến áp nói chung và máy biến áp đo lường nói riêng có
cấu tạo chính bao gồm 2 cuộn dây, đó là sơ cấp, thứ cấp; lõi thép và vỏ máy. Trong đó lõi
của máy biến áp đo lường được cấu tạo từ nhiều lá sắt mỏng được ghép tỉ mỉ với nhau. (
Hình 1.13)
 Lõi

thép của máy biến áp được tạo nên từ những miếng lá thép kỹ thuật tinh sảo,
có trụ (có dây quấn) và gơng (được tạo nên từ các phần lõi thép nối với trụ).
 Dây

quấn thường được làm từ đồng hoặc nhôm, xung quanh dây dẫn có bọc cách
điện. Dây quấn gồm có 2 loại là cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp. Mỗi cuộn dây đảm
nhiệm một chức vụ khác nhau. Cuộn sơ cấp làm nhiệm vụ nhận năng lượng từ nguồn
điện đi vào, cuộn thứ cấp có nhiệm vụ là cung cấp và truyền điện năng đến nơi tiêu thụ.

Hai cuộn dây này sẽ đi và đảm nhiệm những chức vụ riêng do đó thường cách điện với
nhau.
 Vỏ

máy biến áp được làm bằng thép chắc chắn. Tùy theo công suất của điện năng
ở mỗi nơi sử dụng khác nhau mà người ta thiết kế ra những vỏ máy khác nhau. Vỏ máy
thường đảm nhiệm chức năng bảo vệ máy biến áp, được cấu thành bởi thùng và lắp
thùng.


Hình 1.13. Cấu tạo máy biến áp đo lường
Lưu ý: Các cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp thì số vòng dây quấn phải khác nhau, tùy thuộc vào
từng mục đích và nhiệm vụ sử dụng mà có thể sử dụng các lõi dây quấn cho phù hợp.

- Nguyên lý làm việc của máy biến áp đo lường
Máy biến áp đo lường dùng để ổn định điện áp từ những giá trị thấp hoặc cao
xuống định mức phù hợp giúp quá trình vận hành điện năng diễn ra hiệu quả. Máy biến
áp đo lường cũng giống như các loại máy biến áp khác làm việc dựa trên nguyên lý cảm
ứng.
Hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, mỗi cuộn dây có vịng dây khác nhau, được dùng
để quấn lên lõi thép. Khi đặt dây cuốn sơ cấp vào trong hệ thống điện áp, trong cuộn dây
sơ cấp sẽ xuất hiện dịng điện sinh ra từ thơng biến thiên. Từ thơng tiếp tục đi vòng qua
hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng nên tạo ra sức điện động cảm ứng.
Nếu từ thơng đi qua cuộn thứ cấp, nó thường có xu hướng chống lại sự hoạt động
của cuộn sơ cấp, khiến cho từ thông trong lõi thép giảm biên độ. Lúc này để bảo đảm sự
cân bằng điện áp và từ thông không đổi, cuộn sơ cấp phải tăng lên một lượng thích hợp
để bù làm lượng từ thông bị giảm do cuộn thứ cấp gây ra.
Điện năng thường đi từ cuộn dây sơ cấp sang cuộn dây thứ cấp. Do đó, cần phải
đảm bảo sự ổn định của cả hai cuộn dây giúp cho quá trình vận tải điện diễn ra thuận lợi.
2.2. Máy điện một chiều

2.2.1. Khái niệm
Trong nền sản suất hiện đại máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy rất
quan trọng, nó có thể làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong các điều kiện làm
việc khác như trong các thiết bị tự động, các máy khuếch đại, các động cơ chấp hành


cũng là máy điện 1 chiều, ngoài ra máy điện 1 chiều cịn dùng trong thiết bị ơtơ, tàu thuỷ,
máy bay, các máy phát điện 1 chiều điện áp thấp dùng trong các thiết bị điện hoá, thiết bị
hàn điện có chất lượng cao.
- Máy phát điện một chiều cung cấp nguồn một chiều cho động cơ và máy phát
đồng bộ, cho công nghệ mạ, sơn, nạp điện ắc quy.
- Động cơ dịên một chiều có mơ men khổi dộng lớn, có thể điều chỉnh tốc độ trong một
phạm vi rộng và bằng phẳng nên được dùng nhiều trong các máy cơng nghiệp có u cầu
cao về điều chỉnh tốc độ như các thép, hầm mỏ trong giao thông vận tải.
- Nguồn một chiều có thể chỉnh lưu được từ nguồn xoay chiều nên máy phát ít sử
dụng hơn động cơ một chiều.
2.2.2 Cấu tạo
Cấu tạo của máy điện một chiều gồm có hai phần chính: phần tĩnh và phần quay

Hình 1.14: Cấu tạo chung máy điện một chiều
a. Phần tĩnh (stato) cịn gọi là phần cảm:
Gồm cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, nắp máy và cơ cấu chổi điện
- Cực từ chính:
+ Là bộ phận sinh ra từ trường.gồm lõi thép cực từ và dây quấn cực từ chính. Lõi
thép là bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0.5 dến 1mm được ép lại và tán chặt , ở máy
điện một chiều công xuất bé lõi thép có thế làm bằng thép khối
+ Dây quấn cực từ chính làm bằng đồng có bọc cách điện , được quấn định hình
thành từng bối, sau đó được băng bó thành khối và tẩm sơn cách điện.Bối dây được lồng
vào thân lõi thép cực từ rồi gắn chặt cực từ vào gông từ nhờ các bu lông
+ Các bối dây ở các cực từ chính được nối nối tiếp với nhau sao cho khi có dịng

điện chạy qua chúng hình thành cáccực từ trái dấu xen kẽ nhau
- Cực từ phụ:
Gồm các lõi thép và dây quấn
+ Lõi thép thường được làm băng thép
khối,dây quấn cực từ phụ có cấu tạo
giống dây quấn cực từ chínhvà đựơc
nối tiếp với dây quấn rôto
+ Cực từ phụ được đặt xen kẽ với cực từ
chính và được dùng để triệt tia lửa điện

Bu
lơng

Gơng
từ

Dây kích
từ
Lõi sắt cực
Hình 1.15:từCấu tạo cực từ phần cảm


xuất hiện ở giữa chổi điện và cổ góp
- Gơng từ
Làm bằng thép đúc, trong các máy có cơng suất bé thì làm bằng thép tấm cuốn lại và
hàn, có thể bằng gang .gông từ làm bằng thép, gang nên làm mạch từ nối liền các cực từ
đồng thời làm vỏ máy
- Cơ cấu chổi điện
Chổi điện làm bằng than hay graphit, có khi trộn bột đồng đểtăng độ dẫn điện.
Chổi than được đặt trong một hộp chổi than và nhờ một lị so ép chổi điện tì sát lên cổ

góp hộp chổi điện được gắn vào một giá đỡ và cách điện với giá, giá đỡ có thể điều chỉnh
quay để điều chỉnh vị trí chổi điện.
Chổi điện có nhiệm vụ đưa dịng điện từ phần ứng ra ngồi hoặc ngược lại
b. Phần quay (rơto) cịn gọi là phần ứng
Gồm lõi thép, dây quấn, cổ góp và trục rơto

Lá thép phần ứng

Rãnh lõi thép

Hình 1.16: Cấu tạo phần ứng máy điện 1 chiều
- Lõi thép rôto:
Làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày0,5mm, bề mặt có sơn cách điện dập lại theo
hình vẽ, rồi ghép lại xung quanh hình thành các rãnh là nơi để đặt dây quấn, ở giữa có lỗ
để ghép trục, đơi khi cịn có lỗ để tao sự thơng gió dọc trục


- Dây quấn:
Dây quấn rơto làm bằng đồng có bọc cách điện, tiết diện hình trịn hoặc chữ nhật,
được bố trí trong cac rãnh của loại thép theo một sơ đồ cụ thể. Các mối dây dược nối nên
phiến góp của cổ góp gắn ở đâu trục rơto
- Cổ góp:
Gồm các phiến góp bằng đồng có đi én được ghép hợp lại thành hình trụ trịn,
giữa các phím góp được cách điện với nhau bằng các tấm mica dày từ ( 0,2-1.2 ) mm, hai
đầu hình đi én có hai vành ốp hình chữ V, ốp chặt để giữ cố định các phiến góp. Giữ
vành góp và phiến góp cũng được cách điện bằng tấm mica. Vành ốp chữ V được gắn
chặt vào ống thép hình trụ bằng bu lơng, ống thép này dược ghép với trục rôto.
- Các bộ phận khác
+ Cánh quạt: dùng để quạt gió lam mát lắp trên trục máy
+ Trục máy: Trên đó đặt loại sắt phản ứng,

+ Cổ góp cánh quat và ổ bi làm bằng thép tốt

Hình 1.17: Cấu tạo cổ góp máy điện 1 chiều
2.2.3. Nguyên lý hoạt động máy điện một chiều
Máy điện một chiều có thể làm ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện dựa vào
hiện tượng cảm ứng điện từ.
Xét một máy điện một chiếu đơn giản gồm:
- Một khung dây abcd
- Một nam châm vĩnh cửu N-S
- Hai chổi điện
- Hai phiến góp
a. Chế độ máy phát điện
- Dây quấn phần ứng chỉ có một khung dây abcd, hai đầu được nối với hai phiên
góp. Hai chổi điện A, B đặt cố định và luôn tì sát vào phiến góp. Khung dây được đặt
trong lịng nam châm vĩnh cửu N-S.


Hình 1.18: Nguyên lý hoạt động của máy phát điện 1 chiều
- Khi dùng động cơ sơ cấp quay khung dây quanh trục của nó với một vận tốc
khơng đổi, các thanh dẩn ab và cd sẻ cắt các đường sức từ trường.T heo định luật cảm
ứng điện từ trong thanh dẩn sẽ cảm ứng các sđđ, giá trị tức thời được xác định theo biểu
thức
E =B.l.v
trong đó:

(1 – 13)

B: Từ trường nơi thanh dẫn quét qua
L: Chiều dài thanh dẫn
V: Vận tốc quét qua

Chiều của sđđ được xác định theo quy tắc bàn tay phải.
- Theo vị trí của khung dây trên hình vẻ thì thanh ab nằm dưới cực từ N nên có
chiều từ b đến a, cd nằm trên cực từ S nên có chiều từ d đến c
- Do khung dây quay quanh trục nên các thanh dẫn ab và cd lần lượt thay đổi vị trí
nằm dưới các vùng cực từ N- S ,do đó sđđ cảm ứng trong các thanh dẫn là sđđ xoay
chiều.Chổi điện A ln tì lên phiến góp nối với thanh dẫn nằm dưới cực từ N nên có cực
tính dương,chổi B tì lên phiến góp nằm trên cực S nên có cực tính âm.Dịng chạy qua
theo một chiều từ A đến B.Như vậy cụm chổi than,phiến góp hoạt động như một bộ chỉnh
lưu cơ khí.
- Nếu có một khung dây thì điện áp trên hai chổi điện có dạng đập mạch lớn (hình
b).
- Muốn giảm điện áp đập mạch ta ghép nhiều khung dây đặt lệnh nhau trong không
gian theo một góc cố định
b. Chế độ động cơ điện

Hình 1.19: Nguyên lý hoạt động của động cơ điện 1 chiều