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

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP

GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: MÁY ĐIỆN
NGÀNH, NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU
HỊA KHƠNG KHÍ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định Số: 257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 07 năm 2017 của
Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp)

Đồng Tháp, 2017



TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình 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
Quyển giáo trình này cung cấp cho người học nhữnh kiến thức cơ bản về
máy điện xoay chiều: cấu tạo, nguyên lý; vẽ sơ đồ trãi; quấn dây cho các động cơ
1 pha, 3 pha, máy biến áp.
Giáo trình này nhằm trang bị cho sinh viên ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều
hịa khơng khí những kiế thức, kỹ năng cần thiết để ứng dụng vào thực tế. Ngồi
ra, giáo trình này cũng là tài liệu hữu ích cho những ai muốn nghiên cứu, tìm hiểu
về máy điện.

Tài liệu được biên soạn với sự cố gắng của bản thân, tuy vậy cũng khơng
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp của quý đồng nghiệp,
quý đọc giả để tơi chỉnh sửa giáo trình này được hồn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy, Cô trong tổ bộ môn Điện lạnh cũng như
quý Thầy, Cô trong khoa Điện – Điện tử đã hỗ trợ, giúp đỡ để Tơi hồn thành
được quyển giáo trình này
Tham gia biên soạn
Chủ biên: Nguyễn Thanh Tùng

I



MỤC LỤC
Trang
LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................... I
BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN. .................................................. 1
1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN ........................................... 1
1.1. Định nghĩa máy điện. ............................................................................ 1
1. 2. Phân loại máy điện. .............................................................................. 1
2. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN TRONG MÁY ĐIỆN .................. 3
2.1. Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday): .................................... 3
2.2. Định luật lực điện từ (định luật Laplace): ............................................ 4
2.3 Định luật ôm từ. ..................................................................................... 4
2.4 Các đơn vị: ............................................................................................. 5
3. NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN ......................... 6
3.1. Nguyên lý làm việc ở chế độ máy phát điện ......................................... 6
3.2. Nguyên lý làm việc ở chế độ động cơ: ................................................. 7
4. CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN. .................................................. 7
4.1. Vật liệu dẫn từ: ...................................................................................... 7

4.2. Vật liệu dẫn điện: .................................................................................. 8
4.3. Vật liệu cách điện: ................................................................................. 8
5. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN ............................................... 9
5.1 Đại cương: .............................................................................................. 9
5.2. Sự phát nóng và nguội lạnh của máy điện: ......................................... 10
BÀI 2: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP. .......................................... 13
1. ĐỊNH NGHĨA ............................................................................................ 13
2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC............................................... 13
2.1. Cấu tạo máy biến áp ............................................................................ 13
2.2. Nguyên lý làm việc: ............................................................................ 15
3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC ............................................................... 16
3.1. Điện áp định mức (Uđm): ..................................................................... 16
-1-


3.2. Dòng điện định mức (Iđm):................................................................... 16
3.3. Dung lượng hay cơng suất định mức (Sđm): ........................................ 17
4. CƠNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP........................................................ 17
5. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP ................................... 17
BÀI 3: QUẤN DÂY BIẾN ÁP 1 PHA CÁCH LY CƠNG SUẤT NHỎ ........... 24
1. TÍNH TOÁN SỐ LIỆU DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP 1 PHA................. 24
1.1. Tính tốn số liệu dây quấn máy biến áp cảm ứng một pha ................. 24
1.2. Tính tốn số liệu dây quấn máy tự biến thế ( biến áp tự ngẫu) ........... 31
2. THI CÔNG QUẤN BỘ DÂY BIẾN ÁP 1 PHA. ...................................... 39
3. KIỂM TRA, VẬN HÀNH. ........................................................................ 43
BÀI 4: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ............... 45
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ............................................................................... 45
1. CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA. ...................... 45
1.1. Stator (phần tĩnh) ................................................................................. 46
1.2. Rotor (phần quay) ................................................................................ 47

2. TỪ TRƯỜNG QUAY CỦA DÂY QUẤN 3 PHA. ................................... 48
3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA.
......................................................................................................................... 51
4. CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3
PHA. ................................................................................................................ 52
5. MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA. ............. 53
5.1. Mở máy động cơ rotor dây quấn ......................................................... 53
5.2. Mở máy động cơ lồng sóc ................................................................... 53
BÀI 5: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ DÂY QUẤN 1 LỚP STATO ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ 3 PHA ............................................................................................... 57
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ DÂY QUẤN ................................................... 57
2. NHỮNG CƠ SỞ ĐỂ VẼ SƠ ĐỒ DÂY QUẤN......................................... 58
2.1. Các công thức dùng trong vẽ sơ đồ dây quấn: .................................... 58
2.2. Các bước thực hiện vẽ sơ đồ trải dây quấn stator động cơ 3 pha ....... 58
-2-


3. PHÂN LOẠI DÂY QUẤN ........................................................................ 60
4. VẼ SƠ ĐỒ DÂY QUẤN STATO. ............................................................ 61
4.1. Vẽ sơ đồ dây quấn stato kiểu đồng khuôn xếp 1 lớp. ......................... 61
4.2. Vẽ sơ đồ dây quấn stato kiểu đồng tâm hai mặt phẳng ...................... 64
4.3. Vẽ sơ đồ dây quấn stato kiểu đồng tâm ba mặt phẳng........................ 66
BÀI 6: QUẤN LẠI BỘ DÂY STATO ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
CĨ DÂY QUẤN ĐỒNG KHUÔN TẬP TRUNG 1 LỚP. ................................. 70
1. THÁO, VỆ SINH ĐỘNG CƠ .................................................................... 70
2. PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ DÂY QUẤN. .......................................................... 73
3. LÓT CÁCH ĐIỆN RÃNH. ........................................................................ 74
4. ĐO KHUÔN............................................................................................... 76
5. QUẤN DÂY............................................................................................... 79
6. LỒNG DÂY VÀO RÃNH STATO. .......................................................... 80

7. HOÀN TẤT BỘ DÂY. .............................................................................. 81
7.1. Nối dây: .............................................................................................. 81
7.2. Băng bó (Đai dây):.............................................................................. 81
8. VẬN HÀNH THỬ. .................................................................................... 81
9. TẨM SẤY BỘ DÂY.................................................................................. 82
BÀI 7: QUẤN LẠI BỘ DÂY STATO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
CÓ DÂY QUẤN ĐỒNG TÂM HAI MẶT PHẲNG .......................................... 85
1. THÁO, VỆ SINH ĐỘNG CƠ .................................................................... 85
2. PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ DÂY QUẤN. .......................................................... 88
3. LÓT CÁCH ĐIỆN RÃNH. ........................................................................ 89
4. ĐO KHUÔN............................................................................................... 91
5. QUẤN DÂY............................................................................................... 94
6. LỒNG DÂY VÀO RÃNH STATO. .......................................................... 96
7. HOÀN TẤT BỘ DÂY. .............................................................................. 96
7.1. Nối dây: .............................................................................................. 96
7.2. Băng bó (Đai dây): .............................................................................. 96
-3-


8. VẬN HÀNH THỬ. .................................................................................... 97
9. TẨM SẤY BỘ DÂY .................................................................................. 99
BÀI 8: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ 1 PHA. ............................................................................................ 100
1. CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 PHA. .................... 100
1.1. Phần tĩnh ............................................................................................ 100
1.2. Phần quay .......................................................................................... 101
2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 PHA.
....................................................................................................................... 102
3. MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 PHA ............................... 102
3.1. Động cơ điện không dồng bộ 2 pha .................................................. 102

3.2. Động cơ điện không đồng bộ 1 pha .................................................. 103
BÀI 9: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ DÂY QUẤN STATO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG
BỘ 1 PHA.......................................................................................................... 105
1. NHỮNG CƠ SỞ ĐỂ VẼ SƠ ĐỒ DÂY QUẤN....................................... 105
1.1. Khái niệm .......................................................................................... 105
2.2. Các công thức và ký hiệu .................................................................. 105
2.3. Tình tự xây dựng sơ đồ dây quấn ...................................................... 106
2. PHÂN LOẠI DÂY QUẤN ...................................................................... 107
3. VẼ SƠ ĐỒ DÂY QUẤN STATO. .......................................................... 107
BÀI 10: QUẤN LẠI BỘ DÂY STATO ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 1 PHA
RƠ TO LỒNG SĨC .......................................................................................... 110
1. THÁO, VỆ SINH ĐỘNG CƠ .................................................................. 110
2. PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ DÂY QUẤN. ........................................................ 113
3. LĨT CÁCH ĐIỆN RÃNH. ...................................................................... 114
4. ĐO KHUÔN. ............................................................................................ 116
5. QUẤN DÂY. ............................................................................................ 119
6. LỒNG DÂY VÀO RÃNH STATO. ........................................................ 120
7. HOÀN TẤT BỘ DÂY. ............................................................................ 120
7.1. Nối dây: ............................................................................................ 120
-4-


7.2. Băng bó (Đai dây): ............................................................................ 121
8. VẬN HÀNH THỬ. .................................................................................. 121
8.1. Cách xác định các đầu dây ra và đấu dây động cơ 1 pha 3 dây: ....... 121
8.2. Cách xác định các đầu dây ra và đấu dây động cơ 1 pha 4 dây: ....... 122
8.3. Cách xác định các đầu dây ra và đấu dây động cơ 1 pha 6 dây: ....... 123
9. TẨM SẤY BỘ DÂY................................................................................ 124

-5-

GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
Tên mơ đun: MÁY ĐIỆN
Mã mơ đun: MĐ16
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
- Vị trí:
Mơ đun này bố trí dạy sau mơn học An tồn điện lạnh; Vẽ kỹ thuật
- Tính chất:
+ Cung cấp cho học sinh các kiến thức cơ bản về các máy điện xoay chiều
+ Hình thành kỹ năng về vẽ sơ đồ trãi, quấn bộ dây, đấu dây vận hành cho
các động cơ điện 1 pha, 3 pha, máy biến áp
- Ý nghĩa và vai trò của mơn học/mơ đun:
Đây là mơn học tự chọn có ý nghĩa khá quan trọng và nó có vai trị hỗ trợ
tốt hơn cho việc HSSV trong việc tiếp cận với các Block tủ lạnh, máy lạnh.
Mục tiêu mô đun:
- Kiến thức:
+ Mơ tả được cấu tạo, phân tích ngun lý của các loại máy điện
+ Vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn máy điện.
- Kỹ năng:
+ Tính tốn được các thông số kỹ thuật trong máy điện.
+ Quấn lại được động cơ một pha, ba pha bị hỏng theo số liệu có sẵn.
+ Tính tốn và quấn được máy biến áp công suất nhỏ.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Chủ động lập kế hoạch, dự trù được vật tư, thiết bị.
+ Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và tư duy khoa học trong công
việc
Nội dung của mô đun:

i



BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN.
Mã mô đun: MĐ16-01
* Giới thiệu
Trong nội dung bài này, hướng dẫn cho HSSV tìm hiểu về những khái niệm,
định luật dùng trong máy điện, sự làm việc thuận nghịch của máy điện,...
* Mục tiêu:
Kiến thức
- Trình bày được định nghĩa và phân loại về máy điện.
- Mô tả được các loại vật liệu sử dụng trong chế tạo máy điện.
Kỹ năng
- Phân tích được nguyên lý hoạt động của máy phát và động cơ điện.
Năng lực tự chủ và trách nhiệm
- Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, sáng tạo và khoa học.
* Nội dung chính:
1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN
1.1. Định nghĩa máy điện.
Máy điện là thiết bị điện từ, có nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng
cảm ứng điện từ, cấu tạo gồm có mạch điện và mạch từ và có chức năng biến
đổi cơ năng thành điện năng hoặc ngược lại hoặc biến đổi thơng số điện năng như
biến đổi điện áp, dịng điện, tần số, góc pha...
1. 2. Phân loại máy điện.
Có nhiều cách phân loại máy điện, dưới đây là một số cách thường gặp.
• Phân loại theo chuyển động tương đối giữa các bộ phận của máy, máy
điện được chia làm 2 loại:
Máy điện tĩnh: Là loại máy máy điện mà giữa các bộ phận của máy khơng
có chuyển động tương đối. ví dụ: Máy biến áp.

Máy điện quay: Là loại máy máy điện mà trong cấu ạo của nó có bộ phận
chuyển động quay. Loại này có rất nhiều thành viên, ví dụ: máy phát điện, động
cơ điện...
•Phân loại theo dòng điện gắn với máy, máy điện được chia làm 2 loại:
1


Máy điện 1 chiều: Là loại máy máy điện mà dịng điện gắn với nó là dịng
1chiều.
Máy điện xoay chiều: Là loại máy máy điện mà dòng điện gắn với nó là
dịng xoay chiều. (Trong loại này, cịn phân thành máy điện 3 pha, máy điện 1
pha).
•Phân loại theo theo quan hệ giữa tốc độ quay của rotor và tốc độ từ trừong
quay, máy điện được chia làm 2 loại:
Máy điện đồng bộ: Là loại máy điện có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ
từ trường quay.
Máy điện không đồng bộ: Là loại máy điện có tốc độ quay của rotor khác
tốc độ từ trường quay.
•Phân loại theo theo công dụng của máy: Máy được gọi tên theo công
dụng của nó. Ví dụ: Máy phát điện, động cơ điện, máy biến áp, máy dịch pha,
máy phát tỷ lệ tốc độ...

Hình 1.1: là sơ đồ cách phân loại máy điện thường gặp.

2


2. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN TRONG MÁY ĐIỆN
2.1. Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday):
2.1.1. Trường hợp từ thơng  biến thiên xun qua vịng dây (định

luật Lenxơ):

Hình 1.2. Sức điện động xun qua vịng dây biến thiên

Giả sử ta có vịng dây, từ thơng đi qua diện tích vịng dây là . Qui ước chiều
dương cho vòng dây như sau: Vặn cái vặn nút chai theo chiều tiến của từ thơng
thì chiều xoay của cái vặn nút chai sẽ là chiều dương của vòng. Khi từ thơng 
biến thiên xun qua dịng dây dẫn, trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động.
Nếu chiều suất điện động cảm ứng phù hợp với chiều đã chọn, sẽ có giá trị dương
và ngược lại sẽ có giá trị âm. Cho một thanh nam châm lại gần và dịch xa vịng
dây để làm thay đổi từ thơng qua vòng sẽ làm xuất hiện sức điện động cảm ứng
trong vịng dây. Nếu từ thơng biến thiên càng nhanh thì s.đ.đ càng lớn. Như vậy
s.đ.đ cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông. Nếu trong thời gian dt, từ
thơng qua vịng biến thiên một lượng là d thì trị số sức điện động cảm ứng trong
một vịng dây đựơc viết theo cơng thức Maxwell như sau:
e =
- d/dt
Nếu cuộn dây có w vịng, sđđ cảm ứng của cuộn dây sẽ là:
e=−

𝑤.𝑑𝛷
𝑑𝑡

=−

𝑑𝜓
𝑑𝑡

Trong đó:  =w. là từ thơng móc vịng của cuộn dây. Đơn vị Webe (Wb).
2.1.2. Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường:

Một thanh dẫn có chiều dài l, chuyển động với vận tốc v vng góc với đường
sức của từ trường (thường gặp trong máy phát điện), trong thanh dẫn sẽ cảm ứng
sđđ e ở trong một từ trường đứng yên có từ cảm B.
e = B.v.l (v và B hợp với nhau 1 gúc 90)
3

(1.4)


Trong đó:
B: là cảm ứng từ tớnh bằng T (tesla).
l: chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường, đo bằng mét (m).
v: vận tốc thanh dẫn đo bằng m/s.
Chiều của s.đ.đ cảm ứng được xác định theo qui tắc bàn tay phải: Cho các đường
sức từ đâm vào lũng bàn tay phải, chiều ngún tay cỏi chói ra chỉ chiều chuyển
động của thanh dẫn thỡ chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều sức điện động.
2.2. Định luật lực điện từ (định luật Laplace):
Khi thanh dẫn với chiều dài l mang dũng điện
i đặt thẳng góc với từ cảm B (đường sức từ
trường, trường hợp rất thường gặp ở động cơ
điện). Nó sẽ chịu một lực điện từ F:
Chiều và độ lớn của lực f được xác định là tích
⃗⃗
vectơ: 𝑓⃗ = 𝑖⃗. 𝑙 ∧ 𝐵

Cú trị số: F = i.l.B (i ⊥B)=90

(1-5)

Trong đó:

B: từ cảm có đơn vị (T)
l: chiều dài tác dụng thanh dẫn đơn vị (m).
i: dũng điện đo bằng ampe (A).
F: lực điện từ đo bằng Niuton (N).
Chiều của lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái: Để cho các đường sức
từ đâm vào lũng bàn tay trái, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dũng điện
thỡ chiếu ngún tay cỏi chói ra chỉ chiều lực điện từ.
2.3 Định luật ôm từ.
Định luật ôm từ suy ra từ định lý ampere: Nếu H là cường độ từ trường do
một tập hợp dòng điện I1, I2, I3,…In tạo ra và C là một đường kín bao quanh chúng
thì

 H.dl =  i

K

C

Xét một mạch từ
có w vịng dây và cho dòng điện I chạy qua ta
được cường độ từ trường H trong mạch từ, tiếp xúc với đường sức từ trung bình
(C) có chiều dài l lúc đó trở thành: H.l = w.i = F. Viết tổng quát ta có:
4


n

 H .dl =  H i .li = w.i = F
i =1

Trong đó F là sức từ động để tạo ra từ thông .
2.4 Các đơn vị:
Sử dụng 2 loại đơn vị: Hệ tuyệt đối là các đơn vị có thứ nguyên.
Hiện nay sử dụng 2 loại đơn vị tuyệt đối là CGS𝜇0 và SI: Quan hệ giữa các đơn
vị của hệ MKSA, SI và CGS𝜇0
Bảng 1.1. Bảng quan hệ giữa các đơn vị của hệ MKSA, SI và CGS𝜇0

Tên các

Kí hiệu đơn vị

Kí hiệu đơn vị

Đơn vị MKSA
chuyển sang

đại lượng

hệ MKSA và SI

hệ CGS𝜇0

Thời gian

s

s

Tần Số

Hz

Hz

1

Chiều dài

m

cm

102

Tốc độ dài

m/s

cm/s

102

Gia tốc

m/s2

cm/s2

102

Khối lượng

kg

g

103

Từ thụng

Wb

Mx

108

Từ cảm

Wb/m2

G

104

Điện dung

F

Điện trở



hệ CGS𝜇0
1

- Trong nghiên cứu tính tốn, thiết kế các máy điện người ta dùng hệ tương đối.
I = I / 𝐼đ𝑚

Trong đó:

U= U / 𝑈ñ𝑚

P = P / 𝑃ñ𝑚

(1-6)

I: là dũng điện đơn vị (A)
U: điện áp đơn vị (V)
P: công suất đơn vị (W)
Iđm, Uđm, Pđm: là các đại lượng định mức của dũng điện, điện áp, công suất.
5


3. NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ 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.
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 1.5: Nguyên tắc cấu tạo
và làm việc của máy phát điện

Hình 1.6: Nguyên tắc cấu tạo
và làm việc của động cơ điện

3.1. Nguyên lý làm việc ở chế độ 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 luệt cảm ứng điện từ trong thanh dẫn sẽ
cảm ứng lên sức điện động: e = B.l.v (V).
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 ngịai khép kín qua tải thì sức điện động trong khung dây sẽ sinh ra
ở mạch ngòai một dòng điện chạy từ A đến B. Máy làm việc ở chế độ máy phát
điện biến cơ năng thành điện năng.

6


3.2. Nguyên lý làm việc ở chế độ động cơ:
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 dịng điện. Máy đã biến điện năng thành cơ năng.
4. CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN.
+ Vật liệu tác dụng: gồm vật liệu dẫn điện và dẫn từ chủ yếu để chế tạo dây
quấn và lõi thép.
+ Vật liệu cách điện dùng để cách điện các bộ phận dẫn điện và không dẫn
điện hoặc các bộ phận dẫn điện với nhau.
+ Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo các chi tiết máy và bộ phận chịu lực tác
dụng cơ giới. Ta xét sơ lược đặc tính của vật liệu dẫn từ, dẫn điện cách điện dùng
trong chế tạo máy điện.
4.1. Vật liệu dẫn từ:
Người ta dùng những lá thép kĩ thuật, thép lá thông thường là thép đúc, thép
rèn để chế tạo mạch từ.
Các lá thép kĩ thuật điện (tôn silõic) thường có mã hiệu: 11, 12, 13, 22,
32, 310
Trong đó:
+  chỉ lá thép kĩ thuật.
+ Số thứ nhất chỉ hàm lượng tôn silõic chứa trong thép, số càng cao hàm lượng
silõic càng nhiều thép dẫn từ tốt nhưng giòn dễ gãy.
+ Số thứ hai chỉ chất lượng thép về mặt tổn hao, số càng cao tổn hao càng ít.
+ Số thứ ba số 0 chỉ cho thép cán nguội (thép dẫn có hướng) thường sử dụng
chế tạo máy biến áp.
Ngồi ra các lõI thép kĩ thuật điện cịn mang mã hiệu 3404, 3405…3408 có
chiều dày 0,3 mm; 0,35 mm.
Để giảm tổn hao do dịng điện xốy, các lá tôn silõic trên thường phủ một lớp
sơn cách điện mỏng sau đó mới được ghép chặt với nhau, từ đó sinh ra hệ số ép
chặt Kc : là tỉ số giữa chiều dài của lõi thép thuần thép với chiều dài thực của lõi
thép kể cả phần cách điện khi ghép.
7

4.2. Vật liệu dẫn điện:
Đồng (Cu) và nhôm (Al). Chúng có điện trở bé, chống ăn mịn tốt, tùy theo yêu
cầu về cách điện và độ bền cơ học ta dùng hợp kim của đồng và nhôm.
4.3. Vật liệu cách điện:
Dùng trong máy điện phải đạt yêu cầu:
+ Cường độ cách điện cao.
+ Chịu nhiệt tốt, tản nhiệt dễ dàng.
+ Chống ẩm ướt, độ bền cơ học cao.
Các chất cách điện dùng trong máy phát điện có thể ở thể hơi và thể rắn, thể lỏng.
Các chất cách điện ở thể rắn chia làm 4 loại:
+ Các chất hữu cơ thiên nhiên như: vải, lụa..
+ Các chất vô cơ như: mica, amiăng, sợi thủy tinh…
+ Các chất tổng hợp.
+ Các chất men, sợi cách điện, các chất tẩm sấy từ các vật liệu thiên nhiên và
tổng hợp.
Tùy theo tính chịu nhiệt các vật liệu cách điện chia thành các cấp sau:
Bảng 1.2. Bảng chịu nhiệt của các vật liệu cách điện

Cấp cách điện:
Nhiệt độ cao nhất
cho phép (C) >180
Độ tăng nhiệt t (C)

Y

A

E

B

F

H

C

80

105

120

130

155

180

>180

50

65

80

90

115

140

>140

Độ tăng nhiệt độ: t = 𝑡1 − 𝑡2
Trong đó:

𝑡1 nhiệt độ của máy,

𝑡2 nhiệt độ mơi trường.

Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): nhiệt độ môi trường là 40C cịn của
máy điện ta bình qn. Hiện nay ta thường dùng cách điện cấp A, E, B.
Chú ý: Trên nhiệt độ cho phép 10% thì tuổI thọ của máy sẽ giảm đi 1/2 nên
không được phép làm việc trên nhiệt độ cho phép trong thời gian dài.

8


5. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN
5.1 Đại cương:
Các tổn thất trong quá trình biến đổi năng lượng của MĐ biến thành nhiệt
năng làm nóng các bộ phận cấu tạo MĐ. Tổn hao nhiều và khi tải nặng thì máy
càng nóng. Nhiệt độ của MĐ phụ thuộc vào chế độ làm việc: lõiên tục, ngắn hạn
hoặc ngắn hạn lặp lại. Vì kích thước và chế độ làm việc nhất định nên khi sử dụng
không vượt quá giá trị định mức trên máy. Nếu máy được tản nhiệt ra môi trường
tốt thì cơng suất tăng, khả năng mang tải nhiều hơn.

Các máy điện thường làm việc ở nhiều chế độ khác nhau và rất đa dạng.
- Làm việc với toàn bộ công suất trong thời gian dài.
- Làm việc ngắn hạn.
- Làm việc theo chu kì.
- Làm việc với tải thay đổi.
Do chế độ làm việc khác nhau nên sự phát nóng của MĐ cũng khác nhau. Vì
vậy MĐ phải thiết kế theo từng chế độ cụ thể sao cho các bộ phận của phát nóng
phù hợp với vật liệu.
Một số dạng sau đây:
- Chế độ làm việc định mức liên tục:
Ở chế độ này, nhiệt độ tăng của máy phát đạt tới giá trị xác lập (với điều kiện
tăng nhiệt độ của môi trường không đổi).
- Chế độ làm việc định mức ngắn hạn:
Thời gian làm việc của máy không đủ dài để các bộ phận của máy đạt tới giá trị
xác lập và sau đó thời gian máy nghỉ đủ dài để nhiệt độ hạ xuống bằng nhiệt độ
môi trường xung quanh.
- Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại:
Thời gian máy làm việc và nghỉ trong một chu kì khơng đủ dài để nhiệt độ các
bộ phận của máy đạt đến giá trị xác lập. Chế độ này đặc trưng bằng tỉ số giữa thời
gian làm việc và thời gian của một chu kì làm việc và nghỉ. Các tỉ số được chế
tạo với 15%, 25%, 40%, 60%.
Chú ý: máy điện được chế tạo để dùng ở chế độ làm việc định mức lõiên tục.

9


5.2. Sự phát nóng và nguội lạnh của máy điện:
Các máy điện đều có cấu trúc phức tạp gồm nhiều bộ phận hình dạng khác
nhau và làm lạnh bằng các vật liệu có độ dẫn nhiệt khơng giống nhau. Khi máy
làm việc, nhiệt độ của lõi thép, dây quấn không bằng nhau do có sự trao đổi nhiệt

giữa các bộ phận. Hơn nữa nhiệt độ của chất làm lạnh ở mỗi khu vực trong máy
cũng không giống nhau.
5.2.1. Các kiểu cấu tạo của máy điện:
Kiểu cấu tạo của máy điện phụ thuộc vào phương pháp bảo vệ máy đối với
môi trường bên ngồi. Cấp bảo vệ được kí hiệu bằng chữ IP kèm theo hai chỉ số,
chữ số thứ nhất là  và chữ thứ hai P:
+  gồm 7 cấp được đánh số từ 0 đến 6 chỉ mức độ bảo vệ chống sự tiếp xúc
của người và vật rơi.
+ P gồm 9 cấp, đánh số từ 0 dến 8 chỉ mức độ bảo vệ chống nước vào máy.
+ Số 0 ở IP rằng, máy khơng bảo vệ gì cả.

Hình 1.8. Hệ thống gió ngang trục
của máy điện 1 chiều

Chia kiểu cấu tạo như sau:
- Kiểu hở: Khơng có bộ phận che chở để tránh các vật từ ngoài chạm vào
phần quay hoặc các bộ phận dẫn điện của nó. Loại này đặt trong các nhà máy hoặc
phịng thí nghiệm, không tránh được ẩm ướt (IP00).
- Kiểu bảo vệ: Có các tấm chắn có thể tránh được các vật và nước rơi vào
máy. Loại này đặt trong nhà (cấp bảo vệ từ P11 đến P33).

10


- Kiểu kín: Có vỏ bọc cách biệt trong phần máy với mơi trường bên ngồi.
Nó dùng ở nơi ẩm ướt, kể cả ngồi trời. Tùy theo mức độ kín, cầp bảo vệ có từ
P44 trở lên.
5.2.2. Các phương pháp làm lạnh máy điện:
- Máy điện làm lạnh tự nhiên: khơng có bộ phận thổi gió làm lạnh, nên cơng
suất giới hạn trong khoảng (vài chục  vài trăm) W nên có cách tản nhiệt để tăng

thêm bề mặt tản nhiệt.
- Máy điện làm lạnh trong: có quạt gió đặt đầu trục thổi vào trong máy. Đối
với máy công suất nhỏ, chiều dài nhỏ hơn 200  250 mm, gió chỉ thổi dọc trục
theo khe hở giữa stato và Rôto và theo các rãnh thơng gió dọc trục ở lõi thép Stato
và Rôto
Khi công suất máy lớn, chiều dài của máy tăng thì nhiệt độ dọc chiều dài của
máy sẽ khơng đều. Vì vậy phải tạo rãnh thơng gió ngang trục. Lõi thép chia thành
từng đoạn dài khoảng 4 cm và khe hở giữa các đoạn khoảng 1 cm. Gió sẽ đi vào
hai đầu rồi theo các rãnh ngang trục và thoát ra ở giữa thân máy để rồi lại trở về
hai đầu (Hình 1.8).
- Máy điện tự làm lạnh mặt ngồi: máy thuộc kiểu kín. Ở đầu trục bên ngồi
máy có gắn quạt gió và nắp quạt gió để hướng thổi dọc mặt ngoài của thân máy.).
Để tăng diện tích của bề mặt máy lạnh thân máy được đúc có cánh tản nhiệt,
có đặt quạt gió để tăng tốc độ gió trong máy, do đó tăng thêm sự trao đổi nhiệt
giữa vỏ và lõi.

Hình 1.9. Máy điện tự làm lạnh mặt ngoài

- Máy điện làm lạnh độc lập: Ở các máy lớn, quạt thường được đặt riêng ở
ngoài để hút gió đưa nhiệt lượng trong máy ra ngồi. Để tránh hút bụi vào máy có
thể dùng hệ thống làm lạnh riêng. Trong trường hợp đó, khơng khí hoặc khí làm
lạnh sau khi ở máy ra được đưa qua bộ phận làm lạnh rồi lại được đưa vào máy
theo chu trình kín như trình bày trên.
11