Giáo trình Máy điện (Nghề Điện tử công nghiệp CĐTC)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: MÁY ĐIỆN
NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/ TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo Quyết định Số 257 /QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 7 năm 2017
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp)

Đồng Tháp, năm 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 sách giáo trình “MÁY ĐIỆN” là quyển sách thuộc môn học chuyên
môn các ngành thuộc khối kỹ thuật nói chung và đặc biệt là ngành Cơng nhân
kỹ thuật Điện – Điện tử nối riêng. Giáo trình “MÁY ĐIỆN” rất quan trọng đối
với giáo viên cũng như học sinh sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật Điện –
Điện tử là môn học cơ sở để học tập các môn học chuyên ngành như Trang bị
điện, Truyền động điện và vận dụng vào các mô đun chuyên ngành như Lập
trình PLC một cách hiệu quả. Quyển tài liệu được biên soạn theo cấu trúc từng

chương, từng phần từ đơn giản đến phức tạp giúp học sinh sinh viên có được
những kiến thức kỹ năng của môn học làm nền tản cho nhiều môn học chuyên
môn khác. Quyển tài liệu được trích lọc từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo kết
hợp sự chắt lọc nội dung phù hợp từ thực tế giảng dạy nhằm đơn giản nội dung
cho phù hợp với năng lực thực tiễn của học sinh sinh viên.
Quyển tài liệu này được biên soạn cho chương trình đào tạo lý thuyết 45
tiết gồm 5 chương như sau:
Chương 1: Khái niệm chung về máy điện
Chương 2: Máy biến áp
Chương 3: Máy điện không đồng bộ
Chương 4: Máy điện đồng bộ
Chương 5: Máy điện một chiều
Cuối lời xin chân thành cám ơn những tác giả của nhiều tài liệu Máy điện,
cám ơn sự cộng tác của quý bạn bè, đồng nghiệp. Xin chân thành cám ơn đến
ban tổ chức biên soạn giáo trình và những đóng góp q báu của các doanh
nghiệp và các chuyên gia để quyển tài liệu được hoàn thiện và xuất bản.
Đồng Tháp, ngày tháng năm 2017
Tham gia biên soạn
Chủ biên:

2


MỤC LỤC

Trang
Lời giới thiệu

2

Chương 1: Khái niệm chung về máy điện

8

1. Định nghĩa và phân lọai

8

2. Tính thuận nghịch của máy điện

9

3. Các định luật cơ bản trong máy điện

10

4. Các đơn vị

13

5. Sơ lược về các vật liệu chế tạo máy điện

14

6. Phát nóng và làm mát

16

Chương 2: Máy biến áp

20

1. Đại cương

20

2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp

20

3. Các đại lượng định mức

22

4. Các lọai máy biến áp chính

23

5. Cấu tạo máy biến áp

25

6. Tổ nối dây máy biến áp

28

Chương 3: Máy điện không đồng bộ

34

1. Đại cương về máy điện không đồng bộ

34

2. Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ

39

3. Các đặc tính của máy điện khơng đồng bộ

53

4. Mở máy và điều chỉnh tốc độ

63

5. Máy điện không đồng bộ một pha

74

6. Sơ đồ trãi động cơ không đồng bộ ba pha

79

7. Sơ đồ trãi động cơ không đồng bộ một pha

90

Chương 4: Máy điện đồng bộ

94

1. Định nghĩa và công dụng
3


2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc

94

3. Động cơ điện đồng bộ

95

4. Mở máy động cơ đồng bộ

97

Chương 5: Máy điện một chiều

98

1. Đại cương về máy điện một chiều

103

2. Mở máy động cơ điện một chiều

103

Tài liệu tham khảo

109
113

4


GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: MÁY ĐIỆN
Mã mơn học:

MH12

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
- Vị trí:
Là mơn học cơ sở ngành Cơng nghệ kỹ thuật Điện - Điện tử, được bố trí
dạy ngay từ đầu khóa học, trước khi học các mơn học, mơ đun chun ngành.
- Tính chất:
Là mơn học lý thuyết chuyên môn làm nền tảng cho các mô đun Trang bị
điện, Đo lường điện, Kỹ thuật lắp đặt điện, PLC cơ bản, PLC nâng cao.
- Ý nghĩa và vai trò của môn học:
Máy điện rất đa dạng về chủng loại: máy điện tỉnh, máy điện quay; máy
điện 1 chiều, máy điện xoay chiều; máy điện đồng bộ, máy điện không đồng bộ.
Chính vì vậy máy điện có vai trị rất quan trọng trong đời sống sinh hoạt cũng
như trong lỉnh vực công nghiệp. Môn học máy điện là sự tổng hợp tinh hoa của
các loại máy điện nhằm đem đến cho người học một sự hiểu biết tối thiểu trong
việc sử dụng cũng như trong khắc phục sửa chữa một số hỏng hóc của máy điện.
Việc sử dụng thành thạo máy điện sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho kỹ thuật điều
khiển lập trình ứng dụng rất nhiều trong cơng nghiệp và trong cuộc sống.

Mục tiêu của môn học:
- Về kiến thức:
+ Hiểu được về cấu tạo cũng như nguyên lý làm việc của máy điện đồng
bộ, không đồng bộ, máy điện một chiều, máy biến áp.
- Về kỹ năng:
+ Trình bày nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ, không đồng bộ,
máy điện một chiều, máy biến áp.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Có khả năng tự phân tích và giải thích về cấu tạo cũng như nguyên lý
làm việc của máy điện đồng bộ, không đồng bộ, máy điện một chiều, máy biến
áp.

5


Nội dung của môn học:

Số
T
T
1

2

3

4

Tên chương, mục

Tổng
số

Chương 1: Khái niệm chung về
máy điện
1. Định nghĩa và phân lọai
2. Tính thuận nghịch của máy
điện
3. Các định luật cơ bản trong
máy điện
4. Các đơn vị
5. Sơ lược về các vật liệu chế
tạo máy điện
6. Phát nóng và làm mát
Chương 2: Máy biến áp
1. Đại cương
2. Nguyên lý làm việc của máy
biến áp
3. Các đại lượng định mức
4. Các lọai máy biến áp chính
5. Cấu tạo máy biến áp
6. Tổ nối dây máy biến áp
Chương 3: Máy điện không
đồng bộ
1. Đại cương về máy điện
không đồng bộ
2. Quan hệ điện từ trong máy
điện khơng đồng bộ
3. Các đặc tính của máy điện
khơng đồng bộ

4. Mở máy và điều chỉnh tốc độ
5. Máy điện không đồng bộ một
pha
6. Sơ đồ trãi động cơ không
đồng bộ ba pha
7. Sơ đồ trãi động cơ không
đồng bộ một pha
Kiểm tra
Chương 4: Máy điện đồng bộ

4

Thời gian (giờ)
Thực
Kiểm tra
hành, thí
(Thường
Lý
nghiệm,
xuyên,
thuyết
thảo luận,
định kỳ
bài tập
4

4

4

23

23

1
4
6

1
4


5

1. Định nghĩa và công dụng
2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc
3. Động cơ điện đồng bộ
4. Mở máy động cơ đồng bộ
Chương 5: Máy điện một chiều
1. Đại cương về máy điện một
chiều
2. Mở máy động cơ điện một
chiều
Ôn thi
Thi hết môn
Cộng

7

4

4

4
1

4

45

43

1
2


Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
Mã chương: MH 12-01
Giới thiệu:
Máy điện là một thiết bị vô cùng quan trọng trong đời sống sinh hoạt và
trong công nghiệp. Sự hiểu biết và sửa chữa máy điện là một mảng công việc
lớn đối với công nhân và kỹ sư ngành Điện vì vậy việc đào tạo kiến thức về máy
điện cho học sinh sinh viên ngành Điện – Điện tử là một trách nhiệm lớn.
Mục tiêu:
Học xong chương này sinh viên phân loại được các máy điện, hiểu được
các được luật cảm ứng điện từ, cũng như hiểu được sự phát nóng và làm mát của
máy điện.
Nội dung chính:
1 Định nghĩa và ph n o i máy điện:
1.1 Định nghĩa:

Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào 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 năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát
điện) hoặc biến đổi ngược lại biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện),
hoặc để biến đổi thông số điện như biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số
pha,…
Máy điện là máy thường gặp nhiều trong các nghành kinh tế như công
nghiệp, giao thông vận tải… và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình.
1.2 Phân loại:
Máy điện có nhiều loại, nhưng ở đây ta chỉ phân loại dựa trên nguyên lý
biến đổi điện năng như sau:
a. Máy điện tĩnh:
Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp. Nó dùng để biến đổi thơng số
điện năng. Ví dụ máy biến áp biến đổi điện năng có thơng số U1, I1, f thành điện
năng có thơng số U2, I2, f.
b. Máy điện có phần động (quay hoặc chyển động thẳng).
Loại máy điện này thường để biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng
thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại điện năng thành cơ năng (động
cơ điện). Nó làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ. Do từ
trường và dịng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây
ra.
8


Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thường gặp:

2. Tính thuận nghịch của máy điện:

Hình 1-1: Ngun lý hoạt động máy phát điện
2.1 Chế độ máy phát:

Cho cơ năng của động cơ sơ cấp tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học
Fcơ thanh dẫn sẽ chuyển động với tốc độ v trong từ từ trường của nam châm N –
S , trong thanh dẫn sẽ xuất hiện sức điện động e. Nếu nối vào 2 cực của thanh
dẫn 1 điện trở R của tải thì dịng điện I chạy trng thanh dẫn sẽ cung cấp điện cho
tải. Nếu bỏ qua điện trở thanh dẫn thì điện áp đặt vào tải u= e. Công suất điện
máy phát cho tải
Pđ =ui =ei.
Dòng điện I nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ F đt =
Bil. Khi máy quay với tốc độ khơng đổi thì lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ
của động cơ sơ cấp: Fđt = Fcơ
Nhân 2 vế với v ta được: vFđt = vFcơ = Bilv =ei.
9


Như vậy công suất cơ của động cơ sơ cấp Pcơ = Fcơ .v đã được biến đổi
thành công suất điện Pđ =ei nghĩa là cơ năng biến thành điện năng.
2.2 Chế độ động cơ điện:

Hình 1-2: Nguyên lý hoạt động động cơ điện
Cung cấp cho máy phát điện điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng
điện I trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fđt=Bil tác
dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều như hình
vẽ.
Cơng suất điện đưa vào động cơ:
P = ui = ei = Blvi = Fđt v
(1.1)
Như vậy công suất điện P = ui đưa vào động cơ đã được biến thành công
suất cơ Pcơ = Fđt v trên trục động cơ. Điện năng đã được biến đổi thành cơ năng.
3. Các định uật cơ bản trong máy điện:
3.1 Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday):

a. Trường hợp từ thơng  biến thiên xun qua dịng dây(định luật Lenxơ):

Hình 1-3: Sức điện động trong vịng dây có từ thơng 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
10


thơng thì chiều xoay của cái vặn nút chai sẽ là chiều dương của vịng. Khi từ
thơng  biến thiên xuyên qua dòng 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 vòng dây để làm thay đổi từ thơng qua vịng sẽ làm xuất hiện sức điện
động cảm ứng trong vòng 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 thông qua vịng biến thiên một lượng là d thì trị số sức
điện động cảm ứng trong một vòng dây đựơc viết theo công thức Maxwell như
sau:
e = - d/dt (1.2)
Nếu cuộn dây có w vịng, sđđ cảm ứng của cuộn dây sẽ là:
e=



w.d
d

dt
dt

(1.3)

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

Hình 1-4: Cảm ứng điện thanh dẫn cắt 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 góc 90) (1.4)
Trong đó:
B: là cảm ứng từ tính 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.

11


Chiều của s.đ.đ cảm ứng được xác định theo qui tắc bàn tay phải: Cho các
đường sức từ đâm vào lịng bàn tay phải, chiều ngón tay cái chỗi ra chỉ chiều
chuyển động của thanh dẫn thì chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều sức điện
động.

Hình 1-5: Qui tắc bàn tay trái
Định luật lực điện từ (định luật Laplace):
Khi thanh dẫn với chiều dài l mang dòng 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:

Có 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: dòng 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 lòng bàn tay trái, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều
dịng điện thì chiếu ngón tay cái chãi ra chỉ chiều lực điện từ.
3.2 Định luật ôm từ:
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

12


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:
n

 H .dl   H i .li  w.i  F

i 1

Trong đó F là sức từ động để tạo ra từ thơng .
Tính tóan mạch từ:
a. Bài tóan thuận biết  tìm F: Cho một mạch từ gồm m phần tử nối tiếp.
phần tử i có chiều dài li , tiết diện Si. Tính sức từ động F để tạo ra từ thơng 
chạy trong mạch từ đó.
Giải: Trong mạch từ nối tiếp, từ thông xuyên qua mọi tiết diện đều bằng
nhau. Cách tính như sau:
Bước 1: Tính từ cảm B
Bi 


Si

Suy ra từ trường Hi như sau:

Nếu phần từ là khe hở khơng khí thì μ0  4 .10 7 H/m và
H 

B

n

F   HiLi

0

i1


Nếu đọan mạch từ là vật liệu sắt từ thì dựa vào đường cong
từ hóa B= f(H) biết B suy ra H.
Bước 2 : Tính sức từ động tổng tạo ra từ thơng 
Bước 3: Mặt khác F = i.w, tùy theo bài tóan cho số vịng dây hoặc dịng
điện kích từ ta tính được dịng điện hoặc số vịng dây cần có.
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 CGS  0 và SI: Quan hệ giữa
các đơn vị của hệ MKSA, SI và CGS  0
Tên các
đại lượng
Thời gian
Tần Số
Chiều dài

Kí hiệu đơn vị
hệ MKSA và SI

Kí hiệu đơn vị
hệ CGS  0

s
Hz
m

s
Hz
cm
13

Đơn vị MKSA
chuyển sang
hệ CGS  0
1
1
102


Tốc độ dài
Gia tốc
Khối lượng
Từ thông
Từ cảm
Điện dung
Điện trở

m/s
m/s2
kg
Wb
Wb/m2
F


cm/s
cm/s2
g
Mx
G

102
102
103
108
104

- Trong nghiên cứu tính tốn, thiết kế các máy điện người ta dùng hệ
tương đối.
U= U / Uñm
P = P / Pđm
(1.6)
I = I / Iđm
Trong đó:
I: là dịng 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 dịng điện, điện áp, cơng
suất.
5. Sơ ược về các vật iệu chế t o máy điện: gồm có:
+ 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.
a. 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 (tơn silic) thường có mã hiệu: 11, 12, 13, 22,
32, 310
Trong đó:
+  chỉ lá thép kĩ thuật.
+ Số thứ nhất chỉ hàm lượng tôn silic chứa trong thép, số càng cao hàm
lượng silic 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.
14


+ 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 silic 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.
b. Vật liệu dẫn điện:
Đồng (Cu) và nhôm (Al). Chúng có điện trở bé, chống ăn mịn tốt, tùy
theo u cầu về cách điện và độ bền cơ học ta dùng hợp kim của đồng và nhôm.
c. 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:
Cấp cách điện:
Y
A
E
B
F
H
C
Nhiệt độ cao nhất
cho phép (C) >180
90 105 120 130 155 180 > 180
Độ tăng nhiệt t (C)

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.
15


6. Phát nóng và àm mát MĐ:
6.1 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: liên 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.
a.
Làm việc với tồn bộ cơng suất trong thời gian dài.
b.
Làm việc ngắn hạn.
c.
Làm việc theo chu kì.
d.
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 liên
tục.
6.2 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 khơng bằng nhau do có sự trao đổi

16


nhiệt giữa các bộ phận. Hơn nữa nhiệt độ của chất làm lạnh ở mỗi khu vực trong
máy cũng không giống nhau.
a. Các kiểu cấu tạo của máy điện:
Kiểu cấu tạo của máy điện phụ thuộc vào phương pháp bảo vệ máy đối
với mơi 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 không bảo vệ gì cả. Chia kiểu cấu tạo như sau:

Hình 1-6: Hệ thống gió dọc trục của máy điện 1 chiều

Hình 1-7: Hệ thống gió ngang trục của máy điện 1 chiều
17


- 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, khơng 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).
- 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.
b. 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 Rơto (Hình 1-6).
Khi cơng 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 lai
trở về hai đầu (Hình 1-7).

Hình 1-8: Máy điện tự làm lạnh mặt ngoài
- 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 ngồi của thân
máy. (Hình 1-8).

18


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.
- Máy nhiệt làm lạnh độc lập: Ở các máy lớn, quạt thường được đặt riêng
ở ngồi để hút gió đưa nhiệt lượng trong máy ra ngồi.

Hình 1-9: Hệ làm lạnh
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
(Hình 1-9).
- Máy điện làm lạnh trực tiếp: Khi công suất của máy điện lớn, khoảng
300  500 ngàn kW thì hệ làm lạnh kín bằng khí hyđrơ vẫn khơng đủ hiệu lực.
Đối với các máy điện đó, dây quấn được chế tạo bằng các thanh dẫn rỗng trong
có nước hoặc dầu chạy qua để được làm lạnh trực tiếp. Như vậy nhiệt lượng của
dây quấn không phảI truyền qua chất cách điện mà được nước hoặc dầu trực tiếp
đem ra ngồi do đó có thể tăng mật độ dòng điện trong thanh dẫn lên 3 đến 4 lần
và giảm kích thước máy, tiết kiệm vật liệu chế tạo.

CÂU HỎI
1. Giải thích nguyên lí thuận nghịch của máy điện?

2. Các vật liệu chế tạo máy điện là gì?
3. Các phương pháp làm lạnh máy điện?

19


Chương 2: MÁY BIẾN ÁP
Mã chương: MH 12-02

Giới thiệu:
Máy biến áp là một loại máy điện tĩnh được ứng dụng để truyền tải, phân
phối điện năng một cách hiệu quả và kinh tế. Sự hiểu biết về cấu tạo nguyên lý
làm việc, chức năng làm việc và cách sử dụng của các loại máy biến áp là một
mảng quan trọng của máy điện.
Mục tiêu:
Học xong chương này sinh viên hiểu, trình bày được cấu tạo và
nguyên lý làm việc, tổ nối dây của máy biến áp.
Nội dung chính:
1. Đ i cương:
Để truyền tải và phân phối điện năng đi xa được phù hợp và kinh tế thì
phải có những thiết bị để tăng và giảm áp ở đầu và cuối đường dây. Những thiết
bị này gọi là mba (hình 2.1). Những mba dùng trong hệ thống điện lực gọi là
mba điện lực hay mba công suất. Mba chỉ làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối
điện năng chứ không phải biến hoá năng lượng. Các loại mba như: mba điện lực,
hàn điện, các mba dùng cho các thiết bị chỉnh lưu và đo lường…ngày nay, trong
máy biến áp dây nhôm thay thế bằng đồng nhằm giảm kích thước và trọng
lượng, tiết kiệm được đồng và giá thành rẻ hơn.

Hình 2-1: Sơ đồ mạng truyền tải đơn giản
2. Nguyên í àm việc của máy biến áp:

Khi ta nối dây quấn sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1, sẽ
có dịng điện sơ cấp I1 chạy trong dây quấn sơ cấp w1. Dòng điện sơ cấp I1 sing
ra từ thông biến thiên chạy trong lõi thép từ thông này móc vịng qua cả 2 cuộn
sơ cấp w1 và thứ cấp w2, được gọi là từ thơng chính.
20


Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng
trong dây quấn sơ cấp 1 sức điện động là:
Và cảm ứng trong dây quấn thứ cấp sức điện động là:
Trong đó w1 và w2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Khi máy biến
áp không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch, dịng điện thứ cấp i2 =0. Từ thơng chính
trong lõi thép chỉ do dòng điện sơ cấp i 1 khơng tải sinh ra, có giá trị bằng dịng
từ hóa I0.

Hình 2-2: Cấu tạo máy tự biến áp một pha
Khi máy biến áp có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở tải Z t,
dưới tác động của sức điện động e2, có dịng điện thứ cấp i2 cung cấp điện cho
tải. Khi ấy từ thơng chính do đồng thời cả 2 dòng điện sơ cấp và thứ cấp sinh ra.
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thơng tản ra ngồi khơng khí, có thể
thì:
coi gần đúng
nghĩa là tỉ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số
vòng dây.
E1 , E2 là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp, thứ cấp.
và k được gọi là hệ số biến áp.
- Đối với máy biến áp tăng áp ta có U2> U1 ; w2>w1.
- Đối với máy biến áp giảm áp ta có: U2 Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp lõiên hệ với nhau về
điện nhưng nhờ có từ thơng chính, năng lượng đã được chuyển từ dây quấn sơ

cấp sang thứ cấp.

21


Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp có thể coi gần đúng quan hệ giữa
các đại lượng sơ và thứ như sau:
hoặc
Đối với máy biến áp 3 pha:
- Tỉ số điện áp pha:

kp

=

Up1
w
 1
Up2 w 2

Với W1 số vòng dây pha sơ cấp, W2 số vòng dây pha thứ cấp.
- Tỉ số điện áp dây không những chỉ phụ thuộc vào tỉ số vòng dây giữa sơ
cấp và thứ cấp mà cịn phụ thuộc cách nốI hình sao hay tam giác:
+ Khi nối /Y:
kd

=

Ud1


Ud2

Up1
3.Up2



w1
3.w2

+ Khi nối /:
Ud1 Up1
w

 1
Ud2 Up2 .w2

kd

=

kd

=

Ud1

Ud2

kd

=

Ud1

Ud2

+ Khi nối Y/Y:
3.Up1
3.Up2



w1
w2

+ Khi nối Y/:
Up1
3.Up2

 3.

w1
w2

3. Các đ i ượng định mức:
3.1 Công suất định mức Sđm:
Là cơng suất tồn phần (hay cơng suất biểu kiến hay dung lượng) đưa ra ở
dây quấn thứ cấp máy biến áp, tính bằng VA hoặc KVA. Cơng thức tổng quát
như sau

Sđm = m. Ufđm.I fđm với m là số pha của máy biến áp hoặc
Sđm  3UđmIđm

3.2 Điện áp định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp:
- Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm là điện áp dây quấn sơ cấp tính bằng
V hay kV.
- Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm là điện áp dây của dây quấn thứ cấp
khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây sơ cấp là định mức, tính bằng
V hay kV.
22


3.3 Dòng điện định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp:
Dòng diện dây định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm là những dòng điện
dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với cơng suất và điện áp định mức, tính
bằng ampe (A).
- Đối với mba 1 pha:
I1đm 

S đm
U1đm

I 2 đm 

S đm
U 2 đm

- Đối với mba 3 pha:
I1đm 

S đm
3U1đm

I 2 đm 

S đm
3U 2 đm

3.4 Tần số định mức:
fđm tính bằng Hz. Các loại máy biến áp ở nước ta có tần số cơng nghiệp là
50 Hz.
Ngồi ra trên nhãn mba còn ghi các số liệu khác như: số pha (m); tổ nối
dây quấn; điện áp ngắn mạch Un%; chế độ làm việc; cấp cách điện; phương
pháp làm nguội.
4. Các o i máy biến áp chính:
Theo cơng dụng , máy biến áp có thể gồm những loại chính sau đây:
1. Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong
hệ thống điện lực.
2. Máy biến áp chuyên dùng dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị
chỉnh lưu, máy biến áp hàn điện, …
3. Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn,
dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều.
4. Máy biến áp đo lường dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn khi
đưa vào các đồng hồ đo.
5. Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao.
Máy biến áp có rất nhiều, song thực chất các hiện tượng xảy ra trong
chúng đều giống nhau. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, sau đây chủ yếu xét
đến máy biến áp điện lực hai dây quấn một pha và ba pha.
4.1 Máy biến áp tự ngẫu:
Máy biến áp tự ngẫu 1 pha thường có cơng suất nhỏ, được dùng trong các

phịng thí nghiệm và trong các thiết bị để làm cho nguồn có khả năng điều chỉnh
được điện áp đầu ra theo yêu cầu.
Máy biến áp tự ngẫu 3 pha thường được dùng để điều chỉnh điện áp khi
mở máy các động cơ xoay chiều 3 pha.
23