Máy điện: • - Thiết bị điện, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ

MÁY ĐIỆN


Khái Niệm:
• Máy điện:
• - Thiết bị điện, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ
• - Biến đổi các dạng năng lượng khác như cơ năng thành
điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại, biến đổi điện
năng thành cơ năng (động cơ điện)
• - Biến đổi thơng số điện năng như biến đổi điện áp,
dòng điện, số pha v.v


Nguyên Lý Hoạt
Động

• Nguyên lý làm việc của Máy điện thường dựa trên cơ sở hai định
luật cảm ứng điện từ và định luật lực điện từ.
• Định luật cảm ứng điện từ: mỗi khi từ thơng qua mạch kín biến
thiên thì trong mạch kín xuất hiện dịng điện gọi là dòng điện
xoay chiều cảm ứng hay (suất điện động cảm ứng). Hiện tượng
xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

- ( quy tắc bàn tay phải: MBA, máy phát)
• Định luật điện từ: Kn: Nó là lực điện-từ trường tác dụng lên hạt
mang điện tích(chuyển động hay đứng yên)
- quy tắc bàn tay trái. ( động cơ điện)


Cấu
Tạo

Cấu tạo cơ bản:
• Cuộn dây quấn
• Lõi sắt dẫn từ
• Phần cách điện
• Cấu trúc cơ học


Phân Loại
• a) Máy điện tĩnh:
- Sự làm việc của máy dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến
thiên từ thơng giữa các cuộn dây khơng có sự chuyển động tương đối với
nhau.
- Vd: Máy Biến Áp
• b) Máy điện có phần quay:
- Thường gọi là máy điện quay hoặc chuyển động thẳng.

- Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ do
từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với
nhau gây ra.
- Vd: máy phát điện, động cơ điện


Phân Loại


Máy Điện Khơng Đồng Bộ (KĐB)
• Máy điện khơng đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm
việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rơ to
n khác với tốc độ từ trường quay trong máy n1. Máy điện

khơng đồng bộ có thể làm việc ở hai chế độ: Động cơ và
máy phát. ( Chủ yếu là động cơ KĐB)


Nguyên lý làm việc của máy điện KĐB
• Khi đặt điện áp xoay chiều ba pha có tần số f 1 vào dây quấn stato, trong dây
quấn stato sẽ có hệ thống dòng 3 pha chạy qua, dòng điện này sẽ tạo ra từ
trường quay p đôi cực, quay với tốc độ n1 = 60f1/p. Lực tác dụng tương hổ
giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dịng điện rơ to I 2, kéo roto
quay theo chiều của từ trường quay với tốc độ n.
• Hệ số trượt của tốc độ là:
• s = (n1 – n) / n1 = (Ω1 – Ω) / Ω1        
• Trong đó: Ω1 = 2 πn1 và Ω = 2 πn là tốc độ góc của từ trường quay và của roto.
• Khi roto đứng yên, tốc độ n = 0, hệ số trượt s = 1; khi roto quay định mức s =
0,02 ~ 0,06. Tốc độ động cơ là:
• n = n1(1-s) = 60f1 / p (1-s) (vg/ph)


Các cơng thức cơ bản

• Cơng suất điện tiêu thụ của động cơ:
• - Cơng suất phản kháng từ lưới vào:
• - Tổn hao đồng của dây quấn stato:
• - Tổn hao đồng trong rơto:
• - Tổn hao trong lõi sắt stato:
• - Hiệu suất của động cơ điện:
• Với:


Các cơng thức cơ bản

* Chế độ động cơ: 0• Cơng suất điện từ:
• Cơng suất cơ ở trục động cơ điện:
• Cơng suất đưa ra đầu trục động cơ điện:
* Chế độ máy phát: -ꝏ• - Cơng suất cơ:
• - Cơng suất điện từ:
• - Cơng suất điện phát ra:
* Chế độ hãm: 1

Nguyên lý làm việc của máy phát điện KĐB ba pha
• Nối dây quấn stato với lưới điện, dùng động cơ sơ cấp kéo rôto quay với
tốc độ n > n1 và cùng chiều n1 , lúc này chiều của từ trường quay quét
qua các thanh dẫn rôto sẽ ngược lại, sđđ và dịng điện rơto ngược chiều
so với chế độ động cơ.
• Chiều của lực điện từ tác dụng lên rôto sẽ ngược so với chiều quay của
rôto, tạo ra mômen hãm cân bằng với mômen quay động cơ sơ cấp. Máy
làm việc ổn định ở chế độ máy phát
• Nhờ từ trường quay do nguồn điện của lưới tạo ra, cơ năng động cơ sơ
cấp đưa vào rôto được biến thành điện năng ở stato.
• Để tạo ra từ trường quay, lưới điện phải cung cấp cho máy phát điện
không đồng bộ công suất phản kháng Q, do đó làm cho hệ số cơng suất
của lưới điện thấp đi.
• Khi máy phát làm việc riêng lẻ (khơng có điện vào dây quấn stato lúc
ban đầu) người ta phải dùng tụ nối ở đầu cực của máy để kích từ cho
máy. Đây chính là nhược điểm của máy phát điện KĐB, vì thế nó ít được
dùng làm máy phát điện trong hệ thống cung cấp điện.

Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB ba pha
• Cho dòng điện ba pha tần số f đi vào ba dây quấn stato
của động cơ không đồng bộ, trong máy sẽ có từ trường
quay p đơi cực quay với tốc độ n1 = 60.f / p
• Từ trường quay quét qua các thanh dẫn của dây quấn rôto,
cảm ứng trong dây quấn sđđ. Dây quấn rơto khép kín
mạch (ngắn mạch) nên sđđ cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện
chạy trong các thanh dẫn rơto.
• Lực điện từ do trường quay của máy tác động vào dòng
điện chạy trong thanh dẫn rôto, kéo rôto quay với tốc độ n
cùng chiều với từ trường quay và n

Cấu Tạo Động Cơ KĐB 3 Pha
* Stato (sơ cấp hay phần ứng)
• Lõi thép stato
• Lõi thép stator có dạng hình trụ làm bằng
các lá thép ký thuật điện, được dập rãnh
bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành
các rãnh theo hướng trục. Lõi thép được
ép vào trong vỏ máy.
• Dây quấn stato
• Dây quấn stato thường được làm bằng
dây đồng có bọc cách điện và đặt trong
các rãnh của lõi một thép
• Stator được nối với một nguồn điện xoay
chiều AC, cấp một điện áp cho stator để
tạo ra dịng điện chạy bên trong nó. Dịng
điện này sẽ tạo ra từ trường xoay chiều

ảnh hưởng đến rotor, và tạo ra dòng điện
cảm ứng bên trong rotor.


Cấu Tạo Động Cơ KĐB 3 Pha
* Rotor (thứ cấp hay phần quay)
• Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.
• Lõi thép
• Lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép
stator ghép lại, mặt ngoài dập rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục.
• Dây quấn
• Dây quấn rotor của máy điện khơng đồng bộ có hai kiểu là rotor ngắn mạch cịn gọi
là rơ to lồng sóc và rotor dây quấn.
• Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn
mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu.
• Dịng điện xoay chiều 3 pha chạy trong dây quấn ba pha stato sẽ tạo nên từ trường
quay.


Cấu Tạo Động Cơ KĐB 3 pha
• Rotor (thứ cấp hay phần quay)
• Rơ to dây quấn cũng quấn giống như dây quấn ba pha stato và
có cùng số cực từ như dây quấn stato. Dây quấn kiểu này luôn
luôn đấu hình sao (Y) và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt,
gắn vào trục quay của rô to và cách điện với trục. Ba chổi than
(giúp thay đổi điện trở) được cố định và luôn tỳ trên vành trượt này
để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngồi động cơ
để khởi động hoặc điều chình tốc độ.

Mơmen quay của động cơ điện KĐB ba pha
• Chế độ động cơ điện, mơmen điện từ đóng vai trị mơmen
quay, được tính:


Mômen quay của động cơ điện KĐB ba pha


Mômen quay của động cơ điện KĐB ba pha


Đặc tính của động cơ điện KĐB ba pha
• a) Đặc tính cơ M = f(n) khi U = const, f = const, R2 = const
• Tại điểm a: mơmen MC tăng → tốc độ động cơ giảm, theo đường đăc
tính → M của động cơ tăng → cân bằng MC . Động cơ làm việc ổn
định ở tình trạng cân bằng mới.
• Tại điểm b: mơmen MC tăng → tốc độ động cơ giảm, theo đường đặc
tính → M của động cơ giảm càng nhỏ hơn MC . Động cơ khơng thể
xác lập được tình trạng cân bằng mới và phải ngừng quay.


Đặc tính của động cơ điện KĐB ba pha
• b) Đặc tính cơ M = f(n) khi thay đổi điện
áp U1
• Mơmen tỉ lệ với bình phương điện áp, nếu
điện áp đặt vào động cơ thay đổi, mômen
động cơ thay đỏi rất nhiều. Vùng làm việc ổn
định của động cơ giảm đi và tốc độ quay của
động cơ cũng giảm đi khi điện áp giảm
• c) Đường đặc tính cơ khi thay đổi điện

trở rơto
• Khi thay đổi điện trở rôto (bằng cách thêm
điện trở phụ), sth thay đổi nhưng Mmax
khơng đổi. Tính chất này được sử dụng để
điều chỉnh tốc độ và mở máy động cơ rôto
dây quấn. Từ hình vẽ ta thấy khi tăng điện trở
mạch rơto, mơmen mở máy tăng, vùng làm
việc ổn định của động cơ tăng, tốc độ giới hạn
nth giảm, tốc độ quay của động cơ giảm


Mở máy động cơ KĐB ba pha
• Mơmen mở máy của động cơ KĐB ba pha là mômen tại thời điểm
tốc độ n = 0.
• Để mở máy được, mơmen mở máy động cơ phải lớn hơn mômen
cản của tải lúc mở máy, đồng thời mômen động cơ phải đủ lớn để
thời gian mở máy trong phạm vi cho phép
• Dịng điện pha mở máy:
• Dịng điện mở máy lớn bằng 5 - 7 lần dòng điện định mức. Đối với
lưới điện công suất nhỏ sẽ làm cho điện áp mạng điện tụt xuống,
ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác.
• Vì thế ta cần có các biện pháp giảm dòng điện mở máy


Mở máy động cơ KĐB 3 pha

• 1. Mở máy động cơ rơto dây quấn
• Để giảm dịng điện và tăng mômen mở máy, dây quấn
rôto được nối với biến trở mở máy. Đầu tiên để biến trở
lớn nhất, sau đó giảm dần đến khơng. Đường đặc tính

mơmen ứng với các giá trị Rmở.
• Dịng điện mở máy:
• Nhờ có Rmm mơmen mở máy tăng, dịng điện mở máy
giảm, đó là ưu điểm lớn của động cơ rôto dây quấn


Mở máy động cơ KĐB ba pha
• 2. Mở máy động cơ lồng sóc
• a) Mở máy trực tiếp.
• Đây là phương pháp đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động cơ
điện vào lưới điện.
• Khuyết điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn, làm
tụt điện áp mạng điện rất nhiều, nếu quán tính của máy lớn, thời
gian mở máy sẽ rất lâu, có thể làm chảy cầu chì bảo vệ.
• Phương pháp này dùng được khi công suất mạng điện (hoặc nguồn
điện) lớn hơn công suất động cơ rất nhiều, việc mở máy sẽ rất
nhanh và đơn giản
• b) Giảm điện áp stato khi mở máy
• Khi mở máy, giảm điện áp đặt vào động cơ, để giảm dòng điện mở
máy. Khi động cơ hoạt động bình thường cấp điện áp định mức.
• Điện áp giảm → dịng điện giảm
• Điện áp giảm → mơmen giảm
• Khuyết điểm của phương pháp này là mơmen mở máy giảm rất
nhiều, vì thế nó chỉ sử dụng được đối với trường hợp không yêu cầu
mômen mở máy lớn.


Mở máy động cơ KĐB ba pha

• 2. Mở máy động cơ lồng sóc

• c). Dùng điện kháng nối tiếp
vào mạch stato
• Điện áp mạng điện đặt vào động
cơ qua điện kháng Đ.K. Lúc mở
máy, cầu dao D2 mở, D1 đóng. Khi
động cơ đã quay ổn định thì đóng
cầu dao D2 , mở cầu dao D1 .
• Do điện áp rơi trên điện kháng,
điện áp trực tiếp đặt vào động cơ
giảm đi k lần. Dòng điện sẽ giảm
đi k lần, song mơmen giảm đi k2
lần (vì momen tỷ lệ với bình
phương điện áp


Mở máy động cơ KĐB ba pha
• 2. Mở máy động cơ lồng sóc
• d). Dùng máy biến áp tự ngẫu
• Điện áp mạng điện đặt vào sơ cấp máy biến áp tự ngẫu, thứ cấp
đưa vào động cơ.
• Thay đổi vị trí con chạy để cho lúc mở máy điện áp đặt vào động
cơ nhỏ, sau đó dần dần tăng lên bằng định mức.
• Gọi k là hệ số biến áp của máy tự biến áp; U1 là điện áp pha lưới
điện ; zn là tổng trở động cơ lúc mở máy.
• Dịng điện I1 lưới điện cung cấp cho động cơ lúc có máy biến áp
tự ngẫu chính là dịng điện sơ cấp của máy tự biến áp:

• Khi có máy biến áp tự ngẫu, dịng điện của lưới điện giảm đi k2
lần. Đây là một ưu điểm so với dùng điện kháng (dịng điện giảm
k lần).

• Phương pháp được dùng nhiều đối với động cơ công suất lớn.
Điện áp đặt vào động cơ giảm k lần, nên mômen sẽ giảm k2 lần