Giáo trình Máy điện 1 (Nghề Điện công nghiệp Trình độ Cao đẳng)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI

GIÁO TRÌNH

MÁY ĐIỆN 1

NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

NĂM 2020


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
Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng điện ngày càng lớn. Máy điện là
thiết bị được sử dụng nhiều nhất trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế. Vì vậy,
tìm hiểu, nghiên cứu các kiến thức cơ bản trong thiết kế, vận hành, khai thác máy
điện là vấn đề được nhiều người, nhiều ngành quan tâm quan tâm, đặc biệt là các
kĩ sư, kĩ thuật viên ngành điện.
Giáo trình do các nhà giáo có nhiều năm kinh nghiệm giảng dạy tại trường biên
soạn. Nội dung của giáo trình được xây dựng dựa trên cơ sở tham khảo các giáo
trình đang được giảng dạy tại các trường trong nước kết hợp với những nội dung
đã được giảng dạy nhiều năm của nhà trường và các nội dung nhằm đáp ứng yêu
cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp cơng nghiệp hóa hiện đại hóa.

Nội dung của giáo trình được biên soạn gồm 5 bài như sau:
Bài 1: Khái niệm chung về máy điện
Bài 2: Máy biến áp
Bài 3: Máy điện không đồng bộ
Bài 4: Máy điện đồng bộ
Bài 5: Máy điện một chiều

Nhóm biên soạn


Contents
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN................................................................................................. 1
LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................................ 2
GIỚI THIỆU VỀ MƠ ĐUN ................................................................................................ 8
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học: ............................................................ 8
Mục tiêu của môn học: .................................................................................................... 8
Nội dung của môn học: .................................................................................................... 8
BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN ................................................................. 9
Mục tiêu: .......................................................................................................................... 9
1.1.CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ................................... 9
1.1.1.Định luật lực điện từ. .......................................................................................... 9
1.1.2.Định luật cảm ứng điện từ. ............................................................................... 10
1.1.3.Tự cảm & hổ cảm. ............................................................................................ 11
1.2.ĐỊNH NGHĨA & PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN .......................................................... 12
1.2.1.Định nghĩa ........................................................................................................ 12
1.2.2.Phân loại ........................................................................................................... 12
1.3.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY PHÁT ĐIỆN & ĐỘNG CƠ ĐIỆN ................... 14
1.3.1.Nguyên lý làm việc của máy phát điện ............................................................ 14
1.3.2.Nguyên lý làm việc của động cơ điện .............................................................. 15
1.3.3.Tính thuận nghịch của máy điện ...................................................................... 15

1.4.CÁC LOẠI VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN .................................................... 15
1.4.1.Vật liệu dẫn điện ............................................................................................... 15
1.4.2.Vật liệu dẫn từ .................................................................................................. 16
1.4.3.Vật liệu cách điện ............................................................................................. 16
1.4.4.Vật liệu kết cấu ................................................................................................. 17
1.5.PHÁT NÓNG & LÀM MÁT MÁY ĐIỆN ............................................................. 17
1.5.1.Đại cương ......................................................................................................... 17
1.5.2.Sự phát nóng và nguội lạnh của máy điện ........................................................ 18
CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 1 ............................................................................................ 21
BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP ..................................................................................................... 22
Mục tiêu: ....................................................................................................................... 22
2.1

KHÁI NIỆM CHUNG.......................................................................................... 22

2.1.1

Vai trị và cơng dụng ..................................................................................... 22

2.1.2

Định nghĩa ..................................................................................................... 23

2.2

CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP.................................................................................. 23

2.2.1

Lõi thép máy biến áp ..................................................................................... 23

2.2.2

Dây quấn máy biến áp ................................................................................... 24

2.2.3

Vỏ máy biến áp ............................................................................................. 24

2.3

CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP ..................................... 26

2.3.1

Điện áp định mức .......................................................................................... 26

2.3.2

Dòng điện định mức ...................................................................................... 26

2.3.3

Công suất định mức....................................................................................... 26

2.4

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP .............................................. 27

2.5

MƠ HÌNH TỐN & SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP ...................... 29

2.5.1

Quá trình điện từ trong máy điện .................................................................. 29

2.5.2

Phương trình điện áp phía sơ cấp .................................................................. 29

2.5.3

Phương trình điện áp phía thứ cấp ................................................................ 30

2.5.4

Phương trình cân bằng sức từ động............................................................... 30

2.5.5

Sơ đồ thay thế máy biến áp ........................................................................... 31

2.6.CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP................................................. 33
2.6.1.Chế độ không tải của máy biến áp ................................................................... 33
2.6.2.Chế độ ngắn mạch của máy biến áp ................................................................. 35
2.6.3.Chế độ có tải của máy biến áp .......................................................................... 38
2.7.QUẤN MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CỠ NHỎ........................................................ 41
2.7.1.Các loại lõi thép máy biến áp - cách ghép lõi thép máy biến áp ...................... 41

2.7.2.Phương pháp đo kích thước lõi ........................................................................ 44
2.7.3.Phương pháp làm khuôn, làm lõi quấn dây máy biến áp ................................. 47
2.7.4.Phương pháp quấn dây máy biến áp một pha ................................................... 49
2.7.5.Tính tốn số liệu dây quấn máy biến áp một pha ............................................. 50
CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 2 ............................................................................................ 59
BÀI 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ......................................................................... 61
Mục tiêu: ....................................................................................................................... 61
3.1

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ............................ 61

3.1.1

Khái niệm ...................................................................................................... 61

3.1.2

Phân loại ........................................................................................................ 61

3.2.1

Phần tĩnh ........................................................................................................ 62

3.2.2

Phần quay ...................................................................................................... 62

3.3

TỪ TRƯỜNG QUAY CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ......................... 64

3.4

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ . 66

3.5.CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ........... 67
3.6.MÔ MEN QUAY CỦA ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA .................................................. 67
3.6.1Phương trình cân bằng mơmen .......................................................................... 67


3.6.2

Biểu thức mô men ......................................................................................... 68

3.6.3

Công thức Clox (Klox) .................................................................................. 72

3.6.4

Đặc tính cơ và vấn đề ổn định ....................................................................... 73

3.7

MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA ..................................................................... 74

3.7.1

Quá trình mở máy động cơ điện không đồng bộ........................................... 74

3.7.2

Các phương pháp mở máy ............................................................................ 75

3.8

BIỂU ĐỒ NĂNG LƯỢNG CỦA ĐỘNG CƠ ..................................................... 78

3.9

HIỆU SUẤT ......................................................................................................... 78

3.10 SƠ ĐỒ DÂY QUẤN ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA 1 LỚP DÂY. ............................. 79
3.10.1

Sơ lược về cấu tạo bộ dây quấn Stato động cơ không đồng bộ 3 pha ....... 79

3.10.2

.Các thông số sử dụng khi lập sơ đồ dây quấn 3 pha ................................. 79

3.10.3

.Các bước thực hiện vẽ sơ đồ trải bộ dây quấn stato động cơ KĐB 3 pha 83

3.10.4.Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ 1 pha .............................................. 93
3.11 QUẤN BỘ DÂY STATO ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA .......................................... 102
3.11.1. Quấn động cơ KĐB 3 pha đồng tâm q tập trung 2p = 4............................ 102
3.11.2. Quấn động cơ KĐB 3 pha đồng tâm q phân tán 2p = 4 .............................. 103
3.11.3. Quấn động cơ KĐB 3 pha đồng khuôn q tập trung 2p = 4.......................... 105

3.12 XÁC ĐỊNH CỰC TÍNH ĐỘNG CƠ 3 PHA ..................................................... 106
3.12.1. Xác định bằng dòng điện một chiều ............................................................ 106
3.13.ĐỌC CÁC THÔNG SỐ TRÊN NHÃN ĐỘNG CƠ 3 PHA ............................... 107
3.13.1 Sơ lược về các thông số trên nhãn động cơ 3 pha ............................................ 107
3.14.ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA ..................................................... 109
3.14.1.Khái quát ...................................................................................................... 109
3.14.2. Phân loại động cơ KĐB 1 pha ..................................................................... 110
3.14.3. Phân tích trừ trường trong dây quấn động cơ KĐB 1 pha. ......................... 110
3.14.4.Nguyên lý làm việc ....................................................................................... 111
3.14.5. Sơ đồ dây quấn động cơ KĐB 1 pha ........................................................... 113
3.14.6.Quấn bộ dây stato động cơ không đồng bộ 1 pha ........................................ 114
3.15. THÁO LẮP, BẢO DƯỠNG MÁY ĐIỆN ......................................................... 115
3.15.1.Những yêu cầu khi sử dụng dụng cụ tháo lắp máy điện .............................. 115
3.15.2.Tháo lắp, bảo dưỡng động cơ điện ............................................................... 116
BÀI 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ...................................................................................... 118
Mục tiêu: ......................................................................................................................... 118
4.1

.ĐỊNH NGHĨA VÀ CƠNG DỤNG ................................................................... 119

4.1.1

Định nghĩa ................................................................................................... 119

4.1.2

Cơng dụng ................................................................................................... 119


4.1.3

4.2

Các trị số định mức ..................................................................................... 119

.CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ........................................................ 120

4.2.1

Stato ............................................................................................................. 120

4.2.2

Rôto ............................................................................................................. 120

4.3

.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ .................. 122

4.4

.PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ ................... 123

4.4.1

Khi tải thuần trở .......................................................................................... 123

4.4.2

Khi tải thuần cảm ........................................................................................ 124

4.4.3

Khi tải thuần dung ....................................................................................... 124

4.4.4

Khi tải tổng hợp........................................................................................... 124

4.5

CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ ................... 125

4.5.1

Đặc tính ngồi của máy phát điện đồng bộ ................................................. 125

4.5.2

Đặc tính điều chỉnh ..................................................................................... 125

4.6.BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ ....................................... 126
4.6.1.Máy phát điện đồng bộ làm việc song song ................................................... 126
4.6.2.Các phương pháp hòa đồng bộ chính xác ...................................................... 127
4.6.3.Phương pháp tự đồng bộ................................................................................. 129
CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 4 .......................................................................................... 130
BÀI 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .................................................................................. 131
Mục tiêu: ......................................................................................................................... 131
5.1

ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ................................................... 131

5.2

CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ..................................................... 132

5.2.1

Stato ............................................................................................................. 132

5.2.2

Rôto ............................................................................................................. 133

5.3

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ........... 135

5.3.1

Chế độ máy phát điện .................................................................................. 135

5.3.2

Chế độ động cơ điện.................................................................................... 136

5.4

TỪ TRƯỜNG VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ........ 137

5.4.1

Phản ứng phần ứng trong máy điện một chiều ........................................... 137

5.4.2

Từ trường cực từ phụ .................................................................................. 138

5.4.3

Sức điện động phần ứng .............................................................................. 139

5.5

CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ, MÔMEN ĐIỆN TỪ CỦA MĐ MỘT CHIỀU ......... 140

5.6

TIA LỬA ĐIỆN TRÊN CỔ GÓP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC .................. 140

5.6.1

Nguyên nhân cơ khí .................................................................................... 141

5.6.2

Nguyên nhân điện từ ................................................................................... 141

5.7

MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU ..................................................................... 141

5.7.1

Máy phát điện một chiều kích từ độc lập .................................................... 142

5.7.2

Máy phát điện kích từ song song ................................................................ 143

5.7.3

Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp ................................................... 144

5.7.4

Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp .................................................. 145

5.8

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ........................................................................ 145

5.8.1

Mở máy động cơ điện một chiều................................................................. 146

5.8.2

Điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều ........................................... 148

5.9. BẢO DƯỠNG,SỬA CHỮA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .................................... 149
5.9.1.Thuật ngữ và phân loại dây quấn ................................................................... 149
5.9.2.Phương pháp đưa đầu dây lên phiến góp ....................................................... 150
5.9.3.Định nghĩa các bước bối dây và các công thức liên quan .............................. 151
5.9.4.Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn rôto máy điện một chiều....................... 152
5.9.4.Sơ đồ dây quấn theo công nghệ quấn dây rôto động cơ vạn năng ................. 157
CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 5 .......................................................................................... 163
BÀI TẬP BÀI 5 ........................................................................................................... 163
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 165


GIỚI THIỆU VỀ MƠ ĐUN
MƠ ĐUN: MÁY ĐIỆN 1
Mã mơ đun: MĐ20
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của môn học:
Môn học máy điện là một môn học chuyên môn của học viên ngành điện công
nghiệp. Môn học này nhằm trang bị cho học viên các trường cao đẳng nghề, trung
cấp nghề và các trung tâm dạy nghề những kiến thức về nguyên lý, cấu tạo, các chế
độ làm việc của máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ và máy
điện một chiều...với các kiến thức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh
vực sản xuất cũng như đời sống. Ngoài ra các kiến thức này dùng làm phương tiện
để học tiếp các môn chuyên môn của ngành điện như cung cấp điện, trang bị điện,
máy điện 2... Môn học này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ
thuật, các học viên của các ngành khác quan tâm đến lĩnh vực này.
Mục tiêu của môn học:
Sau khi hồn tất mơn học này học viên có năng lực:
 Mơ tả được cấu tạo, phân tích ngun lý của các loại máy điện
 Vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn máy điện
 Quấn lại được động cơ một pha, ba pha, máy biến áp bị hỏng theo số liệu
có sẵn.

 Tính tốn một số thơng số kỹ thuật cần thiết trong máy điện.
 Kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa các hư hỏng ở phần điện và phần cơ các loại
máy điện.
 Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và tư duy khoa học trong công
việc
Nội dung của môn học:


BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
Mục tiêu:
- Phát biểu được các định luật điện từ trong máy điện
- Phân tích được nguyên lý hoạt động của máy phát và động cơ điện
- Giải thích được q trình phát nóng và làm mát của máy
- Phát huy tính tích cực, chủ động, cẩn thận trong công việc
1.1.CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
Trong nghiên cứu máy điện ta thường dùng các định luật sau: định luật cảm
ứng điện từ, định luật lực điện từ và định luật mạch từ. Các định luật này đã được
trình bày trong giáo trình vật lý, ở đây nêu lại những điểm chính áp dụng cho
nghiên cứu máy điện.
1.1.1.Định luật lực điện từ.
Lực điện từ có ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật, và là cơ sở để chế tạo máy
điện, khí cụ điện. Thực nghiệm chứng tỏ rằng đặt một dây dẫn thẳng có dịng điện
vng góc với đường sức của từ trường đều, sẽ xuất hiện lực điện từ tác dụng lên
dây dẫn xác định như sau:
+ Trị số lực tỉ lệ với cường độ từ cảm, chiều dài dây dẫn đặt trong từ trường
(gọi là chiều dài tác dụng) và cường độ dòng điện.
F = B.l.i

(1-1)

Ở đây:
F: lực điện từ (N).
l: chiều dài tác dụng (m).
B: cường độ từ cảm (T).
i: cường độ dòng điện (A).
+ Phương và chiều lực điện từ xác định theo quy
tắc bàn tay trái (hình 1-1); ngửa bàn tay trái cho
đường sức từ (hoặc véctơ từ cảm B) xuyên qua lòng
bàn tay, chiều bốn ngón tay duỗi thẳng theo chiều
dịng điện thì ngón tay cái duỗi ra chỉ chiều lực điện từ.

Hình 1-1. Quy tắc
bàn tay trái.

Trường hợp dây dẫn khơng đặt vng góc mà lệch nhau một góc ≠ 90 0 thì trị
số lực F được xác định bởi công thức:
F = B.l.i.sin

(1-2)


1.1.2.Định luật cảm ứng điện từ.
Năm 1831, nhà vật lý học người Anh là Michel Faraday phát hiện ra hiện
tượng cảm ứng điện từ, một hiện tượng cơ bản của kỹ thuật điện. Nội dung của
hiện tượng đó là: khi từ thông biến thiên bao giờ cũng kèm theo sự xuất hiện một
sức điện động, gọi là sức điện động cảm ứng.
a. Trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua vòng dây.
Năm 1833, nhà vật lý học người Nga là Lenx đã phát hiện ra quy luật về chiều
sức điện động cảm ứng và do đó định luật cảm ứng điện từ được phát biểu như sau:
khi từ thông Φ biến thiên xuyên qua một vòng dây, sẽ làm xuất hiện một sức điện

động gọi là sức điện động cảm ứng trong vịng dây. Sức điện
động này có chiều sao cho dịng điện do nó sinh ra tạo
thành từ thơng có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thơng
đã sinh ra nó.
Định luật này có thể viết dưới dạng phương trình
Maxwell:
e=-

dΦ
dt

(1-3)

Hình 1-2. Quy tắc
vặn nút chai.

Dấu  trên hình (1-2) chỉ chiều của Φ đi từ ngồi vào trong. Nếu cuộn dây có
W vịng, sức điện động cảm ứng của cuộn dây là:
e = -W

dΦ
dΨ
=dt
dt

(1-4)

Trong đó:  = WΦ gọi là từ thơng móc vịng của cuộn dây. Đơn vị của từ
thông là Webe (Wb), sức điện động là votl (V).
b. Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường.

Hình vẽ (1-3) biểu diễn một thanh dẫn chuyển động
trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu.
Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với các
đường sức của từ trường đều B với vận tốc v, trong
thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e và có trị số:
e = B.l.v

(1-5)

Trong đó:
B: cường độ từ cảm (T).
l: chiều dài hiệu dung của thanh dẫn (m).
v: vận tốc thanh dẫn (m/s).

Hình 1-3. Quy tắc
bàn tay phải.


Chiều dài của sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải
(hình 1-3); ngửa bàn tay phải cho đường sức từ (hoặc véctơ từ cảm B) xun qua
lịng bàn tay, ngón tay cái duỗi thẳng ra vng góc theo chiều quay của thanh dẫn,
thì chiều bốn ngón tay duỗi thẳng ra chỉ chiều sức điện động e.
1.1.3.Tự cảm & hổ cảm.
a. Tự cảm.
- Cho qua cuộn dây có W vịng một dịng điện thì sẽ sinh
ra từ thơng móc vịng với cuộn dây là:
 = W.Φ

(1-6)

Điện cảm L của cuộn dây được định nghĩa là:
L=

Ψ
W.Φ
=
i
i

Hình 1-4. Tự cảm.

(1-7)

Đơn vị của điện cảm là H (Henry)
- Nếu dòng điện i biến thiên theo thời gian t thì từ thơng  cũng biến thiên theo
thời gian t và cuộn dây cảm ứng ra sức điện động tự cảm e L khi L = const (hằng
số).
eL = -

dΨ
di
= -L
dt
dt

(1-8)

Điện áp rơi trên cuộn dây:
u L = -e L = L

di
dt

(1-9)

Công suất trên cuộn dây:
p L = u L .i = L.i

di
dt

(1-10)

Năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây:
t

t

0

0

WM =  p L dt =  Lidi =

1 2
Li
2

(1-11)

Như vậy điện cảm L đặc trung cho khả năng tích lũy năng lượng từ trường của
cuộn dây.
b. Hỗ cảm.
Hiện tượng hỗ cảm là hiện tượng xuất
hiện từ trường trong cuộn dây do dòng điện
biến thiên trong cuộn dây khác tạo nên. Trên
Hình 1-5. Hỗ cảm.
hình 1-5 có hai cuộn dây có liên hệ hỗ cảm với nhau. Từ thơng hỗ cảm trong cuộn
2 do dòng điện i1 tạo nên là:


21 = M.i1

(1-12)

M là hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn dây. Nếu i1 biến thiên thì điện áp hỗ cảm của
cuộn 2 do i1 tạo nên là:
u 21 =

dΨ 21 Mdi1
=
dt
dt

(1-13)

Tương tự điện áp hỗ cảm của cuộn 1 do dòng điện i2 tạo nên là:
u12 =

dΨ12 Mdi 2

=
dt
dt

(1-14)

Cũng như điện cảm L, đơn vị của hỗ cảm là Henry (H). Hỗ cảm M được ký
hiệu như sơ đồ (hình 1-6a, 1-6b) và dùng cách đánh dấu một cực cuộn dây bằng
dấu sao () hay dấu () để dễ xác định dấu của phương trình (1-13) và (1-14). Đó
là các cực cùng tính, khi các dịng điện có chiều cùng đi vào (hoặc cùng ra khỏi)
các cực đánh dấu ấy thì từ thơng tự cảm 11 và từ thơng hỗ cảm 21 cùng chiều.
Cực tính phụ thuộc vào chiều quấn dây và vị trí của các cuộn dây có hỗ cảm.

Hình 1-6a

Hình 1-6b

1.2.ĐỊNH NGHĨA & PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN
1.2.1.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
ngược lại biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện), hoặc dùng 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 ngành kinh tế như công nghiệp,
giao thông vận tải,... và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình.
1.2.2.Phân loại
Dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng máy điện được phân loại thành hai
loại chính sau:
a. Máy điện tĩnh.

Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, do sự biến đổi từ
thông trong các cuộn dây khơng có sự chuyển động tương đối với nhau. Thường
dùng để biến đổi các thông số điện năng như máy biến áp biến đổi điện áp xoay
chiều thành điện áp xoay chiều có giá trị khác,… và được phân loại như sau:
. Theo công dụng:
+ Máy biến áp điện lực: Dùng trong truyền tải phân phối điện năng.
+ Máy biến áp đo lường: Dùng trong kĩ thuật đo lường.
+ Máy biến áp hàn: Dùng trong kĩ thuật hàn.
+ Máy biến áp âm tần, cao tần: Dùng trong kĩ thuật điện tử.
+ Máy biến áp lò: Dùng trong các lò luyện kim.
. Theo số pha:
+ Máy biến áp một pha.
+ Máy biến áp 3 pha.

Hình 1-7. Biểu diễn tính thuận nghịch của máy biến áp.
b. Máy điện quay.
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.
Loại máy điện này thường dùng để biến đổi dạng năng lượng, ví dụ biến đổi cơ
năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc biến đổi điện năng thành cơ năng
(động cơ điện). Q trình biến đổi có tính chất thuận nghịch. Máy điện quay được
phân loại như sau:
. Máy điện xoay chiều:
+ Máy điện không đồng bộ (MKĐB):
- Động cơ không đồng bộ (ĐKĐB).
- Máy phát không đồng bộ (MFKĐB).
+ Máy điện đồng bộ (MĐB):
- Động cơ đồng bộ (ĐĐB).

- Máy phát đồng bộ (MFĐB).


. Máy điện một chiều:
- Động cơ một chiều (ĐMC).
- Máy phát một chiều (MFMC).
Hình 1-8 là sơ đồ phân loại các máy điện thường gặp.

Hình 1-8. Sơ đồ phân loại máy điện.
1.3.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY PHÁT ĐIỆN & ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Máy điện có tính thuận nghịch nghĩa là nó có thể làm việc ở chế độ máy phát
điện hoặc động cơ điện.
1.3.1.Nguyên lý làm việc của máy phát điện
Cho cơ năng của động cơ sơ cấp vào
thanh dẫn một lực cơ học Fcơ thanh dẫn sẽ
chuyển động với tốc độ v trong từ trường
của nam châm N-S trong thanh dẫn sẽ cảm
ứng sức điện động e. Nếu nối vào 2 cực
của thanh dẫn điện trở R tải, sẽ có dịng
điện i chạy trong thanh dẫn cung cấp điện
cho tải. Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn,
điện áp đặt vào tải
u = e. Công suất
điện của máy phát cung cấp cho tải là:
p = ui = ei

(1-15)

Hình 1-9. Nguyên lý làm việc
của máy phát điện.

Dòng điện i nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của một lực điện từ Fđt =
B.l.i có chiều như như hình vẽ 1-9.
Khi máy quay với tốc độ không đổi lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của
động cơ sơ cấp: Fcơ = Fđt, máy sẽ quay đều.
Nhân hai vế của biểu thức trên với tốc độ v ta có:
Fcơ.v = Fđt.v = B.i.l.v = e.i

(1-16)

Điều này có nghĩa là, cơng suất cơ của động cơ sơ cấp P cơ =Fcơ.v đã được biến
đổi thành công suất điện Pđ = e.i, tức là cơ năng biến thành điện năng ở máy phát
điện.
1.3.2.Nguyên lý làm việc của động cơ điện
Cung cấp điện cho máy phát điện,
điện áp u của nguồn điện sẽ gây ra
dòng điện i chạy trong thanh dẫn. Dưới
tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ
Fđt = B.l.i tác dụng lên thanh dẫn
chuyển động với tốc độ v có chiều như
hình 1-10.
Như vậy công suất điện Pđ = u.i
đưa vào động cơ đã được biến thành
công suất cơ Pcơ = Fđt.v trên trục động
cơ. Điện năng đã biến đổi thành cơ năng.

Hình 1-10. Nguyên lý làm việc
của động cơ điện.

1.3.3.Tính thuận nghịch của máy điện
Qua các mục (1.3.1) và (1.3.2) ta nhận thấy, cùng một thiết bị điện từ (thanh
dẫn đặt trong từ trường nam châm N-S), tùy theo năng lượng đưa vào (cơ năng hay
điện năng) mà máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hay động cơ điện.
Đây chính là tính thuận nghịch của máy điện. Mọi loại máy điện đều có tính thuận
nghịch.
1.4.CÁC LOẠI VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN
Vật liệu chế tạo máy điện gồm: vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách
điện, vật liệu kết cấu.
1.4.1.Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện:


- Vật liệu dẫn điện dùng trong máy điện tốt nhất là đồng, vì chúng khơng đắt
lắm và có điện trở suất nhỏ. Ngồi ra cịn dùng nhơm và các hợp kim khác như
đồng thau, đồng phốt pho.
- Đối với các bộ phận khác như vành đổi chiều, lồng sóc, hoặc vành trượt,
ngồi đồng, nhơm người ta cịn dùng cả các hợp kim của đồng hoặc nhơm, hoặc có
chỗ cịn dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và giảm kim loại màu.
1.4.2.Vật liệu dẫn từ
Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ:
- Ở đoạn mạch từ có từ thơng biến đổi với tần số 50Hz thường dùng thép lá kỹ
thuật điện dày 0,35  0,5 mm.
- Ở tần số cao hơn, dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,1  0,2 mm.
- Thép lá kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng và cán
nguội.
- Ở đoạn mạch từ có từ trường không đổi, thường dùng thép đúc, thép rèn
hoặc thép lá.
1.4.3.Vật liệu cách điện
- Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện,

hoặc cách ly các bộ phận dẫn điện với nhau.
- Độ bền vững về nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn quyết định nhiệt độ cho
phép của dây và do đó quyết định tải của nó.
- Nếu tính năng chất cách điện cao thì lớp cách điện có thể mỏng và kích thước
của máy giảm.
- Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm:
+ Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải lụa.
+ Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thủy tinh.
+ Các chất tổng hợp.
+ Các loại men, sơn cách điện.
Chất cách điện tốt nhất là mica, song tương đối đắt nên chỉ dùng trong các máy
điện có điện áp cao. Thơng thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải, sợi,…
Chúng có độ bên cơ học tốt, mềm, rẻ tiền nhưng dẫn nhiệt xấu, hút ẩm, cách điện
kém.


Căn cứ vào độ bền cơ nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra nhiều loại cấp các
điện sau:
Cấp
cách
điện

Vật liệu

Nhiệt độ giới hạn
cho phép vật liệu
(0C)

Nhiệt độ trung
bình cho phép dây

quấn (0C)

A

Sợi xenlulô, bông hoặc tơ tẩm
trong vật liện cơ lỏng.

105

100

E

Vài loại màng tổng hợp.

120

115

B

Amiăng, sợi thủy tinh có chất
kết dính và vật liệu gốc mica.

130

120

F

Amiăng, vật liệu gốc mica,
sợi thủy tinh có chất kết dính
và tẩm tổng hợp.

155

140

H

Vật liệu gốc mica, amiăng,
sợi thủy tinh phối hợp chất
kết dính và tẩm silic hữu cơ.

180

165

Ngồi ra cịn có chất cách điện ở thể khí (khơng khí, hydro) hoặc thể lỏng (dầu
máy biến áp).
1.4.4.Vật liệu kết cấu
Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như
trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Trong máy điện, các vật liệu kết cấu thường là gang,
thép lá, thép rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng, các chất dẻo.
1.5.PHÁT NÓNG & LÀM MÁT MÁY ĐIỆN
1.5.1.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: 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 mơi 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.
1.5.2.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 khơng 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.
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 1.11. Hệ thống gió dọc trục
của máy diện 1 chiều

Hình 1.12. Hệ thống gió ngang trục
của máy điện 1 chiều

- 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 1.11).
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 1.12).
- 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 1.13).


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 1.13. Máy điện tự làm lạnh mặt
ngoài
- 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. 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 1.14).
- 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

ngoài do đó có thể tăng mật độ dịng điện trong thanh dẫn lên 3 đến 4 lần và giảm
kích thước máy, tiết kiệm vật liệu chế tạo.

Hình 1.14 Hệ làm lạnh


CÂU HỎI ƠN TẬP BÀI 1
1. Giải thích ứng dụng của định luật cảm ứng điện từ và lực điện từ trong máy
điện?
2. Định nghĩa máy điện? Cách phân loại máy điện?
3. Giải thích nguyên lý thuận nghịch của máy điện?
4. Các vật liệu chế tạo máy điện là gì?


BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP
Mục tiêu:
- Mô tả được cấu tạo, phân tích được nguyên lý làm việc của máy biến áp một
pha và ba pha.
- Xác định được cực tính và đấu dây vận hành máy biến áp một pha, ba pha
đúng kỹ thuật.
- Đấu máy biến áp vận hành song song các máy biến áp.
- Tính tốn được các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: khơng tải, có
tải, ngắn mạch.
- Quấn lại được máy biến áp một pha cỡ nhỏ
- Chọn lựa đúng máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng. Bảo dưỡng và sửa
chữa máy biến áp theo yêu cầu.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo.
2.1 KHÁI NIỆM CHUNG
2.1.1 Vai trò và công dụng
Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải

điện (hình 2-1). Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề
đặt ra là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất.

Hình 2-1. Sơ đồ cung cấp điện đơn giản.
Ta có, dịng điện truyền tải trên đường dây:
I=

P
U.cosφ

(2-1)

Và tổn hao công suất trên đường dây:
R d P2
ΔP = R d I = 2
U .cos 2φ
2

Trong đó:
P: Cơng suất truyền tải trên đường dây.
U: Điện áp truyền tải của lưới điện.
Rd: Điện trở đường dây tải điện.

(2-2)


Cosφ: Hệ số cơng suất của lưới điện.
φ: Góc lệch pha giữa dòng điện I và điện áp U.
Từ các công thức trên ta thấy, cùng một công suất truyền tải trên đường dây,
nếu điện áp truyền tải càng cao thì dịng điện chạy trên đường dây sẽ càng bé, do

đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, tiết kiệm kim loại màu, đồng
thời tổn hao năng lượng trên đường dây sẽ giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải
cơng suất lớn đi xa ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu người ta phải dùng điện áp
cao, thường là 35kV, 110kV, 220kV, 500kV. Trên thực tế các máy phát điện chỉ
phát ra điện áp từ 3  21kV, do đó phải có thiết bị tăng điện áp ở đầu đường dây.
Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0,4  6kV, vì vậy cuối
đường dây phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu
đường dây và giảm điện áp cuối đường dây gọi là máy biến áp (MBA).
2.1.2 Định nghĩa
Máy biến áp là một thiết bị từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ,
dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ
thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi.
2.2 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây:
+ Lõi thép.
+ Dây quấn.
+ Vỏ máy.
2.2.1 Lõi thép máy biến áp

Hình 2-2. 1). Trụ từ; 2). Gông từ.
Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thơng chính của máy, được chế tạo từ
những vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện có bề dầy 0,35  1 mm, mặt
ngồi lá thép có sơn cách điện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép. Lõi thép gồm


hai thành phần: trụ và gơng (hình 2-2). Trụ là phần để đặt dây quấn cịn gơng là
phần nối liền giữa các trụ để tạo thành một mạch kín.
2.2.2 Dây quấn máy biến áp
Nhiệm vụ của dây quấn máy biến áp là nhận năng lượng vào và truyền năng
lượng ra. Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng (hoặc nhơm),

có tiết diện trịn hoặc chữ nhật, bên ngồi dây dẫn có bọc cách điện. Dây quấn gồm
nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vịng dây, giữa các dây quấn có
cách điện với nhau và các dây quấn cách điện với lõi thép. Dây quấn máy biến áp
thường có hai hoặc nhiều dây quấn. Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ, thì dây
quấn thấp áp đặt sát trụ thép, dây quấn cao áp đặt lồng ra ngoài. Làm như vậy sẽ
giảm được vật liệu cách điện.

Hình 2-3. Dây quấn: a). Một pha; b,c). Ba pha.
2.2.3 Vỏ máy biến áp
Vỏ máy làm bằng thép gồm hai bộ phận: thùng máy và nắp máy.
. Thùng MBA: Trong thùng máy biến áp (hình 2-4) đặt lõi thép, dây quấn và
dầu biến áp. Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện và tản nhiệt. Lúc