Đề Cương Máy Điện Siêu Chi Tiết Full.docx

Chương 1
Câu 1: Trình bày cấu tạo, hình dạng lõi thép máy biến áp và vẽ sơ đồ kết cấu
mạch từ của máy biến áp một pha.
Cấu tạo của lõi thép:
- Chức năng của lõi thép: là mạch từ của máy biến áp, nhiệm vụ
của lõi thép là dẫn từ thông và là nơi làm khung để đặt cuộn dây.

- Lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện định hình dạng
chữ I, U, L, E có độ dầy từ (0,35 đến 0,5) mm, hai bề mặt được sơn
cách điện.
Hình dáng của tiết diện lõi thép:

Lưu ý:


- Các lá thép được ghép lại với nhau và được ép chặt bằng các xà
thông qua các đinh ốc và xiết chặt để giảm tiếng ồn khi máy công
tác.
- Các lá thép được ghép với nhau sao cho khe khí nơi tiếp xúc là
nhỏ nhất.
-

Lõi thép máy biến áp được đặt tên gồm có: Trụ từ (T) và Gơng từ
(G) được mô tả như sau:

+ Trụ từ là phần lõi thép dùng để đặt khung để quấn cuộn dây và
là nơi sinh ra sức từ động: F = w.i và nếu mạch từ kín mạch thì
sức từ động F sinh ra từ thông chạy trong mạch từ.
+ Gông từ là phần lõi thép dùng để khép kín từ thơng của mạch
từ.

Câu 2: Trình bày cấu tạo, hình dạng dây quấn máy biến áp và kết cấu dây
quấn của máy biến áp một pha.
Cấu tạo dây quấn máy biến áp
- Chức năng của dây quấn máy biến áp là mạch điện với nhiệm vụ
là nhận năng lượng điện từ lưới điện vào và là nơi sinh ra nguồn
điện cung cấp cho phụ tải.


- Dây quấn được chế tạo chủ yếu bằng kim loại đồng hoặc nhơm
có tiết diện trịn hoặc chữ nhật, được bọc cách điện bằng sơn đặc
biệt Êmay hoặc bằng sợi cách điện.
• Lưu ý: Dây quấn có tiết diện nhỏ thường chế tạo với tiết diện
tròn, còn dây quấn có tiết diện lớn thì chế tạo với tiết diện
chữ nhật.
- Kiểu quấn dây của máy biến áp là dây quấn kiểu tập trung
nghĩa là hai cuộn dây lồng vào nhau dạng hình trụ hoặc đặt xen
kẽ.
* Tên gọi dây quấn máy biến áp:
- Dây quấn sơ cấp là dây quấn nhận năng lượng điện xoay chiều
cần biến đổi điện áp của nguồn điện. Ký hiệu các đại lượng sơ cấp
là: U1, I1,W1...
- Dây quấn thứ cấp là dây quấn đưa năng lượng điện đã được biến
đổi điện áp ra đến các nơi tiêu thụ. Ký hiệu các đại lượng thứ cấp
là: U2, I2, W2…
Theo giá trị về điện áp trên cuộn dây thường gọi: cuộn dây cao áp
và cuộn dây thấp áp.
Lưu ý: Cuộn cao áp có thể là cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp; cuộn thấp
áp cũng có thể là cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp.
- Phương pháp sắp xếp cuộn dây với lõi thép:
Các cuộn dây đồng tâm (lồng vào nhau) hoặc các cuộn dây chia

thành nhiều phần nhỏ và đặt xen kẽ.
Theo quan điểm về cách điện thì cuộn dây cao áp đặt ngồi, cuộn
dây thấp áp đặt trong để dễ dàng cho việc cách điện với lõi.
Nếu theo quan điểm về phát nhiệt thì cuộn có dịng điện lớn đặt
ngồi, cuộn dây có dịng điện bé đặt trong (biến áp hàn).


 Yêu cầu đối với cuộn dây biến áp:
- Tỏa nhiệt dễ dàng;
- Có đủ độ bền về cơ học (chịu được lực điện động, nhất là khi
ngắn mạch xảy ra, chống được va chạm);
- Có đủ độ bền về điện để chống được hiện tượng xuyên thủng
do phóng điện.

Câu 3: Vẽ sơ đồ kết cấu nguyên lý máy biến áp một pha và phân tích nguyên
lý làm việc của máy.
Nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha
 Sơ đồ nguyên lý của biến áp một pha trình bày trên hình sau:

Trong đó:
-

Lõi thép

- Cuộn sơ cấp có số vịng dây
- Cuộn thứ cấp có số vịng dây


Khi xét nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha dựa vào hai
chế độ cơ bản.

- Chế độ không tải: khi đặt vào cuộn sơ cấp điện áp xoay
chiều định mức, cịn phía thứ cấp hở mạch.
- Chế độ có tải: khi đặt vào cuộn sơ cấp điện áp xoay chiều
định mức, cịn phía thứ cấp được nối với phụ tải sao cho
dịng điện ở cả hai phía không lớn hơn giá trị định mức.
a. Khi máy biến áp làm việc không tải(hở mạch thứ cấp)
- Nếu đặt vào cuộn dây sơ cấp có số vịng dây w 1 một điện
áp xoay chiều một pha u1 có tần số là f1, thì sẽ sinh ra dịng điện i1
chạy trong cuộn sơ cấp tạo ra sức từ động: F 1 = F0 = w1.i1 và nó
sinh ra trong lõi thép từ thông sơ cấp Φ = Φ1 = Φ0, từ thông được
gọi là từ thông không tải được mô tả như hình vẽ sau:

- Từ thơng Φ1 khép kín qua mạch từ máy biến áp và móc
vịng với cả hai cuộn w1 và w2 và từ thơng móc vịng với cuộn sơ
cấp w1 là y1 và thứ cấp w2 là y2 thì: y1 = w1.Φ1; y2 = w2.Φ1
- Ngồi ra sức từ động khơng tải F0 cịn sinh ra từ thơng chỉ
móc vịng qua cuộn sơ cấp w1 và khép kín qua khơng khí(hoặc
dầu) được gọi là từ thơng tản sơ cấp Φt1.


- Giả sử điện áp u1 đặt vào cuộn sơ cấp w1 là hình sin và từ
thơng trong lõi thép cũng biến thiên theo hàm sin là: Φ = Φ 1 =
Φm.sinωtt
Trong đó: Φm là biên độ của từ thơng; ωt = 2πff1 là tần số góc
- Khi từ thơng trong lõi thép biến thiên thì theo định luật cảm
ứng điện từ, trong các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp xuất hiện các
sức điện động (sđđ) cảm ứng được tính như sau:
+ Suất điện động ở cuộn sơ cấp:
=+ Suất điện động ở cuộn thứ cấp:
=Trong đó giá trị hiệu dụng của chúng là:

b. Khi máy biến áp làm việc có tải(nối với tải ở thứ cấp – dịng thứ
cấp khác không)
- Nếu cuộn dây thứ cấp (w2) nối với phụ tải thì trong cuộn dây
w2 sẽ có dịng i2 chạy từ cuộn thứ cấp đến tải. Như vậy năng
lượng điện đã được truyền từ cuộn sơ cấp w 1 sang cuộn thứ
cấp w2 thông qua con đường từ trường.
* Phân tích q trình điện từ:
- Khi dịng điện i2 chạy trong cuộn thứ cấp, tương tự như trên
cũng tạo ra một từ thơng thứ cấp Φ2 cũng móc vòng với cả
cuộn w1 và w2 và ngược chiều với Φ1.


- Khi có tải thì từ thơng trong lõi thép máy biến áp bây giờ là Φ
được gọi là từ thông tổng hợp của cả từ thông sơ cấp Φ 1 và
từ thơng thứ cấp Φ2.
- Ngồi ra sức từ động thứ cấp do dòng điện thứ cấp i 2 sinh ra
cũng sẽ sinh ra một từ thơng chỉ móc vịng qua cuộn thứ cấp
và khép kín qua khơng khí hoặc dầu được gọi là từ thông tản
thứ cấp: Φt2.
- Q trình điện từ được mơ tả theo hình sau:

Lưu ý: Các công thức suất điện động sơ cấp và thứ cấp khi máy
biến áp có tải thì từ trường Φ1 được thay bằng Φ và y1 được
thay bằng y.
Câu 5: Vẽ sơ đồ tương đương, viết các phương trình cơ bản và nêu các bước
và vẽ đồ thị véc tơ của máy biến áp một pha ở chế độ không tải.

Sơ đồ tương đương của biến áp một pha ở chế độ không tải
 Khái niệm: Sơ đồ tương đương là một sơ đồ mạch điện để

thay cho một máy biến áp thực, mà sao cho các thông số
của mạch điện này đảm bảo được quá trình năng lượng xảy
ra như trong máy biến áp thực.
 Sơ đồ tương đương của máy biến áp một pha được biểu diễn
như sau:


Trong đó:
- điện kháng mạch từ hóa đặc trưng cho sự tạo thành từ thơng
chính
- điện kháng liên quan đến từ thông tản
- điện trở thuần của cuộn dây sơ cấp.
- điện trở đặc trưng cho tổn hao thép
Chú ý: Các thơng số ;
;
hưởng khi lõi thép bão hồ.

ln là hằng số, cịn

sẽ bị ảnh

Phương trình cơ bản của biến áp một pha ở chế độ không tải
Từ sơ đồ tương đương theo định luật Kiếc Khốp 1 và 2 thiết lập
các phương trình cơ bản là:

Trong đó:
được chia thành hai thành phần:
là dịng điện từ hóa lõi thép để sinh ra từ thơng chính

là dòng điện đặc trưng cho tổn thất trong lõi thép
Đồ thị véc tơ của biến áp một
pha ở chế độ không tải:
Dựa vào sơ đồ tương đương và
các phương trình cơ bản của máy
biến áp ở chế độ khơng tải và
quy ước chiều các đại lượng trên
sơ đồ tương đương có thể dựng
được đồ thị véc tơ như sau:
Các bước:
Lấy vecto từ thơng chính làm
chuẩn thì dịng điện Iµ trùng pha
với nó, cịn dịng điện Ife vng
pha với nó. Tổng hợp lại chúng ta
được đường Io tạo với vecto từ
thơng 1 góc α. Sức điện động E1 chậm pha so với từ thơng Ꝋ 1 góc
90o. Dựa vào pt cân bằng điện áp, vẽ vecto –E1 lệch pha 180o so
với nó. Từ đầu mút của vecto này vẽ vecto R 1.Io song song với
vecto Io. Tiếp theo vẽ vecto j.Io.X1 vng góc với vecto Io, nối gốc
tọa độ với vecto này ta được vecto U1. Nó tạo với dịng điện Io 1
góc φo.o.


Chú ý:
Thông thường sụt áp trên nội trở cuộn sơ cấp biến áp khi không
tải chiếm khoảng 3% đến 5% điện áp định mức nên có thể bỏ qua,
đồng thời dịng tổn hao lõi thép cũng có thể bỏ qua, do vậy sơ đồ
tương đương và đồ thị véc tơ đơn giản như sau:

Câu 6: Vẽ sơ đồ tương đương, viết các phương trình cơ bản

và vẽ đồ thị véc tơ của máy biến áp một pha ở chế độ có
tải.
Sơ đồ tương đương:

* Các đại lượng quy đổi từ thứ cấp về sơ cấp được tính như sau:
- Số vòng dây thứ cấp quy đổi về sơ cấp:
- Suất điện động thứ cấp quy đổi về sơ cấp:


- Dòng thứ cấp quy đổi về sơ cấp:
- Điện trở cuộn thứ cấp quy đổi về sơ cấp:
- Điện kháng cuộn thứ cấp quy đổi về sơ cấp:
- Tổng trở phụ tải từ thứ cấp quy đổi về sơ cấp:
Các phương trình cơ bản:
Dựa theo sơ đồ tương đương đầy đủ và theo định luật Kiếc khốp
1 và 2 ta có hệ phương trình đặc trưng cho máy biến áp một pha:
+

Đồ thị véc tơ của biến áp một pha khi có tải:
Các bước xây dựng đồ thị véc tơ: Gồm ba bước.
Bước 1:
Lấy vector từ thơng chính làm chuẩn thì dịng điện Iµ trùng
pha với nó cịn dịng điện IFE vng pha với nó. Tổng hợp lại
chúng ta được dịng I0 tạo với vector từ thơng 1 góc α. Theo định
luật cảm ứng điện từ vector E1 và E2’ chậm pha so với từ thơng 1
góc
Bước 2:


Vẽ đồ thị vector mạch thứ cấp.

Dựa vào thông số cuộn tải và
thông số Máy Biến Áp chúng ta
xác định được giá trị dịng I2’ và
nó lệch pha so với vector E2’ 1
góc ψ2. Từ đầu mút của vector
E2’ vẽ vector j.X2’.I2’ vng góc
với vector I2’. Tiếp tục vẽ vector
I2’.R2 song song với I2’ nối gốc
tọa độ với cuối vector này chúng
ta được U2’ tạo với vecto I2’1 góc
φo.2.
Bước 3:
Vẽ đồ thị vector mạch sơ cấp.
Đầu tiên ta vẽ vector I1 bằng
cách tịnh tiến vector I2’ đến đầu
mút của vector I0 và nối với gốc
tọa độ với đầu cuối vector I2’. Ta
được dịng điện I1. Từ phương trình cân bằng điện áp mạch sơ cấp
vẽ vector -E1 mạch đảo pha 180 độ so với nó. Từ mút vector vẽ
vector I1.R1 song song với vector I1. Tiếp theo vẽ vector j.I1.X1
vuông góc với vector I1. Nối gốc tọa độ với mút vector này. Chúng
ta được vector U1, U1 tạo với vevtor I1 1 góc φo.1.
Chú ý: Trong thực tế dịng điện khơng tải I o = (0,01 đến 0,1)
do vậy có thể bỏ qua nhánh từ hóa.

,


+ Sơ đồ tương đương.

+ Có thể dùng sơ đồ tương đương đơn giản và đồ thị véc tơ như
sau.

Lưu ý: Biến áp lý tưởng là biến áp khơng có tổn hao công suất tác
dụng và phản tác dụng, nghĩa là lõi thép biến áp chế tạo bằng vật
liệu lý tưởng có độ thẩm từ bằng vơ cùng.


Câu 8: Vẽ sơ đồ tương đương, viết các phương trình cơ bản và vẽ đồ thị véc tơ
của máy biến áp một pha ở chế độ ngắn mạch thí nghiệm.

Các phương trình cơ bản
Theo sơ đồ tương đương đầy đủ ta có:
+

Theo sơ đồ tương đương đơn giản ta có:


- Với điện áp thứ cấp bằng khơng ta có phương trình cân bằng
điện áp như sau:

Gọi
là tổng trở ngắn mạch của máy biến áp và phương trình
điện áp như sau:

Đồ thị véc tơ của máy biến áp một pha ở chế độ ngắn mạch

Câu 11:Vẽ sơ đồ nguyên lý, nêu các đặc điểm về máy biến áp đo điện áp và
nêu một số chú ý khi sử dụng.

Khái niệm: Máy biến áp đo lường là biến áp hạ áp được dùng để
hạ điện áp cao xuống điện áp thấp dùng cho đo lường và điều
khiển.
Công suất máy biến áp đo lường thường từ (25 ÷ 100)VA
Cấu tạo:
- Lõi thép kết cấu như MBA thơng thường, cịn hình dạng phụ
thuộc vào nhà chế tao.
- Máy biến áp đo lường có cuộn sơ
cấp nối vào lưới điện và cuộn dây
quấn thứ cấp nối với vơn mét, héc
mét, cuộn tín hiệu áp của wốt mét,
cơng suất, rơ le bảo vệ như hình bên.
- Các thiết bị nối vào phía thứ cấp
có tổng trở rất lớn so với điện áp thứ
cấp, do đó có thể xem máy biến áp đo
lường làm việc ở chế độ không tải.

Đặc điểm máy biến áp đo lường:
- Hệ số biến áp K >> 1(máy hạ
áp).
- Máy làm việc ở chế độ không tải.
- Điện áp đầu ra U2 được chuẩn hóa U20 = (0 ÷100)V

+ Sai số điện áp DU, nếu coi I2 »» 0 thì:


K: là hệ số biến áp; KU20: là giá trị điện áp trên mặt đồng hồ; U 1:
điện áp thực cần đo.
Hệ số biến áp:

Chú ý:
- Khi sử dụng máy biến áp đo lường không được để xảy ra ngắn
mạch thứ cấp, do vậy thường dùng cầu chì để bảo vệ cả phía sơ
cấp và thứ cấp.
- Nối tiếp mát với vỏ máy, có thể cả một đầu phía thứ cấp để
đảm bảo an toàn cho người vận hành.
Câu 12: Vẽ sơ đồ nguyên lý, nêu các đặc điểm về máy biến dòng đo lường và
nêu một số chú ý khi sử dụng.

Khái niệm: Máy biến dòng đo lường dùng để hạ dòng điện cao
xuống dòng điện thấp để sử dụng cho đo lường và điều khiển.
Công suất máy biến dịng đo lường thường từ (15 ÷ 100)VA
Cấu tạo:
- Lõi thép kết cấu như MBA thơng thường, cịn hình dạng phụ
thuộc vào nhà chế tao.
- Máy biến dòng đo lường có
cuộn sơ cấp ít vịng dây mắc nối tiếp
với mạch cần đo dịng điện và cuộn
dây quấn thứ cấp có nhiều vịng dây
dùng để nối với ampe mét hay cuộn
tín hiệu dòng của Watt mét, của rơ le
điều khiển hay thiết bị bảo vệ như
hình sau.


- Các thiết bị nối vào phía thứ cấp có tổng trở rất nhỏ so với điện
áp thứ cấp, do đó có thể xem máy biến dịng đo lường làm việc ở
chế độ ngắn mạch.
+ Đặc điểm máy biến dòng đo lường:
- Hệ số biến áp K << 1(máy tăng áp).

- Máy làm việc ở chế độ ngắn mạch.
- Dòng điện đầu ra I2 được chuẩn hóa I2 = (0 ÷ 5)A
Chú ý:
- Máy biến dòng làm việc lâu dài, liên tục ở chế độ ngắn mạch
do đó khơng được để hở mạch thứ cấp của biến dịng và có thể
làm cháy biến dịng.
Ví dụ: Khi tháo đồng hồ ampe ra để thay thế hoặc sửa chữa, cần
phải ngắn mạch thứ cấp qua khóa K.
- Khơng dùng thiết bị bảo vệ ngắn mạch nối ở thứ cấp biến
dòng.
- Cuộn dây thứ cấp của biến áp
có một đầu được nối mát để an
tồn cho người vận hành.
Ký hiệu của biến dịng trên sơ đồ
mạch điện:


Chương 2
Câu 14: Trình bày sự hình thành từ
trường quay trong máy điện khơng đồng
bộ ba pha.
Sự hình thành từ trường quay
trong máy điện không đồng bộ.
- Dùng máy điện khơng đồng bộ ba
pha đơn giản, mà stato gồm có sáu
rãnh và trong đó đặt cuộn dây ba
pha đối xứng ký hiệu là AX, BY, CZ;
trục của các pha lệch nhau 120 o
như hình vẽ bên.
- Khi cung cấp hệ thống điện áp ba

pha hình sin đối xứng vào ba pha
cuộn dây stato máy điện không đồng bộ ba pha, thì trong ba cuộn
dây các pha ở stato xuất hiện hệ thống dịng điện ba pha đối xứng
có các biểu thức sau:
iA (t) = Imsin(ωtt) (A);
iB (t) = Imsin(ωtt - 1200) (A);
iC (t) = Imsin(ωtt - 2400) (A).


Đồ
thị
hệ

thống dịng điện ba pha được biễu diễn trên hình sau:
 Quy ước:
+ Đầu đầu các pha là A, B, C; Đầu cuối các pha tương ứng là X, Y,
Z.
+ Tại thời điểm xét mà dòng điện pha nào mang giá trị dương sẽ
chạy từ đầu đầu đến đầu cuối cuộn dây và ngược lại. Dòng điện đi
vào ký hiệu là: ( + ); đi ra là: ( . ).
Từ trường tổng hợp là tổng từ trường của các pha là:
+
Xét cho từng thời điểm:
+ Tại thời điểm thứ nhất:

:

- Theo đồ thị: i = f(t) ta thấy iA = Im và
có giá trị dương; iB = iC = Im/2 và có giá
trị âm. Theo quy ước trên, chiều dịng

điện pha A (iA ) là dương sẽ đi từ đầu
đầu A đến đầu cuối X, còn dòng điện
pha B, C (iB và iC ) là âm nó sẽ đi từ các