NGUYÊN lí BIẾN đổi NĂNG LƯỢNG điện cơ

CHƯƠNG 2
NGUYÊN LÍ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
_Máy điện là thiết bị dùng để biến đổi độ lớn của cường độ dòng điện và điện áp (máy biến áp) hoặc
biến đổi năng lượng điện-cơ (máy điện quay). Nói cách khác máy điện là thiết bị điện có khả năng
biến đổi hoặc truyền tải năng lượng từ trường.
***Máy biến áp:
Máy biến áp (MBA) được dùng nhiều trong truyền tải điện năng. Điện năng của máy biến áp chỉ biến
đổi độ lớn của dòng điện và điện áp mà không biến đổi dạng năng lượng. Khi truyền tải năng lượng
có một lượng nhỏ điện năng biến đổi sang nhiệt năng gây nên tổn hao trong máy.
***Máy điện quay được dùng nhiều trong công nghiệp và đời sống. Máy điện quay là một thiết bị
biến đổi điện-cơ:
_Máy điện quay làm việc ở chế độ biến đổi cơ năng thành điện năng gọi là máy phát.
_ Máy điện quay làm việc ở chế độ biến đổi điện năng thành cơ năng gọi là động cơ.
2.2 PHÂN LOẠI VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ
***Dựa vào đặc điểm của môi trường trung gian là trường điện từ có thể chia máy điện làm 3 loại:
Máy điện kiểu cảm ứng (điện cảm): Là thiết bị điện biến đổi năng lượng điện-cơ thông qua môi
trường trung gian là từ trường. Năng lượng trong thiết bị được tập trung trong từ trường và thực
hiện biến đổi điện-cơ nhờ sự biến thiên tỉ số điện cảm.Nói cách khác là biến đổi từ thông móc vòng
của dây quấn.
Máy điện kiểu điện dung, là loại thiết bị điện có quá trình biến đổi năng lượng điện-cơ thông qua
điện trường. Năng lượng trong thiết bị được tập trung trong điện trường và biến đổi điện
Máy điện hỗn hợp (điện cảm-điện dung), là loại thiết bị điện có quá trình biến đổi năng lượng điệncơ thông qua điện-từ trường.Năng lượng trong thiết bị được tập trung trong điện-từ trường.-cơ thực
hiện sự biến thiên trị số điện dung.Nói cách khác là biến đổi điện trường
***Sơ đồ nguyên lí tổng quát biến đổi điện cơ:


Phạm vi ứng dụng của các loại máy điện: Sử dụng nhiều trong mọi lĩnh vực đời sống và sản xuất
trong công nghiệp.
a/ Trong công nghiệp:
b/ Trong đời sống:

2.3 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1-Công suất đầu vào và công suất đầu ra:
a/Công suất đầu vào:
_Công suất đầu vào còn được gọi là công suất sơ cấp.
_Công suất đầu vào của máy điện có thể là công suất điện hoặc công suất cơ.
+Công suất đầu vào của máy phát điện là công suất cơ.

P

Cơ

=Mω

+Công suất đầu vào của động cơ điện là công suất điện.

P

điện

=U I

b-Công suất đầu ra
_Công suất đầu ra còn gọi là công suất thứ cấp.
+Công suất đầu ra ở máy phát điện là công suất điện.
+Công suất đầu ra ở động cơ điện là công suất cơ.
2-Từ trường trong máy điện:
_Từ trường tác dụng tương hỗ với dòng điện tạo ra momen, gọi là momen điện từ. Ở chế độ máy
phát, momen điện từ ngược chiều quay của roto, ở chế độ động cơ momen điện từ cùng chiều quay
roto.
_ Từ trường biến thiên sẽ cảm ứng suất điện động ở dây quấn.Ở chế độ máy phát sđđ cùng chiều

dòng điện.Ở chế độ động cơ, sđđ ngược chiều dòng điện.
3-Tốc độ gia tốc, momen, công suất của chuyển động quay
Khi nghiên cứu chuyển động quay thường chọn chiều dương của trục quay ngược chiều kim đồng hồ,
chiều ngược lại là chiều âm.
***Tốc độ tính bằng số vòng quay:

(vòng/phút)


**
*Momen:

2.4 BA ĐỊNH LUẬT BIẾN ĐỔI ĐIỆN-CƠ
1- Định luật thứ nhất
1.1- Biến đổi năng lượng đơn giản và phức tạp
Biến đổi năng lượng đơn giản là loại biến đổi hoàn toàn từ một dạng năng lượng này chuyển sang
một dạng khác.
Biến đổi phức tạp là dạng biến đổi từ một dạng năng lượng này chuyển sang một số dạng năng
lương khác nhau.
2- Định luật thứ 2:
_Máy điện có tính thuận nghịch.
_Một máy điện quay có thể làm việc ở chế độ máy phát cũng có thể làm việc ở chế độ động cơ.
_Thiết bị biến đổi điện cơ cũng có thể một chế độ đồng thời biến đổi điện năng và cơ năng sang
nhiệt năng, đó là chế độ không tải. Máy bù đồng bộ được coi là máy điện đồng bộ làm việc với lưới
điện ở chế độ không tải.
_Biến đổi sang nhiệt trong thiết bị điện cơ không thuận nghịch. Thiết bị này làm việc dựa trên nguyên
lí biến dổi hằng số từ thẩm hoặc hằng số điện môi trong một không gian tích lũy năng lượng điện từ.
3-Định luật thứ 3:
Từ trường tham gia biến đổi năng lượng điện-cơ không chuyển động tương đối với nhau.
Từ trường tổng và momen điện từ:

***Trong đó: ω : Tốc độ góc của từ trường.
Pdt: Công suất điện từ tập trung vào khe hở không khí.
Máy điện không đồng bộ, tần số dòng điện roto:

***Trong đó: _s : là hệ số trượt


2.5 QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ
(1) Năng lượng điện biến đổi sang năng lượng cơ (động cơ điện ) có thể diễn tả bằng phương trình:

(2) Năng lượng tổn hao khai triển dưới dạng:

***Kết hợp (1) và (2) ta được:

***Trong khoảng thời gian dt năng lượng nguồn cung cấp dW e, cân bằng với tổng độ tăng năng
lượng từ trường dWt và độ tăng năng lượng cơ dWco, ta có phương trình:

dW =dW +dWco
e
t
***Trong đó:
_dWe : biến thiên (thay đổi) năng lượng điện đầu vào, khoảng thời gian dt.
_dWt : biến thiên năng lượng tích lũy trong từ trường, khoảng thời gian dt.
_dWco : biến thiên năng lượng cơ, khoảng thời gian dt.
2.6 MÁY ĐIỆN CHUYỂN ĐỘNG QUAY
1-Hệ thống biến đổi điện-cơ chuyển động quay có 1 dây quấn kích từ
Máy điện quay có 2 phần cơ bản là stato ( phần đứng yên) và roto ( phần quay)
***Phương trình momen:

2-Hệ thống biến đổi điện-cơ chuyển động quay có 2 dây quấn kích từ


Từ thông móc vòng qua dây quấn stato và roto là:

***Trong đó:
Lss-Tự cảm của dây quấn Stato
Lrr-Tự cảm của dây quấn Roto
Lsr=Lrs :Hỗ cảm giữa hai dây quân Stato và Roto
2.7 MÁY ĐIỆN QUAY CÓ CẤU TẠO HÌNH TRỤ
***Hỗ cảm: Lsr=Lcosθ

***Momen điện từ:
_Góc θ=ωcơ.t+δ
1-Máy điện đồng bộ 1 pha:
Cho ωr=0, α=0, ωcơ=ωs, dòng điện kích từ roto là dòng một chiều, tốc độ quay của roto bằng tốc độ
đồng bộ, Momen tính theo công thức:

M dt =−

Is Ir L
[ sin(2ωs t +δ) +sin δ]
4

***Khi đó Momen trung bình sẽ là:

I I L
M dt ( tb ) =
−s r
sin δ

4
2-Động cơ không đồng bộ 1 pha.
***Nguyên lí: Dựa trên cảm ứng điện từ, chênh lệch tần số giữa stato và roto.
2.8 LỰC ĐIỆN TỪ VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG MÁY ĐIỆN
1-Định luật lực từ điện: Cho thanh dẫn chiều dài l đặt trong từ trường B.
Thanh dẫn chịu lực tác dụng một lực:

f =i( L.B ), N
_Vecto L có chiều dài l và trùng hướng dòng điện
2-Sức điện động cảm ứng ở thanh dẫn chuyển động trong từ trường:
_Một thanh dẫn chuyển động trong từ trường B với vận tốc v. Độ lớn sđđ cảm ứng là:

e=(v.B).L


_Độ lớn của sđđ cảm ứng được xác định bằng công thức:

e =| (v.B ).L |= v.B.sin α.l.cos δ
***Trong đó: _α: Góc lệch giữa vecto v và vecto B.
_δ: Góc giữa Vecto (v.B) và vecto L.
2.9 KHỞI ĐỘNG VÀ HÃM MÁY
1- Tốc độ góc (ω), momen điện từ(Mđt ) và momen quán tính (J)
a/ Tốc độ góc:
2πn
n
=
60
9, 55

ω=

b/ Momen điện từ:

N=

P
P
= 9,55 ( Nm)
ω
n

c/ Momen quán tính:

N=

P
P
= 9,55 ( Nm)
ω
n

d/ Vật quay trụ tròn đồng chất bán kính được tính bằng công thức:

d2
r2 =
8
***Trong đó:
_P: là công suất
_n: số vòng quay.
_r: là bán kính.

_d:đường kính của tiết diện tròn.
2-Thời gian khởi động và hãm máy:
_Ta có phương trình cân bằng Momen

M J =M dt −M C =J

dω
dt

_Thời gian khởi động máy:

Tω
Jn
tk =
=
MJ
9, 55M J
***Trong đó:


_M(Nm)
_t(s)
_n(vg/ph)
_J(kg.m2)
_ω(rad/s)