CHƯƠNG 2 NGUYÊN lí BIẾN đổi NĂNG LƯỢNG điện cơ

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

NHÓM 7

BÀI BÁO CÁO

KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ MÁY ĐIỆN


CHƯƠNG 2
NGUYÊN LÍ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG
ĐIỆN CƠ


2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
2.2 PHÂN LOẠI VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ

2.3 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
2.4 BA ĐỊNH LUẬT BIẾN ĐỔI ĐIỆN-CƠ

2.5 QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ

2.6 MÁY ĐIỆN CHUYỂN ĐỘNG QUAY

2.7 MÁY ĐIỆN QUAY CÓ CẤU TẠO HÌNH TRỤ

2.8 LỰC ĐIỆN TỪ VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG MÁY ĐIỆN

2.9 KHỞI ĐỘNG VÀ HÃM MÁY

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

Máy điện kiểu điện dung, là loại thiết bị điện có

Máy điện hỗn hợp (điện cảm-điện dung), là

điện biến đổi năng lượng điện-cơ thông qua môi

quá trình biến đổi năng lượng điện-cơ thông

loại thiết bị điện có quá trình biến đổi năng

trường trung gian là từ trường. Năng lượng

qua điện trường. Năng lượng trong thiết bị được

lượng điện-cơ thông qua điện-từ trường.Năng

trong thiết bị được tập trung trong từ trường và

tập trung trong điện trường và biến đổi điện-cơ

lượng trong thiết bị được tập trung trong điện-từ

thực hiện biến đổi điện-cơ nhờ sự biến thiên tỉ số

thực hiện sự biến thiên trị số điện dung.Nói cách

trường.

điện cảm.Nói cách khác là biến đổi từ thông móc

khác là biến đổi điện trường

vòng của dây quấn.


***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.

PCơ = M ω
(công suất) (momen) (tốc độ góc)

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

Pđiện =U I
(công suất) (điện áp)

(dòng điện)


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
Năng lượng điện biến đổi sang năng lượng cơ (động cơ điện ) có thể diễn tả bằng phương trình.

(1)

Năng lượng tổn hao khai triển dưới dạng:

(2)


***Kết hợp (1) và (2) ta được:

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

dWe=dWt+dWco

***Trong đó:
_dWe : biến thiên (thay đổi) năng lượng điện đầu vào, khoảng thời gian dt.
_dWtt : 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

Dây quấn ở
Stato

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

Cuộn dây ở cả Stato và
Roto

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 dtdt

I ss I rr L
=−
[ sin(2ωsst + δ ) + sin δ ]
4
***Khi đó Momen trung bình sẽ là:

M dt
dt (
(tb
tb )
)

I ss I rr L
= −
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.