Bài giảng thiết bị điên, điện tử

KỸ THUẬT ĐIỆN
Bộ môn: THIẾT BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ


PHẦN II.

MÁY ĐIỆN

Chương 1. Những khái niệm cơ bản về Máy Điện

1

Định nghĩa, phân loại và công dụng

2

Hai định luật cơ bản trong máy điện

3

Vật liệu chế tạo máy điện

4

Tổn hao và làm mát trong máy điện


Chương 1 /
Chương

i1 – Định nghĩa, phân loại và công dụng

1. Định Nghĩa: Máy điện là một thiết bị điện mà quá trình năng lượng
trong nó dựa theo hiện tượng cảm ứng điện từ
2. Phân Loại:
a. Theo
ngyên lý
biến đổi
năng
lượng

biến đổi
tĩnh

không có chuyển động tương đối giữa các
cuộn dây của máy điện, chủ yếu dùng để
biến đổi thông số của dòng điện.

biến đổi
cơ điện

Có sự chuyển động tương đối giữa
các cuộn dây trong MĐ

SC nhỏ: P < 0,6 kW
b. Theo
Công suất

CS vừa: P < 200 kW
CS lớn: P > 200 kW

c. Theo

Tốc độ

chậm: n < 300 V/phút
trung bình: n < 1500 V/phút
Cao: n > 1500 V/phút


Chương 1

i1 – Định nghĩa, phân loại và công dụng

3. Công dụng:
Sử dụng rộng rãi trong nền kt quốc dân:
-

Máy phát điện

-

Động cơ không đồng bộ trong các nhà máy công nghiệp

-

Truyền tải điện năng đi xa

-

Thiết bị dân dụng

-

….


Chương 1

i2 – Hai định luật cơ bản trong máy điện
1. Định luật cảm ứng điện từ.


a. Khi có từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây
d
e


Độ lớn sđđ
Vòng dây
dt
Chiều : Qui tắc vặn nút chai

e
ecd

Với cuộn dây có W vòng
Độ lớn sđđ

ecd   W

d
dt



W


Chương 1

i2 – Hai định luật cơ bản trong máy điện

b. Khi thạnh dẫn chuyển động cắt qua từ trường:
Độ lớn:

e = Bl v

Chiều: Quy tắc bàn tay phải

1. Định luật lực điện từ.
Độ lớn:
Chiều:

Fđt =

Bli

Quy tắc bàn tay trái

N

AB  l


B


f ®t

A e
S

B

A

B

i

B

v


Chương 1

i3 – Vật liệu chế tạo máy điện
1. Vật liệu dẫn điện

Đồng, nhôm

2. Vật liệu cách điện

Độ cách điện cao

Yêu cầu

Chịu nhiệt, dẫn nhiệt tốt
Mềm, dẻo và có độ bền cơ nhất định

Phân loại theo cấp chịu nhiệt
[ to]

Y

A

E

B

F

H

C

90

105

120

135

150

180

>180

3. Vật liệu dẫn từ

~
=

thép lá KTĐ

= (0,3 0,5) mm

thép tấm dày hoặc thép khối


Chương 1

i3 – Vật liệu chế tạo máy điện
l

3. Vật liệu dẫn từ

i

- Từ hóa lõi thép

w

- Tính chất của vật liệu sắt từ:
+ độ từ thẩm



B
H

B,
Đường cong
khử từ

+ có hiện tượng bão hòa từ
+ có từ dư : B < 5% B  mềm
o
bh
Bo > 5% Bbh  cứng
+ có hiện tượng từ trễ

a
Bdư

b

+ có tổn hao trong quá trình từ hóa

Pst  U 2 f 

Bbh

Đường cong
từ hóa đầu

( 2    1)

-Giảm tổn hao sắt từ trong máy điện, giảm dòng fucô
 ghép lõi bằng các lá thép KTĐ mỏng

c
0

Hbh

H,i


Chương 1

i3 – Vật liệu chế tạo máy điện


Bài toán mạch từ
i1

i1

i2

H1, l1
W1


Hdl

  k  n
 Hdl  i k



W2

 i1  i 2

i2

k 1



H1l1  H 2 l 2  W1i1  W2i 2
k  n1

Tổng quát:



k 1

F: sức từ động

kn2

H k lk 



H2, l2

W kik  F

 = f(F)

k 1

F


Chương 1

i4 – Tổn hao và làm mát trong máy điện
Tổn hao:
P1 – P2 = P  chuyển thành nhiệt

 P  P

st

 Pdong

P1

Hiệu suất:

Pra
P1


Pvao P2

Làm mát:

+ làm mát bằng đối lưu tự nhiên
+ làm mát bằng quạt cưỡng bức
+ dầu biến áp/ nước/ khí hóa lỏng

P2


PHẦN II. MÁY ĐIỆN
Chương 2. MÁY BiẾN ÁP
1

Định nghĩa, công dụng và cấu tạo máy biến áp

2

Nguyên lý làm việc của máy biến áp

3

Các phương trình cơ bản của MBA (mô hình toán)

4

Qui đổi và sơ đồ thay thế MBA

5

Các chế độ làm việc của MBA

6

MBA 3 pha

7

MBA đặc biệt


i1 – Định nghĩa, công dụng và cấu tạo MBA
1. Định Nghĩa: MBA là máy điện dùng để biến đổi 1 hệ thống dòng
điện từ điện áp này sang điện áp khác.
U1  U2  U3
2. Công dụng:
- Dùng để truyền tải và phân phối điện năng

Tăng áp

MF

24 kV

Giảm áp

110kV, 220kV, 500kV

- Dùng trong công nghiệp
- Dùng trong phòng thí nghiệm
- Dùng trong đời sống hàng ngày

0,4kV

35kV, 24kV


i1 – Định nghĩa, công dụng và cấu tạo MBA
3. Cấu tạo: gồm 2 phần chính
A – Lõi thép: ghép từ các lá thép kỹ thuật điện
Trụ

Gông



Gông
B – Dây quấn: thường làm bằng dây đồng (có thể dùng nhôm)

- Dây quấn sơ cấp: là dây quấn nối với nguồn : w1, u1, i1
- Dây quấn thứ cấp: là dây quấn nối với tải : w2, u2, i2 / w3, u3, i3


i1 – Định nghĩa, công dụng và cấu tạo MBA
B – Dây quấn:


i1 – Định nghĩa, công dụng và cấu tạo MBA
C – Vỏ máy, nắp máy, sứ đầu ra / đầu vào
Công suất:
63 MVA
Điện áp danh định:
115/38,5/23 kV
Tổng khối lượng:
106.000 kg
Dầu:
27.000 kg
Lõi thép + đồng:
37.000kg


i1 – Định nghĩa, công dụng và cấu tạo MBA
Các đại lượng định mức:
-Điện áp định mức:

U1dm

Điện áp qui định cho dây cuốn sơ cấp

U 2dm

Điện áp hở mạch trên dây cuốn thứ cấp khi điện áp sơ cấp =
U1đm.

-Dòng điện định mức:

I1dm

Dòng sơ cấp khi điện áp sơ cấp định mức và tải định mức

U 2dm

Dòng thứ cấp khi điện áp sơ cấp định mức và tải định mức

-Công suất định mức:

Sdm  U 2dm .I2dm


i2 – Nguyên lý làm việc của MBA
u1~  i1~ =>  móc vòng
qua 2 cuộn dây
Khi  biến thiên => e1 và e2
=>

i1
u1

W1 W2

i2
u2

Zt

d
dt
d
e 2   W2
dt

e1   W1

W1,2 : số vòng dây
Giả sử  = m sint

e1   W1m  cos t

e1  2fW1m sin(t  90 )
TQ:



e1  2E1 sin(t   e )

2fW1m
E 1
2
E1 = 4,44fW1 m

E = - 90O


E





i2 – Nguyên lý làm việc của MBA
Tương tự => e2 có: E2 = 4,44fW2 m
Khi nối dây quấn thứ cấp với tải



i2

i1

=> i2
Năng lượng điện đưa vào sơ u1~
cấp
Bằng con đường hỗ cảm
Đã chuyển qua mạch thứ cấp
Sơ cấp
Và tiêu thụ trên tải

W

W

1

2

Nếu bỏ qua tổn hao trên dây quấn => U1 E1 ; U2  E2
W1
U1 E1

 W k
=>
2
U2 E2

k < 1=>

MBA tăng áp

=> Hệ số biến áp của MBA
k > 1 => MBA hạ áp

u2

Thứ cấp

Zt


i3 – Các phương trình cơ bản của MBA

Xét MBA có hai dây quấn w1 và w2:



u1  i1 có chiều như hình vẽ.
từ thông  chiều phù hợp i1, móc
vòng với cả 2 cuộn dây

I1
1
U

~ 
E1

I2

t1

t 2

E 2

cảm ứng trong 2 dây quấn sức
điện đông e1 và e2 có chiều phù hợp
.chọn chiều i2 như hình vẽ.
với 
Từ thông tản t1 do dòng i1 chỉ móc vòng với dây quấn sơ cấp
Từ thông tản t2 do dòng i2 chỉ móc vòng với dây quấn thứ cấp

L1 

t1
i1

; L2 

t 2
i2

2
U


i3 – Các phương trình cơ bản của MBA
1. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp

I1
sơ cấp:
I2
+ nguồn điện áp u1,

R1 
t1
1 ~
U
E2

E
+ sức điện động e1,

1
t 2
i1 et1
+ điện trở dây quấn sơ cấp R1,
u1
e1
+ điện cảm tản sơ cấp L1
Theo Kirhof 2  PT cân bằng điện áp sơ cấp:

2
U

di1
 u1  R1i1  L1  e1
dt
Viết dưới dạng số phức:  U1   E1  I1 ( R1  jX 1 )   E1  Z1 I1
di1
R 1i1  L1
 u1  e1
dt

Với

Z1  R`  jL1  R1  jX1 tổng trở phức của dây quấn sơ cấp

(X1 là điện kháng tản của dây quấn sơ cấp)


i3 – Các phương trình cơ bản của MBA
2. Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp

Thứ cấp:
I1
+ điện áp u2,
+ nguồn sức điện động e2,
1 ~
U
E1
+ điện trở dây quấn thứ cấp R2,
+ điện cảm tản thứ cấp L2



t1

t 2

Tương tự ta có:
 U 2   E 2  I2 ( R2  jX 2 )   E 2  Z 2 I2

Z2  R2  jL2  R2  jX 2

Gọi là tổng trở phức của dây quấn thứ cấp
X2 là điện kháng tản của dây quấn thứ cấp)

I2
E 2

2
U

i3 – Các phương trình cơ bản của MBA
3. Phương trình cân bằng stđ trong MBA
Theo định luật dòng điện toàn phần:

H .l  I1w1  I2 w2
+ khi không tải

I1  I0

I2  0



I1
1
U

~ 
E1

t1

t 2

I2
E 2

Là dòng không tải MBA

 H 0 .l  I0 w1
Nếu U1 = const

 E1  4, 44.w1. f . m  const   m  const

khi tải thay đổi từ “0” đến “định mức”  H  const

 I0 w1  I1w1  I2 w2

U1   E1  I1 ( R1  jX 1 )
U 2   E 2  I2 ( R2  jX 2 )

I0 w1  I1w1  I2 w2

2
U


i4 – Qui đổi và sơ đồ thay thế MBA
A. Qui đổi MBA
1. Mục đích qui đổi:
+ Khi k lớn  U1,U2 chệnh nhau nhiều
 khó khăn khi sử dụng đồ thị véc tơ để tính toán mạch từ
+ thuận tiện hơn khi nghiên cứu MBA
2. Thực chất của việc qui đổi:

w1  w2
u1  u2
E1  E2
I1  I 2

w1  w2
u1  u2
E1  E2
I1  I 2

S  U2 I2  U2I2

Pd 2  I22.R2  (I2 )2.R2

2. Điều kiện qui đổi:
Quá trình năng lượng trong 2 máy phải như nhau


i4 – Qui đổi và sơ đồ thay thế MBA
A. Qui đổi MBA
+ qui đổi sức điện động: Cho E2, E1 tìm E’2

w1  w2

E1  E2  E2  k .E2  U 2  k .U 2

+ qui đổi dòng điện:

Cho I2 tìm I’2

 I 2 

U 2 I 2  U 2 I 2
+ qui đổi tổng trở:

Cho R2 tìm R’2

2
I 22 R2  I 22 R2  R2  k R2

 Hệ PT MBA đã qui đổi

I2
k

X 2  k 2 X 2

  k2
Z2
Z2

U1   E1  I1 ( R1  jX 1 )
U 2   E 2  I2 ( R2  jX 2 )

I0  I1  I2


i4 – Qui đổi và sơ đồ thay thế MBA
U1   E1  I1 ( R1  jX 1 )
U 2   E 2  I2 ( R2  jX 2 )

B. Sơ đồ thay thế MBA
Hệ PT MBA đã qui đổi
Sơ đồ thay thế đầy đủ MBA

R1

Io  (2  6)%I1đm
Sơ đồ gần đúng:

R1
U1

X1

I0  I1  I2
Sơ cấp

U1
R2’ X2’

I1

U2’
I2’

R2’ X2’

X1
I1

Thứ cấp

Io

R0
X0

Tải

U2’
I2’

Lõi thép
Zt ’

Ý nghĩa các thông số
trong sơ đồ thay thế
MBA

ZZt’t’