bai giang may điên trung cap nghe.

TRƯỜNG TRUNG CẤP KỸ THUẬT – NGHIỆP VỤ CÁI BÈ
KHOA KỸ THUẬT NGHIỆP VỤ
----------- *** -----------

GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN DÙNG
TRONG TRƯỜNG TRUNG CẤP
KỸ THUẬT – NGHIỆP VỤ
CÁI BÈ

BIÊN SOẠN: NGUYỄN ĐỖ CÔNG HIẾN
1


LỜI NÓI ĐẦU

- Đất nước Việt Nam đang trong công cuộc công nghiệp hóa hiện - đại hóa,
nền kinh tế đang trên đà phát triển, việc cung cấp điện năng cho các khu
công nghiệp, khu chế xuất, khu nhà cao tầng ngày càng nhiều. Vì vậy việc
tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính toán sử dụng trong MÁY ĐIỆN rất cần thiết
cho sinh viên ngành điện.
- Với một vai trò quan trọng như vậy và xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào
tạo, chương trình môn học của Trường Trung Cấp Kỹ Thuật & Nghiệp Vụ
Cái Bè. Tôi đã biên soạn cuốn giáo trình Máy Điện.
- Giáo trình được biên soạn theo đề cương môn học Máy Điện với những kiến
thức cơ bản về các loại máy điện như:
+ Máy biến áp.
+ Máy điện không đồng bộ.
+ Máy điện đồng bộ.
+ Máy điện một chiều.
- Giáo trình Máy Điện được biên soạn phục vụ công tác giảng dạy cho giáo
viên và là tài liệu học tập cho học sinh ở trường.

- Trong thời gian biên soạn giáo trình mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do
chuyên môn và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót,
khuyết điểm. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các đồng nghiệp để
giáo trình đạt chất lượng cao hơn.
- Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Kỹ Thuật Nghiệp Vụ - Trường Trung
Cấp Kỹ Thuật & Nghiệp Vụ Cái Bè, Khu IV – Thị Trấn Cái Bè, Huyện Cái
Bè, Tỉnh Tiền Giang.

Giáo Viên Biên Soạn :
NGUYỄN ĐỖ CÔNG HIẾN

2


CHƯƠNG MỞ ĐẦU
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
BÀI 1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI
1. Định nghĩa:
Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng
điện từ.
Về cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (cuộn dây), dùng để biến
đổi dạng 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 biến đổi các thông số
của mạch điện như biến đổi điện áp, dòng điện , tần số, số pha….
Máy điện là loại máy phổ biến trong công nghiệp và trong đời sống .
2. Phân loại:
Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại như phân loại theo công
suất, theo cấu tạo, theo chức năng dòng điện ( xoay chiều, một chiều ), theo nguyên
lý làm việc và phân loại theo nguyên lý biến đổi điện năng.
2.1. Máy điện tĩnh:

Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên
từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau.
U1,f

BA

̴̴

̴̴

Hình 1-1. Sơ đồ nguyên
lý làm việc máy điện
tĩnh.

3

U2,f


2.2. 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.
U1,f

ω

̴̴

Hình 1-2. Sơ đồ
nguyên lý làm việc

máy điện quay.

Loại máy điện này dùng để biến đổi năng lượng, ví dụ biến đổi điện năng sang cơ
năng ( động cơ điện ) hoặc biến đổi cơ năng sang điện năng ( máy phát điện ) quá
trình biến đổi có tính thuận nghịch, nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy
phát điện hoặc động cơ điện.
MÁY ĐIỆN

Máy điện tĩnh

Máy điện quay

Máy biến áp

Máy điện xoay chiều

Máy
điện
đồng bộ

Máy
phát
điện
đồng
bộ

Máy một chiều

Máy điện
không

đồng bộ

Động
cơ
điện
đồng
bộ

Máy
phát
không
đồng
bộ

Hình 1-3. Sơ đồ phân loại máy điện
4

Máy
phát 1
chiều

Động
cơ
không
đồng
bộ

Động
cơ một
chiều

BÀI 2. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG
MÁY ĐIỆN
Nguyên lý làm việc của tất cả các loại máy điện dựa vào cơ sở hai định luật cảm
ứng điện từ và luật điện từ.

1. Định luật cảm ứng điện từ.
1.1. Trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua vòng dây:
Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn. Trong vòng dây sẽ cảm ứng
một sức điện động. Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của
từ thông theo quy tắc vặn nút chai, thì sức điện động cảm ứng:
e =

d
dt

Dấu (+): chỉ chiều Φ đi từ người đọc vào trang giấy .
- Nếu cuộn dây có W vòng :
e=-w.

d
d

dt
dt

Trong đó: Ψ = WΦ gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây.
e
Ф

Hình 1-4.
Chiều từ thông theo quy tắc vặn nút chai

1.2. Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường.
Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ
cảm ứng sức điện động có trị số là: e=BlV.
 B cường độ từ cảm đo bằng Tesla (T)
 L chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (m)
 V vận tốc thanh dẫn đo bằng m/s
Chiều sức điện động cảm ứng xác định bằng quy tắc bàn tay phải.
5


Hình 1-5
Xác định sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải

2. Định luật lực điện từ:
Khi thanh dẫn chuyển động mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức của
từ trường ( trường hợp động cơ điện ).
Thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:
F = B.l.I (N) .
 B cường độ từ cảm đo bằng Tesla(T)
 I cường độ dòng điện (A)
 L chiều dài tác dụng thanh dẫn đo bằng m
- Chiều lực từ xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

Hình 1-6
Xác định lực điện từ theo quy tắc bàn tay trái

6


BÀI 3. NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN
1. Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều

Hình 1-9. Nguyên lý làm việc máy điện một chiều

Máy điện gồm khung dây abcd đầu nối với 2 phiến góp. Khung dây và phiến góp
quay quanh trục với tốc độ không đổi trong từ trường của nam châm N – S. Các
chổi than A và B đặt cố định và tuỳ sát vào phiến góp
Khi khung dây quay, theo định luật cảm ứng điện từ trong khung dây xuất
hiện sức điện động cảm ứng e = B.l.v (v)
Trong đó:
B: từ cảm nơi dây quấn quét qua (T)
l: chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường (m)
v: vận tốc quét của thanh dẫn (m/s)
Chiều của sức điện động (sđđ) xác định bằng quy tắc bàn tay phải. Sức điện
động của thanh dẫn ab nằm dưới cực từ N có chiều đi từ b đến a, còn của thanh dẫn
cd nằm dưới cực từ nam (S) có chiều đi từ d→c. Nếu mạch ngoài khép kín sđđ
trong khung có chiều đi từ chổi than A đến chổi than B.
Khi khung dây quay, nếu từ cảm thẳng góc với hướng quay của thanh dẫn
phân bố hình sin→sđđ cũng có dạng xoay chiều hình sin do chổi than A luôn tiếp
xúc với thanh dẫn nằm dưới cực (N), chổi than B tiếp xúc thanh dẫn nằm dưới cực
(S)→dòng điện mạch ngoài chạy từ A→B.

7


Nói cách khác sđđ và dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng điện

sức điện động 1 chiều, nhờ hệ thống vành góp và chổi than.
Để có sức điện động lớn → ghép nhiều khung dây đặt lệch nhau một góc
trong không gian→gọi là dây quấn phần ứng, vì thế có nhiều phiến đổi chiều ghép
cách điện với nhau→ cổ góp điện ( còn gọi là vành góp ).
Ngược lại khi đưa dòng điện một chiều vào chổi than Avà ra ở chổi than B→
dưới tác dụng của từ trường lên thanh dẫn tạo ra momen quay có chiều không
đổi→đó là nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.
2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ
Trong hình vẽ trên nếu thay hai vành đổi chiều thành hai vành trượt. Hai chổi
than A và B luôn tì sát, khi khung dây abcd quay với tốc độ n, trên hai vành trượt và
mạch ngoài khép kín → sức điện động và dòng điện xoay chiều có tần số f =
p.n/60.

Hình b. Đấu hình tam giác

Hình a. Đấu hình sao

Hình 1-10. Sơ đồ đấu sao và tam giác

Trong đó: n tốc độ quay vòng/ phút
P số đôi cực của máy
→đó là nguyên lý llàm việc của máy điện đồng bộ 1 pha.
Thường trong máy điện đồng bộ, cực từ đặt trong roto còn dây quấn phần
ứng (khung dây)→đặt trong phần tĩnh (stato) gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau trong
không gian 1200đấu hình sao(Υ) hoặc hình tam giác(Δ).

8


Quay với tốc độ n, dây quấn phần ứng nối với một tải ngoài ba pha đối xứng

thì trong dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng nên một sức điện động và dòng điện 3 pha
lệch nhau một góc 1200về thời gian và do đó sẽ tạo ra một từ trường quay với tốc
60 f

độ n1= p , nghĩa là tốc độ quay của roto chính vì vậy mà ta gọi là máy điện đồng
bộ ba pha.

9


BÀI 4. ĐỊNH LUẬT MẠCH TỪ TÍNH TOÁN MẠCH TỪ
Lõi thép máy điện là mạch từ. Mạch từ là mạch khép kín dùng để dẫn từ thông.
Định luật dòng điện toàn phần H.dl  i → H.l = w.i
 H: cường độ từ trường trong mạch từ đo bằng A/m
 L: chiều dài trung bình của mạch từ (m)
 W: số vòng dây của cuộn dây
 I: tạo ra từ thông trong mạch từ gọi là dòng điện từ hóa.
 w.i: gọi là sức từ động.
 H.l: gọi là từ áp rơi.
l
\
l

i
w

Hình 1-7
Mạch từ khép kín

- Đối với mạch từ gồm nhiều cuộn dây và nhiều đoạn khác nhau

l1, S1

H1.l1+H2.l2 = W1i1 - W2I2
 H1,H2: tương ứng là cường độ từ trường trong đoạn 1,2
 L1, L2: chiều dài trung bình đoạn 1,2

i
l2, S2

W1

 W1.i1, W2.i2: sức từ động dây quấn 1,2
i2

 Dấu – trước w2.i2 vì chiều i2 không phù hợp

W2

với chiều từ thông đã chọn theo quy tắc vặn nút chai

Hình 1-8

n

n

k 1

l 1

 H K .lk  Wl .il
10

Mạch từ gồm nhiều cuộn dây
và nhiều đoạn khác nhau


Trong đó dòng điện il có chiều phù hợp với chiều Φ đã chọn theo quy tắc vặn
nút chai sẽ mang dấu dương, không phù hợp mang dấu âm.

BÀI 5. CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN
Vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện và vật liệu kết cấu.
1. Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo bộ phận dẫn điện. Vật liệu dẫn điện dùng
trong máy điện là đồng và nhôm. Dây đồng và dây nhôm được chế tạo theo tiết
diện tròn hoặc chữ nhật, có bọc cách điện khác nhau như sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy,
nhựa hoá học, sợi emay.
2. Vật liệu dẫn từ
Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ dùng các vật liệu sắt
từ để làm mạch từ: Thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn.
Thép lá kỹ thuật điện dày 0,35- 0,5mm, trong thành phần thép có 2-5% si( để
tăng điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy )
Thép kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng và cán nguội.
Thép cán nguội có độ từ thẩm cao hơn thép cán nóng, dẫn từ tốt hơn.
3. Vật liệu cách điện
Làm nhiệm vụ cách ly bộ phận dẫn điện và bộ phận không dẫn điện hoặc
cách ly các bộ phận dẫn điện với nhau.
Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu
nhiệt tốt tản nhiệt tốt. Chống ẩm và bền về cơ học.
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 thuỷ tinh.
 Các chất tổng hợp như PVC, PE.

11


 Các loại men sơn cách điện

Cấp cách điện
Nhiệt độ làm việc

Y
900 C

A
E
B
F
H
C
0
0
0
0
0
105 C 120 C 130 C 155 C 180 C >1800 C

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. Vật liệu kết cấu thường là gan, thép lá, thép rèn,
kim loại màu và hợp kim của chúng.

12


BÀI 6. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN
1. Nguyên lý phát nóng.
Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất. Tổn hao trong máy điện gồm
tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng điện xoáy) trong thép, tổn hao đồng
trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay). Tất cả tổn hao
năng lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện.
2. Làm mát máy điện.
Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt ra môi trường xung quanh.
Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của máy điện mà còn phụ
thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi làm mát như dầu máy
biến áp v..v Thường vỏ máy điện được chế tạo co rãnh tản nhiệt và máy điện có hệ
thống quạt gió làm mát.
Kích thước của máy, phương pháp làm mát, phải được tính toán và lựa chọn
để cho độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện trong máy, không vượt quá độ tăng nhiệt
cho phép, đảm bảo cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài khoảng 20 năm.
Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt của các phần tử
không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép. Khi máy quá tải, độ tăng nhiệt sẽ vượt quá
nhiệt độ cho phép, vì thế không cho phép quá tải lâu dài.
Câu hỏi ôn tập chương mở đầu:
1. Định nghĩa máy điện. Công dụng của máy điện.
2. Tính thuận nghịch của máy điện là gì.
3. Trình bày các định luật dùng trong máy điện. Công dụng của từng định luật vào
từng loại máy điện.
13

4. Nêu các loại vật liệu dùng trong máy điện, đặc điểm từng loại.
5. Tại sao phải làm mát động cơ điện.

CHƯƠNG 1
MÁY BIẾN ÁP (MBA)
BÀI 1. KHÁI NIỆM CHUNG
1. Định nghĩa
Máy biến áp (mba) là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm
ứng điện từ, 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 đổi.
Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp có hai dây quấn. Dây quấn
nối với nguồn điện để thu năng lượng gọi là dây quấn sơ cấp. Dây quấn nối với tải
để đưa năng lượng gọi là dây quấn thứ cấp.
Các thông số của dây quấn sơ cấp được ký hiệu bằng chữ in hoa và có thêm
chỉ số 1, tương tự dây quấn thứ cấp ký hiệu và có thêm chỉ số 2 ( ví dụ dòng điện
sơ cấp I1, điện áp thứ cấp U2).
2. Các đại lượng định mức
Các đai lượng định mức do nhà chế tạo quy định và thường ghi trên máy.


Dung lượng hay công suất định mức Sđm là công suất toàn phần (hay công
suất biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của mba [KVA], [VA].

 Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằng
[KV] hay [V].
 Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm ứng với công suất định mức [A, KA].
 Số vòng dây sơ cấp định mức W1.

14


 Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi
mba không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, đơn vị là KV
hoặc V.
 Dòng điện dây định mức thứ cấp I2đm ứng với công suất định mức, đơn vị là
A, KA.
 Đối với mba 1 pha:
S đm

S đm

I1đm = U , I2đm = U ,
1đm
2 đm
 Đối với mba 3 pha:
I1đm =

S đm
,I =
3U1đm 2đm

S đm
3U 2 đm

 Tần số định mức fđm tính bằng Hz (f = 50 Hz).
 Ngoài ra trên nhãn máy của mba còn ghi các số liệu như: số pha m, sơ đồ và
tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch Un%, chế độ làm việc và phương pháp
làm lạnh.

3. Công dụng của máy biến áp.
Theo công dụng mba gồm những loại chính sau đây:
 Máy biến áp (Mba) điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong
hệ thống điện lực.
 Mba chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị cỉnh lưu mba hàn
điện.
 Mba tự ngẫu biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn lắm dùng để mở máy
các động cơ điện xoay chiểu.
 Mba đo lường dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các
đồng hồ đo.
 Mba thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao.

15


BÀI 2: CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
1. Lõi thép:
Lõi thép dùng để làm mạch từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn.
 Máy biến áp (Mba) kiểu lõi hay kiểu trụ: dây quấn bao quanh trụ thép, loại
này rất thông dụng cho các máy biến áp 1 pha và 3 pha, dung lượng nhỏ và
trung bình.

Bình giản dầu

Sứ hạ áp

Sứ cao áp
Nắp thùng

Ống an

toàn

Cánh tản
nhiệt
Thùng
Đế
Hình 2-1. Hình dạng chung của máy biến áp

 Mba kiểu bọc: mạch từ được phân nhánh ra 2 bên và bọc lấy một phần dây
quấn, loại này dùng cho mba có công suất nhỏ. Các mba hiện đại dung lượng
16


lớn và cực lớn (từ 80 đến 100 MVA cho 1 pha) để giảm chiều cao của trụ
thép, dễ dàng cho việc vận chuyển, mạch từ được phân nhánh sang 2 bên,
nên vừa có kiểu bọc, vừa có kiểu trụ.
1 2

G

T
Ф

1 2

G

T

T

T
Ф

G
G 2-2. Lõi thép kiểu trụ: 1 G
Hình
pha và 3 pha
T

T

T

T

T
T

T

Ф

G
Hình 2-3. Lõi thép kiểu bọc, 1 pha, 3 pha

 Mba có lõi hình xuyến: sử dụng trong máy biến áp đo lường, máy biến áp
điêu chỉnh vô cấp.
 Lõi thép mba gồm 2 phần: phần trụ ký hiệu chữ T và phần gông ký hiệu
chữ G. Trụ là phần lõi thép có quấn dây quấn, gông là phần lõi thép nối các

trụ với nhau thành mạch kín và không có dây quấn.
Lõi thép được ghép bới các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 – 0,5mm, có phủ
sơn cách điện trên bề mặt (giảm dòng điện xoáy). Trụ và gông có thể ghép nối hoặc
ghép xen kẽ, ghép nối thì trụ và gông ghép riêng, sau đó dùng sà ép và bu lông vít
siết chặt lại. Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng thời và các lá thép
được ghép xen kẽ với nhau. Phương pháp này tuy phức tạp nhưng giản được dòng
điện xoáy và bền về phương diện cơ học, do vậy hầu hết các máy biến hiện nay đều
dùng kiểu ghép này.

17
Hình 2-4. ghép rời lõi thép

Hình 2-5. ghép xen kẻ lõi thép


2. Dây quấn
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp làm nhiệm vụ thu năng lượng
và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường là đồng, cũng có thể bằng
nhôm nhưng không phổ biến.
Dây quấn hạ áp thường quấn phía trong gần trụ thép, còn dây quấn cao áp
quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp.
Với cách quấn dây này có thể giảm bớt được điều kiện cách điện dây quấn cáo áp
(kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện dây quấn cao áp) bởi vì dây quấn
cao áp và trụ đã có cách điện của dây quấn hạ áp.
Đôi khi người ta thực hiện quấn xen kẽ giữa dây quấn hạ áp và cao áp.
3. Vỏ máy
Vỏ máy gồm 2 phần: thùng và nắp thùng.
3.1. Thùng mba:
Thùng làm bằng thép, thường là hình bầu dục, lúc mba làm việc một phần
năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây quấn và các

bộ phận khác làm cho nhiệt độ tăng lên. Do đó, giữa mba và môi trường xung
quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là độ chênh nhiệt. Nếu độ chênh nhiệt đó vượt
quá mức quy định sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với mba,
để đảm bảo vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định (từ 15 – 20 năm) và
không bị sự cố tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng dầu.

18


Hình 2-6. Mô hình cắt bổ và cuộn dây, lõi thép máy biến áp

3.2. Nắp thùng:
Dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết quan trọng của máy như sứ CA
và HA: làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn ra với vỏ máy.
 Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt trên nắp và nối với thùng
bằng một ống dẫn dầu.
 Ống bảo hiểm: làm bằng thép, thường là hình trụ nghiêng, một đầu nối với
thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thuỷ tinh.

19


BÀI 3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
Khảo sát nguyên lý hoạt động của mba 1 pha có 2 dây quấn W1 , W2 . Khi nối
dây quấn W1 vào nguồn điện xoay chiều có điện áp U 1 sẽ có dòng điện sơ cấp i1
chạy trong dây quấn sơ cấp W1. Dòng điện i1 sinh ra từ thông phi

Hình 2-7. Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha hai dây quấn

biến thiên chạy trong lõi thép, từ thông này móc vòng (xuyên qua), đồng thời với cả

2 dây quấn W1 và thứ cấp W2, được gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào
dây quấn sơ cấp một suất điện động:

20


d
d
e1 = -W1 dt (1), và dây quấn thứ cấp e2 = -W2 dt (2)

Trong đó W1 và W2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Khi máy biến áp không
tải, dây quấn thứ cấp hở mạch (i 2 = 0) từ thông chính trong lõi thép chỉ do dòng
điện sơ cấp i0 tạo ra (i0 gọi là dòng điện không tải.
Khi mba có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở Z t dưới tác dụng của
dòng e2, có dòng điện thứ cấp i2 cung cấp điện cho tải. Khi ấy từ thông chính do
đồng thời cả 2 dòng điện sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra.
Vì điện áp U1 hình sin nên từ thông cũng biến thiên hình sin  = max .sin t
Ta có: e1 = -W1

d (max .sin t )

4,44. f . 2 .max .W1.sin(t  )(v) (3)
dt
2

= E1. 2 .sin(t 
e2 =W2.



)(v)
2

d (max .sin t )

4,44. f . 2 .max .W2 .sin(t  )(v)
dt
2


2

= E2. 2.sin(t  )(v)
Trong đó: E1=4,44..f.Φmax.W1
E2=4,44..f.Φmax.W2
E1, E2: Trị số hiệu dụng sức điện động sơ cấp, thứ cấp. Sức điện động sơ cấp và thứ
cấp cùng tầng số nhưng trị hiệu dụng khác nhau.
Nếu chia E1 cho E2:
E

W

1
1
K= E W
2
2

K: gọi là hệ số biến áp

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, có thể coi
gần đúng U1 E1, U2 E2, ta có:
U1 E1 W1
  K
U 2 E2 W2

*Đối với máy tăng áp có: U2 > U1, W2 > W1
*Đối với máy giảm áp có: U2 < U1, W2 < W1
21


Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện
nhưng nhờ có từ thông chính, năng lượng đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang
thứ cấp.
Nếu bỏ qua tổn hao trong máy, có thể coi gần đúng quan hệ giữa các đại
lượng sơ cấp và thứ cấp như sau:


U1.I1  U2.I2

U1 I 2
 K
U 2 I1

BÀI 4. CHẾ ĐỘ NGẮN MẠCH
1. Các phương trình cân bằng điện và từ của máy biến áp (mba)
Khi viết hệ phương trình, trước hết ta chọn chiều i1 như hình vẽ. Theo quy tắc
vặn nút chai, chiều  phù hợp với chiều i1, chiều e1, e2 phù hợp với chiều  nghĩa
là e1, i1 trùng chiều. Chiều i2 được chọn ngược chiều với e2 nghĩa là chiều i2 không
phù hợp với chiều  theo quy tắc trên.

Ngoài từ thông chính còn có từ thông tản, từ thông tản không chạy trong lõi
thép mà chạy tản ra trong không khí, các vật liệu cách điện.
Từ thông chỉ móc vòng riêng rẽ ở mỗi dây quấn. Từ thông tản móc vòng sơ
cấp, ký hiệu  t1 do dòng điện sơ cấp i1 gây ra,  t 2 do dòng điện thứ cấp i2 gây ra. Từ
thông tản đặc trưng bằng điện cảm tản.
 t1

 Điện cảm tản dây quấn sơ cấp L1 = i
1

t2

 Điện cảm tản dây quấn thứ cấp L2 = i
2
1.1. Phương trình cân bằng điện sơ cấp

Xét mạch điện sơ cấp gồm điện áp U1, sức điện động e1, điện trở dây quấn R1,
điện cảm tản L1. Áp dụng định luật K2 ta có phưong trình cân bằng điện sơ cấp
dưới dạng trị số tức thời là:

22


di1
di
U1  e1  U1 R1.i1  L1 1  e1
dt
R1.i1 + L1 dt

Nếu viết dưới dạng phức:



*Tổng trở phức dây quấn sơ cấp: Z1 R1  jL1 R1  jX 1














*Phương trình cân bằng điện sơ cấp: U1 R1. I1  j. X 1. I1  E1 Z1 . I1  E1
1.2. Phương trình cân bằng điện thứ cấp


Mạch thứ cấp gồm e2, điện trở dây quấn thứ cấp R2, điện cảm tản L2, tổng trở Z t
R2.i2+L2.

di2
di
 u2 e2  u2 e2  R2 .i2  L2 . 2
dt
dt

Nếu viết dưới dạng phức:


* Tổng trở phức dây quấn thứ cấp: Z 2 R2  j..L2 R2  j. X 2
* Phương trình cân bằng điện thứ cấp






* Điện áp thứ cấp u2 chính là điện áp đặt lên tải do đó: U 2 Z 2 .I 2
1.3. Phương trình cân bằng sức từ động












Trong phương trình cân bằng điện sơ cấp; U1 I1 . Z1  E1 , điện áp rơi I1 .Z1
thường rất nhỏ vì thế có thể lấy gần đúng U1 E1 .
Vì điện áp lưới đặt vào máy biến áp U1 không đổi→E1không đổi→từ thông
chính Φmaxsẽ không đổi ở chế độ không tải, từ thông chính do sức từ động của dây
quấn sơ cấp i0.W1 sinh ra, còn ở chế độ có tải thông chính do sức từ động cả hai dây

quấn sơ cấp và thứ cấp sinh ra. Sức từ động lúc có tải là i1.w1-i2.w2( dấu - trước i2vì
chiều i2 ngược chiều Φ )- Vì Φmax không đổi, cho nên sức từ động không tải bằng
sức từ động lúc có tải do đó phương trình cân bằng từ viết dưới dạng tức thời:
w2
1
i
i1  i2 .
i1  2 i1  i2,
w1
K
i0.w1=i1.w1+i2.w2, chia cả hai vế cho w1→i0=i1+i2. w1
w2
i
K

hoặc i1=i0+(- i2, ) , (i2,  2 ) i2, : dòng điện thứ cấp quy đổi về sơ cấp.
23


Phương trình cân bằng từ viết dưới dạng phức:










I1  I 0  ( I 2' ), [ I 2'  I 2 .

W2
]
W1

* Phương trình cân bằng từ cho ta thấy quan hệ giữa mạch điện sơ cấp và thứ cấp.


Lúc mba có tải, dòng điện trong dây quấn sơ cấp I1 gồm 2 thành phần: một




thành phần là I 0 dùng để tạo ra từ thông chính trong lõi thép và một phần là (- I 2' )
dùng để bù lại tác dụng của dòng điện thứ cấp. Do đó khi tải tăng lên, nghĩa là dòng




điện sơ cấp I1 cũng tăng lên để giữ sao cho dòng điện I 0 đảm sinh ra từ thông trong
máy hầu như không đổi. Chính vì thế dây quấn sơ cấp nhận thêm năng lượng từ
lưới để truyền sang dây quấn thứ cấp, cung cấp cho tải.
2. Mạch điện thay thế của máy biến áp
Khi nghiên cứu chế độ làm việc của máy biến áp dựa vào sự tính toán phối
hợp của mạch điện và mạch từ ứng với chế độ bảo hoà khác nhau của lõi thép gặp
nhiều khó khăn. Để đơn giản trong tính toán, người ta thay mạch điện và mạch từ
của mba bằng một mạch điện tương đương gồm điện trở, điện kháng đặc trưng cho
máy biến áp gọi là mạch điện thay thế của máy biến áp.
Để có thể nối trực tiếp mạch sơ cấp và thứ cấp với nhau thành một mạch điện,

các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải có cùng điện áp. Thực tế, (U1 U2) vì vậy phải
quy đổi một trong hai dây quấn về dây quấn kia, thông thường là quy đổi dây quấn
thứ cấp về sơ cấp. Việc quy đổi sao cho không làm thay đổi các quá trình vật lý và
năng lượng xảy ra trong máy biến áp.
Tất cả các lượng đã quy đổi từ thứ cấp về sơ cấp gọi là những lượng quy đổi
và thêm dấu phẩy (‘) trên đầu (vd: sđđ quy đổi E2' , dòng điện I '2 ).
2.1. Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi E2' và U '2
E

W

W

1
1
1
Ta có: E W  E1  W .E2 K .E2
2
2
2

24


Mặc khác khi thay đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp W2 = W1 nên sđđ
thứ cấp quy đổi lúc này bằng sđđ sơ cấp:
E2' E1  E2' K .E2 , (K=

W1
) gọi là hệ số quy đổi thứ cấp về sơ cấp.

W2

Tương tự ta có: U '2 =K.U2
2.2. Dòng điện thứ cấp quy đổi I '2
Việc quy đổi phải đảm bảo sao cho công suất thứ cấp của mba trước và sau
khi quy đổi không thay đổi, nghĩa là: E2.I2 = E2' .I 2'
E

1

'
2
Do đó dòng điện thứ cấp quy đổi: I 2 I 2 . E '  K .I 2
2

Điều này có nghĩa là để đảm bảo cho công suất trong mạch thứ cấp không đổi, thì
nếu E2 tăng lên K lần, I2 giảm xuống K lần và ngược lại.
2.3. Điện trở, điện kháng và tổng trở thứ cấp quy đổi
Khi quy đổi, vì công suất không thay đổi nên tổn hao đồng ở dây quấn thứ
cấp trước và sau khi quy đổi phải bằng nhau: I 22 .r2 I 2'2 .r2'
I

'
2
2 2
Do đó, điện trở thứ cấp quy đổi: r 2 ( I ' ) .r2 K r2
2

Về mặt vật lý, điều này có nghĩa là khi quy đổi nếu dòng điện I2 giảm K lần
để giữ cho tổng hao trong dây quấn không đổi, vì tổn hao đồng tỷ lệ với bình

phương dòng điện thì điện trở tăng lên K2 lần.
 Tương tự điện kháng thứ cấp quy đổi: X '2 K .X 2
 Tổng trở thứ cấp quy đổi: Z '2 K 2'  jX 2' K (r2  jX 2 ) K 2 .Z 2
 Đối với tải ở mạch thứ cấp ta cũng có: Z t' K 2 .Z t (Zt = rt + jXt tổng trở tải lúc
chưa quy đổi).
2.4. Các phương trình quy đổi
Thay các đại lượng quy đổi vào các phương trinh cân bằng sức điện động và
sức từ động ở trên ta được hệ thống các phương trình đó viết dưới dạng quy đổi
như sau:
25