Tài liệu CƠ SỞ Lí THUYẾT MÁY ĐIỆN pptx

1


CƠ SỞ Lí THUYẾT MÁY ĐIỆN

I. Giới thiệu chung về máy điện:
Cỏc mỏy thực hiện sự biến đổi cơ năng thành điện năng hoặc ngược lại được
gọi là mỏy điện.
Cỏc mỏy điện biến cơ năng thành điện năng gọi là mỏy phỏt điện và cỏc mỏ
y
điện dung để biến đổi từ điện năng thành cơ năng gọi là động cơ.Cỏc mỏy điện đều
cú tớnh thuận nghịch, nghĩa là cú thể biến đổI năng lượng theo hai chiều.
Mỏy điện là một hệ điện từ gồm cú mạch từ và mạch điện liờn quan với
nhau.Mạch từ bao gồm cỏ
c bộ phận dẫn từ và cỏc khe hở khụng khớ.Cỏc mạch
điện bao gồm hai hoặc nhiều dõy quấn cú thể chuyển động tương đối với nhau
cựng với cỏc bộ phận mang chỳng.
Sự biến đổi cơ điện trong mỏy điện dựa trờn nguyờn lý về cảm ứng điện từ.
Nguyờn lý này cũng đặ
t cơ sở cho sự làm việc của cỏc bộ biến đổi cảm ứng. dựng
để biến đổi điện năng với cỏc giỏ trị của thụng số này (điện ỏp, dũng điện). Mỏy
biến ỏp là một thiết bị biến đổi cảm ứng đơn giản thuộc loại này, dựng để biến đổi
d
ũng điện xoay chiều từ điện ỏp này sang dũng điện xoay chiều cú điện ỏp khỏc.
Cỏc dõy quấn và mạch từ của nú đứng yờn và quỏ trỡnh biến đổi từ trường để sinh
ra sức điện động cảm ứng trong cỏc dõy quấn được thực hiện bằng phương phỏp
điện.
Mỏy điện d
ựng làm mỏy biến đổi năng lượng là phần tử quan trọng nhất của bất
cứ thiết bị điện năng nào. Nú được sử dụng rộng rói trong cụng nghiệp, nụng

nghiệp, giao thụng võn tải, và cỏc hệ điều khiển và tự động điều chỉnh, khống
chế…
Mỏy điện cú nhiều loại, cú thể phõn loại như sau:
* M
ỏy điện tĩnh: thường gặp là cỏc loại mỏy biến ỏp. Mỏy điện tĩnh làm
việc dựa trờn hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiờn từ thụng, giữa cỏc dõy
quấn khụng cú sự chuyển động tương đối với nhau.
Mỏy điện tĩnh thường dựng để biến đổi th
ụng số điện năng. Do tớnh chất
thuận nghịchcủa cỏc quy luật cảm ứng điện từ nờn quỏ trỡnh biến đổi cú tớnh chất
thuận nghịch. Vớ dụ: Mỏy biến ỏp biển đổi điện năng cú cỏc thụng số U
1
, I
1
, f
1

thành điờn năng cú cỏc thụng số mới U
2
, I
2
, f
2
hoặc ngược lạibiến đổi hệ thống
điện U
2
, I
2
, f
2

thành hệ thống U
1
, I
1
, f
1

* Mỏy điện cú phần động (quay hoặc chuyển động thẳng): Tuỳ theo lưới
điện cú thể phõn thành mỏy điện xoay chiều và mỏy điện một chiều. Nguyờn lý
làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ do từ trường và dũng
điện của cỏc quận dõy cú chuyển động tương đối so v
ới nhau gõy ra. Loại mỏy này
thường dựng để biến đổi năng lượng. Vớ dụ: biến đổi điện năng thành cơ năng
(động cơ điện) hoặc biến đổi cơ năng thành điện năng (mỏy phỏt điện). Quỏ trỡnh
biến đổi cú tớnh chất thuận nghịch, nghĩa là mỏy điện cú thể làm việc
ở chế độ
mỏy phỏt hoặc động cơ điện.



2


U
1
, I
1
, f
1
P

cơ

Sơ đồ phõn loại mỏy điện thụng dụng thường dựng:


II. Cỏc định luật dựng để nghiờn cứu mỏy điện
Trong nghiờn cứu mỏy điện, ta thường sử dụng cỏc định luật sau:
1. Định luật về cảm ứng điện từ. Định luật Faraday:
Trong cỏc thiết bị điện t
ừ, định luật này thường được viết dưới dạng phương trỡnh
Maxwell:
dt
d
e
Φ
−=

Điều đú núi rằng, một sự biến thiờn của tổng từ thụng múc vũng một mạch điện sẽ
tạo ra một sức điện động tỷ lệ với đạo hàm của tổng từ thụng biến thiờn đú.
Cũng cú thể viết dưới dạng :
e = B.l.v
Mỏy điện
Mỏy điện
khụng đồng bộ
Mỏy điện một
chiều
Mỏy
biến
ỏp
Mỏy điện xoay

chiều
Mỏy điện cú phần
quay
Mỏy điện
đồng bộ
Mỏy
phỏt
khụng
đồng
bộ
Mỏy điện tĩnh
Động
cơ
khụng
đồng
bộ
Mỏy
phỏt
đồng
bộ
Mỏy
phỏt
một
chiều
Động
cơ
một
chiều
Động
cơ

đồng
bộ

3
trong đú v là tốc độ chuyển động của một thanh dẫn l nằm trong từ trường cú từ
cảm B vuụng gúc với chiều chuyển động của thanh dẫn đú.
2. Định luật toàn dũng điện:
Định luật này được diễn tả như sau:
∑
== FiwHdl
φ

Tớch phõn vũng của cường độ từ trường theo một đường khộp kớn bất kỳ quanh
một số mạch điện bằng tổng dũng điện trong w vũng dõy của cỏc mạch. F chỉ giỏ
trị của sức từ động tổng tỏc động lờn mạch từ đú.
3. Định luật về lực điện từ
. Định luật Laplace:
Đõy là định luật cho ta trị số của lực tỏc dụng trờn một đơn vị dũng điện đặt ở
điểm M cú từ cảm . Lực này bằng tớch vectơ của vectơ đơn vị dũng điện với vectơ
từ cảm:
MM
Bidldf .=

Lực tỏc dụng trờn đoạn dõy dẫn mang dũng điện nằm trong một từ trường bằng:
∫
=
1
0
sin dlBif
ϕ

Trong đú
ϕ
là gúc giữa vectơ từ cảm với vộc tơ dũng điện. Nếu từ trường đều và
dõy dẫn thẳng, ta cú:
ϕ
sinBlif =

4. Năng lượng trường điện từ:
Năng lượng tổng trong một thể tớch từ trường cú khụng đổi bằng:
∫
==
2
2
2
1
2
LidV
H
W
μ

Trong trường hợp này, chỉ từ thụng múc vũng bởi dũng điện và từ cảm của
cuộn dõy.
Nếu thiết bị điện từ cú hai hay nhiều mạch điện cú hỗ cảm điện từ thỡ năng lượng
điện từ của hai mạch điện hỗ cảm bằng:
∫
++==
2112
2

22
2
11
2
12
222
iiM
iLiL
dV
H
W
μ

Cú thể dựng phương phỏp tổng quỏt và thống nhất dựa trờn cơ sở của phộp
tớnh tenxơ và ma trận để nghiờn cứu, phõn tớch tất cả cỏc loại mỏy điện.
Tất cả cỏc phương trỡnh cõn bằng điện ỏp của cỏc loại mỏy điện được biểu thị
theo định luật Kirh
ụf bằng một phương trỡnh ma trận cú dạng:
iZu =

Trong đú
u
: là vectơ điện ỏp cớ cỏc thành phần bằng cỏc điện ỏp đặt vào cỏc mạch
điện tương ứng với cỏc dõy quấn của mạch điện;
i
: là vectơ dũng điện cú cỏc thành phần dũng điện chạy trong cỏc mạch
điện;
Z: là ma trận tổng trở.
Mụmen điện từ sinh ra trong mỏy điện sẽ bằng:
ikM ×Ψ=

4
Trong đú là vec tơ từ thụng múc vũng vú cỏc thành phần bằng từ thụng do cỏc
dõy quấn sinh ra, k là một hệ số tỷ lệ.
5. Đơn vị tương đối:
Trong nghiờn cứu thiết kế và tớnh toỏn cỏc mỏy điện, để được tiện lợi người ta
thường dựng hệ đơn vị tương đối. Trong hệ đơn vị tương
đối cỏc đại lượng như
điện ỏp, dũng điện, cụng suất, tần số, tần độ gúc, mụmen…đều được biểu thị theo
cỏc lượng định mức tương ứng lấy làm cơ sở. Vớ dụ:
CS
I
I
I =
*
;
CS
U
U
U =
*
;
CS
P
P
P =
*
;
CS

M
M
M =
*
;
cs
z
z
z =
*

trong đú: I
cs
= I
đm
; U
cs
= U
đm
; P
cs
=

P
đm
; M
cs
= M
đm
=

đm
đm
P
ω
81.9
;
đm
đm
cs
cs
đmcs
I
U
I
U
zz ===


III.Tớnh thuận nghịch trong mỏy điện:
Tớnh thuận nghịch trong mỏy điện:
Mỏy điện cú tớnh thuận nghịch nghĩa là cú thể làm việc ở chế độ mày phỏt điện
hoặc động cơ điện.
1. Chế độ mỏy phỏt điện:
Cho cơ năng của động cơ điện sơ
cấp, thanh dẫn sẽ chuyển động với vận tốc v
trong từ trường của nam chõm N-S, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng một sức điện động
e.
- Nếu nối 2 cực của thanh dẫn điện trở R của tải thỡ dũng i chạy trong thanh dẫn sẽ
cung cấp điện cho tải.
- Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn thỡ đ

iện ỏp đặt vào tải
eu ≈

Cụng suất điện mỏy phỏt cung cấp cho tải là p= u.i= e.i
Dũng điện i nằm trong từ trường , từ trường sẽ chịu tỏc dụng của lực điện từ F
dt

= B.i.l cú chiều như hỡnh vẽ. Khi mỏy quay với tốc độ khụng đổi, lực điện sẽ cõn
bằng với lực sơ cấp của động cơ sơ cấp
F
cơ
= F
dt

F
cơ
.v = F
dt
.v=B.i.l.v=e.i
Như vậy cụng suất của động cơ sơ cấp P
cơ
= F
cơ
. V đó được biến đổi thành cụng
suất điện P
đ
= ei nghĩa là cơ năng đó được biến đổi thành điện năng.
2. Chế độ động cơ điện:
Cung cấp điện cho mỏy điện điện ỏp U của nguồn điện sẽ gõy ra dũng điện i
trong thanh dẫn, dưới tỏc dụng của từ trường sẽ cú lực điện từ F

dt
= Bil tỏc dụng
lờn thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v
Cụng suất điện đưa vào động cơ:
P = u.i = e.i = B.i.l = F
dt
.v
Như vậy cụng suất điện P = u.i đưa vào động cơ đó biến thành cụng suất cơ P
cơ

= F
dt
.v trờn trục động cơ điện năng đó biến thành cơ năng.
Ta nhận thấy cựng một thiết bị điện từ tựy vào dạng năng lượng đưa và mà mỏy
điện cú thể làm việc ở chế độ mỏy phỏt điện hoặc đụng cơ điện. Đõy chớnh là tớnh
chất thuận nghịch của m
ọi loại mỏy điện.

IV. Sơ lược về cỏc vật liệu chế tạo mỏy điện:


5
Cỏc vật liệu dựng để chế tạo cú thể chia làm 3 loại:
- Vật liệu tỏc dụng
- Vật liệu kết cấu
- Vật liệu cỏch điện
1. Vật liệu tỏc dụng:
Đõy là vật liệu dẫn từ và dẫn điện. cỏc vật liệu này thường dựng để tạo điều kiện
cần thiết sinh ra biến đổi điện từ.
a. Vật liệu dẫn từ:

Để chế tạo mạch từ của mỏy điện người ta thường dựng cỏc loại thộp khỏc
nhau như thộp kỹ thuật điện, thộp lỏ thường, thộp đỳc, thộp rốn. Gang ớt được
dựng vỡ dẫn từ khụng tố
t lắm.
Người ta sử dụng chủ yếu là thộp kỹ thuật điện, cú hàm lượng silic khỏc nhau
nhưng khụng được vượt quỏ 4.5%. Hàm lượng silic này dựng để hạn chế tổn hao
do từ trễ và tăng điện trở của thộp để giảm tổn hao dũng điện xoỏy.
Người ta hay sử dụng cỏc lỏ thộp dày 0.35mm dựng trong mỏy biến
ỏp và
0.5mm dựng trong mỏy điện quay ghộp lại làm lừi thộp để giảm tổn hao do dũng
điện xoay chiều gõy nờn.
Tựy theo cỏch chế tạo người ta phõn lừi thộp kỹ thuật điện ra làm 2 loai: cỏn
núng và cỏn nguội. Loại cỏc nguội cú đặc tớnh từ tốt hơn như: độ từ thấm cao hơn,
tổn hao thộp ớt hơn cỏ
n núng.
Thộp lỏ cỏn nguội lại chia làm 2 loại: đẳng hướng và vụ hướng. Loại đẳng
hướng cú đặc điểm là dọc theo chiều cỏn thỡ tớnh năng từ tớnh tốt hơn hẳn so với
nganh chiều cỏn, do đú thường được sử dụng trong mỏy biến ỏp. Loại vụ hướng
thỡ đặc tớnh từ theo mọi hướng nờn th
ường được sử dụng trong mỏy điện quay.
Vớ dụ:

Thộp cỏn núng: Э
21
; Э
31A
Thộp cỏn nguội: Э
41O
Э
31O

Chữ chỉ thộp kỹ thuật điện
Chữ A chỉ tổn hao thấp
Chữ O chỉ thộp cỏn nguội
Chỉ số thứ nhất chỉ hàm lượng silic.
Chỉ số thứ hai chỉ tổn hao riờng của cỏc loại thộp.
Ở đoạn mạch từ cú từ thụng biến đổi với tần số 50Hz thường dựng lỏ thộp
kỹ thuật điện dõy 0.1- 0.2mm.
Ở đoạn mạch từ cú từ thụng trường khụng đổi thường dựng lỏ thộp đỳc, thộp
rốn hoặc thộp lỏ.
b. Vật liệu dẫn điện:
Vật liệu dẫn điện dựng để chế tạo cỏc bộ phận dẫn điện. Vật liệu dẫn điệ
n tốt
nhất dựng trong cỏc mỏy là đồng vỡ chỳng cú điện trở xuất rất nhỏ và khụng đắt
lắm. Đồng dựng làm dõy dẫn khụng được cú tạp chất quỏ 0,1%.Điện trở suất của
đồng ở 20
C°
là
ρ
=0,0172
mmm /.
2
Ω
.Ngoài ra cũn dựng nhụm và cỏc hợp kim khỏc
như đồng thau, đồng phospho.Nhụm cú điện trở suất ở 20
C°
là
ρ
=0,0282
mmm /.
2

Ω
tức là gấp gần 2 lần đồng.Để chế tạo dõy quấn ta dựng đồng, đụi khi
dựng nhụm. Dõy đồng và dõy nhụm được chế tạo theo tiết diện trũn hoặc chữ nhật,

6
cú bọc cỏch điện khỏc nhau như: vải sợi, sợi thủy tinh, giấy, nhựa húa học, sơn
emay. Với cỏc loại mỏy cú cụng suất nhỏ và trung bỡnh, điện ỏp dưới 100V
thường dựng sơn emay vỡ lớp cỏch điện của dõy mỏng, đạt độ bền yờu cầu. Đối
với cỏc bộ phận khỏc như vành đổ
i chiều, lồng súc hoặc vành trượt, ngoài đồng,
nhụm người ta cũn dựng cỏc hợp kim của đồng hoặc nhụm hoặc cú chỗ dựng cả
thộp để tăng độ bền cơ học và giảm kim loại màu.
2. Vật liệu kết cấu:
Vật liệu kết cấu là vật liệu dựng để chế tạo ra cỏc chi tiết chịu tỏc động c
ơ học
như trục, ổ trục, vỏ mỏy, nắp mỏy, cỏc bộ phận và chi tớnh truyền động hoặc kết
cấu của mỏy theo cỏc dạng cần thiết đảm bảo cho mỏy điện làm việc bỡnh thường.
Người ta dựng gang, thộp, cỏc kim loại màu, hợp kim, và cỏc vật liệu bằng chất
dẻo.
3. Vật liệu c
ỏch điện:
Để cỏch điện cỏc bộ phận mang điện trong mỏy người ta sử dụng vật liệu cỏch
điện.Những vật liệu này đũi hỏi phải cú độ bền điện cao, độ dẫn nhiệt tốt, chịu ẩm,
chịu được hoỏ chất và cú độ bền cơ học nhất định. Độ bền về nhi
ệt của chất cỏch
điện bọc dõy dẫn quyết định nhiệt độ cho phộp của dõy và do đú quyết định tải của
nú. Nếu tớnh năng chất cỏch điện càng cao thỡ lớp cỏch điện cú thể mỏng và kớch
thước của mỏy giảm.
Chất cỏch điện chủ yếu ở thể rắng gồm 4 nhúm:
a. Chấ

t hữu cơ thiờn nhiờn: giấy, vải, lụa.
b. Chất vụ cơ: xi măng, mica, sợi thuỷ tinh.
c. Cỏc chất tổng hợp.
d. Cỏc loại men, sơn cỏch điện.
Chất cỏch điện tốt nhất là mica, song tuơng đối đắt nờn chỉ dựng trong cỏc mỏy
cú điện ỏp cao, do đú thường dựng cỏc vật liệu cú sợi như
giấy, vải, sợi.. Chỳng cú
độ bền cơ học tốt, mềm, rẻ tiền nhưng dẫn nhiệt kộm, hỳt ẩm, cỏch điện kộm. Do
đú, dõy dẫn cỏch điện sợi phải được sấy tẩm để cải thiện tớnh năng của vật liệu
cỏch điện.
Ngoài ra cũn cú chất cỏch điện ở th
ể khớ: khụng khớ, hydro, nito; hoặc thể lỏng:
dầu MBA.
+ Vật liệu khớ: khụng khớ là một chất cỏch điện tốt tuy nhiờn để cỏch điện tốt hơn
người ta thường dựng khớ trơ, hydro hoặc sử dụng trong trường hợp cần cỏch điện
và làm mỏt bờn trong vật liệu.
+ Vật liệu lỏng ( đầu m
ỏy biến ỏp) : đõy là loại vật liệu cỏch điện rất quan trọng
trong mỏy điện vỡ nú cú thể len lỏi vào cỏc khe rất nhỏ và cú thể sử dụng để dập
hồ quang. Căn cứ vào độ bề nhiệt, vật liệu cỏch điện chia ra làm nhiều loại sau:









7

Cấp
cỏch
điện
Vật liệu Nhiệt độ giới hạn
cho phộp vật liệu
)(
0
C

Nhiệt độ giới hạn
cho phộp dõy cuốn
)(
0
C

A Sợi xeluno, bụng hoặc tơ
tằm trong vật liệu hữu cơ
lỏng.
105 100
E Vài loại màng tổng hợp. 120 115
B Amiang, sợi thủy tinh cú
chất kết dớnh vật liệu gốc
mica
130 120
F Amiang, vật liệu gốc mica
sợi thủy tinh cú chất kết
dớnh và tẩm tổng hợp
15 140

H Vật liệu gốc mica, amiang
sợi thủy tinh phối hợp chất
kết dớnh và tẩm silic hữu cơ.
180 165


Ngoài ra cũn cú cỏc cấp Y và C với nhiệt độ làm việc cho phộp tương ứng là 90
C°
và >180
C°
.

V. Phỏt núng và làm mỏt mỏy điện:
Trong quỏ trỡnh làm việc cú tổn hao cụng suất. Tổn hao năng lượng trong mỏy
điện bao gồm: tổn hao sắt từ( do hiện tượng từ trễ và dũng xoỏy) trong thộp, tổn
hao đồng trong điện trở dõy quấn, tổn hao do ma sỏt( ở mỏy điện quay). Tất cả tổn
hao năng lượng đều biến thành nhiệ
t năng làm núng mỏy điện. Khi đú do tỏc động
của nhiệt độ, chấn động và cỏc tỏc động lớ húa khỏc, lớp cỏch điện sẽ bị lóo húa
nghĩa là mất dần cỏc tỡnh bền về điện, cơ.
Thực nghiệm cho thấy khi nhiệt độ tăng quỏ nhiệt độ cho phộp 8-10
0
C thỡ tuổi
thọ của vật liệu cỏch điện sẽ giảm đi một nửa.
Ở nhiệt độ làm việc cho phộp tốc độ tăng nhiệt của cỏc phần tử khụng vượt quỏ
độ tăng nhiệt cho phộp, tuổi thọ trung bỡnh của vật liệu khoảng 10-15 năm. Khi
mỏy làm việc quỏ tải, nhiệt độ sẽ v
ượt quỏ nhiệt độ cho phộp. Vỡ vậy, khi sử dụng
mỏy biến thế cần trỏnh để mỏy quỏ tải.
Để làm mỏt mỏy điện phải cú biện phỏp tản nhiệt ra ngũai mụi trường xung

quanh. Sự tản nhiệt khụng những phị thuộc vào bề mặt làm mỏt của mỏy mà cũn
phụ thuộc vào sự đối lưu c
ủa khụng khớ xung quanh hoặc của mụi trường làm mỏt
khỏc như dầu mỏy biến ỏp… Thường vỏ mỏy điện được cấu tạo cú cỏc cỏnh tản
nhiệt và mỏy điện cú hệ thống quạt gớo để làm mỏt.





8


BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP

I.Khỏi niệm chung:
Để đưa điện từ cỏc trạm tới cỏc hộ tiờu thụ cần phải cú đường dõy tải điện như
hỡnh vẽ.Nếu khoảng cỏch giữa nơi sản xuất điện và hộ tiờu thụ lớn thỡ ta cần phải
giải quyết một vấn đề quan trọng là:việc truyền t
ải điện năng đi xa phải đảm bảo tớnh
kinh tế cao nhất.

Như ta đó biết cựng một cụng suất truyền tải trờn đường dõy nếu điện ỏp dược
tăng cao thỡ dũng điện chạy trờn cuộn sẽ giảm xuống, như vậy cú thể giảm tiết diện
dõy do đú trọng lưọng và chi phớ dõy dẫn cũng như tổn hao trờn đường dõy dài sẽ
giảm xuống.Vỡ thế mu
ốn truyền tải cụng suất đi xa ớt tổn hao và tiết kiệm kim loại
màu trờn đường dõy tải điện người ta phải dựng điện ỏp cao ( 35, 110, 220, 500kV ).
Trờn thực tế cỏc mỏy phỏt điện khụng cú khả năng tạo ra điện ỏp cao như vậy
(thường chỉ từ 3-21kV) do đú phảI cú cỏc thiết bị tăng ỏp

ở đầu đường dõy lờn. Mặt
khỏc cỏc hộ tiờu thụ thường yờu cầu điện ỏp thấp từ 0,4-0,6 kV do đú tớI đõy phảI cú
thiết bị giảm ỏp xuống. Để biến đổI điện ỏp của dũng điện xoay chiều từ điện ỏp cao
xuống điện ỏp thấp hoặc ngược l
ạI ta sử dụng mỏy biến ỏp.
Thực tế trong hệ thống điện lực muốn truyền tải và phõn phối cụng suất từ nhà
mỏy điện đến tận cỏc hộ tiờu thụ một cỏch hợp lý thưeờng phảI qua 3, 4 lần tăng và
giảm điện ỏp như vậy.Do đú tổng cụng suất của cỏc m
ỏy biến ỏp trong hệ thống điện
thường gấp 3, 4 lần cụng suất của trạm phỏt điện.Những mỏy biến ỏp dựng trong hệ
thống điện lực gọI là mỏy biến ỏp điện lực hay là mỏy biến ỏp cụng suất.
Từ đú rừ mỏy biến ỏp chỉ làm nhiệm vụ truyền t
ải hoặc phõn phối năng lượng,
khụng thực hiện việc chuyển hoỏ năng lượng.
Ngày nay, do việc sử dụng điện năng phỏt triển rộng rói nờn cú nhiều loạI mỏy
biến ỏp khỏc nhau: mỏy biến ỏp 1 pha, mỏy biến ỏp 3 pha 2 dõy quấn, 3 dõy quấn,
cỏc mỏy biến ỏp dung trong chuyờn mụn như mỏy biến ỏp chuyờn dung cho cỏ
c lũ
luyện kim, mỏy biến ỏp dung cho đo lường, thớ nghiệm…nhưng chung dựa trờ cựng
một nguyờn lý đú là mguyờn lý cảm ứng điện từ.
Mỏy biến ỏp là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc theo nguyờn tắc cảm ứng điện từ
dung để biến đổi điện ỏp của hệ th
ống dũng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyờn
tần số dũng điện.Hệ thống điện đầu vào của mỏy biến ỏp trước lỳc biến đổi ( sơ cấp )
cú điện ỏp U
1
,I
1
,f. Hệ thống điện đầu ra ( thứ cấp ) cú điện ỏp U
1

,I
1
, f.
Nếu điện ỏp thứ cấp lớn hơn điện ỏp sơ cấp gọi là mỏy biến ỏp tăng ỏp.Nếu điện
ỏp phớa thứ cấp nhỏ hơn điện ỏp phớa sơ cấp gọi là mỏy biến ỏp hạ ỏp.

II. Nguyờn lớ làm việc cơ bản của mỏy biến ỏ
p:

9
Nguyờn lý làm việc của mỏy biến ỏp dựa trờn cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ.
Ta hóy xột sơ đồ nguyờn lớ của một mỏy biến ỏp

Đõy là mỏy biến ỏp một pha hai dõy quấn. Dõy quấn 1 cú w
1
vũng dõy và dõy
quấn 2 cú w
2
vũng dõy được quấn trờn lừi thộp 3. Khi đặt một điện ỏp xoay chiều
u
1
vào dõy quấn 1, trong đú sẽ cú dũng điện i
1
. Trong lừi thộp sẽ sinh ra từ thụng Ф
múc vũng với cả hay dõy quấn 1 và 2, cảm ứng ra cỏc s.đ.đ e
1
và e
2
. Dõy quấn 2 cú
s.đ.đ sẽ sinh ra dũng điện i

2
đưa ra tải với điệp ỏp là u
2
. Như vậy năng lượng của
dũng điện xoay chiều đó được truyền từ dõy quấn 1 sang dõy quấn 2.
Giải sử điện ỏp xoay chiều đặt vào là một hàm hỡnh sin, thỡ từ thụng do nú
sinh ra cựng là một hàm số hỡnh sin:
Ф = Ф
m
sin
t
ω
(1-1)

Do đú theo định luật cảm ứng điện từ, s.đ.đ cảm ứng trong cỏc dõy quấn 1 và 2
sẽ là:
)
2
sin(2cos
sin
11111
π
ωωω
ω
−=Φ−=
Φ
−=
Φ
−= tEtw
dt

td
w
dy
d
we
m
m
(1-2a)

)
2
sin(2cos
sin
22222
π
ωωω
ω
−=Φ−=
Φ
−=
Φ
−= tEtw
dt
td
w
dy
d
we
m
m

(1-2b)
Trong đú:
m
mm
fw
ww
E Φ=
Φ
=
Φ
=
1
11
1
44.4
2
2
2
πω
(1-3a)
m
mm
fw
ww
E Φ=
Φ
=
Φ
=
2

22
2
44.4
2
2
2
πω
(1-3b)

là giỏ trị hiệu dụng của cỏc s.đ.đ dõy quấn 1 và dõy quấn 2.
Cỏc biểu thức (1-2a,b) cho thấy s.đ.đ cảm ứng trong dõy quấn chậm pha với từ
thụng sinh ra nú một gúc
2
π

Dựa và cỏc biểu thức(1-3a,b) người ta định nghĩa tỷ số biến đổi của mỏy biến
ỏp như sau:
2
1
2
1
w
w
E
E
k ==
(1-4)
Nếu khụng kể điện ỏp rơi trờn cỏc dõy quấn thỡ cú thể coi U
1
≈

E
1
; U
2
≈
E
2
,
do đú k được xem như tỷ số điện ỏp giữa dõy quấn 1 và dõy quấn 2:

10
2
1
2
1
U
U
E
E
k ≈=
(1-5)

III. Cỏc loại mỏy biến ỏp chớnh:
Theo cụng dụng, mỏy biến ỏp cú thể gồm những loại chớnh sau đõy:
- Mỏy biến ỏp điện lực : dựng để truyền tải và phõn phối cụng suất trong hệ
thống điện lực.
- Mỏy biến ỏp chuyờn dựng : dựng cho cỏc lũ luyện kim, cho cỏc thiết bị ch
ỉnh
lưu, mỏy biến ỏp hàn điện,…
- Mỏy biến ỏp tự ngẫu : biến đổi điện ỏp trong một phạm vi khụng lớn, dựng

để mở mỏy cỏc động cơ điện xoay chiều.
- Mỏy biến ỏp đo lường : dựng để giảm cỏc điện ỏp và dũng điện lớn khi đưa
vào cỏ
c đồng hồ đo.
- Mỏy biến ỏp thớ nghiệm : dựng để thớ nghiệm cỏc điện ỏp cao.
IV.Cấu tạo mỏy biến ỏp:
Mỏy biến ỏp cú 3 bộ phận chớnh : lừi thộp, dõy quấn và vỏ mỏy
1-Lừi thộp:
Lừi thộp mỏy biến ỏp dung để dẫn từ thụng chớnh của mỏy được ch
ế tạo từ những
vật liệu dẫn từ tốt ( thường là lỏ thộp kỹ thuật điện ). Lừi thộp gồm 2 bộ phận:
*Trụ: là phần lừi thộp cú dõy quấn.
*Gụng : là phần lừi thộp nối cỏc trụ lại với nhau thành mạch từ kớn.Mạch từ được
ghộp từ cỏc lỏ thộp kỹ thuật đ
iện mỏng (0,35-0,5mm) 2 mặt cú sơn cỏch điện, chứa
hàm lựơng Silic từ 1-4% nhằm hạn chế tổn hao điện năng trong mạch từ do tỏc dụng
của dũng Fucụ và hiện tượng từ trễ.
Cú 2 dạng mạch từ chớnh:
*Mạch từ kiểu bọc dạng EI, mạch từ được phõn nhỏnh ra 2 biờn và bọc lấy cuộn
dõy trờn cột từ
chớnh từ đú làm giảm từ tản. Dạng mạch từ này dựng trong mỏy biến
ỏp 1 pha cụng suất nhỏ như mỏy biến ỏp gia dụng, mỏy biến ỏp cấp điện trong mỏy
tăng õm, thu thanh…
*Mạch từ kiểu trụ hoặc kiểu lừi cú dạng U, thường do nhiều lỏ thộp hỡnh chữ I
ghộp lại.Dạng mạch từ này đượ
c dung trong cỏc mỏy biến ỏp cú cụng suất trung bỡnh
trở lờn, loại mỏy biến ỏp 1 pha và 3 pha như mỏy hàn điện… nhưng khú gia cụng, giỏ
thành cao.

11

2-Dõy quấn:
Dõy quấn là bộ phận dẫn điện của mỏy biến ỏp, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào
và truyền năng lượng ra, gồm cú cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp thường được chế tạo
bằng dõy đồng (hoặc dõy nhụm) cú tiết diện trũn hoặc hỡnh chữ nhật bề ngoài cú bọc
cỏch điện bằng emay hoặc cotton.Cỏ
c mỏy biến ỏp cụng suất nhỏ dõy quấn thường
dựng dõy trũn cú tiết diện khụng quỏ 3mm. Đối với dõy chịu tải dũng điện lớn ở mỏy
biến ỏp cụng suất lớn dung dõy dẹp, tiết diện hỡnh vuụng hoặc hỡnh chữ nhật.
Dõy quấn gồm nhiều vũng dõy lồng vào trụ, lừi thộp giữa cỏc vũ
ng dõy và giữa
cỏc dõy quấn cú cỏch điện vớI nhau và cỏch điện với lừi thộp.Mỏy biến ỏp thường cú
2 hoặc nhiều dõy quấn.Theo cỏch sắp xếp dõy quấn cao ỏp và hạ ỏp ta cú 2 loại dõy
quấn chớnh là: đồng tõm và xen kẽ.
*Dõy quấn đồng tõm
: cú tiết diện ngang là những vũng trũn đồng tõm.Dõy quấn
hạ ỏp phớa trong gần trụ lừi thộp cũn dõy quấn tăng ỏp quấn phớa ngoài bọc lấy dõy
quấn hạ ỏp.Với cỏch quấn dõy này cú thể giảm bớt được điều kiện cỏch điện của dõy
quấn cao ỏp vỡ giữa dõy quấn cao ỏp và trụ đó cú cỏch đ
iện bản thõn của dõy quấn hạ
ỏp.Những kiểu dõy quấn đồng tõm chớnh bao gồm:
- Dõy quấn hỡnh trụ: Nếu tiết diện dõy nhỏ thỡ dựng dõy trũn quấn thành nhiều
lớp. Nếu tiết diện dõy lớn hơn thỡ dung dõy dẹt và thường quấn thành 2 lớp.Dõy quấn
hỡnh trụ, dõy trũn thưưũng lấy làm dõy quấn cao ỏp điện ỏp tới 35kV, dõy quấn hỡ
nh
trụ dõy bẹt chủ yếu làm dõy quấn hạ ỏp vớI điện ỏp từ 6kV trở xuống.Núi chung dõy
quấn hỡnh trụ thường dựng cho cỏc mỏy biến ỏp dung lượng 630kVA trở xuống.

- Dõy quấn hỡnh xoắn: Gồm nhiều dõy bẹt chập lại quấn theo đường xoắn ốc
giữa cỏc vũng dõy cú rónh hở.Kiểu này thường được dựng cho dõy quấn hạ
ỏp của
mỏy biến ỏp dung lượng trung bỡnh và lớn
- Dõy quấn xoắn ốc liờn tục: Làm bằng dõy quấn bẹt và khỏc với dõy quấn hỡnh
xoắn ốc, dõy quấn này được quấn thành những bỏnh dõy phẳng cỏch nhau bằng
những rónh hở.Bằng cỏch hoỏn vị dặc biệt trong khi quấn cỏc bỏnh dõy được nối tiếp
một cỏch liờn tục mà kh
ụng cần mối hàn giữa chỳng.Dõy quấn này chủ yếu làm dõy
quấn cao ỏp điện ỏp 35kV trở lờn và dung lượng lớn.
*Dõy quấn xen kẽ
:
Cỏc bỏnh dõy cao ỏp và hạ ỏp lần lượt xen kẽ dọc theo trụ thộp. Để cỏch điện dễ
dàng cỏc bỏnh dõy sỏt gong thường thuộc dõy quấn hạ ỏp.Vỡ chế tạo và cỏch điện
khú khăn, kộm vững chắc về cơ khớ nờn cỏc mỏy biến ỏp kiểu trụ hầu như khụng
dung kiểu dõy qu
ấn xen kẽ mà kiểu dõy quấn này hay dung trong kiểu mỏy biến ỏp
bọc.
3-Vỏ mỏy:
Bao gồm 2 phần : thựng và nắp thựng.
*Thựng mỏy biến ỏp: thựng mỏy làm bằng thộp, thường là hỡnh bầu dục.
*Nắp thựng: nắp thựng dựng để đậy thựng và trờn đú đặt một số cỏc chi tiết mỏy
quan trọng như cỏc sứ
ra của dõy quấn CA và HA; bỡnh gión dầu; ống bảo hiểm;bộ
phận truyền động của bộ đốI cỏc đầu điều chỉnh điện ỏp của dõy quấn CA.


BÀI 3: MÁY ĐIỆN KHễNG ĐỒNG BỘ