Giáo trình mô đun Máy điện 1 (Nghề Điện Công nghiệp - Trình độ trung cấp) – CĐ Kỹ thuật Công nghệ BR–VT

BM/QT10/P.ĐTSV/04/04
Ban hành lần: 3

UBND TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ

GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: MÁY ĐIỆN 1
NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ:CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 297/QĐ-CĐKTCN ngày 24 tháng 08 năm
2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR – VT)

BÀ RỊA VŨNG TÀU, NĂM 2020


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu cho giảng viên và sinh viên
nghề điện công nghiệp trong trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa –
Vũng Tàu. Chúng tôi đã thực hiện biên soạn tài liệu máy điện 1 này. Tài liệu
được biên soạn thuộc loại giáo trình phục vụ giảng dạy và học tập, lưu hành nội
bộ trong nhà trường nên các nguồn thơng tin có thể được phép dùng ngun bản
hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác
mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị
nghiêm cấm.


LỜI GIỚI THIỆU
Máy điện 1 là một trong những mô đun chuyên ngành được biên soạn dựa
trên chương trình khung và chương trình chi tiết của trường Cao Đẳng Kỹ Thuật
Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu ban hành năm 2019 dành cho hệ cao đẳng nghề

Điện cơng nghiệp.
Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã
được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất.
Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm giảng dạy, tham
khảo đồng nghiệp và tham khảo ở nhiều giáo trình hiện có để phù hợp với nội
dung chương trình đào tạo của nhà trường và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội
dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế.
Nội dung của giáo trình gồm có :
1- Khái niệm chung về máy điện.
2- Khái niệm chung,cấu tạọ ,nguyên lý làm việc và các chế độ làm việc của máy
biến áp.
3- Kỹ thuật quấn dây biến áp 1 pha cách ly công suất nhỏ.
4- Máy điện một chiều .
5- Máy điện đồng bộ .
6- Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha và bảo
dưỡng, vận hành động cơ không đồng bộ.
7- Xây dựng sơ đồ dây quấn stator và quấn lại bộ dây stator động cơ không đồng
bộ 3 pha .
8- Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 1 pha.
9- Xây dựng sơ đồ dây quấn stator và quấn lại bộ dây stator động cơ không đồng
bộ 1 pha .
10- Sửa chữa quạt trần và quạt bàn.
Giáo trình cũng là tài liệu giảng dạy và tham khảo tốt cho các ngành thuộc
lĩnh vực điện công nghiệp,điện dân dụng, điện tử cơng nghiệp, điện tử, cơ khí và
cán bộ vận hành sửa chữa máy điện.
Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và
cơng nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiến thức mới
cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tơi có đưa ra nội dung lý thuyết gắn liền với

1

thực tập của từng bài để người học củng cố và áp dụng kiến thức phù hợp
với kỹ năng.
Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo
nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý
kiến của q Thầy, Cơ giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện
hơn.
Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày.......tháng...... năm 2020
Tham gia biên soạn
Chủ biên:1. Trần Quốc Anh
2.Võ Văn Giang

2


MỤC LỤC
GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 1
GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN..................................................................... 7
Tên môn học/mô đun:Máy Điện 1 .......................................................................... 7
BÀI 1 ....................................................................................................................... 8
KHÁI NIỆM CHUNG VỂ MÁY ĐIỆN ................................................................. 8
1.1 Định nghĩa và phân loại ................................................................................ 8
1.2. Các định luật điện từ trong máy điện ........................................................... 9
1.3. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện................................................. 16
1.4. Các vật liệu chế tạo máy điện. ................................................................... 19
1.5. Phát nóng và làm mát máy điện ................................................................. 21
BÀI 2 ..................................................................................................................... 23
KHÁI NIỆM CHUNG MÁY BIẾN ÁP ............................................................... 23
2.1. Định nghĩa .................................................................................................. 23

2.2. Các đại lượng định mức ............................................................................. 24
2.3. Công dụng của máy biến áp ....................................................................... 25
BÀI 3 ..................................................................................................................... 27
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP. .................... 27
3.1. Cấu tạo của máy biến áp ............................................................................ 27
3.2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp ......................................................... 29
BÀI 4 ..................................................................................................................... 32
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP .............................................. 32
4.1.Sơ đồ thay thế máy biến áp một pha ........................................................ 32
4.2. Chế độ không tải ....................................................................................... 33
4.3. Chế độ có tải ............................................................................................... 35
BÀI 5
QUẤN DÂY BIẾN ÁP MỘT PHA CÁCH LY CÔNG SUẤT NHỎ .................. 43
5.1. Tính tốn số liệu quấn dây máy biến áp 1 pha ........................................... 43
5.2. Thi công quấn bộ dây biến áp 1 pha .......................................................... 66
5.3. Kiểm tra,vận hành ...................................................................................... 73
BÀI 6 ..................................................................................................................... 78
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .................................................................................... 78
6.1. Cấu tạo của máy điện một chiều ................................................................ 78
6.2. Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều ............................................. 83
6.3. Máy phát điện một chiều ............................................................................ 85
6.4. Động cơ điện một chiều ............................................................................. 90
6.5. Những hư hỏng thường gặp ở máy điện một chiều và biện pháp khắc
phục (phần tham khảo thêm)........................................................................... 94
BÀI 7 ................................................................................................................... 100
MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ...................................................................................... 100
7.1. Định nghĩa và công dụng ............................................................................. 100
7.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ ......................... 101
7.3. Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ ................................. 105
7.4. Bảo dưỡng, vận hành máy phát điện xoay chiều ..................................... 106

7.5 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ............................ 109
3


7.6. Ứng dụng ...................................................................................................... 112
BÀI 8 ................................................................................................................... 115
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ........................... 115
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ............................................................................... 115
8.1. Cấu tạo của động cơ không đồng bộ 3 pha. ............................................. 116
8.2. Từ trường quay của dây quấn 3 pha. ........................................................ 121
8.3. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha ........................... 123
BÀI 9 ................................................................................................................... 125
BẢO DƯỠNG, VẬN HÀNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ........................ 125
9.1. Xác định hư hỏng trước khi tháo động cơ................................................ 125
9.2.Tháo lắp động cơ: ...................................................................................... 125
9.3. Kiểm tra xác định hư hỏng và sửa chữa. .................................................. 127
9.4. Vận hành động cơ: ................................................................................... 142
BÀI 10 ................................................................................................................. 157
XÂY DỰNG SƠ ĐỒ DÂY QUẤN STATO ĐỘNG CƠKHƠNG ĐỒNG BỘ 3
PHA CĨ Z=24, 2P=4 DÂY QUẤN ĐỒNG TÂM TẬP TRUNG 1 LỚP. ..... 157
10.1.Khái niệm chung về dây quấn. ................................................................ 157
10. 2.Những cơ sở để vẽ sơ đồ dây quấn. ....................................................... 157
10.3.Phân loại dây quấn: ................................................................................. 162
10.4. Vẽ sơ đồ dây quấn stato: ........................................................................ 162
BÀI 11
QUẤN LẠI BỘ DÂY STATO ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 3 PHA CĨ
Z=24; 2P=4 DÂY QUẤN ĐỒNG TÂM TẬP TRUNG 1 LỚP. ..................... 169
11.1.Tháo, vệ sinh động cơ: ............................................................................ 169
11.2.Phân tích sơ đồ dây quấn:........................................................................ 172
11.3. Lót cách điện rãnh: ................................................................................. 173

11.4.Đo làm khuôn quấn dây: ......................................................................... 176
11.5. Quấn dây: ............................................................................................... 179
11.6.Lồng dây vào rãnh stato: ......................................................................... 179
11.7. Hoàn tất bộ dây: ..................................................................................... 184
11.8. Vận hành thử: ......................................................................................... 188
18.9.Tẩm sấy bộ dây: ...................................................................................... 191
BÀI 12 ................................................................................................................. 193
XÂY DỰNG SƠ ĐỒ DÂY QUẤN STATO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3
PHA CĨ Z=36, 2P=4 DÂY QUẤN ĐỒNG KHN TẬP TRUNG 1 LỚP. 193
12.1.Xác định số liệu ban đầu. ........................................................................ 193
12.2.Tính tốn số liệu. ..................................................................................... 194
12.3.Vẽ sơ đồ................................................................................................... 194
BÀI 13 ................................................................................................................. 196
QUẤN LẠI BỘ DÂY STATO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA CĨ
Z=36; 2P=4 DÂY QUẤN ĐỒNG KHN TẬP TRUNG 1 LỚP. ............... 196
13.1.Tháo, vệ sinh động cơ: ............................................................................ 196
13.2. Phân tích sơ đồ dây quấn: ...................................................................... 196
13.3. Lót cách điện rãnh: ................................................................................. 198
13.4.Đo làm khuôn quấn dây: ......................................................................... 198
4


13.5. Quấn dây: ............................................................................................... 198
13.6.Lồng dây vào rãnh stato: ......................................................................... 199
13.7. Hoàn tất bộ dây: ..................................................................................... 199
13.8. Vận hành thử: ......................................................................................... 199
13.9.Tẩm sấy bộ dây: ...................................................................................... 199
BÀI 14 ................................................................................................................. 201
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG
BỘ 1 PHA ....................................................................................................... 201

14.1. Cấu tạo của động cơ không đồng bộ 1 pha. ............................................ 201
14.2.Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 1 pha. ......................... 204
BÀI 15 ................................................................................................................. 211
QUẤN LẠI BỘ DÂY STATO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 PHA CÓ
Z=24; 2P=2. ..................................................................................................... 211
15.1.Tháo, vệ sinh động cơ. ............................................................................ 211
15.2.Vẽ và phân tích sơ đồ dây quấn. ............................................................. 211
15.3. Lót cách điện rãnh: ................................................................................. 217
15.4.Đo khn: ................................................................................................ 217
15.5. Quấn dây: ............................................................................................... 217
15.6.Lồng dây vào rãnh stato: ......................................................................... 217
15.7. Hoàn tất bộ dây: ..................................................................................... 217
15.8. Vận hành thử: ......................................................................................... 218
15.9.Tẩm sấy bộ dây: ...................................................................................... 218
BÀI 16 ................................................................................................................. 219
QUẤN LẠI BỘ DÂY STATO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 PHACÓ Z=36;
2P=4................................................................................................................. 219
16.1.Tháo, vệ sinh động cơ. ............................................................................ 219
16.2.Vẽ và phân tích sơ đồ dây quấn. ............................................................. 219
16.3. Lót cách điện rãnh: ................................................................................. 224
16.4.Đo khuôn: ................................................................................................ 224
16.5. Quấn dây: ............................................................................................... 225
16.6.Lồng dây vào rãnh stato: ......................................................................... 225
16.7. Hoàn tất bộ dây: ..................................................................................... 225
16.8. Vận hành thử: ......................................................................................... 226
16.9.Tẩm sấy bộ dây: ...................................................................................... 226
BÀI 17 ................................................................................................................. 227
SỬA CHỮA QUẠT TRẦN ................................................................................ 227
17.1.Tháo, vệ sinh quạt. .................................................................................. 227
17.2.Kiểm tra xác định hư hỏng và sửa chữa. ................................................. 229

17.3.Phân tích sơ đồ dây quấn quạt trần: ........................................................ 232
17.4.Xác định các đầu dây quạt trần. .............................................................. 234
17.5. Lắp ráp, vận hành. .................................................................................. 235
BÀI 18 ................................................................................................................. 236
SỬA CHỮA QUẠT BÀN................................................................................... 236
18.1.Tháo, vệ sinh quạt. .................................................................................. 236
18.2.Kiểm tra xác định hư hỏng và sửa chữa. ................................................. 238
5


18.3.Phân tích sơ đồ dây quấn quạt bàn. ......................................................... 242
18.4.Xác định các đầu dây quạt bàn:............................................................... 244
18.5. Lắp ráp, vận hành. .................................................................................. 245
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 246

6


GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN

Tên mơ đun:Máy Điện 1
Mã mơ đun: MĐ15
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
- Vị trí: Mơ đun này học sau các mơn học An tồn điện, Mạch điện, Vẽ
điện, Khí cụ điện và mơ đun Đo lường điện.
- Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề, thuộc mô đun đào tạo nghề bắt
buộc.
-Ý nghĩa và vai trị: Giáo trình cũng tài liệu giảng dạy và tham khảo tốt cho
các ngành thuộc lĩnh vực điện công nghiệp,điện dân dụng, điện tử công nghiệp,
điện tử, cơ khí và cán bộ vận hành sửa chữa máy điện.

Mục tiêu của mô đun:
Sau khi học xong mơ đun này, học sinh – sinh viên có khả năng:
- Về kiến thức:
 Mô tả được cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp, máy điện một
chiều, máy điện đồng bộ, máy điện không đồng bộ 1 pha, 3 pha thơng dụng
trong thực tiễn.
 Tính tốn được số liệu và quấn dây máy biến áp thông dụng có cơng suất
nhỏ.
 Vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn máy điện không đồng bộ 3 pha, 1 pha.
- Về kỹ năng:
 Tháo lắp, Bảo dưỡng được động cơ không đồng bộ 1 pha, 3 pha.
 Đấu dây vận hành được động cơ không đồng bộ 1 pha, 3 pha chính xác.
 Kiểm tra xác định được tình trạng hư hỏng thông thường của động cơ không
đồng bộ 1 pha, 3 pha và xử lý được các hư hỏng đó đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật.
 Quấn lại được bộ dây quấn stato của động cơ không đồng bộ 3 pha, 1 pha bị
hỏng theo số liệu có sẵn đúng yêu cầu kỹ thuật.
 Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình thực hiện.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Làm việc độc lập, làm việc nhóm, tự
đánh giá được kết quả cơng việc theo yêu cầu giáo viên đưa ra.
Nội dung :

7


BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỂ MÁY ĐIỆN

Giới thiệu:
Trong công nghiệp và trong cuộc sống hàng ngày chúng ta tiếp xúc và làm
việc với nhiều loại máy điện như máy phát điện, động cơ điện (máy bơm,

máy quạt, máy khoan...) để hiểu biết, vận hành và sửa chữa, cải tiến nó ta sẽ
nghiên cứu về máy điện, bài này sẽ trình bày các khái niệm chung, tính chất
chung và phân loại máy điện.
Mục tiêu:
- Trình bày được định nghĩa và phân loại về máy điện.
- Mô tả được các loại vật liệu sử dụng trong chế tạo máy điện.
- Phân tích được nguyên lý hoạt động của máy phát và động cơ điện.
- Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, sáng tạo và khoa học.
Nội dung chính:
1.1 Định nghĩa và phân loại
1.1.1 Định nghĩa.
Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào hiên tượng cảm ứng
điện từ. Về cấu tạo máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây
quấn), 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
để biến đổi thơng số điện như biến đổi điện áp, dịng điện,...
1.1.2 Phân loại.
Máy điện có nhiều loại được phân loại theo nhiều cách khác nhau, ví dụ phân
loại theo cơng suất, theo cấu tạo, theo chức nâng, theo loại dòng điện (xoay chiều,
một chiều), theo nguyên lí làm việc vv…Trong giáo trình này ta phân loại đựa
vào nguyên lý biến đổi năng lượng như sau:
*Máy điện tĩnh
Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp. Máy điện tĩnh làm việc dựa trên
hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thơng giữa các cuộn dây khơng có
chuyển động tương đối với nhau.
8


Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng. Do tính chất
thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, q trình biến đổi có tính thuận

nghịch, ví đụ máy biến áp biến đổi điện năng có thơng số: U 1 , Il, f, thành điện
năng có thơng sơ' U 2 , I2, f, hoặc ngược lại biến đổi hệ thống điện U 2 , I2, f, thành
hệ thống điện U 1 , Il, f.
*Máy điện quay
Máy điện quay 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.
Loại máy điện này thường dùng để biến đổi dạng năng lượng, ví dụ biến đổi
điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc biến đổi cơ năng thành điện năng
(máy phát điện).
Q 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.
1.2.3 Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp:

Hình 1-1. Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thường gặp
1.2. Các định luật điện từ trong máy điện
1.2.1 Lực từ
9


Khi đặt một dây dẫn mang dịng điện vng góc với đường sức của từ trường
đều B, dây dẫn sẽ chịu tác dụng bởi một lực gọi là lực điện từ (hình 1.2a). Ký
hiệu là F.
F
F

l

I

Bt



B

B
Bn

2a

2b

2c
Hình 1-2.Chiều lực điện từ trong dây dẫn mang dòng điện
- Trị số lực điện từ được xác định theo biểu thức:
F = B.I.l

(N)

Trong đó: I : Cường độ dòng điện (A) ; B: Cảm ứng từ (T) ; l: Chiều dài tác
dụng (m), là chiều dài phần dây dẫn đặt trong từ trường.
Phương và chiều được xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 1-2c): Đặt bàn
tay trái cho đường sức từ (cảm ứng từ B) xun qua lịng bàn tay, bốn ngón tay
duỗi thẳng theo chiều dịng điện, ngón tay cái chỗi ra vng góc chỉ chiều lực
điện từ.
* Trường hợp dây dẫn đặt khơng vng góc với véc tơ cảm ứng từ B mà lệch
nhau 1 góc   90o (hình 1-2b). Phân tích véc tơ B thành hai thành phần:

10







B  Bt  B n
Thành phần tiếp tuyến Bt song song với dây dẫn, thành phần pháp tuyến Bn
vuông góc với dây dẫn, chỉ có thành phần pháp tuyến Bn gây nên lực điện từ. Lực
điện từ được tính:
F = Bn.I.l = BI.l.sin
Phương và chiều được xác định theo qui tắc bàn tay trái đối với Bn.
Trong kỹ thuật lực điện từ được ứng dụng rất rộng rãi, là cơ sở để chế tạo máy
điện, thiết bị điện.
1.2.2 Hiện tượng cảm ứng điện từ :
*Hiện tượng cảm ứng điện từ.
Năm 1831, nhà vật lý học người Anh Maicơn Faraday phát hiện ra hiện tượng
cảm ứng điện từ, một hiện tượng cơ bản của kỹ thuật điện.
Nội dung của hiện tượng đó là: Khi từ thơng biến thiên bao giờ cũng kèm
theo sự xuất hiện một sức điện động gọi là sức điện động cảm ứng.
*Định luật cảm ứng điện từ.
Năm 1833, nhà vật lý học người Nga là Lenxơ đã phát hiện ra qui luật về
chiều của sức điện động cảm ứng. Do đó định luật cảm ứng điện từ được phát
biểu như sau:
e


Hình 1-3. Chiểu sức điện động trong vịng dây.

- Khi từ thơng  biến thiên xun qua vòng dây dẫn, trong vòng dây sẽ cảm
ứng sức điện động. Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của
từ thông theo quy tắc vặn nút chai như hình vẽ 1-3, sức điện động cảm ứng trong
1 vịng dây được viết theo cơng thức Macxoen như sau.
11


e

d
(V)
dt

Dấu  trên hình vẽ 1-3 chỉ chiều từ thơng đi từ ngoài vào trong ( từ người
đọc vào trang giấy),Nếu cuộn dây có W vịng thì sức điện động cảm ứng trong
cuộn dây sẽ là:

e  W .

d
d

(V)
dt
dt

Trong đó   W . gọi là từ thơng móc vịng của cuộn dây.
- Nội dung định luật: Khi từ thông qua một vòng dây biến thiên sẽ làm xuất
hiện một sức điện động trong vòng dây, gọi là sức điện động cảm ứng. Sức điện

động này có chiều sao cho dịng điện do nó sinh ra tạo thành từ thơng có tác dụng
chống lại sự biến thiên của từ thơng đã sinh ra nó.
*Sức điện động cảm ứng khi dây dẫn chuyển động cắt từ trường :
Giả sử có một dây dẫn thẳng có chiều dài L, chuyển động trong từ trường đều
có cường độ từ cảm B, với vận tốc V và vng góc với đường sức từ (hình 1-4a)
thì trong dây dẫn sẽ xuất hiện 1 sức điện động cảm ứng.
Trị số sức điện động cảm ứng là: e = B.L.V
e : Sức điện động cảm ứng (V)
B : Cường độ từ cảm (T)
L : Chiều dài dây dẫn (m)
V : Vận tốc chuyển động của dây dẫn (m/s)
Chiều sức điện động xác định bằng quy tắc bàn tay phải:

Đặt bàn tay phải cho các đường sức từ xun qua lịng bàn tay, ngón tay cái
chỗi ra theo chiều chuyển động của dây dẫn thì chiều 4 ngón tay còn lại chỉ
chiều của sức điện động cảm ứng .

12


e

B
e



v

l

vt

B
B
v

vn
a)

b)

c)
Hình 1-4. Xác định chiều sức điện động cảm ứng
khi dây dẫn chuyển động cắt từ trường.
Trường hợp dây dẫn chuyển động xiên 1 góc α ≠ 900 so với đường sức từ (hình
1-4b) ta phân tích V thành 2 thành phần
Thành phần tiếp tuyến Vt// B
Thành phần pháp tuyến Vn vng góc với B
Chỉ có Vn làm xuất hiện sức điện động cảm ứng:
e = B.L.Vn =B.L.V. sin α
1.2.3 Tự cảm và hỗ cảm
* Sức điện động tự cảm (tự cảm)
13


- Khi có dịng điện qua cuộn dây sẽ tạo ra từ trường , từ thông phần lớn bao
quanh các vịng dây gọi là từ thơng móc vịng Ψ hay gọi là từ thông tự cảm.
Theo quy tắc cái đinh ốc xác định chiều đường sức từ.
- Quay cái ốc (mở nút chai) theo chiều của dịng điện thì chiều tiến của nó là

chiều đường sức từ .
- Giả sử từ thơng qua 1 vịng dây là Ф
- Từ thơng móc vịng qua cuộn dây có W vịng là Ψ = Ф.W
Nếu dịng điện qua cuộn dây biến thiên thì từ thơng Ψ cũng biến thiên, do đó
trong cuộn dây sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng gọi là sức điện động tự cảm
- Sức điện động tự cảm là sức điện động cảm ứng trong dây dẫn do chính
dịng điện trong dây dẫn biến thiên tạo nên
Vậy sức điện động tự cảm tỷ lệ với hệ số tự cảm , với tốc độ biến thiên của
dòng điện nhưng ngược dấu.

e


L

d
dLi
di

 L
dt
dt
dt


w

I

Hình 1- 6.Sức điện động tự cảm trong vòng dây

14


* Sức điện động hỗ cảm
Cho 2 cuộn dây có W1 và W2 vịng dây đặt gần nhau

W

1

1

W



2

12


I


2

21

I

1

2

Hình 1-7 Sức điện động hỗ cảm trong vòng dây
.

- Cho dòng điện i1 vào cuộn dây W1 sẽ xuất hiện từ thông tự cảm  1 và từ
thông hỗ cảm  12 ( móc vịng qua cuộn dây W2)
Khi i1 thay đổi thì  12 cũng thay đổi.
M 12 

 12
I1

là hệ số hỗ cảm từ cuộn W1 sang W2

-Khi cho i2 vào W2 sẽ có từ thơng tự cảm  2 và từ thơng hỗ cảm  21 (móc
vịng sang cuộn dây w1 ).
M 21 

 21
I2

hệ số hỗ cảm từ W2  W1

Nếu khoảng cách 2 cuộn dây không đổi
M  M 12  M 21 

 21
I2

M: hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn dây

15



 12
I1

( H  henry)


M phụ thuộc vào kết cấu hai cuộn dây ( kích thước , số vịng , tiết diện) , phụ
thuộc vào môi trường đặt hai cuộn dây, khoảng cách hai cuộn dây.
- Sức điện động hỗ cảm.
Nếu dòng điện i1 biến thiên thì  12 cũng biến thiên làm xuất hiện sức điện
động cảm ứng ở cuộn dây W2 gọi là sức điện động hỗ cảm
eM 2  

d 12
di
  1 (V )
dt
dt

Nếu i2 biến thiên thì  21 cũng biến thiên làm xuất hiện sức điện động hỗ cảm
ở cuộn W1

eM 1  

d 21
di
  M 2 (V )
dt
dt

Vậy sức điện động hỗ cảm là sức điện động xuất hiện trong cuộn dây do sự
biến thiên của dịng điện trong cuộn dây có quan hệ hỗ cảm với nó
1.3. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện.
Máy điện có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ máy phát
điện hoặc động cơ điện.
1.3.1 Nguyên lý máy phát điện
N
I
e

F

đt

Fco

B

S
Hình 1-8.Nguyên lý máy phát điện

16

R


Cho cơ năng của động cơ sơ cấp tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học Fcơ,
thanh dẫn sẽ chuyển động với vận tốc V trong từ trường nam châm N-S, trong
thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e. Nếu nối vào 2 cực của thanh dẫn điện trở
R của tải.
Dòng điện i chạy trong thanh dẫn cung cấp cho tải. nếu bỏ qua điện trở của
thanh dẫn. điện áp đặt vào u =e .
Công suất điện máy phát cung cấp cho tải là P = u.I = e.I , dòng điện I nằm
trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ F đt =B.L.I có chiều như hình vẽ
Khi máy quay với tốc độ khơng đổi lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của
động cơ sơ cấp Fcơ = Fđt
Fcơ .V = Fđt . V = B.L.I.
Như vậy công suất cơ của động cơ sơ cấp Pcơ = Fcơ .V đã được biến thành
công suất điện Pđ = e .I nghĩa là cơ năng biến thành điện năng
1.3.2. Nguyên lý làm việc động cơ điện

Hình 1-9.Nguyên lý động cơ điện

17


Cung cấp điện cho thanh dẫn , điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng điện I
trong thanh dẫn, dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F đt =B.L.I tác dụng
lên thanh dẫn, làm thanh dẫn chuyển động với vân tốc V có chiều như hình vẽ.
cơng suất điện đưa vào
P = U.I = e.I= B.l.I.V= Fđt . V.
- Như vậy công suất điện Pđ =U.I đưa vào thanh dẫn đã được biến thành cơng

suất cơ
Pcơ= Fđt . V trên trục động cơ.
1.3.3. Tính thuận nghịch của máy điện.
Đối với máy điện tĩnh
Máy điện tĩnh thường gặp là các loại máy biến áp. Máy điện tĩnh làm việc
dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiện từ thông giữa các cuộn dây
khơng có sự chuyển động tương đối với nhau.
Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng. Do tính chất
thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, q trình biến đổi có tính chất
thuận nghịch. Ví dụ: máy biến áp có thể biến đổi điện năng có các thơng số U1,
I1, F1 thành điện năng có các thơng số U2, I2, F2 và ngược lại.

Hình 1.10. Tính thuận nghịch của máy điện tĩnh
Đối với máy điện quay
Chế độ máy phát:

18


Cho thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ứng
ra một sức điện động e=B.l.v.sinα (1.1)
Nếu nối hai đầu thanh dẫn với tải R thì trong mạch sẽ có dịng điện I
Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn thì u=e và ta có cơng suất điện cung cấp cho tải
là. P=u.i = e.i
Chế độ động cơ:
Cung cấp điện cho máy điện, điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng i
trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fđt = Bil tác dụng
lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v.
Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên
trục.

Máy điện có tính chất thuận nghịch tức là có thể làm máy phát điện và cũng
có thể làm viện ở chế độ động cơ điện.
1.4. Các vật liệu chế tạo máy điện.
Vật liệu chế tạo máy điện gồm: vật liệu dẫn điện, vật liệu dần từ, vật liệu cách
diện và vât liệu kết cấu.
1.4.1. Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện dùng để chê' tạo các bộ phận dẫn điện. Vật liệu dẫn điện
dùng trong máy điện tốt nhất là đồng vì chúng khơng đắt lắm và có điện trở suất
nhỏ. Ngồi ra cịn dùng nhơm và các hợp kim khác như đồng thau, đổng phốt
pho. Để chế tạo dây quấn ta thường dùng đồng, đôi khi nhôm. Dây đồng và đây
nhôm như sợi vải, sợi thủy tinh, giấy nhựa hóa học, sơn êniíiy. Với các máy điện
cịng suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 1000V thường dùng dây êmay vì lớp
cách điên mỏng, đạt độ bền yêu cẩu đối với các bộ phận khác như vành đổi chiểu,
lồng sóc hoặc vành trượt, ngồi đồng, nhơm, người ta cịn dùng cả hợp kim của
đồng hoặc nhơm, hoặc có chỗ cịn dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và giảm
kim loại màu.

19


1.4.2. Vật liệu dẫn từ
Vật liêu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận cùa mạch từ, người ta đùng các
vật liệu sắt từ để làm mạch từ, thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc,
thép rèn. Gang ít khi được dùng, vì dẫn từ khơng tốt lắm.
Ở những phần dẫn từ có từ thơng biến đổi với tần số 50 Hz thường dùng lá
thép kỹ thuật điện dày 0.35 ÷ 1 mm, trong thành phần thép có 2 ÷ 5 % Si để tăng
điện trở của thép và giảm dịng điện xốy. Thép kỹ thuật điện được chế tạo bằng
phương pháp cán nóng hoặc cán nguội. hiện nay thường dùng thép cán nguội để
chế tạo máy điện vì thép cán nguội có hệ số từ thẩm cao hơn và suất tổn hao nhỏ
hơn thép cán nóng.

Ở các phần dẫn từ có từ thơng khơng đổi thường dùng thép đúc , thép rèn
hoặc thép lá.
1.4.3. Vật liệu cách điện
Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và 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 bển về
cơ học. Độ bền vững về nhiệt của chất cách diện bọc dây dẫn, quyết định nhiệt độ
cho phép của dây dẫn và do đó quyết định tải của nó.
Nếu tính năng cao thì lớp cách điện có thể mỏng và kích thước máy giảm.
Chất cách điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm:
-

Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải lụa

-

Chất vô cơ như amiàng, mica, sợi thuỷ linh

-

Các chất tổng hợp

-

Các loại men, sơn cách điện

Chất cách điện tốt nhất là mica, song tương đối đắt nên chỉ dùng trong các
máy điện có điện áp cao. Thơng thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải,
sợi v.v.. Chúng có độ bền cơ tốt, mềm, rẻ tiền nhưng dẫn nhiệt xấu, hút ẩm, cách
điện kém. Do đó dây dẫn cách điện sợi phải được sấy tấm để cải thiện tính năng

20


của vạt liệu cách điện.
Căn cứ vào độ bền nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra nhiều loại cấp cách
điện sau:
Cấp
Vật liệu

cách
điện
A

Sơị xenlulô, bông hoặc tơ tẩm

Nhiệt độ giới

Nhiệt độ

hạn cho phép

trung bình

vật liệu,

cho phép dây

105(°C)

quấn,

100(°C)

trong vật liệu hữu cơ lỏng.
E
B
F

Vài loại màng tổng hợp.
Amiăng, sợi thuỷ tinh có chất kết
dính và vật liêu gốc mica
Amiăng, vật liệu gốc mica, sợi
thuỷ tinh có chất kết dính và tẩm

120

115

130

120

155

140

180

165

Vật liệu gốc tổng

mica,hợp.
amiăng sợi thuỷ
H

tinh phối hợp chất kết dính và tẩm
silíc hữu cơ

Ngồi ra cịn có chất cách điện ỏ thể khí ( khơng khí, hydro) hoặc thể lỏng
(dầu máy biến áp).
.
1.4.4. Vật liệu kết cấu
Vật liêu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các lác dộng cơ học
như trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Trong máy điện, các vật liệu kết cấu thường là
gang, thép lá, thép rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng, các chất dẻo.
1.5. Phát nóng và làm mát máy điện
1.5.1 Phát nóng của máy điện
Trong q trình làm việc có tổn hao cơng suất. Tổn hao năng lượng trong
máy điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dịng xốy) trong thép, tổn
hao đồng trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay). Tất cả
21


tổn hao năng lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện. Khi đó do tác
động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hoá khác, lớp cách điện sẽ bị lão
hoá, nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ. Thực nghiệm cho thấy khi nhiệt
độ tăng q nhiệt độ cho phép 8÷100C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm đi
một nửa. ở nhiệt độ làm việc cho phép, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt
quá độ tăng nhiệt cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện vào khoảng
10÷15 năm. Khi máy làm việc quá tải, độ tăng nhiệt độ sẽ vượt quá nhiệt độ cho
phép. Vì vậy, khi sử dụng máy điện cần tránh để máy quá tải làm nhiệt độ tăng

cao trong một thời gian dài.
1.5.2 Làm mát của máy điện
Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngồi mơi trường
xung quanh. Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt
máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của khơng khí xung quanh hoặc của môi
trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được
chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát.

CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 1
1. Định nghĩa và phân loại máy điện?
2. Các bộ phận cơ bản của máy điện là gì? Chức năng của các bộ phận ấy?
3. Giải thích ứng dụng của định luật cảm ứng điện từ và lực điện từ trong

máy điện?
4. Giải thích nguyên lỷ thuận nghịch của máy điện?
5. Các vật liệu chính chế tạo máy điện là gì?
6. Tại sao phải quan tâm đến phát nóng và làm mát của máy điện?

22


BÀI 2
KHÁI NIỆM CHUNG MÁY BIẾN ÁP
Giới thiệu
Điện năng được sản xuất tại các nhà máy điện, trong thực tế các nhà máy
tiêu thụ và hộ tiêu thụ điện lại ở các vùng miền khác nhau không thuận tiện
gần nhà máy điện, hơn nữa nếu truyền tải điện trực tiếp từ máy phát điện tới
người dân sẽ gây tổn thất lớn và thậm trí sụp đổ điện áp... để thuận tiện trong
việc phát và tải điện đi xa phù hợp với nhu cầu sử dụng và vận hành các thiết
bị điện, bài này sẽ nghiên cứu để hiểu rõ về thiết bị điện trung gian đó, máy

biến áp, ngồi ra bài này cũng mở rộng để thấy rõ hơn về các máy biến điện
khác như máy biến dòng, máy biến áp đặc biệt...
Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này, người học có khả năng:
- Phát biều được định nghĩa, phân tích được cơng dụng và các đại lượng định
mức của máy biến áp.
- Biết được ứng dụng của máy biến áp trong thực tiễn.
Nội dung chính:
2.1. Định nghĩa
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng
điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hê thống đòng điện xoay chiều nhưng vẫn
giữ nguyên tần số. Hệ thống điện đầu vào máy biến áp( trước lúc biến đổi) có:
điện áp U1, dòng điện I1, tần số f. Hệ thống điện đầu ra của máy biến áp (sau khi
biến đổi) có: điện áp U2, dòng điên I2, và tần số f.
Trong các bản vẽ, máy biến áp được ký hiệu như hình 2-1.

Hình 2-1.Ký hiệu máy biến áp

23