TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 0 GVC-ThS.NGUYỄN TRỌNG THẮNG GV-ThS.TRẦN PHI LONG GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN-KHÍ CỤ ĐIỆN TP. HCM Tháng 12 / 2005 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình MÁY ĐIỆN-KHÍ CỤ ĐIỆN nhằm giúp sinh viên bậc đại học hoặc cao đẳng ngành Công nghệ Điện- Điện tử, Công nghệ Điện tử –Viễn thông của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM làm tài liệu học tập cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Điện Công Nghiệp, Điện Tự Động và các ngành khác liên quan đến lónh vực điện-điện tử. Giáo trình Máy điện- Khí cụ điện trình bày những lý thuyết cơ bản về: cấu tạo; nguyên lý làm việc; các quan hệ điện từ; các đặc tính cũng như các hiện tượng vật lý xảy ra trong: Máy điện một chiều; Máy biến áp; Máy điện không đồng bộ, Máy điện đồng bộ và các khí cụ điện thông dụng. Để giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức môn học, giáo trình trình bày nội dung một cách ngắn gọn, cơ bản. Ở mỗi chương có ví dụ minh họa, câu hỏi và bài tập để sinh viên có thể hiểu sâu hơn những vấn đề mình đã học. Các tác gỉa Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Trang PHẦN 1: MÁY ĐIỆN 1 CHƯƠNG I: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 2 § 1.1. Đại cương về máy điện một chiều 2 § 1.2. Các quan hệ điện từ trong máy điện một chiều 7 § 1.3. Máy phát điện một chiều 15 § 1.4. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 32 CHƯƠNG II: MÁY BIẾN ÁP 43 § 2.1. Đại cương về máy biến áp 43 § 2.2. Tổ nối dây và mạch từ của máy biến áp 54 § 2.3. Các quan hệ điện từ trong máy biến áp 67 § 2.4. Máy biến áp làm việc ở tải xác lập đối xứng 85 CHƯƠNG III: CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG CỦA MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 98 § 3.1. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều 98 § 3.2. Dây quấn máy điện xoay chiều 106 § 3.3. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều 115 CHƯƠNG IV: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 126 § 4.1. Đại cương về máy điện không đồng bộ 126 § 4.2. Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ 130 § 4.3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 158 CHƯƠNG V: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 172 § 5.1. Đại cương về máy điện đồng bộ 172 § 5.2. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 178 § 5.3. Máy phát điện đồng bộ 189 § 5.4. Mở máy và điều chỉnh công suất phản kháng của động cơ đồng bộ 204 PHẦN 2: KHÍ CỤ ĐIỆN 208 CHƯƠNG I: MẠCH TỪ VÀ SỰ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ 209 § 1.1. Khái niệm chung 209 § 1.2. Từ dẫn trong khe hở không khí 213 § 1.3. Nam châm điện từ một chiều 215 § 1.4. Nam châm điện từ xoay chiều 218 § 1.5. Nam châm vĩnh cửu 222 § 1.6. Lực điện động 226 Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG II: CÁC LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN THÔNG DỤNG 233 § 2.1. Contactor 233 § 2.2. Cầu chì bảo vệ 237 § 2.3. Aptomat 241 § 2.4. Thiết bị chống dòng điện rò 248 § 2.5. Relay dòng điện 251 § 2.6. Relay điện áp 252 § 2.7. Relay trung gian 253 § 2.8. Relay thời gian 254 § 2.9. Relay tốc độ 255 Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1 PHẦN 1 : MÁY ĐIỆN Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 2 CHƯƠNG 1 : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU § 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ Máy phát điện một chiều dùng làm nguồn điện cho động cơ điện một chiều, làm nguồn điện một chiều kích thích từ trong máy điện đồng bộ, dùng trong công nghiệp mạ điện Nhược điểm của máy điện một chiều : Giá thành đắt, sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp I. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU: Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân thành 2 phần chính là : phần tĩnh và phần quay . 1.Phần tĩnh (stato): Đây là phần đứng yên của máy gồm các bộ phận chính sau: a.Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt . Trong máy điện nhỏ có thể dùng thép khối . Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành 1 khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau . Hình 1-1. Cực từ chính b. Cực từ phụ: Được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ bulông. Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 3 c. Gông từ: Dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện vừa và nhỏ thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc . d. Các bộ phận khác: - Nắp máy : Bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện vừa và nhỏ, nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi . - Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chối than và nhờ 1 lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 4 2. Phần quay ( rôto ): Gồm các bộ phận sau : a. Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở 2 mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những máy cỡ trung trở nên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục . Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt chia thành từng đoạn nhỏ. Giữa các đoạn ấy có để 1 khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt . Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto . b. Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép . Để tránh khi quay bị văng ra do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakêlit . Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 5 Hình 1-7. Mặt cắt rãnh phần ứng c. Cổ góp: Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành 1 chiều . Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành 1 trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng 2 vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng . Hình 1- 8. Cổ góp. d. Các bộ phận khác : - Cánh quạt : Để quạt gió làm nguội máy. - Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt . 2. Các trị số định mức: Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định. Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. - Công suất định mức P đm ( KW hay W) - Điện áp định mức U đm (V) - Dòng điện định mức I đm (A) - Tốc độ định mức n đm ( vg/ph) - Hiệu suất định mức  đm Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 6 CÂU HỎI 1. Tại sao lõi sắt phần ứng phải làm bằng thép kỹ thuật điện ? Tại sao vỏ máy một chiều không dùng gang là vật liệu rẻ tiền và dễ đúc ? 2. Ý nghĩa của trị số công suất định mức ghi trên nhãn máy ? Công suất định mức ghi trên động cơ điện là công suất cơ đầu trục hay công suất điện đưa vào động cơ điện ? 3. Các bộ phận chính của máy điện một chiều và công dụng của các bộ phận đó ? Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com [...]... Trong đó : M : momen điện từ 2 n = : tốc độ góc phần ứng 60 Thay vào công thức ( 1-5 ) ta được : Pñt = M  = p N   Iö 2n  pN n  Iö = Eö.Iö ( W) 2a 60 60a ( 1- 9 ) 9 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Như vậy, trong máy phát điện công Version từ đã chuyển công suất cơ M Simpo PDF Merge and Split Unregisteredsuất điện - http://www.simpopdf.com... máy II chưa tham gia phát điện và toàn bộ tải vẫn do máy I đảm nhiệm (I1 = I , I2 = 0) Lúc đó đặc tính ngoài của 2 máy phát điện được trình bày như các đường 1 và 2 trên hình ( 1-3 1) Hình 1-3 1 Phân phối tải giữa các máy phát điện 28 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Muốn máy II nhận Unregistered > U và - http://www.simpopdf.com Simpo... ngoài của máy phát điện kích thích độc lập được trình bày trên hình ( 1-1 8) Hình 1-1 8 Đặc tính ngoài của máy phát điện một chiều kích thích độc lập 18 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Hiệu số điện áp lúc Unregistered Version http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Splitkhông tải và lúc tải định -mức với điều kiện dòng điện kích... điện từ P đt Ta có : 10 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn P1 = Pñt +(  pcô +  Fe ) = Pñt + Po ( 1-1 2) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Versionp- http://www.simpopdf.com Pñt = Eö Iö ( 1-1 3) Khi có dòng điện chạy trong dây dẫn thì có tổn hao đồng nên công suất điện đưa ra P2 bằng : P2 = Pđt –  pcu = E ưIư - Iư 2Rư = UIư ( 1-1 4)... mỗi máy Đáp số :U= 237,42 P1 = 45,25 kW P2 = 54,75 kW 31 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn § 1.4 MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I Mở máy động cơ điện một chiều Để mở máy động cơ điện một chiều được tốt, phải thực hiện được những yêu cầu sau:... định mức của máy Theo hình ( 1-1 3) ta thấy rằng ở các máy phát kích thích song song và kích thích hỗn hợp I= Iư – It còn ở máy phát kích thích nối tiếp I = Iư = It 15 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn II PDF ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU Simpo CÁC Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Máy phát điện một... hỗn hợp thì cần có điều kiện thứ 3 : nối dây cân bằng giữa các điểm m và n như ở hình ( 1-3 0) 27 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 1-3 0 Máy phát điện một chiều làm vịêc song song : a) máy phát kích thích song song; b) máy phát kích thích hỗn hợp HC khi Điều... cho biết của máy bằng biểu thức giải tích có dạng : E  a o  a1it1   a n itn ( 1-2 5) với ao  0 , chính là s.đ.đ Edư do từ thông dư sinh ra 21 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Giải hệ phương trình ( 1-2 4), ( 1-2 5) ta được sự biến đổi của dòng điện it từ it... ( 57,2 0,15 ) – 2 = 99,4 V Mômen điện từ : M= Eö I ö   E ö I ö 99,4.57,2   36,9 N.m 2n 2 1470 60 60 Nếu tính ra kG.m thì : M= 36,9  3,76 kG.m 9,81 13 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn CÂU HỎI Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1 Sức điện động trong máy điện 1 chiều phụ thuộc vào những yếu... trường và dòng điện phần ứng ở dưới 1 cực như hình : Theo quy tắc bàn tay trái mômen điện từ do lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn có chiều từ phải sang trái Lực diện từ tác dụng lên từng thanh dẫn bằng : f = Btbl.iö ( 1- 4) 8 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com . TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 0 GVC-ThS.NGUYỄN TRỌNG THẮNG GV-ThS.TRẦN PHI LONG GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN-KHÍ CỤ ĐIỆN . TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com . TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com