MỤC LỤC STT NỘI DUNG TRANG Phần 1: MÁY BIẾN ÁP 1 1 Chương 1 : Cấu tạo và nguyên lý làm việc 1 1.1 Khái niệm, phân loại, các đại lượng định mức. 1 1.2 Cấu tạo máy biến áp 2 1.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 4 1.4 Các phương trình đặc trương 4 2 Chương 2 : Các chế độ làm việc của máy biến áp một pha 7 2.1 Chế độ không tải 7 2.2 Chế độ có tải 11 2.3 Chế độ ngắn mạch 15 3 Chương 3 : Máy biến áp ba pha 19 3.1 Khái niệm, và sự hình thành mạch từ của máy biến áp ba pha 19 3.2 Cách đấu dây và quan hệ dòng điện, điện áp của máy biến áp ba pha 20 3.3 Tổ nối dây và Phạm vi sử dụng tổ nối dây 23 3.4 Hệ số truyền đạt của máy biến áp ba pha 25 4 Chương 4 : Các máy biến áp đặc biệt 37 4.1 Máy biến áp tự ngẫu 37 4.2 Máy biến áp đo lường và máy biến dòng đo lường 40 4.3 Máy biến áp hàn hồ quang 42 Phần 2: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA (MĐ DỊ BỘ) 43 5 Chương 5 : Cấu tạo và nguyên lý làm việc 43 5.1 Khái niệm, phân loại, các đại lượng định mức. 43 5.2 Cấu tạo máy điện không đồng bộ ba pha 44 5.3 Từ trường quay trong máy điện không đồng bộ ba pha 45 5.4 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha và chế độ máy phát, máy hãm không đồng bộ 48 6 Chương 6 : Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ ba pha 51 6.1 Khái niệm 51 6.2 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto không quay 51 6.3 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto quay 54 6.4 Giản đồ năng lượng và mô men quay 58 7 Chương 7: Khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 63 7.1 Khái niệm và các yêu cầu của quá trình khởi động 63 7.2 Khởi động động cơ rôto lồng sóc (trực tiếp; gián tiếp) 64 7.3 Khởi động động cơ rôto dây quấn 65 7.4 Động cơ rôto lồng sóc rãnh sâu và động cơ rôto lồng sóc kép 69 7.5 Điều chỉnh tốc độ quay động cơ không đồng bộ ba pha 71 8 Chương 8 : Động cơ không đồng bộ một pha 78 8.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 78 8.2 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ một pha 80 8.3 Động cơ xoay chiều một pha có cổ góp và ứng dụng 81 Phần 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 87 9 Chương 9 : Cấu tạo và nguyên lý làm việc 87 9.1 Khái niệm, phân loại, các đại lượng định mức. 87 9.2 Cấu tạo máy điện đồng bộ ba pha 87 9.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện ba pha 89 10 Chương 10 : Phản ứng phần ứng trong máy điện đồng bộ 91 10.1 Khái niệm chung 91 19 10.2 Phản ứng phần ứng trong máy điện đồng bộ 92 10.3 Trở kháng tản và trở kháng đồng bộ 96 11 Chương 11 : Sơ đồ tương đương, phương trình cơ bản, đồ thị véc tơ 99 11.1 Khái niệm chung 99 11.2 Máy phát điện đồng bộ cực ẩn chưa bão hoà từ 99 11.3 Máy phát điện đồng bộ cực ẩn bão hoà từ 101 11.4 Máy phát điện đồng bộ cực lồi chưa bão hoà từ 102 12 Chương 12 : Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ ba pha 110 12.1 Khái niệm chung 110 12.2 Đặc tính không tải 110 12.3 Đặc tính ngắn mạch 111 12.4 Đặc tính tải 114 12.5 Đặc tính ngoài 116 12.6 Đặc tính điều chỉnh 118 12.7 Đặc tính góc 118 13 Chương 13 : Động cơ và máy bù đồng bộ 121 13.1 Khái niệm chung 121 13.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ đồng bộ ba pha 121 13.3 Các phương pháp khởi động động cơ đồng bộ ba pha 122 13.4 Máy bù đồng bộ 124 Phần 4 : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 126 14 Chương 14 : Cấu tạo và nguyên lý làm việc 126 14.1 Khái niệm, các đại lượng định mức. 126 14.2 Cấu tạo máy điện một chiều và phân loại máy điện một chiều 126 14.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 129 15 Chương 15 : Quan hệ điện từ trong máy điện một chiều 131 15.1 Từ trường và phản ứng phần ứng trong máy điện một chiều 131 15.2 Sức điện động và mô men điện từ trong máy điện một chiều 135 15.3 Đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng 137 16 Chương 16 : Các máy phát điện và động cơ điện một chiều 150 16.1 Khái niệm chung, phân loại 150 16.2 Các loại máy phát điện một chiều (kích từ độc lập, song song, hỗn hợp) 150 16.3 Các loại động cơ điện một chiều ( kích từ độc lập, song song, hỗn hợp) 163 17 Đề thi mẫu 172 PHẦN I : MÁY BIẾN ÁP Chương 1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp 1–1 Định nghiã và phân loại 1 – Khái niệm Khi truyền tải năng lượng điện xoay chiều từ vị trí A sang vị trí B với khoảng cách rất lớn như hình 1- 1(H1-1) thì người ta sử dụng máy biến áp vì là: 20 Theo công thức tính công suất P = 3 .U.I.cos ϕ ⇒ I = P/ 3 .U.cos ϕ Nếu P, cos ϕ là không đổi thì tăng U sẽ làm cho I giảm, mà I giảm thì sẽ làm cho tiết diện dây dẫn (s d ) cũng giảm theo. Vì vậy với khoảng cách AB rất lớn, nếu giảm được tiết diện dây dẫn thì sẽ tiết kiệm được kim loại mầu chế tạo nên dây dẫn. Ngoài ra lưới diện phục vụ cho sinh hoạt cần có điện áp thấp (như chiếu sáng, các máy móc phục vụ sinh hoạt) thì đ/áp U ≤ 220v với mục đích đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Như vậy để thực hiện được các mục đích trên thì người ta phải dùng các biến áp theo sơ đồ khối sau xem hình 1-2(H1-2) HH 1-2 Từ các mục đích trên ta đi tới định nghĩa về máy biến áp như sau: Định nghĩa: Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh được dùng để biến đổi hệ thống điện xoay chiều này thành hệ thống xoay chiều khác có trị số dòng điện, điện áp, số pha khác với hệ thống thứ nhất. Ngoài mục đích sử dụng biến áp vào lĩnh vực truyền tải năng lượng điện và cho sinh hoạt thì biến áp còn được dùng cho các khí cụ đo lường, hàn, thay đổi số pha. 2- Phân loại máy biến áp Người ta phân loại máy biến áp theo các dấu hiệu sau: - Theo số pha người ta chia thành: Biến áp 1 pha, 2 pha, 3 pha, 6 pha, 9 pha, 12 pha. - Theo số dây quấn người ta chia thành: Biến áp một cuộn dây (biến áp tự ngẫu), biến áp 2 cuộn dây, biến áp nhiều cuộn dây. - Theo trị số về điện giữa sơ cấp và thứ cấp ta có: Biến áp tăng áp thì U 1 < U 2 , biến áp hạ áp thì U 1 > U 2 - Theo công dụng ta có: Biến áp điện lực (có công suất lớn), biến áp đo lường, biến áp hàn, biến áp dùng thay đổi số pha. - Theo vị trí đặt ta có: Biến áp đặt trong nhà, biến áp đặt ngoài trời. - Theo phương pháp làm mát ta có: Biến áp làm mát bằng không khí (biến áp khô), biến áp làm mát bằng dầu (biến áp dầu). - Theo cách đặt cuộn dây ta có: Biến áp kiểu trụ, biến áp kiểu bọc. 3 - Các thông số định mức của máy biến áp Giá trị của các thông số ứng với chế độ định mức của máy b/a được gọi là các giá trị định mức. Tuy nhiên trên biển của máy b/a người ta chỉ ghi các thông số sau : + Công suất định mức: S đm [VA, KVA, MVA]. + Điện áp sơ cấp định mức là điện áp ứng với công suất định mức: U 1đm [ V, KV ] . + Điện áp thứ cấp định mức là điện áp trên dây quấn thứ cấp khi biến áp làm việc không tải và phía sơ cấp đưa vào một điện áp định mức: U 2đm [ V, KV ]. + Dòng điện sơ và thứ cấp định mức là dòng điện tương ứng với công suất định mức: I 1đm [ A, KA ] ; I 2đm [ A, KA ]. Chú ý : ở máy b/a thì hiệu suất tương đối cao ( η 1≈ ) nên có thể coi: 21 I 1đm ≈ S đm /U 1đm ; I 2đm ≈ S đm /U 2đm . Ngoài ra còn có các đại lượng định mức khác như: Tổ nối dây; Trọng lượng máy; tần số f; hệ số cos ϕ ; Điện áp ngắn mạch v.v… 1 – 2 Cấu tạo của máy biến áp một pha Máy biến áp một pha được cấu tạo bởi các phần sau: Lõi thép, cuộn dây, bể đựng dầu (vỏ máy), các đầu ra. 1/ Lõi thép Là phần dẫn từ của b/a và làm khuôn để đặt cuộn dây. Lõi thép được ghép từ các lá thép KTĐ với nhau (nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy) có độ dầy từ 0,35 ÷ 0,5 mm. Lõi gồm có hai phần: Trụ ( T ) và gông ( G ). - Trụ là phần để đặt dây quấn. - Gông là phần để khép kín mạch từ các trụ với nhau. Nếu là b/a kiểu trụ thì cuộn dây đặt lên tất cả các trụ T; Còn nếu là b/a kiểu bọc thì cuộn dây chỉ đặt ở trụ giữa còn hai trụ ngoài cùng thì không đặt cuộn dây xem hình1-3( H1-3 ) Các lá thép được ghép lại với nhau bằng các đinh ốc. Xiết càng chặt càng đỡ tiếng ồn khi máy công tác. Thường các lá thép được ghép với nhau theo kiểu tráo trở đầu- đuôi hoặc là kiểu tiếp xúc khi đã được cắt theo một hình nhất định, có thể là chữ I, L, E … Xem hình 1-4 (H1-4). HH1-4 Tiết diện của trụ càng gần với hình tròn càng tốt vì nó sẽ chịu được lực điện từ lớn sinh ra khi bị ngắn mạch. Xem hình 1-5 (H1-5) 2 / Cuộn dây máy biến áp 22 Dây quấn máy biến áp là loại dây quấn tập trung (so với máy điện quay). Dây quấn này được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm. Dây quấn có tiết diện nhỏ thì dùng loại dây có tiết diện tròn, còn dây quấn có tiết diện lớn thì dùng loại dây có tiết diện chữ nhật. Phân loại dây quấn máy b/a: - Dây quấn sơ cấp : Là dây quấn nhận năng lượng điện xoay chiều cần biến đổi. Tương ứng với nó thì các đại lượng như U, I , W… trong dây quấn này được gọi là các đại lượng sơ cấp. Trong kýý hiệu có thêm chỉ chỉ số ‘’1’’ (như là U 1 , I 1 ,W 1 …). - Dây quấn thứ cấp là dây quấn đưa năng lượng điện đã được biến đổi đến các máy tiêu thụ. Các đại lượng tương úng với dây quấn này được gọi là các đại lượng thứ cấp và trong kýý hiệu có thêm chỉ số “2” (như là U 2 , I 2 , W 2 ….). Theo giá trị về điện áp trên từng cuộn dây người ta phân ra: Cuộn cao áp, cuộn thấp áp. Nếu là biến áp ba cuộn dây thì còn có thêm cuộn điện áp trung bình. Theo cách bố trí cuộn dây với lõi thì người ta chia thành các cuộn dây đồng tâm (lồng vào nhau), các cuộn dây xen kẽ. Cách bố trí cuộn dây với lõi: Theo quan điểm về cách điện thì cuộn dây cao áp đặt ngoài, cuộn dây thấp áp đặt trong để dễ dàng cho việc cách điện với lõi. Nếu theo quan điểm về toả nhiệt thì cuộn có dòng điện lớn đặt ngoài, cuộn dây có dòng điện bé đặt trong (biến áp hàn). Yêu cầu đối với cuộn dây biến áp - Phải sử dụng đồng với hiệu suất cao. - Thải nhiệt dễ dàng. - Có đủ độ bền về cơ học (chống được lực điện động, nhất là khi ngắn mạch xảy ra, chống được va chạm). - Có đủ độ bền về điện để chống được hiện tượng xuyên thủng. 3 / Vỏ máy Vỏ máy là một thùng bằng thép mà bên trong đặt lõi và cuộn dây để khỏi va chạm về cơ khí. Với b/a làm mát bằng không khí thì thùng bằng thép đó còn được chế tạo các cửa thoáng để thông gió. Đối với các biến áp có công suất lớn thì trong thùng được đựng dầu để làm mát. Dầu biến áp có các đặc điển sau: Dẫn nhiệt tốt, cách điện tốt, hút ẩm nhiều. Hình dáng của vỏ máy phụ thuộc vào yêu cầu làm mát của cuộn dây. Vỏ có gân tản nhiệt để tăng tiết diện toả nhiệt. Trên nắp còn có 1 bình nhỏ, bình này được nối với thùng dầu bằng một ống nhỏ. Bình nhỏ này có ý nghĩa là khi biến áp làm việc nóng thì dầu sẽ dâng lên bình đó. Từ đó mà ta biết được mức dầu trong bình và trạng thái làm việc của máy b/a. 4/ Các đầu dây ra của máy biến áp Các đầu dây ra của b/a là nơi đưa điện vào và lấy điện ra. Vì vậy chúng được cách điện với vỏ. Đối với các b/a có điện áp cao thì người ta sẽ dùng sứ để bọc các đầu ra của b/a. Các đầu ra được gắn trên vỏ máy. 1 –3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp Nguyên lí làm việc của máy b/a dựa trên sự tác dụng tương hỗ điện từ giữa các cuộn dây không chuyển động đối với nhau. Sơ đồ nguyên lý của biến áp một pha như hình H1-6. * Giả thiết máy b/a không tải. Nếu đưa điện áp xoay chiều một pha u 1 vào cuộn dây sơ cấp w 1 có tần số là f 1 thì u 1 sẽ sinh ra một dòng điện i 1 chạy trong cuộn sơ cấp w 1 dòng điện i 1 này sinh ra một từ thông Φ 1 = Φ 0 từ thông Φ 1 móc vòng với cả hai cuộn w 1 và w 2 . H1-6 Nếu gọi từ thông móc vòng vơi cuộn w 1 là Ψ 1 và với cuộn w 2 là Ψ 2 thì: 23 Ψ 1 = w 1 . Φ 1 ; Ψ 2 = w 2 . Φ Ngoài ra dòng điện i 1 còn sinh ra từ thông chỉ móc vòng với cuộn w 1 mà không móc vòng với cuộn w 2 ta gọi là từ thông tản của cuộn w 1 đó là 1t Φ Từ thông Φ 1 có thể thay đổi điều hoà theo thời gian nếu như điện áp u 1 đặt vào cuộn w 1 là một hàm điều hoà của thời gian. Tức là Φ 1 = Φ m1 .cos t ω ; Ở đó: Φ m1 là biên độ của từ thông ; ω = 2 Π f 1 là tốc độ góc của điện áp u 1 Theo định luật cảm ứng điện từ thì trong các cuộn dây suất hiện các sđđ: e 1 = - d Ψ 1 /dt = - w 1 .d Φ 1 /dt = w 1 . Φ 1m . ω .sin ω t e 2 = - d Ψ 2 /dt = - w 2 .d Φ 1 /dt = w 2 . Φ 1m . ω .sin ω t Gía trị hiệu dụng của chúng là: E 1 = (w 1 . Φ 1m . ω )/ 2 = (2 Π f 1 . Φ 1m .w 1 =)/ 2 = 4,44.f 1 .w 1 . Φ 1m E 2 = (w 2 . Φ 1m . ω )/ 2 = … = 4,44.f 1 .w 2 . Φ 1m Từ đó ⇒ E 1 /E 2 = W 1 /W 2 = K (1) * Giả thiết trên các cực của cuộn dây thứ cấp (W 2 ) đấu vào một phụ tải thì trong cuộn w 2 sẽ có dòng i 2 chạy từ cuộn thứ cấp đến tải. Như vậy năng lượng đã được truyền từ cuộn w 1 sang cuộn w 2 . Dòng điện i 2 cũng tạo ra một tư thông Φ 2 cũng móc vòng với cả cuộn w 1 và w 2 ; Từ thông trong máy biến áp bây giờ là Φ , Φ là tổng hợp của từ thông Φ 1 và Φ 2 . Ngoài ra dòng điện i 2 còn tạo ra một từ thông chỉ móc với cuộn thứ cấp và được gọi là từ thông tản của cuộn thứ cấp w 2 ký hiệu là 2t Φ Nếu bỏ qua sđđ sinh bởi từ thông tản và điện áp trên điện trở tác dụng của các cuộn dây thì khi đó U 1 ≈ E 1 , U 2 ≈ E 2 và biểu thức (1) sẽ trở thành: U 1 /U 2 = W 1 /W 2 = K (2), K được gọi là hệ số biến áp Vì hiệu suất của máy biến áp rất cao η ba ≈ 1 nên S = U 1 .I 1 ≈ U 2 .I 2 ⇒ U 1 /U 2 = I 2 /I 1 Hay U 1 /U 2 = I 2 /I 1 = W 1 /W 2 = K (3) NX : Từ (3) ta thấy rằng : Máy biến áp truyền năng lượng điện xoay chiều từ cuộn dây này sang cuộn dây khác cho phép biến đổi điện áp tỷ lệ thuận với số vòng dây và dòng điện tỷ lệ nghịch với số vòng dây. 1- 4 Các phương trình đặc trưng trong máy biến áp 1/ Phương trình cân bằng sức điện động (sđđ) Khi đặt vào cuộn dây sơ cấp ( 1 w ) của biến áp một điện áp u 1 thì trong nó xuất hiện dòng điện i 1 . Nếu cuộn dây thứ cấp được khép mạch qua tải thì trong nó xuất hiện dòng i 2 ; Dòng điện i 1 và i 2 tạo nên các sức từ động tương ứng là 1 1 w i , 2 2 w i . Cả 2 sđđ này sinh ra phần lớn là từ thông chính Φ (đã nói ở phần nguyên lý). Từ thông chính Φ gây nên trong các cuộn dây sơ và thứ cấp các sđđ tương ứng là: 1 1 d e w dt Φ = − ; 2 2 d e w dt Φ = − (4) Ngoài ra còn 1 phần nhỏ từ thông do 2 stđ W 1 I 1 và 2 2 W I tạo ra chỉ khép mạch với từng cuộn dây tương ứng và gọi là các từ thông tản sơ cấp và thứ cấp : 1t Φ và 2t Φ . Các từ thông tản này cũng gây ra các sđđ tản: 1 1 1 1 . t t t d d e w dt dt ψ Φ = − = − ; 2 2 2 2 . t t t d d e w dt dt ψ Φ = − = − (5) Vì đường đi của từ thông tản là không khí hay dầu nên L t1 và L t2 = const nên: 1 1 1t t L i ψ = ; 2 2 2t t L i ψ = Vậy từ (5) ta có : 1 1 1t t di e L dt = − ; 2 2 2t t di e L dt = − (6) Mặt khác dòng 1 i , 2 i còn gây nên các sụt áp trên các điện trở tác dụng của cuộn dây là 1 1 i r , 2 2 i r . Vậy theo định luật KiêcKhốp 2 cho mạch sơ cấp ta có: 1 1 1 1 1t u e e i r= − − + (7) ( hay : 1 1 1 1 1t u e e i r+ + = ) 24 Với mạch thứ cấp ta có: 2 2 2 2 2t e e i r u+ = + hay 2 2 2 2 2t u e e i r= + − (8) Để thấy rõ sự liên hệ về từ giữa sơ cấp và thứ cấp ta có thể biểu thị phương trình cân bằng sđđ (7) và (8) dưới dạng khác. Vì 1 ψ và 2 ψ là các từ thông móc vòng với các cuộn dây tương ứng sơ và thứ cấp khép mạch qua lõi thép và do tác dụng đồng thời của các dòng 1 i và 2 i sinh ra nên ta có thể viết: 1 11 1 12 2 L i L i ψ = + 2 21 1 22 2 L i L i ψ = + (9) 11 L , L 22 là các điện cảm của dây quấn sơ và thứ cấp khi từ thông khép mạch trong lõi thép. 12 L , 21 L là các hỗ cảm giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp qua lõi thép. 12 21 L L M= = 11 L , 22 L , M không phải là hằng số vì đường đi của từ thông chính là qua mạch từ, nó phụ thuộc vào độ bão hoà của mạch từ. Thay (9) vào (7), (8) ta có: 1 2 1 1 1 1 di di u L M i r dt dt = + + 2 1 2 2 2 2 di di u L M i r dt dt = − − − (10) Ở đó 1 11 1t L L L= + ; 2 22 2t L L L= + . Hệ phương trình (10) ít được dùng khi ngiên cứu sự công tác ổn định của biến áp. Nó chỉ dùng để nghiên cứu QTQĐ của biến áp. Nếu như điện áp, sđđ, dòng điện là các đại lượng hình sin thì các phương trình (7), (8) có thể biểu diễn ở dạng số phức như sau: . 1 U . 1 E= − . 1t E− . 1 1 I r+ . 2 U . 2 E= . 2t E+ . 2 2 I r− (11) Khi dòng điện biến thiên theo hình sin thì giá trị tức thời của sđđ tản sơ cấp là: 1 1 1 1 sin cos m t t m t dI t e L I L t dt ω ω ω = − = − 1 1 2 sin 2 2 I x t π ω   = − =  ÷   1 sin 2 t E t π ω   −  ÷   Tức là: Sđđ 1t e chậm pha sau dòng điện i một góc 2 π do đó trị số hiệu dụng phức của sđđ tản là: . . 1 1 1t E j I X= − ; 1 1t X L ω = gọi là điện kháng tản của dây quấn sơ cấp. Tương tự ta có: . . 2 2 2t E j I X= − ; 2 2t X L ω = gọi là điện kháng tản của dây quấn thứ cấp. Thay . 1t E và . 2t E vào hệ (11) ta có: ( ) . . . . . . . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 U E f I X I r E I r jX= − + + = − + + Hay . . . 1 1 1 1 U E I Z= − + (12) ( ) . . . . . . . 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 U E j I X I r E I r jX= − − = − + Hay ( ) . . . 2 2 2 2 2 U E I R jX= − + = 2 . 2 2 . ZIE − (12@) Ở đó 1 1 1 Z r jX= + ; 2 2 2 Z r jX= + là tổng trở của các dây quấn sơ cấp và thứ cấp. 2- Phương trình cân bằng stđ 25 Ta biết rằng khi máy biến áp làm việc có tải thì từ thông chính Φ do cả 2 stđ 1 1 i w và 2 2 i w gây nên. Nếu hở mạch thứ cấp, tức biến áp là không tải ứng với dòng điện ở dây quấn sơ cấp là 1 0 i i= thì từ thông chính Φ chỉ do stđ 0 1 i w gây nên. Nếu bỏ qua áp rơi trên cuộn 1 w và sđđ tản 1t E thì 1 1 1 1 4,44. . . m U E f w≈ = Φ . Vì 1 U const= là áp lưới nên mặc dù biến áp có tải hay không tải thì 1 1 1 4,44. . . m E f w= Φ cũng const= . Tức 1m Φ const= nghĩa là stđ i 1 W 1 + i 2 W 2 sinh ra m Φ lúc có tải phải bằng stđ 0 1 i w lúc không tải để đảm bảo m constΦ = nên ta có: Phương trình cân bằng stđ là: . . . 1 1 2 2 0 1 I w I w I w+ = hay . . . 2 0 1 2 1 w I I I w = + Hay . . . 2 1 0 2 1 w I I I w   = + −  ÷   = ( ) . ' 0 2 I I+ − (13) ' 2 2 2 1 w I I w = Từ (13) ⇒ biến áp khi có tải thì dòng điện ở dây quấn sơ cấp gồm có 2 thành phần: . 0 I tạo ra từ thông chính m Φ . ' 2 I− dùng để bù lại tác dụng của dòng điện thứ cấp nên khi tải tăng ( ' 2 I ↑ ) thì ( ' 2 I− ) cũng tăng tức là dòng sơ cấp 1 I cũng tăng để giữ cho dòng 0 I đảm bảo sinh ra từ thông trong máy là không đổi. Chính thế dây quấn sơ cấp nhận năng lượng từ lưới để truyền sang dây quấn thứ cấp cung cấp cho tải. Câu hỏi ôn tập : 1. Định nghĩa, phân loại, các trị số định mức của máy biến áp ? 2. Trình bày cấu tạo máy biến áp một pha ? 3. Trình bày nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha ? 4. Dẫn dắt các phương trình đặc trưng của máy biến áp một pha ? Chương 2 : Các chế độ công tác của máy biến áp 1 pha 2 - 1 Chế độ không tải của biến áp 1 pha 2-1-1 Khái niệm Để đơn giản ta sẽ nghiên cứu biến áp 1 pha có 2 cuộn dây làm việc trong trạng thái ổn định, thế hiệu đưa vào cuộn sơ cấp có dạng hình sin. Định nghĩa: Chế độ không tải của máy biến áp là chế độ mà mạch sơ cấp có đặt một điện áp 1dm U còn mạch thứ cấp là hở mạch. Tức là trong chế độ này dòng điện chỉ chạy trong cuộn dây sơ cấp ký hiệu là o I gọi là dòng điện không tải. Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp một pha như hình H2-1. U l W l W 2 I = I l 0 φ 0 φ = φ T1 H2-1 2-1-2 : Sơ đồ tương đương, các phương trình cơ bản, đồ thị véctơ của biến áp 1 pha ở chế độ không tải. ∗ Bản chất của sơ đồ tương đương là: 26 Ta thay một biến áp thực, phức tạp bằng một sơ đồ điện mà sơ đồ này phải đảm bảo được việc mô tả tất cả tính chất, các hiện tượng của biến áp thực. Vì cuộn thứ cấp hở mạch (I 2 =0) nên bỏ qua mạch thứ cấp trong sơ đồ tương đương nên sơ đồ tương đương như hình H2-2. 1 X R U l . I = I l 0 . . l I Fe . I µ . R Fe X µ E l . H2-2 Trên sơ đồ tương đương ta gọi: X µ - điện kháng liên quan đến từ thông chính φ . X 1t - điện kháng liên quan đến từ thông tản 1t φ . R 1 - điện trở thuần của cuộn dây sơ cấp. R fe - điện trở đặc trưng cho tổn hao thép (do từ trễ và dòng phu cô). R 1 , R fe , X 1t coi như là hằng số còn X µ sẽ bị ảnh hưởng khi lõi thép bão hoà. ∗ Các phương trình cơ bản Từ sơ đồ tương đương ta có các phương trình cơ bản là: U 1 = - E 1 + I 1 ( R 1 + jX 1t ) I 0 = I fe + I µ Ở đó I 0 chia làm hai thành phần: I µ - là dòng kích từ, tạo ra từ thông I f - là thành phần dòng tác dụng sinh ra tổn hao thép. ∗ Đồ thị véc tơ Dựa vào sơ đồ tương đương và các phương trình của máy biến áp ở chế độ không tải, sau khi nhận chiều chỉ hướng của véc tơ trên sơ đồ tương đương ta có thể dựng được đồ thị véc tơ như sau: Dựng véc tơ φ theo một hướng bất kỳ như hình vẽ H2-3. Từ thông φ được tạo ra do dòng I µ . Giả thiết máy chưa bão hoà nên I µ ≡ φ . Chậm sau véc tơ từ thông φ một góc 90 0 ta vẽ véc tơ E 1 ⊥ φ . Vượt trước véc tơ từ thông φ ta vẽ véc tơ I 0 . I 0 chia làm hai thành phần: I µ ≡ φ và I fe ⊥ I µ Quay véc tơ E 1 đi một góc 180 0 ta sẽ có véc tơ - E 1 . Theo phương trình cân bằng điện áp phía sơ cấp ta dựng được véc tơ U 1 như sau: Từ mút của véc tơ -E 1 ta đặt véc tơ I 0 R 1 song song với véc tơ I 0 . Từ cuối của véc tơ I 0 R 1 ta dựng một véc tơ jI 0 R 1 ⊥ I 0 R 1 . Nối điểm cuối của mút véc tơ JI 0 X t1 với điểm đầu của véc tơ E 1 (điểm 0) ta được véc tơ U 1 . Độ giảm thế hiệu I o R 1 và jI o X t1 rất bé so với U 1 (nó chỉ bằng 0,1 5÷ %U 1 ) nên có thể bỏ qua hai thành phần này. Lúc đó U 1 ≈ -E 1 và ở chế độ không tải I 0 rất bé bằng khoảng 1 ÷ 10%I 1đm . Góc 0 ϕ là góc công suất ở chế độ không tải , giá trị của cos 0 ϕ rất nhỏ khoảng 0,1 nên coi I fe = 0 . Tức là không có tổn hao. Vì vậy ta có sơ đồ tương đương và đồ thị véc tơ đơn giản như hình vẽ H2-3và hình H2- 4 27 = U l . E l . I µ U l . -E l . I µ φ . φ U l -E l E l . . I 0 R 1 . I 0 R 1 j I 0 . I µ I Fe . 0 ϕ X µ H2-3 H2-4 2 – 1 - 3 Các đường đặc tính ở chế độ không tải của b/a một pha 1 – Quan hệ giữa dòng điện không tải với điện áp đặt vào U 1 I o = f(U 1 ) khi f = const Từ công thức E 1 = 4,44.f.W 1 . φ ⇒ φ = 1 1 4,44. . E f W . Vậy nếu thay đổi E 1 (tức xem U 1 ≈ E 1 ) thì từ thông φ cũng thay đổi ( φ = 1 1 4,44. . E f W ). Vì φ ~ I o mà I o ≈ I µ = 1 1 E U X X µ µ ≈ . Ở b/a không có lõi thép thì X µ =const còn ở b/a có lõi thép thì X µ =var, nên I o = f(U 1 ) không phải là tuyến tính và đặc tính có dạng như hình H2-5. I 0 0,15 0 U l 1 H2-5 NX: Nếu U 1 〈 U 1đm thì không gay trở ngại cho b/a, còn nếu U 1 〉 U 1đm thì dòng I o tăng lên đột ngột và b/a không thể làm việc bình thường khi có tải được. Ví dụ: Khi U 1 = 2U 1đm thì I o = I 1đm . Vậy b/a không thể làm việc bình thường khi có tải được. 2- Quan hệ giữa tổn hao thép th P∆ với điện áp nạp U 1 th P∆ = f(U 1 ) khi f = const Vì 2 2 2 . . . . th h f P C B f C B f∆ = + ≈ C 1 .U 2 1 . Mà B = C. Φ = C. 1 1 4,44. . E f W ≈ C 1 .U 1 Ở đó C h – hệ số tổn hao do từ trễ còn C f là hệ số tổn hao do dòng phu cô. Vậy 2 11 .UCP th ≡∆ . Đặc tính có dạng như hình H2-6. P th 0 U l 1 0,5 ∆ H2-6 28 . tạo máy điện một chiều và phân loại máy điện một chiều 126 14.3 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 129 15 Chương 15 : Quan hệ điện từ trong máy điện. phản ứng phần ứng trong máy điện một chiều 131 15.2 Sức điện động và mô men điện từ trong máy điện một chiều 135 15.3 Đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần