Giáo trình Kỹ thuật điện (Phần 2)

Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 66 Ch­¬ng 4 Mạch điện ba pha Bµi 4.1. kh¸i niÖm chung 1. Ñònh nghóa. Heä thoáng ñieän 3 pha laø taäp hôïp ba heä thoáng ñieän moät pha ñöôïc noái vôùi nhau taïo thaønh moät heä thoáng naêng löôïng ñieän töø chung, trong ñoù söùc ñieän ñoäng ôû moãi maïch ñeàu coù daïng hình sin, cuøng taàn soá, leäch pha nhau moät phaàn ba chu kyø. Mçi m¹ch ®iÖn thµnh phÇn cña hÖ 3 pha gäi lµ mét pha. S ® ® ë mçi pha gäi lµ s ® ® pha. HÖ 3 pha mµ s ® ® c¸c pha cã biªn ®é b»ng nhau gäi lµ hÖ s ® ® ba pha ®èi xøng hay c©n b»ng. HÖ s ® ® ba pha do c¸c m¸y ph¸t ®iÖn ba pha t¹o ra. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 67 2. Nguyeân lyù maùy phaùt ñieän ba pha. Heä thoáng ñieän ba pha ñuôïc taïo ra töø maùy phaùt ñieän ñoàng boä ba pha, hoaït ñoäng döïa treân nguyeân lyù caûm öùng ñieän töø. a, Caáu taïo cuûa maùy phaùt ñieän 3 pha goàm hai phaàn: + Stator (phaàn tónh). Goàm ba cuoän daây gioáng nhau (goïi laø caùc cuoän daây pha) ñaët leäch nhau 120o trong caùc raõnh cuûa loõi theùp stator. Caùc cuoän daây ba pha thöôøng kyù hieäu töông öùng laø AX, BY, CZ. + Rotor (phaàn quay). Laø moät hÖ thèng cùc tõ, th­êng lµ nam chaâm ñieän N-S vµ cuén d©y ®Ó luyÖn tõ cho nam ch©m. HÖ thèng cùc tõ ®­îc chÕ t¹o ®Ó cã c­êng ®é tõ c¶m ph©n bè trªn mÆt cùc theo quy luËt h×nh sin. b, Nguyªn lý ho¹t ®éng Khi rotor quay, töø tröôøng cuûa noù laàn löôït queùt qua caùc cuoän daây pha, gaây ra caùc söùc ñieän ñoäng hình sin coù cuøng bieân ñoä, cuøng taàn soá, nhöng leäch pha nhau 120o. Neáu choïn pha ban ñaàu cuûa söùc ñieän ñoäng eA trong cuoän daây AX baèng khoâng ta coù bieåu thöùc caùc söùc ñieän ñoäng trong caùc pha laø: HoÆc biÓu diÔn d­íi d¹ng phøc Nguyªn t¾c cÊu t¹o M¸y ph¸t ®iÖn 3 pha Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 68 Ñoái vôùi nguoàn 3 pha ñoái xöùng ta coù: eA + eB + eC = 0 Hoaëc döôùi daïng phöùc: Neáu noái rieâng reõ töøng pha vôùi taûi ta ñöôïc 3 heä thoáng moät pha ñoäc laäp, hay heä thoáng 3 pha khoâng lieân heä vôùi nhau. Heä thoáng naøy ít söû duïng trong thöïc teá do khoâng kinh teá vì caàn tôùi 6 daây daãn. Thoâng thöôøng 3 pha nguoàn ñöôïc noái vôùi nhau, 3 pha taûi cuõng ñöôïc noái vôùi nhau vaø coù ñöôøng daây 3 pha noái giöõa nguoàn vaø taûi. Coù 2 phöông phaùp noái maïch 3 pha thöôøng söû duïng trong coâng nghieäp laø noái hình sao (Y) vaø noái hình tam giaùc (Δ). Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 69 Quy ­íc: 1. ChiÒu dßng ®iÖn trong c¸c pha cña nguån ®i tõ ®iÓm cuèi ®Õn ®iÓm ®Çu, cßn trong c¸c pha cña phô t¶i ®i tõ ®iÓm ®Çu ®Õn ®iÓm cuèi. 2. §iÓm ®Çu vµ ®iÓm cuèi trong c¸c pha cña nguån vµ cña phô t¶i kh«ng thÓ quy ­íc mét c¸ch tïy tiÖn mµ ph¶i theo mét quy t¾c nhÊt ®Þnh sao cho: + §èi víi nguån: s®® trong c¸c pha lµ ®èi xøng ( 0 CBA EEE  ). + §èi víi phô t¶i: Dßng ®iÖn trong c¸c pha lµ ®èi xøng ( 0 CBA III  ). Phô t¶i 3 pha ®èi xøng lµ khi tæng trë c¸c pha b»ng nhau: ZA = ZB = ZC = Z. M¹ch ba pha ®èi xøng lµ m¹ch ba pha cã nguån, phô t¶i vµ tæng trë ®­êng d©y ®èi xøng. Ng­îc l¹i m¹ch 3 pha kh«ng héi tô ®ñ mét trong c¸c ®iÒu kiÖn trªn gäi lµ m¹ch 3 pha kh«ng ®èi xøng 3. ý nghÜa cña hÖ ba pha. Heä thoáng ñieän 3 pha coù nhieàu öu ñieåm hôn haún heä thoáng ñieän moät pha. Ñeå truyeàn taûi ñieän moät pha ta caàn duøng 2 daây daãn, nhöng ñeå truyeàn taûi heä thoáng 3 pha chæ caàn duøng 3 hoaëc 4 daây daãn do vaäy tieát kieäm vËt liÖu nèi d©y tiÖn lîi vaø kinh teá hôn. Heä 3 pha deã daøng taïo ra töø tröôøng quay, laøm cho vieäc cheá taïo ñoäng cô ñieän ®­îc ñôn giaûn vµ kinh tÕ h¬n . Caùc ñoäng cô coâng suaát lôùn ñeàu phaûi dïng nguoàn ñieän 3 pha. V× vËy hÖ 3 pha ®­îc dïng phæ biÕn trong c«ng nghiÖp ®iÖn lùc. Bµi 4.2: PHÖÔNG PHAÙP NOÁI HÌNH SAO 1. Nguyeân taéc noái. Moãi pha cuûa nguoàn vaø taûi ñeàu coù ñieåm ñaàu vaø ñieåm cuoái. Ta thöôøng kyù hieäu caùc ñieåm ñaàu pha laø A,B,C, caùc ñieåm cuoái pha laø X,Y,Z. Ñeå noái hình sao ngöôøi ta noái 3 ñieåm cuoái cuûa caùc pha laïi vôùi nhau taïo thaønh ñieåm trung tính. Ñoái vôùi nguoàn, 3 ñieåm cuoái X, Y, Z cuûa caùc cuoän daây maùy phaùt ñieän ñöôïc noái laïi vôùi nhau taïo thaønh ñieåm trung tính O. Ñoái vôùi taûi, 3 ñieåm cuoái X’, Y’, Z’ ñöôïc noái laïi vôùi nhau taïo thaønh ñieåm trung tính O’ Ba daây noái caùc ñieåm ñaàu cuûa nguoàn vaø taûi AA’, BB’, CC’ goïi laø caùc daây pha. D©y dÉn nèi ®iÓm trung tÝnh cña nguån víi ®iÓm trung tÝnh t¶i, gäi lµ d©y trung tÝnh 00’. D©y pha trong thùc tÕ cßn gäi lµ d©y löa, d©y trung tÝnh lµ d©y nguéi. M¹ch chØ cã 3 d©y pha A, B, C gäi lµ m¹ch 3 pha 3 d©y. NÕu m¹ch cã c¶ d©y pha vµ d©y trung tÝnh A, B, C, 0 th× gäi lµ m¹ch 3 pha bèn d©y. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 70 - §iÓm trung tÝnh ký hiÖu lµ 0 hoÆc N. - Dßng ®iÖn ®i trong c¸c cuén d©y pha gäi lµ dßng ®iÖn pha ( IP ). - Dßng ®iÖn ®i trªn c¸c d©y pha gäi lµ dßng ®iÖn d©y (Id ). - Dßng ®iÖn ®i trªn d©y trung tÝnh gäi lµ dßng ®iÖn trung tÝnh (I0 ). - §iÖn ¸p gi÷a 2 ®Çu cuén d©y pha gäi lµ ®iÖn ¸p pha ( UP ).®ã còng chÝnh lµ ®iÖn ¸p gi÷a mét d©y pha vµ d©y trung tinh. - §iÖn ¸p gi÷a 2 d©y pha gäi lµ ®iÖn ¸p d©y ( Ud ). 2. Quan heä giöõa caùc ñaïi löôïng daây - pha. a. Quan heä giöõa doøng ñieän daây Id vaø doøng ñieän pha Ip . Trong s¬ ®å ®Êu sao ta cã: - Dßng ®iÖn d©y b»ng dßng ®iÖn pha: Id = IP b. Quan heä giöõa ñieän aùp daây vaø ñieän aùp pha. - Ñieän aùp pha Up laø ñieän aùp giöõa ñieåm ñaàu vaø ñieåm cuoái cuûa moãi pha (hoaëc giöõa daây pha vaø daây trung tính). C IdC UP Ud IPA IPB 0 0’ A A ’ B B’ C’ IdA IdB Io ZA ZB ZC IPC Upn Upt Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 71 UpA = A - 0 = A =UA UpB = B - 0 = B =UB UpA = C - 0 = C =UC Ñieän aùp daây Ud laø ñieän aùp giöõa 2 daây pha: Ñeå veõ ñoà thò veùc tô ñieän aùp daây, tröôùc heát ta veõ ñoà thò veùc tô ñieän aùp pha UA, UB, UC , sau ñoù döïa vaøo coâng thöùc ta döïng ñoà thò veùc tô ñieän aùp daây nhö treân hình vÏ. Ta coù: – Veà trò soá, ñieän aùp daây Ud lôùn hôn ñieän aùp pha lµ 3 laàn. Thaät vaäy, xeùt tam giaùc OAB töø ñoà thò ta coù: Deã thaáy raèng, khi ñieän aùp pha ñoái xöùng, thì ñieän aùp daây ñoái xöùng. – Veà pha, caùc ñieän aùp daây UAB, UBC, UCA leäch pha nhau moät goùc 120 0 vaø vöôït tröôùc ñieän aùp pha töông öùng moät goùc 300. 3. M¹ch ba pha phô t¶i ®Êu sao cã d©y trung tÝnh, trë kh¸ng kh«ng ®¸ng kÓ Gi¶ sö t¶i 3 pha cã tæng trë lÇn l­ît lµ ZA, ZB, ZC ®Êu thµnh h×nh sao, ®Æt vµo nguån ®iÖn ¸p 3 pha ®Êu sao ®èi xøng. Trë kh¸ng c¸c d©y nèi nhá kh«ng ®¸ng kÓ. V× vËy c¸c ®iÓm A -A’; B - B’ ; C - C’; O - 0’ lµ ®¼ng thÕ. KÕt qu¶ lµ ®iÖn ¸p ë nguån vµ t¶i b»ng nhau: UA = U ’ A; UB = U ’ B; UC = U ’ C Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 72 Dßng ®iÖn c¸c pha lµ: IPA = 22 AA P A P xr U Z U   IPB = 22 BB P B P xr U Z U   IPC = 22 CC P C P xr U Z U   Gãc lÖch pha gi÷a dßng vµ ¸p: A A R X Atg  B B R X Btg  C C R X Atg  HoÆc A A A Z U I    ; B B B Z U I    ; C C C Z U I    ¸p dông ®Þnh luËt Kirchooff 1 cho ®iÓm trung tÝnh, ta cã: CBA IIII  0 NghÜa lµ: Dßng ®iÖn trong d©y trung tÝnh b»ng tæng ( sè phøc hoÆc trÞ sè tøc thêi) dßng ®iÖn 3 pha. NÕu dßng ®iÖn 3 pha lµ ®èi xøng th× tæng cña chóng b»ng kh«ng.(I0 = 0). Trong thùc tÕ, nãi chung dßng ®iÖn 3 pha lµ gÇn ®èi xøng nªn dßng ®iÖn trong d©y trung tÝnh rÊt bÐ. V× thÕ d©y trung tÝnh th­êng dïng lo¹i d©y cã tiÕt diÖn nhá h¬n so víi c¸c d©y pha. A B C 0 §Ìn cc T¶i 1 pha T¶i 3 pha § IA IB IC I0 Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 73 Do tæng trë cña d©y trung tÝnh nhá cã thÓ bá qua, hai ®iÓm 0 vµ 0, ®¼ng thÕ, nªn nÕu ®iÖn ¸p 3 pha cña nguån lµ ®èi xøng, th× ®iÖn ¸p ë t¶i còng ®èi xøng. KÓ c¶ khi t¶i 3 pha kh«ng ®èi xøng. Tuy nhiªn, nÕu t¶i 3 pha kh«ng ®èi xøng mµ d©y trung tÝnh bÞ ®øt, hai ®iÓm 0 vµ 0’ kh«ng ®¼ng thÕ, ®iÖn ¸p ba pha t¶i sÏ mÊt ®èi xøng. Phô t¶i m¾c vµo m¹ch ®iÖn cã thÓ chia lµm 2 lo¹i. Lo¹i thø nhÊt lµ lo¹i t¶i 1 pha nh­ ®Ìn sîi ®èt, dông cô ®èt nãng, ®éng c¬ 1 pha Lo¹i nµy kh«ng cÇn ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn 3 pha c©n b»ng. Tuy nhiªn, khi bè trÝ m¹ch ®iÖn, cÇn ph©n c¸c t¶i 1 pha ®Òu ra 3 pha, nh»m ®¶m b¶o dßng ®iÖn 3 pha t­¬ng ®èi c©n b»ng. Lo¹i t¶i 1 pha th­êng m¾c vµo ®iÖn ¸p pha ( mét d©y pha vµ d©y trung tÝnh ). §iÖn ¸p ®Þnh møc cña t¶i ph¶i b»ng ®iÖn ¸p pha cña m¹ng ®iÖn. Lo¹i thø hai lµ lo¹i t¶i 3 pha, nh­ ®éng c¬ 3 pha, lß ®iÖn 3 phaLo¹i nµy ph¶i ®¶m b¶o tæng trë 3 pha lµ ®èi xøng, dßng ®iÖn kh«ng cÇn dïng d©y trung tÝnh, chØ cÇn 3 d©y pha nèi víi 3 pha cña m¹ng. §iÖn ¸p d©y ®Þnh møc cña t¶i ph¶i b»ng ®iÖn ¸p d©y cña m¹ng. Bµi tËp vÝ dô 1: M¸y ph¸t ®iÖn 3 pha ®Êu sao cã d©y trung tÝnh, ®iÖn ¸p pha Up = 240 V, m¾c vµo t¶i lµ c¸c bãng ®Ìn. Cã trë kh¸ng c¸c pha lµ ZA = rA = 20 ; ZB = rB = 8 ; ZC = rC = 50. §iÖn trë d©y nèi bá qua. X¸c ®Þnh dßng ®iÖn trong c¸c d©y pha vµ d©y trung tÝnh. Gi¶i: LÊy vÐc t¬ AU  lµm gèc, tøc AU  = Up = 240 V. Tõ ®ã: VjjeUU j AB )208120()120sin120(cos240 001200   VjjeUU j AC )208120()120sin120(cos240 001200  Dßng ®iÖn ë mçi pha, còng lµ dßng ®iÖn d©y. AIA Z U I A A A A 12;12 20 240    . Aj j Z U I B B B )2615( 8 208120      VËy IB = 302615 22  A. Aj j Z U I C C C )16,44,2( 50 208120      VËy IC = 8,416,44,2 22  A. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 74 Dßng ®iÖn trong d©y trung tÝnh: AjjjjIIII CBA )6,214,5(16,44,22615120   AI 226,214,5 220   . 4. M¹ch 3 pha, t¶i ®Êu sao ®èi xøng. Phô t¶i 3 pha cã thµnh phÇn trë kh¸ng gièng nhau gäi lµ phô t¶i ®èi xøng: rA = rB = rC = r xA = xB = xC = x Suy ra ZA = ZB = ZC = Z NÕu 3 pha ®Êu sao ®Æt vµo hÖ ®iÖn ¸p 3 pha ®èi xøng, ta cã m¹ch 3 pha ®èi xøng ®Êu sao. Dßng ®iÖn 3 pha còng ®èi xøng: IPA = IPB = IPC = IP = Z UP = 22 xr U P  Gãc lÖch pha gi÷a dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ë c¸c pha còng b»ng nhau. A = B = C =  víi tg  = r x Khi taûi ñoái xöùng: VËy : trong m¹ch 3 pha ®Êu sao ®èi xøng , dßng ®iÖn trong d©y trung tÝnh b»ng kh«ng, v× thÕ ®èi víi m¹ch phô t¶i ®èi xøng, nh­ ®éng c¬ 3 pha, lß ®iÖn 3 phang­êi ta bá d©y trung tÝnh ®i, ta cã m¹ch 3 pha 3 d©y. §å thÞ vÐc t¬ dßng ®iÖn 3 pha ®èi xøng 0 IA IB IC IB 1200 600 Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 75 Khi m¹ch 3 pha lµ ®èi xøng, viÖc tÝnh to¸n m¹ch 3 pha sÏ tÝnh theo 1 pha, råi suy kÕt qu¶ cho 3 pha. Bµi tËp vÝ dô 2: §éng c¬ 3 pha, cuén d©y mçi pha ë tr¹ng th¸i lµm viÖc æn ®Þnh, cã ®iÖn trë 8 , vµ c¶m kh¸ng 6 , ®Êu thµnh h×nh sao, ®Æt vµo nguån ®iÖn ¸p 3 pha ®èi xøng, Ud = 380 V. X¸c ®Þnh dßng ®iÖn qua c¸c cuén d©y pha, ®iÖn ¸p ®Æt vµo c¸c cuén d©y, vµ hÖ sè c«ng suÊt mçi pha. §¸p sè: UP = 220 V, IP = 22 A, cos  = 0,8. Bµi 4.3. PHÖÔNG PHAÙP NOÁI HÌNH TAM GIAÙC. 1. §¹i c­¬ng vÒ c¸ch ®Êu tam gi¸c. Cuén d©y m¸y ph¸t ®iÖn còng nh­ phô t¶i 3 pha ®Òu cã thÓ nèi theo h×nh tam gi¸c. C¸ch ®Êu nh­ sau: §Êu cuèi cuén AX víi ®Çu cuén BY. §Êu cuèi cuén BY víi ®Çu cuén CZ §Êu cuèi cuén CZ víi ®Çu cuén AX. Tøc lµ ®Êu X víi B, ®Êu Y víi C, ®Êu Z víi A. Nh­ vËy 3 pha sÏ t¹o thµnh mét m¹ch vßng tam gi¸c kÝn, ba ®Ønh tam gi¸c nèi víi ba d©y dÉn, gäi lµ 3 d©y pha. C¸ch nèi tam gi¸c kh«ng cã d©y trung tÝnh. NÕu hÖ s ® ® ba pha cña m¸y ph¸t lµ hoµn toµn ®èi xøng vµ cã d¹ng ®óng h×nh sin th× tæng s ® ® trong m¹ch vßng tam gi¸c b»ng kh«ng. e = eA + eB + eC = 0 Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 76 Tõ ®å thÞ vÐc t¬ ta cã:   CBA EEE Tõ ®ã s ® ® trong m¹ch vßng kÝn:   OE 0  CBA EEE Do ®ã trong m¹ch vßng tam gi¸c kh«ng cã dßng ®iÖn kÝn m¹ch. Thùc ra, s®® ba pha kh«ng hoµn toµn ®èi xøng vµ biÕn thiªn kh«ng hoµn toµn ®óng theo quy luËt h×nh sin, nªn s ® ® trong m¹ch vßng Eo  0. Mµ trong m¹ch vßng tam gi¸c gåm 3 cuén d©y cã tæng trë rÊt nhá, do ®ã Eo sÏ t¹o thµnh dßng ®iÖn m¹ch vßng Iv kh¸ lín g©y tæn thÊt n¨ng l­îng vµ nguy hiÓm cho m¸y. V× vËy m¸y ph¸t ®iÖn 3 pha rÊt Ýt ®Êu theo h×nh tam gi¸c. Riªng cuén d©y thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p còng lµ nguån s®® vÉn cã thÓ ®Êu theo h×nh tam gi¸c nh»m môc ®Ých c¶i thiÖn d¹ng sãng s ® ® vµ ng¨n sãng sÐt x©m nhËp (t¸c dông chèng sÐt). §Êu nguån thµnh tam gi¸c ICA IAB Ud ZBC B’ C’ ZCA IBC IdC §Êu t¶i thµnh tam gi¸c A A A’ B C IdA IdB eA eB eC ZAB A’ o EA EC §å thÞ vÐc t¬ EB EA +EB 120o Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 77 2. Quan heä giöõa caùc ñaïi löôïng daây – pha. a. Quan heä giöõa ñieän aùp daây vaø ñieän aùp pha. Töø hình veõ ta thaáy khi noái tam giaùc thì ñieän aùp giöõa hai daây chính laø ñieän aùp pha: Ud = Up b. Quan heä giöõa doøng ñieän daây Id vaø doøng ñieän pha Ip . AÙp duïng ñònh luaät Kirchhoff 1 cho caùc nuùt, ta coù: Ñoà thò veùc tô caùc doøng ñieän daây IA, IB, IC vaø doøng ñieän pha IAB, IBC,ICA nh­ treân hình vÏ. Ta coù: – Veà trò soá, doøng ñieän daây lôùn gaáp 3 laàn doøng ñieän pha. Id = 3 Ip Thaät vaäy, xeùt tam giaùc OEF töø ñoà thò nh­ h×nh vÏ ta coù: Veà pha, caùc doøng ñieän daây IA, IB, IC leäch pha nhau moät goùc 120 o vaø chaäm pha sau doøng ñieän pha töông öùng moät goùc 30o . §Ó tÝnh m¹ch 3 pha ®Êu tam gi¸c ®èi xøng , ta còng t¸ch ra 1 pha ®Ó tÝnh råi suy kÕt qu¶ cho 3 pha. Bµi tËp vÝ dô 1: Ba cuén d©y gièng nhau, cã r = 8 , x = 6 , nèi tam gi¸c, ®Æt vµo nguån ®iÖn ¸p 3 pha ®èi xøng, cã Ud = 220 V. T×m dßng ®iÖn pha, dßng ®iÖn d©y, hÖ sè c«ng suÊt pha. §¸p sè: IP = 22 A, Id = 38 A, cos  = 0,8. Bµi tËp vÝ dô 2: Mét m¹ch ®iÖn 3 pha, nguån ®iÖn ®Êu tam gi¸c, t¶i ®Êu h×nh sao. Nguån vµ t¶i ®Òu ®èi xøng. BiÕt ®iÖn ¸p pha cña nguån Upn = 220 V. Dßng ®iÖn pha nguån Ipn= 20 A. a, VÏ s¬ ®å nèi d©y m¹ch ba pha, trªn s¬ ®å ghi râ c¸c ®¹i l­îng pha vµ d©y. b, H·y x¸c ®Þnh dßng ®iÖn pha vµ ®iÖn ¸p pha cña t¶i Ipt , Upt. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 78 Gi¶i: a, S¬ ®å nèi d©y m¹ch 3 pha b, V× nguån ®Êu tam gi¸c nªn: Ud = Upn =220 V. Id = 3 Ipn = 20 3 = 34,6 A. V× t¶i ®Êu h×nh sao nªn: Ud = 3 Upt suy ra Upt = 127 3 220  V. Ipt = Id = 34,6 A. * C¸ch nèi nguån vµ t¶i trong m¹ch 3 pha. Nguån ®iÖn vµ t¶i 3 pha ®Òu cã thÓ nèi h×nh sao hay tam gi¸c, song tuú thuéc vµo ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña thiÕt bÞ, cña m¹ng ®iÖn vµ c¸c yªu cÇu kü thuËt ta sÏ chän c¸ch nèi d©y phï hîp. - C¸ch nèi nguån ®iÖn: C¸c nguån ®iÖn dïng trong sinh ho¹t lÊy tõ d©y quÊn 3 pha stato m¸y ph¸t ®iÖn, hoÆc lÊy tõ d©y quÊn 3 pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p. C¸c d©y quÊn nµy th­êng nèi h×nh sao cã d©y trung tÝnh. Nèi nh­ vËy cã ­u ®iÓm lµ cã thÓ cung cÊp 2 ®iÖn ¸p kh¸c nhau: ®iÖn ¸p pha vµ ®iÖn ¸p d©y. Trªn thÕ giíi tån t¹i hai lo¹i m¹ng ®iÖn 380/220V (Ud = 380 V; Up = 220 V) vµ m¹ng ®iÖn 220/127V(Ud = 220 V; Up = 127 V). HiÖn t¹i ë n­íc ta sö dông m¹ng ®iÖn 380V/220V. - C¸ch nèi ®éng c¬ ®iÖn ba pha: Mçi ®éng c¬ ®iÖn 3 pha gåm cã 3 d©y quÊn pha. Khi thiÕt kÕ chÕ t¹o ng­êi ta ®· quy ®Þnh ®iÖn ¸p ®Þnh møc cho mçi d©y quÊn. §éng c¬ lµm viÖc ph¶i ®óng víi ®iÖn ¸p quy ®Þnh Êy. Ud Upt Upn Ipn Ipn Ipn Ipt Ipt Ipt A C B Z Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 79 ViÖc ®Êu t¶i thµnh h×nh sao hay h×nh tam gi¸c lµ tuú thuéc vµo ®iÖn ¸p cña m¹ng vµ ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña t¶i. Ch¼ng h¹n ë m¹ng ®iÖn 220V/127V (®iÖn ¸p d©y lµ 220V, ®iÖn ¸p pha lµ 127V), nÕu ®iÖn ¸p ®Þnh møc mçi pha cña t¶i lµ 127V th× ta dïng c¸ch ®Êu sao (®Ó ®iÖn ¸p pha ®Æt vµo t¶i b»ng ®iÖn ¸p pha cña nguån); Ng­îc l¹i, nÕu ®iÖn ¸p ®Þnh møc mçi pha cña t¶i lµ 220 V, th× ta ®Êu t¶i thµnh tam gi¸c( ®Ó ®iÖn ¸p pha ®Æt vµo t¶i b»ng ®iÖn ¸p d©y cña nguån). §éng ¬ 3 pha cã ghi 380/220V - Y/ cã nghÜa lµ nÕu m¹ng ®iÖn cã ®iÖn ¸p d©y lµ 380 V th× ®éng c¬ ®Êu h×nh sao, cßn nÕu m¹ng cã Ud = 220V th× ®éng c¬ ®Êu tam gi¸c. AX, BY, CZ ra ngoµi vá ®éng c¬ vµ nèi tíi 6 bu l«ng ë hép nèi d©y. ViÖc ®Êu d©y thµnh h×nh sao hay tam gi¸c thùc hiÖn b»ng c¸ch thay ®æi cÇu nèi d©y gi÷a c¸c bu l«ng. Bµi 4.4: c«ng suÊt m¹ch ba pha 1. C«ng suÊt m¹ch 3 pha chung. - HÖ thèng ®iÖn 3 pha lµ tîp hîp cña 3 m¹ch ®iÖn 1 pha, nªn c«ng suÊt chung cña hÖ thèng lµ tæng c«ng suÊt c¸c pha. Goïi PA, PB, PC töông öùng laø coâng suaát taùc duïng cuûa caùc pha A, B, C, ta coù coâng suaát taùc duïng cuûa maïch ba pha baèng toång caùc coâng suaát taùc duïng cuûa töøng pha: + C«ng suÊt t¸c dông 3 pha ( P ). P = PA + PB + PC ( W ) P = PA + PB + PC = UAIA cos A + UBIB cos B + UCIC cos C + C«ng suÊt ph¶n kh¸ng 3 pha ( Q ). Q = QA + QB + QC ( VA r ). Q = QA + QB + QC = UAIA sin A + UBIB sin B + UCIC sin C + C«ng suÊt biÓu kiÕn 3 pha ( S ). S = SA + SB + SC ( VA ) S = IAUA + IBUB + ICUC - §iÖn n¨ng t¸c dông 3 pha. Wr = P.t ( Wh ) - §iÖn n¨ng ph¶n kh¸ng 3 pha. Wx = Q.t ( Varh ). Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 80 2. C«ng suÊt m¹ch 3 pha ®èi xøng. Trong m¹ch 3 pha ®èi xøng, hiÖu dông dßng ®iÖn , ®iÖn ¸p, vµ gãc lÖch pha ë c¸c pha lµ nh­ nhau. IA = IB = IC = IP . UA = UB = UC = UP A = B = C =  . Do ®ã c«ng suÊt c¸c pha b»ng nhau. PA = PB = PC = PP = UP.IP.cos . QA = QB = QC = QP = UP.IP.sin  SA = SB = SC = SP = UP.IP C«ng suÊt 3 pha. P = 3PP = 3 UP.IP.cos . Q = 3QP = 3 UP.IP.sin  S = 3SP = 3 UP.IP ChuyÓn sang c¸c ®¹i l­îng d©y. Trong c¸ch nèi h×nh sao: Trong c¸ch nèi h×nh tam gi¸c: Ta coù coâng suaát taùc duïng trong maïch ba pha vieát theo ñaïi löôïng daây aùp duïng cho caû hai tröôøng hôïp noái hình sao vaø tam giaùc ñoái xöùng: P = 3 Ud.Id.cos . Q = 3 Ud.Id.sin  S = 3 Ud.Id Trong ñoù ϕ laø goùc leäch pha giöõa ñieän aùp pha vaø doøng ñieän pha töông öùng: Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 81 Bµi tËp vÝ dô: Ba cuén d©y gièng nhau, mçi cuén cã r = 10  , x = 10 , ®Êu h×nh sao, ®Æt vµo ®iÖn ¸p 3 pha c©n b»ng cã Ud = 380 V. TÝnh c«ng suÊt t¸c dông , vµ ®iÖn n¨ng t¸c dông trong 12 giê. Gi¶i: Tæng trë mçi pha: 2101010 2222  xrZ (). V× m¹ch ®Êu h×nh sao nªn: )(220 73,1 380 3 V U U dp  Dßng ®iÖn mçi pha: )(6,15 210 220 A Z U I PP  Dßng ®iÖn d©y: Id = IP = 15,6 (A) C«ng suÊt t¸c dông 3 pha: P = 3 UdId cos = 3 . 380 . 15,6 . 2 1 = 7230 (W). §iÖn n¨ng t¸c dông trong 12 giê: Wr = P.t = 7230.12 = 86760 Wh Bµi 4.5: GIAÛI MAÏCH ÑIEÄN BA PHA ÑOÁI XÖÙNG. Ñoái vôùi maïch ñieän ba pha ñoái xöùng, doøng ñieän vaø ñieän aùp caùc pha coù trò soá baèng nhau vaø leäch pha nhau moät goùc 1200. Khi giaûi maïch ba pha ®èi xøng ta chæ caàn tính cho moät pha, sau ñoù suy ra caùc pha coøn laïi. Khi noái vaøo nguoàn coù ñieän aùp lµ Ud, boû qua toång trôû cuûa ñöôøng daây, neáu bieát toång trôû cña taûi, caùc böôùc tính toaùn seõ thöïc hieän nhö sau: –Böôùc 1. Xaùc ñònh caùch noái phuï taûi : hình sao hay tam giaùc? –Böôùc 2. Xaùc ñònh ñieän aùp pha cuûa taûi: Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 82 + Neáu noái hình sao: – Böôùc 3. Xaùc ñònh toång trôû pha vaø heä soá coâng suaát cuûa taûi. Trong ®ã RP , XP t­¬ng øng lµ ®iÖn trë pha, ®iÖn kh¸ng pha cña mçi pha t¶i. – Böôùc 4. Tính doøng ñieän Ip cuûa phuï taûi. + Neáu taûi noái sao: Id = Ip + Neáu taûi noái tam giaùc: Id = 3 Ip – Böôùc 5. Tính coâng suaát tieâu thuï treân phuï taûiï. Bµi t©p vÝ dô 1. Moät taûi 3 pha coù ñieän trôû pha Rp = 20Ω, ñieän khaùng pha Xp = 15Ω, noái hình tam giaùc vaø ñaáu vaøo löôùi ñieän 3 pha coù ñieän aùp daây Ud = 220V. Tính doøng ñieän pha Ip , doøng ñieän daây Id , coâng suaát taûi tieâu thuï vaø veõ ñoà thò veùc tô ñieän aùp daây vaø doøng ñieän pha phuï taûi. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 83 Baøi giaûi: Theo sô ñoà ñaáu daây taûi noái tam giaùc, do ñoù ñieän aùp pha cuûa taûi laø: Ud = Up = 220 V Doøng ñieän chaäm pha hôn ñieän aùp moät goùc laø  = 36,870 . Ñoà thò veùctô doøng ñieän vaø ñieän aùp pha (veõ treân hình b). Bµi tËp ví duï 2 : Moät taûi 3 pha laø 3 cuoän daây ñöôïc ñaáu vaøo löôùi ñieän 3 pha coù ñieän aùp daây laø 380 V. Cuoän daây coù ñieän trôû R = 2Ω, ñieän khaùng X = 8Ω vaø ñöôïc thieát keá laøm vieäc ôû ñieän aùp ñònh möùc laø 220V. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 84 1. Xaùc ñònh caùch noái caùc cuoän daây thaønh taûi 3 pha. 2. Tính coâng suaát P, Q vaø cosϕ cuûa taûi. Baøi giaûi. a. Caùc cuoän daây phaûi noái hình sao, vì khi ñaáu vaøo löôùi ñieän 3 pha thì ñieän aùp pha ñaët leân moãi cuoän daây baèng ñieän aùp ñònh möùc: Neáu taûi noái tam giaùc, ñieän aùp pha ñaët leân cuoän daây (hình b)ø: Up = Ud = 380 V Giaù trò ñieän aùp 380 V lôùn hôn ñieän aùp ñònh möùc cuûa cuoän daây, neân cuoän daây seõ bò hoûng. b. Toång trôû pha cuûa taûi laø: Heä soá coâng suaát: Doøng ñieän pha Ip cuûa taûi: Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 85 Doøng ñieän daây: Coâng suaát taùc duïng cuûa taûi: Coâng suaát phaûn khaùng cuûa taûi: Coâng suaát bieåu kieán: Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 86 Ch­¬ng V : m¸y biÕn ¸p Bµi 5.1 kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i m¸y biÕn ¸p §Ó biÕn ®æi ®iÖn ¸p cña l­íi ®iÖn xoay chiÒu tõ ®iÖn ¸p cao xuèng ®iÖn ¸p thÊp, hoÆc ng­îc l¹i tõ ®iÖn ¸p thÊp lªn ®iÖn ¸p cao, ta dïng m¸y biÕn ¸p. Ngµy nay do viÖc sö dung ®iÖn n¨ng ph¸t triÓn rÊt réng r·i, nªn cã nhiÒu lo¹i m¸y biÕn ¸p kh¸c nhau : m¸y biÕn ¸p mét pha, ba pha,hai d©y quÊn, ba d©y quÊn... nh­ng chóng dùa vµo cïng mét nguyªn lý, ®ã lµ nguyªn lý c¶m øng ®iÖn tõ. 1- §Þnh nghÜa M¸y biÕn ¸p lµ mét thiÕt bÞ ®iÖn tõ tÜnh, lµm viÖc theo nguyªn lý c¶m øng ®iÖn tõ, dïng ®Ó biÕn ®æi ®iÖn ¸p cña l­íi ®iÖn xoay chiÒu nh­ng vÉn gi÷ nguyªn tÇn sè. HÖ thèng ®iÖn ®Çu vµo cña m¸y biÕn ¸p ( tr­íc lóc biÕn ®æi ) cã : ®iÖn ¸p U1, dßng ®iÖn I1, tÇn sè f. hÖ thèng ®iÖn ®Çu ra cña m¸y biÕn ¸p cã : ®iÖn ¸p U2, dßng ®iÖn I2 vµ tÇn sè f. §Çu vµo cña m¸y biÕn ¸p nèi víi nguån ®iÖn ®­îc gäi lµ s¬ cÊp. ®Çu ra nèi víi t¶i gäi lµ thø cÊp. C¸c ®¹i l­îng, c¸c th«ng sè s¬ cÊp trong ký hiÖu cã ghi chØ sè 1 : Sè vßng d©y s¬ cÊp W1, ®iÖn ¸p s¬ cÊp U1, dßng ®iÖn s¬ cÊp I1, c«ng suÊt s¬ cÊp P1. C¸c ®¹i l­îng vµ c¸c th«ng sè thø cÊp cã ghi chØ sè 2 : Sè vßng d©y thø cÊp W2, ®iÖn ¸p thø cÊp U2, dßng ®iÖn thø cÊp I2, c«ng suÊt thø cÊp P2. NÕu ®iÖn ¸p thø cÊp lín h¬n ®iÖn ¸p s¬ cÊp lµ m¸y biÕn ¸p t©ng ¸p. NÕu ®iÖn ¸p thø cÊp nhá h¬n ®iÖn ¸p s¬ cÊp lµ m¸y biÕn ¸p gi¶m ¸p. 2- C«ng dông cña m¸y biÕn ¸p M¸y biÕn ¸p cã vai trß quan träng trong hÖ thèng ®iÖn. Nã lµ mét kh©u quan träng ding ®Ó truyÒn t¶i vµ ph©n phèi ®iÖn n¨ng. c¸c nhµ m¸y ®iÖn c«ng suÊt lín th­êng ë xa c¸c trung t©m tiªu thô ®iÖn ( khu c«ng nghiÖp , ®« thÞ ) v× thÕ cÇn ph¶i x©y dung c¸c ®­êng d©y truyÒn t¶I ®iÖn n¨ng. §iÖn ¸p m¸y ph¸t th­êng lµ 6,3; 10,5; 15,75; 38,5 kV. ®Ó n©ng cao kh¶ n¨ng truyÒn t¶i vµ gi¶m tæn hao c«ng suÊt trªn ®­êng d©y, ph¶i gi¶m dßng ®iÖn ch¹y trªn ®­êng d©y, b»ng c¸ch n©ng cao ®iÖn ¸p truyÒn t¶i. V× vËy ë ®Çu ®­êng d©y cÇn ph¶i ®Æt m¸y biÕn ¸p t¨ng ¸p. MÆt kh¸c ®iÖn ¸p cña t¶I th­êng kho¶ng 127V ®Õn 500V; ®éng c¬ c«ng suÊt lín th­êng 3 hoÆc 6 kV, v× vËy ë cuèi ®­êng d©y cÇn ®Æt thªm m¸y biÕn ¸p gi¶m ¸p ( h×nh 2- 1 ). Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 87 H×nh 2- 1. S¬ ®å truyÒn t¶i ®iÖn n¨ng Ngoµi ra m¸y biÕn ¸p cßn ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ lß nung ( m¸y biÕn ¸p lß ), trong hµn ®iÖn ( m¸y biÕn ¸p hµn ) , lµm nguån cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn, ®iÖn tö cÇn nhiÒu cÊp ®iÖn ¸p kh¸c nhau, trong lÜnh vùc ®o l­êng ( m¸y biÕn ®iÖn ¸p, m¸y biÕn dßng ®iÖn ) . 3. CÊu t¹o cña m¸y biÕn ¸p M¸y biÕn ¸p cã hai bé phËn chÝnh : Lâi thÐp vµ d©y quÊn. a, Lâi thÐp m¸y biÕn ¸p Lâi thÐp m¸y biÕn ¸p dïng ®Ó dÉn tõ th«ng chÝnh cña m¸y, ®­îc chÕ t¹o tõ nh÷ng vËt liÖu dÉn tõ tèt, th­êng lµ thÐp kü thuËt ®iÖn. Lâi thÐp gåm hai bé phËn : - Trô lµ n¬i ®Ó ®Æt d©y quÊn - G«ng lµ phÇn khÐp kÝn m¹ch tõ gi÷a c¸c trô. Trô vµ g«ng t¹o thµnh m¹ch tõ khÐp kÝn b- D©y quÊn m¸y biÕn ¸p Daây quaán maùy bieán aùp thöôøng ñöôïc cheá taïo töø daây ñoàng hoaëc nhoâm, coù tieát dieän troøn hoaëc chöõ nhaät, beân ngoaøi daây coù boïc lôùp caùch ñieän. Daây quaán ñöôïc quaán thaønh nhieàu voøng vaø loàng vaøo truï loõi theùp. Giöõa caùc voøng daây quaán coù caùch ñieän vôùi nhau vaø caùch ñieän vôùi loõi theùp. Maùy bieán aùp moät pha coù hai cuoän daây: moät cuoän daây noái vôùi nguoàn xoay chieàu goïi laø cuoän sô caáp , coøn cuoän daây noái vôùi taûi goïi laø cuoän thöù caáp. Loõi theùp ñoùng vai troø maïch töø ñöôïc gheùp baèng caùc laù theùp kyõ thuaät daøy 0,35 - 0,5mm. Caùc laù theùp ñöôïc sôn caùch ñieän ñeå choáng hieäu öùng Fucoâ. Loõi theùp coù tieát dieän daïng vuoâng hoaëc chöõ thaäp. Caùc MBA coâng suaát lôùn tieát dieän truï ñöôïc laøm thaønh nhieàu baäc ñeå daïng tieát dieän gaàn troøn (Hình 2-2). Hình 2- 2. Hình daïng tieát dieän loõi theùp MBA Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 88 Theo hình daïng cuûa maïch töø, MBA ñöôïc chia laøm kieåu boïc vaø kieåu truï. Trong kieåu truï, maïch töø khoâng phaân nhaùnh coù daïng chöõ O. Caùc cuoän daây cuûa MBA quaán thaønh hình truï. Ñeå taïo lieân heä töø toát vaø giaûm toån hao töø taûn cuoän sô caáp vaø thöù caáp ñöôïc ñaët loàng vaøo nhau, cuoän daây ñieän aùp thaáp ñaët beân trong vaø cuoän daây ñieän aùp cao ñaët ngoaøi. Thöôøng moãi cuoän daây ñöôïc chia laøm hai phaàn quaán treân hai truï cuûa maïch töø (hình 2-3), treân moãi truï coù moät phaàn cuûa cuoän sô vaø moät phaàn cuûa cuoän thöù. Hai phaàn cuûa moãi cuoän daây ñöôïc noái vôùi nhau sao cho töø thoâng do chuùng sinh ra cuøng chieàu. Hình 2-3. Maùy bieán aùp kieåu truï Loaïi MBA kieåu boïc, hai cuoän daây sô caáp vaø thöù caáp ñöôïc cuoán treân cuøng moät truï, hai cuoän ñöôïc caùch ñieän vôùi nhau (Hình 2-4). Hình 2- 4. MBA kieåu boïc Caùc MBA coâng suaát lôùn thöôøng phaûi laøm maùt baèng daàu, toaøn boä loõi theùp vaø caùc cuoän daây ñöôïc ngaâm trong thuøng daàu, caùc ñaàu daây ñöôïc ñöa ra ngoaøi qua söù xuyeân baét chaët treân naép thuøng (hình 2-5). Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 89 Hình 2-5. Maùy bieán aùp ñieän löïc 1- Caùc cuoän daây, 2- Goâng maïch töø 3- Ñaàu söù cao aùp, 4- Ñaàu söù haï aùp 5- Thuøng daàu, 6- OÁng daàu ñoái löu toûa nhieät 4. C¸c ®¹i l­îng ®Þnh møc C¸c ®¹i l­îng ®Þnh møc cña m¸y biÕn ¸p do nhµ m¸y chÕ t¹o quy ®Þnh ®Ó cho m¸y cã kh¶ n¨ng lµm viÖc l©u dµi vµ tèt nhÊt. C¸c ®¹i l­îng ®Þnh møc ®­îc ký hiÖu thªm chØ sè ®m. Ba ®¹i l­îng ®Þnh møc c¬ b¶n lµ : ®iÖn ¸p ®Þnh møc, dßng ®iÖn ®Þnh møc, c«ng suÊt ®Þnh møc. - §iÖn ¸p ®Þnh møc §iÖn ¸p s¬ cÊp ®Þnh møc ký hiÖu U 1®m, lµ ®iÖn ¸p quy ®Þnh cho d©y quÊn s¬ cÊp . §iÖn ¸p thø cÊp ®Þnh møc ký hiÖu U 2®m, lµ ®iÖn ¸p gi÷a hai cùc cña d©y quÊn thø cÊp, khi d©y quÊn thø cÊp hë m¹ch vµ ®iÖn ¸p ®Æt vµo d©y quÊn s¬ cÊp lµ ®Þnh møc. Ng­êi ta quy ­íc, víi m¸y biÕn ¸p mét pha ®iÖn ¸p ®Þnh møc lµ ®iÖn ¸p pha, víi m¸y biÕn ¸p ba pha lµ ®iÖn ¸p d©y. ®¬n vÞ ®iÖn ¸p ghi trªn m¸y th­êng lµ V hoÆc kV. C¨n cø vµo ®iÖn ¸p s¬ cÊp U 1®m vµ ®iÖn ¸p thø cÊp U 2®m ng­êi ta tÝnh chän sè vßng c¸c cuén d©y W1 vµ W2 b¶o ®¶m sö dông m¹ch tõ hîp lý . §ång thêi ®iÖn ¸p ®Þnh møc quyÕt ®Þnh viÖc bè trÝ c¸c cuén d©y, c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c cuén, c¸c líp , c¸c vßng vµ lùa chän vËt liÖu c¸ch ®iÖn ®Ó ®¶m b¶o chÞu ®­îc ®é bÒn c¸ch ®iÖn ®èi víi ®iÖn ¸p ®· chän. - Dßng ®iÖn ®Þnh møc Dßng ®iÖn ®Þnh møc lµ dßng ®iÖn ®· quy ®Þnh cho mçi d©y quÊn cña m¸y biÕn ¸p øng víi c«ng suÊt ®Þnh møc vµ ®iÖn ¸p ®Þnh møc. §èi víi m¸y biÕn ¸p Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 90 mét pha, dßng ®iÖn ®Þnh møc lµ dßng ®iÖn pha. §èi víi m¸y biÕn ¸p ba pha , dßng ®iÖn ®Þnh møc lµ dßng ®iÖn d©y. ®¬n vÞ cña dßng ®iÖn ghi trªn m¸y th­êng lµ A. Dßng ®iÖn s¬ cÊp ®Þnh møc ký hiÖu I 1®m, dßng ®iÖn thø cÊp ®Þnh møc ký hiÖu I 2®m. C¨n cø vµo dßng ®iÖn ®Þnh møc , ng­êi ta tÝnh chän tiÕt diÖn d©y quÊn cuén s¬ cÊp vµ cuén thø cÊp, x¸c ®Þnh tæn hao ®iÖn n¨ngë ®iÖn trë cña cuén d©y, ®¶m b¶o ®é t¨ng nhiÖt khi m¸y lµm viÖc kh«ng v­ît qu¸ giíi h¹n quy ®Þnh ®èi víi c¸ch ®iÖn. - C«ng suÊt ®Þnh møc C«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y biÕn ¸p lµ c«ng suÊt biÓu kiÕn ®Þnh møc. C«ng suÊt ®Þnh møc ký hiÖu lµ S®m, ®¬n vÞ lµ VA, kVA. §èi víi m¸y biÕn ¸p mét pha c«ng suÊt ®Þnh møc lµ : S®m = U 2®m. I 2®m = U 1®m. I 1®m §èi víi m¸y biÕn ¸p ba pha c«ng suÊt ®Þnh møc lµ : S®m = .3 U 2®m. I 2®m = .3 U 1®m. I 1®m Ngoµi ra trªn biÓn m¸y cßn ghi tÇn sè ®Þnh møc f®m, sè pha, s¬ ®å nèi d©y, ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch, chÕ ®é lµm viÖc. Bµi 5.2. M¸y biÕn ¸p mét pha 1. Nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y biÕn ¸p Trªn h×nh vÏ s¬ ®å nguyªn lý cña m¸y biÕn ¸p mét pha cã hai d©y quÊn W1 vµ W2. Khi ta nèi d©y quÊn s¬ cÊp W1 vµo nguån ®iÖn xoay chiÒu ®iÖn ¸p U1, sÏ cã dßng ®iÖn s¬ cÊp I1 ch¹y trong d©y quÊn s¬ cÊp W1. Dßng ®iÖn I1 sinh ra tõ th«ng biÕn thiªn ch¹y trong lâi thÐp, tõ th«ng nµy mãc vßng ( xuyªn qua ) ®ång thêi c¶ hai d©y quÊn s¬ cÊp W1 vµ thø cÊp W2, ®­îc gäi lµ tõ th«ng chÝnh. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 91 H×nh 2- 6. S¬ ®å nguyªn lý m¸y biÕn ¸p Theo ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ, sù biÕn thiªn cña tõ th«ng lµm c¶m øng trong d©y quÊn s¬ cÊp mét søc ®iÖn ®éng lµ: tW dt d We m   cos... 111  Vµ c¶m øng vµo d©y quÊn thø cÊp søc ®iÖn ®éng lµ: tW dt d We m   cos... 222  Trong ®ã W1, W2 lµ sè vßng cña d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp. Khi m¸y biÕn ¸p kh«ng t¶I, d©y quÊn thø cÊp hë m¹ch, dßng ®iÖn thø cÊp I2 = 0, tõ th«ng chÝnh trong lãi thÐp chØ dodßng s¬ cÊp I1 kh«ng t¶i sinh ra, cã gi¸ trÞ b»ng dßng tõ ho¸ I0. Khi m¸y biÕn ¸p cã t¶i, d©y quÊn thø cÊp nèi víi t¶i cã tæng trë lµ Zt, d­íi t¸c ®éng cña søc ®iÖn ®éng e2, cã dßng ®iÖn thø cÊp I2 cung cÊp cho t¶i. khi Êy tõ th«ng chÝnh do ®ång thêi c¶ hai dßng ®iÖn s¬ cÊp I1 vµ thø cÊp I2 sinh ra. §iÖn ¸p U1 biÕn thiªn theo quy luËt h×nh sin nªn tõ th«ng còng biÕn thiªn theo quy luËt h×nh sin ta cã : tm  sin ;  = 2f trong ®ã f lµ tÇn sè ®iÖn ¸p nguån. Dïng biÓu thøc t­¬ng quan gi÷a c¸c hµm sè l­îng gi¸c : Sin ( t - /2 ) = - cos t vµ ®Æt: .W1.m = E1m; .W2m = E2m ta cã: e1 = E1msin ( t - /2 ) e2 = E2msin ( t - /2 ) Nh­ vËy søc ®iÖn ®éng trong c¸c cuén d©y chËm pha sau tõ th«ng mét gãc /2 ra®ian hay 900. TrÞ sè hiÖu dông cña søc ®iÖn ®éng : m mmm fw fwwE E   1 111 1 44,4 2 2 22  m mmm fw fwwE E   2 222 2 44,4 2 2 22  Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 92 Nh×n vµo c¸c biÓu thøc trªn ta thÊy : søc ®iÖn ®éng s¬ cÊp vµ thø cÊp cïng tÇn sè, nh­ng trÞ sè hiÖu dông kh¸c nhau. NÕu chia E1 choE2 ta cã : 2 1 2 1 w w E E k  HÖ sè k ®­îc gäi lµ hÖ sè biÕn ¸p. NÕu bá qua ®iÖn trë d©y quÊn vµ tõ th«ng t¶n ra ngoµi kh«ng khÝ, cã thÓ coi gÇn ®óng 2211 , EUEU  ta cã: k w w E E U U  2 1 2 1 2 1 NghÜa lµ tû sè ®iÖn ¸p s¬ cÊp vµ thø cÊp ®óng b»ng tû sè vßng d©y. §èi víi m¸y biÕn ¸p t¨ng ¸p ta cã : U2  U1; W2  W1 §èi víi m¸y biÕn ¸p gi¶m ¸p ta cã : U2  U1; W2  W1 . Nh­ vËy d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp kh«ng trùc tiÕp liªn hÖ vÒ ®iÖn nh­ng nhê cã tõ th«ng ch×nh, n¨ng l­îng ®· ®­îc chuyÓn tõ d©y quÊn s¬ cÊp sang thø cÊp. NÕu bá qua tæn hao trong m¸y biÕn ¸p, cã thÓ coi gÇn ®óng, quan hÖ gi÷a c¸c ®¹i l­îng s¬ cÊp vµ thø cÊp nh­ sau : 1122 .. IUIU  HoÆc k I I U U  1 2 2 1 Bµi 5.3. m¸y biÕn ¸p ba pha §Ó biÕn ®æi ®iÖn ¸p cña hÖ thèng dßng ®iÖn ba pha, ta cã thÓ dïng 3 m¸y biÕn ¸p mét pha ( h×nh 2-18a ) hoÆc dïng m¸y biÕn ¸p ba pha ( h×nh 2- 18b ). VÒ cÊu t¹o , lâi thÐp cña m¸y biÕn ¸p ba pha gåm 3 trô nh­ h×nh 2- 19. D©y quÊn s¬ cÊp ký hiÖu b»ng c¸c ch÷ in hoa : Pha A ký hiÖu AX, pha B ký hiÖu BY, pha C lµ CZ. D©y quÊn thø cÊp ký hiÖu b»ng ch÷ th­êng : pha a lµ ax, pha b lµ by, pha c lµ cz. D©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp cã thÓ nèi theo h×nh sao hoÆc h×nh tam gi¸c. NÕu s¬ cÊp nèi h×nh sao, thø cÊp nèi h×nh sao cã d©y trung tÝnh ta cã ký hiÖu lµ /0 . Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 93 H×nh . M¸y biÕn ¸p ba pha H×nh . lâi thÐp m¸y biÕn ¸p ba pha Gäi sè vßng d©y mét pha phÝa s¬ cÊp lµ w1, sè vßng d©y mét pha phÝa thø cÊp lµ w2, tû sè ®iÖn ¸p pha gi÷a s¬ cÊp vµ thø cÊp sÏ lµ : 2 1 2 1 w w U U p p  Tû sè ®iÖn ¸p d©y kh«ng nh÷ng chØ phô thuéc vµo tû sè vßng d©y mµ cßn phô thuéc vµo c¸ch nèi h×nh sao hay tam gi¸c. Khi nèi / ( h×nh 2- 20c ), s¬ cÊp nèi tam gi¸c Ud1 = Up1 cßn thø cÊp nèi h×nh sao 22 3 pd UU  . VËy tû sè ®iÖn ¸p d©y lµ : Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 94 2 1 2 1 2 1 33 w w U U U U p p d d  Khi nèi / ( h×nh 2-20b ) , s¬ cÊp Ud1 = Up1 vµ thø cÊp Ud2 = Up2 cho nªn: 2 1 2 1 2 1 w w U U U U p p d d  Khi nèi / ( h×nh 2- 20a ): 2 1 2 1 2 1 3 3 w w U U U U p p d d  H×nh 2- 20. S¬ ®å ®Êu d©y m¸y biÕn ¸p Khi nèi / ( h×nh 2-20a ), s¬ cÊp 11 3 pd UU  vµ thø cÊp Ud2 = Up2 cho nªn : 2 1 2 1 2 1 33 w w U U U U p p d d  Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 95 ë trªn míi chó ý tíi tû sè ®iÖn ¸p d©y, trong thùc tÕ khi cã nhiÒu m¸y biÕn ¸p lµm viÖc song song víi nhau, ta ph¶i chó ý tíi gãc lÑch pha gi÷a ®iÖn ¸p d©y s¬ cÊp vµ ®iÖn ¸p d©y thø cÊp . V× thÕ khi ký hiÖu tæ ®Êu d©y cña m¸y biÕn ¸p, ngoµi ký hiÖu c¸ch ®Êu c¸c d©y quÊn ( h×nh sao hoÆc h×nh tam gi¸c ) cßn ghi thªm ch÷ sè chØ gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp. VÝ dô /-12 ( h×nh 2- 20a )gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp lµ 12 x 300 = 3600. / ( h×nh 2-21b ) th× gãc lÖch pha lµ 11 x 300 = 3300. Khi vÏ ®å thÞ vÐc t¬ ®Ó x¸c ®Þnh gãc lÖch pha, cÇn chó ý pha cña ®iÖn ¸p pha c¸c d©y quÊn trªn cïng mét trô. Phô thuéc vµo chiÒu quÊn d©y, vµ ký hiÖu ®Çu d©y, chóng cã thÓ trïng pha nhau ( h×nh 2 – 22a ) hoÆc ng­îc pha ( h×nh 2- 22b ). C¨n cø vµo c¸ch ®Êu d©y ( sao hoÆc tam gi¸c ), vÐ ®iÖn ¸p d©y s¬ cÊp UAB vµ thø cÊp Uab. Tõ ®ã x¸c ®Þnh gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p d©y s¬ cÊp UAB vµ thø cÊp Uab. Trªn h×nh 2- 21 gãc lÖch pha lµ 330 0, tæ ®Êu d©y lµ 11 30 330 0 0  , vËy m¸y ( h×nh 2- 21b ) ký hiÖu lµ /-11. H×nh 2- 21. H×nh 2- 22. §èi víi m¸y biÕn ¸p ba pha ®èi xøng khi nghiªn cøu chØ cÇn viÕt ph­¬ng tr×nh s¬ ®å thay thÕ, ®å thÞ vÐc t¬ cho mét pha ë trªn. V× thÕ khi tÝnh c¸c th«ng sè thay thÕ cho s¬ ®å thay thÕ cÇn tÝnh th«ng sè pha ( dßng ®iÖn pha, ®iÖn ¸p pha, tæng trë pha, c«ng suÊt mét pha ). VÝ dô : tÝnh ®iÖn trë Rn trong s¬ ®å thay thÕ: 2 1 ' 21 p np n I P RRR  Trong ®ã: Pnp lµ tæn hao ng¾n m¹ch mét pha. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 96 Pn lµ tæn hao ng¾n m¹ch ba pha. 3 n np P P  I1p = I 1®m ( nÕu nèi  ) HoÆc 3 1 1 dm p I I  ( nÕu nèi  ). Bµi 5.4. CAÙC MAÙY BIEÁN AÙP ÑAËC BIEÄT 1. Maùy bieán aùp töï ngaãu. Maùy bieán aùp töï ngaãu hay coøn goïi laø maùy töï bieán aùp laø MBA coù coâng suaát nhoû thöôøng ñöôïc duøng trong caùc phoøng thí nghieäm ñeå laøm nguoàn coù khaû naêng ñieàu chænh möùc ñieän aùp loái ra lieân tuïc theo yeâu caàu. Maùy töï bieán aùp 3 pha thöôøng ñöôïc duøng khi môû maùy caùc ñoäng cô ñieän xoay chieàu 3 pha. Khaùc vôùi MBA thoâng thöôøng, caáu taïo cuûa maùy töï bieán aùp coù moät phaàn chung giöõa 2 cuoän sô caáp vaø thöù caáp, nhôø vaäy giöõa 2 cuoän daây quaán khoâng chæ coù lieân heä veà töø maø caû lieân heä veà ñieän. Treân hình (2-24 ) laø sô ñoà ñieän cuûa moät MBA töï ngaãu, trong ñoù cuoän daây sô caáp AX coù W1 voøng daây noái vôùi ñieän aùp U1. Cuoän thöù caáp ax coù soá voøng W2 ñöôïc laáy töø moät phaàn cuûa cuoän sô caáp ñeå laáy ra ñieän aùp U2. Ta cã : Hay : Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 97 Khi thay ñoåi vò trí tieáp ñieåm tröôït a ta seõ thay ñoåi ñöôïc soá voøng daây W2 vaø do ñoù thay ñoåi ñöôïc ñieän aùp laáy ra U2. Do ñoù MBA töï ngaãu ñöôïc duøng ñeå ñieàu chænh lieân tuïc möùc ñieän aùp loái ra. Ñaëc ñieåm cô baûn cuûa MBA töï ngaãu laø söï truyeàn taûi naêng löôïng töø sô caáp qua thöù caáp thöïc hieän qua 2 con ñöôøng: ñieän vaø töø. - Lieân heä veà töø qua maïch töø chung. - Lieân heä tröïc tieáp veà ñieän giöõa daây quaán sô caáp vaø thöù caáp. Do MBA töï ngaãu chæ coù moät cuoän daây neân tieát kieäm ñöôïc vaät lieäu vaø giaûm toái ña toån hao. So vôùi moät MBA thoâng thöôøng coù cuøng coâng suaát, tính toaùn lyù thuyeát cho thaáy raèng loõi theùp cuûa MBA töï ngaãu nhoû hôn (1-1/k) laàn. Hoaëc neáu 2 MBA cuøng tieát dieän loõi theùp thì MBA töï ngaãu cho pheùp taêng coâng suaát leân 10÷20%. Nhöôïc ñieåm cô baûn cuûa MBA töï ngaãu laø khoâng an toaøn veà ñieän, do 2 cuoän daây sô caáp vaø thöù caáp chung nhau. Do vaäy caàn chuù yù ñaëc bieät khi söû duïng. 2. Maùy bieán aùp haøn Khi doøng ñieän phoùng qua chaát khí bò ion hoùa seõ phaùt sinh hoà quang. Ñaëc ñieåm cuûa hoà quang laø phaùt nhieät raát cao treân 30000C. Ngöôøi ta lôïi duïng tính chaát naøy ñeå haøn kim loaïi. Maùy bieán aùp chuyeân duøng ñeå ñeå taïo hoà quang ñieän khi haøn ñöôïc goïi laø MBA haøn. Sô ñoà nguyeân lyù caáu taïocuûa MBA haøn treân hình 2-25a. Muoán haøn phaûi noái vaät haøn vaøo moät ñaàu cuoän thöù caáp cuûa MBA, ñaàu kia cuûa cuoän thöù caáp noái vôùi que haøn. Baét ñaàu haøn phaûi chaám que haøn vaøo vaät haøn ñeå laøm ngaén maïch MBA. Doøng ñieän ngaén maïch chaïy qua ñieåm tieáp xuùc coù ñieän trôû lôùn seõ phaùt nhieät raát maïch. Sau ñoù nhaác que haøn ra moät khoaûng caùch ngaén, vuøng khoâng khí ôû ñieåm tieáp xuùc do coù nhieät ñoä cao bò ion hoùa seõ cho doøng ñieän phoùng qua taïo thaønh hoà quang giöõa que haøn vaø vaät haøn. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 98 Maùy bieán aùp haøn coù caùc ñaëc ñieåm sau ñaây: 1. Doøng thöù caáp phaûi lôùn ñeå cung caáp ñuû nhieät löôïng cho hoà quang khi haøn. Ñieän aùp thöù caáp phaûi thaáp ñeå ñaûm baûo an toaøn (thöôøng khoaûng 60÷70V). Do vaäy cuoän thöù caáp thöôøng raát ít voøng vôùi tieát dieän daây lôùn. 2. Phaûi cho pheùp taïo doøng ñieän ngaén maïch khoâng lôùn laém trong thôøi gian ngaén luùc moài hoà quang. Do vaäy ñaëc tính ngoaøi cuûa MBA phaûi doác ñeå haïn cheá doøng ngaén maïch (hình 2- 25, b). Muoán coù ñaëc tuyeán naøy MBA haøn ñöôïc cheá taïo coù töø thoâng taûn lôùn, hoaëc theâm cuoän ñieän khaùng ôû ngoaøi (hình 2-25, a). Khi haøn muoán ñieàu chænh doøng ñieän haøn nguôøi ta ñieàu chænh loõi theùp cuûa cuoän ñieän khaùng. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 99 Ch­¬ng 6 Động cơ điện Bµi 6.1 m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé Maùy ñieän khoâng ñoàng boä laø maùy ñieän xoay chieàu laøm vieäc theo nguyeân lyù caûm öùng ñieän töø coù toác ñoä quay cuûa rotor n khaùc vôùi toác ñoä quay cuûa töø tröôøng n1. Trong saûn xuaát, maùy ñieän khoâng ñoàng boä chuû yeáu ñöôïc duøng laøm ñoäng cô ñeå bieán ñoåi naêng löôïng doøng ñieän xoay chieàu thaønh cô naêng. Hieän nay ña soá caùc ñoäng cô ñieän duøng trong coâng nghieäp, noâng nghieäp, laâm nghieäp, ñeàu laø ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä vì noù coù caáu taïo ñôn giaûn, deã vaän haønh, giaù thaønh reû. Maùy ñieän khoâng ñoàng boä cuõng coù tính thuaän nghòch, töùc laø coù theå laøm vieäc ôû 2 cheá ñoä: ñoäng cô vaø maùy phaùt, nhöng chuû yeáu duøng ôû cheá ñoä ñoäng cô vì ôû cheá ñoä maùy phaùt maùy ñieän khoâng ñoàng boä coù ñaëc tính laøm vieäc khoâng toát laém so vôùi maùy ñieän ñoàng boä. Tuøy theo caáu taïo daây quaán phaàn quay, maùy ñieän khoâng ñoàng boä chia ra laøm hai loaïi: loaïi maùy ñieän khoâng ñoàng boä rotor daây quaán vaø loaïi maùy ñieän khoâng ñoàng boä rotor loàng soùc. Loaïi loàng soùc laïi chia ra loàng soùc ñôn, loàng soùc keùp, loàng soùc raõnh saâu. Tuøy thuoäc vaøo coâng suaát maø maùy ñieän khoâng ñoàng boä coù caùc loaïi: 3 pha, 2 pha vaø 1 pha. Loaïi ñoäng cô coù coâng suaát P>600W thöôøng laø loaïi 3 pha coù 3 daây quaán laøm vieäc, truïc caùc daây quaán leäch pha nhau 1200 ñieän trong khoâng gian. Caùc ñoäng cô coâng suaát P<600W thöôøng laø loaïi 2 pha hoaëc 1 pha. Ñoäng cô 2 pha coù 2 daây quaán laøm vieäc, truïc cuûa 2 daây quaán ñaët leäch nhau trong khoâng gian moät goùc 900 ñieän. Ñoäng cô ñieän moät pha chæ coù moät daây quaán laøm vieäc. C¸c sè liÖu ®Þnh møc cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé lµ: - C«ng suÊt c¬ cã Ých trªn trôc : P®m - §iÖn ¸p d©y stato : U 1®m - Dßng ®iÖn d©y stato : I 1®m - TÇn sè dßng ®iÖn stato : f - Tèc ®é quay r«to :n®m - HÖ sè c«ng suÊt : cos ®m - HiÖu suÊt :  ®m 1 cÊu t¹o m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé Caáu taïo cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä 3 pha ñöôïc chæ ra treân hình veõ 3- 1, a goàm 2 boä phaän chính laø roâto (a) vaø stator (b). Ngoaøi ra coøn coù voû maùy (e), Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 100 naép maùy (c). Hình( b) laø maët caét ngang cuûa maùy cho thaáy roõ caùc laù theùp cuûa stator (a) vaø roâto (b). a. Stator (phaàn tónh) Stator hay phaàn tónh goàm caùc boä phaän chính laø loõi theùp, daây quaán vaø voû maùy. Loõi theùp. Loõi theùp stator do nhieàu laù theùp kyõ thuaät ñieän ñaõ daäp saün nhö hình 3-1, b gheùp caùch ñieän vôùi nhau, chieàu daøy caùc laù theùp côõ 0,5mm, phía beân trong coù raõnh ñeå ñaët daây quaán. Lâi thÐp ®­îc Ðp vµo trong vá m¸y. Daây quaán. Daây quaán 3 pha stator ñaët trong raõnh loõi theùp, xung quanh daây quaán boïc lôùp caùch ñieän ñeå caùch ñieän vôùi loõi theùp. Caùc pha daây quaán ñaët caùch nhau 1200. Trªn h×nh 3- 2 vÏ s¬ ®å khai triÓn d©y quÊn ba pha ®Æt trong 12 r·nh, d©y quÊn pha A trong c¸c r·nh 1,4,7,10; pha B trong c¸c r·nh 3,6,9,12; pha C trong c¸c r·nh 5,8,11,2. Dßng ®iÖn xoay chiÒu ba pha ch¹y trong ba pha d©y quÊn sÏ t¹o ra tõ tr­êng quay. D©y quÊn stato Voû maùy. Voû maùy duøng ñeå baûo veä vaø giöõ chaët loõi theùp satator vaø coá ñònh maùy treân beä. Voû maùy ñöôïc laøm baèng nhoâm (loaïi coâng suaát nhoû), hoaëc baèng gang hay theùp ñuùc (loaïi coâng suaát lôùn). Hai ñaàu voû maùy coù naép maùy ñeå ñôõ truïc rotor vaø baûo veä daây quaán. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 101 b. Rotor (phaàn quay). Rotor laø phaàn quay cuûa maùy ñieän goàm loõi theùp, truïc vaø daây quaán. R«to Loõi theùp. Loõi theùp cuûa rotor cuõng goàm caùc laù theùp kyõ thuaät ñieän gheùp laïi. Caùc laù theùp naøy laáy töø phaàn ruoät beân trong khi raäp laù theùp stator vaø raäp thaønh nhö hình (3-1,b). Maët ngoaøi loõi theùp coù caùc raõnh ñeå ñaët daây quaán, ôû giöõa coù loã ñeå laép truïc. Truïc maùy. Truïc maùy gaén vôùi loõi theùp rotor vaø laøm baèng theùp toát. Truïc ñöôïc ñôõ treân naép maùy nhôø oå truïc. Daây quaán. Daây quaán rotor cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä coù 2 loaïi: rotor ngaén maïch (hay rotor loàng soùc) vaø rotor daây quaán. Loaïi rotor loàng soùc duøng cho caùc maùy coù coâng suaát treân 100kW, trong caùc raõnh cuûa loõi theùp rotor ñaët caùc thanh ñoàng, hai ñaàu noái ngaén maïch baèng 2 voøng ñoàng, taïo thaønh loàng soùc Ñoái vôùi caùc ñoäng cô coâng suaát nhoû, loàng soùc ñöôïc cheá taïo baèng caùch ñuùc nhoâm vaøo caùc raõnh loõi theùp rotor, taïo thaønh thanh nhoâm, hai ñaàu ñuùc voøng ngaén maïch vaø caùnh quaït laøm maùt (hình c). Ñoäng cô ñieän coù rotor loàng soùc goïi laø ñoäng cô khoâng ñoàng boä loàng soùc vaø ñöôïc kyù hieäu nhö (hình d.) Ñoái vôùi loaïi rotor daây quaán, trong raõnh theùp rotor ñaët daây quaán 3 pha. Daây quaán 3 pha thöôøng noái sao, ba ñaàu ra noái vôùi 3 voøng tieáp xuùc baèng ñoàng, coá ñònh treân truïc rotor vaø ñöôïc caùch ñieän vôùi truïc . §éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to d©y quÊn Nhôø 3 choåi than tì saùt vaøo 3 voøng tieáp xuùc, daây quaán rotor ñöôïc noái vôùi 3 bieán trôû beân ngoaøi ñeå thöïc hieän vieäc môû maùy vaø ñieàu chænh toác ñoä (hình b). Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 102 Loaïi ñoäng cô naøy goïi laø ñoäng cô khoâng ñoàng boä rotor daây quaán vaø kyù hieäu nhö hình vÏ Giöõa phaàn tónh vaø phaàn quay laø khe hôû khoâng khí coù kích thöôùc töø 0,35÷1,5mm. Maïch töø ñoäng kheùp kín töø stator sang rotor qua khe hôû. §éng c¬ lång sãc lµ lo¹i rÊt phæ biÕn do gi¸ thµnh rÎ vµ lµm viÖc b¶o ®¶m. ®éng c¬ r«to d©y quÊn cã ­u ®iÓm vÒ më m¸y vµ ®iÒu chØnh tèc ®é song gi¸ thµnh ®¾t vµ vËn hµnh kÐm tin cËy h¬n ®éng c¬ lång sãc, nªn chØ ®­îc dïng khi ®éng c¬ lång sãc kh«ng ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu vÒ truyÒn ®éng. 2. Nguyªn lý lµm viÖc m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé a. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä ba pha. Khi cho doøng ñieän 3 pha taàn soá f1 vaøo 3 cuoän daây quaán stator, seõ taïo ra töø tröôøng quay p ñoâi cöïc, quay vôùi toác ñoä: Töø tröôøng quay caét caùc thanh daãn roâtor sinh ra trong daây quaán roâtor caùc s.ñ.ñ caûm öùng. Vì caùc thanh daãn roâtor ñöôïc noái ngaén maïch neân s.ñ.ñ caûm öùng seõ sinh ra doøng ñieän trong caùc thanh daãn roâtor. Doøng ñieän naøy ñaët trong töø tröôøng quay neân seõ chòu taùc duïng cuûa löïc töø laøm roâtor quay cuøng chieàu töø tröôøng vôùi toác ñoä n <n1 . Ñeå minh hoïa, treân (hình a) veõ töø tröôøng quay toác ñoä n1 coù chieàu thuaän chieàu kim ñoàng hoà, chieàu s.ñ.ñ vaø doøng caûm öùng trong thanh daãn roâtor, chieàu cuûa löïc töø Fñt. Khi xaùc ñònh chieàu s.ñ.ñ caûm öùng theo quy taéc baøn tay phaûi, ta phaûi caên cöù vaøo chieàu chuyeån ñoäng töông ñoái cuûa thanh daãn ñoái vôùi töø tröôøng. Neáu coi töø tröôøng laø ñöùng yeân thì chieàu chuyeån ñoäng töông ñoái cuûa thanh daãn theo chieàu ngöôïc laïi vôùi chieàu n1. Töø ñoù chieàu cuûa s.ñ.ñ caûm öùng xaùc ñònh theo quy taéc baøn tay phaûi coù chieàu nhö hình veõ. Chieàu cuûa löïc ñieän töø xaùc ñònh theo quy taéc baøn tay traùi coù cuøng chieàu vôùi chieàu quay n1. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 103 b. Ñoä tröôït s. Toác ñoä quay cuûa maùy n luoân luoân nhoû hôn toác ñoä töø tröôøng quay n1, vì neáu n = n1 thì seõ khoâng coù söï chuyeån ñoäng töông ñoái, s.ñ.ñ caûm öùng vaø do ñoù doøng caûm öùng seõ trieät tieâu, löïc töø seõ baèng khoâng. Ñoäng cô do ñoù ñöôïc goïi laø ñoäng cô khoâng ñoàng boä. Ñeå ñaëc tröng cho cheá ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä ngöôøi ta ñöa ra khaùi nieäm ñoä tröôït s. Goïi n1 laø toác ñoä quay cuûa töø tröôøng: n laø toác ñoä cuûa roâtor. Ñoä cheânh leäch giöõa toác ñoä töø tröôøng quay vaø toác ñoä maùy goïi laø toác ñoä tröôït n2. n2 = n1 – n Ñoä tröôït hay heä soá tröôït s ñöôïc ñònh nghóa: Khi ñoäng cô laøm vieäc, neáu taàn soá f1=const thì n1=const, coøn n phuï thuoäc vaøo moâmen caûn treân truïc ñoäng cô, do ñoù ñoä tröôït s seõ thay ñoåi. Ñoä tröôït laø moät ñaïi löôïng ñaëc tröng cho quaù trình laøm vieäc cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä. - Khi baét ñaàu môû maùy (roâtor ñöùng yeân): n = 0, s = 1. - Khi toác ñoä ñoäng cô baèng toác ñoä töø tröôøng: n = n1 , s = 0. Nhö vaäy, giôùi haïn cuûa ñoä tröôït naèm trong khoaûng: 0 < s ≤ 1. Bình thöôøng roâtor quay ôû cheá ñoä ñònh möùc s = 0,02 ÷ 0,06. Töø bieåu thöùc: ta coù toác ñoä quay cuûa ñoäng cô laø: c. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy phaùt ñieän khoâng ñoàng boä ba pha. Neáu stator vaãn noái vôùi löôùi ñieän, truïc cuûa roâtor khoâng noái vôùi taûi maø noái vôùi moät ñoäng cô sô caáp. Duøng ñoäng cô sô caáp keùo roâtor quay cuøng chieàu n1 vôùi toác ñoä n > n1. Luùc naøy chieàu cuûa doøng ñieän I2 trong roâtor ngöôïc laïi vôùi cheá ñoä ñoäng cô, do ñoù löïc ñieän töø seõ ñoåi chieàu taùc ñoäng leân roâtor gaây ra moâmen haõm caân baèng vôùi moâmen quay cuûa ñoäng cô sô caáp (hình 3-9, b). Maùy ñieän laøm vieäc ôû cheá ñoä maùy phaùt. Heä soá tröôït luùc naøy laø: Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 104 Nhôø töø tröôøng quay, cô naêng ñoäng cô sô caáp ñöa vaøo ñöôïc bieán thaønh ñieän naêng ôû stator. Ñeå taïo ra töø tröôøng quay, löôùi ñieän phaûi cung caáp cho maùy phaùt khoâng ñoàng boä coâng suaát phaûn khaùng Q, vì theá laøm giaûm heä soá coâng suaát cosϕ cuûa löôùi ñieän. Khi maùy laøm vieäc rieâng leû, ta phaûi duøng tuï ñieän noái ñaàu cöïc maùy ñeå kích töø cho maùy. Ñoù chính laø nhöôïc ñieåm cô baûn cuûa maùy phaùt khoâng ñoàng boä, vì vaäy noù ít ñöôïc söû duïng trong thöïc teá. Bµi 6.2. MAÙY ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ 1. Ñònh nghóa. Maùy ñieän ñoàng boä laø caùc maùy ñieän xoay chieàu coù toác ñoä quay n cuûa roâtor khoâng ñoåi baèng toác ñoä quay cuûa töø tröôøng, ñöôïc xaùc ñònh theo soá caëp cöïc p vaø taàn soá f cuûa doøng ñieän: M¸y ®iÖn ®ång bé cã hai d©y quÊn : D©y quÊn stato nèi víi l­íi ®iÖn cã tÇn sè f kh«ng ®æi, d©y quÊn r«tor ®­îc kÝch thÝch b»ng dßng ®iÖn mét chiÒu. ë chÕ ®é x¸c lËp m¸y ®iÖn ®ång bé cã tèc ®é quay cña r«tor lu«n kh«ng ®æi khi t¶i thay ®æi. 2. C«ng dông Theo nguyeân lyù thuaän nghòch, maùy ñieän ñoàng boä coù theå vaän haønh theo cheá ñoä maùy phaùt ñieän hoaëc cheá ñoä ñoäng cô. Maùy ñieän ñoàng boä chuû yeáu ñöôïc söû duïng ñeå laøm maùy phaùt ñieän. Hieän nay, tuyeät ñaïi boä phaän ñieän naêng söû duïng trong coâng nghieäp vaø ñôøi soáng laø naêng löôïng ñieän töø do caùc maùy phaùt ñieän ñoàng boä cung caáp trong ñoù ñoäng cô sô caáp laø caùc tuyùc bin hôi, tuyùc bin khí hoaëc tuyùc bin nöôùc. Trong truyeàn ñoäng ñieän coâng suaát lôùn töø vaøi traêm kW trôû leân ngöôøi ta söû duïng ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä. Trong coâng nghieäp luyeän kim, khai khoaùng, thieát bò laïnh ñoäng cô ñoàng boä ñöôïc söû duïng ñeå truyeàn ñoäng caùc maùy bôm, neùn khí, quaùt gioù, vôùi toác ñoä khoâng ñoåi. Caùc ñoäng cô ñoàng boä coâng suaát nhoû ñöôïc söû duïng trong caùc ñoàng hoà ñieän, thieát bò töï ghi, thieát bò laäp trình, v.v Trong caùc heä thoáng ñieän, maùy ñieän ñoàng boä duøng laøm maùy phaùt coâng suaát phaûn khaùng ñeå buø vaø naâng cao heä soá coâng suaát cho löôùi ñieän. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 105 3.CÊu t¹o cña m¸y ®iÖn ®ång bé. Maùy phaùt ñieän ñoàng boä ñöôïc caáu taïo töø 3 boä phaän chính laø phaàn caûm, phaàn öùng vaø phaàn kích töø. a.Phaàn caûm. Thöôøng ñaët treân rotor cuûa maùy ñieän, treân rotor coù heä thoáng daây quaán coù doøng ñieän moät chieàu chaïy qua ñeå taïo thaønh moät nam chaâm ñieän.Töø thoâng cuûa phaàn caûm sinh ra phaûi ñuû maïnh vaø oån ñònh. Soá cöïc töø cuûa phaàn caûm seõ quy ñònh toác ñoä quay cuûa rotor vaø taàn soá cuûa doøng ñieän. Vôùi doøng ñieän coâng nghieäp taàn soá 50Hz, ta thaáy: p = 1 (2 cöïc) → n = 3000 vg/ph p = 2 ( 4 cöïc) → n = 1500 vg/ph p = 3 (6 cöïc) → n = 1000 vg/ph v.v. Vôùi caùc maùy phaùt 2 cöïc (p = 1) toác ñoä cao, rotor phaûi laøm daïng cöïc aån, loõi theùp rotor coù xeû raõnh ñeå ñaët daây quaán (hình 4-1, a). . Phaàn caûm cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä. Caùc maùy phaùt ñieän ñoàng boä nhieàu cöïc (p > 2) coù toác ñoä quay thaáp thöôøng laøm ôû daïng cöïc loài. Moãi cöïc laø moät loõi theùp ñöôïc cheá taïo coù hình daïng Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 106 ñaëc tröng ñeå ñaët daây quaán sao cho töø tröôøng taïo ra coù phaân boá ôû ñaàu cöïc daïng hình sin b. Phaàn öùng. Phaàn öùng cuûa maùy phaùt ñieän xoay chieàu goàm 3 cuoän daây ñaët leäch nhau 1200 trong khoâng gian coá ñònh treân caùc raõnh cuûa maïch töø treân stator. Caáu taïo cuûa maïch töø vaø caùch boá trí caùc cuoän daây töông töï nhö maùy ñieän khoâng ñoàng boä (hình 4-2). 3. Phaàn kích töø. Coù nhieäm vuï taïo ra doøng ñieän moät chieàu cung caáp cho daây quaán phaàn caûm ñeå taïo ra töø tröôøng kích töø. . Maët caét ngang loõi theùp cuûa maùy ñieän ñoàng boä Phaàn lôùn caùc maùy phaùt ñieän xoay chieàu coâng suaát lôùn hieän nay thì phaàn kích töø laø moät maùy phaùt ñieän moät chieàu ñaët ñoàng truïc vôùi maùy phaùt xoay chieàu. Doøng moät chieàu töø maùy kích töø qua 2 choåi than tieáp xuùc vôùi voøng tröôït ñaët treân truïc noái vaøo daây quaán phaàn caûm. Toaøn boä caáu taïo cuûa moät maùy phaùt ñieän ñoàng boä roâtor cöïc loài veõ treân hình Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 107 . Caùc boä phaän chính cuûa maùy phaùt ñieän roâtor cöïc loài 1 - Thaân maùy, 2 - Loõi theùp stator, 3 - Cuoän daây stator, 4 - Roâtor, 5 - Quaït gioù, 7 - Ñaàu daây ra, 8 - Choåi than, 9 - Maùy kích töø 4. Nguyªn lý lµm viÖc m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé Treân hình minh hoïa sô ñoà nguyeân taéc laøm vieäc cuûa toå hôïp maùy phaùt ñieän ñoàng boä. . Sô ñoà nguyeân taéc laøm vieäc cuûa maùy phaùt ñieän Toå hôïp 3 maùy: ñoäng cô sô caáp, maùy phaùt kích töø vaø roâ to maùy phaùt ñöôïc noái ñoàng truïc vôùi nhau. Ñoäng cô sô caáp duøng ñeå quay maùy phaùt ñieän vaø nguoàn kích töø. ÔÛ caùc nhaø maùy thuûy ñieän ñoäng cô sô caáp laø caùc tuyùcbin nöôùc, coøn ôû nhaø maùy nhieät ñieän laø caùc tuyùcbin hôi. Ñoäng cô sô caáp coù theå laø caùc ñoäng cô ñieâzen hoaëc tuyùcbin khí. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 108 Nguoàn kích töø thöôøng laø moät maùy phaùt ñieän moät chieàu cung caáp doøng moät chieàu cho cuoän daây kích töø cuûa maùy phaùt. Ñoái vôùi caùc maùy phaùt coâng suaát nhoû nguoàn kích töø laø moät boä chænh löu laáy doøng xoay chieàu töø phaàn öùng qua boä chænh löu baùn daãn ñeå caáp doøng cho cuoän daây phaàn caûm. Caùc maùy phaùt loaïi naøy goïi laø maùy phaùt xoay chieàu töï kích. Khi ñoäng cô sô caáp quay roâtor, cuoän kích töø cuûa phaàn caûm coù doøng moät chieàu seõ bieán thaønh moät nam chaâm ñieän quay vôùi toác ñoä n. Töø tröôøng cuûa roâtor queùt qua daây quaán phaàn öùng treân stator vaø caûm öùng treân noù söùc ñieän ñoäng xoay chieàu hình sin. Neáu phaàn caûm coù p caëp cöïc, toác ñoä quay cuûa roâtor laø n thì doøng caûm öùng seõ coù taàn soá: Töông töï nhö maùy ñieän khoâng ñoàng boä, s.ñ.ñ. caûm öùng trong moãi pha daây quaán coù trò hieäu duïng: Trong ñoù Φo laø töø thoâng döôùi moãi cöïc töø, W laø soá voøng daây moät pha, kdq laø heä soá daây quaán. Neáu maùy phaùt ñieän ñoàng boä laø maùy 3 pha, trong daây quaán phaàn öùng seõ coù söùc ñieän ñoäng 3 pha. Khi maùy phaùt mang taûi, doøng ñieän 3 pha trong daây quaán phaàn öùng seõ sinh ra töø tröôøng quay vôùi toác ñoä: Ta thaáy toác ñoä töø tröôøng quay n1 baèng toác ñoä quay rotor n. Do ñoù maùy phaùt goïi laø maùy phaùt ñoäng boä. 5. Ph¶n øng phÇn øng cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé Khi maùy phaùt ñieän laøm vieäc, rotor quay laøm cho töø tröôøng kích töø Φ0 cuûa phaàn caûm caét daây quaán stator vaø taïo ra trong moãi pha cuûa daây quaán stator moät s.ñ.ñ caûm öùng E0. Daây quaán stator noái vôùi taûi cung caáp doøng taûi I laïi taïo ra töø tröôøng phaàn öùng Φ. Töø thoâng phaàn öùng Φ luoân quay ñoàng boä vôùi töø thoâng phaàn caûm Φo. Taùc duïng cuûa töø tröôøng phaàn öùng Φ leân töø tröôøng cuûa cöïc töø phaàn caûm Φo ñöôïc goïi laø phaûn öùng phaàn öùng. Trong moïi tröôøng hôïp Φo luoân coù phöông truøng vôùi truïc roâtor, coù chieàu ñi ra töø cöïc baéc N. Söùc ñieän ñoäng E0 luoân chaäm pha so vôùi Φ0 moät goùc 90 0, coøn töø thoâng phaàn öùng Φ do doøng ñieän taûi I sinh ra luoân cuøng pha vôùi I. Nhö vaäy goùc leäch pha giöõa E0 vaø I seõ phuï thuoäc vaøo tính chaát cuûa phuï taûi. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 109 Tröôøng hôïp taûi thuaàn trôû . E0 vaø I cuøng pha, taùc duïng cuûa Φ leân Φ0 trong tröôøng hôïp naøy goïi laø phaûn öùng phaàn öùng ngang truïc. Phaûn öùng naøy laøm meùo daïng töø tröôøng Φ0 laøm cho söï phaân boá cuûa töø tröôøng Φ0 trong khe khoâng coøn daïng sin nöõa. Tröôøng hôïp taûi thuaàn caûm, I chaäm pha sau E0 moät goùc 90 0. Luùc naøy Φ cuøng pha vôùi I vaø ngöôïc chieàu vôùi Φ0 . Taùc duïng cuûa Φ leân Φ0 ñöôïc goïi laø phaûn öùng phaàn öùng doïc truïc khöû töø, coù taùc duïng laøm giaûm töø tröôøng toång. Tröôøng hôïp taûi ñieän dung, I vöôït tröôùc E0 moät goùc 90 0. Luùc naøy Φ cuøng pha vôùi I vaø Φ0 . Taùc duïng cuûa Φ leân Φ0 trong tröôøng hôïp naøy goïi laø phaûn öùng phaàn öùng doïc truïc trôï töø. Phaûn öùng naøy laøm taêng töø tröôøng toång. Trong tröôøng hôïp taûi baát kyø, doøng I leäch pha so vôùi E0 moät goùc ψ. Ta coù theå phaân tích I thaønh hai thaønh phaàn: - Thaønh phaàn ngang truïc Iq = I cos ψ taïo ra töø thoâng phaàn öùng ngang truïc Φq vuoâng goùc vôùi Φ0 coù taùc duïng laøm meùo daïng töø thoâng chính. - Thaønh phaàn doïc truïc Id = I sinψ taïo ra töø thoâng doïc truïc Φd ngöôïc chieàu hoaëc cuøng chieàu vôùi Φ0 tuøy thuoäc tính chaát phuï taûi laø ñieän caûm hay ñieän dung. Khi phuï taûi coù tính ñieän caûm ψ > 0, Φd ngöôïc chieàu vôùi Φ0. Khi phuï taûi coù tính ñieän dung ψ < 0, Φd cuøng chieàu vôùi Φ0 vaø laøm taêng töø tröôøng cuûa maùy ñieän. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 110 6. C¸c ®Æc tÝnh cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé a. Ñaëc tính khoâng taûi. Laø ñöôøng bieåu dieãn quan heä giöõa söùc ñieän ñoäng E0 vaø doøng ñieän kích töø Ikt khi giöõ nguyeân toác ñoä cuûa roâtor. Khi khoâng taûi ñieän aùp hôû maïch ôû hai ñaàu moãi pha U0 coù giaù trò baèng söùc ñieän ñoäng pha E0. Nhö vaäy ñaëc tröng khoâng taûi laø ñöôøng bieåu dieãn: Töø nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy phaùt ta coù E0 = 4,44 fWkdqΦ0. Khi n=const thì f khoâng ñoåi, do ñoù E0 ≡ Φ0 coøn Φ0 phuï thuoäc vaøo Ikt theo ñöôøng cong töø hoùa cuûa maùy phaùt. Do ñoù ñaëc tröng khoâng taûi coù daïng nhö ñöôøng cong töø hoùa (hình 4-6). Khi taêng Ikt giaù trò E0 seõ taêng leân. Ñoä doác cuûa ñöôøng ñaëc tröng phuï thuoäc vaøo maïch töø cuûa maùy phaùt. Khi Ikt taêng ñeán moät giaù trò naøo ñoù maïch töø bò baõo hoøa luùc ñoù E0 seõ khoâng taêng nöõa. H×nh 4-6. b. Ñaëc tính ngoaøi cuûa maùy phaùt. Laø söï phuï thuoäc giöõa ñieän aùp pha U vôùi doøng ñieän taûi khi tính chaát cuûa phuï taûi khoâng ñoåi (cosϕt = const), taàn soá vaø doøng kích töø khoâng ñoåi (E0 =const). Töø phöông trình ñieän aùp ta veõ ñoà thò veùc tô cuûa maùy phaùt öùng vôùi caùc loaïi taûi khaùc nhau. Ta thaáy khi taûi taêng, vôùi taûi ñieän caûm vaø ñieän trôû, ñieän aùp giaûm (taûi ñieän caûm ñieän aùp giaûm nhieàu hôn), taûi ñieän dung ñieän aùp taêng. Baèng ñoà thò ta thaáy ñieän aùp maùy phaùt phuï thuoäc vaøo doøng ñieän vaø ñaëc tính cuûa taûi. Hình 4-7, a laø ñaëc tính ngoaøi cuûa maùy phaùt khi Ikt = const (E0 = const) vaø cosϕt khoâng ñoåi, öùng vôùi caùc taûi thuaàn R, L, C. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 111 ( §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé) Khi taûi coù tính ñieän caûm, phaûn öùng phaàn öùng doïc truïc khöû töø laøm töø thoâng toång giaûm, do ñoù ñaëc tính ngoaøi doác hôn taûi ñieän trôû. Ñeå giöõ cho ñieän aùp U baèng ñònh möùc, phaûi thay ñoåi E0 baèng caùch ñieàu chænh doøng kích töø. Ñöôøng ñaëc tính ngoaøi öùng vôùi ñieàu chænh kích töø sao cho I = Iñm coù U = Uñm veõ treân hình Ñoä bieán thieân ñieän aùp ñaàu cöïc cuûa maùy phaùt khi laøm vieäc ñònh möùc so vôùi khi khoâng taûi ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: Ñoä bieán thieân ΔU% cuûa maùy phaùt ñoàng boä coù theå ñaït ñeán vaøi chuïc phaàn traêm vì ñieän khaùng ñoàng boä Xñb khaù lôùn. c. Ñaëc tính ñieàu chænh cuûa maùy phaùt. Ñaëc tính ñieàu chænh laø ñöôøng bieåu dieãn quan heä giöõa doøng ñieän kích töø vaø doøng taûi khi ñieän aùp U khoâng ñoåi baèng ñieän aùp ñònh möùcUñm vaø tính chaát phuï taûi khoâng ñoåi (cosϕt = const). Noùi caùch khaùc ñaëc tröng naøy bieåu dieãn haøm soá: Hình veõ ñaëc tính ñieàu chænh cuûa maùy phaùt vôùi caùc heä soá coâng suaát khaùc nhau. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 112 ( §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé) Phaàn lôùn caùc maùy phaùt ñieän ñoàng boä ñeàu coù boä töï ñoäng ñieàu chænh doøng kích töø ñeå giöõ cho ñieän aùp ra khoâng ñoåi. Bµi 6.3. ÑOÄNG CÔ Vµ m¸y bï ÑOÀNG BOÄ 1. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñieän ñoàng boä. Maùy ñieän ñoàng boä coù theå laøm vieäc ôû cheá ñoä ñoäng cô, nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñieän ñoàng boä nhö sau: Doøng ñieän 3 pha iA, iB, iC ñöa vaøo daây quaán stator seõ taïo ra töø tröôøng quay vôùi toác ñoä n1 (veõ baèng ñöôøng chaám chaám treân hình 4-9, a): H×nh a- Nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn ®ång bé b- S¬ ®å thay thÕ ®éng c¬ ®ång bé c- §å thÞ vÐc t¬ Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 113 Doøng ñieän kích töø ñöa vaøo daây quaán roâtor bieán roâtor thaønh nam chaâm ñieän NS. Taùc duïng giöõa töø tröôøng stator vaø töø tröôøng roâtor seõ taïo ra töø löïc keùo roâtor quay vôùi toác ñoä ñoàng boä n = n1. Neáu f = 50Hz, p = 2 thì toác ñoä quay cuûa roâtor seõ laø n = 1500 vg/ph. Neáu noái truïc roâtor vôùi maùy coâng cuï thì maùy coâng cuï cuõng seõ quay vôùi toác ñoä n khoâng ñoåi. Phöông trình caân baèng ñieän aùp cuûa ñoäng cô: Boû qua ñieän trôû daây quaán stator Rö ta coù: Phöông trình trªn bieåu dieãn baèng sô ñoà thay theá vaø giaûn ñoà veùc tô treân hình ( b, c). 2. Ñieàu chænh heä soá coâng suaát cuûa ñoäng cô ñieän ñoàng boä. Ñoà thò veùc tô treân hình ( c) öùng vôùi tröôøng hôïp cosϕ > 0, maùy ñieän thieáu kích töø, doøng ñieän I chaäm pha sau ñieän aùp U. Khi söû duïng khoâng neân ñeå ñoäng cô laøm vieäc ôû cheá ñoä naøy, vì ñoäng cô tieâu thuï coâng suaát phaûn khaùng cuûa löôùi ñieän laøm cho heä soá coâng suaát cuûa löôùi ñieän giaûm xuoáng. Trong coâng nghieäp, ngöôøi ta cho ñoäng cô laøm vieäc ôû cheá ñoä quaù ích töø, doøng I vöôït tröôùc pha ñieän aùp U, ñoäng cô vöøa taïo ra cô naêng vöøa phaùt coâng suaát phaûn khaùng vaøo löôùi ñieän laøm taêng heä soá coâng suaát cosϕ. Ñoù laø öu ñieåm raát lôùn cuûa ñoäng cô ñieän ñoàng boä. Treân hình 4-10 laø giaûn ñoà veùc tô moâ taû söï ñieàu chænh heä soá coâng suaát öùng vôùi 2 tröôøng hôïp: Khi cosϕ =1 (ϕ = 0), öùng vôùi Eo vaø I. Khi quaù kích töø cosϕ = 0,9 (ϕ < 0), öùng vôùi Eo’ vaø I’. Vì U, f vaø P khoâng ñoåi, neân I cosϕ = const, Eo sinθ = const, khi veõ caàn löu yù cuoái veùc tô I vaø E o chaïy treân ñöôøng Δ vaø Δ’. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 114 H×nh ( §iÒu chØnh hÖ sè c«ng suÊt cña ®éng c¬ ®iÖn ®ång bé) 3. Môû maùy ñoäng cô ñieän ñoàng boä. Ñoäng cô khoâng ñoàng boä khoâng theå töï môû maùy. Muoán ñoäng cô laøm vieäc phaûi taïo ra moâmen môû maùy ñeå quay roâtor ñoàng boä vôùi töø tröôøng quay stator. Thaät vaäy, khi cho doøng 3 pha vaøo daây quaán stator, doøng kích töø vaøo daây quaán roâtor, töø tröôøng quay keùo roâtor quay (hình 8-12). Nhöng roâtor coù quaùn tính lôùn neân vaãn ñöùng yeân, do ñoù löïc taùc duïng töông hoã giöõa töø tröôøng quay stator vaø töø tröôøng cöïc töø ñoåi chieàu, roâtor khoâng theå quay ñöôïc. H×nh 4- 11. Më m¸y ®éng c¬ ®ång bé Ñeå taïo moâmen môû maùy, treân caùc maët cöïc töø roâtor ngöôøi ta ñaët caùc thanh daãn vaø noái ngaén maïch nhö loàng soùc ôû roâtor ñoäng cô khoâng ñoàng boä (hình 4-11, b). Khi môû maùy, nhôø coù daây quaán môû maùy ôû roâtor ñoäng cô seõ laøm vieäc nhö ñoäng cô khoâng ñoàng boä. Trong coâng nghieäp, caùc ñoäng cô khoâng ñoàng boä ñöôïc cheá taïo coù heä soá môû maùy Mmôû/ Mñm = 0,8 ÷1,0. Trong quaù trình môû maùy, ôû daây quaán kích töø seõ caûm öùng ñieän aùp raát lôùn, coù theå phaù vôõ daây quaán kích töø, vì theá ngöôøi ta kheùp kín maïch kích töø baèng ñieän trôû phoùng ñieän coù giaù trò côõ 6 ÷ 10 laàn ñieän trôû daây quaán. Khi roâtor ñaït toác ñoä quay gaàn baèng toác ñoä ñoàng boä n1 ñoùng nguoàn ñieän moät chieàu vaøo daây quaán kích töø, ñoäng cô seõ laøm vieäc ñoàng boä. Vôùi ñoäng cô coâng suaát nhoû, khi môû maùy coù theå ñoùng tröïc tieáp daây quaán stator vaøo löôùi ñieän. Vôùi ñoäng cô coâng suaát lôùn töø 3 ÷ 5MW, phaûi haïn cheá doøng môû maùy baèng caùch giaûm ñieän aùp ñaët vaøo stator baèng caùch duøng ñieän khaùng hoaëc töï bieán aùp noái vaøo maïch stator. Nhöôïc ñieåm cuûa ñoäng cô ñieän ñoàng boä laø quaù trình môû maùy vaø caáu taïo phöùc taïp neân giaù thaønh ñaét so vôùi ñoäng cô khoâng ñoàng boä. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 115 Tµi liÖu tham kh¶o. 1- Kü thuËt ®iÖn ®¹i c­¬ng, Hoµng H÷u ThËn- Nhµ xuÊt b¶n c«ng nh©n kü thuËt – 1980. 2- Kü thuËt ®iÖn. PGS-TS §Æng V¨n §µo (chñ biªn)- PGS-TS Lª V¨n Doanh. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt- 2008 3- VËt lý líp 11 vµ 12 phæ th«ng. Vò Thanh KhiÕt, Ph¹m Quý T­, NguyÔn Phóc ThuÇn, NguyÔn §øc Th©m. Nhµ xuÊt b¶n gi¸o dôc 2005. 4- ThiÕt kÕ cÊp ®iÖn. Ng« Hång Quang – Vò V¨n TÈm. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt 2001. 5- Kü thuËt ®iÖn c¬. NguyÔn v¨n TuÖ. Nhµ xuÊt b¶n §µ N½ng – 2003 6- Kü thuËt ®iÖn. Tr­¬ng TrÝ Ngé – Lª Nho Béi. nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt 2001. 7- Kü thuËt ®iÖn. V­¬ng Song Hû. Nhµ xuÊt b¶n x©y dùng Hµ Néi-1996. 1. 8- Hoµng H÷u ThËn. M¸y ®iÖn- §o l­êng – KhÝ cô. Nxb. C«ng nh©n kü thuËt Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn NguyÔn Thµnh Nam Khoa §iÖn - §iÖn Tö C§ NghÒ Nam §Þnh 116 Mục lục Néi dung Trang Lêi giíi thiÖu 1 Ch­¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ m¹ch ®iÖn 3 Ch­¬ng 2 M¹ch ®iÖn mét chiÒu 26 Ch­¬ng 3 Dßng ®iÖn xoay chiÒu mét pha 41 Ch­¬ng 4 M¹ch ®iÖn ba pha 67 Ch­¬ng 5 M¸y biÕn ¸p 86 Ch­¬ng 6 §éng c¬ ®iÖn 99