Tài liệu BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 30TIẾT

BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 30TIẾT Nội dung môn học: -Chương -Chương -Chương -Chương -Chương -Chương 1: 2: 3: 4: 5: 6: Khái niệm chung về máy điện (1t). Máy biến áp.(7t) Máy điện không đồng bộ .(7t) Máy điện một chiều. (7t) Máy điện đồng bộ.(7t) Máy điện đặc biệt.(1t) BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN Tài liệu học tập Sách, giáo trình chính [1] Giáo trình Lý thuyết máy điện – Trường ĐHCN TP. HCM Sách tham khảo: [1]. Eugenec. Lister, ELECTRIC CIRCUITS AND MACHINES [2]. ELECTRIC MACHINE [3]. Maùy ñieän 1,2 – Vuõ Gia Hanh, Traàn Khaùnh Haø - Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên: Dự lớp. Thi giữa học phần , tiểu luận (bài tập lớn) Thi kết thúc học phần 1 Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN. • • • Các khái niệm cơ bản. Các định luật điện từ cơ bản. Các vật liệu sử dụng trong máy điện Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN. 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN. Máy điện là thiết bị dùng để biến đổi năng lượng điện từ, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. PHÂN LOẠI - Máy điện tĩnh. - Máy điện quay. 2 Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN. 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN. Máy biến áp 3 pha - Máy điện tĩnh: Máy biến áp Máy biến áp 1 pha - Máy điện quay : + Động cơ điện: biến điện năng thành cơ năng Động cơ điện xoay chiều. Động cơ điện một chiều. Động cơ vạn năng. + Máy phát điện: biến đổi cơ năng thành điện năng Máy phát điện xoay chiều. Máy phát điện một chiều. nguyên lý chung cho tất cả các máy điện là dựa trên nguyên lý điện từ 2. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN. 2.1 Lực Lorentz.   Xét một điện tích Q chuyển động trong trường từ có mật độ từ thông B với vậnv tốc như hình vẽ. Điện tích Q chịu tác động một lực từ được định nghĩa:   v xB    Fm  Q.vxB tích có hướng của hai vectơ   Lực Fm phương vuông góc với mặt phẳng chứa B và v và có độ lớn: có Fm  Q .v.B. sin   Chiều của Fm được xác định theo chiều tiến của định ốc thuận khi cho đinh ốc   v quay từB đến theo chiều góc nhỏ.  Fm  v  B  O 3 2. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN. 2.1 Lực Lorentz.  Trong môi trường đang xét, có điện trường E thì ngoài lực từ tác động của lực điện trường.  Fm , điện tích Q còn chịu   Fe  QE Lực Lorentz được định nghĩa :         Fdt  Fe  Fm  Q E  vxB Như vậy khi một hat mang điện tích dịch chuyển trong trường điện từ thì sẽ có lực tác động lên điện tích đó, lực đó gọi là lực Lorentz.  Fm Q  V E  Fe  Fm B  Fe  Fđt 2. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN. 2.2 Lực từ tác động lên phần tử mang dòng điện: l B  i dQ xem như một điện tích dịch chuyển trong trường điện từ khoảng thời gian dt : dQ  I.dt Xét một đoạn vi phân dl, mang điện tích dQ. dQ dịch chuyển trong đoạn dl trong khoảng thời gian dt với vận tốc v:    dF  dQ vxB     dF  I.dt.vxB     dF  I.vdtxB     dF  I.d l xB   4 2.2 Lực từ tác động lên phần tử mang dòng điện :  Nếu dây dẫn thẳng, và từ trường B là đều dọc theo dây dẫn thì lực tác động lên dây dẫn được tính :    F  I. l xB Lực từ tác động lên dây dẫn l B  i F Lực từ: F = B.l.I.sin =(l,B) Chiều F được xác định theo quy tắc bàn tay trái Giải thích nguyên lý hoạt động của động cơ điện. 2.2 Lực từ tác động lên phần tử mang dòng điện : Ví dụ : Một thanh dẫn đặt trong từ trường có mật độ từ trường B(t) = 5cost Wb. Thanh dẫn dài 25cm, mang dòng điện i(t)= 2cost A. Chiều từ trường và dòng điện như hình vẽ. Hãy xác định lực tác động lên thanh dẫn này ? Biết thanh dẫn vuông góc từ trường Giải : Độ lớn của lực được tính theo công thức 2 F = B.l.I.sin = 5cost. 2cost.0,25 = 2,5cos t N 5 2. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN. 2.3 Định luật cảm ứng điện từ (Định luật Faraday) : - Trường hợp từ thông xuyên qua vòng dây:  i u  N e u, N  i   e Chiều của từ thông được xác định theo quy tắc cái đinh ốc e d di d  L   N dt dt dt ( giải thích nguyên lý hoạt động của máy biến áp ). 2. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN. 2.4 Định luật cảm ứng điện từ (Định luật Faraday) : - Trường hợp sức điện động cảm ứng trong dây dẫn thẳng chuyển động cắt từ trường l v B             Từ định nghĩa lực Lorentz : Fdt  Fe  Fm  Q E  vxB  QE  Q.vxB khi một điện tích chuyển động với vận tốc v trong vùng có từ trường B thì lực từ tác động lên     điện tích F  Q.vxB  QxE   F   định nghĩa cường độ trường điện do chuyển động là Em   vxB Q a   a    tạo ra một sức điện động hai đầu thanh dẫn: e ab   E m .d l   vxB .d l m m  b 6 b  2.4 Định luật cảm ứng điện từ (Định luật Faraday) : - Trường hợp sức điện động cảm ứng trong dây dẫn thẳng chuyển động cắt từ trường l v B  e Định luật cảm ứng điện từ : Sức điện động: e = B.l.v.sin =(v,B) Chiều e được xác định theo quy tắc bàn tay phải (giải thích nguyên lý hoạt động của máy phát điện ). 3. MẠCH TỪ VÀ BÀI TOÁN MẠCH TỪ C 3.1 MẠCH TỪ N vòng Xét cuộn dây dài, lõi không khí và C là đường sức của từ trường. Áp dụng định luật lưu số Ampere, ta có :    H.d l  N.I H B I I C Vì từ trường chủ yếu tập trung bên trong lõi cuộn dây: H.l  N.I  H  N.I L Trong lõi dây là không khí do đó mật độ từ thông: B0  0H  4107 H Từ thông xuyên qua lõi là :  0  B 0S Gọi μr là độ từ thẩm tương đối của vật liệu, mật độ từ thông trong vật liệu : B  r0H  .B0 I I N vòng cùng với một cường độ từ trường H thì mật độ từ thông B và từ thông Ф qua vật liệu dẫn từ lớn hơn rất nhiều so với khi qua không khí. mặc dù dây quấn không chạy dọc theo cả lõi thép, nhưng từ thông vẫn chạy theo lõi thép. Điều này không thể xãy ra trong không khí, do vậy cần quan tâm đến vấn đề mạch từ 7 Ф Vật liệu sắt từ S 3. MẠCH TỪ VÀ BÀI TỐN MẠCH TỪ 3.2 BÀI TOÁN MẠCH TỪ Định luật mạch từ . Xét lõi thép từ có chiều dài trung bình L, tiết diện thẳng S, cuộn dây kích từ có N vòng, mang dòng điện kích từ I. Cuộn dây kích từ mang dòng điện I tạo ra trong mạch từ cường độ từ trường H H.l  N.I  F : sức từ động Trong lõi thép có mật độ từ thông B và từ thông Ф chạy xuyên trong mạch từ:   B.S  .H.S  . Rm  L .S N.I N.I S L L .S  F Rm (Định luật Ohm mạch từ) B H  I N vòng S I Rm F R E 3.2 BÀI TOÁN MẠCH TỪ Mạch từ nối tiếp. _  + L1H 1 I1 Rm1 F1 l2 Rm2 F2 R2 E2 Rm3 l3 + I2 n2 vòng L3H 3 R3 _ F 2=N 2.I 2 R1 E1 + R2I2 _ n1 vòng +L 2H 2 _ F 1=N 1.I 1 _ I + R1I1 R 3I3 + l1 _ định luật Ampere : H1l1+H2l2+H3l3=N1I1-N2I2=F1-F2 Giả sử không có lượng từ thông tản ra ngoài không khí, như vậy từ thông xuyên qua bất cứ tiết diện nào của lõi từ cũng bằng nhau (Rm1+Rm2+Rm3)Ф = F1-F2 Fi =HiLi=RmiФ được gọi là từ áp trên các phần tử từ thứ i tương tự như định luật Kirchhoff 2 trong mạch điện. 8 3.2 BÀI TOÁN MẠCH TỪ Mạch từ có khe hở không khí lt I F=N.I l0 n vòng b a S=axb S là tiết diên lõi thép, khi từ thông qua khe hở không khí thì có xu hướng phình to ra. Nên tiết diện tại khe hở không khí S0 sẽ lớn hơn so với S. Nếu điều kiện l0<1/10min{a;b} thì tiết diện S0 được tính: S0=(a+l0)x(b+l0) (Rmt+Rm0)Ф = F Khe hở không khí được thiết kế càng nhỏ càng tốt 3.2 BÀI TOÁN MẠCH TỪ Mạch từ song song l1 ? 1 n vòng 1 3 l2 F ? 2 _ 2 Xem mạch từ như mạch điện ta có : - Định luật Kirchhoff 2 từ áp : F=H1L1+H2L2=H1L1+H3L3 - Định luật Kirchhoff 1 dòng từ thông : Ф1=Ф2+Ф3 9 3 + H3L3 _ F=N.I ? H1L1 + H2L2 _ I + l3 3. CÁC VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG MÁY ĐIỆN: 3.1 Vật liệu kết cấu. 3.2 Vật liệu dẫn từ. 3.3 Vật liệu dẫn điện. 3.4 Vật liệu cách điện. Cấp cách điện Nhiệt độ tối đa cho phép (oC) Y A 90 E B F H 105 120 130 155 180 10 BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP Phần A: Máy biến áp một pha Phần B: Máy biến áp ba pha I. Khái niệm. I. Khái niệm. II. Cấu tạo MBA 1 pha. II. Cấu tạo MBA 3 pha. III. Nguyên lý hoạt động III. Nguyên lý hoạt động IV. Sơ đồ tương đương. IV. Sơ đồ tương đương. V. Tính toán các thông số. V. Tính toán các thông số. VI. Tổ đấu dây MBA 3 pha. VII. Điều kiện các MBA 3 pha làm việc song song HÌNH ẢNH ỨNG DỤNG VÀ BÀI TẬP BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP I. Khái niệm. PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ để chuyển đổi điện áp xoay chiều 1 pha từ cấp điện áp này (U1)sang cấp điện áp khác (U2)với tần số không đổi (f). - Phần nối với nguồn gọi là sơ cấp, ký hiệu số 1: dòng điện sơ cấp (I1), điện áp sơ cấp (U1), số vòng cuộn dây sơ cấp (n1)… - Phần nối với tải gọi là thứ cấp, ký hiệu số 2: dòng điện thứ cấp (I2), điện áp thứ cấp (U2), số vòng cuộn dây thứ cấp (n2)… U1> U2 : Máy biến áp giảm áp. U1 < U2 : Máy biến áp tăng áp. 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20