Title 19. MAY DIEN DONG CO DIEN MAY BIEN AP TRUYEN TAI DIEN NANG .pdf ✅

Chủ đề 13. MÁY ĐIỆN A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT I. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều a. Nguyên tắc hoạt động của các loại máy phát điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: khi từ thông qua một vòng dây biến thiên điều hòa, trong vòng dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều. Nếu từ thông qua mỗi vòng dây biến thiên theo quy luật B  x x' n   1 0     cos t và trong cuộn dây có N vòng giống nhau, thì suất điện động xoay chiều trong cuộn dây là: 1 0 d e N N sin t dt        hay e Ncos t 1 0   2            Trong đó 0 thông cực đại qua một vòng dây. Biên độ của suất điện động là: E N 0 0    (2) b. Có hai cách tạo ra suất điện động xoay chiều thường dùng trong các máy điện: −Từ trường cố định, các vòng dây quay trong từ trường. −Từ trường quay, các vòng dây đặt cố định. 2. Máy phát điện xoay chiều một pha a. Các bộ phận chính Mỗi máy phát điện xoay chiều đều có hai bộ phận chính là phần cảm và phầnứng. Phần cảm là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Đó là phàn tạo ra từ trường. Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt lộng. Một trong hai phần đặt cố định, phần còn lại quay quanh một trục. Phần cố định gọi là stato phần quay gọi là rôto. b. Hoạt động Các máy phát điện xoay chiều một pha có thể được cấu tạo theo hai cách: −Cách thứ nhất: phần ứng quay, phần cảm cố định. −Cách thứ hai: phần cảm quay, phần ứng cố định. Các máy được cấu tạo theo cách thứ nhất có stato là nam châm đặt cố định, rôto là khung dây quay quanh một trục trong từ trường tạo bởi stato. Các máy được cấu tạo theo cách thứ hai có rôto là nam châm (gồm p cặp cực), thường là nam châm điện được nuôi bởi dòng điện một chiều; stato gồm nhiều cuộn dây có lõi sắt, xếp thành một vòng tròn. Các cuộn dây của rôto cũng có lõi sắt và xếp thành vòng tròn, quay quanh trụcqua tâm vòng tròn với tốc độ n vòng/giây. Tần số dòng điện do máy phát ra: f = np. 3. Máy phát điện xoay chiều ba pha a. Dòng điện xoay chiều ba pha Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện xoay chiều gây ra bởi ba suất điện động xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha nhau từng đôi một là 2π/3. Nếu chọn gốc thời gian thích hợp thì biểu thức của các suất điện động là: 1 0 2 0 3 0 2 2 e E cos t;e E cos t ;e E cos t . 3 3                       b. Cấu tạo và hoạt động của máy điện xoay chiều ba pha.
Máy phát điện xoay chiều ba pha cấu tạo gồm stato có ba cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau quấn trên ba lõi sắt đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn, rô to là một nam châm điện. O 1 32    N S Khi rô to quay đều, các suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ba cuộn dây có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau 2π/3. Nếu nối các đầu dây của ba cuộn với ba mạch ngoài (ba tải tiêu thụ) giống nhau thì ta có hệ ba dòng điện cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha là 2π/3. II. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1. Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ a. Từ trƣờng quay. Sự đồng bộ Khi một nam châm quay quanh một trục, từ trường do nam châm gây ra có các đường sức từ quy trong không gian. Đó là một từ trường quay. Nếu đặt giữa hai cực của một nam châm hình chữ u một kim nam châm (Hình 1) và quay đều nam châm chữ U thì kim nam châm quay theo với cùng tốc độ góc. Ta nói kim nam châm quay đồng bộ với từ trường. x x' S N S N x x' Hình 1. Thí nghiệm về sự quay đồng bộ Hình 2. Thí nghiệm về sự quay không đồng bộ b. Sự quay không đồng bộ thay kim nam châm bằng một khung dây dẫn kín. Khung này có thể quay quanh trụcxx’ trùng với trụcquay của nam châm (Hình 2). Nếu quay đều nam châm ta thấy khung dây quay theo cùng chiều, đến một lúc nào đó khung dây cũng quay đều nhưng với tốc độ góc nhỏ hơn tốc độ góc của nam châm. Do khung dây và từ trường quay với các tốc độ góc khác nhau, nên ta nói chúng quay không đồng bộ với nhau. Sự quay không đông bộ trong thí nghiệm trên được giải thích như sau. Từ trường quay làm từ thông qua khung dây biến thiên, trong khung dây xuất hiện một điện cảm ứng. Cũng chính từ trường quay này tác dụng lên dòng điện trong Theo định luật Len−xơ, khung dây quy theo chiều quay của từ trường để làm giảm tốc độ biến thiên của từ thong quay khung. Tốc độ góc của khung dây luôn nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường. Thật vậy, nếu tốc độ góc của khung dây tăng đến giá trị bằng tốc độ góc của từ trường thì từ thông qua khung không biến thiên nữa, dòng điện cảm ứng không còn, momen lực từ bằng 0, momen cản làm khung quay chậm lại. Lúc đó lại có dòng cảm ứng và có momen lực từ. Mômen này chỉ có tồn tại khi có chuyến động tương đối giữa nam châm và khung dây, nó thay đổi cho tới khi có giá trị bằng momen cản thỉ khung dây quay đều với tốc độ góc nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường. Như vậy, nhờ có hiện tượng cảm ứng điện từ và tác dụng của từ trường quay mà khung dây quay và sinh công cơ học. Động cơ hoạt động dựa theo nguyên tắc nói trên gọi là động cơ không đồng bộ (động cơ cảm ứng). 2. Các cách tạo ra từ trƣờng quay + Bằng nam châm quay + Bằng dòng điện một pha + Bằng dỏng điện ba pha
III. MÁY BIẾN ÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1. Máy biến áp Máy biến áp là thiết bị hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó. a. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Máy biến áp gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên một lõi sắt kín (Hình 1). Lõi thường làm bằng các lá sắt hoặc thép pha silic, ghép cách điện với nhau để giảm hao phí điện năng do dòng Fu−cô. Hình 2. Kí hiệu máy biến áp trong mạch điện Hình 1. Sơ đồ cấu tạo của máy biến áp Các cuộn dây thường làm bằng đồng, đặt cách điện với nhau và được cách điện với lõi. Hoạt động của máy biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Một trong hai cuộn của máy biến áp được nối với nguồn điện xoay chiều, được gọi là cuộn sơ cấp. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ điện năng, được gọi là cuộn thứ cấp. Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều. Nếu mạch thứ cấp kín thì có dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp. b. Sự biến đổi điện áp và cƣờng độ dòng điện qua máy biến áp Với lõi sắt kín, hầu như mọi đường sức từ chỉ chạy trong lõi sắt nên từ thông qua mỗi vòng dây ở cả hai cuộn bằng nhau, suất điện động cảm ứng trong mỗi vòng dây cũng băng nhau. Như vậy suất điện động cảm ứng trong mỗi cuộn dây tỉ lệ với số vòng dây N1, N2 của chúng   1 1 2 2 e N 1 e N  . Tỉ số giữa các suất điện động tức thời không đổi nên tỉ số giữa các giá trị hiệu dụng cũng bằng tỉ số ấy:   1 1 2 2 E N 2 E N  Trong các công thức dưới đây, các đại lượng và các thông số ở đầu vào (nối với cuộn sơ cấp) được ghi bằng chỉ số 1, ở đầu ra (nối với cuộn thứ cấp) được ghi bẳng chỉ số 2. Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn thì có thể coi điện áp hiệu dụng ở hai đầu mỗi cuộn bằng suất điện động hiệu dụng tương ứng trong mỗi cuộn: U1 = E1, U2 = E2. D do đó:   1 1 2 2 U N 3 U N  Nếu N2> N1 thì U2> U1, ta gọi máy biến áp là máy tăng áp. Nếu N2< N1 thì U2< U1, ta gọi máy biến áp là máy hạ áp. Hiệu suât của máy biến áp: 2 2 2 2 1 1 1 P U I cos H P U I    . Hiệu suất của máy biến áptrong thực tế có thể đạt tới 98  99%. Nếu hao phí điện năng trong máy biến áp không đáng kể và cuộn thứ cấp nốivới R thì 2 cos 1   và H = 1 nên U I U I 1 1 2 2  hay   1 2 2 1 I U 4 I U  (4) Do đó, máy biến áp làm tăng điện áp lên bao nhiêu lần thì làm giảm cường độ dòng điện đi bấy nhiêu làn và ngược lại. Chú ý: Có thể thay cuộn sơ cấp và thứ cấp bằng một cuộn dây có nhiều đầu ra (một cặp đầu dây nối với mạch sơ cấp, các cặp khác nối với mạch thứ cấp). Đó là biến áp tự ngẫu thường được dùng trong đời sống,
c. Công dụng của máy biến áp + Thay đổi điện áp của dòng điện xoay chiều đến các giá trị thích hợp. + Sử dụng trong việc truyền tải điện năng để giảm hao phí trên đường dây truyền tải. + Sử dụng trong máy hàn điện, nấu chảy kim loại. 2. Truyền tải điện Điện năng truyền tải đi xa thường bị tiêu hao đáng kể, chủ yếu do tỏa nhiệt trên đường dây. Gọi R là điện trở đường dây. P là công suất truyền đi, U là điện áp ở nơi phát, cosφ là hệ số công suất của mạch điện thì công suất hao phí trên dây là:     2 P P RI 6 Ucos     Công thức trên chứng tỏ rằng, với cùng một công suất và một điện áp truyền đi, với điện trở đường dây xác định, mạch có hệ số công suất lớn thì công suất hao phínhỏ. Đối với một hệ thống truyền tải điện với cosφ và P xác định, có hai cách giảm P . Cách thứ nhất: giảm điện trở R của đường dây. Đây là cách làm tốn kém vì phải tăng tiết diện của dây, do đó tốn nhiều kim loại làm dây và phải tăng sức chịu đựng của các cột điện. Cách thứ hai: tăng điện áp U ở nơi phát điện và giảm điện áp ở nơi tiêu thụ điện tới giá trị cầnthiết Cách này có thể thực hiện đơn giản bằng máy biến áp, do đó được áp dụng rộng rãi.  10 25  110 500  Nhà máy điện Khu dân cư 220V220V 6kV 35kV 6kV Chú ý: Hiệu suất truyền tải điện được đo bằng tỉ số giữa công suất điện nhận được ở nơi tiêu thụ và công suất điện truyền đi ở nơi phát điện. Điện áp ở đầu ra của nhà máy điện thường vào khoảng 10  25 kV. Trước khi truyền điện đi xa, điện áp thường được tăng đến giá trị trong khoảng 110  500 kV bằng máy tăng áp. Ở gần nơi tiêu thụ, người ta dùng các máy hạ áp để giảm điện áp xuống các mức phù hợp với đường dây tải điện của địa phương và yêu cầu sử dụng.Mức cuối cùng dùng trong các gia đình, công sở là 220V (Hình 3). B. PHƢƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 1. Bài toán liên quan đến máy phát điện xoay chiều 1 pha. 2. Bài toán liên quan đến động cơ điện xoay chiều. 3. Bài toán liên quan đến máy biến áp. 4. Bài toán liên quan đến truyền tải điện. Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐÉN MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Máy phát điện xoay chiều 1 pha Phương pháp giải: