BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM
GIÁO TRÌNH
BỔ TÚC CẤP GCNKNCM MÁY TRƯỞNG HẠNG NHẤT
MÔN ĐIỆN TÀU THỦY
Năm 2014
1
LỜI GIỚI THIỆU
Thực hiện chương trình đổi mới nâng cao chất lượng đào tạo thuyền viên,
người lái phương tiện thủy nội địa quy định tại Thông tư số 57/2014/TT-BGTVT
ngày 24 tháng 10 năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải.
Để từng bước hoàn thiện giáo trình đào tạo thuyền viên, người lái phương
tiện thủy nội địa, cập nhật những kiến thức và kỹ năng mới. Cục Đường thủy
nội địa Việt Nam tổ chức biên soạn “Giáo trình điện tàu thủy”.
Đây là tài liệu cần thiết cho cán bộ, giáo viên và học viên nghiên cứu,
giảng dạy, học tập.
Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiếu sót, Cục Đường thủy
nội địa Việt Nam mong nhận được ý kiến đóng góp của Quý bạn đọc để hoàn
thiện nội dung giáo trình đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn đối với công tác đào tạo
thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa.
CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM
2
CHƯƠNG I: HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 24V
TRÊN TÀU THUỶ NỘI ĐỊA
1.1 Sơ đồ hệ thống điện một chiều 24V.
Trên tàu sông các thiết bị tiêu thụ điện như đèn hành trình,đèn sinh hoạt
chuông còi điện một chiều, động cơ khởi động vv đều sử dụng dòng điện một
giây phải ngừng ngay khởi động sau khi dừng phải để động cơ nghỉ một lúc rồi
mới khởi động tiếp theo. Nếu khởi động 3 lần liên tiếp không được thì phải dừng
khởi động tìm nguyên nhân khắc phục rồi mới được khởi động tiếp.
- Khi khởi động máy Diezen bị kẹt phải ngừng khởi động ngay.
- Khi máy Diezen đã hoạt động được thôi ấn nút khởi động nếu bánh răng.
không ra khớp do nút khởi động bị dính thì phải cắt ngay cầu dao an toàn.
1.2.2 Đối với mạch chiếu sáng.
Muốn mạch chiếu sáng hoạt động phải đóng cầu dao chính để nguồn
được nối lên bảng phân phối điện chính.
Sau khi đóng cầu dao điện từ bảng phân phối điện chính được đưa đến các
bảng phân phối điện phụ.
Nếu bật công tắc của các thiết bị thì các thiết bị được nối với nguồn điện
các thiết bị sẽ hoạt động.
Ví dụ: Muốn sử dụng đèn chiếu sáng 4 sáng ta bật công tắc trên bảng điện 10.
1.2.3. Đối với mạch nạp
- Hoạt động của mạch nạp ắc quy bao giờ cũng song song với hoạt động
của động cơ Diezen vì vậy vận hành mạch nạp có thể chia thành các bước sau:
+ Công tác chuẩn bị
Trước khi vận hành máy chính ngoài công việc kiểm tra chuẩn bị máy
chính cần phải kiểm tra mạch nạp để khi máy chính hoạt động thì mạch nạp
cũng hoạt động tốt.
+ Nội dung kiểm tra mạch nạp trước khi vận hành có thể bao gồm những
nội dung sau:
Kiểm tra cơ cấu truyền giữa máy Diezen và máy phát có đảm bảo an toàn
không có vấn đề gì cần khắc phục, phải khắc phục trước khi khởi động máy
chính
Kiểm tra dây nối trên các trụ cực của ắc quy yêu cầu phải đảm bảo và
chắc chắn bắt chặt, và dẫn điện tốt và làm công tác chuẩn bị nạp điện cho ắc quy
+ Vận hành và theo dõi khi mạch hoạt động
Hoạt động của máy phát điện để nạp điện cho ắc quy phụ thuộc vào hoạt
3- Stato
4- Giá đỡ
5- Bộ chỉnh lưu
6- Bộ điều chỉnh
điện
7- Vòng tiếp điểm
8- Rôto
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo máy phát điện xoay
chiều 3 pha
a. Phần tĩnh (Stato, phần ứng)
1. Vỏ máy
2. Lõi thép phần ứng
3. Dây quấn phần ứng
(dây quấn ba pha)
4. Dây quấn phần cảm
5. Lõi thép phần cảm
6. Chổi than
7. Vành trượt
Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo máy phát điện 3 pha cắt ngang trục
Phần tĩnh bao gồm các chi tiết cố định cùng vỏ máy như nắp máy, lõi thép và
dây quấn phần ứng.
- Vỏ máy: để bảo vệ các chi tiết bên trong và cố định phần ứng, bệ đỡ, nắp
máy.
- Phần ứng: Dây quấn (3) lồng vào các rãnh của lõi thép (2). Nguồn điện
cung cấp cho tải khi vận hành được lấy từ dây quấn (3). Dây quấn (3) gồm 3
cuộn dây (3 mạch dây, 3 cuộn dây pha) đặt lệch nhau 120
0
điện. Mỗi cuộn dây
có hai đầu dây (1 đầu đầu và 1 đầu cuối). Các cuộn dây pha có ký hiệu AX, BY,
CZ. Các đầu A, B, C là các đầu đầu và X, Y, Z là các đầu cuối của các cuộn dây.
pha nhau 120
0
.
Có thể biểu diễn các điện áp này như sau:
u
A
= U
m
.sin(ωt)
u
B
= U
m
.sin (ωt - 120
0
)
u
C
= U
m
.sin (ωt + 120
0
)
- Nếu các cuộn dây pha AX, BY, CZ được nối kín mạch với phụ tải thì có
dòng điện chạy trong các pha, 3 dòng điện này cũng có cùng biên độ, cùng tần
số lệch pha nhau 120
0
, gọi là dòng điện 3 pha.
7
Hình 2.4: Đồ thị hình sin của điện áp 3 pha
)
- Công suất (P)
8
- Tần số (f)
a. Điện áp
Điện áp dây (Ud) là điện áp đo giữa hai đầu dây pha.
Điện áp pha (UP) là điện áp đo giữa điểm đầu và điểm cuối của 1 pha.
Trường hợp nối Y, quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha:
Ud=
3
Up
Quan hệ giữa dòng điện dây và dòng điện pha trong cách nối hình sao:
I
d
= I
p
b. Công suất
- Công suất tác dụng (P)
Trị số công suất có đơn vị đo là oát, kí hiệu là W
P
3F
=
3
U
d
.I
d
.cos φ = 3.U
p
. I
Đơn vị đo ký hiệu là VA (có bội số là KVA)
S =
3
U
d
.I
d
= 3. U
p
. I
p
c. Tần số dòng điện (f)
Dòng điện xoay chiều là dòng điện biến đổi tuần hoàn cho nên có sự dao
động lặp đi lặp lại. Dặc trưng cho sự dao động nhanh hay chậm của dòng điện
gọi là tần số, đơn bị đo là hec ( Hz). Tần số dòng xoay chiều trong công nghiệp
của nước ta là 50Hz, hiện nay một số nước phát triển đã sử dụng dòng xoay
chiều tần 60Hz.
Ngoài các đại lượng cơ bản, ở những máy có công suất lớn còn ghi các
đại lượng định mức như:
Tốc độ quay định mức (vòng/phút)
Hệ số công suất (cosφ)
2.1.5. Một số điều lưu ý khi vận hành máy phát 3 pha.
Điện áp của máy phát phụ thuộc vào trị số dòng kích từ và tốc độ quay
của máy. Để máy phát có điện áp và tần số đúng qui định (được chỉ định trên
nhãn hiệu của máy) cần vận hành máy đạt tốc độ quay quy định còn khi muốn
tăng hoặc giảm điện áp thì phải điều chỉnh dòng kích từ của máy.
Công suất của tải đóng vào không vượt quá công suất quy định của máy
do vậy cần khống chế số lượng phụ tải đóng vào máy phát. Cần điều chỉnh tải
các pha đều nhau.
Các dây pha phải được cách điện tốt.
Dây quấn chủ yếu làm bằng dây đồng, kích thước dây, số vòng và lớp
quấn thuỳ thuộc vào công suất và điện áp thiết kế của các cuộn dây.
+ Điện áp thiết kế lớn thì số vòng và lớp quấn dây nhiều và ngược lại.
+ Dòng công tác thiết kế càng lớn thì kích thước dây càng lớn.
10
Hình 2.6: Hình ảnh về dây quấn máy biến áp
b. Nguyên lý hoạt động
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha hai dây quấn
U
1
: Điện áp dây quấn sơ cấp
U
2
: Điện áp dây quấn thứ cấp
W
1
: Số vòng dây quấn sơ cấp
W
2
: Số vòng dây quân thứ cấp
Φ: Từ thông chính
I
1
: Dòng điện sơ cấp
I
2
: Dòng điện thứ cấp
Nối dây quấn sơ cấp sơ cấp với nguồn điện áp xoay chiều U
1
có tần số là f
11
Trong đó:
f : Tần số của dòng điện.
W
1
: Số vòng dây cuộn sơ cấp.
W
2
: Số vòng dây cuộn thứ cấp.
Φ
m
: Từ thông lớn nhất
Các điện áp trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp là U
1
và U
2
U
1
~ E
1
U
2
~ E
2
k: Hệ số máy biến áp
Khi k > 1 U
1
> U
2
12
- Không sử dụng tải có công suất lớn hơn công suất chỉ định ghi trên nhãn
máy biến áp.
- Máy biến áp phải được đặt ở nơi khô ráo, thoáng mát, sạch sẽ.
2.5. Động cơ điện ba pha.
2.5.1. Khái niệm chung
- Máy điện dùng để biến đổi năng lượng điện 3 pha thành cơ năng gọi là
động cơ điện 3 pha.
- Động cơ điện không đồng bộ ba pha là máy điện xoay chiều làm việc
theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rôto n (tốc độ quay của máy)
khác với tốc độ từ trường quay (n) trong máy.
- Động cơ điện không đồng bộ có thể là loại 1 pha, 2 pha, 3 pha.
- Căn cứ vào rôto của động cơ không đồng bộ 3 pha chia làm hai loại:
Loại rôto lồng sóc và loại rôto dây quấn. Động cơ rôto dây quấn thường sử
dụng trong động cơ có công suất lớn, động cơ rôto lồng sóc sử dụng trong động
cơ có công suất nhỏ và trung bình.
2.5.2. Cấu tạo
Động cơ điện không đồng bộ ba pha gồm các bộ phận chính sau: phần
tĩnh (stato), phần quay (rô to) và khe hở không khí giữa rôto và stato. Ngoài ra
còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy. Trục máy làm bằng thép trên đó gắn rô to,
ổ bi và phía cuối trục có gắn một quạt gió để làm mát dọc trục.
1- Lõi thép Stato
2- Dây quấn Stato
3- Vỏ máy
4- Ổ bi
5- Trục máy
6- Hộp đầu cực
7- Lõi thép rô to
8- Thân máy
9- Quạt gió làm mát
14
Phần quay gồm các bộ phận chính: lõi thép và dây quấn rô to, trục máy.
* Lõi thép roto (mạch từ)
Giống như mạch từ stato, mạch từ roto cũng gồm các lá thép điện kỹ thuật
cách điện dập rãnh mặt ngoài theo hướng trục, ghép lại với nhau thành khối hình
trụ, mặt ngoài xẻ các rãnh để đặt dây quấn roto, ở giữa có lỗ để ghép trục như
hình 2.10.
Ở những máy có công suất lớn, người ta còn đục các rãnh thông gió dọc
thân rôto.
Hình 2.11: Lõi thép rôto của máy điện không đồng bộ
Trên thực tế, tổn hao sắt ở lõi thép rôto khi máy làm việc là rất nhỏ, nên
không cần dùng thép kĩ thuật điện sau khi dập lõi stato, người ta dùng để ép lõi
thép rôto luôn.
* Dây quấn rôto
Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ chia thành hai loại: loại rôto
kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc ( hay còn gọi rôto ngắn mạch).
- Loại rôto kiểu dây quấn:
Dây quấn 3 pha được đặt trong rãnh của lõi thép rô to, thường đấu hình
sao (Y), ba đầu còn lại được nối với ba vòng trượt làm bằng đồng cố định ở đầu
trục (hình 2.13a), ba chổi than tì lên ba vòng trượt (hình 2.13b). Thông qua chổi
than, dây quấn nối với điện trở phụ. Do vậy, khi làm việc bình thường dây quấn
rôto có thể coi nối ngắn mạch.
a)
b)
Hình 2- 12: a. Rôto động cơ không đồng bộ
b. Sơ đồ mạch điện rôto dây quấn
- Loại rôto lồng sóc ( còn gọi là rôto ngắn mạch):
15
Trong mỗi rãnh của lõi thép rôto được đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc
bằng nhôm. Hai đầu các thanh dẫn được nối tắt lại với nhau bằng hai vòng ngắn
tt
nên gọi là không
đồng bộ.
Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý động
cơ không đồng bộ 3 pha
2.5.4. Khởi động (mở máy) động cơ không đồng bộ ba pha.
16
Mở máy là quá trình đưa động cơ đang ở trạng thái nghỉ (đứng im) vào
trạng thái làm việc quay với tốc độ định mức.
Để mở máy động cơ không đồng bộ ba pha thì mô men mở máy của động
cơ phải lớn hơn mô men cản của tải lúc mở máy.
Dòng điện chạy qua các cuộn dây stato tỷ lệ nghịch với tốc độ. Do vậy
khi mở máy (tốc độ dừng n=0) dòng điện rất lớn, khi mở máy , dòng điện mở
máy lớn bằng (5 ÷7) lần dòng định mức (I
m
= 5÷7 I
đm
). Đối với các máy có công
suất lớn so với lưới thì khi mở máy, giá trị dòng điện mở máy sẽ làm cho điện
áp mạng điện tụt xuống, ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác. Vì thế,
cần phải có các biện pháp giảm dòng điện mở máy.
a. Mở máy trực tiếp
Mở máy trực tiếp là đóng động
cơ vào lưới không qua một thiết bị phụ
nào. Phương pháp này được áp dụng
với các máy có công suất nhỏ.
Hình 2-16 Mở máy trực tiếp
b. Mở máy bằng cách thêm điện trở phụ R
p
vào mạch rôto dây quấn
stato của động cơ được giảm đi. Khi động cơ đã ổn định thì đóng cầu dao AP
1
để
ngắn mạch điện kháng.
* Dùng máy biến áp tự ngẫu (hình 2.18b)
Dùng biến áp tự ngẫu giảm điện áp đặt trực tiếp vào động cơ → giảm
dòng. Trong quá trình khởi động, tăng dần điện áp.
* Dùng phương pháp đổi nối Y – Δ (hình 2.18c)
Phương pháp này chỉ dùng được với những động cơ khi làm việc bình
thường dây quấn stato nối hình tam giác.
Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp đặt vào mõi pha giảm 3 lần. Sau
khi mở máy xong ta chuyển sang nối tam giác đúngnhư quy định của máy.
Dòng điện dây khi nối hình tam giác: I
dΔ
=
1
. 3
n
U
Z
Dòng điện dây khi nối hình sao: I
dY =
1
. 3
n
U
Z
Ta thấy lúc mở máy kiểu đổi nối sao tam giác thì dòng điện dây mạng
điện giảm đi 3 lần và mômen giảm đi (
3
c. Chăm sóc thường xuyên
- Lau chùi sạch sẽ.
- Các đầu dây nối trên hộp đấu dây, nối với cầu dao phải đảm bảo chặt , tiếp xúc
tốt.
- Phải kiểm tra, bảo dưỡng cầu dao đảm bảo cầu dao tiếp xúc tốt và đồng
đều.
- Cầu chì bảo vệ phải đúng loại, nếu có 1 trong 3 cầu chì đứt phải thay
ngay (trước khi thay phải tìm nguyên nhân đứt để xử lý rồi mới thay).
- Đối với động cơ có thiết bị khởi động ngoài chăm sóc động cơ phải
chăm sóc cả thiết bị khởi động.
19
- Ngoài ra phải hết sức lưu ý không để nước, dầu bắn vào các cuộn dây
phải định kỳ cho mỡ đúng loại vào ổ bi theo đúng quy định.
2.5.5. Hư hỏng thường gặp của động cơ ba pha - Phương pháp phòng ngừa
và biện pháp khắc phục.
a. Động cơ mất 1 trong 3 pha.
- Hiện tượng: Khó khởi động hoặc không khởi động được, nếu động cơ
đang làm việc mà bị mất 1 pha thì công suất của động cơ giảm đi nhiều nên
động cơ nóng và có thể bị cháy do quá tải.
- Nguyên nhân: Đứt 1 trong 3 cầu chì dao dây chì không đúng loại hoặc
dây chì nối không chặt, 1 trong 3 pha của dây quấn stato bị chập 1 số vòng dây;
vít nối dây trên động cơ của pha đó bị chạm mát…
- Phòng ngừa và khắc phục:
+ Dây chì phải dùng đúng loại.
+ Các điểm nối phải bắt chặt và tiếp xúc tốt.
+ Dây dẫn từ cầu chì đến động cơ phải đảm bảo không để rò điện ra vỏ,
ngoài nổ dây chì còn rất nguy hiểm cho người sử dụng.
+ Không dùng điện áp nguồn cao quá, không sử dụng động cơ ở chế độ quá
tải.
Nếu cầu chì đứt phải thay dây chì.
thí nghiệm, học viên phải ghi vào bảng :
Số vòng thứ
cấp
Điện áp sơ
cấp
Điện áp đo
được ở thứ cấp
Hệ số MBA
(k=U2/U1)
Nhận xét
c. Thí nghiệm động cơ điện và máy phát điện
Hình 2.22 -Thí nghiệm động cơ điện 1 chiều
-Dụng cụ thí nghiệm gồm có: Khung dây (2) đặt trong từ trường của năm
châm vĩnh cửu (1). Hai đầu của khung dây nối với 2 phiến đồng (4). Khi quay
khung dây thì (4) cũng quay theo. (3) là 2 má chổi than đặt cố định và thường
xuyên quét lên 2 má đồng (4) khi khung dây quay.
-Thí nghiệm động cơ điện: 2 chổi than nối với 2 dầu cực của Pin. Xét hiện
tượng và cho nhận xét trong 2 trường hợp:
+ Vị trí ban đầu của khung dây như hình vẽ
+ Vị trí ban đầu của khung dây vuông góc với vị trí trên.
+ Tăng nguồn với 2 quả pin mắc nối tiếp.
- Thí nghiệm máy phát điện 1 chiều
22
Hình 2.23 - Thí nghiệm máy phát điện 1 chiều
Tương tự như thí nghiệm động cơ điện nhưng trong trường hợp này, 2 đầu
chổi than được nối với bóng điện. Khi quay khung dây ta thấy đèn sáng. Một số
kết luận cần có sau thí nghiệm:
+ Nhận xét về độ sáng của bóng đèn trong các trường hợp quay nhanh và
quay chậm.
+ Nhận xét về mối quan hệ giữa điện áp nguồn phát khi quay khung và
Tại vị trí cân bằng, mô men quay bằng mô men cản:
M
q
= M
c
⇒ k
1
.I =k
2
.α ⇒ α = k
1
/k
2
.I = S.I (S gọi là độ nhạy của cơ cấu đo)
c. Ứng dụng
- Cơ cấu đo từ điện được dùng rất nhiều làm cơ cấu chỉ thị đo điện như
ampemét, vônmét, ômmét nhiều thang đo và có dải đo rộng; độ chinh xác cao
(cấp 0,1 ÷ 0,5).
- Đối với dụng cụ đo kiểu từ điện thì thang đo chia đều.
3.1.2. Cơ cấu đo điện từ
a. Cấu tạo chung
Gồm 2 phần cơ bản: Phần tĩnh và phần động
- Phần tĩnh: Là cuộn dây 1 bên trong có khe hở không khí (khe hở làm
việc)
24
- Phần động: Là lõi thép 2 được gắn lên trục quay 5, lõi thép có thể quay
tự do trong khe làm việc của cuộn dây. Trên trục quay có gắn: bộ phận cản dịu
không khí 4, kim chỉ 6, đối trọng 7. Ngoài ra còn có lò xo cản 3, bảng khắc độ 8.
Hình 3.2: Cấu tạo chung của cơ cấu chỉ thị điện từ
b. Nguyên lý làm việc
2
= S.I
2
Với cơ cấu đo dùng kiểu điện từ, thang chia trên đồng hồ không đều như
cơ cấu đo từ điện.
3.1.3. Đo các đại lượng cơ bản.
a. Đo dòng điện.
Dụng cụ được sử dụng để đo dòng điện là ampe kế, thường được ký hiệu
trong các bản vẽ là: A
Cách mắc ampe kế để đo dòng chạy qua thiết bị điện: mắc nối tiếp ampe kế
với thiết bị cần đo dòng.
b. Đo điện áp
Dụng cụ dùng để đo điện áp gọi là vôn kế, được kí hiệu: V
Cách mắc vôn kế để đo điện áp 2 đầu của đoạn mạch, điện áp giữa 2 điểm, 2
đầu đo của vôn kế mắc vào 2 điểm hoặc hai đầu của đoạn mạch.
3.2. Áptômát, khởi động từ.
3.2.1. Áptômát.
Áptômát là khí cụ điện đóng ngắt mạch bằng tay và ngắt mạch tự động để
bảo vệ động cơ, bảo vệ mạch,… Theo công dụng, áptômát được chia ra thành
một số loại: , áptômát bảo vệ quá dòng điện (bảo vệ quá tải), bảo vệ thấp áp,
dòng điện ngược,… hình 3.3 giới thiệu hình dáng bên ngoài của 1 áptômát.
Trong nội dung tài liệu giới thiệu về cấu tạo và hoạt động của áptômát
bảo vệ quá tải và bảo vệ thấp áp.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©