Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
..............................................
Hà Nội, Tháng 8 năm 2010
Giáo viên hướng dẫn

...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...............................................
Hà Nội, Tháng 8 năm 2010
Giáo viên phản biện

Lớp: THĐT2-K55

2

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp: THĐT2-K55

Khoa: Điện tử

3

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử

CHƯƠNG I:
GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

I : MÁY ĐIỆN
* Định nghĩa và phân loại
1.Định nghĩa :
Máy điện là thiết bị điện từ làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, có
tác dụng thực hiện sư biến đổi các thông số về điện hoặc biến đổi diên cơ năng
thành điện năng và ngược lại
Các lọai máy điện biến đổi cơ năng thành điện năng được gọi là máy phát
điện.
Các loại máy điện biến đổi điện năng thành cơ năng được gọi là động cơ
điên.
2.Phân loại :
Có nhiều cách để phân loại máy điện , nếu dưa vào nguyên lý biến đổi
năng lượng thì ta có những loại sau:
-Máy đứng yên (máy điện tĩnh):
Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp ,làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng
điệ từ do sự thay đổi từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương
đối với nhau tạo lên.Loại máy này thường dùng để biến đổi thông số điện năng
như :điện áp U,dòng điện I…
- Máy điện quay :
Máy điện quay làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ , lực điên từ xuất
hiện do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với
nhau.Loại máy điện này tường dùng để biến đổi dạng năng lượng:biến cơ năng
thành điện năng hoặc biến điện năng thành cơ năng…
Lớp: THĐT2-K55

5

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử

2. Cấu tạo:

Hình 2.1: Cấu tạo bên trong động cơ KĐB
2.1 Phần tĩnh : Stato có cấu tạo gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn
+ Vỏ máy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch
dẫn từ. Thường vỏ máy được làm bằng gang. Đối với máy có công suất tương
đối lớn (1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ máy. Tuỳ theo
cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.
+ Lõi sắt:
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để
giảm tổn hao: lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại.

Hình 2.2: Lá thép kỹ thuật điện
Lớp: THĐT2-K55

7

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội



Khoa: Điện tử

2.3 Khe hở không khí:
Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không
đồngbộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể
làmcho hệ số công suất của máy cao hơn.
3.Nguyên lý làm việc:

Hình1.1: Nguyên lý hoạt động của động cơ
Khi nam châm điện quay ( tốc độ n1 vòng/ phút ) làm đường sức từ quay
cắt qua các cạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khung
dây. Sức điện động E sinh ra dòng điện I chạy trong khung dây. Vì dòng điện I
nằm trong từ trường nên khi từ trường quay làm tác động lên khung dây một lực
điện từ F. Lực điện từ này làm khung dây chuyển động với tốc độ n vòng/ phút.
Vì n < n1 nên gọi là không đồng bộ.
ĐCKĐB ba pha có dây quấn ba pha phía stator, Roto của ĐCKĐB là một bộ
dây quấn ba pha có cùng số cực trên lõi thép của Roto.

Lớp: THĐT2-K55

9

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử


Mạch tương đương:
Tần số dòng điện bên trong stator: f
Lớp: THĐT2-K55

10

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử

Tần số dòng điện bên trong rotor: f 2 = sf
,

,

,

,

,

,

U 1 = ( R1 + jX 1 ) I + E 1 = Z 1 I 1 + E 1
,

,

E 2 k dq2 N 2

k dq : hệ số dây cuốn phân bố

rotor đứng yên ( f = f 2 )
Đặt: E ' 2 = E1 = kE 2

điện áp rotor qui đổi

Tần số: (qui đổi từ rotor quay về rotor đứng yên)
Khi rotor quay có tần số sf:
E 2 s = 2π .k dq2 .N 2 f 2 .Φ m = 2π .k dq2 .N 2 ( sf ).Φ m = sE 2

Điện áp: E 2 S = sE 2
Tổng trở rotor:
,

Rotor đứng yên: Z 2 = R2 + j (2πf ) L2 = R2 + jX 2

X 2 = 2πfL2

Rotor quay:
,

Z 2 s = R2 + j (2πsf ) L2 = R2 + jsX 2
,

,

,

,
Dòng điện không tải I 0 gồm hai thành phần: I 0 = I c + I m

I c cùng pha với E1, thành phần tác dụng ( tổn hao mạch từ).
I m cùng pha với Φ , thành phần từ hóa.

Do từ thông Φ m = const nên sức từ động không đổi ( F = NI= Φ m + Rm )
,

⇒

,

,

k dq1 .N 1 . I 1 − k dq1 .N 2 . I 2 = k dq1 .N 1 . I 0 = const
,

,,

Đặt dòng điện rotor qui đổi: I 2 = I 2
k
⇒

,

,

, ,


,
 s
 s
I2
I 2'
k
,

⇒

Vậy:

Lớp: THĐT2-K55

12

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử

,

,

,

, ,

Mục đích xác định tổn hao công suất sắc từ PFe (đã trừ tổn hao cơ Pco ):
P0 = PFe + Pco

(xem tổn hao đồng không đáng kể)

TN quay không tải: Pco (ma sát, thông gió, tổn hao phụ) = P cơ kéo động cơ
quay.

Lớp: THĐT2-K55

13

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử

Tính R0 = Rm + Rσs
Từ P0 và I 0 .
Tính được Ls = Lm + Lσs
Từ I 0 ,U 1đm và R0 .
Thí nghiệm ngắn mạch:
s=1
⇒

I 1đm ⇒ U 1n

Z 2'


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử
R2' ' 2
I2
s

Công suất điện từ:

Pdt = 3.

Tổn hao đồng rotor:

Pd 2 = 3R2' I 2' = s.Pdt

Công suất cơ:

Pco = 3R2'

2

1− s ' 2
I 2 = (1 − s) Pdt
s

Công suất cơ hữu ích:
P2 = Pco − Pqp


Lớp: THĐT2-K55

và
I 2' =

Z 1a = R1a + j. X 1a =
U 1a

R 
 R1a +
 + j X 1a + X 2'
s 

'
2

15

(

( R1 + j. X 1 ) j. X m
R1 + j ( X 1 + X m )

)

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội


Độ trượt giới hạn: sth ứng với M max

(

)

2

dM
=0
dn

R2'

sth =

M max

2





R12a + ( X 1a + X 2' ) 2
3 U2
1
2 1a
=
ϖ 1 R1a + R12a + ( X 1a + X 2' ) 2

16

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử

8. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ
n1 =

1. Thay đổi số cực:

60 f
p

2. Thay đổi tần số nguồn điện:
U 1 / f = const

(vòng/phút)
n1 =

60 f
p

(vòng/phút)

(tránh hiện tượng bão hòa mạch từ)
sth = const , M max thay đổi

2. Đặc tính vận tốc n = f ( P2 ) :
P2 tăng, mômen cản cũng tăng theo, do đó vận tốc giảm xuống.

3. Đặc tính mômen điện từ M = f ( P2 ) :
Mômen điện từ M tỷ lệ với công suất cơ, nếu tốc độ không đổi (s
không đổi) thì đặc tính sẽ là đường thẳng. Nhưng khi P2 tăng thì tốc độ
giảm nên s tăng lên, do đó mômen M tăng hơi nhanh hơn P2 .
4. Đặc tính hệ số công suất cos ϕ = f ( P2 ) :
Khi động cơ không tải, nhưng công suất kháng trong X m vẫn như cũ
nên hệ số công suất không tải cos ϕ 0 thấp (từ 0,15 đến 0,3). Khi tải
tăng, P1 tăng, cos ϕ tăng lên đến cos ϕ đm ( từ 0,8 đến 0,9), sau đó giảm
xuống.
5. Đặc tính hiệu suấtη = f ( P2 ) :
η=

P2
P2 + P0 + β 2 .Pn

Khi P2 =0, η = 0.P2 tăng thì Pđ 1 và Pđ 2 tăng theo, trong khi Ps và Pqp
gần như không đổi; hiệu suất tăng lên đến giá trị hiệu suất định mức
η đm = 0,75 ÷ 0,9 , sau đó giảm xuống.

Hiệu suất đạt cực đại tổn hao quay không tải ( Pqp cộng với tổn hao
sắt từ Ps ) bằng tổng tổn hao phụ thuộc tải (tổn hao đồng stato Pđ 1 và Pđ 2 ).

Lớp: THĐT2-K55

18

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm

- Ổn định nhiệt, điện động, có cường độ cơ khí cao khi quá tải, khi
ngắn mạch, vật liệu cách điện tốt, không bị chọc thủng khi quá
dòng.
Khí cụ điện làm việc chắc chắn an toàn khi làm việc
Lớp: THĐT2-K55

19

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử

1.4 . Tính toán tổn thất điện năng trong khí cụ điện :
Tổn thất điện năng trong khí cụ điện được tính theo:
Q = ∫ I 2 .R.t

Trong đó: Q: Điện năng tổn thất.
i: dòng điện trong mạch
R: Điện trở của khí cụ
t: thời gian có dòng điện chạy qua.
Tùy theo khí cụ điện tạo nên từ các vật khách quan, kích thước khác nhau,
hình dạng khác nhau sẽ phát sinh tổn thất khác nhau.
1.5. Các chế độ phát nóng của khí cụ điện :
Sau đây là bản nhiệt độ cho phép của một số vật liệu:
Vật liệu làm khí cụ điện
Vật liệu không bọc cách điện hoặc để xa nhất


105

điện
Hợp chất tổng hợp
Mica, sợi thủy tinh
Mica, sợi thủy tinh có tẩm

E
B
F

120
130
155

cách điện
Chất tổng hợp silic

H

180

Lớp: THĐT2-K55

20

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Lớp: THĐT2-K55

21

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa: Điện tử

tăng lên lớn nhất gần bằng nhiệt độ giảm nhỏ nhất thì khí cụ điện đạt dược chế
dộ dừng.
2. Tiếp xúc điện
2.1. Khái niệm
Tiếp xúc điện là nơi mà dòng điện đi từ vật dẫn này sang mặt dẫn khác. Bề
mặt tiếp xúc của hai mặt dẫn được gọi là tiếp xúc điện.
Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện:
- Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo.
- Mối nơi tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao.
- Mối nối không được phát nóng quá giá trị cho phép.
Ổn định D: Tiếp xúc điện – hồ quang
- nhiệt và ổn định động khi có dòng điện đi qua.
- Chịu được tác động của môi trường (nhiệt độ, chất hóa học,…)
Để đảm bảo các yêu cầu trên, vật liệu dùng làm tiếp điểm có các yêu cầu:
- Điện dẫn và nhiệt dẫn cao.
- Độ bền chống gỉ trong không khí và trong các khí khác.
- Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao.
- Độ cứng bé để giảm lực nén
- Độ cứng cao để giảm hao mòn ở các bộ phận đóng ngắt.

điện.
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc
- Vật liệu làm tiếp điểm: vật liệu mềm tiếp xúc tốt.
- Kim loại làm tiếp điểm không bị oxi hóa.
- Lực ép tiếp điểm càng lớn thì sẽ tạo nên nhiều tiếp điểm tiếp xúc.
- Nhiệt độ tiếp điểm càng cao thì điện trở tiếp xúc càng lớn.
- Diện tích tiếp xúc.
Thông thường dùng hợp kim để làm tiếp điểm.
3. Hồ quang điện
3.1. Khái niệm
Trong các khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện (cầu dao, contactor,
rơle…) khi chuyển mạch sẽ phát sinh hiện tượng phóng điện. Nếu dòng điện
ngắt dưới 0,1A và điện áp tại các tiếp điểm khoảng 250 – 300 V thì các tiếp
điểm sẽ phóng điện âm ỉ. Trường hợp dòng điện và điện áp cao hơn trị số trong
bảng sau sẽ sinh ra hồ quang điện.
Vật liệu làm tiếp điểm
platin
Vàng
Bạc
Vonfram
Đồng
Than

U(V)
17
15
12
17
12,3
18-22

sinh ra điện trường có cường độ rất lớn (3.10 7 V/cm) có thể làm bật điện tử từ
catot gọi là phát xạ tự động điện tử (gọi là phát xạ nguội điện tử). Số điện tử
càng nhiều, chuyển động dưới tác dụng của điện trường làm ion hóa không khí
gây hồ quang điện.
Đối với tiếp điểm có dòng điện lớn, quá trình phát sinh hồ quang phức tạp
hơn. Lúc đầu mở tiếp điểm, lực ép giữa chúng có trị số nhỏ nên số tiếp điểm tiếp
xúc để dòng điện đi qua ít. Mật độ dòng điện tăng đáng kể đến hàng chục nghìn
A/cm 2 , do đó tại các tiếp điểm sự phát nóng sẽ tăng đến mức đến mức làm cho
ở nhau

B. MỘT SỐ KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP
I - CẦU CHÌ
1. Khái niệm và yêu cầu
Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh
sựcố ngắn mạch, thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp,
động cơ điện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng.
Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá
thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi.
Các tính chất và yêu cầu của cầu chì:
- Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có

dòng

điện mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua.
- Đặc tính A – s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo vệ.
Lớp: THĐT2-K55

24

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm

Lớp: THĐT2-K55

25

GVHD: Nguyễn Tiến Kiệm