Công nghiệp điện năng và máy điện - Nguyễn Văn Tuệ, Nguyễn Đình Triết

1. DIỆNNÀNGVÀ
MÁYĐIÊN
■
NGUYỄN VÃN TUỆ -NGUYEN đình TRIẾT
NHÀ XUẤT BẢN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP Hồ CHÍ MINH

2. NGHÈN VẪN TUỆ -NGHÈN ĐÌNH TRIÊT
TRƯƠNGĐẠ 1 HỌC NHAĨRANG
yv
T H I j r V I Ê N
•
M
NHÀ XUẤT BẦN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP Hồ CHÍ MINH

3. LÕI NÓI ©Ầy
Ngày nay, công nghiệp hóa đang từng bước phát triển
trên cả nước ta. Vì vậy, ngành công nghiệp điện cùng như điện
năng đã và đang đi trước trong việc xây dựng nhiều nhà máy
nhiệt điện, thủy điện và chuẩn bị xây dựng nhà máy điện
nguyên tử nhằm cung cấp điện năng phục vụ sản xuất của các
khu còng nghiệp, khu chế xuất và sinh hoạt dân dụng ...
Biện lực Việt Nam đà và sẽ xuất khẩu điện sang các
nước anh em nhiều hơn theo yêu cầu phát triển của họ, hoặc
nâng cao khả năng đáp ứng nhu cầu nàng lượng sản xuất của
ta. Các thiết bị, máy điện đa dạng được chế tạo và sản xuất
trong nước đẫ đem lại nhiều lợi ích cho quốc gia và xuất khẩu.
o quyển sách này, chúng tôi biên soạn những kiến thức
cơ bản về điện nàng vả máy điện nhằm giúp học sinh trong
việc tự học; học viên, công nhân các ngành chuyên hoặc
không chuyên về điện đều có thể dùng để nghiên cứu vả tham
khảo.
Đây là lần đầu tiên cuốn sách được xuất bản, hẳn
không tránh khỏi nhưng sai sót. Người biên soạn rất mong
nhận được nhừng ý kiến đóng góp của bạn đọc để nhửng lần
tái bản cuốn sách có chất lượng ngày càng tốt hơn.
'TlyuqỈM 'Vãít *luẹ
'Khuyên ‘
Đ ìh & ‘7niết

4. CÔNG NGHIỆP HIỆN NÂNG VÀ MÁY ĐIỆN
NGUYỄN VĂN TUỆ - NGUYỄN đ ìn h tr iế t
%
NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUÔC GIA
THÀNH PHÔ HỒ CHÍ MINH
03 Côngg trường Quốc Tê, Q. 3, TP HCM
ĐT: 8 239 170 - 8 239 171 - Fax: 8 239 172
Email: VNƯHP@Fmail.vnn.vn
•!*
Chịu trách nhiệm xuất bản
PGS - ĨS NGUYỄN QUANG ĐỈEN
Biền tập
NGUYỄN TIỄN NAM
Sửa bản in
TRẦN VẢN THẮNG
Bìa
Vỏ QUANG THỊNH
In 1000 cuốn, khô 14,5x 20,5cm. G-iấy phép xuất bản số
22/651/XB-QLXB do Cục Xuất bản cấp ngày 12/6/2003. Giấy
trích ngang số’342/KHXB ngày 31/10/2003. In tại Xí nghiệp
In Tiền Giang. Nộp lưu chiểu tháng 12 năm 2003.

5. m ẹ ũ L ỵ ©
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1 11
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN
1.1 Tính ưu việt của năng lượng điện 11
1.2 Sản xuất điện năng 12
1.3 Trạm phân phối năng lượng điện 22
CHƯƠNG 2 27
TRUYỂN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG
2.1 Hệ thống điện năng 27
2.2 Phân loại mạng điện 28
2.3 Các phần tử chính của đường dây 31
2.4 Sự tiếp đất 38
2.5 Mạng điện phân phối điện áp thấp 40
CHƯƠNG 3 44
NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
3.1 Máy điện là gì? 44
3.2 Phân loại máy điện 46
3.3 Các định luật cơ bản dùng trong máy điện 48
3.4 Tính chất thuận nghịch của máy phátvà động 51
cơ điện
3.5 Vật liệu dùng trong máy điện 53
3.6 Các tình trạng làm việc và nhữnglượng định 56
mức của máy điện
5

6. CHƯƠNG 4 58
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỂU
4.1 Cấu tạo máy điện một chiều 58
4.2 Dây quấn phần ứng máy điện một chiểu 61
4.3 Phân loại máy điện một chiều theo phương 65
pháp kích thích
4.4 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiểu 67
CHƯƠNG 5 73
MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỔNG BỘ
5.1 Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ ba pha 74
5.2 Dây quấn của động cơ điện không đổng bộ 78
5.3 Mở máy và đổi chiều quay động cơ điện không 84
đổng bộ
5.4 Động cơ điện lồng sóc có đặc tính mỏ máy tốt 91
5.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ 93
5.6 Các đường đặc tính làm việc của động cơ điện 95
không đồng bộ
5.7 Các tình trạng đặc biệt của động cơ 98
5.8 Động cơ điện không đồng bộ một pha 99
CHƯƠNG 6 105
MẠCH DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN BA PHA
6.1 Khái niệm về mạch dòng điện ba pha 105
6

7. 6.2 Cách nối hình sao (Y) 109
6.3 Cách nối hình tam giác (A) 111
6.4 Công suất mạch điện ba pha 113
6.5 ứng dụng cách nối hình sao vàhình tam giác 115
6.6 Cách đấu dây nối tiếp hoặcsong song vàđổi 117
tốc độ
CHƯƠNG 7 123
CHỌN ĐỘNG Cơ ĐIỆN
7.1 Quá trình phát nóng và làm lạnhđộng cơ điện 124
7.2 Các chế độ làm việc của động cơ điện 126
7.3 Chọn loại và kiểu động cơ điện 129
7.4 Chọn công suất động cơ ở chế độ làm việc dài 132
hạn
7.5 Chọn công suất động cơ ở chế độ làm việc 144
ngắn hạn
7.6 Chọn công suất động cơ ở chế độ làm việc 145
ngắn hạn lặp lại
7.7 Chọn điện áp của động cơ diện 150
CHƯƠNG 8 152
MÁY ĐIỆN ĐỔNG BỘ
8.1 Cấu tạo máy điện đồng bộ 153
8.2 Nguyên lý làm việc của máy điệnđồng bộ 156
8.3 Phản ứng phần ứng và điện khángđồng bộ 161
7

8. 8.4 Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị véctơ 164
của mạch điện phần ứng máy điện đổng bộ
8.5 Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ 165
8.6 Hòa đồng bộ các máy phát điện đồng bộ 168
8.7 Công suất và mômen điện từ của máy điện 171
đồng bộ
8.8 Mở máy động cơ đồng bộ 176
8.9 Ảnh hưởng của sự biến thiên dòng điện kích 179
thích động cơ điện đồng bộ - Máy bù đồng bộ
8.10 So sánh giữa động cơ đồng bộ và động cơ 181
không đồng bộ
CHƯƠNG 9 183
MẤY BIẾN ÁP
9.1 Những khái niệm chung 183
9.2 Cấu tạo máy biến áp 186
9.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 189
9.4 Từ trường thứ cấp và các điện kháng tản của 192
dây quấn máy biến áp
9.5 Các phương trình đặc trưng cho máy biến áp 194
9.6 Đồ thị véctơ của máy biến áp khi mang tải 196
9.7 Sơ đồ thay thế của máy biến áp 199
9.8 Xác định các thông số và hiệu suất máy biếr 203
áp bằng thí nghiệm
8

9. 9.9 Sự biến thiên điện áp thứ cấp máy biến áp - 208
đường đặc tính ngoài
9.10 Chế độ khống tải và ngắn mạch của máybiến 212
áp
9.11 Máy biến áp ba pha 213
9.12 Sự làm việc song song của nhiều máy biến áp 218
9.13 Một số máy biến áp đặc biệt 222
CHƯƠNG 10 227
MÁY ĐIỆN ĐẶC BIỆT
10.1 Khuếch đại từ 227
10.2 Máy khuếch đại điện từ 229
10.3 Máy biến đổi một phần ứng 233
10.4 Máy phát điện hàn một chiều 236
10.5 Hệ thống xen - xin 238
10.6 Máy phát điện đồng bộ tần số cao 240
10.7 Máy biến đổi tần số 242
10.8 Động cơ xoay chiểu ba pha có vànhgóp 244
10.9 Động cơ điện xoay chiều một phacóvành góp 249
kích thích nối tiếp
9

10. © M ế ỡ lN © 9
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NĂNG
LƯƠNG ĐIÊN
1.1 TÍNH ưu VIỆT CỦA NĂNG LƯỢNG ĐIỆN
Sự phát triển của xã hội loài người gắn liền với việc tìm ra
những nguồn năng lượng mới. Ngày nay, điện năng đã trở thành
nguồn động lực chính của nền công nghiệp sản xuất đại qui mô,
cơ khí hóa và tự động hóa. Sở dĩ như vậy là vì nó có những ưu
điểm dặc biệt sau :
Một là, chúng ta có thể biến dổi dễ dàng các dạng năng
lưỢmg khác nhau sang điện năng; do đó tận dụng được các
nguồn năng lượng rất lớn và rẻ tiền. Ví dụ, ta có thể biến nhiệt
năng của than cám, than bùn, thế năng của các dòng sông, thác
nước, thành điện năng, vả lại, ta còn dùng dầu, khí đốt hoặc
năng lượng nguyên tử ... để chạy máy phát.
Hai là, năng lượng điện rất dễ dàng truyền tải đi xa và
phân phối đến các nơi tiêu thụ. về mặt này thì không có một
dạng năng lượng nào có thể sánh kịp. Điện năng có thể dưa di
xa Ihàng nghìn cây số, nhờ những đường dây dẫn điện bằng
dồng hoặc nhôm rất nhẹ, đơn giản, tổn thất diện năng dọc
đường rất ít. Thường các nguồn năng IƯỢng như thác nước, mỏ
than, mỏ dầu ... ở xa các khu công nghiệp. Việc biến các nguồn
11

11. năng lượng này thành điện năng và truyền tải đi xa tới các nơi
tiêu thụ đã giải quyết được khó khăn lớn trong việc phân phối,
điểu hòa năng lượng đi các nơi. Điện năng đưa về nông thôn sẽ
là yếu tố quan trọng để xóa bỏ sự cách biệt giữa thành thị và
nông thôn.
Cuối cùng, điện năng biến đổi được dễ dàng sang các
dạng năng lượng khác như nhiệt, cơ, quang, hóa ... Các thiết bị
để biến đổi điện năng sang các dạng năng lượng khác có cấu
tạo đơn giản, gọn, nhẹ. Vì vậy, điện năng được dùng ở hầu hết
các ngành sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao
thông vận tải ... Hơn nữa, tốc độ truyền điện rất nhanh (300.000
km/s) nên điện năng còn dược dùng trong các ngành thông tin,
liên lạc và là cơ sở của việc khống chế, diều khiển từ xa, tự dộng
hóa các quá trình sản xuất . Điện năng dùng trong sinh hoạt,
trong khoa học công nghệ làm nâng cao dời sống vật chất và
tinh thần của con người.
1.2 SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG
Điện năng dược sản xuất tập trung trong các nhà máy
điện. Hiện nay, các nhà máy điện lớn đểu phát ra năng lượng
dòng điện xoay chiều ba pha, rất ít có nhà máy phát ra năng
lượng dòng diện một chiều nên người ta thường dùng chỉnh lưu
để biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành một chiều.
Nói chung, ỏ các nhà máy điện, các dạng năng lượng khác
nhau muốn biến thành diện năng đều phải biến đổi qua một
dạng trung gian là cơ năng trên dộng cơ sơ cấp, truyền qua máy
phát điện để biến thành điện năng.
12

12. Nguồn năng lượng thường dùng trong trong tuyệt đại đa số
các nhà rnáy điện hiện nay vẫn là năng lượng các chất dốt và
năng lượng nước. Từ năm 1954, 0 một số nước tiên tiến đã bắt
dầu xây dựng một số nhà máy điện dùng năng lượng nguyên tử.
Sau đây trình bày quá trình làm việc của ba loại nhà máy diện
tương ứng với ba nguồn năng lượng kể trên là nhà máy nhiệt
điện, nhà máy thủy điện và nhà máy điện nguyên tử.
1. Nhà máy nhiệt điện
Trong các nhà máy nhiệt diện, động cợ sơ cấp của máy
phát điện có thể là turbine hơi, máy hơi nước hoặc động cơ
diesel, nhưng ỏ các nhà máy diện lớn thì động cơ sơ cấp đều là
turbine hơi. Như vậy, nhà máy cần có các lò hơi để cung cấp hơi
cho turbine.
Nhiên liệu dùng cho các lò hơi thường là than đá xấu, than
cám, than bùn và nhiên liệu lỏng như dầu mazüt hoặc các khí
đốt tự nhiên, khí than cốc ... ổ những nước có nhiều dầu mỏ, việc
khai thác dầu lửa phát triển, hoặc có nhiều khí tự nhiên, khí than
cốc thu dược ở các xưởng luyện kim .... thì nhà máy diện dùng
nguyên liệu mazút hoặc khí đốt có hiệu quả kinh tế cao hơn nhà
máy diện dùng nguyên liệu là than, ỏ nước ta hiện nay, các nhà
máy nhiệt điện đều dùng các loại nguyên liệu kể trên.
Các lò hơi dùng nhiên liệu than có thể là lò ghi xích hoặc lò
than phun, ở lò ghi xích, than đưa vào lò là than cục và cháy
thành một lớp ỏ trong lò. Ở lò than phun, than dược nghiền nhỏ
mịn như bột, rồi dùng quạt gió quạt mạnh theo những dường ống
phun vào lò. Nhà máy nhiệt điện dùng lò than phun có hiệu suất
cao hơn dùng lò ghi xích nên các lò ghi xích chỉ dùng trong
13

13. những trường hợp công suất lò tương đối nhỏ, các thông số (áp
lực, nhiệt độ) của lò hơi không cao.
Hình 1.1 vẽ sơ đổ trình bày quá trình làm việc của nhà máy
nhiệt điện dùng iò ghi xích. Đầu tiên than dược vận chuyển theo
băng tải tới phễu chứa (1), rồi đưa vào lò (2) nhờ hệ thống ghi
xích luôn luôn chuyển động (3). Trong lò là các dàn ống (4) chứa
đầy nước đã được lọc và xử lý hóa học để không bị ăn mòn. Nhờ
nhiệt độ cao trong lò, nước trong dàn ống bốc hơi bay lên bình
chứa (5) (balon). Hơi bão hòa trong balon đi qua dàn ống quá
nhiệt (6). ỏ đây hơi nước dược sấy khô thành hơi quá nhiệt theo
dường ống dẫn vào turbine (7). Hơi quá nhiệt đập vào cắc cánh
turbine làm nó quay kéo theo rotor máy phát diện (14) quay. Máy
phát điện sẽ biến dổi cơ năng thành diện năng. Hơi quá nhiệt
sau khi qua turbine sẽ xuống bình ngúng (8), ỏ dây nó được làm
lạnh và ngưng tụ lại nhờ hệ thống tuần hoàn (9) dưa nước lạnh ở
hồ ao, liên tục chạy qua các ống trong bình ngưng. Nước ngưng
ỏ bình ngưng sẽ do bơm (10) đưa về bể lắng lọc (11), rồi lại dược
bơm (12) dưa qua dàn ống sấy (13) dể gia nhiệt thành nước
nóng đưa vào lò.
Như vậy, ta thấy ở nhà máy nhiệt điện có hai gian chính là
gian lò và gian máy. Gian lò, dùng để biến đổi năng lượng các
chất đốt thành năng lượng quá nhiệt. Gian máy, dùng để biến
đổi năng lượrig hơi quá nhiệt vào turbine thành cơ năng, truyền
qua máy phát dể biến đổi thành diện năng.
Ồ nhà máy nhiệt điện kể trên, bao nhiêu hơi dưa vào
turbine dều ngưng lại ở bình ngưng, nên gọi là nhà máy nhiệt
điện kiểu ngưng hơi. Hiệu suất của loại nhà máy này chỉ khoảng
14

14. từ 25 - 30%, vì nước tuần hoàn qua bình ngưng đã lấy đi tới 60%
nhiệt năng của hơi quá nhiệt.
Để nâng cao hiệu suất, người xa tìm cách sử dụng nhiệt
hăng của hơi quá nhiệt sau khi ra khỏi turbine, giảm tổn hao
nhiệt năng do nước tuần hoàn đem di. Do đó, ở một sô nhà máy
nhiệt diện dùng turbine kiểu phản lực hoặc trích hơi. Trong các
loại turbin này, hơi quá nhiệt sau khi vào turbine lại được dẫn
hầu hết hoặc một phần sang các phụ tải nhiệt nhỏ lân cận. Nhờ
vậy mà hiệu suất của nhà máy có thể lên đến 50 - 60%.
Nhà máy nhiệt diện có công suất càng lớn thì hiệu suất
càng cao. Trên thế giới hiện nay có những nhà máy điện công
suất hàng triệu kw, có tổ turblne máy phát công suất tới 600.000
kw (tức 600 MW). Trước Cách mạng tháng Tám, nước ta chỉ có
vái nhà máy điện, công suất không quá vài vạn kW. Ngày nay ta
15

15. đã có một loạt nhà máy nhiệt điện mới, có nhà máy công suất
thiết kế đã lên tới hàng trăm ngàn kW hoặc hơn nữa.
Ngoài các nhà máy nhiệt điện dùng turbine hơi kể trên,
còn có nhà máy nhiệt điện động cơ sơ cấp là động cơ diesel, gọi
là nhà máy diện diesel. Nhà máy điện diesel cỏ hiệu suất
khoảng 38%, thời gian khởi dộng rất nhanh với công suất từng tổ
máy hạn chế trong khoảng từ vài trăm đến vài nghìn kW. Hiện
nay nhà máy diện diesel chỉ dùng ở các địa phương xa hệ thống
điện chung, ở các công trường đang xây dựng, dùng trong quân
đội hoặc làm nguồn diện dự phòng cho các nhà máy sản xuất,
nhà máy nhiệt điện turbine hơi...
2. Nhà mảy thủy điện
Nhà máy thủy điện là nơi biến đổi năng lượng dòng nước
thành điện năng. Trong nhà máy thủy điện, động cơ sơ cấp của
máỵ phát là turbine nước, nối dồng trục với máy phát. Turbine
nước là loại động cơ biến thế năng và động năng của nước
thành cơ năng.
Nhà máy thủy diện có hai loại: loại có đập ngăn nước dẫn
nước trực tiếp và loại dùng máng dẫn nước đến bể chứa nước rổi
theò ống dẫn vào turbine.
Nhà máy thủy điện dùng đập thường xây dựng ở những
sông có lưu lượng nước lớn nhưng độ dốc ít. Đập xây chắn
ngang sông để cho mực nước hai bên đập chênh lệch nhau.
Gian máy và trạm phân phối diện xây ngay bên cạnh và trên
đập.
16

16. Dàn trục cửa cống
Hình 1.2
Sơ đồ mặt cắt dọc một nhà máy thủy điện dùng đập
1. đập; 2. mực nước; 3. cửa cống; 4. ống dẫn nước; 5. máy biến
áp tăng áp; 6. ống dẫn nước ra; 7. rotor turbine; 8. trục turbine; 9. buồng
xoáy ốc cho nước đi qua quay turbine; 10. mực nước thấp; 11. mảy phát
điện; 12. cầu trục; 13. gian máy
Hình 1.2 vẽ mặt cật dọc một nhà máy thủy điện dùng đập.
Lưu lượng nước ở sông thường thay đổi theo các mùa trong
một năm, hơn nữa phụ tải điệnĩại luôn luôn thay đổi trong một
ngày. Để bảo dảm nhà máy có thể phát ra điện năng ngay trong
mùa khô cạn và có thể diều chỉnh dược công suất phát ra trong
một ngày; người ta xây dựng những bể chứa nước rất lớn dể dự
trữ nước cho nhà máy.
Nhà máy thủy điện có máng dấtunưác thưởng xây dựng ở
những sông có lưu lượng nước í[ĩfitó^9ộtìỉ^H lỊw AlN erịi (hình
THƯ VIỆN 17
_____ _____ ______« ___ Ị

17. 1.3). Nước từ mực nước cac A, qua cửa cống (1), theo máng dẫn
(2) vào bể chứa (3) rồi theo các ống dẫn (4) vào các turbine đặt
trong gian máy (5) xây dựng ở trên mực nước thấp D. Đập (6) có
tác dụng nâng mực nước ỏ A lên cao và dự trữ nước.
Giá thành điện năng của nhà máy thủy diện rất rẻ, so với
nhà máy nhiệt điện thì giá thành có thể giảm từ 3 - 5 lần. Thời
gian khởi dộng của nhà máy thủy diện rất nhanh ( 5 - 1 5 phút),
việc điều chỉnh phụ tải của nhà máy thủy điện cũng nhanh
chóng và rộng.
Tuy vậy, so với nhà máy nhiệt điện thì vốn dầu tư xây dựng
nhà máy thủy điện lớn hdn nhiều. Hơn nữa, thời gian xây dựng
nhà máy thủy điện rất lâu. Vì vậy, muốn dẩy mạnh tốc độ diện
khí hóa toàn quốc (và có thể bán điện cho các nước lân cận), ta
cần tăng nhanh sản lượng diện trong một thời gian ngắn, đi đôi
với việc xây dựng các nhà máy thủy điện ta phải đẩy mạnh việc
xây dựng các nhà máy nhiệt điện công suất lớn.
18

18. Hiện nay trên thế giới đã có những nhà máy thủy điện
công suất lên đến 4 -5 triệu kW. Nước ta có nhiều sông, thác
nưóc lớn, nguồn thủy năng rất phong phú, chúng ta đã và đang
xây dựng các nhà máy thủy điện có công suất lớn ở cả hai miền
Nam - Bắc. Ngoài ra ở các đĩa phương, đặc biệt là ở vùng núi,
dã xây dựng được các nhà máy thủy điện nhỏ, công suất từ vài
chục đến vài trăm kW, phục vụ cho tiểu thủ công nghiệp và sinh
hoạt của địa phương.
3. Nhà máy điện nguyên tử (hạt nhân)
Với tốc độ phát triển công nghiệp hiện nay, thì nguồn dự
trữ các chất đốt đã tìm thấy trên trái đất sẽ hết trong thời gian
gẩn. Mặt khác các chất đốt, đặc biệt là dầu lửa hiện nay dùng
rất nhiều để làm nguyên liệu trong công nghiệp hóa học. Vì vậy
từ nửa dầu thế kỷ 20, một số nước tiên tiến trên thế giới đã bắt
đầu nghiên cứu sử dụng một nguồn năng iượng mới là năng
lượng nguyên tử. Năm 1954, Liên Xô là nưóc dầu tiên trên thế
giới đã xây dựng thành công nhà máy diện nguyên tử có công
suất 5000kW. Hiện nay các nước tiên tiến đã xây dựng những
nhà máy điện nguyên tử lớn hơn nhiều, có nhà máy công suất
lên đên 600 MW.
Năng lượng nguyên tử dược sử dụng qua nhiệt năng ta thu
được khi phá vỡ liên kết hạt nhân nguyên tử và của một số chất
ở trong lò phản ứng hạt nhân.
Nhà máy điện nguyên tử biến nhiệt năng trong lò phản ứng
hạt nhân thành điện năng. Thực chất nhà máy diện nguyên tử là
nhà máy nhiệt diện, nhưng lò hơi được thay thế bằng lò phản
ứng hạt nhân.
19

19. Để tránh ảnh hưởng có hại của các tia phóng xạ tới nhân
viên làm việc ở gian máy, nhà máy điện nguyên tử có hai đường
nước chạy tuần hoàn theo hai đường vòng khép kín (hình 1.4).
Đường vòng thứ nhất gồm lò phản ứng hạt nhân (1) và các
ống (5) đặt trong bộ trao đổi nhiệt (4). Nhờ bơm (6) nên nước có
áp suất 100 at sẽ tuần hoàn chạy qua các ống của lò phản ứng
và được đốt nóng tới 270°c. Nó đem nhiệt năng từ lò qua các
ống 5 của bộ phận trao đổi nhiệt. Bộ lọc (7) dùng để lọc các hạt
rắn có trong nước trước khi đi vào lò.
Đường vòna thứ hai gồm bộ trao đổi nhiệt (4), turbine (8)
và bình ngưng (9). Nước lạnh qua bộ phận trao dổi nhiệt (4) sẽ
hấp thụ nhiệt và biến thành hơi có áp suất 12,5 at, nhiệt độ
260°c. Hơi này sẽ qua turbine làm quay turbine và máy phát
(14); sau đó tới ngưng dọng lại thành nước ở bình (9), và được
bơm (11 ) dưa trở lại bộ trao dổi nhiệt.
20

20. Hiệu suất của các nhà máy điện nguyên tử hiện nay
khoảng từ 25 - 30%. Như vậy, chẳng hạn muốn nhận được công
suất điện là 50.000 kW thì lò phản ứng hạt nhân cần có công
suất khoảng 200.000 kW.
Hình 1.5a và b vẽ sơ đồ cấu tạo của một lò phản ứng hạt
nhân. Lò gồm một khối chì hình lập phương (1) có các lỗ hình trụ
(2). Trong các lỗ đặt những thanh uran (3) gọi là chất đốt nguyên
tử của lò phản ứng (hình 1.5a). Các thanh uran (3) được phủ một
lớp nhôm (4), lổng vào trong một ống cũng bằng nhôm (5), rồi
mới đặt vào các lỗ
của khối chì 1
(hình 1.5b). Nước
làm lạnh có áp
suất 100 at sẽ
chạy trong khoảng
không gian (6)
giữa thanh uran và
thành ống nhôm
(5), nó mang nhiệt
năng từ trong lò ra
ngoài. Để tránh
các tia phóng xạ
rất nguy hiểm cho
người, lò phản ứng
hạt nhân được bảo vệ bằng một lớp bê tông rất dày.
(
V
V
-
Hình 1.5
Sơ đổ cấu tạo lò phản úng hạt nhân
Quá trình phản ửng dây chuyển xảy ra trong lò như sau:
dùng các hạt nơtron bắn phá hạt nhân nguyên tử u 235, trong các
thanh uran dùng làm chất dốt cho lò. Hạt nhân nguyên tử u 235 sẽ
21

21. bị tách làm đôi và tỏa ra một số nhiệt năng; đổng thời sinh ra các
hạt nơtron mới và các tia y,ß.
Những hạt nơtron mới này lại tới bắn phá các hạt nhân
nguyên tử u235 khác quá trình xảy ra có tính chất dây chuyển.
Khi bắn phá hạt nhân nguyên tử u235 có trong uran, đa số
các hạt nơtron có vận tốc lớn sinh ra sẽ kết hợp với u238có trong
uran, để thành Pu239. Chỉ có một số rất ít hạt nơtron là tới bắn
phá các hạt nhân nguyên tử u235. Người ta tìm cách giảm vận tốc
của các hạt nơtron để giảm khả năng kết hợp của chúng với
u238, do đó sẽ tăng khả năng các hạt nơtron tới bắn phá hạt
nhân nguyên tử u235. Muốn vậy, giữa các thanh uran có chèn
một số chất như chì, nước áp suất cao 100 at, gọi là các chất
làm chậm. Các hạt ndtron va đập vào các nguyên tử của chất
làm chậm sẽ mất một phần động năng và giảm tốc độ.
1.3 TRẠM PHÂN PHỐI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN
Điện năng sản xuất trong các nhà máy điện phải đưa tới
những nơi tiêu thụ. Vì vậy bất kỳ một nhà máy diện nào cũng
đều phải có một trạm phân phối để chia điện năng đi các nơi.
Tùy theo vị trí của nhà máy điện đối với các hộ, cơ xưởng tiêu
thụ mà người ta chia ra thành nhà máy điện địa phương và nhà
máy điện khu vực. ứng với mỗi loại nhà máy điện thì sơ đồ và
các thiết bị đặt trong trạm phân phối cũng khác nhau.
Nhà máy điện địa phương chỉ cung cấp điện năng cho các
hộ tiêu thụ quanh vùng, không xa nên không cần dùng máy biến
áp tăng áp. Điện áp đường dây truyền tải chính là điện áp máy
phát.
22

22. Nếu công suất nhà máy điện nhỏ (vài trăm kW hoặc thấp
hơn) chỉ cung cấp cho các hộ tiêu thụ 0 gần, ví dụ các nhà máy
điện diesel ... cung cấp điện cho các xí nghiệp, công trường nhỏ
thì diện áp máy phát thường chọn là 220/380V hoặc dưới 500V
và không cần dùng máy biến áp. Trạm phân phối của các nhà
máy điện này rất dơn giản, thường là các thiết bị trọn bộ đặt
trong một tủ gọi là tủ phân phối điện. Hình 1.6 vẽ sơ đồ nguyên
lý một dường dâv của tủ phân phố! (để cho dơn giản nên trong
các sơ đồ đường dây
điện ba pha người ta
chỉ vẽ cho một pha và
gọi là sơ dồ một dường
dây). Hai máy phát
MP1 và MP2 nối lên
chung cùng thanh góp,
qua bộ đóng cắt CB
(Circuit breaker), hiện
nay CB được dùng
rộng rãi thay cho cầu
dao và cầu chì bảo vệ.
Từ thanh góp người ta
nối với những đường
dây phân phối điện
năng đi các nơi tiêu thụ. Vì các phụ tải chiếu sáng chỉ dùng điện
áp pha 220V, nên trong sơ dồ có thêm dây trung tính (ký hiệu
bằng đường nét đứt khúc).
Hình 1.7 vẽ mặt trước của tủ phân phối diện. Mặt tủ chia
làm nhiều ngăn. Ngăn số 1 và 3 nối với đường dây hai máy phát
động cơ Chiếu sáng
_
aT
W
N
jv
¿ 0 .1?-. O I
) CB
'¡’220/380
r
)
MP1 MP2
Hình 1.6
Sơ đồnguyên lý m
ộđường
các trạm phân phổi công suất nhỏ
23

23. điện, ngăn số 2 dùng dể hòa dồng bộ nối ghép song song
(coupling in parallel), ngăn số 4, 5, 7 nối với các đường dây phụ
tải động lực và chiếu sáng, ngăn số 6 dùng để dự phòng phát
triển thêm các phụ tải mới.
f .:.. ........ :......
ỉ ................
© o ©
© ©
© ©
ỗ o
®
O -J 0
©
0 ^ 0
□
© Q ©
© ©
© O
ễ a
Ổ
Q 0
ỗ ỗ
© ©
8 ë
© © ©
Ỗ Ỗ 8
1 2 3 4 5 6 7
Hình 1.7
Mặt trước của tủ phân phối điện
Nếu các nhà máy điện đĩa phương có công suất lớn hơn và
phạm vi cung cấp điện rộng hơn, điện áp máy phát điện chọn
bằng 6,3; 10,5 hoặc 15,75 kV, ví dụ các nhà máy cung cấp điện
cho thành phố, khu công nghiệp ... Hình 1.8 vẽ sơ đồ trạm phân
phối điện của loại nhà máy này. Các máy phát điện và đường
dây được đóng cắt và bảo vệ ngắn mạch bằng các máy cắt điện
MG'. Dao cách ly làm nhiệm vụ cách ly máy phát hoặc dường
dây dang sửa chữa với các phần mạng điện khác. Để an toàn
tuyệt đối cho công nhân sửa chữa các đường dây, ngưởi ta đặt
thêm một đường dây tiếp đất, ký hiệu bằng dường chấm chấm
trên hình vẽ. Khi sửa chữa một đường dây riêng lẻ thì cắt máy
cắt điện và dao cách ly 1,2 của dường dây, đóng dao cách ly 3
dể nối dường dây đang sửa chữa với đường tiếp đất.
24

24. Hình 1.8
Sơ đồ nguyên lý trạm phân phối điện
công suất trung bình,áp 10,5kV
Nhà máy điện khu vực có công suất lớn, cung cấp điện đi
xa, do đó cần có các máy biến áp tăng áp để nâng điện áp lên
35,110 hay 220kV. Loại nhà máy này cần có ít nhất ba trạm
phân phối: trạm phản phối ở diện áp cao (35,110kV ... ); trạm
phân phối ở điện áp máy phát (6,3; 10,5kV) dùng để cung cấp
điện cho các phụ tải quanh vùng và cho nội bộ nhà máy; trạm
phân phối ở điện áp thấp cung cấp cho tự dùng nhà máy.
Hình 1.9 vẽ sơ đồ các trạm phân phối diện của nhà máy
điện khu vực. Khi điệp áp càng cao thì khoảng cách giữa các
thiết bị dặt trong trạm phân phối càng phải lớn. Do đó, các trạm
phân phối ở diện áp tù 35kV trở lên thường đặt ỏ ngoài trời. Các
thiết bị điện phải có cấu tạo thích hợp với điều kiện làm việc ở
ngoài trời.
25

25. Hình 1.9
Trạm phân phối của nhà máy điện khu vực:
1. gian máy; 2. trạm phân phối của máy
phát; 3. máy tăng áp; 4. trạm phân phối cao
ấp; 5. máy biến áp tự dùng; 6. trạm phân
phối nội bộ; 7. máy biến áp thấp; 8. trạm
phân phối áp thấp.

26. e » t f ố N '
TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHÔI
ĐIỆN NĂNG
2.1 HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG
Điện năng khôrg thể dự trữ dược. Công suất các nhà máy
điện phát ra hoàn toàn phụ thuộc công suất các phụ tải. Phụ tải
các nhà máy điện luôn luôn biến thiên trong một ngày và theo
các mùa trong một năm, nhất là các phụ tải thắp sáng. Nếu các
nhả máy diện làm việc riêng lẻ thì công suất nhà máy không
được tận dụng hết. Mặt khác, việc cung cấp điện cho phụ tải
cũng không bảo dảm được liên tục. Vì vậy, các nhà máy điện
thường dược nối chung (hòa lại) cho làm việc song song với
nhau, hợp lại thành một hệ thống điện năng.
Nhờ có hệ thống điện năng nên các nhà máy điện có thể
hỗ trợ lẫn nhau, bảo đảm khả năng liên tục cung cấp điện cho
phụ tải; công suất các nhà máy cũng được tận dụng một cách
triệt dể. Hơn nữa, ta có thể phân phối phụ tải một cách hợp lý
cho các nhà máy diện trong hệ thống, dựa theo đặc điểm công
tác của từng nhà máy. Do đó giá thành điện năng cũng rẻ hơn.
Để truyền tải và phân phối điện năng tới các nơi tiêu thụ
điện, ta phải xây dựng các mạng điện gồm những đường dây dài
hàng trăm đến hàng ngàn cây số. Điện năng truyền tải đi với
công suất càng lớn và khoảng cách càng xa thì điện áp đường
27

27. dây truyền tải càng phải cao dể giảm tổn thất diện áp và công
suất trên dường dây, đồng thời tiết kiệm được kim loại màu.
Mặt khác, điện áp mạng điện càng cao thì vốn đầu tư xây
dựng, phí tổn vận hành, bảo quản mạng điện càng lớn. Do dó,
khi chọn điện áp mạng điện tùy theo công suất truyền tải và
khoảng cách dẫn điện, ta phải so sánh các phương án về
phương diện kỹ thuật và kinh tế dể chọn ra một diện áp thích
nợp nhất. Nói chung, khi truyền tải điện năng đi xa từ ba bốn
chục cây số trở lên tới hàng ngàn cây số, thì điện áp mạng điện
phải từ 35kV cho tới 400, 600 kV. ở các vùng tiêu thụ điện năng
thì điện áp mạng điện phải giảm xuống chỉ còn từ 6; 10; 15 kV
đến 0,38/0,22 kV để dẫn trực tiếp tới các hộ và thiết bị cơ xưởng
tiêu thụ điện.
2.2 PHÂN LOẠI MẠNG ĐIỆN
Tùy theo điện áp mạng điện mà ta chia làm ba loại: mạng
điện điện áp cao từ 100 kV trở lên; mạng điện điện áp cao/trung
từ 35 kV trở xuống và mạng điện điện áp thấp, là mạng mà điện
áp giữa một dây bất kỳ với đất không cao quá 1000V.
Khi tính toán mạng điện 100 kV trở lên, ta phải xem dây
dẫn như gồm các phấn tử điện trở, diện cảm, điện dung phân bố
dểu dọc theo dây. Hơn nữa dây dẫn thường phải chọn có dường
kính lớn để giảm quầng sáng điện xung quanh dây dẫn, gây nên
tổn hao năng lượng.
Khi tính toán mạng điện ngoài trời, điện áp dưới 35 kV thì
chỉ kể đến điện trở và diện kháng đường dây.
28

28. Khi tinh toán mạng điện trong nhà và cáp thì chỉ kể đến
điện trở dây dẫn.
Hình dáng mạng diện cũng có ý nghĩa trong việc tính toán
mạng. Tùy theo hình dáng mà ta phân ra iàm mạng diện hở và
mạng diện kín. Mạng hở gồm các nhánh chỉ dược cung cấp điện
từ một phía (hình 2.la). Mạng kín là mạng mà bất kỳ một điểm
nào trên nó cũng được cung cấp điện ít nhất từ hai phía (hình
2.1 b)
Việc tính toán mạng điện hở đơn qiản hơn rất nhiều so với
mạng diện kín. Nhưng mạng điện kín có ưu điểm là bảo đảm cho
các phụ tải được cung cấp điện iiên tục, không bị mất điện do
các nguyên nhân về sự cố đường dây hoặc nhà máy diện gây
nên.
Căn cứ vào nhiệm vụ của mạng điện mà người ta chia ra
làm mạng điện cung cấp và mạng diện phân phối. Mạng điện
a. Mạng hở
b. Mạng kín
Hình 2.1
Hình dáng mạng điện
29

29. cung cấp là mạng điện làm nhiệm vụ truyền tải một năng lượng
điện lớn từ nhà máy điện tới các vùng tiêu thụ. Mạng có công
suất truyền tải lớn và khoảng cách dẫn điện xa nên điện áp
thường từ 110kV trở lên (các dường vẽ nét đậm trong hình 2.1 b).
Mạng điện phân phối là làm nhiệm vụ chia diện năng trực tiếp
tới các hộ và thiết bị tiêu thụ điện. Mạng điện phân phối lại gồm
mạng phân phối điện áp cao và mạng phân phối điện áp thấp
(hình 2.2).
Mạng phân phối điện áp cao thường co diện áp 3, 6, 10,
15, 20 kV. Nó phân phối điện năng tới các nơi tiêu thụ như khu
phố, xí nghiệp, công trường ... Mạng điện phân phối điện áp thấp
như mạng điện xí nghiệp, khu phố nó đem diện năng đến tận
các thiết bị tiêu thụ diện như đèn, động cơ, lò điện ... Điện áp
mạng diện phân phối diện áp thấp thường là 220/127 và
Mạng phân
phối điện áp
thấp
Hình 2.2
Mạng điện cung cấp và mạng điện phân phối
30

30. 380/220V. Địa điểm chuyển tiếp từ mạng điện cung cấp sang
mạng điện phân phối gọi là trạm phân phối (hình 2.2); ở đó có
đặt các máy biến áp, máy cắt điện, dao cách ly ... Các điểm
chuyển từ mạng phân phối điện áp cao sang mạng phân phối
điện áp thấp gọi là trạm hạ áp (hình 2.2), ở đó đặt các máy biến
áp, dao cách ly, cầu chì, cầu dao diện áp thấp ... ; có khi đặt cả
máy cắt điện.
2.3 CÁC PHẦN TỬ CHÍNH CỦA ĐƯỜNG DÂY
Các phần tử chính của một đường dây dẫn điện là: dây
dẫn, sứ cách điện và cột.
1
.
Dây dẫn
Dây dẫn dùng trong mạng diện ngoài trời thường là dây
đồng, dây nhôm hoặc dây nhôm lõi thép không bọc cách diện.
Dây dẫn dùng ở mạng điện trong nhà thường là dây dồng, dây
nhỏm có bọc cách điện. Các mạnq điện phân phối trong thành
phố thường dùng dây cáp bằng dồng hoặc nhôm.
Dây đồng là loại dây dẫn diện tốt nhất, điện trở suất của
đồng dùng làm dây dẫn là 0,01784 Qrnm2/m. Dây đồng có thể
chế tạo thành dây đơn hay dây xoắn. Dây dồng đơn cứng và có
sức bến cơ học kém nên chỉ chế tạo tới tiết diện tối đa là 16mm2.
Nếu dùng dây đổng đơn 0 những mạng diện 1 - 20kV thì phải có
tiết diện tối thiểu là 10 và 16mm2; còn nếu dùng ở mạng diện
ngoài trời dưới 1kV thì phải có tiết diện tối thiểu là 6mm2. Dây
đổng xoắn gổm nhiều sợi nhỏ vặn xoắn lại với nhau. Dây đổng
xoàn có sức bển cao hơn và dẻo hơn dây đổng đơn (tiếng Anh
gọi là cable và wire).
31

31. Dây nhômso với dây dồng thì dẫn điện kém hơn. Điện
suất của nhôm dùng làm dây dẫn là 0,029Qmm2/m. Độ bển cơ
học của dây nhôm cũng kém hơn dây đồng, nên dây nhôm
thường chỉ chế tạo thành dây xoắn, ứng suất kéo giới hạn của
nó là 16kg/mm2. Ưu điểm của dây nhôm là rất nhẹ so với dây
đổng cùng tiết diện. Hiện nay dây nhôm là loại dây dẫn dược
dùng nhiều nhất trong những mạng điện phân phối điện áp từ
20kV trỏ xuống, ồ những mạng diện diện áp 1 - 20kV thì tiết
diện tối thiểu của dây nhôm phải là 25mm2; còn nếu dùng ở
mạng điện ngoài trời diện áp dưới 1kV thì nó phải có tiết diện tối
thiểu là 16mm2 .
Dây nhôm lõi thép là loại dây dẫn lõi bằng những sợi dây
thép tráng kẽm vặn xoắn lại
với nhau, phía ngoài có hai
lớp dây nhôm vặn xoắn. Tiết
diện lõi thép chiếm khoảng 10
- 20% tiết diện tổng của dây
dẫn. Vì có lõi thép nên dây
nhỏm lõi thép có sức bền cơ
học tốt hơn nhiều so với dây
nhôm cụng tiết diện. Thép có
điện trỏ suất rất lớn nên ta có thể coi như dòng điện chỉ chạy
trong phần dây nhôm của dây nhôm lõi thép. Dây nhôm lõi thép
thường dùng ở những dường dây trên không có điện áp từ 35kV
trở lên, vì lúc đó khoảng vượt giữa các cột lớn nên cần dùng dây
dẫn có độ bền cơ học cao (ứnq suất kéo giới hạn của dây nhôm
lõi thép là 120kg/mm2).
Hình 2.3
Cấu tạo của cáp ba pha
32

32. Dây thép là loại dây dẫn rẻ tiền nhất, độ bển cd học rất
lớn. Nhưng mặt dây thép có điện trở suất rất lớn (0,12 -
0,16Qmm2/m) và rất dễ gỉ. Do đó dây thép tráng kẽm chỉ dùng
trong những mạng điện nhỏ ở vùng sâu, nông thôn hoặc dùng
trong đường dây thông tin.
Dây cáp ngầm là loại dây dược bọc cách điện rất kỹ và
được chôn dưới đất. Đưòng dây cáp này so với đường dây trên
không thì vận hành an toàn, ít xảy ra
sự cò' hơn, vì được chôn dưới đất
nên không chịu ảnh hưởng của sét
và các lực cơ học bên ngoài. Hơn
nữa, dây cáp ngầm không nguy
hiểm đối với sự di lại của nhân dân
và không ảnh hưởng đến các công
trình kiến trúc khác. Tuy nhiên,
đường dây cáp ngầm đắt hơn so VỚI
đường dây trên, nhất là cáp từ
100kV trở lên thì chế tạo rất phức
tạp, khó khăn. Vì vậy, dây cáp
ngầm chỉ dùng trong những trường
hợp đặc biệt, ví dụ trong mạng diện
thành phố có diện áp 6 -10kV ...
Tùy theo yêu cầu, số lớp cách điện, vật liệu cách điện và
vỏ bảo vệ cáp có thể khác nhau. Hình 2.3 vẽ cấu tẹo cáp điện
ngầm bọc ba lõi. Lõi cáp 1 là các dây đổng hoặc nhôm vặn
xoắn; xung quanh lõi bọc một lớp giấy cách điện 2 có tẩm dầu
và nhựa thông; ngoài lớp giấy lại có lớp vỏ chì 3 quấn quanh
Hình 2.4
Đầu nốicáp
33

33. nhưng không hàn kín để ngăn khí ẩm thấm vào chất cách điện.
Phía ngoài vỏ chì là một lớp qai 4 có tẩm nhựa đường quấn chặt
lại. Để cáp khỏi bị các loại cơ học bên ngoài tác dụng, người ta
bọc ở bẽn ngoài một lớp vỏ thép 5 hoặc dây thép ,quấn lại. vỏ
thép muốn không bị gỉ lại phải bọc thêm một lượt gai đã nhúng
qua nhựa đưởng 6.
Khi bảo quản các đầu cáp loại này phải bịt thật kín không
cho khí ẩm thấm vào bên trong chất cách điện. Cáp khi nối với
phụ tải phải qua những đầu nối đặc biệt bên trong đổ đầy nhựa
đường để cho khí ẩm không thấm vào trong (hình 2.4).
c.
a
Hình 2.5
Cách đặt dây cáp
34

34. Cáp có thể chôn trực tiếp dưới đất, trcng các rãnh cáp
(hình 2.5a); hoặc dặt trên các giá ỏ hai bên tường hay trên trần
hầm cáp (hình 2.5b,c).
Dây dẫn trong nhà là loại dây bọc cách điện. Lõi có thể là
một sợi hoặc nhiều sợi nhỏ vặn xoắn, bên ngoài là một tầng
PVC hoặc cao su cách điện (có pha lưu huỳnh), sau đó là một
iớp vải sợi bao quanh cao su.
Ổ những nơi có các chất hóa học có thể làm hỏng lớp cách
diện thị dây dẫn trong nhà không bọc cách điện. Nhưng lúc đó
phải có những biện pháp ngăn ngừa tránh cho người không,
chạm phải.
2. Sứ cách diện
Hình 2.6
Các loại sứ cách điện
Sứ cách điện là bộ phận dùng để cách điện giữa dây và
cột. ở những đường dây 35kV trở xuống, dây dẫn dược dặt trên
35

35. sứ cách điện kiểu đứng (hình 2.6a). ổ những đường dây có diện
áp cao hơn thì dây dẫn được treo trên các chuỗi sứ, gồm nhiều
bút sứ ghép lại; diện áp càng cao thì số bút sứ càng nhiều (hình
2.6b). Khi đường dây cần qua tường vào trong nhà thì phải chui
vào trong lòng các sứ xuyên (hình 2.6c).
3. Cột
Cột dùng trong các đường dây thưởng là cột bêtông cốt
thép, ỏ những đoạn quan trọng (ví dụ vượt sông) có thể dùng cột
bằng thép. Các đường dây có điện áp từ 35kV trở xuống còn có
thể dùna cột bằng gỗ đã được xử lý hóa học dể chống mối mọt.
Đường dây dùng cột gỗ có vốn đầu tư nhỏ, nhưng phí tổn vận
hành và bảo quản hàng năm lại lớn.
Khoảng cách của cột phải lựa chọn sao cho giá thành của
cột và sứ cách điện trên 1km đường dây là nhỏ nhất. Nếu tăng
khoảng cách giữa hai cột thì số cột và sứ giảm đi, nhưng giá
thành của cột lại cao lên vì cột phải chế tạo to và cao hơn (do độ
võng của dây dẫn và lực cơ học tác dụng vào cột tăng lên), ứng
với mỗi điện áp nhất định lại có một khoảng cách cột điện có lợi.
Đối với các loại điện áp thấp hơn 1kV thì khoảng cách cột
thường từ 30 - 50m; đối với các loại diện áp cao từ 35kV trở lên,
khoảng cách cột có thể tới 200m hay hơn nữa.
4. Chống sét cho đường dây
Đối với các đường dây điện áp cao từ 110kV trở lên, để đề
phòng sét đánh vào đường dây, ở phía trên dây dẫn ta phải đặt
dây chống sét chạy dọc theo đường dây. Dây chống sét là dây
thép tráng kẽm bắt ở trên đỉnh cột (hình 2.7), nó được tiếp đất
36

36. bằng bản thân các cột thép, hoặc bằng các dây dẫn nối từ đỉnh
cột xuống đất.
Hình 2.7
Đường dây ba pha 220 kV có dây chống
sét ở đỉnh cột
Ngoài ra, đường dây còn có những thiết bị bảo vệ trong
trường hợp bị quá điện áp do sét gây ra. Thông thường, thiết bị
phóng điện kiểu sừng để phòng quá điện áp cho đường dây
(hình 2.8). Khi làm việc bình thường, điện áp giữa dây dẫn và đất
không đủ để chọc thủng khoảng không khí của thiết bị phóng
điện. Nhưng khi đường dây bị quá diện áp, khoảng không khí
của thiết bị phóng điện sẽ bị chọc thủng, và điện tích trên trời sẽ
truyền hết xuống dất. Thiết bị phóng điện thường dặt ở những
nơi xung yếu để bảo vệ thiết bị diện, ví dụ các trạm biến áp.
37

37. Hình 2.8
Thiết bị phóng điện kiểu sừng ịa, b)
2.4 Sự TIẾP ĐẤT
Dịnh nghĩa của tiếp đất. Tiếp đất là sự tạo tiếp xúc trực tiếp
với đất cho phép, bằng một phương cách từng hồi hoặc vĩnh cửu,
sự đi qua của một dòng diện hoặc làm cho sự chênh lệch điện
thế của vật dẫn với vật tiếp đất bằng không.
Vật tiếp đất dã tạo thành một điện cực (electrode) từ một
thể tích nhất định của vùng đất chôn nó.
Những vật tiếp đất có hình dạng khác nhau, từ các tấm thẻ
đổng, ống tròn, ống sắt tráng kẽm, phiến băng đến những dây
cáp cũ.
38

38. Nếu tiếp đất tồi nhất định kéo theo những tai nạn thường
làm chết người. Phải rất cẩn thận ở sự thiết lập vật tiếp đất.
ũiện trởcủa các tiếp dạt:Ta
được diễn tả bằng số thương giữa hiệu số điện thế giữa diện cực
của vật tiếp dất với một điểm trong đất nào dó (tối thiểu 20m) và
dòng điện I lưu thông giữa hai điểm này. Dưới đây một vài con số
nó xác định các quan niệm:
Sự thiết lập vật tiếp đất Đất nhiều sỏi
đá (ohm)
Đất thuộc đâ't
sét (ohm)
- Tấm thẻ đổng đỏ
vuông Vo cm mỗi cạnh, bề dày
1 -2 mm, chôn và được bao
xung quanh bằng than c ủ i...
150 dến 250 10 đến 15
- Dãy lá miếng bằng
đổng từ 18m chiều dài trên
25x2mm chôn vùi dưới đất mùn
25 đến 60 3 đến 5
- Ba ống sắt (ị) 52mm
đường kỉnh và 2m chiểu dài,
hoàn toàn chôn vùi trong đất
ẩm, tạo thành ba đỉnh của một
tam giác đều cạnh 2m
50 đến 60 4 đến 7
Những con số này rất hay thay đổi làm nổi bật ảnh hưởng
của bản chất đất.
Giữa những địa giới truyền dẫn điện khá tốt ở tình trạng
khô. người ta có thể viện dẫn tác dụng của các khoáng chất,
39

39. oxyt, cacbon hoặc lưu huỳnh của những kim loại thường dù ng và
những sản phẩm than cốc, cặn bã luyện kim.
2.5 MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN ÁP THẤP
Mạng điện phân phối điện áp thấp của các xí nghiệp, nhà
máy, công trường ... thường có điện áp 380/220V. So với mạng
220/127V thì mạng 380/220V có ưu điểm là tiết kiệm được kim
loại màu làm dây dẫn.
Vì mạng điện cung cấp chung cho cả phụ tải động lực lẫn
chiếu sáng nên nó phải là mạng ba pha bốn dầy. Điện áp đặt
lên các động cơ là điện áp dây 380V, điện áp đặt lên dèn là điện
áp pha 220V. Máy biến áp 4 thường nối Y/Y0- 12. Dây trung tính
nối đất trực tiếp (không đặt cầu dao bảo vệ).
Khi phụ tải yêu cầu công suất lớn, cần đặt nhiều máy biến
áp, nên tách riêng mạng điện chiếu sáng và mạng động lực ra.
Như vậy đèn sẽ không bị tối chớp do mạng điện bị sụt áp k hi mở
máy các động cơ lớn.
1. Sơ đổ trạm biến áp hạ áp
Tùy theo công suất và mức độ yêu cầu an toàn cung cấp
điện rííà các trạm hạ áp có sơ đồ nối dây rất khác nhau.
Hình 2.9a vẽ sơ đồ nối dây của trạm hạ áp công suất nhỏ
(không quá 320 kVA). Trong sơ đồ phía điện áp cao (1 'Và 2)
không có máy cắt điện mà chỉ có cầu chì cao áp 3. Máy biến
dòng 5 dùng dể cung cấp cho các dụng cụ do lường (ampe mét,
mạch dòng điện công tơ). Aptômát (CB) 6 thay thế cầu dao .

40. Điện áp cao 6 -10 kV hoặc 15 kV
41

41. Hình 2.9b vẽ sơ đồ nối dáy của trạm hạ áp công suất lớn.
Phía cao áp có đặt các máy cắt điện 1. Các máy biến điện áp 2
và máy biến dòng 3 dùng dể cung cấp cho các dụng cụ đo, máy
biến dòng 4 cung cấp cho các rơle bảo vệ. Thanh góp phía hạ
áp 380/220V chia hai phân đoạn.
Các trạm biến áp hạ áp có thể đặt trong nhà, hoặc dặt
ngoài trời ngay ở trên cột, gọi là trạm cột. Trạm cột có ưu điểm
là xây dựng đơn giản, gọn, vốn đầu tư ít, nhưng nó chỉ giới hạn ở
công suất trạm nhỏ hơn 320 kVA. Các trạm hạ áp nông thôn và
vùng sâu thường xây dựng theo kiểu trạm cột.
2. Sơ đồ cung cấp mạng điện hạ áp (HA)
Tùy theo vị trí và sự phân bố công suất giữa các phụ tải,
mạng điện phân phốo diện áp thấp chia ra thành mạng điện hình
tia và mạng diện đường dây chính.
Mạng diện hình tia gồm nhiều đường dây đi từ thanh góp
thứ cấp của trạm hạ áp, tỏa ra cung cấp diện trực tiếp cho các
phụ tải lớn, hoặc các tủ điện phân phối, để từ đó cung cấp cho
các phụ tải ở gần (hình 2.10).
Hình 2.10
Mạng điện hình tia
42

42. ưu điểm của mạng điện hình tia là khi một dưởng dây bị sự
cố thì chỉ có một số ít phụ tải bị mất điện. Nhưng nó có khuyết
điểm là tiêu tốn kim loại màu làm dây dẫn, thiết bị đóng cắt
nhiều hơn và làm phức tạp sơ đổ trạm hạ áp.
Hình 2.11
Mạng điệnđường dây chính
Mạng đường dây chính gồm một vài đường dây chính đi từ
thanh góp thứ cấp trạm hạ áp. Suốt dọc dường dây dẫn sẽ chia
thành nhiểu nhánh dẫn tới các phụ tải và tủ phân phối diện.
Mạng điện đường dây chính (hình 2.11) có nhược điểm là
khi đường dây chính bị sự cố thì toàn bộ phụ tải trên đường dây
ấy sẽ mất điện. Nhưng nó có ưu điểm là giảm được tiêu tốn kim
loại màu làm dây dẫn, sơ đổ trạm hạ áp đơn giản, do đó vốn đầu
tư ít.
43

43. NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ
MÁY ĐIÊN
3.1 MÁY ĐIỆN LÀ GÌ?
Nhìn theo quan điểm năng lượng thì máy điện là các thiết
bị dùng để truyền tải hoặc biến đổi năng lượng điện từ' Ví dụ:
máy biến áp là thiết bị truyền tải năng lượng dòng điện xoay
chiều từ diện áp này, sang năng lượng dòng điện xoay chiểu
điện áp khác. Máy biến dổi tần số là thiết bị truyền tải năng
lượng dòng điện xoay chiều ở tần số này sang năng lượng dòng
diện xoay chiều ở tần số khác. Các máy phát điện và dộng cơ
điện, tương ứng là các thiết bị biến đổi từ cơ năng sang.điện
năng hoặc ngược lại. Quá trình truyền tải hoặc biến đổi năng
lượng điện từ trong các máy điện đều phải thông qua trường diện
từ tồn tại trong máy. Do đó, bất kỳ một máy điện nào cũng đểu
có hai mạch: mạch điện và mạch từ.
Cửa vào Máy Cửa ra^
W
(u,i) hoặc
diện (M,n) hoặc
(M,n) (u,i)
Hình 3.1
Máy điện là một
thiết bị có hai cửa
44
Hình 3.2
Dòng năng lượng chảy qua máy điện

44. Các máy điện có nhiều loại và cấu tạo tuy có khác nhau,
song đứng về mặt năng lượng thì có thể coi máy điện như một
thiết bị điện có hai cửa: cửa vào là cửa nhận năng lượng đưa vào
máy, và cửa ra là cửa đưa năng lượng từ máy ra ngoài (hình 3.1).
Nếu là máy phát điện thì năng lượng đưa vào cửa vào là cơ
năng, thể hiện qua mômen M và tốc độ quay n truyền lên trục
quay máy phát; còn năng lượng lấy ở cửa ra là điện năng, thể
hiện qua dòng điện i và điện áp u máy phát phát ra. Nếu là động
cơ điện thì ngược lại, năng lượng đưa vào cửa vào là điện năng
(u,l), và năng lượr.g lấy ỏ cửa ra là cơ năng (M,n). Trường hựp
các máy điện truyền tải năng lượng, ví dụ máy biến áp chẳng
hạn, thì năng lượng ở cửa vào và ra đều là điện năng (vào là U-I,
¡1; ra U2, ¡2). Ta có thể coi như có một dòng năng lượng chảy liên
tục qua máy điện (hình 3.2). Dòng năng lượng chảy vào máy với
công suất P-I, một phần năng lượng này bị mất mát ở trong máy
với công suất AP. Như vậy dòng năng lượng chảy ra khỏi máy
với công suất chỉ bằng: p2= Pi - AP. '
Ta có thể dùng một mạch diện dể làm mô hình diễn tả và
tính toán cường độ các quá trình năng lượng xảy ra trong máy
điện (năng lượng dưa vào và lấy ra, tổn thất năng lượng trong
máy, cường độ quá trình tích phóng năng lượng của trường điện
từ trong máy). Mạch điện mô hình có cấu tạo hình học với một
số nhánh và nút tùy ý, nhưng phải có bốn cực do dó người ta gọi
mạng bốn cực (hình 3.3). Hai cực của mạng bốn cực được nối
với nguồn diện có điện áp U
-I gọi là hai dầu vào; dòng điện ở
đầu vào h phải sao cho công suất đưa vào mạng là U-Il1
t bằng
công suất ở cửa vào của máy diện. Hai cực kia của mạng nối với
tổng trở phụ tải Zpt gọi là hai đầu ra; diện áp u 2 và dòng diện l2ở
45

45. hai đầu ra của mạng phải sao cho công suất đưa ra là u2, l2,
bằng công suất ỏ cửa ra của máy điện.
-pt
Hình 3.3
Mạng bổn cực
3.2 PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN
Các máy điện giữ vai trò chủ yếu trong các thiết bị điện
dùng ở mọi lĩnh vực sản xuất như công nghiệp, nông nghiệp, lảm
nghiệp, xây dựng ...
Những máy điện chúng ta thường gặp nhất là máy phát
điện, máy biến áp và động cơ điện; chúng đóng vai trò chủ yếu
trong ba khâu: sản xuất, truyền tải và tiêu thụ. Máy phát điện
biến cơ năng thành điện năng. Máy biến áp biến đổi dòng điện
xoay chiểu từ diện áp này sang điện áp khác có cùng tần số,
cần-thiết cho việc truyền tải điện năng. Động cơ diện biến đổi
diện năng thành cơ năng, nó chiếm phần lớn phụ tải diện trong
các xí nghiệp. Ngoài ra còn có các loại máy điện đặc biệt dùng
biến dổi từ dòng điện xoay chiểu sang dòng điện một chiểu, từ
diện áp này sang diện áp khác, biến dổi số pha của dòng điện
xoay chiểu, biến đổi tần số... Những máy dó gọi chung là các
máy điện biến dổi.
46

46. Máy điện, hiểu theo nghĩa thông thường như các loại “máy”
khác, cấu tạo của nó phải có phần quay (rotorr) và phần đứng
vén (stator). Chỉ có máy biến áp, tuy là một thiết bị điện tĩnh
(không có phần chuyển động), nhưno người ta vẫn liệt nó vào
loại máy điện, vì lý thuyết nghiên cứu quá trình làm việc của máy
biến áp cũng tương tự như các máy điện.
Tùy theo năng lượng dòng điện máy phát ra hoặc tiêu thụ
lồ năng lượng dòng diện xoay chiều hay một chiều, mà người ta
chia máy điện ra làm máy diện xoay chiểu hoặc một chiều. Điểm
khác nhau căn bản về cấu tạo của máy điện xoay chiều và một
chiểu là ở chỗ máy điện một chiều có thêm vành đổi chiều. Tác
dụng của vành dổi chiểu sẽ trình bày ở chương sau.
Tùy theo số pha của máy điện xoay chiểu mà người ta chia
ra làm máy điện xoay chiểu một pha hoặc nhiều pha (thường là
ba pha).
Các máy điện xoay chiểu khi làm việc sinh ra từ trường
quay trong máy. Nếu là máy điện xoay chiều một pha thì từ
trường của nó cũng có thể phân thành hai từ trường quay ngược
chiểu với nhau. Các máy điện xoay chiểu có tốc độ quay rotorr
bằng tốc độ từ trường quay gọi là máy điện đồng bộ, còn các
máy điện xoay chiều cỏ tốc độ quay rotorr khác tốc độ từ trường
quay thì gọi là máy không dồng bộ.
Ngoài ra máy điện không đồng bộ còn có loại máy điện
không đồng bộ có vành dổi chiểu, rotorr của nó cấu tạo như
rotor của máy điện một chiểu. Đặc điểm của máy điện không
đồng bộ có vành đổi chiểu là có thể điều chỉnh tốc dộ một cách
bằng phẳng và kinh tế. Tuy nhiên nó không dược dùng rộng rãi
47

47. so với loại máy điện không đồng bộ không vành đổi chiều, vì giá
thành cao, vận hành phức tạp và không bảo đảm.
3.3 CÁC ĐỊNH LUẬT cơ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
Nguyên lý làm việc của tất cả máy điện đểu dựa trên cơ sở
hai định luật: cảm ứng diện từ và lực điện từ đã trình bày trong
giáo trình vật lý điện học. ở đây chỉ trình bày thêm để tham khảo
khi cần thiết.
Định luật cảm ứng diện từ biểu thị như sau: Khi từ thông
xuyên qua vòng dây biến thiên, trong vòng dây sẽ cảm ứng sức
điện dộng, chiều sức điện động phải như thế nào để dòng diện
do nó sinh ra có xu hướng chống lại sự biến thiên của từ thông.
Nội dung của định luật có thể thu gọn lại thành công thức
Mắcxoen (Maxwell)
àệ
Hình 3.4
Xác định chiều sức điện động cảm ứng
theo công thức Maxwell
48

48. Trong công thức trên, chiểu dương của sức điện dộng xác
định bằng cách cho cái vặn nút chai tiến theo chiểu dương của
từ thông, chiểu quav của cái vặn nút chai là chiều dương của sức
điện dộng cảm ứng. Ví dụ ở hình 3.4, ta chọn chiểu dương của từ
thông ệ trùng chiều nó xuyên qua vòng dây; chiểu dương sức
điện động cảm ứng e sẽ xác định được theo chiểu của mũi tên
vẽ nét Nền trên hình. Nếu từ thông xuyêự qua vòng dây tăng,
nghĩa là coi như có một lượng Aộ xuyên qua vòng dây cùng chiểu
4
>
, cũng tức là trùng chiều dương của từ thông, nên A
<
ị> > 0 và
e = ~ 7u < 0, chiểu sức điện dộng cảm ứng sẽ ngược với chiểu
dt
dương quy ước và theo chiều mũi tên vẽ nét đứt ở trên hình
3.4a. Tương tự, nếu từ thông xuyên qua vòng dây giảm thì
e = - ~ > 0, chiểu của sức diện động cảm ứng trùng chiểu
dt
dương quy ước (hình 3.4b).
Trường hợp từ thông ộxuyên qua cuộn dây có w vòng, khi
từ thông biến thiên, trong cuộn dây sẽ cảm ứng sức diện động:
dt dt
>
trong đó VỊ/ = W(ị) gọi là từ thông móc vòng lấy cuộn dây.
Trường hợp thanh dẫn có độ dài t, chuyển động vuông góc
trong từ trường đểu có cường độ từ cảm B, với vận tốc đểu V,
sức diện động cảm ứng trong thanh dẫn sẽ có trị số:
E = B
49

49. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải
(hình 3.5b)
a. Quy tắc bàn tay trái b. Quy tắc bàn tay phải
Định luật lực điện từ xác định độ lớn và chiều của lực tác
dụng tương hỗ giữa từ trường và thanh dẫn mang dòng điện đặt
trong từ trường.
Giả sử có thanh dẫn thẳng mang dòng điện I, đặt trong từ
trường đều có cường độ từ cảm B, thanh dẫn sẽ chịu một lực tác
dụng:
E = B I i sin a
trong đó í. là chiểu dài thanh dẫn đặt trong từ trường; a là góc
tạo bởi chiều của từ trường và dòng điện.
Nếu thanh dẫn đặt vuông góc với từ trường thì:
50

50. F = B I t
Chiều lực h xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 3.5a)
3.4 TÍNH CHẤT THUẬN NGHỊCH CỦA MÁY PHÁT
VÀ ĐỘNG Cơ ĐIỆN
Các máy phát hoặc động cơ điện đều có một tính chất đặc
biệt là nó vừa có thể làm việc ỏ tình trạng máy phát - biến cơ
năng thành điện năng, vừa có thể làm việc ở tình trạng động cơ
- biến điện năng thành cơ năng.
Thực vậy, xét một máy điện đơn giản nhất gồm một thanh
dẫn có độ dài í đặt vuông góc với từ trường của một dôi cực từ
nam châm vĩnh cửu N - s (hình 3.6), trong dó tiết diện thanh dẫn
dược biểu diễn bằng một vòng tròn trên hình vẽ.
Nếu cho thanh dẫn chuyển động từ trái sang phải với vận
tốc V, theo dinh luật c ả m ứng điện từ, trong thanh dẫn sẽ sinh ra
sức diện động cảm ứng e, tính theo E = B V. Chiểu sức diện
động xác địrih theo quy tắc bàn tay phải sẽ đi từ bạn đọc vào
trang sách.
4 N
£ q
£ N ỉ
lXX>XNN>XNXXXNNSXXXXvj
< 1
/ (
( ^
t t t f (
Y2Y
•XvvxXvXXXXXxXxXXXX^NxxXXXXXS
í s 5
s * ì
Ll vi
Hình 3.6
Nguyên lý tàm việc của
máy phái và động cơ điện
51

51. Nếu ta nối hai đầu thanh dẫn với một điện trở ở bên ngoài,
trong thanh dẫn sẽ có dòng điện I, và do đó nó chịu tác dụng
của lực điện từ Eđt, tính theo F = B I Chiều lực điện từ xác dinh
theo quy tắc bàn tay trái sẽ ngược với chiều chuyển động của
thanh dẫn.
Muốn thanh dẫn chuyển động đều và liên tục, lực cơ bên
ngoài tác dụng lên nó là F phải cân bằng với lực điện từ:
F = Fđt
Nhân hai vế của lực điện từ với vận tốc V, ta dược cân
bằng công suất: Fv = F(H ± V. Thay trị số Fđttính ở (F = B I và
vận tốc V rút từ (E - B iv) v à o vế phải ta được: Fv = ei
Từ công thức trên ta thấy: cơ năng tác dụng lên thanh dẫn
với công suất là Fv đã được biến thành điện năng với công suất
ei, gọi là công suất điện từ. Máy diện đơn giản ỏ hình 3.6 trong
trường hợp này đóng vai trò một máy phát.
Giả sử thanh dẫn có diện trở r, điện áp ở hai dầu thanh
dẫn là:
u = e - ir
Nhân hai vế trên với I, ta dược:
Ui = ei - i2r
Ta thấy, công suất mạch ngoài nhận được là ui, bằng công
suất điện từ (ei), trừ đi tổn thất công suất trong thanh dẫn (i2r).
52

52. Bây giờ, cũng với máy điện đơn giản ỏ hình 3.6, ta đặt
nguồn điện áp u vào hai đầu thanh dẫn, sao cho dòng điện qua
nó có chiều như chỉ trên hình vẽ. Thanh dẫn sẽ chịu lực tác dụng
điện từ Fđt và chuyển động về phía trái. Theo định luật cảm ứng
diện từ, trong thanh dấn sẽ cảm ứng sức điện động e có chiều
chống lại chiều của I và u. Như vậy, muốn có dòng điện qua
thanh dẫn thì điện áp u phải cân bằng với e và điện áp rơi trên
diện trở thanh dẫn:
u = e + ir
Do đó:
Ui = ei i2r;
Công suất điện (ui) đưa vào thanh dẫn một phần bị mất
mát do tổn hao nhiệt trên điện trở thanh dẫn (i2r)' phần còn lại
(ei) chính là cônq suất điện được chuyển thành công sức cơ.
Thực vậy:
ei = B l V i = Fđt V.
Đến đây ta có nhận xét quan trọng là tất cả các máy diện
quay đều có tính chất thuận nghịch; nghĩa là nó có thể làm việc
ở tình trạng máy phát để biến cơ năng thành điện năng, hoặc có
thể làm việc ở tình trạng dộng cơ, biến điện năng thành cơ năng.
3.5 VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
Các vật liệu dùng trong máy điện gồm vật liệu cấu trúc, vật
liệu tác dụng và vật liệu cách diện.
Vật liệu cấu trúc là vật liệu dùng chế tạo các chi tiết để
nhận hoặc truyền các tác dộng cơ học. Ví dụ trục máy, ổ trục, vỏ
53

53. máy, nắp máy ... Các vật iiệu cấu trúc thường dùng trong máy
điện là gang, thép lá và thép rèn, kim loại màu và hợp kim của
chúng, các chất dẻo.
Vật liệu tác dụnq là các vật liệu dùng chế tạo những bộ
phận dẫn từ hoặc dẫn điện, tạo diều kiện cần thiết cho những
quá trình diện từ xảy ra trong máy diện.
Vật liệu cách điện dùng để cách điện giữa các phần dẫn
điện và không dẫn diện, hoặc giữa các phần dẫn điện với nhau.
1
.
Vật liệudẫn từ
Vật liệu dẫn từ trong máy điện là các vật liệu sắt từ khác
nhau như thép lá kỹ thuật, gang, thép đúc, thép rèn, thép lá ...
ơ các phần mạch từ dẫn từ thông biến đổi với tần số 50Hz
(như lõi thép máy biến áp. Stator, rotor máy điện không đổng bộ
...) thì vật liệu sắt từ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35
- 0,5mm, có pha thêm 1 -5% Ni để tăng điện trở trên dường đi
dòng diện xoáy. Ở các tần số lớn hôn thì các lá thép kỹ thuật
điện chỉ dày 0,1 - 0,2 mrn dể giảm tổn thất dòng điện xoáy trong
mạch từ. Những lá thép kỹ thuật điện có thể chế tạo bằng
phương pháp cán nóng hoặc cán nguội. Hiện nay da số các máy
biến áp và máy điện quay công suất lớn đểu dùng thép cán
nguợi vì ñó có độ từ thẩm cao, tổn thất sắt từ nhỏ hơn loại thép
cán nóng.
ở các phần mạch từ dẫn từ thông không đổi (rotor máy
điện dồng bộ, cực từ máy điện một chiểu ...) thì vật liệu sắt từ là
thép đúc, thép rèn hoặc thép lá.
54

54. 2. Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện dùng trong máy điện tốt nhất là dồng vì
nó không đắt lắm mà điện trở suất lại nhỏ. Dây nhôm cũng dược
dùng nhiều, nhỏm có điện trở suấĩ lớn hơn dồng nhưng lại nhẹ.
Đôi khi người ta còn dùng dây dẫn là hợp kim như đổng thau
(hỗn hợp của đồng, thiết, kẽm), dồng đỏ Dha phốtpho.
Dây dồng và nhôm dùng trong máy điện chế tạo theo tiết
diện tròn hoặc chữ nhật, với những chất cách điện bọc ở bên
ngoài khác nhau nhu sợi vải, giấy, sợi thủy tinh, nhựa hóa học,
sơn lắc đặc biệt.
Các rnáy điện thông thường đểu dùng dây dẫn cách
diện bằng sợi vải. Đối vđi máy điện công suất nhỏ và trung
(<300kW), diện áp dưới 700 V thì thường dùng dây dẫn cách
điện bằng sơn lắc, gọi là dây tráng men (émaillé). Dùng dây này,
lớp men cách diện bọc dây dẫn rất mỏng.
3. Vật liệu cách điện
Vật liệu cách diện là vật liệu quan trọng trong máy điện.
Nó quyết định phần lớn sự làm việc ổn định của máy. Độ ổn định
nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn quyết định nhiệt độ cho
phép của dây, do đó quyết định phụ tải của vật liệu tác dụng
(mật độ dòng điện trong dây dẫn, cường độ từ cảm trong lõi
théo). Yêu cầu chất cách diện phải có độ dẫn nhiệt tốt, có độ ổn
định đối với khí ẩm và các chất hóa học. Ngoài ra chất cách điện
cũng yêu cẩu có độ vững chắc về cơ khí dể không bị hỏng khi
lắp ráp và vận hành máy điện.
55

55. Chất cách điện thỏa mãn được tất cả các yêu cầu trên là
chất cách điện bằng mica. Mica chế tạo thành những tấm gồm
nhiều lớp mỏng ghép lại, hoặc thành băng. Băng mica là vật liệu
cách điện tương đối đắt, nó chỉ dùng trong những máy điện có
diện áp cao từ 3000 V trở lên.
Thông thường người ta thường dùng vật liệu cách điện có
sợi như giấy, cáctông, băng, vải ... Nó có ưu điểm là có độ bền
cơ học, mềm, dai, rẻ tiền. Nhưng nhược điểm của chất cách điện
có sợi không được tẩm là dẫn nhiệt kém, dễ hút nước, độ bền
vững về cách diện kém. Vì vậy chất cách điện có sợi chỉ được
dùng làm chất cách điện trong các máy điện, khi đã dược qua
một quá trình tẩm dầu để cải thiện những tính năng của nó.
Căn cứ theo độ ổn định nhiệt của chất cách diện, người ta
chia nó làm nhiều loại. Trong máy điện thường dùng hai loại là
loại A và loại B. Chất cách diện loại A gồm bông, tơ, giấy và
những chất hữu cơ tương tự dược tẩm dầu. Độ tăng nhiệt độ cho
phép của chất cách diện loại A là 105°c.
Chất cách điện loại B là các sản phẩm của mica, amiante
và những sản phẩm làm bằng thủy tinh sợi. Độ tăng nhiệt độ của
nó là 130°c.
3.6 CÁC TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC VÀ NHỮNG
LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN
Mỗi máy điện sản xuất ra đều được thiết kế với công suất
và diện áp nhất định, tùy theo tiết diện dây dẫn và dặc tính, chất
cách điện được sử dụng trong máy. Nếu ta cho máy điện làm
việc với điện áp quá quy định thì chất cách điện sẽ bị chọc
thủng; còn nếu cho nó làm việc với công suất lớn quá quy định
56

56. thi máy sẽ phát nóng vượt mức, chất cách điện bị già cỗi hoặc
có thể bị cháy máy.
Vì vậy trên nhãn hiệu các máy có ghi trị sô định mức do
xưởng sản xuất qưy định. Các trị số định mức quan trọng là điện
áp dây định mức uđ
mvà công suất định mức pđm. Công suất định
mức ghi trên các máy điện là công suất ở cửa ra của máy. Ví dụ
trong trường hợp máy điện là máy phát thì chính là công suất diện
nó phát ra ngoầi; trong trường hợp động cơ thì là công suất cơ
trên trục; trong trường hợp máy biến áp là công suất phía thứ
cấp.
Tình trạng máy diện làm việc đúng với các trị số định mức
ghi trên nhãn hiệu máy gọi là tình trạng làm việc định mức của
máy.
Ngoài ra tùy theo yêu cầu của sản xuất mà máy điện còn
được sản xuất để làm việc trong tình trạng định mức lâu dài và
liên tục, hoặc trong tình trạng định mức chỉ trong một thời gian
ngắn rồi nghỉ, hoặc trong một thời gian ngắn nhưng lặp đi lặp lại
nhiều lần.
)
57

57. MAY ĐIẸN MỌT CHĨEƯ
Ngày nay các loại máy điện xoay chiều được dùng rất rộng
rãi trong mọi lĩnh vực sản xuất. Tuy nhiên có nhiều trường hớp ta
vẫn cần thiết phải dùng máy diện một chiểu. Ví dụ: máy phát
điện một chiểu dùng làm kích thích cho các máy diện đồng bộ,
hoặc dùng dể cung cấp năng lượng dòng điện một chiều cho
côna nghiệp diện phân, mẹ điện, đúc điện, cho hệ thống mạch
một chiều tự dộng khống chế và điểu khiển ... Các động cơ điện
một chiều có khả năng điều chỉnh tốc độ liên tục và bằng phẳng
trong một phạm vi rất rộng, nó dùng để truyền động với yêu cẩu
điểu chỉnh tốc độ cao.
4.1 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN MỘT CHIẾU
Tươnq tự máy điện đồng bộ, máy điện một chiểu gồm hai
phần: phần cảm và phần ứng. Phần cảm là mội nam châm diện
đứng yên, còn phần ứng ià phần quay. Nhưng điểm khác nhau
căn bản về cấu tạo cúa máy diện một chiểu so với loại rnáy điện
xoay chiều là phần quay của nó còn có thêm bộ phận vành đổi
chiều.
1
.
Phẩn cảm
Phần cảm máy diện một chiểu là phần tĩnh gồm vỏ máy
thường bằng thép đúc. Bên trong vỏ máy gắn các cực từ chính

58. và phụ xen kẽ nhau (hình 4.1). Cực từ chính, dùng dể tạo nên từ
trường chính trong máy, nó aồm lõi cực và mặt cực, xung quanh
lõi cực quấn dây cuộn kích thích. Mặt cực có tác dụng giữ chặt
cuộn dây, đồng thời làm cho từ trường phân bố hình sin quanh chu
vi phần ứng. ở các máy diện một chiều hiện nay, cực từ chính
thường làm bằng các lá thép dày 0,5 -- 1 mm ghép lại với nhau.
Vỏ rsáy
cực từ phụ
Hình 4.1
Các bộ phận chính của máy điện một chiều
Cực từ phụ dùng để tạo nên điều kiện khiến cho máy điện
một chiểu khi làm việc không có tia lửa xảy ra giữa chổi diện và
vành đổi chiểu. Nó thường làm bằng thép rèn hoặc lá thép ghép
lại. Dây quấn quanh cực từ phụ nối tiếp với dây quấn phần ứng.
Vỏ máy dùng làm gông dể dẫn từ.
59

59. 2. Phẩn ứng
Phần ứng máy điện một chiều là phần quay. Lõi thép phần
ứng làm bằng các lá thép dày 0,5 mm ghép lại. Trên các rãnh lõi’
thép đặt dây quấn gọi là dây quấn phần ứng. Nó gồm nhiều
vòng dây quấn nối tiếp nhau, rải đều trên chu vi phần ứng và nối
các phiến đổi chiều của vành dổi chiều (hình 4.2a).
a. Vành đổi chiều
Hình 4.2
b. Chổi diên và cán chổi
Vành đổi chiểu lắp trên trục, ỏ' phía trước lõi thép phần ứng.
Tỳ trên vành đổi chiều là các chổi than điện, đặt trong một
bộ phận gọi là cán chổi (hình 4.2b).
Vành đổi chiểu gồm nhiều phiến đồng, chúng ghép cách
điện với nhau thành mặt hình trụ tròn. Người ta dùng các lá mica
để cách điện giữa các phiến đổng và trên lõi thép vành đổi
chiếu.
Chổi điện thường làm bằng than chì (graphite) hoặc kim
loại pha than chì. Cán chổi khiến chổi luôn tỳ sát trên vành đổi
60

60. chiểu với áp suất nhất định. Chổi điện dùng dể nối giữa dây
quấn phần ứng với mạch diện bên ngoài.
Ngoài các bộ phận chính kể trên ra. Máy điện một chiều
còn có các bộ phận phụ khác như nắp máy, trục, ổ trục ... Hình
4.3 vẽ các bộ phận tháo rời của máy diện một chiều.
Hình 4.3
Các bộ phận của máy ổiện một chiều
a. vỏ máy; b. cực từ; c. phần ứng; d. vành đổi
chiểu; e. cán chổi giữ chổi điện; f. nắp.máy
•
0
4.2 DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Dây quấn phần ứng máy diện một chiều gồm nhiều phần
tử, mỗi phần tử gồm một hoặc nhiều vòng dây (hình 4.4). Hai
cạnh tác dụng của một phần tử phải đặt trong hai rãnh nằm dưới
hai cực từ khác tên (hình 4.5a), vì nếu đặt trong cùng một cực từ
như hình 4.5b thì khi phẩn ứng quay, sức điện động cảm ứng
61

61. tổng eỵ trong phần tử sẽ bằng không. Như vậy, khoảng cácch
giữa hai cạnh tác dụng của phần tử phải bằng hoặc gần bềng
một bước cực, toàn bộ từ thông cực từ sẽ móc vòng lấy phần tử.
Hai đầụ của phần tử được nối tới hai phiến đổi chiều và các
phần tử được nối nối tiếp nhau, đầu cuối của phần tử thử nhất
được nối với đầu đầu của phần tử thứ hai trên cùng một phiến
đổi chiếu (hình 4.6). Tất cả các phần tử của dây quấn phần Ư
ng
sẽ hợp thành một mạch vòng kín, phần tử nọ nối tiếp với phần tử
kia.
Cạnh tác
dụng
gồm
thanh
Hình 4.4
Phần tửgồm ba vòng dây
quấn phần ứng
Hình 4.5
Cách đặt một phần tữ
Khi số đôi cực của máy diện một chiều lớn hơn một(p > 1)
thì ta có thể quấn dây quấn phần ứng theo hai cách: quấn <ếp
và quấn sóng. Trong cách quấn xếp, sau khi đã quấn xong nột
phần tử, ta quay trở lại nối nối tiếp với cạnh thứ nhất của piần
tử thứ hai dặt trên cùng cực từ xuất phát (hình 4.7b). Nếu cạnh
nối tiếp của phần tử thứ hai không quay trở lại dặt ỏ' cực từ ĩuất
phát của phần tử thứ nhất thì ta có cách quấn sóng (hình 4.7b).
62

62. Dưới đây ta ví dụ cách quấn dây phần ứng dơn giản nhất.
Giả sử phần ứng có 12 rãnh, trong mỗi rãnh chỉ được dặt một
cạnh tác dụng (dây quấn lớp dơn), máy cỏ một đôi cực từ.
Hình 4.7
Hai cách quấn dây phần ứng
a. quấn xếp; b. quấn sóng
Như vậy, khoảng cách của một bước cực 1 = 6 rãnh. Nếu
cạnh thứ nhất của phần tử thứ nhất ở rãnh số 1, thì cạnh thử hai
của nó đặt cách cạnh thứ nhất hơn một bước cực, nghĩa là ở
rãnh 1 + 7 = 8. Cạnh nối tiếp của phần tử thứ hai phải quay trở
iại dặt ở cực từ xuất phát và ở rãnh số 8 - 5 = 3, cạnh thứ hai
của nó sẽ đặt ở rãnh 3 + 7=10. cạnh nối tiếp của phần tử thứ
ba sẽ dặt ỏ' rãnh 1 0 - 5 = 5... Kết quả là các cạnh của các phần
tử dây quấn sẽ lần lượt nối tiếp nhau, hợp thành một vòng kín
theo thứ tự 1 - 8 3 - 10 5 - 12 7 - 2 9 - 4 11 - 6 (hình
4.8)
Để có thể lợi dụng triệt để sức điện động dây quấn, chổi
diện phải dặt trên đường trung tính hình học, nghĩa là trén đường
thằng góc với trục cực từ. ở hình 4.8 chổi diện chia dây quấn
phần ứng thành hai nhánh ghép song song, mỗi nhánh gồm ba
. 63

63. phần tử nối tiếp nhau (trên hình vẽ, các phần tử của nhánh ký
hiệu bằng đường nét đậm,gồm các cạnh 1 - 8 , 3 - 1 0 5 - 12 .
Các phần tử của nhánh kia ký hiệu bằng đường nét mờ, gồm các
cạnh còn lại).
đơn: p = 1; T = 6; z = 12
Trong cách quấn xếp, số nhánh song song của dây quấn
phẩn ứng là 2a, bằng số từ cực:
2a = 2p
Đó là dặc điểm của cách quấn xếp. Còn dặc điểm của
cách quấn sóng là số nhánh song song không phụ thuộc vào số
cực từ.
64

64. 4.3 PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU THEO
PHƯƠNG PHÁP KÍCH THÍCH
Qua cấu tạo của máy điện một chiều đã trình bày ở mục 4.1
ta thấy nó gồm hai mạch điện: mạch phần ứng và mạch kích thích.
Nếu mạch kích thích không có liên quan gì về điện với
mạch phần ứng, dòng điện một chiểu qua dây quấn kích thích
lấy từ nguồn điện một chiểu riêng, ta gọi máy là máy điện một
chiểu kích thích dộc lập.
Nếu mạch kích thích được nối với mạch phần ứng thì tùy
theo cách nối giữa hai mạch, ta chia ra làm: máy điện một chiều
kích thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp.
Nếu là máy phát diện thì các loại máy có thể tự cung cấp được
dòng điện kích thích này, còn gọi là máy phát diện một chiểu tự
kích thích.
1. Máy điện một chiều kích thích độc lập
Sơ đồ nguyên lý của máy diện một chiều kích thích độc lập
vẽ ở hình 4.9. Day quấn kích thích của loại máy này được nối với
nguồn điện một chiểu riêng, không liên quan với mạch phần
ứng. Vì vậy, từ thông dưới một cực từ chính của máy không phụ
thuộc vàp phụ tải.
Ekt
Hình 4.9
Sơ đồ nguyên lý máy điện
một chiều kích thích độc lập
65

65. Mạch kích thích của máy này nối song song với mạch phần
ứng (hình 4.10). Dòng điện kích thích lk( bằng khoảng 1 - 5%
dòng diện phần ứng lư
. Vì dây quấn kích thích nối trực tiếp với
điện áp u trên hai chổi diện, mà dòng điện lkt lại nhỏ, do đó điện
, u ... ,
trở dây quân kích thích rkt = — tương đỗi lớn, điện áp U hâu như
^k
t
khônq đổi, nên từ thôno dưới một cực từ chính của máy cũng có
thể coi là không đổi, không phụ thúộc vào phụ tải.
2
.
Má V điện m ộ t ch iể u kích thích song song
Hình 4.10
Sơđồ nguyên lý máy diện
mội chiều k
song
3. Máy điện một chiều kích thích nối tiếp
Mạch kích thích của
những máy này nối nối tiếp
VỚI mạch phẩn ứng (hình
4.11). Vi tất cả dòng điện
phần ứng đểu chạy qua dây
quấn kích thích, nên nó phải
có điện trở nhỏ và tiết diện
dây lớn. Hơn nữa, cũng do
vậy mà từ thông dưới một cực từ chính của máy kích thích nối tiếp
phụ thuộc rất nhiều vào phụ tải.
-Hư
r yWln
Hình 4.11
Sơ đồ nguyên lý máy điện
một chiều kích thích nối tiếp
66

66. Trong máy điện một chiều kích thích hỗn hợp, trẽn các lõi
cực từ chính quấn hai cuộn dây kích thích: một cuộn nối nối tiếp
với mạch phần ứng, một cuộn nối song song với mạch phần ứng
(hình 4.12). Tùy theo yêu cầu của máy, trong hai cuộn dây sẽ có
một cuộn là cuộn kích thích chính, một cuộn là cuộn dây kích
thích phụ. Cuộn phụ gây nên một từ trường yếu, tác dụng lên từ
trường cuộn kích thích chính.
Tùy theo cuộn dây kích thích chính là cuộn kích thích nối
tiếp hay song song, mà máy kích thích hỗn hợp sẽ có dặc tính
thiên vế máy kích thích nối tiếp hoặc song song.
Từ trường của hai cuộn dây kích thích tùy thec cách đấu,
có thể trợ từ hoặc khử từ lẫn nhau.
4. M áy điện m ộ t chiều kích thích hôn hợp
Hình 4.12
Sơ đồ nguyên lý máy điện
một chiều kích thích hỗn hợp
4.4 NGUYÊN LY LAM V!ẸC CUA MAY ĐIỆN MỌT CHIEU
Cũng như các loại máy diện quay khác, máy điện một
chiều có tính chất thuận nghịch, nó vừa cỏ thể làm việc ở chế dộ
dộng cơ, vừa có thể làm việc ở chế độ máy phát.
7. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiểu
67

67. Nếu không có vành đổi chiều thì thực chất máy phát diệ n
một chiểu là một máy phát điện đồng bộ. Khi dùng động cơ s>ơ
cấp quay phần ứng máy phát trong từ trường đều của phần cảm,
các phần tử dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng sức điện động xoay
chiều hình sin. Nhưng nhờ có vành đổi chiểu, điện áp trẽn chổi
điện và dòng điện qua phụ tải sẽ là điện áp và dòng điện một
chiều.
Thực vậy, hlnh 4.13 vẽ sơ dồ nguyên lý làm việc của máy
phát điện một chiều, dây quấn phần ứng chỉ có một phần tử lià
khung dây a b c d.
Khi khung quay với tốc độ không đổi, hai thanh ab, cd lẩ.n
lượt nằm dưới hai cực từ khác tên, sức điện dộng cảm ứng tronig
chúng sẽ lần lượt đổi chiều. Dùng quy tắc bàn tay phải, ta diễ
dàng xác định được chiểu sức điện dộng cảm ứng trong thamh
dẫn, khi nó nằm dưới cực từ N sẽ đi từ trong ra đầu khung dây,
Hình 4.13
Sơ đồ nguyên lý làm
việc của máy phát điện
một chiều
Hình 4.14
Dòng điện và điện áp
máy phát điện một chiều,
dây quấn phần ứng chỉ có
một vòng dây
68

68. khi nó nằm dưới cực từ s sẽ đi từ dầu khung dây vào trong. Vì
hai chổi điện A và B tương ứng luôn luôn tỳ lên phiến dổi chiều
của thanh dẫn nằm dưới cực từ N và s, nên dòng điện qua phụ
tải chỉ chạy theo một chiều từ A đến B. Như vậy, vành đổi chiều
có tác dụng chỉnh lưu dòng điện xoay chiều hình sin trong dây
quấn phần ứng máy phát thành dòng điện một chiều qua phụ tải.
Dòng diện và điện áp trên hai chổi có dạng như ở hình 4.14, gọi
là dòng điện và điện áp đập mạch.
Vì dây quấn phần ứng máy phát điện một chiểu thực ra
gồm nhiều phần tử nối tiếp nhau, điện áp trên hai chổi diện về trị
số sẽ là tổng các sức diện dộng của những phần tử nối tiếp
trong cùng một mạch nhánh. Các phần tử dây quấn phần ứng lại
đặt lệch nhau trong khõng gian góc a nào đó, nên sức diện động
trong các phần tử sẽ lệch pha nhau một góc pa (p là số đỏi cực
từ phần cảm). Do dó điện áp trên hai chổi diện, là tổng của các
sức điện dộng trong cùng mạch nhánh sẽ có sự đập mạch rất ít.
Nhìn theo quan điểm năng lượng, thì máy phát diện một
Ạ P ư + A P st
ar st
APco
Hình 4.15
Dòng năng lượng chảy qua
máy phát điện một chiểu tự
kích thích
69

69. chiều khi mang rải là thiết bị chuyển đổi cơ năng đưa vào trục
máy, với công suất thành năng iượng dòng điện một chiểu
đưa ra, với công suất p2. Ta có thể coi như có một dòng năng
lượng chảy liên tục qua máy (hình 4.15). Dòng năng lượng chảy
vào máy với công suất là Pi. Một phấn năng lượng này bị mất
mát do các tổn thất cơ (ma sát ở các ổ trục ...) với công suất
APC
0, và tổn thất sắt từ, với công suất APst. Phần năng lượng còn
lại sẽ được biến dổi thành diện năng, với công suất pđ
t = E,j X lu
(Eu !ưtương ứng là sức điện động và dòng diện phần ứng. về trị
số thì Eubằng điện áp trên hai chổi điện khi máy không tải). Như
vậy:
pdt = EuX lu = P-I - (APC
Ơ+ Apst).
Dòng năng lượng hiệu dụng chảy ra khỏi máy, với công
suẩt p2 = UI (I là dòng diện phụ tải; nếu là máy phát kích thích
song song thì I = lư- lkt; nếu lố máy phát kích thích nối tiếp thì I
= lu). Công suất p2 nhỏ hơn pđ
t vì còn có tổn thất trên điện trở rư
của mạch phần ứng: APư= ịy r
.
j
(rưgồm điệ
ứng và diện trỏ tiếp xúc giữa chổi điện và phiến đổi chiều). Nếu
là các máy phát điện một chiều tự kích thích thì còn có tổn thất
trên điện trở mạch kích thích và điện trở toàn mạch (gồm điện
trở dây quấn kích thích rkt và các điện trở điểu chỉnh nối thêm
vào mạch khi rfiáy làm việc). Như vậy:
p2= UI = pđ
t - (APư+ APkt).
Hiệu suất của máy phát sẽ là:
= p2 = __________ Fj___________
P| P2+ APC
Ơ
+APst+APư+APkt
70

70. 2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện m ột chiều
Khi có dòna điện m ột chiếu c h ạ y v à o d â y quấn kích thích
phần c ả m và dây quấn phần ứng, giữa d ò n g điện trong dây quấn
phẩn ứng và từ trường phần cả m tác dụng lực tương hỗ lẫn
nhau, tạo thành m óm en tác dụng lên rotor. Nhờ có và n h đổi
ch iể u nên dòng diện một chiều được chỉnh lưu thành dòng diện
xoay chiểu dưa vào dây quấn phần ứng. Do dó, tại bất kỳ thời
điểm nào, lực tác dụng lên thanh d ẫ n d â y quấn phẩn ứng cũng
Tác dụng chỉnh lưu của vành đổi chiều
trong động cơmột
đểu theo một chiểu, làm phẩn ứng quay (hình 4.16a,b)
Đến đây, ta nhận xét thấy: vành dổi chiểu trong máy điện
một chiểu rất quan trọng. Nó đóng vai trò một cái chỉnh lưu hai
chiều: biến dòng điện xoay chiểu thành một chiểu (trường hợp
máy phát); hoặc ngược lại, biến dòng diện một chiểu thành xoay
chiểu (trường hợp dộng cơ). Vành đổi chiều chế tạo khó và đắt,
vận hành cần có sự chú ý dặc biệt, độ bển kém.
71

71. Ngược lại với máy phát điện một chiều, động cơ điện một
chiều là thiết bị biến đổi năng lượng dòng điện một chiều thành
cơ năng. Dòng năng lượng chảy qua động cơ vẽ ở hình 4.17.
Dòng năng lượng chảy vào dộng cơ với công suất:
(đối với dộng cơ kích thích song song thì I = lư+ lkt; với động cơ
kích thích nối tiếp thì I = lư
). Một phẩn năng lượng này bị mất mát
do các tổn thất trong mạch phần ứng APư= I* rư
= và trong mạch
kích thích : APkt = lktrm
kt. Phần còn lại là năng lượng điện từ được
biến đổi thành cơ năng trên trục dộng cơ, với công suất:
Dòng năng lượng hữu ích chảy ra khỏi động cơ với công
suất p2 nhỏ hơn Pđt, vì còn có các tổn thất sắt từ APst trong lõi
thép phần ứng và tổn thất cơ APC
Ơ;
Pì = UI
P d t = E ư l ư = U I - ( A P ư + A P kt)
P 2 = P đ t - ( A P s , + A P CƠ)
Hiệu suất động cơ là:
Pì p2 + APư+ APkt + APst + APC
Ỡ
AP kt
A P st + A P U
A P ư
Hình 4.17
Dòng năng lượng chảy qua động cơ điện một chiều

72. MÁY ĐIỆN XOAY CHIÊU KHÔNG
ĐỒNG BỘ
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiểu mà
tốc độ quay rotorr khác với tốc độ từ trường quay trong máy.
Trong sản xuất, máy điện không Gồng bộ (asynchronous motor)
chủ yếu dùng làm động cơ để biến đổi năng lượng dòng diện
xoay chiều thành cơ năng^ Hiện nay da số các động cơ diện
dùng trong công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp _ đều là động
cơ điện không đồng bộ, vì nó có cấu tạo và vận hành đơn giản,
giá thành rẻ.
Máy điện không đồng bộ gồm những loại một pha, hai pha
và ba pha. Thông dụng nhất là loại máy diện không dồng bộ ba
pha.
Tùy theo cấu tạo dây quấn phần quay, máy diện không
dồng bộ chia ra làm hai loại: máy không dồng bộ rotor dây quấn
và máy không đổng bộ rotor long sóc. Loại lổng sóc lại chia ra
thành lồng sóc dơn, lồng sóc kép và lổng sóc rãnh sâu.
Máy điện không dồng bộ còn chia ra làm máy điện không
đồng bộ có vành đổi chiều và không có vành đổi chiểu. Loại
máy diện không đồng bộ không có vành đổi chiểu có ưu điểm là
cấu tạo và vận hành đơn giản, rẻ tiền. Nhưng có khuyết điểm là
khó điều chỉnh tốc dộ và hệ số cos <
pthấp. Loại máy có vành đổi
73

73. chiều khắc phục được các khuyết điểm trên, nhưng kết cấu lại
phức tạp, đắt tiền và hiệu suất thấp. Trên thực tế loại này không
được ứng dụng rộng rãi.
Trong chương này,.chủ yếu chúng ta nahiên cứu về động
cơ điện không dồng bộ ba pha (không có vành đổi chiều) và một
pha
5.1 CẤU TẠO ĐỘNG cơ ĐIỆN KHÔNG ĐỎNG BỘ BA PHA
Động cơ điện không dồng bộ gồm hai phần chinh: phần
tĩnh và phần quay.
1
.
Phẩn tĩnh (stator)
Phần tĩnh của động cơ không đồng bộ gồm các phần chính
là lõi thép, dây quấn và vỏ máy:
- Lõi thép stator có nhiều lá thép kỹ thuật điện dã dập sẩn
rihư hình 5.1 ghép cách điện với nhau, chiều dày các lá thép
thưởng là 0,5mm, phía trong có các rãnh dể đặt dây quấn.
Hình 5.1
Lá thép stator và rotor
74

74. - Dây quấn ba pha stator đặt trong các rãnh !õi thép, xung
quanh dây quấn có bọc íớp cách điện dể cách điện với lõi tháp.
Các pha dây quấn đặt cách nhau 120° điện. Cách thành lập dây
quấn sẽ trình bày ở mục 5.2
Hình 5.2
Hình dạng rãnh
a. rãnh hở; b. rãnh nửa hở
Hình 5.2 vẽ hình dạng một số rãnh thường dùng. Rãnh hở
(hĩnh 5.2a) so với rãnh nửa hở làm tăng từ trở mạch từ của máy,
nhưng mặt khác việc đặt dây quấn trong rãnh dễ dàng nên cách
điện dây quấn được bảo đảm. Vì vậy rãnh hờ thường dùng trong
các máy điện có diện áp cao. Rãnh nửa hở dùng trong các máy
không đổng bộ diện áp dưới 5Ũ0V.
- Vỏ máy để bảo vệ và giữ chặt lõi thép stator. vỏ máy iàm
bằng nhôm (ở máy nhỏ), bằng gang hay thép đúc (ở máy lớn).
75

75. vỏ máy có chân máy để cố định máy trên bệ, hai đầu có nắp
máy đõ trục rotor và bảo vệ dây quấn (hình 5.3)
Hình 5.3
Động cơ không đồng bộ lồng sóc.
1. Stator; 2. Rotor lồng sóc; 3. Nắp máy
a. lõi thép; b. Dây quấn;
b. c. Vỏ máy; d. Hộp đầu dây
2. Phẩn quay (rotor)
Phần quay gồm lõi thép, trục và dây quấn:
- Lõi thép rotor cũng gồm các lá thép kỹ thuật diện ghép
lại. Các lá thép này lấy từ phần ruột bên trong khi dập lá thép
stator và rập thành như hình 5.1. Mặt ngoài lõi thép rotor có các
rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có lỗ dể lắp trục, có khi còn có các
lỗ thông gió.
- Trục máy gắn với lõi thép rotor và làm bằng thép tốt. Trục
được dỡ trên nắp máy nhờ ổ lăn hay ổ trượt.
- Dây quấn rotor tùy theo loại máy mà có cấu tạo khác
nhau.
76

76. Ở loại động cơ không đồng bộ rotor dây quấn, trong các
rãnh lõi thép dặt dây quấn ba pha, thường nối thành hình sao, ba
đầu ra của nó nối với ba vành trượt bằng đồng gắn trên trục
rotor. Ba vành trượt này cách điện với nhau và với trục. Tỳ trên
ba vành trượt là ba chổi than dể nối mạch diện với biến trỏ rp
bén ngoài (biến trở này có thể là biến trỏ mở máy hoặc biến trỏ
diều chỉnh tốc độ ). Hình 5.4a vẽ cấu tạo rotor dây quấn. Hình
5.4b vẽ sơ dồ động cơ không dồng bộ rotor dây quấn, mạch điện
rotor nối với biến trỏ mỏ máy.
Vòng trượt
Hình 5.4
a) Cấu tạo rotor dây quấn; b) Sơ đồ nối dây động cơ
rotor dây quấn, mạch điện rotor nối với biến trỏ mở máy
Ở loại dộng cơ không đồng bộ lồng sóc, dây quấn là những
thanh đồng hay nhỏm đặt trên các rãnh lõi thép rotor, hai đầu
77

77. các thanh dẫn nối với hai vành đổng hay nhôm, gọi là vòng ngắn
mạch. Như vậy, dây quấn rotor hình thành một cái lổng, quen gọi
là lồng sóc như 0 hình 5.5a. Mỗi thanh dẫn của lồng sóc được
xem như một pha. Người ta thường chế tạo rotor lổng sóc bằng
cách đổ nhôm nóng chảy vào rãnh lõi thép rotor (hình 5.5b).
Hình 5.5
a) Lồng sóc b) Rotor lổng sóc
Giữa phần tĩnh và phẩn quay là kẽ hở không khí. Khe hở
rất nhỏ, thường từ 0,25 - 1, 5mm . Mạch từ động cd k.hông dồng
bộ khép kín từ stator sang rotor, qua kẽ hở không khí. Kẽ hở
không khí càng lớn thì dòng điện từ hóa để gây ra từ thông cho
máy càng lớn, hệ s ố cos (Ọ của máy càng giảm.
5.2 DÀY QUẤN CỦA ĐỘNG cơ ĐIỆN KHÔNG ĐỎNG BỘ
Dây quấn của động cơ rất phức tạp, ở chưdng này không
thể xét chi tiết cách cấu tạo các loại dây quấn, mà chỉ có thể xét
loại dơn giản nhất, giúp ta hiểu được khái quát cách bố trí dây
quấn. Dây quấn stator của động cơ ba pha gồm ba dây quấn.
Mỗi dây quấn gồm nhiều phân tử ghép nối tiếp nhau và đặt trong
một số rãnh. Mỗi phẩn tử gồm có một số vòng dây, hai cạnh tác
dụng của phần tử dặt vào hai rãnh. Khoảng cách của hai cạnh
78