Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 5: Khái quát về máy điện

KỸ THUẬT ĐIỆN 
KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
CHƯƠNG V 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
I. Định nghĩa và phân loại 
1. Định nghĩa 
Máy điện: 
- Thiết bị điện, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ 
- Biến đổi các dạng năng lượng khác như cơ năng thành 
điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại, biến đổi điện 
năng thành cơ năng (động cơ điện) 
- Biến đổi thông số điện năng như biến đổi điện áp, dòng 
điện, số pha v.v 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
2. Phân loại 
a) Máy điện tĩnh: 
Sự làm việc của máy dựa trên hiện tượng cảm ứng điện 
từ do sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có 
sự chuyển động tương đối với nhau 
Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện 
năng. Do tính chất thuận nghịch của các quy luật 
cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi của máy cũng có 
tính chất thuận nghịch 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
Ví dụ, máy biến áp biến đổi hệ thống điện có thông số 
U1, f thành hệ thống điện có thông số U2, f hoặc 
ngược lại 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
- Thường gọi là máy điện quay hoặc chuyển động thẳng. 
- Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện 
từ, lực điện từ do từ trường và dòng điện của các cuộn 
dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra. 
- Loại máy điện này thường dùng để biến đổi dạng năng 
lượng, ví dụ biến đổi cơ năng thành điện năng (máy phát 
điện) hoặc biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ 
điện). 
- Quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch. 
b) Máy điện có phần động 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
Máy điện 
Máy điện có phần quay Máy điện tĩnh 
Máy điện một chiều Máy điện xoay chiều 
Máy điện 
Đồng bộ 
Máy điện 
không đồng bộ 
Máy biến 
áp, biến 
dòng 
Động cơ 
không 
đồng bộ 
Máy phát 
không 
đồng bộ 
Động cơ 
điện 
đồng bộ 
Máy phát 
điện 
đồng bộ 
Động cơ 
điện 
Một chiều 
Máy phát 
điện 
một chiều 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
II. Các định luật điện từ cơ bản dùng trong máy điện 
2.1. Định luật cảm ứng điện từ 
a. Trường hợp từ thông  biến thiên xuyên qua vòng dây 
 
e 
Từ thông  biến thiên xuyên qua một 
vòng dây dẫn, trong vòng dây sẽ cảm 
ứng một sức điện động. 
Nếu chọn chiều sức điện động cảm 
ứng phù hợp với chiều của từ thông 
theo quy tắc vặn nút chai, thì sức điện 
động cảm ứng trong một vòng dây 
(theo công thức Mắcxoen): 
dt
d
e

CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
Nếu cuộn dây có W vòng, sức điện động cảm ứng: 
dt
d
dt
d
we


  w Từ thông móc vòng 
Đơn vị của từ thông là Webe (Wb), của sức điện động là vôn (V) 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
b) Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường 
Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc 
với các đường sức của từ trường, trong 
thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e: 
v.l.Be 
B – cường độ từ cảm, đơnvị T (Tesla) 
l – chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (phần thanh 
dẫn nằm trong từ trường), đơn vị (m) 
v – tốc độ thanh dẫn đơn vị (m/s) 
Chiều của sức điện động cảm ứng được 
xác định theo quy tắc bàn tay phải 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
2.2. Định luật lực điện từ 
Khi một thanh dẫn có dòng điện chạy qua đặt 
thẳng góc với các đường sức từ trường, thanh 
dẫn sẽ chịu tác dụng của lực điện từ có trị số: 
i.l.BF 
B - cường độ từ cảm đo bằng T 
l - chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (m) 
i - dòng điện đo bằng A 
F - lực điện từ đo bằng N (Niutơn). 
Chiều lực điện từ được xác định theo 
quy tắc bàn tay trái 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
III. Nguyên lý máy phát và động cơ điện - Tính thuận 
nghịch của máy điện 
3.1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện 
- Dùng một động cơ sơ cấp tác dụng 
vào thanh dẫn một lực Fcơ, thanh dẫn 
sẽ chuyển động với tốc độ v trong từ 
trường của nam châm N-S, 
- Trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức 
điện động e (qui tắ tay phải). 
- Nếu 2 đầu thanh dẫn được nối với tải 
(R), sẽ có dòng điện i chạy qua thanh 
dẫn và tải. 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
- Bỏ qua điện trở của thanh dẫn và dây nối, điện áp đặt vào tải 
 u = e. 
- Công suất máy phát cung cấp cho tải: 
 p = ui = ei. 
- Dòng điện i nằm trong từ trường của nam chân N-S lại chịu 
tác dụng của lực điện từ Fđt (qui tắc tay trái) 
- Khi lực điện từ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp, tức 
Fcơ= Fđt, máy sẽ quay đều. 
i.ev.i.l.BvFvF đtco 
Công suất cơ của động cơ sơ cấp Pcơ = Fcơv đã được biến 
đổi thành công suất điện Pđiện = ei, tức cơ năng đã được biến 
thành điện năng ở máy phát điện 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
3.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện 
- Đặt một điện áp u từ nguồn điện bên 
ngoài vào một thanh dẫn đặt trong từ 
trường của nam châm N-S 
- Trong thanh dẫn sẽ có dòng điện i chạy 
qua. 
- Theo định luật lực điện từ, thanh dẫn 
sẽ chịu tác dụng của lực điện từ Fđt=Bli 
và chuyển động với vận tốc v có chiều 
như hình bên 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
- Bỏ qua điện trở của thanh dẫn và dây nối, điện áp đặt vào 
thanh dẫn 
 u = e. 
- Công suất điện đưa vào động cơ 
vFi.v.l.Bi.ei.uP đt 
công suất điện Pđiện = ui đưa vào động cơ đã được biến 
thành công suất cơ Pcơ = Fđtv trên trục động cơ, tức điện 
năng đã biến thành cơ năng trong động cơ điện 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
3.3. Tính thuận nghịch của máy điện 
- Qua nguyên lý của máy phát và động cơ điện nhận thấy, 
cùng một thiết bị điện từ (thanh dẫn đặt trong từ trường 
nam châm N-S), tuỳ theo năng lượng đưa vào (cơ năng 
hay điện năng) mà máy điện có thể làm việc ở chế độ máy 
phát điện hay động cơ điện. 
 Khi đưa công suất cơ vào máy → Máy phát điện 
 Khi đưa công suất điện vào máy → Động cơ điện 
- Đây chính là tính thuận nghịch của máy điện. 
- Mọi loại máy điện đều có tính thuận nghịch 
CHƯƠNG V : KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN 
IV. Định luật mạch từ 
w 
l 
i 
- Trong các máy điện, lõi thép là mạch 
từ của máy. 
- Mạch từ được dùng để dẫn từ thông, 
và là mạch khép kín. 
- Xét một mạch từ đơn giản: đó là 
mạch từ đồng nhất bằng thép kỹ thuật 
điện có một dây quấn với W vòng 
Theo định luật dòng điện toàn