BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN

1.1  Định nghĩa và phân loại

Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, cấu tạo chính gồm có lõi thép và mạch từ, mạch điện, dùng để biến đổi năng lượng như cơ năng, điện năng, hoặc ngược lại.

Máy điện có nhiều loại được phân loại theo nhiều cách khác nhau: phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện, theo nguyên lý làm việc… ở đây ta phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng.

a.     Máy điện tĩnh. Như máy biến áp thường dung để biến đổi điện năng.

b.     Máy điện động. Như máy phát điện, động cơ điện

Hình 1.1: Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thông thường

1.2.1 Đối với máy điện tĩnh

Máy điện tĩnh thường gặp là các loại máy biến áp. Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiện 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 có tính chất thuận nghịch. Ví dụ: máy biến áp có thể biến đổi điện năng có các thông số U1, I1, F1 thành điện năng có các thông số U2, I2, F2 và ngược lại. 

Hình 1.2. Tính thuận nghịch của máy điện tĩnh

1.2.2 Đối với máy điện quay

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 năng lượng. 

Ví dụ: Biến  điện năng thành cơ năng(  động cơ  điện)hoặc biến cơ năng thành cơ  điện năng( máy phát  điện).Trong quá trình biến  đổi có tính thuận nghịch nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát hoặc động cơ điện.

Chế độ máy phát.

Xét một thanh dẫn đặt  trong từ trường như hình vẽ.

Cho thanh dẫn chuyển động cắt qua từ trường thì trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra một sức điện động e=B.l.v.sinα (1.1)

Nếu nối hai đầu thanh dẫn với tải R thì trong mạch sẽ có dòng điện I

Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn thì u=e và ta có công suất điện cung cấp cho tải là.

P=u.i = e.i (1.2)

Hình 1.3: Chế độ máy phát

Do có dòng I nên thanh dẫn chịu tác dụng bởi một lực điện từ.

F_đt=B.i.l.sinα (1.3)

khi tốc độ thanh dẫn không đổi thì P_đt=P_cơ

Ta có:

v.P_đt=v. P_cơ= B.i.l.v =e.i

Vậy: P_cơ=F_{c ơ}.v đã đ ược biến đổi thành công suất điện.

Chế độ động cơ

  Cung cấp điện cho máy điện, điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng i trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực  điện từ Fđt = Bil tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v. Công suất điện đưa vào động cơ 

 P = UI = EI = B.I.l.V = F_đt.V (1.4)

Hình 1.3: Chế độ động cơ

Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục

Pc = Fđt .v. Điện năng đã biến thành cơ năng.

Ta thấy, cùng một thiết bị điện từ, tuỳ theo dạng năng lượng đưa vào mà máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. Đây chính là tính chất thuận nghịch của mọi loại máy điện.

1.3. Phát nóng và làm mát của máy điện        

1.3.1 Phát nóng của máy điện

Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất. Tổn hao năng lượng trong máy điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy) trong thép, tổn hao đồng trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay). Tất cả tổn hao năng lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện. 

Khi đó do tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hoá khác, lớp cách điện sẽ bị lão hoá, nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ.

Thực nghiệm cho thấy khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ cho phép 8÷100C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm đi một nửa. ở nhiệt độ làm việc cho phép, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện vào khoảng 10÷15 năm.

Khi máy làm việc quá tải, độ tăng nhiệt độ sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép. Vì vậy, khi sử dụng máy điện cần tránh để máy quá tải làm nhiệt độ tăng cao trong một thời gian dài.

1.3.2 Làm mát của máy điện

Để làm mát máy  điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh. Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp…

Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát.