Giáo viên giỏi 2011
MỞ ĐẦU
Bài giảng được xây dựng dựa trên chương trình đào tạo Trung cấp kỹ thuật ôtô, kế hoạch môn học và giáo trình Điện kỹ thuật - Điện tử của Trường TCKT Xe-Máy. Bài giảng là tiết thứ nhất của chương 2, là cơ sở để nghiên cứu, xác định cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp; vận dụng học tập các nội dung tiếp theo của môn học và là cơ sở để nghiên cứu các môn học chuyên ngành. Trong nội dung của bài không đề cập chứng minh công thức mà chỉ dẫn dắt đến công thức cuối cùng.
Bài: CẤU TẠO CHUNG VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
1. Khái niệm và các đại lượng định mức.
a. Khái niệm
- Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số.
Hệ thống điện đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện cần biến đổi được gọi là sơ cấp, các thông số, đại lượng có ghi chỉ số 1: điện áp sơ cấp U1, số vòng dây w1, dòng điện sơ cấp I1, công suất sơ cấp P1.
Hệ thống điện đầu ra của máy biến áp nối với phụ tải được gọi là thứ cấp, các thông số, đại lượng có ghi chỉ số 2: điện áp thứ cấp cấp U2, số vòng dây w2, dòng điện thứ cấp I2, công suất thứ cấp P2.
Nếu U2> U1 ta có máy biến áp tăng áp. Nếu U2< U1 ta có máy biến áp hạ áp.
b. Các đại lượng định mức
* Các đại lượng định mức của máy biến áp qui định điều kiện kỹ thuật của máy. Các đại lượng này do nhà máy chế tạo máy biến áp qui định, đảm bảo máy có khả năng làm việc lâu dài và tốt nhất. Các đại lượng định mức thường ghi trên nhãn của máy.
Ba đại lượng định mức chính là:
+ Điện áp định mức:
Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm là điện áp đã quy định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức .
Đối với máy biến áp một pha, điện áp định mức là điện áp pha, với máy biến áp ba pha điện áp định mức là điện áp dây, được tính bằng V, kV.
+ Dòng điện định mức:
Dòng điện định mức là dòng điện đã quy định cho mỗi dây quấn của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức.
Đối với máy biến áp một pha dòng điện định mức là dòng điện pha, với máy biến áp ba pha, dòng điện định mức là dòng điện dây, được tính bằng A, kA. Dòng điện sơ cấp định mức kí hiệu I1đm, dòng điện thứ cấp định mức kí hiệu I2đm.
+ Công suất định mức:
Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến thứ cấp ở chế độ làm việc định mức. Công suất định mức kí hiệu là Sđm, đơn vị là VA, kVA.
Với máy biến áp một pha, công suất định mức là công suất một pha,với máy biến áp ba pha, công suất định mức là công suất ba pha.
* Ngoài ra, trên mặt máy biến áp còn ghi các đại lượng định mức khác như: số pha, sơ đồ nối dây, tần số, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc (dài hạn hay ngắn hạn)…
Ví dụ: + Trên nhãn 1 máy biến áp có ghi:
INPUT: 85V ~ 250V; OUTPUT: 100V - 110V - 220V; CAP: 5kVA.
Có nghĩa là: Điện áp sơ cấp định mức có giá trị từ 85V đến 250V, điện áp thứ cấp định mức có 3 giá trị: 100V, 110V, 220V; công suất định mức có giá trị: 5kVA.
+ Trên nhãn 1 máy biến áp có ghi:
Primary: 3´ 380V, 50Hz; Secondary 3´ 220V; Power 1500VA.
Có nghĩa là: Máy biến áp 3 pha, điện áp dây sơ cấp định mức có giá trị 380V, tần số dòng điện 50Hz; điện áp dây thứ cấp định mức có giá trị: 220V; công suất 3 pha định mức có giá trị: 1500VA.
2. Công dụng và phân loại
a. Công dụng:
- Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, là một khâu quan trọng dùng để truyền tải và phân phối điện năng đi xa.
- Ngoài ra, máy biến áp còn được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực: Trong hàn điện (máy biến áp hàn), trong kỹ thuật điện tử, trong lĩnh vực đo lường (máy biến áp đo lường), trong các thiết bị tự động, làm nguồn cho thiết bị điện, điện tử cần nhiều mức điện áp khác nhau( máy biến áp tự ngẫu), trong thiết bị sinh hoạt gia đình v.v.
b. Phân loại:
* Theo công dụng, máy biến áp được chia thành các loại sau:
+ Máy biến áp điện lực (còn gọi là máy biến áp công suất) dùng để truyền tải và phân phối điện năng đi xa.
+ Máy biến áp chuyên dùng ( máy biến áp đặc biệt):
\ Máy biến áp đo lường: máy biến điện áp, máy biến dòng điện.
\ Máy biến áp hàn.
\ Máy biến áp thường dùng trong gia đình.
\ Máy biến áp dùng mở máy động cơ xoay chiều.
\ Máy biến áp đánh lửa (ống tăng điện) dùng trên động cơ ô tô.
+ Máy biến áp thí nghiệm.
+ Máy biến áp tự ngẫu
* Theo số pha của nguồn điện biến đổi:
+ Máy biến áp một pha.
+ Máy biến áp ba pha.
* Theo phương pháp làm mát:
+ Máy biến áp làm mát bằng không khí (máy biến áp khô).
+ Máy biến áp làm mát bằng dầu (máy biến áp dầu).
Hình ảnh một số máy biến áp trong thực tế:
3. Cấu tạo chung:
Gồm ba phần chính là lõi thép, dây quấn và vỏ máy.
a. Lõi thép:
- Dùng để dẫn từ thông chính của máy và làm khung đỡ dây. Lõi thép được chia làm hai phần: + Trụ: Là nơi để đặt dây quấn.
+ Gông: Là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
- Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,3 - 0,5mm, hai mặt có phủ sơn cách điện ghép chặt lại với nhau thành lõi thép.
- Theo hình dạng của mạch từ, máy biến áp được chia làm 2 kiểu: kiểu trụ và kiểu bọc.
+ Trong kiểu trụ, các cuộn dây của máy biến áp quấn thành hình trụ. Để tạo liên hệ từ tốt (mạch từ đối xứng) và giảm tổn hao từ thông tản, cuộn sơ cấp và thứ cấp được đặt lồng vào nhau, cuộn dây điện áp cao đặt bên trong và cuộn dây điện áp thấp đặt bên ngoài. Thường mỗi cuộn dây được chia làm hai phần quấn trên hai trụ của mạch từ (Hình 2.7.a), trên mỗi trụ có một phần của cuộn sơ cấp và một phần của cuộn thứ cấp. Hai phần của mỗi cuộn dây được nối với nhau sao cho từ thông do chúng sinh ra cùng chiều.
+ Trong kiểu bọc, hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được đặt trên cùng một trụ, hai cuộn được cách điện với nhau và cách điện với lõi thép (Hình 2.7.b).
* Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn (80 ¸ 100MVA trên một pha), điện áp thật cao (trên 220kV), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển trên đường, mạch từ của máy biến áp kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ vừa kiểu bọc, gọi là máy biến áp kiểu trụ-bọc.
b. Dây quấn:
- Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm có tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện. Dây quấn được quấn thành nhiều vòng và được lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây quấn có cách điện với nhau và cách điện với lõi thép.
- Khi các dây quấn được đặt trên cùng một trụ thì dây quấn có điện áp cao (tiết diện nhỏ) đặt sát trụ, dây quấn có điện áp thấp (tiết diện lớn) được lồng ra ngoài, làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện, do đó giảm được kích thước của máy.
c. Vỏ máy:
Để bảo vệ lõi thép, dây quấn và dùng để bắt các đầu dây nối điện vào, ra. Với máy có công suất lớn thì vỏ máy còn có tác dụng chứa dầu làm mát, tăng cường cách điện cho máy.
* Ngoài ra, để làm mát máy và tăng cường cách điện giữa lõi thép, dây quấn với các vật xung quanh, đối với máy biến áp công suất lớn thường phải làm mát bằng dầu, toàn bộ lõi thép và các cuộn dây được ngâm trong thùng dầu, các đầu dây được đưa ra ngoài qua sứ xuyên bắt chặt trên nắp thùng, vỏ thùng dầu có các cánh tản nhiệt và trong nhiều trường hợp, phải làm mát cưỡng bức bằng cách đặt quạt gió thổi vào các cánh tản nhiệt. Với máy biến áp có công suất nhỏ được làm mát bằng không khí.
4. Nguyên lý làm việc:
- Nguyên lý hoạt động của máy biến áp dựa trên định luật cảm ứng điện từ.
- Xét sơ đồ nguyên lý của MBA một pha có hai dây quấn w1 và w2 (Hình 2.9).
- Giả sử đặt vào 2 đầu cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều U1, sẽ có dòng điện xoay chiều I1 trên cuộn sơ cấp sẽ tạo ra một từ thông biến thiên F . Do mạch từ khép kín nên từ thông này sẽ móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thông chính (hình 2.9).
- Theo định luật cảm ứng điện từ, trên các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp sẽ cảm ứng các sức điện động cảm ứng e1 và e2.
+ Trong cuộn sơ cấp: .
+ Trong cuộn thứ cấp:
Với w1, w2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
Giả sử từ thông chính trong lõi thép có phương trình: F = F m.sin2p .f.t (Wb).
Trong đó, f là tần số dòng điện xoay chiều.
Trong đó: E1= 4,44. f. w1. F m. E2= 4,44. f. w2. F m.
E1, E2 là trị số hiệu dụng của sức điện động ở sơ cấp và thứ cấp.
- Từ công thức (2.1) và (2.2) ta thấy sức điện động ở sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số nhưng trị số hiệu dụng khác nhau và chậm pha so với từ thông một góc.
- Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, có thể xem gần đúng sức điện động trong cuộn sơ cấp bằng điện áp sơ cấp: E1 = U1 và sức điện động trong cuộn thứ cấp bằng điện áp thứ cấp: E2 = U2 .
Hệ số của máy biến áp k được xác định
- Đối với máy tăng áp ta có: U1 < U2, w1 < w2; k < 1.
- Đối với máy hạ áp ta có: U1 > U2, w1 > w2; k > 1.
- Nếu bỏ qua mọi tổn hao trong máy biến áp có thể coi gần đúng quan hệ giữa các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau: U1I1 = U2I2.
Ta thấy, một máy biến áp tăng áp thì hạ dòng điện và ngược lại, máy biến áp hạ áp thì tăng dòng điện.
Như vậy, ở máy biến áp giữa hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện nhưng nhờ có từ thông chính F , năng lượng đã được chuyển từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp. Nếu thứ cấp nối với phụ tải thì dưới tác dụng của sức điện động E2 sẽ có dòng điện I2 chạy trong phụ tải và cung cấp điện cho phụ tải ấy.
KẾT LUẬN
* Bài giảng gồm có 4 nội dung chính. Trong đó, học viên cần đọc và hiểu được các đại lượng định mức, mô tả được cấu tạo của máy biến áp, đồng thời giải thích được nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên định luật cảm ứng điện từ, hiểu được ý nghĩa hệ số biến áp k. Đây chính là trọng tâm của bài học.
* Học viên cần nắm chắc nội dung trọng tâm, chuẩn bị cho việc học tập các nội dung tiếp theo của môn học Điện kỹ thuật - Điện tử và môn chuyên ngành Thiết bị điện ô tô.
KẾ HOẠCH GIẢNG BÀI
|
PHÊ DUYỆT
Ngày 15 tháng 10 năm 2010
HIỆU TRƯỞNG
Đại tá, TS Nguyễn Văn Mỗi
|
Môn học: Điện kỹ thuật - Điện tử
Bài: Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc của máy biến áp
Đối tượng: Trung cấp kỹ thuật ô tô
|
Phần một: Ý ĐỊNH BÀI GIẢNG
I. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU
1. Mục đích
Giúp cho học viên có kiến thức về: khái niệm, các đại lượng định mức, công dụng, phân loại, cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp; làm cơ sở để học tập các nội dung tiếp theo của môn học và môn học thiết bị điện ôtô.
2. Yêu cầu
* Nêu được khái niệm, công dụng và phân loại máy biến áp.
* Đọc và hiểu được các đại lượng định mức.
* Mô tả được cấu tạo chung của máy biến áp và trình bày được nguyên lý làm việc của máy biến áp.
* Trả lời được câu hỏi trong phiếu trắc nghiệm, trong giáo trình. Vận dụng kiến thức của bài học để nghiên cứu các nội dung tiếp theo của môn học và các môn học thiết bị điện ôtô.
II. NỘI DUNG
Kết cấu bài học có 4 nội dung: 1. Khái niệm và các đại lượng định mức; 2. Công dụng và phân loại; 3. Cấu tạo chung; 4. Nguyên lý làm việc.
III. THỜI GIAN
Tổng số: 45 phút
IV. ĐỊA ĐIỂM
Phòng học chuyên dùng điện.
V. TỔ CHỨC PHƯƠNG PHÁP
1. Tổ chức
Học viên học tập nghe giảng theo lớp.
2. Phương pháp
- Phương pháp giảng dạy của giáo viên: Thuyết trình, giảng giải có minh hoạ, đàm thoại, vấn đáp, trực quan với sự trợ giúp của máy vi tính và đèn chiếu đa năng kết hợp với những câu hỏi ngắn, trắc nghiệm giúp học viên chủ động lĩnh hội kiến thức.
- Phương pháp học tập của học viên: Được phát tài liệu học tập, phiếu trắc nghiệm, trong giờ học tập trung quan sát, lắng nghe, ghi chép nội dung trọng tâm, đồng thời tích cực suy nghĩ, phát biểu ý kiến xây dựng nội dung bài học.
VI. VẬT CHẤT BẢO ĐẢM
- Một số máy biến áp cỡ nhỏ và lá thép máy biến áp với các hình dạng và kích thước khác nhau, tranh vẽ.
- Máy tính, máy chiếu, phông chiếu, que chỉ, bảng đen, phấn trắng.
- Tài liệu phát tay, phiếu trắc nghiệm cho học viên.
Phần hai: THỰC HÀNH GIẢNG BÀI
I. THỦ TỤC LÊN LỚP 01 phút
Nhận báo cáo của học viên, nắm quân số.
II. TRÌNH TỰ GIẢNG BÀI 40 phút
|
THỨ TỰ, NỘI DUNG
|
THỜI GIAN
(phút)
|
PHƯƠNG PHÁP
|
VẬT CHẤT
|
|
Giáo viên
|
Học viên
|
|
Dẫn nhập
Tên bài: Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc của máy biến áp.
I. MỤC ĐÍCH-YÊU CẦU
|
04
|
- Chiếu SĐ truyền tải điện năng từ nhà máy phát điện đến nơi tiêu thụ điện.
- KL, chuyển vào bài mới
- Viết bảng
- Giới thiệu MĐ-YC
|
- Quan sát
- Lắng nghe
- Quan sát
- Ghi nhớ
|
Máy tính, máy chiếu
|
|
II. NỘI DUNG
1. Khái niệm và các đại lượng định mức
a. Khái niệm
b. Các đại lượng định mức
|
05
|
- Viết bảng
- Chiếu nội dung
Hỏi: Thế nào là thiết bị điện từ tĩnh?
- Viết bảng
- Trực quan
- Chiếu hình ảnh.
Hỏi: Đọc các đại lượng định mức trên mặt máy biến áp?
- Kết luận
|
- Ghi chép
- Quan sát
- Trả lời
- Quan sát
- Ghi nhớ
- Trả lời.
|
Máy tính, máy chiếu, tranh vẽ
|
|
2. Công dụng, phân loại
a. Công dụng:
b. Phân loại:
- Theo công dụng
- Theo số pha
- Theo PP làm mát
|
05
|
- Viết bảng
- Chiếu sơ đồ
- Viết bảng
- Chiếu hình ảnh một số loại máy biến áp
|
- Quan sát
- Ghi nhớ
- Quan sát
|
Máy tính, máy chiếu
|
|
3. Cấu tạo chung
a. Lõi thép:
Gồm hai phần chính:
+ Trụ: Đặt dây quấn
+ Gông: Khép kín mạch từ
Theo hình dạng, chia lõi thép thành 2 kiểu:
+ Kiểu trụ:
+ Kiểu bọc:
b. Dây quấn:
c. Vỏ máy:
|
13
|
- Đưa ra học cụ
Hỏi: Lõi thép dùng để làm gì?
- Đưa ra một số loại lá thép.
Hỏi: Tại sao lõi thép làm bằng các lá thép mà không phải là một khối thép liền?
- Chiếu hình ảnh
- Viết bảng
Hỏi: Dây quấn dùng để làm gì?
Hỏi: Vỏ máy có tác dụng gì?
|
- Quan sát
- Trả lời
- Quan sát
- Trả lời
- Quan sát
- Ghi chép
|
Máy biến áp, các lá thép.
Máy tính, máy chiếu, tranh vẽ
|
|
4. Nguyên lý làm việc
- Nguyên lý làm việc dựa trên định luật cảm ứng điện từ.
- Sơ đồ nguyên lý
- Nguyên lý làm việc
+ Sơ cấp:
+ Thứ cấp: + Hệ số biến áp:
|
13
|
- Viết bảng
Hỏi: Trình bày nội dung định luật cảm ứng điện từ?
- Chiếu mô phỏng
- Chiếu sơ đồ
- Chiếu mô phỏng
- Viết bảng
Hỏi: Hãy nhận xét quan hệ giữa điện áp và dòng điện từ công thức hệ số k?
- Nhận xét, kết luận
|
- Trả lời
- Quan sát
- Quan sát
- Ghi chép
- Trả lời
- Ghi chép
|
Máy tính, máy chiếu,tranh vẽ
|
III. KẾT THÚC GIẢNG BÀI 04 phút
- Hệ thống hoá, nhấn mạnh trọng tâm.
- Kiểm tra nhận thức của học viên bằng phiếu trắc nghiệm.
- Nhận xét, kết luận
- Hướng dẫn nội dung tự học trong giáo trình và câu hỏi ôn tập trong tài liệu phát tay.
Ngày 14 tháng 10 năm 2010
NGƯỜI BIÊN SOẠN
Đại uý CN, CN Phan Thị Kim Dung