Máy điện là gì – CHI TIẾT

Quy tắc bàn tay phải

2.2   Định luật lực điện từ

Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường (trường hợp thường gặp trong động cơ điện), thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:

F_đt = Bil

Trong đó: B – từ cảm đo bằng T

             i – dòng điện đo bằng A

 l – chiều dài phần thanh dẫn đặt trong từ trường đo bằng m

             F_đt – Lực điện từ đo bằng N

Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái:

Quy tắc bàn tay trái

3.   Nguyên lý máy điện và động cơ điện

3.1   Chế độ máy phát điện là gì

Cho cơ năng của động cơ sơ cấp tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học F_cơ thanh dẫn sẽ chuyển động với tốc độ v trong từ trường của nam châm, khi đó trong thanh dẫn sẽ cảm ứng suất điện động e. Nếu nối 2 cực của thanh dẫn với một tải có điện trở R, một dòng điện i sẽ chạy qua tải. Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn thì điện áp đặt vào tải u = e, công suất điện máy phát cung cấp cho tải là: p_đ = ui =ei

Dòng điện i nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ F_đt = Bil có chiều được xác định theo quy tắc bàn tay trái như hình vẽ.

Xác định chiều dòng điện theo quy tắc bàn tay trái

Khi máy quay với tốc độ không đổi lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp: F_cơ  =  F_đ

Nhân hai vế của phương trình với v ta được:

F_cơ . v = F_đ .v

< = >         F_cơ . v = Bil.v

< = >         F_cơ . v = e.i

Như vậy công suất cơ của động cơ sơ cấp P_cơ = F_cơ . v được biến đổi thành công suất điện P_đ = ei nghĩa là cơ năng đã được biến đổi thành điện năng.

3.2   Chế độ động cơ điện

Cung cấp điện cho máy điện một điện áp U từ nguồn điện sẽ gây ra dòng điện i trong thanh dẫn, dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F = Bil tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v như hình vẽ.

Xác định chiều của lực điện từ theo quy tắc bàn tay phải

Công suất điện đưa vào động cơ:

P_đ = ui = ei = Blv.i = Bil.v = F_cđ.v

Như vậy công suất điện P_đ = ui đưa vào động cơ đã được biến đổi thành công suất cơ   P_đ = F_đt.v trên trục động cơ, điện năng được biến đổi thành cơ năng.

Ta nhận thấy cùng một thiết bị điện tùy theo năng lượng đưa vào máy điện có thể làm việc ở chế độ động cơ hoặc máy phát điện. Mọi máy điện đều có tính chất thuận nghịch.

4.   Các vật liệu chế tạo máy điện là gì

Vật liệu chế tạo máy điện gồm: vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện và vật liệu kết cấu.

4.1   Vật liệu dẫn điện

Vật liệu cách điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện. Vật liệu dẫn điện dùng trong máy điện tốt nhất là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ. Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau, đồng phốt pho.

Để chế tạo dây quấn ta thường dùng đồng, đôi khi nhôm. Dây đồng và dây nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật, có bọc các loại cách điện khác nhau như sợi vải, sợi thủy tinh, giấy, nhựa hóa học, sơn êmai.

Đối với các máy điện công suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 700 V thường dùng dây êmai vì lớp cách điện của dây mỏng, đạt độ bền yêu cầu. Đối với các bộ phận khác như vành đổi chiều, lồng sóc hoặc vành trượt, ngoài đồng, nhôm, người ta còn dùng cả các hợp kim của đồng, nhôm, hoặc có chỗ còn dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và giảm kim loại màu.

4.2   Vật liệu dẫn từ

Vật liệu cách điện dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ. Người ta dùng các vật liệu sắt từ để làm mạch từ: thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn. Gang ít được sử dụng vì từ dẫn không tốt lắm.

Ở đoạn mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50 Hz thường dùng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 – 0,5 mm, trong thành phần thép có từ 2 – 5% Si (để tăng điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy).

Ở tần số cao hơn, dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,1 – 0,2 mm. Tổn hao công suất trong thép lá do hiện tượng từ trễ và dòng điện xoáy được đặc trưng bằng công suất tổn hao.

Thép lá kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng và cán nguội. Hiện nay với máy biến áp và máy điện công suất lớn thường dùng thép can nguội vì có độ từ thẩm cao hơn và công suất tổn hao nhỏ hơn loại cán nóng.

Ở đoạn mạch từ có từ trường không đổi, thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc thép lá.

4.3   Vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện, hoặc cách ly các bộ phận dẫn điện với nhau.

Trong máy điện vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học. Độ bền vững về nhiệt cua chất cách điện bọc dây dẫn, quyết đinh nhiệt độ cho phép của dây dẫn và do đó quyết định tải của nó.

Nếu tính năng chất cách điện cao thì lớp cách điện có thể mỏng và kích thước của máy giảm.

Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, chất cách điện tốt nhất là mica song tương đối đắt nên chỉ dùng trong các máy điện có điện áp cao.

Thông thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải, sợi, … Chúng có độ bền cơ tốt, mềm, rẻ tiền nhưng dẫn nhiệt xấu, hút ẩm, cách điện kém. Do đó dây dẫn cách điện sợi phải được sấy tẩm để cải thiện tính năng của vật liệu cách điện.

Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí, hydro) hoặc thể lỏng (dầu máy biến áp).

4.4   Vật liệu kết cấu

Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Trong máy điện, các vật liệu kết cấu thường là gang, thép lá, thép rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng, các chất dẻo.

5.   Phát nóng trong máy điện – dòng điện xoáy

Tổn hao trong máy phát 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 hành nhiệt năng làm nóng máy điện.

Từ trễ: Ở các vật liệu sắt từ có hiện tượng từ trễ, nghĩa là khi ta từ hóa lõi sắt bằng dòng điện xoay chiều trong cả chu kỳ, quá trình diễn ra không thuận nghịch, khi tăng cường độ từ trường H thì cường độ từ cảm B tăng. Khi giảm H thì B sẽ giảm quan hệ với nhau theo nhánh giảm không trùng với nhánh tăng.

Vật liệu từ trễ khi đặt trong từ trường biến thiên sẽ tiêu thụ năng lượng của từ trường ngoài (với mật độ tiêu thụ chính bằng diện tích đường cong từ trễ), biến nó thành nhiệt năng và bị nóng lên. Đây có thể là hiệu ứng không mong muốn trong nhiều ứng dụng, và ở những ứng dụng này, cần chọn vật liệu có tổn hao năng lượng trễ nhỏ.

Đường khép kín từ trễ – máy điện là gì

Dòng điện xoáy (dòng điện Foucault) là hiện tượng dòng điện sinh ra khi ta đặt một vật dẫn điện vào trong một từ trường biến đổi theo thời gian.

Dòng điện xoáy sinh ra sẽ làm nóng lõi thép, nên để hạn chế việc tổn hao do dòng điện xoáy gây ra người ta thay các lõi thép đặc bằng các lá thép kỹ thuật điện, trong thành phần thép có từ 2 – 5 % Si để tăng điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy.

Dòng điện xoáy

Tham khảo video Bài Giảng “Máy điện là gì”

Tài liệu tham khảo Máy điện là gì