Báo cáo Tình hình thực tập xưởng điện

Website: Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 TRƯỜNG ĐẠI BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN .....................—&–..................... BÁO CÁO THỰC TẬP Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Lớp : Nhóm : HÀ NỘI 1/2003 LỜI MỞ ĐẦU Máy điện là thiết bị điện phổ biến và quan trọng trong sản xuất cũng như trong đời sống. Máy điện thường gặp trong nhiều ngành kinh tế như công nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải...và trong các thiết bị điện gia đình. Một số máy điện điển hình như: máy biến áp, máy phát điện, động cơ điện,... Máy điện làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, có hai phần cơ bản: phần mạch từ (lõi thép) và phần mạch điện (dây quấn). Dùng máy điện để biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện), cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc biến đổi các thông số điện như điện áp, dòng điện, tần số, pha... Lí thuyết chung về máy điện được giảng dạy cho tất cả các sinh viên Trường đại học Bách Khoa Hà Nội trong môn “Cơ sở kĩ thuật điện”. Đặc biệt, các sinh viên khoa Điện được trang bị một cách sâu sắc và toàn diện hơn qua môn “Máy điện”. Từ lí thuyết đó, các sinh viên khoa Điện được thực hành về máy điện qua 3 tuần thực tập xưởng điện. Đây là thời gian quý giá để sinh viên trực tiếp chế tạo máy điện và tích luỹ các kinh nghiệm, kiến thức thực tế. Sau 3 tuần, mỗi sinh viên đều nắm được kĩ thuật quấn dây máy biến áp công suất nhỏ, động cơ ba pha rôto lồng sóc 36 rãnh, đồng thời kiềm nghiệm lại lí thuyết đã được học. Bản báo cáo này được hoàn thành sau đợt thực tập. Nội dung gồm 3 phần: Phần 1: Cơ sở lí thuyết. Phần này trình bày lí thuyết về máy biến áp và động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc. Phần 2: Thiết kế - Chế tạo. Phần này trình bày cơ sở thiết kế bộ dây quấn và kĩ thuật quấn dây. Phần 3: Kết quả thực tập. Phần này ghi các kết quả chạy máy, các bộ số liệu và nhận xét, đánh giá kết quả. Đợt thực tập đã giúp em có được những kĩ năng cơ bản về chế tạo máy biến áp và động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc, đồng thờ giúp em kiểm nghiệm được rất nhiều về lí thuyết. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo hướng dẫn đã tạo điều kiện, trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực tập giúp và nhóm hoàn thành đợt thực tập với kết quả tốt. PHẦN 1: LÝ THUYẾT A-GIỚI THIÊU CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN I) Định nghĩa và phân loại: 1, Định nghĩa: Máy điện là thiết bị điện từ, làm việc theo nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ. Cấu tạo: Máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (dây quấn) dùng để biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, như từ cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc điện năng thành cơ năng (động cơ điện). Máy điện còn dùng để biến đổi các thông số điện như điện áp, dòng điện, tần số ... 2, Phân loại Có nhiều cách để phân loại máy điện như phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo loại dòng điện (xoay chiều, một chiều) theo nguyên lý làm việc ...ở đây ta phân loại các máy điện theo nguyên lý biến đổi điện năng của chúng. a) Máy điện tĩnh Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp. Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, do sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau. Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng. Do tính thuân nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi có tính thuận nghịch. Ví dụ: MBA có thể biến đổi điện năng có các thông số U1,I1,f1 thành điện năng có các thông số U2,I2,f2 hoặc ngược lại. Quá trình biến đổi thuận nghịch của máy biến áp. b) Máy điện có phần động: (quay hoặc chuyển động thẳng) Nguyên lý làm việc của các máy điện loại này 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. Quá trình biến đổi thuận nghịch của máy điện có phần động. Loại máy này thường dùng để biến đổi dạng năng lượng, như biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc biến đổi cơ năng thành điện năng (máy phát điện). 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. Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thường gặp: Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện có phần quay Máy điện xoay chiều Máy điện một chiều Máy điện Không đồng bộ Máy điện đồng bộ Máy phát không đồng bộ Máy biến áp Động cơ không đồng bộ Động cơ đồng bộ Máy phát đồng bộ Động cơ một chiều Máy phát một chiều II) Các định luật cơ bản dùng trong máy điện: Nguyên lý làm việc của tất cả các máy điện đều dựa trên cơ sở hai định luật cảm ứng điện từ và lực điện từ. 1, Định luật cảm ứng điện từ: a, Trường hợp từ thông f biến thiên xuyên qua vòng dây: Trong đó: W: số vòng dây j=Wf: từ thông móc vòng của cuộn dây. N S B e v b,Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường: e=B.l.v Trong đó: B: cảm ứng từ (T) l: chiều dài thanh dẫn (m) v: tốc độ chuyển động của thanh dẫn (m/s) N S B I Fđt 2, Định luật lực điện từ: Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường (gặp trong động cơ điện), thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ có trị số: F=B.i.l Trong đó: B: từ cảm (T) i: dòng điện (A) l: chiều dài thanh dẫn (m/s) F: Lực điện từ (N) III) Nguyên lí máy phát điện - tính thuận nghịch của máy điện: Máy điện có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. 1, Chế độ máy phát điện: Cho cơ năng của động cơ sơ cấp tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học Fcơ, thanh dẫn sẽ chuyển động với tốc độ trong từ trường của nam châm N-S, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e. Nếu nối vào hai cực của thanh dẫn điện trở R của tải, dòng điện i chạy trong thanh dẫn sẽ cung cấp điện cho tải. Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn, điện áp đặt vào tải u = e. Công suất điện máy phát cung cấp cho tải là p = u.i =e.i Dòng điện i nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ. N S B U Fcơ Fđt e R Khi máy quay với tốc độ không đổi, lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp. Fcơ=Fđt ---> v.Fcơ = v.Fđt = Bilv = e.i Như vậy công suất cơ của động cơ sơ cấp Pcơ=Fcơ.v đã được biến đổi thành công suất điện Pđ=e.i nghĩa là cơ năng đã được biến đổi thành điện năng. 2, Chế độ động cơ điện: Cung cấp điện cho nhà máy điện, điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng điện i trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fđt = B.i.l tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v Công suất điện đưa vào động cơ: p = u.i = e.i = B.l.v.i = v.Fđt N S B U Fcơ Như vậy công suất điện pđ = u.i đưa vào động cơ đã được biến thành công suất cơ pcơ = v.Fđt trên trục động cơ. Điện năng đã được biến đổi thành cơ năng. Ta nhận thấy cùng một thiết bị điện từ tuỳ theo năng lượng đưa vào mà máy điện có thể làm việc ở chế độ động cơ hoặc máy phát điện. Mọi loại máy điện đều có tính chất thuận nghịch. IV) Các vật liệu chế tạo máy điện: Vật liệu chế tạo máy điện gồm: Vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện và vật liệu kết cấu. 1, Vật liệu dẫn 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 và có điện trở suất nhỏ. Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau, đồng phốtpho. 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 thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học, sơn emay. 2, Vật liệu dẫn từ: 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 ren. Gang ít khi được dùng vì nó dẫn từ không tốt lắm. Tổn hao công suất trong thép lá do hiện tượng từ trễ và dòng điện xoay 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 thép cán nguội vì có độ từ thẩm cao hơn và công suất tổn hao nhỏ hơn loại cán nóng 3, 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 của chất cách điện bọc dây dẫn quyết định nhiệt độ cho phép của dây và do đó quyết định tải của nó Nếu tính năng của 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. Gồm 4 nhóm: - Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải, lụa - Chất vo cơ như amiăng, mica, sợi thuỷ tinh - Các chất tổng hợp - Các loại men, sơn cách điện Chất cách điện tốt nhất là mica nhưng tương đối đắt nên chỉ dùng cho máy điện có điện áp cao. Thông thường dùng các vật liệu cách điện có sợi như giấy, vải, sợi... Chúng có độ bền cơ tốt, mềm, rẻ tiền nhứng dẫn nhiệt xấu, hút ẩm và 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, Hydrô ) hoặc thể lỏng (dầu máy biến áp) 4, Vật liệu kết cấu: Là vật liệu dùng để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như 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 V) Phát nóng và làm máy phát điện: Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất. Tổn hao trong mạch điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoắy) 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. Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt ra môi trường xung quanh. Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của 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... Thường vỏ máy điện được chế tạo có các nhánh tản nhiệt và có hệ thống quạt gió để làm mát B) - MÁY BIẾN ÁP I) Khái niệm chung: Để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp, hoặc ngược lại ta dùng máy biến áp (MBA). Ngày nay, do việc sử dụng điện năng phát triển rất rộng rãi nên có nhiều loại MBA khác nhau: MBA một pha, ba pha, hai dây quấn, ba dây quấn... Nhưng chúng dựa trên một nguyên lý, đó là nguyên lý cảm ứng điện từ 1, Định nghĩa: MBA là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Hệ thống điện đầu vào của MBA (trước lúc biến đổi) có: U1, I1,f. Hệ thống điện đầu ra của MBA (sau khi biến đổi) có: U2, I2, f. Đầu vào của MBA nối với nguồn được gọi là sơ cấp, đầu ra của MBA nối với tải được gọi là thứ cấp. Các đại lượng thông số sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 1, số vòng dây sơ cấp n1, điện áp sơ cấp U1, dòng điện sơ cấp I1, công suất sơ cấp P1. Còn các đại lượng thông số thứ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 2: n1, U1, I1, P2 Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp là MBA tăng áp. Nếu điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp là MBA hạ áp. 2, Các lượng định mức: Các lượng định mức của MBA do xưởng chế tạo MBA quy định để cho máy có khả năng làm việc lâu dài và tốt nhất. Điện áp định mức: Điện áp sơ cấp định mức U1đm là điện áp quy định cho dây quấn sơ cấp, điện áp thứ cấp định mức U2đmlà 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. Người ta quy ước với MBA một pha điện áp định mức là điện áp pha, với MBA ba pha là điện áp dây. Đơn vị điện áp ghi trên máy là thường là (V) hoặc (kV) Dòng điện định mức: Là dòng đã quy định cho mỗi dây quấn MBA ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Đối với MBA một pha, dòng điện định mức là dòng điện pha, đối với MBA ba pha dòng điện định mức là dòng điện dây. Đơn vị ghi trên máy thường là (A). Dòng điện sơ cấp định mức ký hiệu là I1đm,,1 dòng điện thứ cấp định mức ký hiệu là I2đm Công suất định mức: Là công suất biểu kiến định mức. Công suất định mức ký hiệu là Sđm. Đơn vị là (VA), (kVA).Đối với MBA một pha công suất định mức là: Sđm = U2đm.I2đm = U1đm.I1đm Đối với MBA ba pha công suất định mức là: Sđm = U2đm.I2đm = U1đm.I1đm Ngoài ra trên máy còn ghi tần số định mức fđm, số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc... 3, Công dụng của MBA: MBA có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải và phân phối điện năng. Các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện vì thế thường phải xây dựng các đường dây truyền tải điện năng. Điện áp máy phát thường là 6,3; 10,5; 15,75; 38,5 (kV) để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây, phải giảm dòng điện chạy trên đường dây bằng cách nâng cao điện áp vì vậy ở đầu đường dây cần đặt MBA tăng áp. Mặt khác điện áp của tải thường khoảng 127 đến 500 (V) vì vây ở cuối đường dây cần đặt MBA hạ áp. MBA tăng áp Hình7 Máy phát điện MBA hạ áp Truyền tải Tải Ngoài ra MBA còn được sử dụng trong các thiếy bị lò nung (MBA lò) trong hàn điện (MBA hàn) làm nguồn cho các thiết bị điện, điện tử cần nhiều cấp điện áp khác nhau, trong lĩnh vực đo lường... II) Cấu tạo của MBA: MBA có 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn: 1, Lõi thép MBA: Dùng để làm dẫn từ thông chính của MBA được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện. Lõi thép gồm hai bộ phận: Trụ: là nơi để đặt dây quấn Gông: Là phần khép kín mạch từ giữa các trụ Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín Để giảm dòng điện xoắy trong lõi thép, người ta dùng thép lá kỹ thuật điện (dày 0,335 ¸ 0,5 mm, hai mặt có sơn cách điện) ghép lại với nhau thành lõi thép. 2, Dây quấn MBA: Thường được chế tạo bằng dây đồng hay nhôm có tiết diện tròn hoặc chữ nhật bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn có cách điện nối với nhau và các dây quấn có cách điện với lõi thép. MBA thường có hai hoặc nhiều dây quấn, khi các dây quấn đặt trên cung một trụ thì dây quấn thấp áp đặt sát trụ thép còn dây quấn cao áp đặt lồng ra ngoài. Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện. Để làm mát và tăng cường cách điện cho MBA, người ta thường đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng chứa dầu MBA. Đối với MBA công suất lớn vỏ thùng dầu có cánh tản nhiệt. Ngoài ra còn có các xuyên ra để nối các đầu dây quấn ra ngoài, bộ phận chuyển mạch dùng để điều chỉnh điện áp, rơle hơi để bảo vệ máy, bình dẫn dầu, thiết bị chống ẩm... III) Nguyên lý làm việc của MBA: Khi ta nối cuôn sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1, sẽ có dòng điện sơ cấp I1 chạy trong dây quấn sơ cấp w1. Dòng điện I1 sinh ra từ thông biến thiên chạy trong lõi thép, từ thông này móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp w1 và thứ cấp w2 được gọi là từ thông chính. U1 U2 I1 I2 j Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn sơ cấp sức điện động là: e1 = -w1 và cảm ứng với dây quấn thứ cấp sức điện động là: e2 = -w2 Hình 8 Khi MBA không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch dòng điện thứ cấp I2=0,từ thông chính trong lõi thép chỉ do dong sơ cấp I1 sinh ra. Khi MBA có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trỏ Zt, dưới tác động của sức điện động e2 có dòng điện thứ cấp I2 cung cấp điện cho tải. Khi ấy từ thông chính do đồng thời cả dòng điện sơ cấp I1, và thứ cấp I2 sinh ra. Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, có thể coi gần đúng U1 » E1; U2 » E2 U1, U2: Giá trị hiệu dụng của điện áp sơ cấp và thứ cấp E1, E2: Giá trị hiệu dụng của sức điện động e1, e2 Ta có: Đối với MBA tăng áp: U2 > U1; w2 > w1 hạ áp: U2 < U1; w2 < w1 Như vậy, dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện nhưng nhờ có từ thông chính, năng lượng đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp. C - MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ: I,Khái niệm chung: Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rôto n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường n1. Máy điện không đồng bộ có hai dây quấn: dây quấn stato (sơ cấp) nối với lưới điện tần số không đổi f1, dây quấn stato (thứ cấp) được nối tắt lại hoặc khép kín trên điện trở. Dòng điện trong dây quấn rôto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số f2 phụ thuộc vào tốc độ rôto nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trên trục của máy. Ngoài ra còn có loại động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Cũng như các máy điện khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện, cũng như chế độ máy phát điện. Máy điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ nên ít được dùng. Động cơ điện không đồng bộ so với các loại động cơ điện khác có cấu tạo và vận hành không phức tạp, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt. Động cơ điện không đồng bộ có các loại: một pha, hai pha và ba pha Động cơ điện không đồng bộ có công suất lớn trên 600 (W) thường là loại ba pha có ba dây quấn làm việc, trục các dây quấn lệch nhau trong không gian một góc 120o điện. Các động cơ công suất nhỏ dưới 600 (W) thường là loại động cơ hai pha hoặc một pha. Động cơ hai pha có hai dây quấn làm việc, trục của hai dây quấn đặt lệch nhau trong không gian một góc 90o điện. Động cơ điện một pha chỉ có một dây quấn làm việc. Các số liệu định mức của động điện không đồng bộ: Công suất cơcó ích trên trục: Pđm Điện áp dây stato: U1đm Dòng điện dây stato: I1đm Tần số dòng điện stato: f1 Tốc độ quay rôto: nđm Hệ số công suất: cosjđm Hiệu suất: hđm II) Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha: Máy điện không đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stato và rôto, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. 1, Stato: Stato là phần tĩnh gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy Lõi thép: Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy. Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép. Dây quấn ba pha được phân bố đều trong các rãnh của lõi thép stato.Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong ba dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay. Vỏ máy: Vỏ máy làm bằng gang hoặc nhôm dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ. Hai đầu vỏ có nắp máy, ổ đỡ trục. Vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy. 2, Rôto: Rôto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. Lõi thép: Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được rập rãnh mặt ngoài ghép lại tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục. Dây quấn: Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ có hai kiểu: rôto ngắn mạch (còn gọi là một lồng sóc) và rôto dây quấn. Loại rôto lồng sóc công suất trên 100 (kW) trong các rãnh của lõi thép rôto đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch bằng hai vòng đồng tạo thành lồng sóc ở động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rôto tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát. Động cơ điện có rôto lồng sóc gọi là động cơ không đồng bộ lồng sóc được ký hiệu như hình bên. Loại rôto dây quấn trong rãnh lõi thép rôto, đặt dây quấn ba pha, dây quấn rôto thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng cố định trên trục rôto và được cách điện với trục. Nhờ ba chổi than tỳ sát vào ba vòng tiếp xúc, dây quấn rôto được nối với ba vòng tiếp xúc, nhờ chổi than dây quấn rôto được nối với ba biến trở bên ngoài, để mở máy hay điều chỉnh tốc độ. Loại động cơ này gọi là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, trên các sơ đồ điện được kí hiệu như hình bên Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc đảm bảo. Động cơ rôto dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ song giá thành lại đắt và vận hanhf kém tin cậy hơn động cơ lồng sóc nên chỉ dùng khi động cơ lồng sóc không đáp ứng được các yêu caàu về truyền điện III) Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ: 1, Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ: n1 Fđt Fđt Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ là n1 = . Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rôto, cảm ứng các sức điện động. Vì dây quấn rôto nối ngắn mạch nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng trong các thanh dẫn rôto. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rôto, kéo rôto quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ quay n. Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải, ta cần phải căn cứ vào chiều chuyển động tương đôid của thanh dẫn với từ trường. Nếu coi từ trường đứng yên thì chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn ngược với chiều n1, từ đó áp dụng quy tắc bàn tay phải xác định được chiều sức điện động như hình vẽ. Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái sẽ trùng với chiều n1 Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1 vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối trong dây quấn rôto không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng 0. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2: n2 = n1 – n Hệ số trượt của tốc độ là: s = Khi rôto đứng yên (n = 0), hệ số trượt s =1. Khi rôto quay định mức, hệ số trượt s = 0,02 ¸ 0,06. Tốc độ động cơ là: n = n1(1 - s) = (vòng/p) 2, Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đồng bộ: Nếu stato vẫn nối với lưới điện, nhưng trục rôto không nối với tải mà nối với một trục động cơ sơ cấp. Dùng động cơ sơ cấp kéo rôto quay cùng chiều với n1 và tốc độ n lớn hơn tốc độ từ trường quay n1. Lúc này, chiều dòng điện rôto I2 ngược lại với chế độ dộng cơ và lực điện từ đổi chiều. Lực điện từ tác dụng lên rôto ngược với chiều quay gây ra mômen hãm cân bằng với mômen quay động cơ sơ cấp. Máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Hệ số trượt là: s = < 0. Fđt Fđt Nhờ từ trường quay, cơ năng động cơ sơ cấp đưa vào rôto được biến thành điện năng ở stato. Để tạo ra từ trường quay, lưới điện phải cung cấp cho máy phát không đồng bộ công suất phản kháng Q, vì thế làm cho hệ số công suất cosj của lưới điện thấp đi. Khi máy phát làm việc riêng lẻ, ta phải dùng tụ điện nối ở đàu cực máy để kích từ cho máy. Đó là nhược điểm của máy phát không đồng bộ, vì thế thực tế ít khi dùng máy phát không đồng bộ. PHẦN 2: THIẾT KẾ - CHẾ TẠO I)TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU 10 (A): 1,Các thông số quan tâm: f : Tiết diện lõi sắt S : Công suất MBA W0 : Số vòng/1 (V) DI : Mật độ dòng điện MBA. DI » 2,5 ¸ 3 (A/mm2) D : Đường kính dây S : Tiết diện dây 2, Xác định tiết diện lõi thép f: f = a.b (cm2) f = (đối với lõi là chữ O) f = 0,7. (đối với lõi là chữ E) a b a b 3, Tính số vòng dây: W0 = (số vòng/1 V) W0 phụ thuộc hàm lượng silic trong mạch từ Số vòng cuộn sơ cấp: w1 = w0.U1 (vòng) Số vòng cuộn thứ cấp: w2 = w0.(U2 + DU2) (vòng) DU2: Độ dự trữ điện áp để bù sự sụt áp do trở kháng của cuộn thứ cấp 4, Tính đường kính dây, tiết diện dây: Xuất phát từ mật độ dòng điện DI với tương ứng: I = 2,5 ¸ 3 (A) ứng với dây có tiết diện s = 1 mm2. (do DI = 2,5 ¸ 3 A/mm2). Ta tính được tiết diện dây theo yêu cầu cường độ dòng điện của MBA Đường kính dây có thể tính bằng: d = (đối với dây dẫn có tiết diện tròn) II) CƠ SỞ THIẾT KẾ BỘ DÂY QUẤN STATO CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: 1, Một số công thức tính toán dây quấn: Các thông số: z: Số rãnh stato và rôto (có thể 18, 24, 36, 54) q: Số rãnh tác dụng dưới một cực (số bối dây của một nhóm bối) p: Số đôi cực (p ³ 1) y: Bước dây quấn (tính từ cạnh tác dụng thứ nhất đến cạnh tác dụng thứ hai của cùng một phần tử đó m: Số pha f: Tần số a: Số mạch nhánh song song Tính toán: -Số rãnh tác dụng dưới một cực: q = - Bước dây quấn: y = - Bước cực t (khoảng cách giữa các pha): t = y = t: Bước dây quấn đủ y < t: Bước dây quấn ngắn y > t: Bước dây quấn dài - Tính bước trùng = 2, Nhóm dây quấn - Cách phân bố: a, Nhóm dây quấn: Có hai nhóm dây thường gặp là dây quấn đồng tâm và dây quấn đồng khuôn. Dây quấn đồng tâm (mẹ - con): Quấn liên tiếp các dây dẫn theo cùng một chiều lên bộ khuôn có các khung quấn với các kích thước khác nhau và đặt đồng tâm lên một trục quấn. Ưu điểm: Dễ lắp đặt Nhược điểm: Các đầu cuộn dây chiếm nhiều chỗ hơn so với các cách quấn khác Dây quấn đồng khuôn: Các cuộn dây có cùng một khuôn cố định được bố trí trên stato của các rãnh kế tiếp nhau tạo thành cực từ. Ưu điểm: ít tốn dây, thu gọn các đầu cuộn dây. Nhược điểm: Việc lắp đặt khó khăn, tốn nhiều thời gian hơn so với dây quấn dồng tâm. Dây quấn đồng khuôn Dây quấn đồng tâm b, Cách phân bố: Có hai cách phân bố: tập trung và phân tán Dây quấn tập trung: Các bối dây của cùng một nhóm bối được đặt vào các rãnh sao cho các tác dụng thứ nhất của chúng liên tiếp nhau, cũng tương tự cho các cạnh tác dụng thứ hai Dây quấn phân tán: Các bối dây của cùng một nhóm bối được phân bố đều trên thân máy, cạnh tác dụng thứ nhất của bối thứ hai nằm ngay sau cạnh tác dụng thứ hai của bối thứ nhất So với dây quấn tập trung thì dây quấn phân tán có ưu điểm là cung cấp mômen mở máy khoẻ hơn ở cùng công suất ấy. 3, Cách thành lập sơ đồ dây quấn: a,Căn cứ vào ba vấn đề: Số rãnh tác dụng dưới một cực q Bước dây quấn y Vòng tròn đa giác sức điện động b, Các bước tiến hành: Kẻ các đường song song và đánh số tương ứng với số rãnh của stato Trải số cạnh dây/ cực/ pha cho phân bố đều theo các rãnh Căn cứ vào dạng dây quấn và cách phân bố, vẽ các đầu cuộn dây nối liền các cạnh lại thành các bối, tiếp đến nối dây giữa các bối sao cho chiều dòng điện trên các cạnh tác dụng của cùng một bối là ngược nhau. 4, Các ví dụ: Ví dụ 1: sơ đồ dây quấn đồng khuôn phân tán 1 lớp: z=24 ; 2p=4 ; y=5 ; q=2 Ví dụ 2: sơ đồ dây quấn đồng tâm phân tán 1 lớp: z=36 ; 2p=4 ; y=9 ; q=3 Ví dụ 3: sơ đồ dây quấn đồng khuôn phân tán 2 lớp: z=24 ; 2p=4 ; y=6 ; q=2 III) CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO 1, Kỹ thuật quấn máy biến áp: a, Chuẩn bị khuôn máy biến áp Khuôn MBA nhằm mục đích cách điện giữa cuộn dây và mạch từ, làm sườn cứng để định hình cuộn dây, đồng thời tạo khoảng trống để lồng các lá thép kỹ thuật điện. Khuôn cần được đặt đúng chiều, bọc cách điện cẩn thận (quay mặt bóng ra ngoài), đánh dấu đúng các vị trí đầu dây ra. 220 110 160 80 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 b, Quấn dây: Khi quấn dây ta cố định đầu dây đầu, quấn thẳng và sóng. Các lớp đầu (khoảng 2-3 lớp) quấn nhẹ tay sau này tháo lõi cho dễ, hết mỗi lớp ta phải lót cách điện, khi gặp chỗ dây xước phải lót cách điện cẩn thận. Khi nửa chừng muốn đưa dây ra ngoài phải được cách điện cẩn thận . Ta quấn MBA gồm nhiều nấc, mỗi khi xong một nấc ta lại sử dụng đồng hồ đo thông mạch, nếu mạch đã thông ta mới quấn tiếp. ở đầu dây ra cũng như đầu vào,ta đều phải đặt đai giấy hoặc vải, sau đó cuốn dây đè lên cho chắc chắn c, Lồng lá thép kỹ thuật điện: 220 V 160 V 110 V 80 V 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Tuỳ theo dạng lá thép tạo thành mạch từ mà gép theo trật tự tính trước. Cụ thể như sau: Sau khi đã chuẩn bị xong phần khuôn ta bắt đầu cuốn. Đưa đầu 220V ra đầu tiên, lót bằng băng giấy, bắt đầu cuốn đè lên. Quấn được 72 vòng ta đưa đầu 160V ra, quấn tiếp 60 vòng ta có đầu 110V, quấn tiếp 36 vòng nữa ta được đầu 80V. Sau đó cứ 9 vòng ta lại đưa một đầu dây ra, ta có thêm 11 nấc. Đầu ra cuối cùng phải sử dụng băng giấy để giữ cho chắc chắn (chú ý các đầu ra cần nằm ở đúng vi trí trên khuôn) Bọc ra ngoài cuộn dây một lớp giấy cách điện, dùng giây buộc chặt sau đó tháo lõi.Sử dụng 4 miếng giấy cách điện bọc vào 4 cạnh bêncủa cuộn dây, sau đó tiến hành ghép mạch từ: cứ 5 lá chữ E ghép lồng xen kẽ với nhau từ hai phía, không nên để cho các lá thép chạm vào dây, sau đó lồng các lá thép chữ I lấp đầy các khe trống, tiến hành đóng gông chắc chắn Vuốt thẳng các đầu dây ra, cạo lớp cách điện, đo kiểm tra thông mạch, chạm mạch từ Tạo các đầu hình khuyên lấp vào bộ chuyển mạch Cuối cùng cấp nguồn và tiến hành đo số liệu các mức điện áp 2, Kỹ thuật quấn dây stato động cơ 3 pha: a, Chuẩn bị khuôn và quấn dây: Ta dùng khuôn hình quả trám. Trên hai miếng gỗ hình chữ nhật có khoan sẵn lỗ, ta sử dụng bộ chốt tre để định hình khuôn. Đối với dây quấn đồng tâm ta cần thêm 2 bộ lỗ nữa cách nhau một bước rãnh trên stato. Quấn dây vào khuôn: Ta quấn đều tay, với dây quấn đòng tâm chúng ta chỉ được quấn theo một chiều nhất định đối với môĩ bối dây đảm bảo cho dòng khi chay theo đúng chiều Trong quá trình quấn dây nếu gặp chỗ xước hay dây bị đứt ta phải nối lại và lồng ống ghen cách điện (chú ý chỗ bị đứt nên để ở hai đầu bối dây cho tiện vào rãnh) b, Vấn đề cách điện rãnh: Nhằm mục đích tránh cho dây dẫn chạm nhau và chạm vỏ nên ta phải tiến hành cách điện rãnh Khi ta cách điện phải đảm bảo những yêu cầu sau: Vật liệu cách điện rãnh phải cố hình dạng của rãnh để ôm sát vào rãnh, thuận tiện cho việc vào dây. Những vật dẫn điện phải được cách điện hoàn toàn Khi sủ dụng vật liệu cách điện phải đảm bảo độ bền của vật liệu, tránh xước, gãy, dập. Cách điện rãnh bao gồm hai lớp : Lớp 0,3 mm: Chiều dài bằng chiều dài phần mạch từ cộng thêm 3 cm Gập lại hai đầu 0,75cm phần mép gập chui ra ngoài mạch từ. Chiều rộng chứa hết tiết diện phần rãnh Lớp 0,1 mm: Chiều dài bằng chiều dài lớp 0,3 đã gập hai đầu. Chiều rộng chữa hết tiết diện phần rãnh cộng thêm hai bên bản răng của rãnh Lớp 0,1 Lớp 0,3 răng rãnh c, Cho dây vào rãnh: Trước khi vào dây nên chọn vị trí các nhóm cuộn dây sao cho thuận lợi và dễ sử dụng nhất, thường chọn sao cho đầu ra các bối dây ở gần các hộp cực. Ta vào dây theo đúng sơ đồ khai triển trên dây quấn stato, sử dụng dao tre để cho dây vào rãnh (nên tránh sao cho dây không bị xước) sau khi vào hết dây ta phải gập lớp 0,1 che kín phần dây. Vào song bối nào ta phải đo kiểm tra thông mạch và chạm mát. Sau khi vào hết một bối dây ta nên uốn cong nó theo thành trong của máy để vào các bối tiếp theo cho dễ dàng. Tiếp theo dùng cán dao tre và búa nén cho bối dây bẹp xuống để sau này không bị chạm Rôto. d, Lót cách pha và đầu máy đai máy . Dùng lót cách pha để cách điện giữa các pha: Hết chân mạch từ lên mép bối dây Khoảng cách tiếp xúc 2 bối bằng 1/2 bề rộng bối Giấy cách pha Sau khi đã lót cách pha ta tiến hành đấu máy theo đúng sơ đồ. Đai máy bằng dây gai, khi đai cần lưu ý buộc dây gai đè lên các ống gen ở các chỗ nối Hoàn thiện máy và lắp Rôto, cấp nguồn chạy máy lấy số liệu. Đối với máy 24 rãnh: Quấn 12 bối dây, mỗi bối 55 vòng, vào dây hai cạnh chờ (cạnh 2 và 4). Vào bối thứ nhất ở vị tri 1-6, bối thứ hai ở vị trí 3-8 , cuối cùng đặt hai cạnh chờ vào vị trí thứ tự là 21 và 23. Vào dây cạnh nào ta đặt lớp 0,1 vào cạnh đó, sau khi vào song mỗi bối cần nắn tròn theo khung máy và tiến hành đo thông mạch, đo mát vỏ, cuối cùng lót cách điện pha Đấu dây: Mỗi bối có hai đầu dây, 12 bối sẽ có 24 đầu dây (gồm 12 đầu trong và 12 đầu ngoài). Tiến hành đấu dây theo nguyên tắc: pha A : Đầu vào pha A là đầu A1 Cuối A1 nối với cuối A2 Đầu A2 nối với đầu A3 Cuối A3 nối với cuối A4 Đầu A4 là đầu ra X Pha B và pha C đấu tương tự như của pha A Đối với máy 36 rãnh: Mỗi nhóm bối gồm 3 bối dây, mỗi bối có 72 vòng. Cách vào dây: Vào bối nhỏ trước sau đó mới vào bối to. Lấy một nhóm bối vào lần lượt 3 cạnh của 3 bối dây xuống 3 rãnh 4,5,6, các cạnh còn lại để chờ. Nhóm thứ hai vào lần lượt các rãnh 1, 2, 3 và 10,11,12. Nhóm thứ ba vào các rãnh 7,8,9 và 16,17,18 …. Cuối cùng ta hạ ba cạnh chờ vào các rãnh 31,32,33. Khi vào dây cần lưu ý lót cách điện và tránh xước dây. Tiến hành lót cách pha, đấu dây và đai máy cho gọn gàng (tương tự như máy 24 rãnh). Lắp Rôto : Khi lắp không để cho Rôto chạm vào dây quấn . Đấu dây : Ba đầu dây (X,Y,Z) đấu làm một còn ba đầu A,B,C không đấu với nhau . Cuối cùng cấp nguồn điện 3 pha cho máy chạy đo dòng điện mở máy, dòng điện pha , điện áp pha và tốc độ Rôto. Sơ đồ đấu máy vào nguồn điện 3 pha : A V A A PHẦN III : KẾT QUẢ THỰC TẬP I) MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU : 10A Kết quả chạy máy: Bảng I Điện áp chuẩn (V) 220 160 110 80 Điện áp đo được (V) 225 163 113 73 Bảng II Núm điều chỉnh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Điện áp (V) 113 119 121 125 130 135 140 147 152 160 170 DU = Ui - Ui-1 3 6 2 4 5 5 5 7 5 8 10 Từ hai bộ số trên, ta nhận xét sau: Bảng I: Giá trị điện áp chuẩn của nguồn tăng 5 V 3 giá trị đầu đều lớn hơn so với điện áp chuẩn lớn nhất là 5V. Giá trị cuối giảm 7V. Bảng II: Bước nhảy điện áp giữa các nấc liên tiếp là không đều nhau, nhỏ nhất là 2V, lớn nhất là 10V. Thực nghiệm chưa sát với lý thuyết (theo lý thuyết thì mỗi nấc liên tiếp có bước nhảy là 7,2V). Nguyên nhân gây sai số: - Trong quá trình làm thí nghiệm sinh viên đã đếm sai số vòng dây hoặc sai số nửa vòng, dẫn đến sai số. Cũng do nguồn điện cung cấp chưa thật ổn định, sai số do đồng hồ đo gây nên. II) ĐỘNG CƠ BA PHA LỒNG SÓC 36 RÃNH. Bảng kết quả chạy máy: Imm (A) IA (A) IB (A) IC (A) UA (V) UB (V) UC (V) n (v/p) >5 1,1 1,3 1,3 225 225 225 1480 Qua bảng số liệu trên ta có nhận xét sau : Kết quả dòng định mức 3 pha chưa thật đúng với lý thuyết (Iđm 3pha : IA=IB=IC=1,3A). Dòng điện mở máy cũng chưa sát lý thuyết (Imm=3¸3,5 lần Iđm). Điện áp nguồn ổn định ở mức 225V. Nguyên nhân gây sai số: Tuy dây quấn mới nhưng số vòng dây pha A bị đếm sai nên: IA=1.1 A <IB=IC=1.3V MỤC LỤC