Xem mẫu
- 1
Phần 1 Lý thuyết và các bài tập
Kĩ thuật điện là một ngành rất quan trọng trong cuộc sống hiện nay. người ta
ứng dụng nó trong mọi lĩnh vực của cuộc sống như: biến đổi năng lượng đo
lường, điều khiển, và xư lý tín hiệu…Trong đó đặc biệt quan trọng đối với
các ngành thiết bi điện nó giúp sản xuất ra các thiết bị để ứng dụng trong
sinh hoat của con người.
Trong cuôc sống hiên nay máy điện đươc sử dụng hết sức rông rãi đặc biệt
đối với Việt Nam khi đang trong thời kì điện khí hoá và tự động hoá thì vai
trò của nó càng trở nên quan trọng.
Các phát minh lien tục được ra đời nhiều công nghệ mới đườc sử dụng phục
vụ rất đắc lực cho con người.
Đối với ngành hệ thống điện,chuyền tải năng lượng điện là một công việc
hết sức quan trọng với sự trợ giúp của các máy điện đặc biệt là các máy biến
áp. Chúng ta đã thu được nhiều hiệu quả về mặt kinh tế cũng như bảo vệ
mạng lưới điện.
Còn trong lĩnh vực sản xuất với sự ra đời của các động cơ điện đã làm tăng
được năng suất lao động.
Chính vì những lý do như vậy nên trong chương trình thực tập của khoa điện
của trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã đưa vào những bài tập quấn dây.
Nhằm giúp sinh viên nhận thức đươc kĩ thuật cũng như công nghệ trong
thực tế
Đồng thời hiểu sâu hơn về lý thuyết đã được học cũng như các nguyên lý
hoạt động của các thiết bị.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong ban chu nhiêm khoa cùng các
thầy hướng dẫn trong quá trình thực tập.
- 2
Phần 2 :Cơ sơ lý thuyết về máy điện
Bài 2.1 :Khái niệm chung về máy điện
1! Sơ lược về máy điện
Máy điện là một sản phẩm của kỹ thuật điện.Nó là một hệ điện từ gồm có
mạch từ và mạch điện liên quan với nhau .
Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hơ không khí .Các mạch điện gồm
hai hoặc nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với
các bộ phận mang chúng.
Nó hoạt động giựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ .Nguyên lý này cũng đặt
cơ sở cho sự làm việc của các bộ biến đổi điện năng với những giá trị của
th ông s ố n ày ( diện áp , dòng …) thành điện năng với các giá trị thông số
khác . Máy biến áp là môt bộ biến đổi cảm ứng đơn giản thuộc loại này
,dùng để biến đổi dong điện xoay chiều từ điện áp này thành điện áp
khác.Các dây quấn và mạch từ của nó đừn yên và quá trình biến đổi từ
trường để sinh ra sức điện động cảm ứng trong các dây quấn được thực hiện
bằng phương pháp điện
Máy điện dùng làm máy biến đổi năng lượng là phần tử quan trọng nhất của
bất cứ thiết bị điện năng nào.Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp,
nông nghiệp , giao thông vận tải , các hệ điều khiển và tự động điều chỉnh
,khống chế
Máy điện có nhiều loại , có thể phân loại như sau:
-Máy đứng yên :máy biến áp.
-Máy điện quay : Tuỳ theo lưới điện co thể chia lam hai loại :máy điện xoay
chiều và máy điện một chiều.
Máy điện xoay chiều có thể phân thành máy điện đồng bộ,máy điện không
đồng bộ và máy điện xoay chiều có vành góp
2! Sơ lược về vật liệu chế tạo máy điện
Vật liệu chế tạo máy điện được chia làm ba loại là:vật liệu tác dụng ,vật liệu
kết cấu và vật liệu cách điện
i\ Vật liệu tác dụng để chế tạo máy điện gồm vật liệu dẫn điện và vật liệu
dẫn từ.Các vật liệu này được dùng để tạo điều kiện cần thiết sinh ra các biến
đổi điện từ
a)Vật liệu dẫn từ . Để chế tạo mạch từ của máy điện .người ta dùng các loại
thép từ tính khác nhau nhưng chủ yếu là thép kĩ thuật điện, có hàm lượng
- 3
Silic khác nhau nhưng không quá 4,5% .Hàm lượng có thể hạn chế tổn hao
do từ trễ và tăng điện trở của thép để giảm tổn hao dòng điện xoáy.
Đối với máy biến áp người ta sử dụng chủ yếu là các lá thép dáy 0,35 hay
0,27 mm ,còn các máy điện quay thì chủ yếu là thép có độ dày 0,5mm chúng
được ghép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên.
Ngày nay người ta sản xuất và chia ra làm hai loại thép kĩ thuật điện :cán
nóng va cán nguội.Loại cán nguội có những đặc tính từ tốt hơn như độ từ
thẩm cao tổn hao thép ít hơn loại cán nóng . Thép cán nguội lại được chia
làm hai loại:dị hướng và đẳng hướng
b)Vật liệu dẫn điện
Vật liệu thường dùng là đồng . Đồng dùng làm dây dẫn không được có tạp
chất quá 0,1% . Điện trở suất của đồng ở 20độ là ρ = 0,0172
Cấp Y A E B F H C
cách
điện
Nhiệt 90 105 120 130 155 180 >180
Ω.mm2/m.Nhôm cũng được dùng rộng rãi làm vật liệu dẫn điện . Điện trở
suất của nhôm o 20 độ C là ρ=0,0282 Ω.mm2/m, nghĩa là gần gấp hai lần
điện trở suất của đồng
ii\ Vật liệu kết cấu
vật liệu kết cấu dùng để chế tạo các bộ phận và chi tiết truyền động hoặc kết
cấu của máy thưo các dạng cần thiết , đảm bảo cho máy điện làm việc bình
thường .Người ta thường dùng gang , thép , các kim loại màu, hợp kim và
các vật liệu bằng chất dẻo
iii\ Vật liệu cách điện
Vật liệu cách điện đòi hỏi phải có độ bền điện cao , dẫn nhiệt tốt . chiu ẩm ,
chịu đươc hoá chất và độ bền cơ cao
Bảng nhiệt độ cho phép ứng với các cấp cách điện
- 4
độ Cho
phép
đối với các vật liệu cách điện thì nhiệt độ ảnh hưởng rất nhiều đên tuổi thọ
của chúng vì thế khi sử dụng cần hết sức chú ý về nhiệt độ nơi làm việc của
các thiệt bị
Trên đây là một số cách nhìn sơ lược nhất về máy điện cũng như các
nguyên lý chung nhất của máy điện đồng thời cũng xét qua về các vật liệu sử
dụng trong kĩ thuật điện sau đây chúng ta sẽ đi chi tiết vào các máy điện cụ
thể là máy biến áp và các máy điện xoay chiều
2.2 Máy biến áp và động cơ
§1 Máy biến áp
a) Sơ lược chung về máy biến áp
Đây là thiết bị rất quan trọng trong quá trình truyền tải điện năng cũng như
trong sản xuất
Nó ra đời từ nhu cầu kinh tế của việc truyền tải làm sao cho đạt hiệu quả
kinh tế nhất
Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản (hình 2.1)
Máy phát điện đường dây tải
Hộ tiêu thụ
MBA tăng áp MBA giảm áp
Như chúng ta đã biết , cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu
điện áp được tằng cao thì dòng điện chạy trên đường dây nhỏ đi ,do đó trọng
lương và chi phí dây dẫn giảm xuống đồng thời tổn hao năng lượng trên
đường dây cũng giảm xuống
Ngày nay có rất nhiều các loại máy biến áp :máy biến áp sử dụng trong đo
lường (các loại máy biến áp có công suất nhỏ ) và máy biến áp có công suất
lớn sử dụng trong truyền tải (35 ,110,229,500 kV…)
Trong hệ thống điện lực ,muốn truyền tải và phân phối công suất từ các nhà
máy điện đến tận các hộ tiêu dùng một các hợp lý ,thường phải qua ba , bốn
lần tăng và giảm điện áp
Hiện nay các biến áp được sử dụng chuyên dụng hơn , chúng được dùng
trong các nghành chuyên môn: máy biến áp chuyên dụng cho các lò luyện
kim ; máy biến áp hàn điện máy bién áp cho các thiết bị chỉnh lưu …
Khuynh hướng hiện nay của máy biến áp điện lực là thiết kế nhưng MBA có
- 5
dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên lieu mới để giảm trọng
lượng & kích thích máy biến áp
Ơ nước ta hiên nay nghành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hoà
bình lập lại. Đến nay chúng ta đã sản xuất được một khối lượng khá lớn máy
biến áp ,với nhiều chủng loại khác nhau phục vụ cho nhiều nghành sản xuất
ở trong nước và xuất khẩu.Hiện nay đã sản xuất được những máy biến áp
dung lượng 63000 kVA với điện áp110 kV
b)Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Ta xét sơ đồ nguyên lý của một máy biến áp như hình vẽ
Đây là máy biến áp một pha hai dây quấn . Dây quấn 1 có W1 vòng dây và
dây quấn 2 có W2 vòng dây được quấn trên lõi thép 3. Khi đặt một điện áp
xoay chiều u1 vào dây quấn 1 , trong đó sẽ có dòng điện i1 .Trong lõi thép
sẽ sinh ra từ thông Φ móc vòng cả hai cuộn dây 1 và 2 ,cảm ứng ra suất điện
động e1 và e2 . Dây quấn 2 có s.đ. đ sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với
điện áp u2 . Như vậy
Nguyên lý làm việc của MBA
(hình 2.2)
nằng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ
dây quấn 1 sang dây quấn 2
giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số sin
thí các thông số mà nó sinh ra cũng là một hàm số sin Φ= Φm.sinωt
Do đó theo đinh luật cảm ứng điện từ s.đ.đ trong các cuộn dây sẽ là:
e1= - W1 .dΦ/dt = - W1 dΦm.sinωt/dt = -W1ω Φm cosωt
=√2E1sin (ωt-∏ /2)
tương tự ta có e2 = √2E2sin (ωt-∏ /2)
với E1 =4,44 f ω1Φm;
E2 = 4,44 f ω2Φm
Là các giá trị hiệu dụng của các s.đ.đ dây quấn 1 và 2
Các biểu thức trên cho thấy là s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn ch ậm pha v ới t
ừ th ông sinh ra nó một góc ∏ /2
- 6
dựa vào các biểu thức củ E1 và E2 người ta định nghĩa tỷ số biến đổi của
ủa 2 a n
máy biến áp nh sau:k = E1/E2 =W
hư W1/W2
Nếu không kể điện áp rơ trên các dây quấn t có thể c la U1≈E và
ơi thì coi E1
U2≈ và do đó k được c như là tỷ số giữa dây quấn 1 và 2
≈E2 đ cem à a n
c) Cá loại máy biến áp c
ác y chính
1.má biến áp điên lực dù để truy tải và p
áy ùng yền phân phối công suất trong hệ
thốn điện lực
ng
2. m biến áp chuyên dụ dùng c các lò luyện kim , cho các t
máy p ụng cho thiết bị
chỉnh lưu , máy biến áp h điện;…
h y hàm …
3.má biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp trong khoảng điện áp khôn lớn,
áy n ng
dùng để mơ má cho các động cơ đ xoay c
g áy c điện chiều
4. m biến áp đo lường dùng để gi điện á và dòng điện lớn k đưa vào
máy p iảm áp khi o
các đ
đồng hồ đoo
5.má biến áp thí nghiệm dùng để t nghiệm các điện á cao
áy m thí m áp
d) Cấu tạo máy biến áp
y
Máy biến áp có các bộ p
y c phận chính sau đây: lõ thép, dâ quấn và vỏ máy.
õi ây
Máy biến áp kiểu lõi mộ pha (hì 2.3a)
y k ột ình
ba p
pha(hình 2.3b)
2
+) Lõi thép
Lõi t
thep dung làm mạch dẫn từ, đồ thời làm khung để quấn dậy quấn.
ồng m ể y
Theo hình dáng lõi thép, người ta c ra:
o g chia
- Máy biế áp kiểu l hay kiểu trụ (hình
ến lõi h2-3): Dây quấn bao quanh trụ
thép. Lo này hiện nay rất th
oại n hông dụng cho các m biến áp một pha
máy p
và ba ph có dung lượng nhỏ và trung b
ha ỏ bình.
- Máy biế áp kiểu bọc:Mạch từ được p
ến h phân nhánh ra hai bên và boc
h n
lấ một phầ dây quấn Loại này thường c dùng tro một và ngành
ấy ần n. y chỉ ong ài
- 7
ch
huyên môn đặc biệt n máy b áp dùn trong lò điện luyện kim hay
n như biến ng n
máy
m biến áp dùng tron thuật vô tuyến điệ truyền t
p ng ô ện, thanh .v.v.
máy biến ap kiểu trụ bọ (hinh 2.
y k ọc .4) Trụ bọc ba pha
(hình 2.5b) Trụ bọc một pha (hình 2.5a
a)
Ở cá máy biến áp hiên đ dung lư
ác n đại, ượng lớn v cức lớn (80 – 100 MVA trên
và n
một pha), điện áp thật cao (220 – 4000 KV), đ giảm ch cao cu trụ thép,
để hiều uả ,
tiện lợi cho việ vận chuy trên đư
ệc yển ường, mạch từ của m biến áp kiểu trụ
h máy p
được phân nhá sang h bên nên máy biến áp mang h
c ánh hai n hình dáng v kiểu
vừa
trụ, v kiểu bọc, gọi là m biến á kiểu trụ- bọc. Hình 2.5a trìn bày một
vừa máy áp - h nh t
kiểu máy biến áp trụ - bọ ba pha ( trường hợ này có d quấn ba pha,
ọc ợp dây a
nhưn có năm trụ thép nê còn gọi là máy biế áp ba ph năm trụ
ng ên ến ha ụ).
Lõ thép máy biến áp g
õi y gồm 2 phần phần trụ - kí hiệu b
n: bằng chữ T và phần
gong – kí hiệu bằng chữ G ( hình 2-3). Trụ là phần lõi th có quấ dây
g à hép ấn
quấn gông là phần lõi th nối các trụ lại vớ nhau thàn mạch từ kín và
n; p hép ới nh ừ
khôn có dây quấn. Đối v máy bi áp kiểu bọc (hình 2- 4) và k trụ bọc
ng q với iến u h kiểu c
(hình 2-5), hai trụ thép ph ngoài c
h hía cũng đều th
huộc về gô
ông. Để giả tổn hao
ảm o
do ddòng điện xoáy gây nê lõi thép được ghé từ những lá thép k thuật điện
x ên, p ép kĩ
dày 00,35 mm có phủ sơn cách điện trên bề mặ Trụ và g
c ặt. gông có th ghép với
hể i
nhau bằng phư
u ương pháp ghép nối h hoặc ghép x kẽ. Gh nối thì trụ và
xen hép
gông ghép riên sau đó d
g ng, dùng xà ép và bu lôn vít chặt lại (hinh2- Ghép
p ng -6).
xen k thì toàn bộ lõi thé phải ghé đồng thờ và các lớ lá thép đ
kẽ n ép ép ời ớp được xếp
xen k với nha lần lượt theo trình tự a, b như hình 2-7. Sau khi g
kẽ au ư . ghép, lõi
thép cũng được vít chặt b
c bằng xà ép và bulông Phương p
g. pháp sau tu phức tạ
uy ạp
- 8
song giảm được tổn hao do long điện gây nên và rất bền về phương diện cơ
học, vì thế hầu hết các máy biến áp hiện nay đều dùng kiểu ghép này.
Ghép rời lõi thép máy biến áp (hình 2.6) Ghép xen kẽ
lõi thép MBA ba pha (hình 2.7)
Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang cua trụ thép
thường làm thành hình bậc thang gần tròn (hình 2-8). Giông từ vì không
quấn dây do đó, để thuận tiện cho việc chế tạo, tiết diện ngang của gông có
thể làm đơn giản: hình vuông, hình chữ nhật, hình chữ thập hoặc hình chữ T
(hình 2-9). Tuy nhiên, hiện nay hầu hết các máy biến áp điện lực, người ta
hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết
diện trụ.
Tiết diện trụ thép(hình 2.8) Các dạng
tiết diện của gông từ(hình 2.9)
Vì lý do an toàn, toàn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và vỏ máy phải
đươc nối đất.
Đối với tôn silic cán nguội dị hướng, để từ thông luôn đi theo chiều cán la
chiều có từ dẫn lớn, lá thép được ghép từ các lá tôn có cắt chéo một góc nhất
định. Cách ghép lõi ghép lõi thép bằng các lá tôn như vậy được sử dụng khi
chiều dày lá tôn trong khoảng từ 0,20 đến 0,35 mm. Khi chiều dày lá tôn nho
hơn 0,20 mm, người ta dùng công nghệ mạch từ quấn lá tôn vô định hình
dày 0,10 mm. Việc quấn các dải tôn có bề rộng khác nhau với nhưng độ dày
- 9
đích đáng vẫn cho phép thực hiện mạch từ có tiết diện ngang có nhiều bậc
nối tiếp trong vòng tròn. Khi công suất nhỏ và trung bình số bậc từ 5 đến 9;
còn đối với những công suẩt lớn, số bậc từ 10 đến 13
+) Dây quấn
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng
lượng vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường băng
đồng, cũng có thể bằng nhôm nhưng không phổ biến. Theo cách sắp xếp dây
quấn CA và HA, người ta chia ra hai loại dây quấn chính: dây quấn đồng
tâm và dây quấn xen kẽ.
- Dây quấn đồng tâm: ở dây quấn đồng tâm tiết diện ngang là nhưng
vòng tròn đồng tâm. Dây quấn HA thương quấn phía trong gần trụ
thép, còn dây quấn CA quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn HA . Với
cách quấn này có thể giảm bớt được điều kiện cách
điện của dây quấn CA ( kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách
điện dây quấn CA), bởi vì giữa dây quấn CA và trụ đã có cách điện
bản thân của dây quấn
Những kiểu dây quấn đồng tâm chính bao gồm:
Dây quấn hình trụ: nếu tiết diện dây nhỏ thì dùng dây tròn, quấn thành
nhiều lớp ; nếu tiêt diện dây lớn thì dùng dây bẹt và thường quấn thành
hai lớp. Dây quấn hình trụ dây tròn thường làm dây quấn CA, điện áp tới
35 kV; dây quấn hình trụ dây bẹt chủ yếu làm dây quấn HA với điện áp
từ 6 kV trở xuống. Nói chung dây quấn hình trụ thường dùng cho các
máy biến áp dung lượng 630 kVA trở xuống.
Dây quấn hình xoắn: gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo đường xoắn
ốc, giữa các vòng dây có rãnh hở . Kiểu này thường dùng cho dấy quấn
HA của máy biến áp dung lượng trung bình và lớn
Dây quấn xoáy ốc liên tục: làm bằng dây bẹt và khác với dây quấn hình
xoắn ở chỗ dây quấn này được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau
bằng những rãnh hở . Bằng cách hoán vị đăc biệt trong khi quấn, các bánh
dây được nối tiếp môt cách liên tục mà không cần mối hàn giữa chúng, cũng
vì thế mà được gọi là dây quấn xoáy ốc liên tục. Dây quấn này chủ yếu làm
bằng cuộn CA, điên áp 35 kV trở lên và dung lượng lớn.
- 10
Dây quấn xen kẽ: các bánh dây CA và HA lần lượt xen kẽ nhau dọc theo
trụ thép . Cần chú ý rằng, để thực hiện được dễ dàng, các bánh dây sát gông
thường thuộc dây quấn HA. Kiểu dây quấn này hay dùng trong các máy biến
áp kiểu bọc. Vì chế tạo và cách điện khó khăn, kém vững chắc về cơ học nên
máy biến áp kiểu trụ hầu như không dùng kiểu dây quấn xen kẽ.
§2 Máy điện không đồng bộ
a) Sơ lược chung về máy điện không đồng bộ
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 khac với tốc độ quay của từ
trương n1
máy điện không đồng bộ có hai dây quấn , dây quấn stato (sơ cấp) nối với
lưới điện tần số f1 , dây quấn roto ( thứ cấp ) được nối tẳt lại và khép kín
trên điện trở .Dòng điện trong dây quấn roto được sinh ra nhờ sức điện động
cảm ứng có tần số f2 phụ thuộc vào roto nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trên
trục của máy
b) Phân loại và kết cấu
1/ Phân loại
Máy điện không đồng bộ có nhiều loại được phân theo nhiều cách khác
nhau: theo kết cấu của vỏ máy, theo roto…
Theo vỏmáy máy điện không đồng bộ chia thành : kiểu hở , kiểu bảo vệ,
kiểu kín , kiểu phòng nổ
Theo kết cấu của rôto : loại roto kiểu dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc
Theo số pha trên dây quấn có ba loại :1 pha , 2 pha , 3 pha
2/ Kết cấu
Giống như những máy điện quay khác máy điện không đồng bộ gồm có các
phần chính sau:
i) Stato
Là phấn tĩnh gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn ngoài ra còn
có vỏ máy và nắp máy
- lõi thép được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ . Lõi thép stato
hình trụ do các lá thép kĩ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại
với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục . vì từ trường đi qua lõi
thép là từ trường quay lên để giảm tổn hao lõi thép đ ược làm bằng
những lá thép kĩ thuật điẹn day 0,5mm ép lại .Mỗi lá thép kỹ thuật
điện đều phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng xoáy
gây lên
- Dây quấn
- 11
Dây quấn stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ ) và
được đặt trong
các rãnh của lõi thép kiểu dây quấn hình dạng và cách bố trí sẽ được
trình bày trong phần cơ sở thiết kế dây quấn stato động cơ
không đồng bộ
- vỏ máy làm bằng nhôm hoặc gang , dùng để cố định lõi thép và dây
quấn cũng như cố đinh bệ máy , không dùng để làm mạch dẫn từ . Đối
với máy có công suất lớn (1000 kW) thường dùng thép tấm hàn lại
thành vỏ .Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau :
kiểu vỏ hở , vỏ bảo vệ , vỏ kín …Hai đầu vỏ có nắp máy và ổ trục .Vỏ
máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy
ii) Rôto
Rôto là phần quay có lõi thép , dây quấn và trục máy
- lõi thép
nói chung lõi thép vẫn làm bằng lá thép kĩ thuật điện như lõi thép của
stato .Lõi thép đựơc ép lên một góc của roto của máy hoạc ép trực tiếp
lên trục máy
- Dây quấn roto
Có hai loại chính : roto lồng sóc và roto dây quấn
loại roto kiểu dây quấn :dây quấn giồng như dây quấn của stato .Trong
máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng 2 lớp vì
bớt được những đầu nối, kết cấu dây quấn chặt chẽ .Trong máy điện cỡ
nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp . Dâu quấn 3 pha của roto
thường đấu sao còn 3 đầu kia nối vào 3 vành trượt thường làm bằng đồng
cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện
bên ngoài.
Đặc điểm của loại động cơ điện roto kiểu dây quấn là có thể thông qua
chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện roto để
cải thiện hệ số công suất mở máy .Khi máy làm việc binh thường dây
quấn roto được nối ngắn mạch.
Loại roto kiểu lồng sóc : kết cấu của loại dây quấn này rất khác so với
dây quấn stato .Trong mỗi rãnh của lõi thép roto đặt vào thanh dẫn bằng
đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi thép và được nối tắt lại ở hai đầu bằng 2
vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành các lồng mà ngưòi ta
gọi là lồng sóc
Ở các máy công suất nhỏ , lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm
vào các rãnh lõi thép rototạo thành thanh nhôm , hai đầu đúc vòng ngắn
mạch và cách quạt làm mát .Dây quấn roto lồng sóc không cần cách điện
với lõi thép . Để cải thiện tinh năng mở máy trong máy công suất lớn
rãnh roto có thể làm thành rãnh sâu hoặc làm thành 2 rãnh (lồng sóc
- 12
kép).Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh roto thường làm chéo đo một góc so
với tâm trục
Động cơ roto lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc tin
cậy. Động cơ roto dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ
của động cơ song gia thành cao và vận hành kém tin cậy hơn
iii)Khe hở
Vì roto là một khối tròn nên khe hở đều , khe hở trong máy điện không
đồng bộ rất nhỏ (0,2 →1mm)trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế
dòng điện từ hoá lấy từ lưới điện và như vậy mới có thể nâng cao hệ số
công suất mở máy
3/ Vai trò
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động
cơ điện .Do kết cấu đơn giản làm việc hiệu quả cao , giá thành lại hạ nên
động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong
nghành kinh tế quốc dânvới công từ vài trục đến vài nghìn kW .Trong
công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực
cho các máy cán thép vừa và nhỏ , động lực cho các máy công cụ ở các
nhà máy công nghiệp nhẹ …Trong các hầm mỏ dùng làm các máy tời
hay quạt gió .Trong nông nghiệp dùng làm các máy bơm hay gia công
nông sản .Trong đời sống hằng ngày máy động cơ không đồng bộ cũng
chiếm vị trí vô cùng quan trọng : làm quạt gió , động cơ trong tủ lạnh…
Có thể nói việc sáng chế ra nó là một bước tiến của khoa học kĩ thuật
Tuy nhiên song song với các ưu điểm trên thì nó cũng tồn tại han chế
nhất định : hệ số công suất mở máy thường không cao, đặc tính điều
chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng làm máy phát điện của nó bị hạn
chế đi nhiều
Máy điện không đồng bộ có thể làm máy phát điện nhưng do những đặc
tính hạn chế trên lên nó không được sử dụng rỗng rãi cho lắm nhưng
trong một số trường hợp đặc biệt vẫn cần nó để giự phòng trong các
trường hợp mất điện
4/Nguyên lý làm việc
Tạo ra một từ trường quay với tốc độ n1 = 60f / p
Trong đó f: là tần số dòng điện của lưới đưa vào
p: là số đôi cựcmáy
thì từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi
thép roto và cảm ứng trong dây quấn đó suất điện động và dòng điện .Từ
thông so dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông
tổng ở khe hở .Dòng điện trong dây quấn tác dụng với từ thông khe hở sinh
ram omen tác dụng do có tác dụng mật thiết với tốc độ n của roto.Trong
những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế làm việc của máy cũng khác nhau
- 13
Khi rôto quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc độ đồng
bộ thì dòng điện sinh ra trong dây quấn rôto cùng chiều với suất điện động
và tác dụng từ trường tổng trong khe hở sinh ra lực F và momen M kéo rôto
quay theo chiều từ trường . Điện năng đưa tới rôto đã biến thành cơ năng
trên trục nghĩa là máy điện làm việc trong chế độ động cơ .Những máy chỉ
làm việc ở chế này khi nn1).Khi đó chiều của từ trường quay quét qua dây dẫn sẽ có chiều ngược
lại suất điện động và dòng điện trong dây dẫn rôto cũng đổi chiều nên chiều
của mômen cũng ngược chiều quay của n1 nghĩa là ngược với chiều của
rôto nên đó là mômen hãm .Máy điện đã biến cơ năng tác dụng lên trục đông
cơ điện do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện nghĩa
là máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện
Khi roto quay ngược chiều với chiều từ trường quay thì chiều của suất điện
động ,dòng điện và momen vẫn giống như lúc ở chế độ động cơ điện .Vì
mômen sinh ra ngược với chiều qua của roto nên có tác dụng hãm đứng lại
.Trong trường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới vào ,vừa lấy cơ năng ở
động cơ sơ cấp chế làm việc này gọi là chế độ hãmđiện
2.2 Cơ sở thiết kế bộ dây quấn máy biến áp và động cơ
§1 : Cơ sở thiết kế bộ dây quấn máy
biến áp
Các thông số:
Q: tiết diện lõi sẳt
S: công suất của máy biến áp
Wo: số vòng cho một volt
d: đường kính dây
b: tiết diện dây
∆i: mật độ dòng điện máy biến áp
Các bước tính số liệu dây quấn máy biến áp một pha:
Bước 1: xác định tiết diện Q của lõi thép
Q = ab (cm*cm)
Q = √S (đối với lõi chữ O)
Q = 0,7√S(đối với lõi chữ E)
- 14
Bướ 2: Tính số vòng dâ của các c
ớc s ây cuộn dây
W0 = (45→50)/Q +(5→10)% (phụ thuộc vào hàm lượn silic chư trong
ụ o ng ư
thép)
Số v
vòng dây cu sơ cấp W1 = W0.U1 ( vòn
uộn p: ng)
Số v
vòng dây cu thứ cấp khi tính số vòng d cuộn th cấp phải dự trù
uộn p: h dây hứ i
thêm một số vò dây để bù trừ sự sụt áp do t kháng.
m òng ể trở
W2 = W0 ( U2 + ∆ U2) v
2 vòng
độ d trì điện áp ∆U2 đư chon th bảng sa
dự á ược heo au
S( VA)
( 10
00 200 300 500
0 750 100
1 120 150 >
0 0 0 15
500
4,
,5 4 3,9 3 2,5 2,5
2 2,5 2,5 2,0
2
Bướ 3: Tiết diện dây, đ
ớc d đường kính dây sơ cấp và thứ cấp khi tín tiết diện
h nh
dây dẫn nên căn cứ vào điều kiệ làm việ của máy biến áp, công suấ
c o ện ệc y , ất
v..v..mà chọn mật độ dòn biến áp
m ng cho p hợp để khi máy b áp vậ
phù ể biến ận
hành định mức dây dẫn không phá nhiệt qu 80 độ C Bảng sa cho phép
h c át uá C. au
chọn mật độ dò
n òng khi
k máy biến áp làm việc liên tụ 24/24.
ục
S(V
VA) 0→50 00
50→10 100→
→200 20
00→500
500→1000
∆i
i 4 3,5 3 2,5 2
Nếu máy biến áp làm vi ngắn h 3 đến 5 giờ thôn gió tốt n để má
iệc hạn ng nơi áy
biến áp thì có thể chọn ∆ i = 5 (A/mm*mm để tiết kiệm khối lượng dâ
m) i ây
đồng g.
Thôn thường ta chọn ∆ i = 2,3→3 (A/mm*m
ng mm)
tiết d dây sơ cấp được chọn theo công thức
diện ơ c o c:
- 15
S1 = S2 /(ηU1 ∆ i) với S1 = ∏d1*d1/4
Suy ra được d1 =√(4S2 / η 1 ∆ i)
với η là hiệu su ất MBA (khoảng 0,85→ 0,90)
U1 là nguồn điện áp nguồn
Tiết diện dây thứ cấp: S2 = I2/∆ i và S2 =∏d2* d2/4
Suy ra ta c ó d2 =√ (4 I2/∆ i ∏ )
Bước 4: Kiểm tra khoảng trống chứa dây:
Trước hết xác định cách bố trí dây quấn sơ cấp, thứ cấp. Quấn chồng lên
nhau hay quấn 2 cuộn rời xa, từ đó chọn chiều dài L của cuộn sơ cấp, thứ
cấp quấn dây trên khuôn cách điện.
a. Bề dày cuộn sơ cấp:
Số vòng dây sơ cấp cho một lớp dây với
d1cd = d1+ ecd
W1 lớp = L/ d1cd -1 v ới ecd = 0,03 → 0,08 mm (emay)
ecd =0,15 →0,04 (bọc cát tong)
Số lớp dây ở cuộn sơ cấp: N1 = W1/W1 lớp
Bề day cuộn sơ cấp: ε1= (d2d N2 lớp )+ ecd (N1lớp -1)
b. Bề dày cuộn thứ cấp: ε2 =d2d N2lớp+ecd (N2lớp -1)
c. Bề dày toàn bộ cua cả cuộn dây quấn: tuỳ theo sự bố trí dây quấn sơ
cấp và thứ cấp mà tính bề dày cuộn dây. Nếu bề dày cuộn dây nhỏ
hơn bề rộng cửa sổ thì có thể biến thành quấn dây
§1 : Cơ sở thiết kế bộ dây quấn động cơ không đồng bộ
1/ Các khái niệm và các thông số cơ bản
a. Số đ cực p: được hình thành bởi một cuộn dây hay nhóm cuộn dây và
được đấu dây sao cho khi có dòng điện đi qua sẽ tạo được các cặp cực N - S
xen kẽ kế tiếp nhau trong một pha.Khoảng cách từ tâm cưc này đến tâm cưc
từ kế được gọi là bước cực từ T và bằng 180 độ điện. Bước từ T còn được
hiểu là khoảng cách nhất định hay góc độ điện giữa pha A, pha B, pha C.
Trong tính toán T được tính theo đơn vị rãnh và xác định bằng công thức:
τ = Z/2p trong đó Z là tổng số rãnh dưới một cực
b. Cuộn dây: Có thể là một hoặc nhiều vòng. Khi cuộn dây đươc bố trí trên
stato thì chia làm các cạnh dây và các đầu dây (đầu ra, đầu vào).
- 16
Bước dây quấn là khoảng cách giữa 2 cạnh dây của cuộn dây đang được bố
trí trên stato và được tính theo đơn vị rãnh kí hiệu là y.
So sánh bước cuộn dây với bước cực từ ta có:
-bươc đủ y = τ = Z/2p
-bước ngắn y< τ
-bước dài y>τ
c. Các thông số khác:
M: số pha của động cơ
a : số mạch nhánh song song trong máy
Z : tổng số rãnh dập trên stato hoặc roto
Q : số rãnh tác động lên một cực ( tính từ cạnh thứ nhất đến cạnh tác dụng
thứ 2 của cùng một phần tử)
Thường chọn: q = Z/ 2mp =y/ 2p
d. Nhóm cuộn dây: Quấn dây trong máy điện xoay chiều nhìn chung có
thể được thực hiện với 2 loại nhóm dây: nhóm cuộn dây đồng tâm và
nhóm cuộn dây đồng khuôn.
+ ) Nhóm cuộn dây đồng tâm: được hình thành bởi nhiều cuộn dây có
bước cuộn dây khác nhau va được mắc nối tiếp nhau theo cùng một chiều
quấn. Các cạnh dây của mỗi cuộn chiếm các rãnh kề cận nhau.
- 17
Dây quấn đồng khuôn
dây quấn đồng tâm
Để tạo hình nhóm cuộn dây đồng tâm người ta quấn liên tiếp các dây dẫn
theo cùng một chiều quấn lên trên một bộ khuôn có kích thước khác nhau và
đặt đồng tâm trên cùng một trục quấn.
Ưu điểm : dễ lắp đặt cuộn dây vào stato
Nhược điểm: các đầu cuộn dây choán chỗ nhiều hơn so với các cách quấn
khác.
Dạng nhóm cuộn dây đồng tâm thường phổ biến trong các động cơ điện
công suất nhỏ.
+) Nhóm cuộn dây đồng khuôn: nhóm cuộn dây này có các bước của dây
đều bằng nhau nên chúng có cùng một khuôn định hình. Các cuộn dây này
được bố trí trên stato ở các rãnh kế tiếp nhau để tạo thành cực từ. Thông
thường, bước cuộn dây trong nhóm cuộn dây đồng khuôn đều là bước ngắn
nên có ưu điểm là ít tốn dây thu gọn các đầu cuộn dây. Tuy nhiên, để đạt yêu
cầu thu gọn các đầu cuộn dây ít choán chỗ thì việc lắp đặt bộ dây quấn dạng
này phải khó khăn hơn và tốn nhiều thời gian hơn so với nhóm đồng tâm.
2/ Cách đấu dây giữ các nhóm cuộn dây:
- 18
Khi thiết lập sơ đồ bộ dây quấn trên động cơ 3 pha các nhóm dây có thể đấu
dây để tạo ra các cực từ thật hoặc các từ cực giá tuỳ theo sự bố trí các nhóm
cuộn dây trong cùng một pha.
+) Đấu dây các nhóm cuộn tạo ra từ cực thật: trong cách đấu này, các nhóm
dây cùng một pha được bố trí sát nhau và nối dây giữa các nhóm sao cho
dòng điện qua các nhóm tạo thành các cực từ N-S xen kẽ nhau.
Đặc điểm cách đấu dây này là có số nhóm cuộn trong một pha bằng số đôi
cực. Khi đấu dây có thể áp dụng quy tắc “ cuối - cuối, đầu - đầu”.
+) Đấu dây các nhóm cuộn tạo thành các từ cực giá: Khi muốn đấu dây tạo
các từ cực cùng dấu hay còn gọi là cách đấu dây tạo từ cực giá thì buộc phải
bố trí các nhóm cuộn dây trong cùng một pha phải cách xa nhau ít nhất một
rãnh trống. Khi đấu dây, áp dụng quy tắc “đầu cuối” bằng cách nối cuối
nhóm này với đầu nhóm kế tiếp thì mới tạo thành các cực từ cùng dấu.
Đặc điểm của cách đấu dây này là có số nhóm cuộn dây trong một pha bằng
một nửa số đôi cực và cách đấu dây này chỉ áp dụng khi 2p > 2.
Như ta đã biết chỉ có thành phần đoạn dây nằm trong rãnh stato mới là các
thành phần tác dụng để tạo nên momem quay nên ta có thể có khái niệm mới
về số đôi cực ( nếu 1 hoặc nhiều rãnh có chứa dây dẫn mà có cùng chiều
dòng điện thì chúng hình thành một cặp cực từ N – S ).
Do đó có thể nối tiếp các cạnh dây lại theo một trật tự nào đó sao cho thoả
mãn điều kiện khi có dòng điện đi qua thì chúng có cùng một chiều.
Khi các cụm dây quấn của cùng một pha nằm ở những vùng khác nhau trên
thang máy thì ta gọi đó là dây quấn tập trung.
Nếu ta thử tách nhỏ các phần tử dây quấn tập trung và rải đều trên thân máy
thì ta sẽ có dây quấn phân tán .Nhưng nếu ta thực hiện bằng cách tách đôi
các phần tử về số lượng đặt ở dưới ½ và trên ½ thì ta sẽ có dây quấn 2 lớp
• Cách dựng sơ đồ dây quấn động cơ ba pha
muốn dựng sơ đồ dây quấn động cơ ba pha ta cần phải xác định các
thông số sau của stato
Dạng dây quấn định thiết kế
Tổng số rãnh Z của phần stato
Số đôi cực 2p và các đấu dây tạo cực thật hay giả
Các bước thực hiện như sau :
- xác định bước cực τ = Z/2p
- tính số cạnh dây cho mỗi cực của mỗi pha
đối với dây quấn mọt lớp q = Z/(3.2p)(cạnh dây)
đối với dây quấn hao lớp q’ = 2p = 2. Z/(3.2p)(cạnh dây)
Tuỳ theo cách phân bố trái đều các cạnh dây ở từ cực mà có bước cuốn
dây là bước hay đủ
- tiến hành dựng sơ đồ theo các bước :
- 19
+ Kẻ các đường song song và đánh số tương ứng với số rãnh của stato
+ Trải số cạnh dây 1 cực mỗi pha cho phân bố đều tại các trục cực từ và
xác định chiều dòng điện theo chiều đầu dây
Căn cứ vào dạng dây quấn định dạng vẽ các đầu cuộn dây nối liền các
cạnh dây giữa các nhóm cuộn pha sao cho chiều dòng điện của cùng một
bối trên các cạnh dây kế tiếp không bị ngược chiều nhau
Dựa vào độ lệch pha đã tính , xác định rãnh khởi đầu của pha B vẽ
tương tự
cuối cùng vẽ pha C tương tự như trên và cách pha B cũng bằng độ lệch
pha trên
Bài tập thực hành
1/ vẽ sơ đồ dây quấn phân tán một lớp với các thông số :
Z = 24 ; 2p = 4 ; q = 2 ; y = 5
2/ vẽ sơ đồ dây quấn đồng tâm tập trung một lớp với các thông số :
Z = 36 ; 2p = 4 ; y = 9 ; q = 3
Với các bước tiến hành như trên ta thu được kêt quả như sau :
- 20
2.3 Kĩ thuật quấn dây
Đây là một phần quan trong trong đợt thưc tập này đối với sinh viên
Nó được chia thành : - kĩ thuật quấn dây máy biến áp
- kĩ thuật quấn dây động cơ
A) Kĩ thuật quấn dây máy biến áp
nguon tai.lieu . vn
