T
h
h
i
ế
t
k
p
Đ
ồ
kế
má
y
p
ha
R
.ồ
án t
y

n
h c
ả
q
uấn
.

:

ả
m ứ
n

n
g b
a
a

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
1
LỜI NÓI ĐẦU
Trên thực tế sản xuất (trong công nghiệp cũng như trong nông nghiệp) các
nhà máy điện xoay chiều, đặc biệt là các nhà máy điện xoay chiều ba pha, được
sử dụng. Đối với loại máy điện không đồng bộ có quá trìh chế tạo sản xuất đơn
giản, tính năng làm việc rất hiệu quả và chính xác lại thêm giá thành hạ khiến
loại máy này luôn là đề tài nghiên cứu để phát huy.
Máy điều chỉnh cả
m ứng ba pha là một ứng dụng phổ biến của máy điện
không đồng bộ. Với điện áp đưa vào là một giá trị nhất định thì ở đầu ra cho điện

tương đối với nhau. Máy điều chỉnh cảm ứng thường được cấu tạo như động cơ
không đồng bộ một dây quấn được đặt ở phần Stato, ph
ần Roto được đặt dây
quấn thứ hai, chuyển động tương đối của Rôto và Stato thực hiện qua bộ truyền
trục vít. Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha có dây quấn ba pha tương tự như dây
quấn Stato và dây quấn Roto của động cơ điện không đồng bộ ba pha Roto dây
quấn.
Dây quấn này cũng tạo nên từ trường quay, sức điện động cảm ứng từ ở
Roto không thay đổ
i ứng với mọi vị trí của Roto. Sức điện động sơ cấp và thứ
cấp lệch pha nhau như mô tả ở hình (22-19) ( Sách thiết kế MBA ). Vì điện áp
thứ cấp là tổng điện áp Stato U
1
và điện áp Roto U
2
, nó sẽ biến đổi từ trị số cực
đại U
1
+ U
2
đến giá trị cực tiểu U
1
− U
2
; đồng thời cũng biến đổi góc pha.
Để điện áp không thay đổi pha, người ta ghép hai máy điều chỉnh pha
ngược nhau ở hình (22-20) ( Sách thiết kế MBA), ở hai máy có từ trường quay
ngược chiều nhau ( Một vượt pha, một chậm pha ), vì vậy điện áp thứ cấp chỉ
thay đổi trị số mà không thay đổi về pha.
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.

1
vào dây quấn Stato, trong dây quấn Stato
sẽ có dòng điện I
1
, tần số f
1
; trong dây quấn Roto có dòng điện I
2
, tần số cũng là
f
1
. I
1
và I
2
sinh ra s.t.đ. quay F
1
và F
2
có trị số (như đã biết trong phần thứ nhất,
Chương 3, sách Máy Điện I ) :
F
1
=
π
2
1
m

p

, k
dq1
, k
dq2
- Số vòng dây nối tiếp trên một pha và hệ số dây quấn
Stato, Roto.
Hai s.t.đ. này cũng quay với tốc độ đồng bộ n
1
= 60 f
1
/p và tác dụng với
nhau để sinh ra s.t.đ. tổng trong khe hở F
0
. Vì vậy phương trình cân bằng về
s.t.đ. có thể viết :

F
F
F
o
′
=+
•
••
21

hay
F
F
F

I
o
•

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
5
Và Một thành phần là (-
I
′
•
2
) tạo nên s.t.đ
( -
F
′
•
2
) = −
π
2
1
m

p
kw
dq11

I
′

′
•
2
=
I
o
•

So sánh s.t.đ. F
2
do dòng điện I
2
của Roto và thành phần I
2
′
của dòng điện
Stato sinh ra, ta có :
I
kw
m
p
dq
2
22
2
2
×
×
×
×

dq
222
111
××
××

Dòng điện quy đổi của Roto sang Stato bằng :

I
′
2
=
k
I
i
′
2

Từ thông chính φ do s.t.đ. F
o
sinh ra trong khe hở quét qua hai dây quấn
Stato và Roto và cảm ứng ở đó những s.đ.đ. mà trị số bằng :
E
1
= 4.44×f
1
×w
1
×k
dq1

×
×

Quy đổi E
2
sang bên sơ cấp ta được:
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
6
E′
2
= E
1
= k
e
× E
2

Do từ thông tản của Stato φ
σ1
nên trong dây quấn Stato sẽ cảm ứng nên
s.đ.đ. tản E
σ1
= - j×I
1
×x
1
, trong đó x
1
là điện kháng tản của dây quấn Stato. Nếu

+ ×
•
I
1
( r
1
+ j x
1
)

U
1
•
= -
zI
E
11
1
×+
•

Trong đó z
1
= r
1
+ j x
1
là tổng trở của dây quấn Stato.
Trên dây quấn Roto cũng vậy. Do dây quấn Roto ngắn mạch nên phương
trình cân bằng về s.đ.đ. trong mạch điện Roto như sau :

z
2
= r
2
+ j×x
2
– Tổng trở của dây quấn Roto.
Cũng giống như ở m.b.a. ta có thể viết :

=
•
E
1
z
I
m
o
×
•
=
I
o
•
× (r
m
+ j x
m
)
Trong đó :
I

1
×I
2
′2
×r
2

Từ đó ta được :
r′
2
=
m
m
1
2
× (
I
I
′
2
2
)
2
×r
2
=
m
m
1
2

Khi quy đổi x
2
ta có :
tgϕ
2
=
r
x
2
2
=
r
x
′
′
2
2

và được x
2
′
=
r
r
2
2
′
× x
2
= k × x

e
2
1
2
2
2
1
&&
&
e
-jβ

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
8 H16-1 : SƠ ĐỒ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CÓ TRỤC DÂY QUẤN STATO VÀ
ROTO

Ta thấy khi dây quấn Roto dịch phía trước dây quấn Stato một góc không
gian β thì s.đ.đ. và dòng điện của nó chậm sau một góc pha β về thời gian so vớ
khi hai dây quấn cùng pha có trục trùng nhau. Trong trường hợp đó, biên độ của
s.t.đ. quay F
2
do dòng điện của Roto (thí dụ pha α) chậm một khoảng thời gian
ứng với thời gian cần thiết để F
2
quay đi một góc β. Vì ở đây(hình 16-1b) trục
pha a của Roto đã có vị trí vượt trước trục pha A của Stato một góc β nên s.t.đ F

U
&
1
= -
z
I
E
1
11
×+
&&

0 = -
z
I
E
′
′′
×+
2
22
&&EE
&&
12
=
′
(A)

trong máy nhỏ đi rất nhiều và từ công thức :
E
1
= 4.44 × f
1
× w
1
× k
dq1
× φ
E
2
= 4.44 × f
2
× w
2
× k
dq2
× φ
Ta thấy từ thông chính trong máy rất ít, nghĩa là s.t.đ từ hoá F
o
rất nhỏ so
với F
1
và F
2
do đó trong phương trình :

F
F

≈+
′
I
I
&&
21
0
Thay phương trình này vào phương trình thứ tư của (A) ta có thể tính được dòng
điện Stato I
1
:

zz
U
I
′
+
≈
21
1
1
&
&
=
z
U
n
&
1


thì I
1
đó chính là dòng điện mở máy.
Đồ thị véctơ và mạch điện thay thế như hình 16-2 và 16-3 :

H16-2 : ĐỒ THỊ VÉC TƠ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ KHI ROTO ĐỨNG YÊN

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
11

H16-3 : MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ KHI NGẮN
MẠCH
II/-Các phương pháp điều chỉnh điện áp ba pha:
Có nhiều phương pháp điều chỉnh điện áp ba pha như phương pháp dùng
Tiristor, dùng biến áp tự ngẫu hay là bằng máy điều chỉnh cảm ứng.
1/- Bộ điều chỉnh xoay chiều ba pha bằng Tiristor.
Phương pháp này sử dụng các Tiristor mắc song song ngược để điều chỉnh
được điện áp, (hoặc dùng Triac).
Vì Anôt của Tiristor này nối với Catôt của Tiristor kia và ng
ược lại. Nên
trong mạch điều khiển cho cặp Tiristor nhất thiết phải dùng một biến áp xung có
hai cuộn dây thứ cấp cách ly với nhau. Các Điốt được dùng để khoá chặn các
xung âm.
Nói tóm lại, phương pháp điều chỉnh dòng ba pha bằng Tiristor cho thiết
bị nhỏ gọn, việc thay đổi góc mở α có thể được điều khiển tự động một cách
chính xác. Với loại tải nhỏ phươ
ng pháp này có thể đạt được hiệu suất cao.
Nhược điểm là điện áp và dòng điện ra không liên tục, không hình sin.
Điều này không có lợi cho máy điện quay với yêu cầu từ trường trong máy điện

chỉ được dùng trong phòng thí nghiệm, chẳng hạn như kiểm tra không tải và
ngắn mạch của máy điện.
3/- Một vài cách điều chỉnh điện áp ba pha khác :
Người ta có thể điều chỉnh điện áp (điều thế) phía dây quấn cao áp ho
ặc hạ
áp, điều chỉnh có thể nhảy cấp hay liên tục, có thể điều thế dưới tải (dòng điện và
điện áp) hoặc điều thế không điện, trường hợp này điều chỉnh lúc ngắt điện cả
phía sơ cấp và phía thứ cấp.
Điều chỉnh nhảy cấp bằng cách thay đổi số vòng dây, mức điện áp
điều
chỉnh nhỏ nhất là điện áp trên một vòng dây. Thường điều chỉnh số vòng dây,
giữ từ thông trong lõi thép không đổi. Người ta cũng điều chỉnh bằng cách giữ
vòng dây không đổi và thay đổi từ thông trong lõi thép. Trong thực tế, việc thay
đổi vòng dây bao giờ cũng kèm theo thay đổi từ thông.
Điều chỉnh liên tục bằng cách thay đổi từ thông móc vòng giữa dây quấn
sơ cấp và dây quấn thứ cấp, liên quan
đến máy biến áp có phần tịnh tiến hoặc
chuyển động quay. Trường hợp riêng, nối tiếp cuộn kháng bão hoà phía đầu ra
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
13
của máy biến áp. Thay đổi điện áp bằng cách thay đổi điện kháng bão hoà (thay
đổi kìch từ).
Điều chỉnh điện áp nhảy cấp không điện đòi hỏi máy biến áp ngắt điện cả
hai phía cao áp và hạ áp. Máy biến áp ba pha còn phải luôn giữ số vòng dây ở
các pha bằng nhau. Chuyển mạch phải chắc chắn để dòng điện không phá hỏng
mặt tiếp xúc. Cấu tạo phần dây qu
ấn điều chỉnh sao cho ở mọi vị trí của đầu
phân áp hai dây quấn đối xứng nhau, để không có từ trường tản không đối xứng,
nguyên nhân sinh ra lực điện động lớn ở dây quấn.

đm
= 30 (KVA) U
1
= 380 (V) U
2
= 0 ÷ 500 (V)
Cho trước lõi thép Stato và Roto của động cơ không đồng bộ ba pha Roto dây
quấn được cải tạo.
Kiểu bảo vệ, cách điện cấp E, làm việc liên tục.
2/- Nội dung phần thuyết minh và tính toán.
Các phương pháp điều chỉnh điện áp ba pha.
Tính điện từ : Dây quấn Stato, Roto, mạch từ tham số ΔU và η. Tính nhiệt ?
3/- Các bản vẽ và đồ thị : 3 bản Ao
Đối với Stato đã cho theo số
liệu động cơ không đồng bộ Roto dây quấn :
D
n
= 368 (mm)
D = 230 (mm).
Z
1
= 36 (rãnh).
Z
2
= 48 (rãnh).
Chiều dài lõi thép Stato = 135 ÷ 140 (mm).
Chiều cao tâm trục = 22.5 (cm).
Ta có dòng điện pha định mức : I
1
=

Z
D
1
×
π
=
36
2314.3 ×
= 2.006 (cm).
3/- Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh :
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
16
Chọn số mạch nhánh // a
1
= 3.
U
r1
=
I
at
dm
A
1
11
××
=
63.45
4006.2510
×

β =
τ
y
=
12
5
= 0.42
6/- Hệ số dây quấn được chọn theo số rãnh của một pha dưới một cực :
k
đq1
= 0.934
k
đq2
= 0.945
7/- Từ thông khe hở không khí :
φ =
kW
f
k
U
K
dS
E
11
1
1
4 ×××
×
=
95.0136501.14

=
kl
B
lt
B
C
Z
××
××
1
max
1
δ
δ
=
95.0148.1
14006.28.0
××
×
×
= 0.938 (cm)
Trong đó theo bảng 10.5c ( Sách Thiết kế máy điện ) lấy B
Z1 max
= 1.8 (T).
Chọn tôn Silic 2312, hệ số ép chặt k
c
= 0.95.
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
17

J
an
I
111
1
××
=
49.532
63.45
××
= 1.385 (mm
2
)
Tra phụ lục IV – Sách thiết kế máy điện ta chọn S
1
= 1.32 (mm
2
)
⇒ d/d
cđ
= 1.3/ 1.41 (mm)
12/- Kích thước rãnh Stato và sự điền đầy rãnh :

8,4
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
18
Rãnh stato
4.5

34.9 13/- Tổng chiều dày cách cách điện rãnh :
C = 0.2 + 0.2 = 0.4 (mm)

Hình 11
14/- Diện tích thực của rãnh trừ nêm :
S
2
′
= 35.2 − 3.3×8.5 = 271.15 (mm
2
)
15/- Diện tích lớp cách điện :
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
19
S
cđ
= 8.5 × 0.5 + 2[( 35.2 − 3.3) + 8.5] = 80.05 (mm
2
)
16/- Diện tích có ích của rãnh :
S
2
= S
2

I
111
1
××
=
385.132
63.45
××
= 5.5×10
6
(A/mm
2
)
19/- khe hở không khí :
δ =
1200
D
( 1 +
p2
9
) =
1200
230
( 1 +
4
9
) = 0.479 (cm)
Lấy δ = 0.5 (cm).
20/- Đường kính ngoài Roto :
D′ = D - 2δ = 230 – 2 × 0.5 = 229 (cm).

Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
20
Theo yêu cầu của đồ án thiết kế điện áp ra U
20
= 0 ứng với góc α = 0 độ. Chiếu
theo đồ thị véctơ ta có:

∑
+= E
U
U
&&
120
= 0
⇔
)(
22
1
E
E
U
E
&&
&
′
′
′
∑
+−=−=


⇒ 220 = 2
E
′
2
⇒
E
′
2
= 110 (V)
Ta có số vòng dây nối tiếp một pha dựa vào sự quan hệ biến áp
E
2
=
kwUk
kw
dqE
dq
111
22
×××
×

⇒ W
2
=
kUk
kw
E
dqE
dq

p
= 17.5
Do dùnh dây quấn hai lớp nên số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh phải là số
chẵn nên lấy U
r2
= 18.
26/- Dòng điện Stato :
I
2
= K
1
× I
1
× V
1
= 0.91 × 45.63 × 1.93 = 80.13 (A).
Trong đó theo hình 10.5c ( Sách Thiết kế máy điện ) ta có : K
I
= 0.91.
V
1
=
kwm
kwm
d
d
222
111
××
××

na
J
I
222
2
××
=
427.5
80
××
= 1.75 (mm
2
)
Theo phụ lục IV chọn S
2
= 1.22
⇒ d/ d
cđ
= 1.25/ 1.33
28/- Kích thước rãnh Roto :
Sơ bộ lấy chiều rộng rãnh :
B
r2
= 0.4 × 15 = 6 (mm).
Chọn thanh dẫn a = 36 , b = 10 (mm).
Tiết diện dây S′
2
= 23.45 (mm
2
).

d
− h
n
) +
2
)
2
(14.3
2
1
d
×

S
′
r
=
2
)
2
8.9
(14.3
)3.3
2
8.9
7.26(
2
7.78.9
2
×

22
32/- Diện tích có ích của rãnh :
S
r
= S
r
′
− S
cđ
= 199.5 − 40.6 = 158.9 (mm
2
)
33/- Hệ số lấp đầy rãnh:
k
đ
=
S
d
Un
r
cd
r
2
22
××
=
9.158
33.1184
2
××

95.01494.0
14006.281.0
××
×
×
= 1.8 (T)
Trong đó :
b
Z1 min
= t
1
– b
r1
= 2.006 – 1.068 = 0.938 (cm).
b
Z1 max
= t
1
× ( 1 +
D
h
r1
2
) − b
r1

b
Z1 max
= 2.006 × ( 1 +
23

min1max1
BB
ZZ
+
=
2
0.18.1
+
= 1.4 (T)

36/- Mật độ từ thông trên răng Roto :
B
Z2 max
=
klb
lt
B
CZ
××
××
2min2
2
δ
δ
=
Trong đó :
b
Z2 min
=
Z

×
π
− b
r2
=
48
))250.01.0(29.22(14.3 +
−
×
− 0.6
b
Z2 max
= 0.852 (cm)
Vậy : B
Z2 max
=
95.05.147.0
145.18.0
××
××
= 1.74 (T)
B
Z2 min
=
klb
lt
B
CZ
××
××

××
×
′
11
4
2
10
φ
=
95.01498.22
01296.0
10
4
×××
×
= 1.63 (T)
Trong đó :
h′
g1
=
2
D
D
n
−
− h
r1
−
3
2

=
95.05.1444.52
1296.0
10
4
×××
×
= 0.86 (T)
Trong đó :
h′
g2
=
2
DD −
′
− h
r2
+
6
1
d
2
=
98.0
6
1
67.2
2
79.22
×+−

52.95.006.20
06.20
×−
= 1.3
γ
1
= (
δ
b
41
)
2
=
)
5.0
3
(
)
5.0
5
(
2
+
δ
= 9.52
K
δ2
=
5.0125.115
15

Z1
= 2h
Z1
× H
Z1

Trong đó :