LỜI MỞ ĐẦU
Học tập trên cả lý thuyết và thực hành là rất quan trọng đối với
sinh viên tất cả các khoa. Đặc biệt đối với sinh viên khoa Điện thì
điều này càng quan trọng. Do điều kiện khó khăn của trường nói
riêng cũng như cả nước nói chung, việc tạo điều kiện cho sinh viên
ứng dụng lý thuyết vào thực tế gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên nhờ
sự cố gắng của nhà trường và các thầy cô giáo, sinh viên đã được
thực hành một số nội dung quan trọng. Đây là cơ hội rất quý báu
của chúng em.
Ba tuần thực tập tại xưởng điện, bộ môn Thiết bị điện-điện
tử, em đã tiếp thu được nhiều kiến thức mới mẻ, bổ ích mà nếu chỉ
học lý thuyết thì không thể biết được. Những kiến thức đó chắc
chắn sẽ giúp ích em rất nhiều trong quá trình làm việc sau này.
Sau đây, em xin trình bày tóm tắt những kiến thức, cũng như
bài học kinh nghiệm mà em học được qua 3 tuần thực tập.
Nội dung bản báo cáo gồm 3 phần chính:
A – CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Giới thiệu chung về máy điện, nguyên lý hoạt động, vật liệu kỹ
thuật điện.
- Máy biến áp và cơ sở thiết kế máy biến áp.
- Máy điện không đồng bộ và cơ sở thiết kế dây quấn cho động cơ
3 pha.
B- THỰC HÀNH
Các bài tập thực hành về :
-Dây quấn máy biến áp.
-Dây quấn động cơ không đồng bộ roto lồng sóc.
C – KẾT LUẬN VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM.
A - CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I./> CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN
i: cường độ chạy trong thanh dẫn
ϕ
: góc giữa vecto từ cam B và dòng điện i
o
trong dây dẫn
-Phát biểu: Thanh dẫn dài l mang dòng điện i đặt trong từ trường từ
cảm
B
ur
sẽ chịu một lực từ tác dụng, có độ lớn xác định theo công
thức trên, chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái.
1.2 Về cấu tạo:
Máy điện gồm mạch từ ( lõi thép ) và mạch điện ( các dây
quấn) dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác như cơ năng
thành điện năng ( máy phát điện) hoặc ngược lại, biến đổi điện
năng thành cơ năng (động cơ điện ) hoặc dùng để biến đổi các
thông số điện áp dòng điện, tần số, pha
Sự biến đổi cơ điện trong máy điện dựa trên nguyên lý về điện
từ. Nguyên lý này cũng đặt cơ sở cho sự làm việc của các bộ biến
đổi cảm ứng, dùng để biến đổi cảm ứng đơn giản, dùng để biến đổi
dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều
có điệp áp khác. Các dây quấn và mạch từ của nó đúng 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.
1.3 Phân loại:
Máy điện có nhiều loại, được phân loại theo nhiều cách khác
nhau, phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo
dòng điện ( một chiều hoặc xoay chiều ), theo nguyên lý làm việc.
Ở đây ta sẽ phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng :
,I
1
,t
b. Máy điện quay:
Nguyên lý làm việc 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. Loại máy điện này thường dùng
để biến đổi năng lượng.
Ví dụ : Biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện ) hoặc biến
đổi cơ năng thành điện ( máy phát điện ),.
Quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch nghĩa là máy điện có
thể làm việc ở chế độ máy phát hoặc động cơ điện
Tùy theo cách tạo ra từ trường, kết cấu mạch từ và dây quấn
mà ta có 4 loại máy điện quay cơ bản sau:
-Máy điện không đồng bộ
-Máy điện đồng bộ
-Máy điện một chiều
-Máy điện xoay chiều
1.4-Các thông số chính của máy phát điện:
Mỗi máy đều có một bộ thông số định mức để đảm bảo khi
vận hành, máy đạt hiệu suất cao nhất, ổn định và an toàn nhất, đảm
bảo độ bền và tuổi thọ của máy. Đồng thời qua thông số của máy
để chọn loại máy phù hợp với yêu cẩu sử dụng
Các thông số nói chung thường dung: điện áp định mức,
dòng định mức, công suất định mức và tốc độ định mức.
2. NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Tính thuận nghịch cúa máy điện: Máy điện có tính thuận
nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động
cơ điện.
2.1 - Chế độ máy phát điện: Cho cơ năng tác động lên thanh dẫn.
Như vậy công suất điện P
đ
= u.i đưa vào động cơ đã biến thành
công suất cơ P
cơ
= F.dt.v trên trục động cơ.
Điện năng đã biến thành cơ năng.
Ta nhận thấy cùng một thiết bị điện từ , tuỳ theo dạng năng lượng
đưa vào mà máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc
động cơ điện. đây chính là tính chất thuận nghịch của mọi loại máy
điện.
3. SƠ LƯỢC VỀ CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN:
Các vật liệu dùng để chế tạo có thể chia làm 3 loại :
+ Vật liệu tác dụng
+ Vật liệu kết cấu
+ Vật liệu cách điện
3.1 - Vật liệu tác dụng:
Đây là vật liệu dẫn từ và dẫn điện. các vậy liệu này được
dùng để tạo điều kiện cần thiết sinh ra các biến đổi điện từ.
a- Vật liệu dẫn từ :
Người ta chủ yếu sử dụng thép lá kỹ thuật điện, có hàm
lượng silic khác nhau nhưng không được vượt quá 4,5%. Hàm
lượng silic này dùng để hạn chế tốn hao do từ trễ và tăng điện trở
của thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy (tổn hao fuco).
Lá thép hay được sử dụng là loại lá thép dày 0,35mm dùng trong
máy biến áp và 0,5mm dùng trong máy điện quay ghép lại làm lõi
thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Tuỳ theo cách
chế tạo người ta phân lõi thép kỹ thuật điện ra làm hai loại: cán
nóng và cán nguội.
3.3 - Vật liệu cách điện
Để cách điện các bộ phận mang điện trong máy người ta sử
dụng vật liệu cách điện. 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 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 chất cách điện càng cao thì lớp cách điện càng
mỏng dẩn đến kích thước của máy giảm.
Chất cách điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm :
+ Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy ,vải lụa
+Chất vô cơ như cimiăng ,mica,sợi thuỷ tinh
+Các chất tổng hợp
+Các loại men,sơn cách điện
Chất cách điện tốt nhất là mica,song tương đối đắt nên chỉ
dùng trong các máy có điện áp cao, do đó thường dùng các vật liệu
có sợi như giấy, vải, sợi Chúng có độ bền cơ học tốt, mềm và rẻ
tiền nhưng dẫn nhiệt kém, 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, khí nitơ hoặc thể lỏng (dầu MBA).
- Vật liệu khí: không khí là 1 chất cách điện tốt tuy nhiên để cách
điện tốt hơn người ta thường dùng khí trơ, hydro được sử dụng
trong trường hợp cần cách điện và làm mát bên trong vật liệu.
- Vật liệu lỏng: (dầu MBA) đây là loại vật liệu cách điện rất quan
trọng trong máy điện vì nó có thể len lỏi vào các khe rất nhỏ và
còn có thể sử dụng để dập hồ quang.
4. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN:
Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất. Tổn hao năng
lượng trong máy 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
áp cao như vậy ( thường chỉ 3 kV đến 21kV ) do vậy phải có các
thiết bị tăng áp ở đầu đường dây lên. Mặt khác, các hộ tiêu thụ
thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4kV đến 0,6kV nên tới các hộ
tiêu dùng cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Để thực hiện
biến đỏi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống
điện áp thấp hoặc ngược lại, từ điện áp thấp lên điện áp cao ta sử
dụng máy biến áp. Thực tế, trong hệ thống điện lực, muốn truyền
tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ
một cách hợp lý, thường phải qua 3,4 lần tăng và giảm điện áp như
vậy. Chính vì thế, tổng công suất của các máy biến áp trong hệ
thống điện thường cao gấp 3, 4 lần công suất của trạm phát điện.
Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến
áp điện lực hay máy biến áp công suất.
Từ đó ta thấy rõ máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc
phân phối năng lượng, không thực hiện việc chuyển hoá năng
lượng.
2. Định nghĩa:
Máy biến áp là thiết bị từ tĩnh, lam việc dựa trên nguyên lý
cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi các thông số ( U,I ) của dòng
điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số.
3. Nguyên lý làm việc:
Nguyên lý làm việc dựa trên định luật cảm ứng điện từ:
e = -
d
dt
θ
Ta xét sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 1 pha hai dây quấn
trên hình vẽ.
Cuộn sơ cấp có w
1
sin :
S
θ
=
θ
m
sin
ϖ
t.
Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sđđ cảm ứng trong các
dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp là:
e
1
=-w
1
d
dt
φ
=-w
1
sind t
dt
φ ϖ
=-w
1
ϖ
φ
m
cos
ϖ
2
E
2
sin(
ϖ
t-
2
π
).
Trong đó : E
1
=w
ϖ
1
φ
1
/
2
=2
π
f
ϖ
1
φ
m
/
2
=4,44fw
1
φ
≈
w
1
/ w
2
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U
1
≈
E
1
, U
2
≈
E
2.
Do công suất không đổi : U
1
. I
1
= U
2
. I
2
=> I
1
/ I
2
= U
2
/ U
thuật điện). Lõi thép gồm hai bộ phận:
- Trụ là phần lõi thép có dây quấn.
- Gông là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ
kín. Mạch từ được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện mỏng ( 0,35
mm ÷ 0,5 mm ). Hai mặt có sơn cách điện, có chứa hàm lượng silic
từ 1 ÷ 4% nhằm hạn chế tổn hao điện năng trong mạch từ do tác
dụng của dòng điện xoáy Fucô và hiện tượng từ trễ làm phát nhiệt.
Có hai dạng mạch từ chính:
- Mạch từ kiểu bọc dạng E I: mạch từ được phân nhánh ra hai
biên và bọc lấy cuộn dây quấn trên cột từ chính, từ đó làm giảm từ
thông tản. Dạng mạch từ này dùng trong máy biến áp 1 pha công
suất nhỏ như MBA gia dụng, MBA cấp điện trong máy tăng âm thu
thanh
- Mạch từ kiểu trụ hoặc kiểu lõi có dạng U, thường do nhiều
lá thép hình chữ I ghép lại. Dạng mạch từ này được dùng trong các
máy biến áp có công suất trung bình trở lên, loại máy biến áp 1 pha
và 3 pha như máy hàn điện nhưng khó gia công, giá thành lại
cao.
2.2 - Dây quấn :
Dây quấn máy biến áp có nhiệm vụ tăng, giảm điện áp, gồm
có cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Các máy biến áp công suất nhỏ,
dây quấn thường dùng dây tròn, có đường kính không quá 3mm.
Đối với dây chịu tải dòng điện lớn ở Máy biến áp công suất lớn
dùng dây dẹp, tiết diện vuông hoặc chữ nhật.
Dây quấn gồm có nhiều vòng dây lồng vào trụ lõi thép, giữa các
vòng dây và giữa các dây quấn có cách điện với nhau và dây quấn
có cách điện với lõi thép. Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều
cuộn dây, theo cách sắp xếp dây quấn cao áp và hạ áp, người ta
chia ra làm hai loại quấn dây chính: Dây quấn đồng tâm và dây
quấn xen kẽ.
2.3- Vỏ máy:
Chính là phần vỏ và nắp thùng, có chức năng bảo vệ và làm
mát máy. Để làm mát và tăng cường cách điện cho máy biến áp,
người ta thường đặt lõi thép và dây quấn trong 1 thùng dầu máy
biến áp. Đối với máy biến áp công suất lớn, vỏ thùng dầu có cánh
tản nhiệt. Ngoài ra còn có các sứ xuyên ra để nối các đầu dây quấn
ra ngoài, bộ phận chuyển mạch để điều chỉnh điện áp, rơle ơi bảo
vệ máy, bình giãn dầu, ống bảo vệ, thiết bị chống ẩm
2.4- Phân loại máy biến áp:
- Theo công dụng :
+Máy biến áp điện lực: truyền tải và phân phối năng lượng
trong hệ thống điện lực.
+Máy biến áp chuyên dụng: dùng cho mục đích cụ thể như
luyện kim, hàn…
+Máy biến áp tự ngẫu: biến đổi điện áp trong phạm vi không
lớn.
+Máy biến áp đo lường: để giảm điện áp, giảm dòng điện khi
đưa vào đông hồ đo.
+Máy biến áp thí nghiệm: dùng để thí nghiệm các điện cao
áp.
- Theo số pha: máy biến áp 1 pha và biến áp 3 pha.
3. Tính toán số liệu máy biến áp
3.1 Các thông số :
Q: tiết diện lõi sắt
S: công suất của máy biến áp
W
0
: số vòng cho 1 volt , W
0
=
Số vòng đây cuộn sơ cấp : w
1
= w
0
. U
1
(vòng).
* Bước 3: Tiết diện dây, đường kính dây sơ cấp và thứ cấp.
Khi tính tiết diện dây dẫn nên căn cứ vào điều kiện làm việc của
máy biến áp, công suất mà chọn mật độ dòng biến áp Δi cho phù
hợp để khi máy biến áp vận hành định mức, dây dẫn không phát
nhiệt quá 80
0
C. Nếu máy biến áp làm việc ngắn hạn 3÷ 5h, thông
gió tốt , nơi để máy biến áp thì có thể chọn Δ
i
= 5 (A/mm
2
) để tiết
kiện khối lượng dây đồng.
Thông thường ta chọn Δ
i
= 2,5 ÷ 3 (A/mm
2
)
Tiết diện dây sơ cấp, được chọn theo các công thức:
i
nV
S
S
2
2
2
44 IS
d
I
S
η: hiệu suất máy biến áp ( khoảng 0,85 ÷ 0,90 ).
U
1
: Nguồn điện áp nguồn.
3.3 Quấn dây:
Máy biến áp tự ngẫu có đặc điểm là dây quấn thứ cấp là một
bộ phận của dây cuấn sơ cấp, nên ngoài sự liên hệ qua hỗ cảm các
dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn có sự liên hệ trực tiếp về điện
Cách quấn dây được trình bày ở phần thực hành.
III./> MÁY ĐIỆN QUAY
1. Khai niệm chung:
Máy điện quay dùng để biến đổi các dạng năng lượng cơ
năng thành điện năng và ngược lại. Máy điện quay có thể làm việc
thuận nghịch, có hai chế độ làm việc.
- Chế độ động cơ: Biến đổi đông cơ thành cơ năng.
- Chế độ máy phát: Biến đổi cơ năng thành điện năng.
Do tính thuận nghịch của máy điện quay nên ta không xét
riêng từng loại mà xét chung cảc hai loại trên.
2. Định nghĩa:
Máy điện quay là thiết bị điện từ quay, làm việc dưa trên
nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng đêt biến đổi cơ năng thành điện
năng và ngược lại.
3.Nguyên lý làm việc:
- Máy điện đồng bộ
- Máy điện không đồng bộ
- Máy điện một chiều
- Máy điện xoay chiều có vành góp
IV. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1. Định nghĩa:
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, tốc độ
của máy n khác với tốc độ quay của từ trường n
1
.
Máy điện không đồng bộ có hai dây quấn, dây quấn stato ( sơ
cấp ) nối với lưới điện tần số không đổi f
1
, dây quấn roto ( thứ cấp)
được nối tắt lại hoặc khép kín trên điện trở. Dòng điện trong dây
quấn roto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số phụ f
2
phụ thuộc vào rô to nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trên trục của máy.
Cũng như các máy điện quay 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.
2. Phân loại và kết cấu:
2.1 - Phân loại:
Máy điện không đồng bộ có nhiều loại, được phân theo nhiều cách
khác nhau: theo kết cấu của vỏ, theo kết cấu của rôto, theo số pha
trên dây quấn stato
-Theo kết cấu của vỏ máy.
- Theo kết cấu của roto.
- Theo số pha trên dây quấn stato.
lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên 1 giá của ro to của
máy. Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
b- Dây quấn roto:
Có hai loại chính: Roto lồng sóc và roto dây quấn
+ Loại roto kiểu dây quấn :
Roto có dây quấn giống như dây quấn stato. Kết cấu dây
quấn trên rôto chặt chẽ.
+ 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 hai
vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà
người ta quen gọi là lồng sóc.
2.2.3 - Khe hở :
Vì roto là một khối tròn nên khe hở đều, khe hở trong máy
điện không đồng bộ rất nhỏ ( 0,2 đến 1 mm trong máy điện cỡ vừa
và nhỏ) để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới điện và như vậy
mới có thể làm cho hệ số công suất máy cao hơn.
3.Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ:
Ta tạo một từ trường quay với tốc độ n
1
= 60f/p
trong đó : f : tần số dòng điện lưới đưa vào
p: là số đôi cực máy
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 do 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 ra momen tác dụng và có ảnh
cơ điện. Vì mômen sinh ra ngược với chiều quay của roto nên có
tác dụng hãm roto dừng lại. Trong trường hợp này, máy vừa lấy
điện năng ở lưới điện vào, vừa lấy cơ năng ở động cơ sơ cấp. Chế
độ làm việc này được gọi là chế độ hãm điện từ.
4. Cơ sở thiết kế bộ dây quấn stato động cơ không đồng bộ
4.1 Các khái niệm và các thông số cơ bản
4.1.1 - Số đôi cực p (p
≥
1 ):
Được hình thành bởi một cuộn dây hay nhóm cuộn dây và
được đấu dây sao cho khi có dòng điện điện đi qua sẽ tạo được các
cặp cực N - S xen kẽ kế tiếp nhau trong cùng một pha.
Khoảng cách từ tâm cực từ này đến tâm cực từ kế tiếp được
gọi là bước cực từ T và bằng 180
0
độ điện. Bước từ T còn được
hiểu là khoảng cách nhất định hay góc độ điện giữa pha A, pha B
và pha C.
Trong tính toán T được tính theo đơn vị rãnh và xác định
bằng công thức:
T = Z/2p ( rãnh );
Z: tổng số rãnh được dập trên stato
4.1.2 - Cuộn dây
Có thể là 1 hoặc nhiều vòng, khi cuộn dây được bố trí trên
stato thì chia làm các cạnh dây và các đầu dây (đầu ra, đầu vào ).
Bước quấn dây là khoảng cách giữa hai cạnh dây của cuộn dây
dạng được bố trí trên stato và được tính theo đơn vị rãnh, ký hiệu
là y.
So sánh bước cuộn dây với bước cực từ, ta có:
Bước đủ: y= T= Z/2p
Để tạo hình nhóm cuộn dây đồng tâm, người ta quấn liên tiếp
các dây dẫn theo cùng 1 chiều quấn lên trên một bộ khuôn có kích
thước khác nhau và đặt đồng tâm trên cùng một trục quấn.
Ưu điểm của cách quấn dây này là dễ lắp đặt cuộn dây vào stato
nhưng có nhược điểm là các đầu cuộn dây đồng tâm thường chiếm
nhiếu chỗ hơn so với các quấn dây khác, phổ biến trong các động
cơ điện công suất nhỏ.
b - Nhóm cuộn dây đồng khuôn:
Nhóm cuộn dây này có bước của các dây đều bằng nhau nên
chúng có cùng 1 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 ưư điểm là ít tốn dây, thu gọn các đầu cuộn dây.
Tuy nhiên, để đạt được yêu cầu thu gọn đầu các cuộn dây ít choán
chỗ thì việc lắp bộ dây quấn dạng này phải khó khăn hơn và tốn
nhiều thời gian hơn so với nhóm đồng tâm.
Copyright: Tài liệu đại học ©