Hướng dẫn hình ảnh và cách tính toán quấn dây máy điện

™ Số liệu tính toán dây quấn phải đầy đủ các thông số sau: Số vòng dây quấn phía sơ cấp và thứ cấp; đường kính dây quấn dây trần và đường kính dây tính đến lớp men émail cách điện bọc x

1.1 YÊU CẦU THỰC HIỆN :

™ Sinh viên dựa trên kích thước lỏi thép đang có sẵn và sơ đồ nguyên lý của biến áp một pha yêu cầu thực hiện; tính toán số liệu dây quấn biến áp

™ Số liệu tính toán dây quấn phải đầy đủ các thông số sau: Số vòng dây quấn (phía sơ cấp và thứ cấp); đường kính dây quấn (dây trần) và đường kính dây tính đến lớp men (émail) cách điện bọc xung quanh Khối lượng dây quấn

™ Kiểm tra điều kiện lắp đầy; và ước tính số vòng một lớp và số lớp trước khi thi công

1.2.MỤC ĐÍCH : Bài thực tập 1 giúp sinh viên nắm vững các vấn đề sau:

™ Aùp dụng phương pháp tính toán dây quấn biến áp theo lý thuyết vào một lỏi thép biến áp cho trước

™ Giúp sinh viên hiểu rõ ý nghĩa của các thông số tính toán nêu trong ly ùthuyết như : hệ số lấp đầy, số vòng một lớp và số lớp

™ Dựa vào thông số tính toán theo lý thuyết cho dây quấn, chúng ta thực hiện việc bố trí các đầu ra dây biến áp đúng tiêu chuẩn nhưng tạo được nét mỹ thuật cho bộ dây biến áp

1.3.NỘI DUNG THỰC TẬP :

Quá trình thực tập tiến hành theo các bước như sau:

BƯỚC 1 : Đo các kích thước tiêu chuẩn của lá thép E,I

Khi sử dụng lỏi thép E, I; sinh viên cần đo các kích thước sau (xem hình 1.1) nếu sử dụng lá thép E, I đúng tiêu chuẩn

Ký hiệu và tên gọi các kích thước cơ bản của lỏi thép:

a : Bề rộng trụ giữa của lỏi thép

b : Bề dầy của lỏi thép biến áp

c: bề rộng cửa sổ lỏi thép

h: bề cao cửa sổ lỏi thép

Các kích thước này khi đo tính theo đơn vị [mm] hay [cm]

CHÚ Ý:

¾ Các kích thước a , c và h được đo trực tiếp trên một lá thép E , I

¾ Dụng cụ đo là thước kẹp (sai số 1/50 mm)

¾ Riêng kích thước b được xác định gián tiếp bằng cách đo xác định bề dầy của mỗi lá thép E, I ; sau đó đếm tổng số lá thép E và tổng số lá thép I Từ đó tính

ra bề dầy lỏi thép biến áp bằng cách áp dụng quan hệ sau:

) (

) 1

(Bề dầy lá thép x Tổng số lá thép

¾ Với lá thép kỹ thuật điện tiêu chuẩn thuộc dạng tôle cán nóng hay cán lạnh vận hành tại tần số f = 50Hz, bề dầy tiêu chuẩn của lá thép thường thuộc một trong hai cở sau : 0,5 mm ; hay 0,35 mm

¾ Kích thước tổng quát của toàn bộ lá thép sau khi ghép sát được xác định theo hình 1.2 Chúng ta có thể tính khối lượng lỏi thép biến áp (dạng tiêu chuẩn) theo quan hệ (1.2)

HÌNH 1.2: Các kích thước ngoài của lỏi thép

Sau khi xác định các kích thước lỏi thép, chúng ta tính tiết diện trụ giữa của lỏi thép chữ E Đây chính là tiết diện cho từ thông chính móc vòng xuyên qua các bộ dây quấn

Gọi A t : tiết diện trụ giữa lỏi thép, ta có:

b a

lỏi thép biến áp, với giá trị khối lượng riêng của lỏi thép là 7,8 kg/dm 3 ; khi biết được các kích thước cơ bản a, và b chúng ta có quan hệ sau:

b a

W fer = 46 , 8 2 (1.2)

Trong đó, đơn vị đo được xác định như sau:

[W fer ] = [Kg] ; [a] = [b] = [ dm]

BƯỚC 2 : Xác định giá trị nv (số vòng dây quấn tạo ra 1 volt sức điện động cảm ứng)

Trong bước này chúng ta thực hiện hai thao tác:

Chọn mật độ từ thông (hay từ cảm) B dùng tính toán cho lỏi thép

Aùp dụng công thức tính sức điện động tạo ra trong dây quấn biến áp để tính số vòng tạo ra 1 V sức điện động cảm ứng (xem quan hệ 1.4)

BƯỚC 3 : Xác định sơ đồ nguyên lý của máy biến áp ; tính toán số vòng dây quấn

Theo lý thuyết số vòng dây quấn của các cuộn dây máy biến áp được

xác định theo sức điện động cảm ứng trong các bộ dây sơ và thứ cấp (xem lại Lý thuyết Máy biến áp); Trong khi đó theo sơ đồ nguyên lý máy biến áp cần thực hiện, chúng ta chỉ có được các thông số điện áp định mức của các bộ dây.

Gọi U 1 ; U 2 lần lượt là các điện áp của dây quấn sơ và thứ cấp biến áp, chúng ta có thể tính toán số vòng dây quấn biến áp theo quan hệ (1.5) và (1.6) khi thực hiện thi công

1 v

1 n U

2 v

2 ( 1 , 05 1 , 1 ) n U

N 1 , N 2 lần lượt là số vòng dây quấn sơ cấp, và thứ cấp của biến áp

Trong quan hệ (1.6) khoảng giá trị ( 1,05 ÷ 1,1) được xem là tỉ số chênh lệch giửa sức điện động tại dây quấn thứ cấp so với điện áp định mức tại thứ cấp lúc đầy tải

CHÚ Ý: Trong các bài toán tính chính xác tỉ số chênh lệch này được xác định theo các bảng số thống kê chọn trước Tỉ số này phụ thuộc vào cấp công suất của biến áp

BƯỚC 4 : Chọn mật độ dòng điện, ước lượng hiệu suất, chọn giá trị hệ số lấp đầy tính toán đường kính dây quấn sơ và thứ cấp

Trong bước 4, chúng ta tiến hành tuần tự các công đoạn tính toán sau: Chọn mật độ dòng điện J qua dây quấn máy biến áp Giá trị mật độ dòng điện theo lý thuyết thiết kế phụ thuộc vào các thông số sau : Cấp cách điện chịu nhiệt của vật liệu dùng thi công bộ dây biến áp, chế độ làm việc máy biến áp liên tục, ngắn hạn lặp lại hay ngắn hạn không lặp lại .; kiệu thông gió giải nhiệt cho dây quấn biến áp

Muốn chọn giá trị mật độ dòng chính xác, chúng ta cần tham khảo các bảng số tiêu chuẩn

Trong bài thực tập này, chúng ta chọn mật độ dòng cho dây quấn máy biến áp trong phạm vi : J = 4 A/mm 2 đến 5 A/mm 2

Tính toán diện tích của cửa sổ lỏi thép; gọi A cs là diện tích cửa sổ; chúng

ta có quan hệ sau:

h c

[ A cs ] = [mm 2 ] ; [a] = [b] = [ mm]

Với lá thép tiêu chuẩn, chúng ta có quan hệ giửa các kích thước cơ bản

a, b với kích thước cửa sổ lỏi thép như sau:

2

3

; 2

a h a

Gọi K lđ là hệ số lắp đầy cửa sổ lỏi thép; K lđ được định nghĩa như sau:

thép lỏi sổ cửa diện Tiết

cấp thứ và sơ quấn dây diện tiết Tổng

Giá trị này theo thi công được xác định trong phạm vi sau : K lđ = 0,36 ÷ 0,46

Gọi η là hiệu suất của máy biến áp; theo lý thuyết máy biến áp, với máy biến áp là dạng một pha, chúng ta định ngĩa hiệu suất theo quan hệ sau:

1 1

1

2 2

2 1

2

cos I.

U

cos I.

U cấp sơ vào cấp cung dụng tác suất Công

tải trên thụ tiêu dụng tác suất Công P

Trong trường hợp này, một cách gần đúng chúng ta có thể viết như sau:

1

2 1 1

2 2 1 1

1

2 2

2 1

2

S

S I.

U

I.

U cos

I.

U

cos I.

U P

2

1 1

2

U

U I

Với giá trị mật độ dòng điện J chọn trong các công đoạn tính toán trên, chúng ta suy ra tỉ số tiếtdiện của dây quấn sơ cấp và thứ cấp từ quan hệ (1.13 ) Theo lý thuyết ta có :

[ ]

[A / mm 2]

A J

I

s = =

Gọi s 1 ; s 2 là tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp, suy ra:

2 1

2 2

1

2 2

2

1 1

2 1

2

d d 4

d 4

d U

U I

I s

Tóm lại, ta có quan hệ sau:

2

1 1

2

U

U d

2

U

U s

d 1 ; d 2 là đường kính dây trần phía sơ cấp và thứ cấp

Với dây quấn sơ và thứ cấp là dây điện từ tiết diện tròn tráng men, đường kính dây có tính lớp men bọc và đường kíng dây trần quan hệ với nhau như sau đây:

Trong quá trình tính toán ước lượng thi công, chúng ta có thể tính tỉ số chênh lệch giửa tiết diện dây quấn trần và tiết diện dây quấn khi tính luôn lớp cách điện theo quan hệ (1.16) sau đây Quan hệ này hoàn toàn chính xác khi dây quấn tiết diện tròn và lớp men bọc dầy 0,05mm đồng thời đường kính dây quấn thay đổi trong phạm vi từ 0,25mm đến 1mm

Trong quá trình tính toán ước lượng sơ bộ, chúng ta có thể lập quan hệ sau đây để loại bỏ ảnh hưởng chênh lệch giá trị giửa s và s cđ

2

1 1

2 cđ 1

cđ 2

U

U s

s s

s N s N

Trong đó đơn vị đo của các tiết diện tính theo [mm 2 ] Chọn giá trị K lđ = 0,46 chúng ta thành lập được hệ phương trình sau dùng xácđịnh tiết diện dây quấn sơ và thứ cấp (có tính luôn lớp men bọc cách điện)

2

1 cđ 1 cđ 2

cs lđ cđ 2 2 cđ 1 1

U

U s s

A K s

N s N

Giải hệ thống phương trình trên chúng ta suy ra : tiết diện dây quấn (có tính đến bề dầy cách điện) của dây quấn sơ và thứ cấp; đường kính dây có cách điện và đường kính dây trần

CHÚ Ý:

Khi tính được các giá trị đường kính dây quấn, chúng ta phải chỉnh tròn số các giá trị tính được theo đúng các kích thước sẵn có , qui định do các nhà sản xuất

Quá trình chỉnh này phải khéo léo để không làm gia tăng hệ số lấp đầy

(đưa đến thực trạng không bỏ lọt bộ dây vào cửa sổ lỏi thép); nhưng cũng

công suất biến áp , không tận dụng kích thước sẵn có của lỏi thép )

BƯỚC 5 : Ước lượng công suất biểu kiến nhận được phía thứ cấp biến áp

Với các kết quả tính được trong bước 4, dựa vào giá trị tiết diện dây trần

ở sơ và thứ cấp, giá trị mật độ dòng điện đã chọn, chúng ta tính dòng điện định mức qua dây quấn khi mang đầy tải (tải đúng định mức)

2 U I.

BƯỚC 6 : Tính toán số vòng dây quấn một lớp, số lớp của bộ dây quấn sơ và thứ cấp

Trong quá trình thi công, số vòng một lớp dây quấn và số lớp dây quấn

thực hiện được trên bộ dây; phụ thuộc vào các yếu tố sau :

‰ Kích thước và vật liệu làm khuôn quấn dây

‰ Bề dầy giấy cách điện lớp giữa các lớp dây quấn

Với khuôn quấn dây, chúng ta có thể lựa chọn theo các phương án sau:

‰ PHƯƠNG ÁN DÙNG KHUÔN NHỰA ĐÚC SẴN :

Chúng ta có thể dùng khuôn nhựa đúc sẳn , khi kích thước khuôn tương thích với kích thước lỏi thép Chọn theo phương án này, không tốn thời gian làm khuôn, nhưng phải thực hiện công tác chuẩn bị làm sạch các cạnh khuôn nhựa trước khi quấn dây

Vì khả năng chịu nhiệt của khuôn nhựa không cao so với các loại vật liệu các điện khác: bakelite, carton cách điện, giấy presspahn đồng thời để tạo dễ dàng trong quá trình chế tạo bề dầy của khuôn nhựa thường bằng hay lớn hơn 1mm; như vậy bề cao hiệu dụng dùng rãi dây quấn sẽ nhỏ hơn bề cao cửa sổ lỏi thép làm giãm thấp số vòng dây quấn bố trí cho mỗi lớp.

Điều cuối cùng cần quan tâm khi chọn lựa khuôn là chú ý đến bề dầy b của lỏi thép Giá trị bề dầy lỏi thép, xác định trong quá trình tính toán số vòng dây, sẽ nhỏ hơn bề dầy lỏi thép biến áp thực tế Sự kiện này xãy ra do ba vớ ở các cạnh mỗi lá thép; làm tăng độ dầy của lõi thép trong quá trình lắp ghép (công nghệ dập lá thép càng chính xác và tinh vi làm giãm thấp lớp ba vớ xuất hiện trên các cạnh của lá thép)

Tóm lại trong quá trình thi công, trước khi thi công: chúng ta nên ghép toàn bộ các lá thép vào khuôn nhựa để xác định khả năng chứa của khuôn Nếu khuôn quá rộng so với bề dầy lá thép, dễ sinh ra hiện tượng rung và tiếng ồn tần số thấp khi biến áp vận hành Ngược lại nếu khuôn quá hẹp, chúng ta không thể ghép hết toàn bộ lá thép vào khuôn, như vậy số liệu tính toán sẽ sai lệch

Vị trí các cạnh cần làm sạch trước khi thi công quấn dây

Vị trí các cạnh

cần làm sạch

trước khi thi

công quấn dây

Các lá thép E của lỏi thép ghép vào khuôn quấn dây Phương pháp ghép lá thép E vào khuôn quấn dây HÌNH 1.3 : Khuôn nhựa dùng quấn dây và phương pháp ghép lỏi thép thử khuôn

h

H hd

HÌNH 1.4: Bề cao hiệu dụng quấn dây

Khi tính toán số vòng một lớp dây quấn, bề cao quấn dây xác định theo kích thước đã trừ đi bề dầy của khuôn quấn (phần khuôn che phía trên 2 mặt của bộ dây) Gọi bề cao dùng quấn dây là bề cao hiệu dụng H hd , ta có:

) dây quấn khuôn dầy

bề (

2 h

‰ PHƯƠNG ÁN GIA CÔNG KHUÔN QUẤN DÂY BẰNG GIẤY CÁCH ĐIỆN :

Khi dùng giấy cách điện làm khuôn quấn dây biến áp, ta phải chọn giấy cách có độ dầy khoãng 1mm (nếu khuôn 1 lớp) hoặc 0,5mm (khi thực hiện khuôn có 2 lớp) Giấy cách điện làm khuôn phải cứng , có độ bền cơ học

Trong hình 1.3 chúng ta trình bày hình dạng khuôn nhựa, các

vị trí cạnh cần làm sạch trước khi thi công, cách ghép thử lỏi thép vào khuôn nhựa trước khi thi công Kích thước của khuôn dùng quấn dây được trình bày trong hình 1.4

PHƯƠNG PHÁP LỒNG TẤM CÁCH ĐIỆN CHE CẠNH DÂY QUẤN

KHUÔN QUẤN DÂY LÀM

BẰNG GIẤY CÁCH ĐIỆN

THỰC HIỆN HOÀN CHỈNH

HÌNH 1.5 : Phương pháp thực hiện khuôn quấn dây bằng giấy cách điện

Trong hình 1.5 trình bày trình tự thực hiện khuôn quấn dây làm bằng giấy cách điện Với phương pháp làm khuôn quấn dây bằng giấy cách điện; khi thực hiện chúng ta cần chú ý đến các đặc điểm sau:

Lõi gỗ phải có kích thước quan hệ với kích thước lỏi thép như sau:

‰ Kích thước a’ lõi gỗ hơi lớn hơn kích thước a của lá thép khoãng 0,5 mm

‰ Kích thước b’ lõi gỗ lớn hơn kích thước toàn bộ các lá thép E ghép sát lại; kích thước này lớn hơn kích thước b dùng tính toán tiết diện lõi thép

‰ Kích thước h của lõi gỗ bằng độ cao h của cửa sổ lõi thép

Bề rộng của tấm giấy cách điện dùng làm “tai” của khuôn quấy dây dùng che các cạnh dây quấn chống xây xát với lá thép trong quá trình lắp ghép phải có bề rộng bằng với bề rộng c của cửa sổ lõi thép

Phải dùng keo dán lớp giấy gấp mí của khuôn quấn dây Lớp gấp mí luôn nằm phía cánh a của lõi thép

Dùng kéo dán định vị các tấm giấy cách điện (“tai “ của khuôn quấn) vào khuôn quấn dây

Sau khi thực hiện; chờ cho các lớp keo dán khô hẳn, cho lõi gỗ thoát khỏi khuôn giấy và dùng lá thép E ướm kiểm tra lại điều kiện bỏ lọt lá thép E vào khuôn quấn dây Nếu cần thiết dùng kéo tỉa định hình những vị trí dư thừa Sau khi cho lá thép E vào khuôn kiểm tra độ cao của khuôn phải bằng hay hơi thấp hơn bề cao h của cửa sổ lõi thép (xem hình 1.6)

HƯỚNG TÁC ĐỘNG THOÁT LÕI GỖ KHỎI

KHUÔN QUẤN DÂY

HÌNH 1.6: Thoát lõi gỗ và ướm thử lá thép E vào khuôn quấn dây

Dựa vào kích thước khuôn chúng ta xác định số vòng cho mỗi lớp dây quấn và bề dầy tính toán cho bộ dây quấn

Số vòng dây quấn cho một lớp dây quấn sơ cấp:

quấn cđ 1

hd

d

H lớp /

hd

d

H lớp /

Số lớp dây quấn sơ cấp :

lớp / SV

N SL

N SL

SL ) e d (

SL

e= 1 1 cđ+ cđ 1 + 2 2 cđ+ cđ 2 (1.27)

e : bề dầy cuộn dây quấn, có tính luôn cách điện giữa các lớp dây quấn

e cđ1 : bề dầy giấy cách điện lớp giữa các lớp dây quấn sơ cấp

e cđ2 : bề dầy giấy cách điện lớp giữa các lớp dây quấn thứ cấp

Thông thường, với máy biến áp 1 pha công suất dưới 50VA, dây quấn sơ cấp có thể quấn không cần cách điện lớp , để tránh làm tăng bề dầy cuộn dây

do giấy cách điện lớp tạo ra Chỉ cần cách điện lớp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp Với công nghệ này, khi thi công cần rãi đều số vòng dây trên mỗi lớp trong quá trình quấn dây; đồng thời phải tẩm cách điện thật kỹ Với các biến áp có công suất lớn hơn từ 100VA trở lên, chúng ta nên dùng cách điện giữa các lớp trong mỗi cuộn dây; bề dầy cách điện lớp phụ thuộc vào khoãng điện áp chênh lệch giữa hai lớp dây quấn Nếu điện áp chênh lệch giữa hai lớp không quá 600V, chúng ta có thể chọn giấy presspahhn độ dầy cách điện khoãng 0,1mm

Kiểm tra lại hệ số lấp đầy tính theo bề dầy choán chỗ của cuộn dây so với bề rộng cửa sổ lõi thép

Trong trường hợp này, nếu không để ý đến bề dầy của khuôn quấn dây, chúng ta có hệ số lắp đầy cửa sổ lỏi thép tính theo bề dầy chóan chỗ của cuộn dây quấn biến áp như sau:

Đến giai đoạn này nếu các số liệu tính toán đã thỏa, chúng ta tiến hành thực hiện sang phần thi công quấn dây biến áp (Thực tập sang bài 2)

1.4 BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC TẬP :

Sau quá trình, tiến hành đo đạc kích thước thực tế của lõi thép; và tính toán chi tiết bộ dây quấn biến áp tại Phòng Thực tập; phần báo cáo kết quả thực tập được thực hiện tại nhà, và nộp lại trong lần thực tập kế tiếp Nội dung yêu cầu báo báo gồm:

Bản tính toán chi tiết số liệu dây quấn ; cách trình bày tương tự như thí dụ tính toán mẫu ( trong phụ lục 1)

Ngoài ra sinh viên cần tính toán thêm các số liệu về khối lượng của từng bộ dây quấn biến áp (Phần tính toán xem phụ lục 2)

Bản báo cáo thực tập, thực hiện theo từng cá nhân hay theo từng tổ được qui định do Thầy hướng dẫn thực tập

2.1 YÊU CẦU THỰC HIỆN :

™ Sinh viên dựa trên số liệu tính toán được trong bài 1; thực hiện thi công bộ dây quấn theo đúng các số liệu này

™ Sau khi quấn xong bộ dây, hoàn tất các công đoạn hàn các đoạn dây ra cho bộ dây sơ và thứ cấp; giữ các đầu dây nối an toàn và chắn chắn

™ Lắp ghép hoàn chỉnh các lá thép vào bộ dây; ghép chặt các lá thép và điều chỉnh nhỏ nhất khe hở không khí trong lỏi thép (giữa các lá thép E và I)

™ Đo dòng điện không tải của máy biến áp và xác định giá trị phần trăm dòng không tải ( I o %)

2.2.MỤC ĐÍCH : Bài thực tập 2 giúp sinh viên nắm vững các vấn đề sau:

™ Phương pháp lắp ghép khuôn quấn dây và lõi gổ vào bàn quấn dây

™ Thực hiện các thao tác ra dây và giữ các đầu ra dây được chắn chắn

™ Dựa theo số liệu số vòng một lớp và số lớp để bố trí các đầu dây ra; thực hiện chuẩn bị giấy cách điện lớp

™ Nắm vững các kỹ thuật hàn nối dây ra, dùng gen bọc cách điện bảo vệ mối hàn; kỹ thuật lắp ghép các lá thép E, I và cuộn dây

™ Đo đạc kiểm tra biến áp sau khi thi công

2.3.NỘI DUNG THỰC TẬP :

Quá trình thực tập tiến hành theo các bước như sau:

BƯỚC 1 : Lắp ráp lõi gỗ và khuôn quấn dây vào bàn quấn

Với các biến áp có công suất nhỏ, đường kính dây quấn nhỏ hơn 0,5mm chúng ta có thể sử dụng các bàn quấn (hay tay quấn dây) có tỉ số truyền động 1/10 hay 1/5 Tỉ số truyền động 1/10 tương ứng với một vòng quay tay bằng

10 vòng quay của trục quấn Tỉ số biến tốc của trục quay tay so với trục quấn dây càng chênh lệch xa, lực căng dây càng tăng , dây quấn càng sát; tuy nhiên với đường kính dây quá nhỏ có khả năng làm đứt dây tại các thời điểm bắt đầu quay, hay tại các thời điểm ngừng quay đột ngột

Với các biến áp có đường kính dây quấn lớn hơn 0,5 mm, chúng ta nên dùng bàn quấn dây có tỉ lệ 1/1 Tốc độ quay càng thấp càng dễ dàng điều chỉnh định hước trong quá trình xếp dây quấn

Hình dạng của một bộ khuôn và lõi gổ sau khi được lắp trên tay quấn trình bày trong hình 2.1

BÀI 02

TAY QUẤN DÂY BOULON VÀ

RONDELLE GIỮ PHÍA TRONG

BOULON VÀ

RONDELLE

GIỮ PHÍA NGOÀI

MÁ CHẬN GIỮ THẲNG HAI MẶT KHUÔN QUẤN DÂY

KHUÔN QUẤN DÂY

HÌNH 2.1 : Khuôn quấn dây sau khi được lắp ghép hoàn chỉnh trên trục của tay quấn dây, sẵn sàng để thi công

Vị trí bắt đầu quấn dây được định vị sao cho:

™ Cần của tay quay bàn quấn nằm ở vị trí thấp nhất

™ Các mép của khuôn quấn dây tại phía ra dây phải được định vị nằm phía trên cùng (xem hình 2.2)

BƯỚC 2 : Giữ các đầu dây ra trước khi bắt đầu quấn dây quấn sơ cấp

Thông thường để thuận lợi cho việc xếp dây quấn, chúng ta thường chọn bộ dây có đường kính nhỏ bố trí bên trong, bộ dây có đường kính lớn hơn được bố trí bên ngoài Thực hiện theo phương pháp này chúng ta tránh gặp hiện tượng làm căng mặt ngoài lớp men cách điện khi dây quấn đi qua các giao tuyến của các mặt phẳng xếp dây; tránh được sự cố làm bong vỡ lớp men cách điện tại các vị trí chuyển hướng trong quá trình chuyển mặt xếp dây quấn

Ngoài ra chúng ta cần chú ý đến vị trí các đầu ra dây của mỗi bộ dây quấn; tạo tính mỹ thuật cho cuộn dây biến áp sau quá trình thi công Hai đầu ra của cùng một bộ dây nên bố trí ra một mặt và xếp cùng phía Chúng ta cần quan tâm giá trị chẳn lẻ của số lớp dây quấn của mỗi cuộn dây Nếu số lớp có giá trị lẻ, hai đầu dây ra thường có khuynh hướng nằm ở hai phía đối nhau, xem hình 2.3, 2.4

Gen bọc cách điện đầu ra dây

Băng vải giữ

đầu ra dây

Các vòng dây quấn đè lên lớp băng vải giữ đầu dây

Tấm băng keo gấp đôi

giữ đầu ra dây

Tấm băng keo thứ hai dán

định vị tấm băng keo thứ

nhứt giữ đầu dây

HÌNH 2.3: Phương pháp giữ các đầu ra, lúc bắt đầu quấn cuộn dây biến áp

Hướng rãi

dây quấn

(khi quấn

lớp thứ 1 )

Vị trí bắt đầu quấn

vòng dây đầu tiên

Vị trí bắt đầu quấn vòng dây đầu tiên

Hướng rãi dây quấn (khi quấn lớp thứ 2)

Vị trí bắt đầu quấn vòng dây đầu tiên

Hướng rãi dây quấn (khi quấn lớp thứ 3)

Vị trí ra đầu dây trên vòng dây cuối cùng HÌNH 2.4 : Vị trí các đầu ra dây khi số lớp của cuộn dây có giá trị lẻ (Hai đầu dây của cuộn dây nằm khác phía)

Với số lớp dây quấn có giá trị lẻ, muốn xếp các đầu dây ra của bộ dây nằmg trên cùng một mặt và xếp cùng phía, ta có thể chọn và thi công theo một trong hai phương án sau:

Chọn trước vị trí ra dây tương ứng cho đầu dây bắt đầu quấn để cả hai đầy ra xếp cùng một phía (xem hình 2.5 và 2.6)

Thực hiện cách ra và quấn dây như vừa trình bày trong hình 2.3 và 2.4

Sau khi hoàn tất quá trình quấn các bộ dây; khi hàn dây ra chúng ta hiệu chỉnh vị trí cho các đầu ra của dây quấn

Hướng rãi

dây quấn

(khi quấn

lớp thứ 1 )

Vị trí bắt đầu quấn

vòng dây đầu tiên

Hướng rãi dây quấn (khi quấn lớp thứ 2)

Hướng rãi dây quấn (khi quấn lớp thứ 3)

Vị trí ra đầu dây trên vòng dây cuối cùng

Gen bọc cho

đầu ra dây

HÌNH 2.5 : Vị trí các đầu ra dây khi số lớp của cuộn dây có giá trị lẻ; sau khi hiệu chỉnh vòng dây đầu tiên để các đầu ra dây xếp cùng phía

Băng keo giữ vòng dây đầu tiên

Vị trí làm cộm lớp dây quấn

HÌNH 2.6: Phương pháp quấn và giữ các đầu ra (lúc bắt đầu quấn cuộn dây biến áp) theo phương pháp trình bày trong hình 2.5

Với phương pháp ra đầu dây theo hình 2.5 và 2.6, dùng hiệu chỉnh hai đầu

ra của cuộn dây xếp cùng mặt và cùng phía (khi số lớp dây quấn lẻ); chúng ta nhận thấy dây quấn sẽ bị cộm ở vị trí cạnh dây ra đầu tiên Như vậy trong quá trình quấn, chúng ta phải sử dụng thêm búa nhựa để gò ép sát dây quấn trong trường hợp đường kính dây quấn lớn hơn 0,7 mm

Trong quá trình sử dụng búa nhựa , chúng ta phải tại lực gò theo phương thẳng góc với mặt phẳng rãi dây quấn, với lực vừa đủ; khi gò phải dùng tay dằn để giữ lực tại điểm tác động

BƯỚC 3 : Phương pháp lót giấy cách điện lớp giữa các lớp dây quấn

Sau khi thực hiện đủ số vòng dây quấn một lớp, trước khi quấn tiếp lớp thứ nhì, chúng ta cần lót giấy cách điện lớp Công dụng của lớp giấy lót cách điện lớp được trình bày như sau:

Tạo lớp đế phẳng để quấn lớp dây kế tiếp, tránh các hiện tượng đùa dây quấn do lực căng của lớp thứ hai tác động lên các vòng dây quấn của lớp đầu tiên (xem hình 2.7)

Với phương pháp lót cách điện lớp có gấp mí biên, vòng dây đầu của lớp thứ nhì được định vị cố định và chống hiện tượng đùa chạy dây quấn Tuy nhiên, nhược điểm của công nghệ này làm tăng bề dầy cuộn dây ở hai phía mép bìa Muốn khắc phục tình trạng này, chúng ta phải:

¾ Dùng độ dầy của giấy cách điện lớp vừa đủ

¾ Độ dầy gấp mí không quá dư

¾ Đồng thời trong quá trình quấn dây chúng ta phải dùng búa nhựa để đánh sát các vòng dây phía lớp giấy gấp mí

Thao tác dùng búa nhựa định hình nên thực hiện liên tục khi quấn được một hay hai lớp; không nên sử dụng phương pháp định hình này khi đã hoàn tất toàn bộ dây quấn ; vì lúc đó chúng ta cần tác dụng lực khá lớn dễ gây hư hỏng lớp men cách điện của dây quấn (tại vị trí tác đụng lực) Điều chú ý khi dùng búa nhựa định hình các mép cuộn dây; chúng ta nên sử dụng thêm một lớp gỗ thẳng và dầy khi tác động lực Thao tác này giúp cho dây quấn khi định hình vẫn giữ hình dạng được thẳng; không bị biến dạng do chịu lực tác dụng cục bộ

BƯỚC 4 : Phương pháp gút giữ đầu ra dây khi hoàn tất cuộn dây quấn

Khi thực hiện quấn còn khoãng mười vòng dây thì đúng giá trị yêu cầu ,

chúng ta dừng lại và bố trí băng vải (hay băng giấy cách điện) để giữ đầu ra

dây Vị trí bố trí băng vải có thể thực hiện ở hai mặt: một ở phía mặt ra dây và một ở phản diện của mặt ra dây , xem hình 2.7

Sau đó, chúng ta tiếp tục quấn tiếp số vòng còn lại, các vòng dây quấn cuối này được quấn đè lên băng vải hay băng giấy giữ đầu dây Khi đến vòng dây cuối cùng, chúng ta ướm đủ độ dài ra dây, dùng kềm cắt đứt đoạn dây quấn tách rời khỏi rouleau dây để ra dây Sau đó luồn qua đầu còn dư của phần băng vải (hay băng giấy); kế tiếp rút sát băng vải (hay băng giấy) để giữ sát và chặt đầu ra dây, xem hình vẽ 2.8

Băng vải hay băng giấy giữ đầu ra dây

Hướng rút băng vải giữ đầu ra dây sát và chặt

HÌNH 2.8: Phương pháp dùng băng vải (hay băng giấy) rút giữ đầu ra dây

BƯỚC 5 : Hoàn chỉnh các đầu ra dây trước khi ghép lỏi thép vào dây quấn

Qui trình thao tác để quấn các bộ dây khác còn lại, thực hiện tương tự theo từng bước đã trình bày như trên Sau khi quấn xong các bộ dây, chúng ta cần hàn các dây mềm nối các đầu dây ra trước khi lắp ghép các lá thép vào bộ dây Trình tự hàn các dây mềm vào các đầu ra dây (của các bộ dây quấn) tiến hành theo các công đoạn như sau:

Cạo sạch lớp men bọc tại các đoạn dây ở đầu ra dây

Xi chì các đầu ra dây

Làm sạch lớp oxid đồng bàm trên đầu đoạn dây mềm cần hàn nối

Nên dùng mã màu cho các dây nối để chúng ta có thể đánh dấu : cực tính của các bộ dây; điện áp định mức

Xoắn dây mềm theo hình xoắn ốc ôm quanh thân đoạn đầu nối cần hàn Hàn chì mối nối, để hơi nguội xỏ gen bọc ôm quanh mối hàn Đoạn gen phải phủ che dư hai đầu mối hàn và che kín mối hàn (xem hình 2.9)

Sắp xếp các đầu ra dây song song, dùng băng keo dán giữ chặt cố định các đầu ra (xem hình 2.10)

Sau cùng dùng giấy cách điện bọc quanh phía ngoài cuộn dây quấn

Vị trí đầu nối cần cạo sạch men,

xi chì trước khi hàn nối

Đoạn dây ra của đầu dây biến

áp (có bọc gen cách điện) Điểm nối dây ra sau khi đã xi và hàn chì

Gen cách điện dùng che mối hàn

gen cách điện che bảo vệ mối hàn nối

HÌNH 2.9: Gen cách điện che phủ mối hàn nối

Sau khi ghép lá thép chữ E xong chúng ta chèn vào các vị trống các lá thép I, số lượng lá thép chữ I chèn vào mỗi vị trí phải bằng số thép E đang có tại

vị trí đó

Sau khi, đã ghép các lá thép E và I vào cuộn dây, chúng ta dùng búa đóng sát các lá thép E và I gần lại với nhau, làm giãm thấp khe hở không khí Khi tác động lực để dồn sát các lá thép E, I, chúng ta nên đặt toàn bộ biến áp lên một tấm gổ phẳng, sau đó dùng búa tác động lực lên mặt trên lỏi thép Nên tác động lực lên lỏi thép thông qua lớp gỗ trung gian, không nên tác động lực trực tiếp lên lỏi thép Trong quá trình tác động lực dồn sát các lá thép, ta nên thay đổi mặt (trở mặt) được tác dụng lực

Sau khi ghép hoàn chỉnh lõi thép vào cuộn dây, dùng Ohm kế kiểm tra lại cách điện giữa cuộn dây với lõi thép; cách điện giữa các bộ dây với nhau; kiểm tra tính liên lạc giữa các vòng dây trong từng bộ dây quấn

Cấp nguồn điện vào dây quấn sơ cấp, đo dòng điện không tải và kiểm tra điện áp ra trên thứ cấp; kiểm tra lại tỉ số biến áp

3.1 YÊU CẦU THỰC HIỆN :

™ Sinh viên thực hiện phương pháp đo các kích thước cơ bản của lõi thép stator động cơ cảm ứng 3 phase; từ đó áp dụng phương pháp tính toán theo từng bước yêu cầu sau đây để tính toán số liệu dây quấn stator

™ Số liệu tính toán dây quấn phải đầy đủ các thông số sau: Số vòng dây quấn (phía sơ cấp và thứ cấp); đường kính dây quấn (dây trần) và đường kính dây tính đến lớp men (émail) cách điện bọc xung quanh Khối lượng dây quấn

™ Khi tính toán, chúng ta cần vẽ sơ đồ khai triển dây quấn stator; dây quấn sử dụng là loại dây quấn một lớp đồng khuôn tập trung hay đồng khuôn phân tán đơn giản

3.2.MỤC ĐÍCH : Bài thực tập 3 giúp sinh viên nắm vững các vấn đề sau:

™ Aùp dụng phương pháp tính toán dây quấn stator theo lý thuyết vào một lỏi thép động cơ có sẵn

™ Giúp sinh viên hiểu rõ ý nghĩa của các thông số tính toán nêu trong ly ùthuyết như : Mật độ từ thông qua khe hở không khí, mật độ từ thông qua răng và gông stator; ý nghĩa của hệ số dây quấn, hệ số lấp đầy

™ Dựa vào thông số tính toán theo lý thuyết cho dây quấn, chúng ta thực hiện phương pháp tính toán chu vu khuôn dùng quấn các bối và các nhóm bối dây

3.3.NỘI DUNG THỰC TẬP :

Quá trình thực tập tiến hành theo các bước như sau:

BƯỚC 1 : Đo các kích thước tiêu chuẩn của lõi thép stator động cơ

Các kích thước cần xácđịnh bao gồm:

• Đường kính trong của lỏi thép stator (D t )

• Bề dầy lỏi thép stator (L) ; bề dầy lỏi thép stator đo theo phương hướng trục và trừ đi các khoảng hở không khí thông gió bố trí ngang trục (nếu có)

• Bề dầy gông stator (b g ) ; đây là phần bề dầy lỏi thép stator xác định từ đáy của rãnh stator đến chu vi ngoài của lỏi thép stator, xác định tại vị trí hẹp nhất

• Bề dầy răng stator (b r ) : đo trên thân răng stator ở vị trí hẹp nhất

• Tổng số rãnh stator (Z)

• Hình dạng và kích thước rãnh stator; thông thường rãnh stator có hai dạng: rãnh hình thang hay rãnh ovalle (quả lê)

Trong hình 3.1, chúng ta mô tả các kích thước trên lỏi thép stator cần xác định theo yêu cầu trên

BÀI 03

HÌNH 3.2 : Các dạng rãnh stator

BƯỚC 2 : Tính toán số liệu dây quấn stator.

Trong bước tính toán này chúng ta cần xác định thêm:

Sơ đồ đấu nối dây quấn stator

Điện áp định mức nguồn cung cấp tương ứng với sơ đồ đấu dây

Tốc độ quay của động cơ, hay số cực từ 2p, có thể ước lượng giá trị số cực tối thiếu theo quan hệ

g

t

D ).

5 , 0 4 , 0 ( p

Trong đó:

• αδ : hệ số cung cực từ, tính đến dạng phân bố từ trường dướng mội khoảng cực từ, giá trị này phụ thuộc vào sự bão hòa của lỏi thép

Khi tính toán sơ bộ ta chọn giá trị αδ = 0,7

τ : giá trị của bước cực từ ; được xác định theo quan hệ sau:

p 2

D t

π

• Tích số (τ.L) : diện tích của một cực từ

Tại bước 3 này , ta chỉ cần thế các giá trị bằng số của τ , L và αδ vào (3.2) để xác lập độ lớn của từ thông Φ m theo giá trị Bδ

Xác lập quan hệ của mật độ từ thông qua gông stator (B g ) với một độ từ thông (hay từ cảm) tại khoảng hở không khí ( Bδ )

Từ hình 3.3, ta thành lập quan hệ giửa từ thông qua gông với mật độ từ thông trên gông

L

bg

Từ thông qua gông stator Diện tích gông stator

HÌNH 3.3: Mô hình từ thông qua gông stator

Ngoài ra , từ thông qua gông stator chỉ bằng nửa giá trị từ thông qua mỗi cực từ của stator, chúng ta xác định quan hệ sau theo lý thuyết:

δ

δ τ

α B b 2

B

Với quan hệ (3.5) chúng ta chỉ cần thế các giá trị bằng số của τ , b g và αδ

vào (3.5) để xác lập giữa B g theo giá trị Bδ

Xác lập quan hệ của mật độ từ thông qua răng stator (B r ) với một độ từ thông (hay từ cảm) tại khoảng hở không khí ( Bδ )

Trong hình (3.4) chúng ta trình bày phân bố từ thông qua mỗi răng stator; giả sử không hình thành sự bảo hòa trên răng; tức không có từ thông tản trên

Theo lý thuyết ta có:

Từ thông qua gông

=

Diện tích gông stator

x

Mật độ từ thông qua gông

Gọi:

Φg : Từ thông qua gông

B g : mật độ từ thông (từ cảm) qua gông stator

(L.b g ) : diện tích của gông stator Suy ra:

g g

g =( b L ) B

răng, từ thông qua chân răng và đầu răng có giá trị bằng nhau Với giả thiết này chúng ta xác định được quan hệ giửa mật độ từ thông trên răng với mật độ từ thông tại khe hở không khí Quan hệ này không phụ thuôc vào bề dầy L của lỏi thép stator

tr

STATOR

ROTOR

TỪ THÔNG TẠI CHÂN RĂNG

TỪ THÔNG TẠI ĐẦU RĂNG

br

TỪ THÔNG

QUA RĂNG

MẬT ĐỘ TỪ THÔNG TẠ

I KHE HỞ KHÔNG KHÍ

HÌNH 3.4: Phân bố từ thông trên một

răng của stator

( )t L Bδ

B L b r đầurăng

r r chânrăng

.

).

(

=Φ

=Φ

(3.6) Khi từ thông qua răng bảo toàn, ta có quan hệ:

đầurăng chânrăng =Φ

Theo lý thuyết chúng ta suy ra:

Từ (3.6) và (3.7) suy ra:

δ

π B b Z

D , B

Ta có thể thực hiện bước tính này theo một trong hai phương pháp :

¾ Lập bảng trị số mô tả quan hệ giửa các giá trị : (B r ); (B g ); (Bδ )

¾ Dựa theo các quan hệ xác định theo (3.5); (3.8) và các giá trị mật độ từ thông tối đa cho phép tại các vị trí gông (B g max ) và răng (B r max ) để xác định giá trị mật độ từ thông tại khe hở không khí Bδ Từ đó, suy ra gí trị của từ thông cực đại qua một cực từ (Φ m )

Theo một số tài liệu thiết kế máy điện, giá trị tối đa cho phép của mật độ từ thông phân bố trên gông và răng stator được cho trong các bảng số liệu sau:

Theo lý thuyết ta có:

Từ thông qua chân răng

=

Diện tích chân răng

x

Mật độ từ thông qua răng Tại đầu răng ta có:

Từ thông qua đầu răng

=

Diện tích tại đầu răng

x

Mật độ từ thông

ở khe hở không khí

BẢNG 1 : Giá trị tối đa cho phép Bg max theo cấp công suất định mức Pđm

Bg max [T] 1,3 đến 1,5 1,2 đến 1,5 1,1 đến 1,5 1 đến 1,4 BẢNG 2 : Giá trị tối đa cho phép Br max theo cấp công suất định mức Pđm

Br max [T] 1,8 đến 2 1,4 đến 1,8 1,4 đến 1,6 1,3 đến 1,5

Trong trường hợp tính toán sơ bộ, chúng ta có thể chọn giá trị B gmax = 1,3T và giá trị B r max = 1,5T

BƯỚC 7: Chọn kết cấu dây quấn stator, xây dựng sơ đồ dây quấn và tính hệ số dây quấn K dq

BƯỚC 8: Xác định tổng số vòng cho mỗi pha dây quấn (N pha )

Gọi N pha là tổng số vòng của một pha dây quấn, chúng ta sử dụng quan hệ sau để tính tóan:

m dq s

đmpha E

pha 4 K f K

U K N

¾ K s : hệ số dạng sóng từ thông phân bố tại khe hở không khí ; khoảng giá trị của

K s được xác định tương thích theo hệ số αδ

Với từ thông phân bố hoàn toàn sin theo vị trí không gian giửa stator và rotor

ta có giá trị : αδ = 0,637 và K s = 1,11

Với từ thông phân bố không hoàn toàn sin, ta có khoảng giá trị của αδ và K s

như sau:

09 , 1 đến 07 , 1 K

715 , 0 đến 7 , 0

τ .L [cm2] 15 đến 50 50 đến 100 100 đến 150 150 đến 400 Trên 400

KE 0,75 đến

0,86 0,86 đến 0,9 0,9 đến 0,93

0,93 đến 0,95

0,95 đến 0,97

Sau khi xác định tổng số vòng pha N pha , căn cứ theo tồng số bối dây chứa trong một pha dây quấn, chúng ta suy ra tổng số vòng của một bối dây N b :

pha 1 / dây bối số Tổng

HÌNH 4.5: Kích thước các dạng rãnh

Theo lý thuyết thiết kế máy điện, hệ số lấp đầy K lđ được định nghĩa như sau:

rãnh tích Diện

rãnh trong quấn dây của chỗ choán diện

tiết Tổng

Ta có thể ghi lại như sau:

r

cđ b r

s N u n

Trong quan hệ (3.15), ta có:

• n : số sợi chập (khi thi công quấn dây)

• u r : số cạnh tác dụng bố trí trong một rãnh; với dây quấn một lớp u r = 1 ; với dây quấn hai lớp u r = 2

• s cđ : tiết diện của một sợi dây quấn có tính luôn lớp men (émail) cách điện Đơn vị đo [s cđ ]=[mm 2 ]

• S r : tiết diện rãnh, [S r ]=[mm 2 ]

Theo tiêu chuẩn thiết kế, giá trị của hệ số lấp đầy K lđ cho trong bảng sau:

• Với rãnh hành thang, tiết diện rãnh được xác định:

h 2

d d

d h 2

d d

HÌNH DẠNG RÃNH Loại dây quấn K lđ

r lđ

cđ n u N

S K

mm 5 , 0 d

Điều chỉnh giá trị tính được từ (3.18) đúng tiêu chuẩn chế tạo của đường kính dây đồng Việc điều chỉnh này làm thay đổi hệ số lấp đầy xác định ban đầu,

ta cần tính toán kiểm tra lại K lđ sau khi hiệu chỉnh đường kính dây quấn

BƯỚC 10: Chọn mật độ dòng điện ( J ) ,xác định dòng điện định mức qua mỗi pha dây quấn, suy ra công suất định mức của động cơ

Giá trị mật độ dòng điện J [A/mm 2 ] thường được xác định theo các tiêu chuẩn sau:

• Cấp cách điện và chịu nhiệt của vật liệu cách điện và dây điện từ dùng trong động cơ

• Điều kiện thông gió của động cơ

• Cấp công suất định mức động cơ

• Chế độ làm việc của động cơ: liên tục dài hạn, liên tục ngắn hạn, ngắn hạn có lập lại hay ngắn hạn không lập lại

QUAN HỆ J THEO CÔNG SUẤT ĐỊNH MỨC ĐỘNG CƠ

P đm [KW] Lớn hơn 100KW 100KW đến 10KW 10KW đến 1KW Nhỏ hơn 1KW

J [ A/mm 2 ] 3 đến 5 4 đến 5,5 5 đến 6 6 đến 8

Bảng giá trị này đươc xác định khi cách điện thuộc cấp A hay E

¾ Với vật liêu các điện cấp A, nhiệt độ làm việc tối đa cho phép tại điểm nóng nhất là 105°C

¾ Với vật liêu các điện cấp E, nhiệt độ làm việc tối đa cho phép tại điểm nóng nhất là 115°C