Giáo Trình Máy Điện Trường Cao Đẳng Nghề Cần Thơ.pdf

1 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang[.]

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Máy điện” biên soạn dựa chương trình đào tạo mơ đun Máy điện dành cho hệ Cao đẳng Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề Cần Thơ ban hành nhằm trang bị cho học sinh sinh viên kiến thức loại máy điện Giáo trình thực với tham gia giảng viên khoa Điện trường Cao đẳng nghề Cần Thơ thực Chúng xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu trường Cao đẳng nghề Cần Thơ giảng viên góp nhiều cơng sức để nội dung giáo trình hồn thành Giáo trình thiết kế theo mơ đun thuộc hệ thống mơ đun/mơn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cấp trình độ Cao đẳng dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo Sau học xong mơ đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp môn học, mô đun khác nghề Mặc dù cố gắng, song sai sót khó tránh Chúng tơi mong nhận ý kiến phê bình, nhận xét bạn đọc để giáo trình hồn thiện Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Trần Thanh Tú Phạm Bỉnh Tiến MỤC LỤC Trang Lời giới thiệu Mục lục Bài 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Những khái niệm chung máy điện Vật liệu dùng máy điện Tính thuận nghịch máy điện Bài 2: MÁY BIẾN ÁP .11 Cơ sở lý thuyết 11 Thực hành quấn dây máy biến áp pha cỡ nhỏ 31 Bài 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 55 Khái niệm chung máy điện không đồng 55 Cấu tạo máy điện không đồng ba pha 56 Từ trường máy điện không đồng 57 Nguyên lý làm việc máy điện không đồng 60 Tổn hao, hiệu suất momen quay động điện không đồng 65 Mở máy động không đồng ba pha 68 Điều chỉnh tốc độ động 72 Đấu dây, vận hành động 74 Động không đồng pha 80 10 Dây quấn động không đồng 86 11 Quấn lại dây stato động không đồng 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 148 GIỚI THIỆU MƠ ĐUN Tên mơ đun: MÁY ĐIỆN Mã mơ đun: MĐ15 Vị trí tính chất mơ đun: - Vị trí: Mơ đun học sau mơn học An tồn lao động, Mạch điện mơ đun Đo lường điện - Tính chất: Là mơ đun chuyên môn nghề Mục tiêu mô đun Kiến thức: - Mô tả cấu tạo, nguyên lý loại máy điện - Vẽ sơ đồ dây quấn máy điện Kỹ năng: - Tính tốn thơng số kỹ thuật máy điện - Quấn số máy điện như: máy biến áp pha cỡ nhỏ, động điện pha, động điện ba pha Năng lực tự chủ trách nhiệm: - Rèn luyện tinh chủ động, sáng tạo, có trách nhiệm với nghề nghiệp Nội dung mô đun Bài 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Mã bài: MĐ15-01 Giới thiệu: Trong tự nhiên ln có chuyển hóa lượng từ dạng sang dạng khác Điện dạng lượng cần thiết sản xuất giữ vai trò định cho phát triển kinh tế lĩnh vực điện khí hố, tự động hóa cơng nghiệp… Trong máy điện sử dụng rộng rãi, máy điện biến thành điện ngược lại Trong tìm hiểu khái niệm chung định luật điện từ dùng máy điện Mục tiêu: Sau học xong người học có khả năng: - Phân biệt khác loại máy điện hoạt động theo cấu tạo, theo nguyên lý hoạt động, theo loại dòng điện… - Giải thích q trình phát nóng làm mát máy điện theo nguyên tắc hoạt động định luật điện - Phát biểu định luật điện từ dùng máy điện - Phân tích tính thuận nghịch máy điện Nội dung: Những khái niệm chung máy điện 1.1 Định nghĩa Máy điện thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép) mạch điện (các dây cuốn), dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại biến đổi điện thành (động điện), dùng để biến đổi thông số điện biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha v.v… Máy điện thường gặp nhiều công nghiệp, giao thông vận tải, sản xuất đời sống 1.2 Phân loại Máy điện có nhiều loại, có nhiều cách phân loại máy điện, số cách thường gặp: - Phân loại theo chuyển động tương đối phận máy, máy điện chia làm loại: + Máy điện tĩnh: Là loại máy máy điện mà phận máy khơng có chuyển động tương đối ví dụ: Máy biến áp + Máy điện quay: Là loại máy máy điện mà cấu tạo có phận chuyển động quay Loại có nhiều thành viên, ví dụ: máy phát điện, động điện - Phân loại theo dòng điện gắn với máy, máy điện chia làm loại: + Máy điện chiều: Là loại máy máy điện mà dịng điện gắn với dòng chiều + Máy điện xoay chiều: Là loại máy máy điện mà dịng điện gắn với dòng xoay chiều (Trong loại này, phân thành máy điện pha, máy điện pha ) - Phân loại theo theo quan hệ tốc độ quay rotor tốc độ từ trường quay, máy điện chia làm loại: + Máy điện đồng bộ: Là loại máy điện có tốc độ quay rotor tốc độ từ trường quay + Máy điện không đồng bộ: Là loại máy điện có tốc độ quay rotor khác tốc độ từ trường quay - Phân loại theo theo công dụng máy: + Máy gọi tên theo cơng dụng Ví dụ: Máy phát điện, động điện, máy biến áp, máy dịch pha, máy phát tỷ lệ tốc độ Trong giáo trình ta phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi luợng sau: a Máy điện tĩnh Máy điện tĩnh làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ biến thiên từ thông cuộn dây khơng có chuyển động tương Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện Do tính chất thuận nghịch quy luật cảm ứng điện từ, q trình biến đổi có tính thuận nghịch Ví dụ máy biến áp biến đổi hệ thống điện có thơng số U1, f thành hệ thống điện có thơng số U2, f ngược lại biến đổi hệ thống điện U2, f thành hệ thống điện có thơng số U1, f ( Hình 1-1) Hình 1.1 b Máy điện có phần động (quay chuyển động thẳng) Nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, từ trường dịng điện cuộn dây có chuyển động tương gây Loại máy điện thường dùng để biến đổi dạng lượng, ví dụ biến đổi điện thành (động điện) biến đổi thành điện (máy phát điện) Q trình biến đổi có tính thuận nghịch (hình 1.2) nghĩa máy điện làm việc chế độ máy phát điện hoắc động điện Trên hình 1.3 vẽ sơ đồ phân loại loại máy điện thường gặp Hình 1.2 1.3 Các định luật điện từ dùng máy điện a Định luật cảm ứng điện từ Thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường (đó trường hợp thương gặp máy phát điện) dẫn cảm ứng sức điện động e, có trị số là: e = Blv (1-3) Trong đó: B: Cường độ từ cảm đo T (Tesla) l: Chiều dài hiệu dụng dẫn (phần dẫn nằm từ trường) đo m v: Tốc độ dẫn đo m/s Chiều sức điện động cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình 1.5) Hình 1.5 b Định luật lực điện từ Khi dẫn mang dịng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường (đó trường hợp thường gặp động điện), dẫn chịu lực điện từ tác dụng, có trị số là: F = Bil (1-4) Trong đó: B - Cường độ từ cảm đo T i - Dòng điện đo A l - Chiều dài hiệu dụng dẫn đo m F - Lực điện từ đo N (Newton) Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1.6) Vật liệu dùng máy điện Hình 1.6 2.1 Vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo phận dẫn điện Bộ phận dẫn điện dùng máy điện tốt đồng chúng khơng đắt có điện trở suất nhỏ Ngồi cịn dùng nhơm hợp kim khác đồng thau, đồng phốt Để chế tạo dây quấn ta thường dùng đồng thứ yếu nhôm Dây đồng dây nhôm chế tạo theo tiết diện tròn chữ nhật, có bọc cách điện khác sợi vải, sợi thủy tinh, giấy, nhựa hóa học, sơn êmay Với máy điện cơng suất nhỏ trung bình, điện áp 700V thường dùng êmay lớp cách điện dây mỏng, đạt độ bền yêu cầu Đối với phận khác vành đổi chiều, lồng sóc vành trượt, ngồi đồng, nhơm, người ta cịn dùng hợp kim đồng nhơm, có chỗ dùng thép để tăng độ bền học giảm kim loại màu 2.2 Vật liệu dẫn từ Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo phận mạch từ, người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ: thép thường, thép đúc, thép rèn Gang dùng, dẫn từ khơng tốt Ở ngồi mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50H z thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,35 - 0,5mm, thành phần thép có từ 2-5% Si (để tăng điện trở thép, giảm vịng điện xốy) Ở tần số cao hơn, dùng thép kỹ thuật điện dày 0,1 - 0,2mm Tổn hao công suất thép trường từ trễ dịng điện xốy đặc trưng suất tổn hao Thép kỹ thuật điện chế tạo theo phương pháp cán nóng cán nguội Hiện với máy biến áp máy điện cơng suất lớn thường dùng thép cán nguội có độ từ thẩm cao công suất tổn hao nhỏ loại cán nóng Ở đoạn mạch từ có từ trường không đổi, thường dùng thép đúc, thép rèn thép 2.3 Vật liệu cách điện Vật liệu cách điện dùng để cách ly phận dẫn điện không dẫn điện, cách ly phận dẫn điện với Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm bền học Độ bền vững nhiệt chất cách điện bọc dây dẫn, định nhiệt độ cho phép dây định tải Nếu tính chất cách điện cao lớp cách điện mỏng kích thước máy giảm Chất cách điện máy điện chủ yếu thể rắn, gồm nhóm: a) Chất hữu thiên nhiên giấy, vải lụa b) Chất vô amiăng, mica, sợi thủy tinh c) Các chất tổng hợp d) Các loại men, sơn cách điện Chất cách điện tốt mica, song tương đối đắt nên dùng máy điện có điện áp cao Thơng thường dùng vật liệu có sợi giấy, vải, sợi v.v Chúng có độ bền tốt, mềm, rẻ tiền dẫn nhiệt xấu, hút ẩm, cách điện Do dây dẫn cách điện sợi phải sấy tẩm để cải thiện tính vật liệu cách điện Căn vào độ bền nhiệt, vật liệu cách điện chia nhiều loại: - Vật liệu cách điện cấp A: Gồm bông, tơ, giấy chất hữu tương tự tẩm dầu cách điện dây dẫn sợi êmay Nhiệt độ cho phép chúng khoảng 90o - 105oC - Vật liệu cách điện cấp B: Gồm sản phẩm mica, amiăng, sợi thủy tinh, nhiệt độ cho phép từ 105o - 140oC - Vật liệu cách điện cấp E: Là trung gian cấp A B Vật liệu cách điện cấp E cấp H vật liệu cách điện chịu nhiệt cao Ngồi cịn có chất cách điện thể khí (khơng khí, khinh khí) thể lỏng (dầu máy biến áp) 2.4 Vật liệu kết cấu Vật liệu kết cấu vật liệu để chế tạo chi tiết chịu tác động học trục, ổ trục, vỏ máy, lắp máy Trong máy điện, vật liệu kết cấu thường gang, thép lá, thép rèn, kim loại màu hợp kim chúng, chất dẻo Tính thuận nghịch máy điện Nguyên lý làm việc máy điện dựa sở định luật cảm ứng điện từ Sự biến đổi lượng máy điện thực thông qua từ trường Để tạo từ trường mạnh tập trung người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ Ở máy biến áp mạch từ lõi thép đứng yên, máy điện quay mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: quay đứng yên cách khe hở Theo tính chất thuận nghịch định luật cảm ứng điện từ máy điện làm việc chế độ máy phát điện động điện Hình 1.12 Nguyên tắc cấu tạo làm việc máy phát điện Đưa vào phần quay máy điện làm việc chế độ máy phát: Máy điện chiều gồm khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây phiến góp quay quanh trục với vận tốc không đổi từ trường hai cực nam châm vĩnh cửu Theo định luật cảm ứng điện từ dẫn cảm ứng lên sức điện động: e = B.l.v (V) (1-11) Trong đó: B: Từ cảm nơi dẫn quét qua (T) L: Chiều dài dẫn từ trường (m) V: Tốc độ dài dẫn (m/s) Nếu mạch ngồi khép kín qua tải sức điện động khung dây sinh mạch ngồi dịng điện chạy từ A đến B Máy làm việc chế độ máy phát điện biến thành điện Máy làm việc chế độ động điện: Khi cho điện áp chiều U vào hai chổi điện A B (dương A âm B), khung dây abcd có dịng điện Khung dây abcd có điện nằm từ trường chịu tác dụng lực điện từ (xác định theo quy tắc bàn tay trái), sinh mômen làm quay khung dây Khi phần ứng quay nửa vịng, vị trí dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau, có phiến góp đổi chiều dịng điện, nên chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo chiều quay khung dây (tức rôto) không đổi Khi rôto quay, dẫn rôto cắt từ trường cảm ứng sđđ Eư Chiều sđđ xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động cơ, chiều sđđ Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện động Hình 1.13 Nguyên tắc cấu tạo làm việc động Phương trình cân điện áp động điện chiều là: U = Eư + IưRư * Hoạt động xưởng trường Khảo sát loại máy điện tĩnh có xưởng trường Thực khảo sát máy điện tĩnh theo bước sau: - Bước 1: Xác định kiểu loại máy, ghi nhận: - Bước 2: kiểm tra ghi nhận thông tin máy điện áp, tần số, loại dòng điện, số pha, chế độ làm việc: Khảo sát loại máy điện quay có xưởng trường Thực khảo sát máy điện quay theo bước sau: - Bước 1: Xác định kiểu loại máy, ghi nhận: - Bước 2: kiểm tra ghi nhận thông tin máy điện áp, tần số, loại dòng điện, số pha, chế độ làm việc: Khảo sát tính thuận nghịch máy điện có xưởng trường Thực khảo sát máy điện theo bước sau: - Bước 1: chuẩn bị động DC, ghi nhận thông số động cơ: - Bước 2: cấp nguồn, ghi nhận thơng số dịng điện, điện áp, cơng suất động : - Bước 3: cấp nguồn sơ cấp, ghi nhận thơng số dịng điện, điện áp, cơng suất phát : Trọng tâm cần ý - Phân loại máy điện - Vật liệu chế tạo - Các phương trình điện từ - Tính thuận nghịch máy điện Các tập mở rộng nâng cao - Thực khảo sát chế độ động – máy phát máy điện Yêu cầu đánh giá kết học tập 1: Nội dung - Về kiến thức: trình bày phân loại máy điện, phương trình điện từ, phát nóng máy điện - Về kỹ năng: phân loại máy điện - Về lực tự chủ trách nhiệm: kỹ đảm bảo an toàn cho người thiết bị, vệ sinh công nghiệp Phương pháp - Về kiến thức: đánh giá hình thức kiểm tra trắc nghiệm, kiểm vấn đáp - Về kỹ năng: sử dụng thành thạo dụng cụ, thiết bị đo kiểm Đo kiểm thông số theo yêu cầu - Về lực tự chủ trách nhiệm: kỹ đảm bảo an toàn cho người thiết bị, vệ sinh công nghiệp 10 0,5 0,23 0,22 0,19 0,14 0,09 0,00 KTra Klđ 0,23 0,36 0,41 0,43 0,43 0,36 Klđ max 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 Ước lượng khối lượng dây quấn Xác định thông số KL : bề dài đầu nối bối dây tính giửa hai rãnh liên tiếp 𝜋𝛾(𝐷𝑇 + ℎ𝑟 ) 𝐾𝐿 = 𝑍 Chu vi khuôn dây quấn xác định theo quan hệ sau: CV=2(KL.y+L’) CV3=2(KL.y+L’)=2(12,41.3+61+10)=216,46mm=21,6cm chọn Cv5=22cm CV5=2(KL.y+L’)=2(12,41.5+61+10)=266,1mm=26,61cm chọn Cv5=27cm CV7=2(KL.y+L’)=2(12,41.7+61+10)=315,6mm=31,56cm chọn Cv7=32cm CV9=2(KL.y+L’)=2(12,41.9+61+10)=365,2mm=36,52cm chọn Cv9=37cm CV11=2(KL.y+L’)=2(12,41.11+61+10)=415mm=41,5cm chọn Cv11=42cm Khối lượng pha Wpha chính= 2(Wbối3 +Wbối7+Wbối7+Wbối9+ Wbối11) =2.1,15.8,9.(3,14.0,72/4)(N3.CV3 + N5.CV5+ N7.CV7+ N9.CV9+ N11.CV11).10-2 =2.1,15.8,9.(0,385).(31.22+49.27+63.32+74.37+79.42).10-2 =794g Wpha p= 2(W’bối3 +W’bối5+W’bối7+W’bối9+ W’bối11) =2.1,15.8,9.(3,14.0,552/4).(N’3.CV3+N’5.CV5+N’7.CV7+N’9.CV9+N’11.CV11) 10-2 =2.1,15.8,9.(0,2374)(37.22+58.27+76.32+89.37+95.42).10-2 =588g WĐC=Wpha chính+ Wpha phụ =794+588=1382g (xấp xỉ dây quấn VD 9) VD 15 : Tính tốn dây q́n mất số liệu động pha kiểu sin 5/4 có số liệu bảng dưới, biết rãnh hình lê, động dùng tụ thường trực (VD1) Z DT(mm) L(mm) br(mm) bg(mm) d1(mm) d2(mm) h(mm) 24 61 45 3,9 14 4,9 7,5 12 Tương tự VD 14, ta có tổng số vịng cuộn chạy Chọn npha chính=592 vịngSố vịng/nhóm= npha chính/2=592/2=296 vịng 𝜃 𝑁.𝑠𝑖𝑛 2𝑖 Tỉ lệ số vịng tính VD 5: B=3,7; 𝑁𝑖 = 𝐵 N1=30,6; N2= 48,6; N3= 63,2; N4= 73,6; N5= 79,2 vòng Làm tròn số: N1=30; N2= 49; N3= 63; N4= 74; N5= 79 vòng Số vòng pha phụ: chọn Nphụ=1,2Nchính=1,2.296=355,2 chọn 354 vịng 𝜃′ 𝑁′.𝑠𝑖𝑛 𝑖 Hệ số B’ với số bối pha phụ bối: B’=3,32 𝑁′𝑖 = 𝐵′ Tỉ lệ bối pha phụ: N’1=65; N’2= 85; N’3= 99; N’4= 106 𝑆 Tính tổng diện tích dây quấn: 𝐾𝑙𝑑 = 𝑆𝑑𝑞 𝑟 Pha có nhóm, nhóm có bối với bước y=3,5,7,9,11 Pha phụ có nhóm, nhóm có bối với bước y’=5,7,9,11 Ta xem dây quấn lớp có chung cạnh đề chạy, sơ chọn hệ số klđ=0,4 cho rãnh chứa bối nhiều pha chạy pha đề để tính đường kính dây dẫn, sau kiểm tra lại Kld toàn rãnh phải