Giáo trình máy điện (nghề điện tử công nghiệp trình độ cao đẳng)

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 mơ đun Máy điện giáo trình mơ đun chương trình đào tạo nghề điện tử cơng nghiệp trình độ Cao đẳng biên soạn theo nội dung chương trình khung ban hành năm 2021 Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu nhất, có ví dụ tập áp dụng để làm sáng tỏ lý thuyết Nhóm biên soạn dựa kinh nghiệm giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp tham khảo nhiều giáo trình có để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Giáo trình tài liệu giảng dạy tham khảo tốt cho ngành thuộc lĩnh vực điện dân dụng, điện cơng nghiệp, khí cán vận hành sửa chữa máy điện Nội dung giáo trình biên soạn với lượng thời gian đào tạo 45 gồm có: Bài 01 MĐ13-01: Tính tốn quấn dây máy biến áp cách ly Bài 02 MĐ13-02: Tính tốn quấn dây máy biến áp tự ngẫu Bài 03 MĐ13-03: Tính toán quấn dây máy biến áp xung Trong trình sử dụng giáo trình, tùy theo yêu cầu khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiến thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học củng cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hoàn thiện Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Ngọc Đăng Khoa Phạm Bỉnh Tiến MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC BÀI 1: TÍNH TỐN VÀ QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY Tổng quan máy biến áp cách ly .6 1.1 Khái niệm 1.2 Đặc điểm biến áp cách ly 1.3 Ứng dụng Quấn dây máy biến áp cách ly 2.1 Xác định thơng số tạo máy biến áp 2.2 Cơng thức xác định diện tích lõi sắt cần quấn .7 2.3 Tính số vòng dây quấn 2.4 Tính dịng tải tiết diện sơ cấp thứ cấp Thực hành 10 BÀI 2: TÍNH TỐN VÀ QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU 13 Tổng quan máy biến áp tự ngẫu .13 1.1 Khái niệm 13 1.2 Ứng dụng 13 Quấn dây máy biến áp tự ngẫu .14 2.1 Chuẩn bị lỏi thép 15 2.2 Làm má gỗ 15 2.3 Thực quấn dây .15 2.4 Ráp lõi thép từ (vô phe) 15 2.5 Đo kiểm tra thông số máy biến áp .15 2.6 Vận hành 16 Thực hành 16 BÀI 3: TÍNH TỐN VÀ QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP XUNG 18 Tổng quan máy biến áp xung 18 1.1 Khái niệm 18 1.2 Đặc điểm biến áp xung 18 1.3 Ứng dụng 19 Quấn dây máy biến áp xung 19 2.1 Tính cơng suất dịng sơ cấp 19 2.2 Tính số vịng dây 19 2.3 Tính kích cỡ dây 19 Thực hành 20 BÀI THAM KHẢO 21 Khái niệm chung máy điện không đồng 21 Cấu tạo động không đồng ba pha 21 2.1 Stato 21 2.2 Rôto: Rôto phần quay gồm lõi thép, dây quấn (Thanh dẫn) trục máy 22 2.3 Khe hở 23 Từ trường máy điện không đồng 23 3.1 Từ trường đập mạch dây quấn pha 23 3.2 Từ trường quay 23 3.3 Đặc điểm từ trường quay 25 Nguyên lý làm việc máy điện không đồng 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: MÁY ĐIỆN Mã mơ đun: MĐ 13 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơ đun bố trí dạy sau học xong mơn An tồn lao động, Điện kỹ thuật học sau môn chuyên môn nghề như: Điều khiển lập trình cỡ nhỏ, Điều khiển điện khí nén, Robot cơng nghiệp, SCADA… - Tính chất: Là mơ đun sở bắt buộc chương trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ cao đẳng - Ý nghĩa vai trị mơ đun: Là môn học sở Sau học xong mô đun này, người học cung cấp kiến thức máy điện thông dụng Vẽ sơ đồ máy điện Tính tốn thơng số kỹ thuật máy điện Quấn số máy điện như: máy biến áp cách ly, máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp xung Mục tiêu Mô đun: Sau học xong mơ đun học viên có lực - Về kiến thức: Trình bày cấu tạo nguyên lý số máy điện thông dụng Trình bày bước tính tốn quấn dây máy điện - Về kỹ năng: Quấn dây số máy điện thông dụng - Về lực tự chủ trách nhiệm: Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác an tồn vệ sinh cơng nghiệp Nội dung mô đun Số TT Tên mơ đun Bài 01: Tính tốn quấn dây máy biến áp cách ly Tổng quan máy biến áp cách ly 1.1 Khái niệm 1.2 Đặc điểm biến áp cách ly 1.3 Ứng dụng Quấn dây máy biến áp cách ly 2.1 Xác định thông số tạo máy biến áp 2.2 Cơng thức xác định diện tích lõi sắt cần quấn 2.3 Tính số vịng dây quấn 2.4 Tính dịng tải tiết diện sơ cấp thứ cấp Thực hành Kiểm tra Bài 02: Tính tốn quấn dây máy Thời gian (giờ) Thực hành, Lý Tổn thí nghiệm, thuyế g số thảo luận, t tập 16 1 2 12 16 Kiể m tra 9 1 Số TT Thời gian (giờ) Thực hành, Lý Tổn thí nghiệm, thuyế g số thảo luận, t tập Tên mô đun biến áp tự ngẫu Tổng quan máy biến áp tự ngẫu 1.1 Khái niệm 1.2 Ứng dụng Quấn dây máy biến áp tự ngẫu 2.1 Chuẩn bị lỏi thép 2.2 Làm má gỗ 2.3 Thực quấn dây 2.4 Ráp lõi thép từ (vô phe) 2.5 Đo kiểm tra thông số máy biến áp 2.6 Vận hành Thực hành Kiểm tra Bài 03: Tính tốn quấn dây máy biến áp xung Tổng quan máy biến áp xung 1.1 Khái niệm 1.2 Đặc điểm biến áp xung 1.3 Ứng dụng Quấn dây máy biến áp xung 2.1 Tính cơng suất dịng sơ cấp 2.2 Tính số vịng dây 2.3 Tính kích cỡ dây Thực hành Cộng: 1 2 12 13 1 1 11 45 15 Kiể m tra 10 10 28 BÀI 1: TÍNH TOÁN VÀ QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY Mã MĐ13-01 Giới thiệu: Máy biến áp sử dụng hầu hết lĩnh vực đời sống, Máy biến áp biến áp tăng áp, hạ áp Tùy theo mục đích sử dụng mà có nhiều loại máy có thơng số kỹ thuật khác Biến áp cách ly loại biến áp có cuộn dây sơ cấp cuộn dây thứ cấp ghép với từ, không ghép điện, nên cách biệt độc lập điện (các cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp rời nhau) Mục tiêu: - Trình bày cấu tạo nguyên lý máy biến áp cách ly - Tính tốn quấn dây máy biến áp cách ly - Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Tổng quan máy biến áp cách ly 1.1 Khái niệm Máy biến áp sử dụng hầu hết lĩnh vực đời sống, Máy biến áp biến áp tăng áp, hạ áp Tùy theo mục đích sử dụng mà có nhiều loại máy có thơng số kỹ thuật khác Biến áp cách ly loại biến áp có cuộn dây sơ cấp cuộn dây thứ cấp ghép với từ, không ghép điện, nên cách biệt độc lập điện (các cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp rời nhau) Trong biến áp cách ly, điện áp xoay chiều sơ cấp vào cuộn sơ cấp sinh từ trường biến thiên Theo định luật cảm ứng điện từ Faraday, xuất sức điện động cảm ứng cuộn thứ cấp Tùy vào chênh lệch số vòng dây cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp mà có tương quan điện áp khác nhau, tăng hay hạ (so với điện áp sơ cấp) Hình 1.1: Máy biến áp cách ly 1.2 Đặc điểm biến áp cách ly Bất kỳ điểm cuộn thứ cấp (cuộn hạ áp) có hiệu điện so với mặt đất, nên ta không bị điện giật chạm người vào hạ áp hay vỏ thiết bị Cuộn dây sơ cấp (các) cuộn dây thứ cấp có đường đặc tính Volt-ampère khác Hiệu truyền công (truyền lượng hay thông tin) cuộn dây sơ cấp cuộn dây thứ cấp độ hỗ cảm định 1.3 Ứng dụng Với đặc trưng mặt cấu tạo nguyên lý vận hành, với đặc điểm cách điện biến áp cách ly mà thường sử dụng việc chống nhiễu chống giật Và loại máy sử dụng cơng việc có địi hỏi độ an toàn cao, Một số ứng dụng biến áp cách ly đời sống thường ngày bạn thấy được: Dùng cho tủ điện cao thế, hạ trạm biến áp Sử dụng cấp nguồn bo mạch điện tử, nguồn xung Sử dụng tủ điều khiển cho hệ thống máy móc cơng nghiệp Dùng để lọc sóng hài từ thiết bị khác hệ thống điện Dùng để chống sock điện từ nguồn điện có cường độ dịng điện cao Dùng phổ biến hệ thống âm thanh, audio Với đặc điểm bát kỳ điểm cuộn thứ cấp so với mặt đất có hiệu điện nên có khả chống giật nên vây biến áp cách ly sử dụng mơi trường ẩm ướt, khơng khí có độ ẩm cao dùng phịng thí nghiệm thường xun tiếp xúc với điện Thợ sửa chữa bo mạch điện tử nên sử dụng biến áp cách ly Các nguồn DC,AC có điện áp thấp mức định mức 220V Thông thường, sản phẩm máy biến áp cách ly không sử dụng nhiều dân dụng sử dụng nhiều công nghiệp Quấn dây máy biến áp cách ly Ví dụ: Cần máy biến áp pha có cơng suất 240VA cách ly có điện áp vào 220V, điện áp 24V Vậy cần lõi sắt nào, số vòng dây bao nhiêu, tiết diện dây loại dây nào? 2.1 Xác định thơng sớ tạo máy biến áp Thông số điện vào sơ cấp (UVào) : Điện vào biến áp bao nhiều Volt Thông số điện thứ cấp (URa : Điện đầu biến áp bao nhiều Volt Công suất máy biến áp (P): Cơng suất máy thường tính KVA, Ampe (A), KW Chuẩn bị: Tính Lõi thép vng sắt (Fe) Silic loại E-I lớn nhỏ theo công suất máy: Để tính lõi sắt ta cần tính tiết diện tích lõi sắt phải phù hợp với cơng suất máy chọn lõi sắt có diện tích phù hợp ta tính theo cơng thức thực nghiệm sau Đây công thức áp dụng với tần số điện 50Hz Việt Nam để xác định diện tích lõi sắt cần quấn theo cơng suất 2.2 Cơng thức xác định diện tích lõi sắt cần quấn P = (K x η x S2)/14000 Trong đó: P công suất máy biến áp (VA) η hệ số hiệu suất cốt lõi sắt K Hệ số hở từ thông lõi thép ( Các thép xếp lại với ln có đường hở ) S diện tích lõi sắt cần quấn (mm2) Bảng 1.1: Bảng tra hệ số hiệu suất lõi sắt silic hệ số hở từ thông Hệ số hở Hệ số hiệu suất Vật liệu lõi (K) (η) Lá thép E có bề dầy 0.35mm 0.93 0,84 Lá thép E có bề dầy 0.5mm 0.9 0.82 Lá thép bị han rỉ lồi lõm 0.8 0.8 Từ cơng thức ta tính diện tích diện tích lõi sắt biến áp cách cần quấn sau, S2= (P x 14000)/(K x η) => S = √S2 Với thị trường Việt Nam thường có loại Fe tơn Silic có độ dầy 0,5mm nên ta chọn hệ số K = 0,9, hệ số η = 0,82 Với ví dụ đầu ta có cơng suất máy P = 240VA tính diện tích cần tìm lõi sắt sau S2= (P x 14000)/(K x η) = (240 x 14000)/ (0.9 x 0,82)= 4,552,846 mm2 Lấy bậc S2 ta tìm S có diện tích S= 2133mm2 = 21,3cm2 Như hình ta thấy diện tích S tính chiều rộng a Fe chiều Dầy b lõi S = a x b Với diện tích cần quấn 21,3cm2 từ chọn Fe có diện tích a= 4, b = phù hợp với công suất Hình 1.2: Lõi sắt chữ I,E Chọn lõi sắt Fe phù hợp với cơng suất máy 240VA diện tích 21,3cm2, có a =4cm, b= 5cm phù hợp Lưu ý: Khi tính diện tích lõi sắt S cần quấn cho biến áp ta khơng thiết phải chọn loại Fe có diện tích phải xác 100%, Do chọn số tương đối gàn Như ví dụ ta tính diện tích lõi sắt cần quấn cho cơng suất 240VA 21,3cm2 Do ngồi thị trường có Fe có diện tính lõi cố định nên ta chọn loại có rộng a = 4cm, b = 5cm phù hợp Hoặc có Fe có diện tích lõi tương đương ta chọn loại Từ lấy a x b = S Tìm S = a x b = x = 20cm2 Lõi cách điện nhựa giấy cách điện phải phù hợp với chiều dài rộng Fe Silic chọn có diện tích lõi Hình 1.3: Lõi cách điện nhựa 2.3 Tính sớ vịng dây quấn Sau tìm Fe có cơng suất phù hợp bạn cần tính số vịng dây tiết diện dây cần quấn.Để xác định số vòng dây quấn ta phải biết điện áp đầu vào điện áp đầu cần lấy N/V số vòng volt N1 số vòng dây quấn cuộn dây sơ cấp N2 số vịng dây quấn dây thứ cấp Tính số vịng/ vol ( N/V theo cơng thức sau N/V = F/S Trong F hệ số từ thẩm Fe đước sử dụng mặc định từ 36 đế 50 Tùy loại Fe có độ từ tính cao hay thấp mà chọn hệ số bất kỳ, Fe tốt chọn hệ số thấp, sử dụng hệ số từ thẩm F= 45 với loại Fe thông dụng thị trường Việt Nam S diện tích Fe tính (cm2) ==> Số vịng vol tính N/V = 45/20= 2,2 ( Vậy cần 2,2 vòng volt) Vậy: Số vòng dây quấn thứ cấp N1 = 220V x 2,2 = 495 vòng, Số vòng quận thứ cấp : N2 = 24V x 2,2 = 52,8 vịng 2.4 Tính dịng tải tiết diện sơ cấp thứ cấp Bảng 1.2: Bảng tính dịng tải A (Ampe /milime vng tiết diện dây) loại dây đồng Ta có cơng thức công suất điện pha: P = U x I = U1 x I1 = U2 x I2 Trong đó: P cơng suất máy biến áp (240VA) U1: Điện áp đầu vào sơ cấp (220V) U2: Điện áp đầu thứ cấp (24V) I1: Dòng tải sơ cấp I2: Dòng tải thứ cấp => I1 = 240/220 = 1.09A, I2 = 240/24= 10A Vậy dòng tả đầu vào sơ cấp 1.09A, dòng tải đầu thứ cấp 10A Ở Việt Nam số nước Nhật, Đài Loan họ thường tính 3A/mm2 tiết diện dây quấn ( 3A/mm2 tiêu chuẩn cao làm biến áp bạn nên chọn 5A/mm2 ) Bạn dựa vào bảng tính Fushin.com.vn giúp bạntính tốn sẵn dịng tải loại dây đồng có đường kính khác mà chọn loại dây phù hợp Như ví dụ tra mật độ chịu tải tốt dây đồng tương đương 3A/mm2 tiết diện dây (3 Ampe mili vuông tiết diện dây) với dịng tải đầu vào (sơ cấp) 1.09A chọn dây có đường kình 0,7mm Dịng tải đầu (Thứ cấp) 10A chọn dây có đường kính 2.0mm Từ thơng số tính tốn ta có thơng số kỹ thuật máy biến áp sau Lõi sắt Fe có bề rộng Fe 4cm, độ dày 5cm Số vòng Sơ cấp: 495 vòng, Số vòng dây thứ cấp 52,8 vòng Tiết diện dây sơ cấp có đường kính 0.7mm, Dây thứ cấp có đường kính 2.0mm 10 BÀI 2: TÍNH TỐN VÀ QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU Mã MĐ13-02 Giới thiệu: Máy biến áp tự ngẫu (đôi gọi máy biến áp tự động giảm áp) máy biến áp điện có cuộn dây Tiền tố "tự động (auto)" (là tiếng Hy Lạp từ "self") đề cập đến cuộn dây hoạt động khơng có loại cấu tự động Trong biến áp tự ngẫu, phần cuộn dây hoạt động hai phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp Ngược lại, máy biến áp thơng thường có cuộn dây sơ cấp thứ cấp riêng biệt mà không nối điện Mục tiêu: - Trình bày cấu tạo nguyên lý máy biến áp tự ngẫu - Tính toán quấn dây máy biến áp tự ngẫu - Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Tổng quan máy biến áp tự ngẫu 1.1 Khái niệm Biến áp tự ngẫu, hay có tên gọi khác biến tự ngẫu, tên tiếng Anh Autotransformer dạng máy dùng để tăng áp giảm áp dải điện áp 110 - 115 - 120V điện áp dải 220 - 230 - 240V So sánh máy biến áp tự ngẫu máy biến áp thường thấy điểm khác biệt lớn loại máy cấu tạo có cuộn dây đảm nhiệm chức cuộn sơ cấp thứ cấp Điều khiến cho nguyên lý hoạt động máy biến áp tự ngẫu khác biệt so với loại máy biến áp thơng thường Hình 2.1: Máy biến áp tự ngẫu 1.2 Ứng dụng - Truyền tải phân phối điện Biến áp tự ngẫu thường sử dụng ứng dụng nguồn để kết nối hệ thống hoạt động lớp điện áp khác nhau, ví dụ để truyền tải 132 kV đến 66 kV Một ứng dụng khác ngành công nghiệp để thích nghi với máy móc xây dựng (ví dụ) cho nguồn 480 V để hoạt động nguồn cung cấp 600 V Chúng thường sử dụng để cung cấp chuyển đổi hai dải điện áp nước phổ biến giới (100 V-130 V 200 V-250 V) Các liên kết 13 mạng lưới 'Super Grid' 400 kV 275 kV Anh thường biến áp tự ngẫu ba pha với nhánh có đầu trung tính chung Trên đường dây phân phối điện nông thôn dài, biến áp tự ngẫu đặc biệt với thiết bị thay đổi đầu tự động lắp vào ổn áp, cho khách hàng đầu xa dịng nhận điện áp trung bình gần với nguồn Tỷ số biến đổi biến áp tự ngẫu bù cho sụt áp dọc đường Một dạng đặc biệt biến áp tự ngẫu gọi zig zag sử dụng để nối đất cho hệ thống ba pha mà khơng có kết nối với mặt đất Một biến áp zig-zag cung cấp đường dẫn cho phổ biến cho ba giai đoạn (được gọi dòng điện thứ tự không) - Hệ thống âm Trong ứng dụng âm thanh, biến áp tự ngẫu sử dụng để thích ứng với loa với hệ thống phân phối âm điện áp khơng đổi, cho thích ứng trở kháng micrô trở kháng thấp đầu vào khuếch đại trở kháng cao - Đường sắt Trong ứng dụng đường sắt, thường dùng để cung cấp điện cho đoàn tàu mức 25 kVAC Để tăng khoảng cách điểm trung chuyển lưới điện, chúng xếp để cung cấp nguồn cấp 25-0-25 kV chia pha với dây thứ ba (pha ngược lại) tầm với khung lấy điện đầu tàu điện Điểm V nguồn cung cấp kết nối với đường ray điểm 25 kV kết nối với dây tiếp xúc cao Ở khoảng cách khoảng 10 km, biến áp tự ngẫu liên kết cách nối dây tiếp xúc với đường sắt đến nguồn cấp thứ (ngược pha) Hệ thống làm tăng khoảng cách truyền dẫn sử dụng, giảm nhiễu gây cho thiết bị bên ngồi giảm chi phí Một biến thể đơi nhìn thấy nơi nguồn cấp điện áp khác với dây tiếp xúc với tỉ số biến áp tự ngẫu thay đổi thích hợp - Khởi động động biến áp tự ngẫu Autotransformers sử dụng phương pháp khởi động mềm cho động cảm ứng điện từ Một thiết kế tiếng khởi động khởi động Korndörfer Quấn dây máy biến áp tự ngẫu Tính tốn dây quấn kiểu tự ngẫu cho máy biến áp có lõi thép kiểu E, I theo sơ đồ (như hình vẽ) với yêu cầu sau: Hình 2.2: Hình dạng sơ đồ máy biến áp tự ngẫu Khi tính tốn MBA tự ngẫu thực tương tự MBA cách li ý điểm sau: + Khi tính số vịng cuộn thứ cấp khơng sử dụng hệ số hiệu chỉnh Ch 14 + Dòng điện đoạn dây chung cuộn sơ cuộn thứ cấp hiệu dòng điện sơ cấp thứ cấp 2.1 Chuẩn bị lỏi thép Làm vệ sinh lỏi thép (nếu lỏi thép cũ), lau chùi sữa chữa lại thép ngắn 2.2 Làm má gỗ Cưa miếng gỗ dẹp, mỏng làm má gỗ, khoan lỗ tâm lắp vào phía khn, đặt lên trục quay dây quấn 2.3 Thực quấn dây Lắp khuôn gỗ, má gỗ lên trục quay dây quấn, dùng đai ốc siết chặt lại Định vị đầu dây quấn vào má gỗ Đầu vào đầu bố trí tránh cửa sổ lõi thép Cuộn dây sơ cấp phía cuộn dây thứ cấp phía bên Thứ tự điện áp tăng dần từ trái sang phải để khơng nhầm lẫn Đủ số vịng dây, đến đầu dây phải lấy xếp dọc dây quấn theo chiều ngang dây Dây quấn cuộn sơ cấp nhỏ cho đầu dây gập lại 2-3 lần, dùng dây lớn hàn vào quấn vài vịng lõi đưa ngồi Đến đầu dây cuối gấp đơi miếng băng vải giấy, quấn dây 4-5 vòng/vải, luồn đầu dây kéo băng vải để giữ chặt đầu dây Khi quấn cuộn dây sơ cấp thứ cấp phải thực cách điện biến áp cách li, điện áp chênh lệch lớp dây sơ cấp lớn 20V phải cách điện Quấn xong lấy khuôn khỏi trục máy quấn bọc cách điện 2-3 lớp, tháo khuôn gỗ Hàn nối cuộn dây, quấn dây có nối, phải đưa mối nối phía ngồi cuộn dây để hàn 2.4 Ráp lõi thép từ (vô phe) Vô thép vào cuộn dây quấn Vô phe chữ E hay chữ U trước ngược chiều Lắp phe chữ I vào khe để nối liền với phe chữ E hay chữ U xen kẽ Để tránh chạm vỏ, vô phe phía ngồi trước, sau chêm phe cuộn dây 2.5 Đo kiểm tra thông số máy biến áp Kiểm tra chất lượng Thử cách điện, cuộn dây sơ cấp, thứ cấp, vỏ Đo điện áp có tải, khơng tải Đo dịng điện có tải khơng tải Thử độ gia nhiệt Thử khả chịu tải Lưu ý: Kiểm tra không tải MBA + Nhiệt độ khơng nóng q 40 0C + Êm, khơng có tiếng kêu rè + Khơng bị chập mạch cuộn dây + Điện áp với thiết kế Kiểm tra có tải: + Máy khơng q nóng 15 + Khơng rung, rè, khơng có tiếng kêu + Điện áp trị số thiết kế Tẩm sấy Kiểm tra chất lượng đạt yêu cầu, tiến hành sấy nóng tẩm vecni cách điện - Vật liệu tẩm cách điện: Véc ni tự nhiên nhân tạo; chất nhựa cách điện, sơn cách điện - Trình tự tẩm sấy: + Sấy khơ cuộn dây 600C khoảng + Ngâm vào chất cách điện nóng 500C + Lấy ra, sấy khô 70 →750C 2.6 Vận hành Sử dụng Variac cấp nguồn cho máy biến áp (chỉnh điện áp chuẩn 220V) Sử dụng VOM đo áp khơng tải (phía thứ cấp), sử dụng Ampere kẹp đo dịng khơng tải (phía sơ cấp) Đấu tải định mức vào cuộn thứ cấp máy biến áp Sử dụng VOM đo áp tải, sử dụng Ampere kẹp đo dòng (sơ cấp thứ cấp) Thực hành Các bước thực tháo lắp bảo dưỡng máy điện Bước 1: Xác định thông số máy biến áp Bước 2: Tính số vịng dây Bước 3: Tính dịng tải tiết diện sơ cấp thứ cấp Bước 4: Tiến hành quấn dây máy biến áp Bước 5: Đo kiểm Sinh viên thực Thực trình tự theo bước cơng việc nêu điền kết vào bảng sau: BƯỚC BƯỚC BƯỚC BƯỚC BƯỚC Sinh viên đánh dấu “X” vào bước thực Công việc đánh giá “Đạt” tất bước công việc đánh dấu Những nội dung cần ý bài: - Trình bày bước thực quấn dây máy biến áp - Thực hành quấn dây biến áp theo yêu cầu kỹ thuật Bài tập mở rộng nâng cao Bài 1: Tính tốn quấn biến áp tự ngẫu pha với điện áp vào 220V, điện áp 12V 5V với dịng 300mA Bài 2: Tính tốn quấn biến áp tự ngẫu pha với điện áp vào 220V, điện áp 5V, 9V, 12V 24V với dòng 500mA Yêu cầu đánh giá kết học tập - Nội dung: + Kiến thức: Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy biến áp tự ngẫu Trình bày bước thực tính tốn thơng số cần thiết để quấn máy biến áp tự ngẫu + Kỹ năng: Tính tốn thông số cần thiết quấn máy biến áp tự ngẫu 16 + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp - Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ thực hành lắp bảng điện theo yêu cầu cụ thể + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Quan sát sinh viên trình học tập để đánh giá cụ thể sinh viên 17 BÀI 3: TÍNH TỐN VÀ QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP XUNG Mã MĐ13-03 Giới thiệu: Biến áp xung có cơng dụng bảo vệ mạch điều khiển, cách ly mạch tiristor mạch điều khiển, nên có cố mạch tiristor bên cao áp không ảnh hưởng đến mạch điều khiển Biến áp xung sử dụng điều kiện làm việc tần số cao mà biến áp thường khơng thể thay Mục tiêu: - Trình bày cấu tạo nguyên lý máy biến áp xung - Tính tốn quấn dây máy biến áp xung - Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Tổng quan máy biến áp xung 1.1 Khái niệm Khái niệm biến áp xung thiết bị điện tử phổ biến truyền tải điện Nó sử dụng để biến đổi xung điện áp cường độ xung Giúp chuyển đổi lượng với hiệu suất cao Trong thực tế, biến áp bên xạc điện thoại máy tính dùng biến áp Nhưng có thêm băm xung tần số cao Nếu sử dụng xoay chiều dùng triac băm xoay chiều, cịn dùng chiều đưa chiều băm Trong trường hợp dùng vi điều khiển mạch xung số Theo lý thuyết, máy biến áp bình thường hạ áp xuống ½ dịng tăng gấp đơi nên cơng suất VA không đổi Nhưng khả chịu tải máy biến áp thấp nên thường có cơng suất thấp Cịn với biến áp có vịng dây tiết diện dây lớn hơn, lại kết hợp với băm nên cho công suất nhỏ gọn nhẹ Hình 3.1: Máy biến áp xung 1.2 Đặc điểm biến áp xung Giống biến áp thông thường nay, biến áp xung bao gồm cuộn dây quấn lõi từ, điểm khác sử dụng lõi chất liệu Ferit thay lõi thép điện thơng biến áp thường Mặc dù có kích thước với biến áp thường biến áp xung lại cho mức công suất lớn nhiều lần 18 Không vậy, dải tần hoạt động biến áp xung cao khả hoạt động tốt biến áp thường hoạt động mức dải tần thấp Về loại biến áp hoạt động giống biến áp thường, khác chỗ dòng điện dòng xung cao (trên KHz) Biến áp xung cộng tín hiệu xung, biến đổi cực tính xung lọc vỏ thành phần chiều dịng điện Loại biến áp làm tăng biên độ điện áp dòng điện mà giữ dạng xung không bị méo lúc ban đầu 1.3 Ứng dụng Loại biến áp có cơng dụng bảo vệ mạch điều khiển, cách ly mạch tiristor mạch điều khiển Nên có cố mạch tiristor bên cao áp không ảnh hưởng đến mạch điều khiển Được sử dụng điều kiện làm việc tần số cao mà biến áp thường thay Được sử dụng phổ biến hệ thống truyền tải điện Các biến áp bên xạc điện thoại máy tính sử dụng biến áp có thêm băm tần số cao Quấn dây máy biến áp xung Ví dụ: Muốn quấn biến có điện nguồn 12 volt, điện 110volt dòng thứ cấp Ampere Sử dụng sắt ferrit có lỏi diện tích 1cm Tần số 1000Hezt Tính cở dây, số vịng sơ thứ cấp 2.1 Tính cơng suất dịng sơ cấp Cơng suất cuộn thứ cấp là:110 volt x1 Ampere = 110Watt Công suất cuộn sơ cấp phải lớn >110 Watt chọn 150 Watt Nguồn 12 volt dịng sơ cấp I = 150watt/12volt = 12.5 Ampere 2.2 Tính sớ vịng dây Thay trị số vào cơng thức ta có N = 2.25vòng /volt Thứ cấp quấn :110 volt x 2.25 vòng=2253vòng Sơ cấp quấn :12 volt x2.25 vòng =27vòng 2.3 Tính kích cỡ dây Cơng thức chọn kích cở dây: D (mm) = sqrt(A) / (2) A dòng điện sơ cấp thứ cấp Thay giá trị vào công thức (2) cở dây thứ cấp sqrt(1) / = 1/2 = 0.5 (mm) Thay giá trị vào công thức (2) cở dây sơ cấp sqrt(12.5)/2 = 3.53/2 = 1.76 (mm) Lưu ý: Nếu số vòng cuộn sơ cấp nhiều tổng trở cuộn dây lớn làm dịng I nhỏ, (Transistor khơng đạt dịng I mong muốn) dẫn đến kết cơng suất thứ cấp không đạt Trường hợp phải giảm số vòng sơ cấp tăng điện nguồn Ngược lại số vịng cuộn sơ cấp q tổng trở cuộn dây nhỏ làm dòng I lớn dẫn đến kết Transistor bị nóng Trường hợp phải tăng số vòng sơ cấp giảm điện nguồn * Kinh nghiệm quấn biến áp xung công suất < 300W - Số vịng dây: chưa thấy có số vịng sơ cấp > 68 vịng trung bình 48 50 vịng - Số vịng thứ cấp theo cơng thức tính: u1/u2= n1/n2 u1: áp sơ cấp; u2: áp thứ cấp; n1: số vòng sơ cấp; n2: số vịng thứ cấp - Một số biến áp có khe hở khoảng 1/4(mm) nửa lõi Ferit.(BA nguồn Flyback) 19 - Nếu dịng thứ cấp cao dùng đồng để quấn - Trung bình dịng 10(A) dây quấn tiết diện cần khoảng 1(mm2) - Cứ sau lớp dây quấn lớp cách điện, tẩm sơn cách điện - Quấn chặt tay, quấn vịng lõi, khơng để chồng chéo lên (quấn không chặt hoạt động chạy kêu) - Sau lớp quấn nên quấn lớp cách điện - Ba cho nguồn xung ý chiều quấn phải (không chạy điện áp mong muốn - công suất thấp) - Cuộn (sơ cấp, thứ cấp) có dịng cao quấn sau, lớp ngoài, tản nhiệt tốt Thực hành Các bước thực tháo lắp bảo dưỡng máy điện Bước 1: Xác định thông số máy biến áp Bước 2: Tính số vịng dây Bước 3: Tính dịng tải tiết diện sơ cấp thứ cấp Bước 4: Tiến hành quấn dây máy biến áp Bước 5: Đo kiểm Sinh viên thực Thực trình tự theo bước công việc nêu điền kết vào bảng sau: BƯỚC BƯỚC BƯỚC BƯỚC BƯỚC Sinh viên đánh dấu “X” vào bước thực Cơng việc đánh giá “Đạt” tất bước công việc đánh dấu Những nội dung cần ý bài: - Trình bày bước thực quấn dây máy biến áp - Thực hành quấn dây biến áp theo yêu cầu kỹ thuật Bài tập mở rộng nâng cao Bài 1: Tính tốn quấn biến áp xung có điện nguồn volt, điện 12 volt dòng thứ cấp 300 mili Ampere Sử dụng sắt ferrit có lỏi diện tích 1cm2 Tần số 1000Hezt Bài 2: Tính tốn quấn biến áp xung có điện nguồn 12 volt, điện volt dòng thứ cấp 500 mili Ampere Sử dụng sắt ferrit có lỏi diện tích 1cm Tần số 1000Hezt Yêu cầu đánh giá kết học tập - Nội dung: + Kiến thức: Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy biến áp xung Trình bày bước thực tính tốn thơng số cần thiết để quấn máy biến áp xung + Kỹ năng: Tính tốn thông số cần thiết quấn máy biến áp xung + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp - Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ thực hành lắp bảng điện theo yêu cầu cụ thể + Năng lực tự chủ trách nhiệm: Quan sát sinh viên trình học tập để đánh giá cụ thể sinh viên 20 BÀI 4: BÀI THAM KHẢO Khái niệm chung máy điện không đồng Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ có tốc độ quay rôto n khác với tốc độ quay từ trường n Máy điện khơng đồng có dây quấn: dây quấn stato (sơ cấp), với lưới điện tần số không đổi f1, dây quấn rôto (thứ cấp) n1 tắt lại khép kín điện trở Dịng điện dây quấn rơto sinh nhờ sức điện động cảm ứng có tần số phụ f2 phụ thuộc vào rôto; nghĩa phụ thuộc vào tải trục máy Cũng máy điện quay khác, máy điện khơng đồng có tính thuận nghịch, nghĩa làm việc chế độ động điện chế độ máy phát điện Cấu tạo động không đồng ba pha Máy điện khơng đồng gồm phận sau: Hình 4.1: Cấu tạo máy điện pha 2.1 Stato Stato phần tĩnh gồm phận lõi thép dây quấn Ngồi cịn có vỏ máy, nắp máy Hình 4.2: Cấu tạo stato máy điện pha Lõi thép Lõi thép ép vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ Lõi thép stato hình trụ thép kỹ thuật điện dập rãnh bên ghép lại với tạo thành rãnh theo hướng trục Vì từ trường qua lõi thép từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi thép làm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ép lại Mỗi thép có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm hao tổn dịng xốy gây nên Dây quấn 21 Dây quấn stato làm dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ) đặt rãnh lõi thép Kiểu dây quấn, hình dạng cách bố trí dây quấn trình bày chi tiết sau: Vỏ máy Vỏ máy làm nhôm gang dùng để cố định lõi thép dây quấn cố định máy bệ Không dùng để làm mạch dẫn từ Đối với máy có cơng suất tương đối lớn (1000kw) thường dùng thép hàn lại thành vỏ Tùy theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ khác nhau: Kiểu vỏ hở, vỏ bảo vệ, vỏ kín hay vỏ phịng nổ… Hai đầu vỏ có nắp máy ổ đỡ trục Vỏ máy nắp máy cịn dùng để bảo vệ máy 2.2 Rơto: Rơto phần quay gồm lõi thép, dây quấn (Thanh dẫn) trục máy Hình 4.3: Cấu tạo Roto lồng sóc Roto dây quấn Lõi thép Nói chung người ta sử dụng thép kỹ thuật điện stato Lõi thép ép trực tiếp lên trục máy lên giá rơto máy Phía ngồi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn Dây quấn rơto Có loại chính: Rơto lồng sóc rơto dây quấn - Loại rơto kiểu dây quấn: Rơto có dây quấn giống dây quấn stato Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng lớp bớt đầu dây nối, kết cấu dây quấn rôto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha rơto thường đấu hình sao, ba đầu nối vào ba rãnh trượt thường làm đồng đặt cố định đầu trục thơng qua chổi than đấu với mạch điện bên Đặc điểm loại động điện rơto kiểu dây quấn thơng qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện roto để cải thiện tính mở máy, điều chỉnh tốc độ cải thiện hệ số công suất máy Khi máy làm việc bình thường, dây quấn rơto nối ngắn mạch - Loại roto kiểu lồng sóc: Kết cấu loại dây quấn khác so với dây quấn stato Trong rãnh lõi thép rôto đặt vào dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi thép nối tắt lại đầu vành ngắn mạch đồng hay nhôm làm thành lồng mà người ta quen gọi lồng sóc Ở máy cơng suất nhỏ, lồng sóc chế tạo cách đúc nhôm vào rãnh lõi thép roto tạo thành nhơm đầu đúc vịng ngắn mạch cánh quạt làm mát Dây quấn roto lồng sóc khơng cần cách điện với thép Để cải thiện tính mở máy, máy công suất tương đối lớn, rãnh roto làm thành rãnh sâu làm thành rãnh lồng sóc 22 (rãnh lồng sóc kép) Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh roto thường làm chéo góc so với tâm trục Động lồng sóc loại phổ biến giá thành rẻ làm việc bảo đảm Động roto dây quấn có ưu điểm mở máy điều chỉnh tốc độ, song giá thành cao vận hành kém, tin cậy roto lồng sóc nên dùng động roto lồng sóc khơng đáp ứng yêu cầu truyền động 2.3 Khe hở Vì roto khối tròn nên khe hở Khe hở máy điện khơng đồng nhỏ (0,2÷1mm máy điện cỡ vừa nhỏ) để hạn chế dòng điện từ hố làm cho hệ số cơng suất máy cao Hình 4.4: Khe hở Từ trường máy điện không đồng 3.1 Từ trường đập mạch dây quấn pha Từ trường đập mạch dây quấn pha: từ trường có phương khơng đổi, song trị số chiều biến đổi theo thời gian Để cụ thể ta xét hình vẽ Hình 3.5: Từ trường dây quấn pha 3.2 Từ trường quay Như hình vẽ Các dây quấn AX,BY,CZ, đặt ;lệch không gian góc 1200 Gỉa sử pha dây quấn có dịng điện ba pha đối xứng Chạy qua iA=ImSint 23 iB=ImSin(ωt-120) iA=ImSin(ωt-240) Hình 3.6: Dạng song dịng điện pha Quy ước dịng điện vào có chiều từ đầu đến cuối pha có dấu (+) giữa, từ cuối tới đầu pha ký hiệu dấu (-) Xét từ trường thời điểm khác Hình 3.7: Từ trường quay máy điện pha + Thời điểm pha ωt=90 (hình 8a): pha A có cực đại dương, dòng điện pha C,B, âm Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ dòng điện sinh ra, Từ trường tổng có cực S cực N hình 8a Trục từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha A pha có dịng điện cực đại Thời điểm pha t=90+120 (hình 8b): 1/3 chu kỳ, dòng điện pha B lúc cực đại dương, dòng điện pha A,C âm Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ dòng điện sinh ra, Từ trường tổng có cực S cực N hình 8b 24 Trục từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha B pha có dịng điện cực đại Ta thấy từ trường tổng quay góc 120 so với trường hợp + Thời điểm pha ωt=90+240 (hình 8c): Là thời điểm chậm sau thời điểm đầy 2/3 chu kỳ, dòng điện pha C lúc cực đại dương, dòng điện pha A,B âm Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ dòng điện sinh ra, Từ trường tổng có cực S cực N hình 8c Trục từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha C pha có dịng điện cực đại Ta thấy từ trường tổng quay góc 240 so với trường hợp đầu Qua phân tích ta thấy từ trường tổng dòng điện pha từ trường quay 3.3 Đặc điểm từ trường quay - Tốc độ quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f số đôi cực p n= 60 f ( vong/ phut ) P - Chiều quay từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha dòng điện - Biên độ từ trường quay 3 Φ= Φ A mSin ωt= Φ pha m 2 Nguyên lý làm việc máy điện không đồng Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý làm việc máy điện khơng đồng Khi ta cho dịng điện ba pha tần số f vào dây quấn stato, tạo từ trường n= 60 f ( vong/ phut ) P quay p đôi cực, quay với tốc độ Từ trường quay cắt dẫn dây quấn rơto, cảm ứng sdd, dây quấn rơto nối ngắn mạch, nên sdd sinh dòng điện dẫn rôto, lực tác dụng tương hỗ rôto máy vời từ trường dẫn rôto, kéo rôto quay chiều từ trường với tốc độ n Nếu rôto quay với tốc độ n, từ trường quay với tốc độ n tốc độ quay rôto nhỏ từ trường quay n2 Vì có tốc độ khơng có chuyển động tương đối, dây quấn rơto khơng có sdd dịng điện cảm ứng, lực điện từ không Độ trênh lệch tốc độ quay rôto từ trường quay gọi n2 n2=n1-n 25 s= n2 = n 1−n n1 n1 Hệ số trượt: Khi rôto đứng yên n=0,hệ số trượt s=1, rôto quay tốc độ động n=n1 (1−s)= 60 f (1−s)(vong / phut ) P Điều kiện dự thi kết thúc mơ đun - Điều kiện để hồn thành mơ đun để dự thi kết thúc mô đun: + Người học tham dự 70% thời gian học lý thuyết đầy đủ học tích hợp, học thực hành, thực tập + Điểm trung bình chung điểm kiểm tra đạt từ 5,0 điểm trở lên theo thang điểm 10; + Người học có giấy xác nhận khuyết tật theo quy định hiệu trưởng xem xét, định ưu tiên điều kiện dự thi sở sinh viên phải bảo đảm điều kiện điểm trung bình điểm kiểm tra + Số lần dự thi kết thúc mô đun theo quy định khoản Điều 13 Thông tư 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13 tháng năm 2017 - Điều kiện để công nhận, cấp chứng nhận đạt mô đun đào tạo: Người học công nhận cấp chứng nhận đạt mơ đun có điểm trung bình mơ đun theo thang điểm 10 đạt từ 4.0 trở lên 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 [2] Công nghệ chế tạo máy điện máy biến áp - Nguyễn Đức Sĩ, NXB giáo dục Hà Nội 1995 [3] Máy điện 1, Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội [4] Hướng dẫn sử dụng sửa chữa máy biến áp, động điện, máy phát điện công suất nhỏ Châu Ngọc Thạch, nxb giáo dục Hà Nội 1994 [5] Tính tốn cung cấp lựa chọn thiết bị, khí cụ điện - Nguyễn Xuân Phú - Nguyễn Công Hiền, NXB Giáo dục, Hà Nội 1998 [6] Kỹ thuật điện, Đặng Văn Đào - Lê Văn Doanh, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1999 [7] Trần Văn Chính - Máy Điện - Lý Thuyết Và Bài Tập – NXB Xây dựng 2016 [8] Huỳnh Đức Hồn - Giáo Trình Nhà Máy Điện Và Trạm Biến Áp (Phần Điện) – NXB Khoa học Kỹ thuật 2017 [9] Trần Duy Phụng - Kỹ thuật quấn dây - máy biến áp động vạn năng, động pha - pha - NXB Khoa học Kỹ thuật 2012 27