Báo cáo thí nghiệm chuyên môn máy điện

Động cơ không đồng bộ roto dây quấn1.2 Cấu tạo Giống như các loại máy điện quay khác ,động cơ không đồng bộ ba pha gồm có các bộ phận chính sau : + phần tĩnh hay còn gọi là stato + phần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO MÁY ĐIỆN

Giáo viên hướng dẫn:ThS : Hồ Mạnh Tiến

Sinh viên thực hiện : Trần Trung Chính

Phạm Trọng Thuận

Lớp : Trang Bị Điện- Điện tử trong CN và GTVT K52

HÀ NỘI-2014

2 Con tac tor

3 Rơ le nhiệt (Rơ le thời gian)

Chương 2: Khởi động động cơ Không đồng bộ roto lồng sóc

1 Khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ

2 Khởi động bằng đổi nối γ−∆

3 Khởi động bằng đảo chiều quay động cơ

Chương 3 : Hòa đồng bộ 2 máy phát xoay chiều

Động cơ không đồng bộ 3 pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạođơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao, và gần như không cần bảo trì.

Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Động cơ không đồng bộ roto dây quấn

1.2 Cấu tạo

Giống như các loại máy điện quay khác ,động cơ không đồng bộ ba pha gồm có các bộ

phận chính sau :

+ phần tĩnh hay còn gọi là stato

+ phần quay hay còn gọi là roto

a Stato

Là phần trực tiếp nhận năng lượng của nguồn điện xoay chiều 3 pha đối xứng

Stato bao gồm ba bộ phận chính là vỏ, lõi thép và dây quấn

Lõi Thép :

Lõi thép là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm bớttổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại

Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ

sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn

Hình 1.2 tấm thép hình rẻ quạt

hao do dòng điện xoáy gây nên Mặt trong của lá thép có rãnh để đặt hệ thống dây quấn ba phađối xứng.

Phân loại làm hai loại chính roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc (ngắn mạch):

- Loại roto kiểu dây quấn : roto kiểu dây quấn ( hình 1.3) cũng giống như dây quấn ba

pha stato và có cùng số cực từ dây quấn stato Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao (Y)

và có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor và cách điện với trục Ba

chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện và một biến trở cũng nối saonằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.

Hình 1.3 : rotor kiểu dây quấn

- Rotor kiểu lồng sóc (hình 1.4) : Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và

bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đấu Với động cơ nhỏ, dây quấn rotor đượcđúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát.Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh roto

và gắn chặt vành ngắn mạch

1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khí suất hiện

từ trường quay với tốc độ n1 = 60 f1/p (f1 là tần số lưới điện, p là số cặp cực, tốc độ từ trườngquay) Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn rotor có

dòng diện I2 chạy qua Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành

từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ramoment Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của roto Trong những phạm vi tồc

độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụngcủa chúng trong ba phạm vi tốc độ

Hệ số trượt s của máy:

MBA là loại thiết bị quan trọng trong hệ thống điện lực nó cho phép ghép nối giữa các nguồnđiện với các hệ thống phụ tải , tạo ra khả năng tốt nhất cho quá trình chuyền tải và phân phốiđiện năng

2.1 : Cấu tạo của MBA

MBA có 2 bộ phận chính : lõi thép và dây quấn

a)Lõi thép MBA

Lõi thép MBA dùng để dẫn từ thông chính trong máy , vì vậy phải được chế tạo từ những vậtliệu có độ dẫn từ tốt để tạo thành mạch từ khép kín Vật liệu làm lõi thép là những lá thép kỹthuật điện có chiều dày 0.5 hoặc 0.35 mm mục đính để giảm dòng điện xoáy

Lõi thép được chia thành 2 phần : trụ và gông

b) Dây quấn MBA

Được chế tạo từ đồng hoặc nhôm Tùy theo công suất mà dây dẫn có tiết diện tròn chữ nhậthoặc tròn bầu dục.Bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện.

Đối với loại MBA điện lực ngày nay thì toàn bộ lõi thép và dây quấn của nó được đặt trongthùng dầu (dầu biến áp) mục đính là để làm mát ,tăng cường cách điện MBA có công suất lớn.Bên ngoài thùng dầu có cánh tản nhiệt tăng khả năng tản nhiệt bằng đối lưu

Hình ảnh MBA thực tế :

3.Máy phát điện đồng bộ (MFĐĐB)

MFĐĐB là loại máy điện xoay chiều luôn có tốc độ n của roto bằng tốc độ quay của từ trườngquay n1 Khi làm việc ở chế độ xác lập thì tốc đọ quay n luôn không đổi và không phụ thuộc vàotải

Máy điện đồng bộ có thể làm việc ở cả 2 chế độ máy phát và động cơ

3.1: Cấu tạo

MFĐĐB có hai bộ phận chính : stato và roto

a) Stato

Là bộ phận tạo ra hoặc tiếp nhận năng lượng của dòng điện xoay chiều ba pha đối xứng Statocủa MFĐĐB có cấu tạo hoàn toàn giống như stato của ĐCKĐB ba pha nhưng thường được chếtạo với kích thước lớn hơn Phương thức làm mát thường là cưỡng bức đối với các loại máy cócông suất lớn.

b) Roto

Là bộ phận để tạo ra từ trường chính ∅0 gồm 3 bộ phận chính : trục , lõi thép , dây quấn kích

từ Rôto gồm hai loại cực từ lồi và cực từ ẩn

- Roto cực lồi thích ứng với các loại máy điện có tốc dưới 1500 vòng/phút

- Roto cực ẩn thích ứng với máy điện có tốc độ 3000 vòng/phút phù hợp với các loại nhàmáy nhiệt điện

3.2 Nguyên lý làm việc

- Tất cả các loại máy phát đều làm việc dựa trên cơ sở của định luật cảm ứng điện từ Khiđộng cơ sơ cấp ( động cơ có thể là động cơ điện, diezen, tuốc bin khí hơi hoặc thủy điện )kéo roto của MFĐĐB quay với tốc độ ổn định n Nguồn cung cấp dòng điện kích từ sẽ

quay theo dòng điện Ikt hình thành cung cấp cho dây quấn R và từ trường chính ∅0 hình

thành Đường sức của từ trường này cũng quay với tốc độ n do vậy mà sẽ cắt các hệthống thanh dẫn đứng yên của dây quấn S Theo định luật cảm ứng điện từ thì trong cácthanh dẫn của dây quấn stato sẽ cảm ứng hệ thống sđđ xoay chiều 3 pha đối xứng cóchung tần số được xác định :

II Tìm hiểu về khí cụ điện

2.1 Aptomat

Áptômát còn có tên gọi khác là CB(Circuit Breaker), cầu dao tự động Áptômát là loạikhí cụ dùng để tự động ngắt mạch điện, bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp, …

Áptômát có ba yêu cầu sau :

- Chế độ làm việc ở định mức của Áptômát phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua áptômát lâu bao nhiêu cũng được Mặt khác, Mạch dòng của ápôtmát phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đãđóng hay đang đóng

- Áptômát phải ngắt được dòng điện ngắn mạch lớn, có thể đến vài chục kilôampe Sau khingắt dòng điện ngắn mạch, áptômát phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện địnhmức

- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự ngắn mạch

do dòng điện ngắn mạch gây ra, áptômát phải có thời gian cắt bé Muốn vậy thường phải kết hợplực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong áptômát Để thực hiện yêu cầu thao tácbảo vệ có tính chọn lọc, áptômát cần phải có khả năng điều chỉnh dòng điện tác động và thờigian tác động

2.1.1 Cấu tạo

2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Sơ đồ nguyên lý của áptômát dòng điện cực đại và áptômát điện áp thấp được trình bàynhư hình sau:

Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, áptômát được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểmnhờ móc khớp 2 với móc khớp 3 cùng một điểm với tiếp điểm động.

Bật áptômát ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4không hút

Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lò xo 6làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò

xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của áptômát được mở ra, mạch điện bị ngắt

Bật áptômát ở trạng thái ON, với điện áp nam châm điện 11 và phần ứng nam châm điện

11 và phần ứng 10 hút lại với nhau

Khi sụt áp định mức, nam châm điện 11 sẽ nhả phần ứng 10, lò xo 9 kéo móc 8 bật lên,móc 7 thả tự do, thả lỏng, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả mợ các tiếp điểm của áptômát được mở

Cách lựa chon công tắc tơ:

Ta lựa chọn công tắc tơ theo các yêu cầu sau:

+ Điện áp định mức:

Là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng/cắt Có cáccấp: 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn từ 85% đến 105%Uđm

+ Dòng điện định mức:

Là dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn - lâu dài, nghĩa là ởchế độ này thời gian công tắc tơ ở trạng thái đóng không lâu quá 8 giờ.Công tắc tơ hạ áp có các cấp dòng thông dụng: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300,(600A)

Nếu đặt công tắc tơ trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làmmát kém, khi làm việc dài hạn thì chọn dòng điện định mức nhỏ hơn nữa

+ Khả năng đóng và cắt:

Đối với công tắc tơ xoay chiều dùng để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha lồngsóc cần có khả năng đóng yêu cầu dòng điện bằng 3,7Iđm Khả năng cắt với công tắc tơ xoaychiều phải đạt bội số khoảng 10 lần dòng điện định mức khi tải cảm

loại mới I đ m=150 A điện áp một chiều đến 440V.

Rơ le nhiệt không tác động tức thời theo dòng nhiệt vì có quán tính nhiệt cần thời gian đểphát nóng Thời gian làm việc cần vài giây đến vài phút, do vậy nó không thể bảo vệ ngắn mạchđược

b Phân loại

+ Theo kết cấu: rơ le nhiệt kiểu hở và kiểu kín

+ Theo phương pháp đốt nóng: rơ le nhiệt có phần tử đốt nóng trược tiếp, gián tiếp và hỗn hợp.+ Theo yêu cầu sử dụng: rơ le một cực và 2 cực

2.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

a Cấu tạo

Nguyên lý chung của rơ le nhiệt dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt của dòng điện.

Nguyên lý tác dụng của loại rơle này là dữa trên hệ số giãn nở dài khác nhau của kim loạikhi bị đốt nóng Do đó phần tử của rơle này phiến kim loại kép Cấu tạo từ 2 tấm kim loại Bìnhthường thanh lưỡng kim 2 loại kim loại ở 2 trang thái như hình trên, tiếp điểm thường đóng 4vẩn đóng đối tượng làm việc vẫn làm việc bình thường, khi đối tượng cần bảo vệ bị quá tải nhỏlâu dài, phần tử đốt nóng 1 sẽ bị cong lên và tỏa nhiệt ra xung quanh Thanh lưỡng kim 2 bị nóngcong lên trên, rời khỏi đòn xoay 3 lò xo 6 sẻ kéo đòn xoay 3 quay ngược chiều kim đồng hồ, đầugiới đòn xoay sang phải và kéo theo thanh kéo cách điện 7, tiếp điểm thường đóng 4 mở ra, cắtđiện mạch điều khiển đối tượng được bảo vệ Nên tiếp điểm không tự đống lại được Muốn rơ letrở lại tình trạng ban đầu phải nhấn nút phục hồi 5

Khi sự cố quá tải được giải quyết, thanh lưỡng kim nguội và cong xuống nhưng chỉ tì vào đầutrên của đòn xoay 3.

2.3.3 Tính chọn role nhiệt

Role nhiệt là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ sự quá tải của thiết bị điện hoạc động cơ điện

nó thường kết hợp với con tac tor xoay chiều để bảo vệ động cơ KĐB 3 pha

Rơ le nhiệt được chế tạo ở điện áp xoay chieeuf380V có f = 50 Hz và công suất có thể đạt 150A

Để tăng khả năng bảo vệ ta thường kết hợp với cầu chì,như vậy vừa bảo vệ quá tải vừa bảo

vệ được ngắn mạch

Hình ảnh Rơ le nhiệt lúc thực hành:

2.4 Rơ le thời gian (T48N –A Timer )

Trong tự động điều khiển chúng ta thường gặp những trường hợp cần có một khoảng thờigian giữa những thời điểm tác động của 2 hay nhiều thiết bị, hoặc trong tự động hóa các quátrình sản xuất nhiều khi phải tiến hành các thao tác kế tiếp nhau cách nhau những khoảng thờigian xác định Để tạo được những khoảng thời gian cần thiết đó, người ta dùng rơle thời gian.Như vậy rơle thời gian là rơle có đặc tính: Khi có tín hiệu vào rơle thì sau một thời gian xác địnhrơle mới phát tín hiệu ở đầu ra

CHƯƠNG II THỰC HÀNH TRÊN BÀN THÍ NGHIỆM

I MỞ MÁY TRỰC TIẾP ĐỘNG CƠ ROTO LỒNG SÓC

Mạch động lực

Mạch điều khiển

Mạch đi dây thực tế trên bàn thí nghiệm:

II ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC

Mạch động lực

Mạch điều khiển

Mạch đi dây trên bàn thí nghiệm

III.Khởi đông động cơ bằng đổi nối γ−∆

Phương pháp này thích hợp với các động cơ khi hoạt động bình thường đấu tam giác Khi mởmáy ta đổi thành đấu sao Phương pháp này làm giảm dòng điện mở máy đi 3 lần, do đó Mmmcũng giảm đi 3 lần Vì thế chỉ phù hợp với động cơ mở máy lúc không tải hoặc non tải Sau khikhởi động ta lại đổi thành đấu tam giác

- Sơ đồ mạch động lực

- Mạch điều khiển

- Sơ đồ mạch điều khiển thực tế

CHƯƠNG III: THỰC HÀNH HÒA ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐIỆN 3 PHA Ở PHÒNG THÍ

NGHIỆM

CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ

Có 2 phương pháp hòa đồng bộ : hòa đồng bộ chính xác và hòa tự đồng bộ

6.1 Hòa đồng bộ chính xác :

Khi đóng máy phát bằng phương pháp hòa chính xác cần phải thực hiện những công việc sau :

- San bằng về trị số của điện áp máy phát được đóng vào UF và điện áp mạng UHT

(UFUHT)

- San bằng tốc độ góc quay của máy phát được đóng vào F và tốc độ góc quay của các máy phát trong hệ thống HT (F HT).

- Làm cho góc pha của các véctơ điện áp máy phát và điện áp mạng trùng nhau vào lúc đóng máy cắt (Góc lệch pha giữa các véctơ điện áp máy phát và điện áp mạng  0))

 Như vậy trình tự thực hiện hòa đồng bộ chính xác như sau: Trước khi đóng một máy phátvào làm việc song song với các máy phát khác thì máy phát đó phải được kích từ trước, khi tốc độ quay và điện áp của máy phát đó xấp xỉ với tốc độ quay và điện áp của các máy phát khác cần chọn thời điểm thuận lợi để đóng máy phát sao cho lúc đó độ lệch điện áp giữa các máy phát gần bằng không, nhờ vậy dòng cân bằng lúc đóng máy sẽ nhỏ nhất

Khi đóng máy phát bằng phương pháp tự đồng bộ phải tuân theo những điều kiện sau :

- Máy phát không được kích từ (kích từ của máy phát đã được cắt ra bởi aptomat điện từ )

- Tốc độ góc quay của máy phát đóng vào phải gần bằng tốc độ góc quay của các máy phát đang làm việc trong hệ thống

 Trình tự thực hiện: Trước khi đóng một máy phát vào làm việc song song với các máy phát khác thì máy phát đó chưa được kích từ, khi tốc độ quay của máy phát đó xấp xỉ với tốc độ quay của các máy phát khác thì máy phát đó được đóng vào, ngay sau đó dòng kích

từ sẽ được đưa vào rôto và máy phát sẽ đươc kéo vào làm việc đồng bộ

6.3.THỰC HÀNH HÒA ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐIỆN BA PHA Ở PHÒNG THÍ

NGHIỆM

Các khối chính

khối 1

Khối 2

Khối 3

Khối 4

6.4 Hòa bằng phương pháp quay đèn

a Sơ đồ hòa:

Hình 2.1 Sơ đồ đấu nối hòa đồng bộ hai máy phát sử dụng ánh sáng đèn quay

Nối mạch điện theo đường nét đứt Các đèn nối như sau: đèn 1 một chân nối với pha Acủa lưới, 1 chân nối với pha A2 của máy phát 2; đèn 2 một chân nối với pha B của lưới, 1 chânnối với pha C2 của máy phát 2; đèn 3 một chân nối với pha C của lưới, 1 chân nối với pha B2của máy phát 2

Hình ảnh đấu dây trên bàn thí nghiệm.

b Trình tự hòa:

B1: Khởi động các máy phát bằng cách nhấn phím Run trên biến tần Quan sát các giá trị

điện áp, tần số các các máy phát trên các đồng hồ đo Nếu tấn số 2 máy sai khác ta có thể điềuchỉnh bằng cách xoay núm chỉnh tần số của biến tần

Nếu điện áp các pha của máy phát sai khác nhau ta có thể điều chỉnh bằng cách điềuchỉnh biến trở phần kích từ của các máy

B2: Hòa máy phát 1 vào lưới

Nhấn nút Start bên phía máy phát 1 cấp nguồn cho khởi động từ KM1, khởi động từ KM1đóng tiếp điểm, máy phát 1 cấp điện lên lưới Quan sát các đèn: Nếu các đèn cùng sáng hoặccùng tối thì tức là pha của 2 máy bị ngược pha(lúc đó phải đảo 2 trong 3 pha của 1 trong 2 máy),Nếu các đèn sáng tối luân phiên tạo thành ánh sáng đèn quay thì tức là các pha của hai máy làđồng pha

B3: Hòa đồng bộ 2 máy

Khi các pha của 2 máy là đồng pha, ta điều chỉnh tần số và điện áp các pha của 2 máybằng nhau sao cho các đèn sáng tối chậm dần Quan sát khi đèn 1 tắt hẳn thì nhấn nút Start bênmáy phát 2 để hòa hai máy với nhau