đồ án kỹ thuật cơ khí Thực hành quấn dây động cơ không đồng bộ 3 pha đồng khuôn phân tán 1 lớp và đồng tâm tập trung 1 lớp.

Máy điện dùng làm máy biến đổi năng lượng là phần tử quan trọng nhất của bất cứ thiết Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân biệt chúng như: - Phân loại theo công suất.. Nhưng ở đâ

LỜI MỞ ĐẦU

Với mỗi sinh viên ngoài việc tiếp thu kiến thức lý thuyết trên giảng đờng thì việc tiếpxúc thực tế là yêu cầu không thể thiếu đối với sinh viên Do đó thực tập là một trongnhững yêu cầu tất yếu của sinh viên bất cứ trường đại học nào trên cả nước Lý thuyết trênsách vở phải đi kèm với thực tiễn thì sinh viên mới thực sự có thể hiểu rõ lý thuyết đã họcđồng thời trang bị được phần nào kiến thức thực tế để giúp đỡ sinh viên sau khi tốtnghiệp ra trường có thể nắm bắt và hoà nhịp tốt với công việc thực tiễn và không bị mơ hồ

về công việc trong tương lai

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là một trường kỹ thuật, thực hiện phương châm

“học đi đôi với hành” hàng năm đều tổ chức cho sinh viên ở giai đoạn đào tạo chuyênngành được đi thực tập Mặc dù kinh phí và cơ sở vật chất còn hạn hẹp, song nhà trường,khoa Điện nói chung và bộ môn Thiết bị điện - Điện tử nói riêng đã hết sức tạo điều kiệncho chúng em có thời gian thực tập tại xưởng điện làm quen với các thiết bị máy móc dụng

cụ, thực hành và kiểm tra lại kiến thức

Thời gian chỉ có 3 tuần, tuy không thực sự nhiều nhưng thực sự quý giá đối với chúng

em, giúp chúng em có cái nhìn trực quan hơn, củng cố các kiến thức đã học

Em xin chân thành cảm ơn khoa và bộ môn đã tạo điều kiện cho chúng em được thựchành tại xưởng, đặc biệt là các thầy cô đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoànthành tốt đợt thực tập vừa qua

Sau đây em xin trình bày các nội dung đã thu hoạch được qua đợt thực tập tại xưởngđiện:

- Phần 1 : Lý thuyết : lý thuyết về máy điện

- Phần 2 : Thực hành : thực hành quấn dây động cơ không đồng bộ 3 pha đồng khuôn phântán 1 lớp và đồng tâm tập trung 1 lớp

PHẦN I LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN.

I TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN.

1 Khái niệm chung.

Trong quá tình khai thác sử dụng các tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho nền kinh

tế quốc dân, không thể không nói đến sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng

khác

Các thiết bị điện từ thực hiện sự biến đổi cơ năng thành điện năng hoặc từ điện

năng thành cơ năng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ được gọi là máy điện

Máy điện dùng làm máy biến đổi năng lượng là phần tử quan trọng nhất của bất cứ thiết

Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân biệt chúng như:

- Phân loại theo công suất

- Phân loại theo cấu tạo

- Phân loại theo chức năng

- Phân loại theo dòng điện (một chiều và xoay chiều)

- Phân loại theo nguyên lý làm việc

Sơ đồ tóm tắt phân loại máy điện:

Nhưng ở đây ta phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng như sau :

- Máy điện quay.(H2)

Nguyên lý làm việc cũng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, do từ trường

và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra

Loại máy này thường dùng để biến đổi các dạng năng lượng Các máy điện biến đổi

cơ năng thành điện năng được gọi là các máy phát điện và các máy điện dùng để biến đổingược lại được gọi là động cơ điện Các máy điện đều có tính thuận nghịch, nghĩa là đều có thể biến đổi năng lượng theo hai chiều Nếu đưa cơ năng vào phần quay thì máy điện sẽ làm việc ở chế độ máy phát, nếu đưa điện năng vào thì phần quay của máy

sẽ sinh ra công cơ học

3 Cấu tạo chung.

Máy điện gồm có mạch từ (khép kín bởi lõi thép) và mạch điện (các cuộn dây) liên quan chặt chẽ tới nhau, dùng để biến đổi qua lại giữa các dạng năng lượng như điện năng thành các dạng năng lượng khác (động cơ điện) hay ngược lại từ các dạng năng lượng khác thành điện năng (máy phát điện) hoặc dùng để biến đổi các thông số điện năng như biến đổi điện áp dòng điện,tấn số,số pha…

Lõi thép của máy điện là mạch từ khép kín để dẫn từ thông, còn các mạch điện gồm hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng các bộ phận gá lắp

4 Nguyên lý làm việc cơ bản.

Máy điện làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Nó tuân thủ theo 2 định luật là: định luật cảm ứng điện từ (Định luật Faraday) và định luật về lực điện từ (Định luật Laplace)

• Phát biểu: Lực điện từ tác dụng lên thanh dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường có

độ lớn tỷ lệ thuận với chiều dài của thanh dẫn, cường độ dòng điện chạy qua thanh dẫn và cường độ từ trường nơi chứa thanh dẫn

• Biểu thức: f = B.l.i.Sin

Trong đó : f : lực điện từ tác dụng lên thanh dẫn

B : cường độ từ trường

l : chiều dài thanh dẫn

i : cường độ dòng điện trong thanh dẫn

: góc giữa véc tơ từ cảm với dòng điện i chạy trong thanh dẫn

5 Các thông số chính.

Mỗi một máy điện có một bộ các thông số định mức để đảm bảo khi vận hành máy có thể đạt được hiệu suất cao nhất, ổn định và an toàn nhất đồng thời đảm bảo độ bền, tuổithọ máy Qua các thông số của máy điện ta cũng có thể chọn được loại máy điện phù hợpvới yêu cầu sử dụng Các thông số nói chung thường dùng là: điện áp định mức, dòng điện định mức, dung lượng và công suất định mức, tốc độ định mức…

Dùng để chế tạo mạch từ cho máy điện Người ta thường dùng các loại thép có tính chất

từ khác nhau cho các loại máy điện khác nhau Loại thép thường dùng là thép lá kỹ thuậtđiện, có hàm lượng Silic khác nhau nhưng không vượt quá 4.5% Hàm lượng Silic này dùng

để hạn chế tổn hao do từ trễ và tăng điện trở của thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy.Thông thường các loại thép kỹ thuật điện có bề dày 0.35 hay 0.27 mm dùng cho máy biến

áp và 0.5mm dùng cho máy điện quay Các lá thép này sẽ được ghép lại với nhau để giảmtổn hao do dòng điện Fuco gây nên Theo cách chế tạo người ta phân thép kỹ thuật điện ralàm hai loại: cán nóng và cán nguội Thép cán nguội có đặc tính từ tốt hơn thép cán nóng

Đó là độ từ thẩm cao hơn, tổn hao thép ít hơn Thép cán nguội chia làm hai loại: dị hướng

và đẳng hướng Loại dị hướng thì tính năng từ tính theo hướng dọc theo hướng cán thì tốt

hơn hẳn do đó nó thường được dùng trong máy biến áp Còn loại thép đẳng hướng thì có đặctính từ theo mọi hướng là như nhau nên thường được dùng trong máy điện quay.

6.3 Vật liệu cách điện.

Dùng để chế tạo các bộ phận ngăn cách giữa các bộ phận mang điện với bộ phận không mang điện cũng như giữa các bộ phận mang điện với nhau (các pha) Những vật liệu này có vai trò rất quan trọng trong máy điện vì nó đảm bảo sự an toàn trong suốt quá trình hoạt động của máy Do đó nó cần đảm bảo những yêu cầu như độ bền nhiệt cao, độ dẫn nhiệt tốt, chịu ẩm, chịu được hóa chất và có độ bền cơ nhất định Vì các vật liệu cách điện có độ bền khác nhau nên người ta chia nó ra thành 7 loại theo cấp nhiệt độ làm việc của chúng :

Cấp cách điện Y A E B F H C

Nhiệt độ làm việc 90 105 120 130 155 180 >180

Khi máy làm việc, do các tác động khác của điều kiện làm việc mà độ bền của vật liệucách điện sẽ bị giảm Theo thực nghiệm nếu nhiệt độ làm việc cho phép tăng quá từ 8-10°Cthì tuổi thọ vật liệu cách điện sẽ giảm đi một nửa Do đó khi làm việc cần tránh để máyđiện quá tải làm tăng nhiệt độ trong thời gian dài

7 Phát nóng và làm mát dây quấn.

Trong máy điện xảy ra quá trình biến đổi hoặc truyền tải năng lượng và có sự tổn haonăng lượng ΣΔp Trong máy phát điện tổn hao chủ yếu là trong lõi thép( do hiện tượng từtrễ và dòng xoáy), trong điện trở dây quấn máy điện và do ma sát ở các ổ trục, lực cản củaquạt làm mát máy phát điện tổn hao này làm nóng máy và ảnh hưởng đến chất lượng củavật liệu cách điện Để làm mát máy điện, nhiệt lượng sinh ra phải được tản ra môi trườngxung quanh bằng cách tăng diện tích tiếp xúc của máy điện với không khí làm mát, tăngtốc độ đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát Thường vỏ máy

điện, được chế tạo có cánh tải nhiệt và đối với máy điện có công suất lớn thường có hệ thốngquạt gió hoặc bơm nước làm mát.

Kích thước của máy, phương pháp làm mát phải được tính toán và lựa chọn, để cho độtăng nhiệt của vật liệu cách điện máy không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảo chovật liệu cách điện làm việc lâu dài khoảng 20 năm Khi máy điện làm việc ở chế độ địnhmức, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt quá độ tăng nhiệt của các phần tử cho phép.Khi máy quá tải, độ tăng nhiệt sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép, vì thế không cho phép quá tảilâu

II MÁY BIẾN ÁP.

1 Khái niệm chung.

Để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp hoặcngược lại ta sử dụng máy biến áp Ngày nay do việc sử dụng điện năng phát triển rộngrãi nên có những lại máy biến áp khác nhau: 1 pha, 3 pha, 2 day quấn, 3 dây quấn…nhưng chúng đều dựa trên một nguyên lý - nguyên lý cảm ứng điện từ

1.1 Định nghĩa.

Máy biến áp là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ,biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thốngdòng điệnxoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi

Do đó máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ khôngbiến đổi năng lượng Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện được gọi là sơ cấp, đầu

ra nối với tải gọi là thứ cấp Các đại lượng thông số sơ cấp trong kí hiệu ghi chỉ số 1: sốvòng dây sơ cấp N1, điện áp sơ cấp U1, dòng điện sơ cấp I1, công suất sơ cấp P1… Tương

tự bên thứ cấp có chỉ số 2: N2, U2, I2, P2…

1.2 Công dụng.

Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện Nó là 1 khâu quan trọng dùng đểtruyền tải và phân phối điện năng Các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâmtiêu thụ điện vì thế cần phải xây dựng các đường dây truyền tải điện

Điện áp máy phát thường là 6.3, 10.5, 15.75, 38.5 kV Để nâng cao khả năng truyền tải

và giảm tổn hao công suất trên đường dây phải giảm dòng điện chạy trên đường dây bằngcách nâng cao điện

áp Vì vậy đầu đường dây cần đặt máy biến áp tăng áp Mặt khác điện áp của tải thường

khoảng 127 tới 500V, động cơ công suất lớn thường 3 tới 6 kV, vì vậy cuối đường dây cầnđặt máy biến áp giảm áp.

Ngoài ra, máy biến áp còn được dùng trong các lò nung, hàn điện, đo lường hoặc làmnguồn điện cho các thiết bị điện, điện tử cần nhiều cấp điện áp khác nhau…

1.3 Phân loại.

• Theo số pha: máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha

• Theo công dụng:

- Máy biến áp điện lực: làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng

- Máy biến áp chuyên dụng: dùng cho các mục đích cụ thể như luyện kim, hàn…

- Máy biến áp tự ngẫu: dùng biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn

- Máy biến áp đo lường: để giảm điện áp, giảm dòng điện khi đưa vào các đồng hồ đo

- Máy biến áp thí nghiệm: dùng để thí nghiệm các điện áp cao

1.4 Một số đại lượng định mức.

- Dung lượng hay công suất định mức Sđm: công suất toàn phần( biểu kiến) đưa ra ở thứcấp

- Điện áp và dòng điện dây sơ cấp định mức U1đm, I1đm

- Điện áp và dòng điện dây thứ cấp định mức U2đm, I2đm

hình dáng lõi thép, người ta chia ra máy biến áp kiểu lõi và máy biến áp kiểu bọc.

Lõi thép máy biến áp được làm từ tôn silic cán nguội dị hướng, để từ thông luôn đitheo chiều cán là chiều có từ dẫn lớn, lá thép được ghép từ các lá tôn được cắt chéo mộtgóc nhất định Cách ghép này dùng trong các mạch từ có độ dày tấm tôn trong khoảng từ0.20-0.35 mm Khi bề dày tấm tôn nhỏ hơn 0.20 mm người ta dùng công nghệ mạch từ quấn

lá tôn vô dịnh hình dày 0.10 mm Lõi thép của máy biến áp bao gồm 2 phần

- Phần trụ: là phần để quấn dây

- Phần gông: Kết nối các phần trụ lại và tạo thành mạch

từ kín Trụ và gông được ép chặt với nhau bằng ốc vít

Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ thép thườnglàm thành hình bậc thanh gần tròn Gông vì không quấn dây, do đó để thuận tiện choviệc chế tạo, tiết diện

ngang của gông có thể làm đơn giản: hình vuông, hình chữ thập và hình T Vì lý do an toàn,toàn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và vỏ máy phải được nối đất

Tùy theo hình dáng, người ta chia ra:

- Máy biến áp kiểu lõi( hay kiểu trụ): dây quấn bao quanh trụ thép Loại này hiện nayrất thông dụng cho các máy biến áp một pha và ba pha có dung lượng nhỏ và trung bình

- Máy biến áp kiểu bọc: Loại này mạch từ được phân nhánh ra 2 bên và bọc lấy mộtphần dây quấn Loại này chỉ được dùng cho một vài ngành có chuyên môn đặc biệtnhư máy biến áp dùng trong lò điện luyện kim…

- Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn(80-100MVA trên 1 pha), điện

áp thật cao (220 – 400 kV), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyểntrên đường, mạch từ của máy biến áp kiểu trụ phân nhánh sang hai bên nên máy biến ápmang hình dáng vừa kiểu trụ, vừa kiểu bọc, gọi là máy biến áp kiểu trụ bọc

2.2 Dây quấn.

Công dụng: là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào vàtruyền năng lượng ra Kim loại dùng làm dây quấn thường bằng đồng Theo cách quấn dây

sơ cấp và thứ cấp ta có thể chia thành hai loại Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ

• Dây quấn đồng tâm.

Là dây quấn mà ở tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm Dây quấn hạ áp thườngquấn ở phía trong còn dây quấn cao áp quấn ở bên ngoài để tận dụng quận hạ áp làm lớp

phân cách giữa cuộn cao áp và trụ Những kiểu dây quấn đồng tâm chính là:

- Dây quấn hình trụ: Nếu tiết diện dây nhỏ thì dùng dây tròn, quấn nhiều lớp Nếu tiếtdiện dây lớn thì dùng dây bẹt và quấn thành hai lớp Dây quấn hình trụ dây tròn thườngdùng làm dây quấn cao áp, điện áp tới 35 kV, dây quấn hình trụ bẹt dùng chủ yếu làm dâyquấn hạ áp với điện áp từ 6kV trở xuống Nói chung dây qấn hình trụ thường dùng cho cácmáy biến áp có dung lượng 630kVA trở xuống

- Dây quấn hình xoắn: Gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo đường xoắn ốc, giữa cácvòng dây có rãnh hở Hình kiểu này thường dùng cho các máy biến áp có dung lượng trungbình và lớn

- Dây quấn xoáy xoắn ốc liên tục : làm bằng dây bẹt và khác với dâu quấn hình xoắn

ốc ở chỗ dây quấn này được quấn thành những bánh răng dây phẳng cách nhau bằng những rãnh hở Bằng cách hoán vị đặc biệt trong khi quấn, các bánh dây được nối tiếp liên tục mà không cần mối hàn giữa chúng Dây quấn loại này dùng làm cuộn cao áp chođiện áp từ 35kV trở lên và có dung lượng lớn

• Dây quấn xen kẽ.

Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt được quấn xen kẽ nhau dọc theo trụ thép Kiểu dây quấn này thường dùng trong các máy biến áp kiểu bọc

2.3 Vỏ máy.

Bao gồm thùng máy và nắp máy Có chức năng bảo vệ lõi sắt và các cuộn dây Ngoài

ra công dụng của nắp thùng còn là đưa đầu dây vào và đưa các đầu dây ra Vỏ máy làmnhiệm vụ tản nhiệt, dập hồ quang do cấu tạo kín chứa dầu làm nhiệm vụ cách điện

a) Thùng máy biến áp: Thường làm bằng thép, thường là hình bầu dục Lúc máy biến

áp làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao và toả ra dưới dạng nhiệt năng làm nóng dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác Do đó, giữa máy biến áp và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ và gọi là độ chênh nhiệt Nếu độ chênh nhiệt đó vượt quá mức quy định

sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và gây sự cố với máy biến áp Để đảm bảo cho máy biến áp vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định và không bị sự cố phải tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm biến áp trong thùng dầu Ngoài ra, dầu máy biến áp còn làm nhiệm vụ tăng cường cách điện

b) Nắp thùng: dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như :

- Các cửa ra của dây quấn CA và HA: làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn với

vỏ máy

Máy biến áp làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ:

Máy biến áp trên hình vẽ là máy biến áp một pha hai dây quấn Dây quấn sơ cấp cóN1 vòng dây và dây quấn thứ cấp có N2 vòng dây Cả hai cuộn dây được quấn trên một lõisắt Lõi sắt được cấu tạo từ nhiều là thép kỹ thuật điện Khi đặt một điện áp xoay chiều U1vào 2 đầu của cuộn dây sơ cấp thì trong lòng của cuộn dây sẽ xuất hiện một từ thông biếnthiên với tần số bằng tần số của dòng điện trong cuộn sơ cấp Từ thông này móc vòng với

cả 2 cuộn dây 1 và 2 Nó sinh ra sđđ cảm ứng và trên các cuộn dây sơ cấp và thứ cập Khinối 2 đầu của cuộn dây sơ cấp với tải nó sẽ sinh ra hiệu điện thế U2 và dòng điện I2 trên tải.Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được chuyển từ cuộn dây sơ cấp sang cuộndây thứ cấp Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào 2 đầu của cuộn sơ cấp là một điện áp hìnhsin thì từ thông nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin:

Theo định luật cảm ứng điện từ, sđđ cảm ứng sinh ra trong các dây quấn sơ cấp và thứcấp sẽ lần lượt là:

là giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn sơ cấp và thứ cấp.

Từ các biểu thức ở trên ta thấy sđđ cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ thông sinh ra nó

một góc

2

Hệ số máy biến áp: người ta định nghĩa hệ số máy biến áp là tỷ số giữa các đại lượng sau:

Nếu N2 > N1 => U2 > U1 : gọi là máy biến áp tăng áp

Nếu N2 < N1 => U2 < U1 : gọi là máy biến áp hạ áp

II MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

1 Khái niệm chung.

1.1 Định nghĩa.

Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứngđiện từ, có tốc độ của roto n khác với tốc độ từ trường quay trong máy n1 Cũng như cácmáy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làmviệc ở 2 chế độ động cơ và máy phát

1.2 Công dụng.

Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không đƣợc tốt nên ít đƣợc dùng, tachủ yếu xét tới động cơ không đồng bộ Nó được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinhhoạt vì chế tạo đơn

giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao Gần đây do kĩ thuật điện tử phát triển nên động cơ không đồng bộ đã đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên nó càng được sử dụng rộng rãi hơn Dãy công suất rất rộng, từ vài W đến hàng ngàn kW.

1.3 Phân loại.

Máy điện không đồng bộ có nhiều loại được phân theo thành nhiều cách khác nhau.Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ chia thành các kiểu chính: kiểu hở, kiểubảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ…

Theo kết cấu của rôto: rôto kiểu dây quấn, rôto kiểu lồng sóc

Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia làm loại: 1 pha, 2 pha, 3 pha

1.4 Một số đại lượng định mức.

- Công suất cơ có ích trên trục Pđm

- Điện áp và dòng điện dây stato U1đm, I1đm