Máy Điện Không Đồng Bộ

Theo quan điểm năng lượng thì trong tất cả các thiết bị điện đều xảy ra quá trình chuyển động năng lượng điện từ. Quá trình đó được thể hiện qua các hiện tượng: biến đổi, tích phóng năng lượng và truyền tải năng lượng. Máy điện là thiết bị điện thực hiện chức năng biến đổi và truyền tải năng lượng điện từ. Hiện tượng biến đổi và truyền tải năng

Báo cáo thực tập xưởng điện

LỜI MỞ ĐẦU

Có thể khẳng định, với sinh viên khoa Điện một trong những môn học được mongchờ và thích thú nhất chính là môn thực tập xưởng Không chỉ bởi nội dung hay mà sinhviên còn được “học đi đôi với hành” và hơn nữa là sự tận tình của thầy cô hướng dẫn

Em xin trình bày

Kỹ thuật điện là ngành ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng,

đo lường, điều khiển tín hiệu bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tínhiệu điện từ trong các hoạt động thực tế của con người

Các máy thực hiện biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại gọi là các máy

điện Các máy biến từ cơ năng thành điện năng được gọi là máy phát điện, các máyđiện để thực hiện các quá trình ngược lại được gọi là động cơ Các máy điện đều có tínhchất thuận nghịch tức là đều có khả năng biến đổi cơ năng thành năng lượng điện vàngược lại

Máy điện gồm hai phần: mạch điện và mạch từ Mạch điện được cấu tạo bởicác cuộn dây, còn mạch từ cấu tạo bởi lõi sắt từ Máy điện gồm có máy điện tĩnh và máyđiện động Máy điện tĩnh là máy điện mà vị trí tương đối giữa các phần trong máy làkhông thay

đổi, còn máy điện động là máy điện mà vị trí tương đối giữa các phần trong máy điệnthay đổi khi máy điện hoạt động Do có thể biến đổi từ năng lượng điện thành nănglượng cơ và ngược lại từ năng lượng cơ thành năng lượng điện nên máy điện được dùngphổ biến trong các nghành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải,

Do tầm quan trọng của máy điện nên trong chương trình học tập tạitrường ĐHBKHN ngoài việc được học cơ sở lý thuyết về máy điện trên lớp chúng emcòn được đi thực tập xưởng 3 tuần lễ Nhờ vậy chúng em hiểu rõ hơn về nguyên lý vậnhành của máy

điện và chúng em còn được học kỹ thuật quấn dây của máy biến áp nhỏ, động cơ ba pha

rô to lồng sóc.

Em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Điện và các thầy hướng

dẫn:

Nguyễn Quang Hùng

Nguyễn Huy Thiện

đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để giúp đỡ chúng em hoàn thành đợt thực tập

này

MỤC LỤC

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY

ĐIỆN Bài 1: Cơ sở lý thuyết máy điện

Bài 2: Máy điện không đồng bộ

Bài 3: Cơ sở thiết kế bộ dây quấn stato động cơ không đồng bộ

Bài 4: Kỹ thuật quấn dây

PHẦN II: CÔNG NGHỆ QUẤN DÂY VÀ SỐ LIỆU KỸ

THUẬT I Yêu cầu kỹ thuật

II Công nghệ và số liệu kỹ thuật

1 Bài tập về dây quấn khuôn phân tán 1 lớp

2 Bài tập về dây quấn khuôn đồng tâm tập trung 1

lớp PHẦN III: KẾT LUẬN

Báo cáo thực tập xưởng điện

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

§1 Cơ Sở Lý Thuyết Máy

tích phóng năng lượng và truyền tải năng lượng Máy điện là thiết bị điện thực hiện chức năng biến đổi và truyền tải năng lượng điện từ Hiện tượng biến đổi và truyền tải năng

lượng thông qua sự tồn tại của điện trường và từ trường trong máy điện Cấu tạo củamáy

điện gồm hai phần cơ bản: mạch điện và mạch

nhiều loại, nhưng chúng đều có điểm chung

sau:

- Cửa vào là cửa đưa năng lượng vào máy

- Cửa ra là cửa đưa năng lượng ra khỏi máy

Tuỳ theo chức năng của các loại máy điện mà ta có thể xác định được dạng nănglượng ở đầu vào và đầu ra của máy điện:

- Nếu đầu vào là năng lượng điện thì máy điện là động cơ điện

- Nếu đầu và là cơ năng thì máy điện là máy phát điện

- Nếu đầu vào và đầu ra của máy điện đều là điện năng u,i thì máy điện đóngvai trò là máy truyền tải điện năng

Sự biến đổi cơ điện trong máy dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Nguyên lýnày cũng đặt cơ sở cho các bộ biến đổi cảm ứng dùng để biến đổi năng lượng điện vớinhững

giá trị áp, dòng thành dòng điện với các giá trị áp, dòng khác Máy biến áp là thiết bị biến đổi cảm ứng đơn giản thuộc loại này Các dây quấn và mạch từ của nó đứng yên vàquá trình biến đổi từ trường để sinh ra sức điện động cảm ứng trong các dây quấn cũng được

thực hiện bằng phương pháp

điện

Máy điện có nhiều loại, và được phân loại theo nhiều cách khác nhau, có thể phânloại theo công suất, cấu tạo, chức năng, nguyên lý làm việc Và ở đây ta chỉ xét máy điện dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng

Báo cáo thực tập xưởng điện

Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, do sự biến đổi từthông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau

Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp

Máy điện tĩnh dùng để biến đổi thông số của dòng điện, như máy biến áp để biếnđổi hai thông số của dòng điện là giá trị áp và giá trị dòng

b)

Máy đ i ệ n động

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 dạng năng lượng Đó là biến đổi nănglượng điện thành cơ năng và ngược lại cơ năng thành điện năng Đại diện cho loại máyđiện động là động cơ điện ( biến đổi điện năng thành cơ năng) và máy phát điện ( biếnđổi cơ năng thành điện năng).Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch (như sơ đồ hinhdưới) nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện

tóm lại ta có thể tóm lược sự phân loại máy điện thông dụng thường gặp theo sơ đồ

sau đây:

Máy điện

Nguyên lý làm v i ệ c c ủ a máy phát đ iện và động cơ đ iệ n

Máy điện có tính chất rất quan trọng là tính thuận nghịch, tức là nó vừa có thể là động

cơ điện vừa có thể là máy phát điện

1.

C h ế độ máy phát đ iện

Giả thiết thanh dẫn có chiều dài l đặt vuông góc với từ trường có độ từ cảm là

B ( như hình vẽ) Khi tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học Fcơ thanh dẫn sẽ chuyểnđộng với vận tốc v trong từ trường của nam châm N_S và trong thanh dẫn sẽ cảmứng suất điện động e Nếu nối thanh dẫn với tải thì sẽ có dòng điện i chạy trongthanh dẫn Đây là nguyên lý để tạo ra máy phát điện Nếu không tính tới điện trở củathanh dẫn thì u = e và công suất máy phát điện cung cấp cho phụ tải là p =u.i

Dòng điện nằm trong thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của từ trường

Fđt = B.i.l và có chiều như hình

2

C h ế độ động cơ

đ iện

Báo cáo thực tập xưởng điện

Cung cấp điện cho máy điện, điện áp u của nguồn điện sẽ gây ra dòng i trong thanhdẫn Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F đt = B.i.l tác dụng lên thanh dẫnlàm thanh dẫn chuyển động với vận tốc v ( như hình vẽ)

Khi đó công suất điện đưa vào động cơ: P = u.i = e.i = B.l.v.i = F đt.v

Như vậy, công suất điện từ P đ = u.i đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ

Pcơ

= F đt.v trên trục động cơ Điện năng cũng đã biến thành cơ năng

Vậy: một thiết bị điện từ tuỳ năng lượng đưa vào mà máy điện có thể làm việc ở chế

độ động cơ hay máy phát:

- Nếu đưa vào phần quay của máy điện là cơ năng thì nó làm việc ở chế độ máy phát

- Nếu đưa vào phần quay của máy phát là điện năng thì nó sẽ làm việc ở chế

độ động cơ

⇒ Mọi loại máy điện đều có tính chất thuận nghịch

III.

S ơ lư ợ c v ề các v ậ t liệu c h ế t ạ o máy đ iện

Vật liệu chế tạo máy điện có thể chia ra làm 3 loại:

Đó là vật liệu dẫn điện và dẫn từ Các vật liệu này được dùng để tạo điều kiện cần thiết sinh ra các biến đổi điện từ.

a) Vật liệu dẫn từ:

Vật liệu dẫn từ là vật liệu dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ, người ta dùng các vật liệu sắt từ để làm mạch từ: thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép

rèn Gang ít được dùng vì dẫn từ kém

Người ta dùng các loại thép từ tính chất khác nhau nhưng chủ yếu là thép lá kỹthuật điện, có hàm lượng silíc khác nhau nhưng không vựơt quá 4,5% Hàm lượngsilíc này dùng để hạn chế tổn hao do từ trễ và tăng điện trở của thép để giảm tổn haodòng điện xoáy

Ở mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50hz thường dùng lá thép kỹ thuật điện có

độ dày 0,35 – 0,5 mm, trong thành phần thép có từ 2-5% Si(để tăng điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy) Ở tần số cao thì người ta dùng thép có độ dày nhỏ hơn 0,1 – 0,2 mm

Người ta thường sử dụng lá thép dày 0,35 mm dùng trong máy biến áp và 0,5 mmdùng trong các máy điện quay ghép lại làm lõi sắt để làm giảm tổn hao do dòng điệnxoáy

tạo

nên

Tuỳ theo cách chế tạo, người ta chia ra làm hai loại: cán nóng, cán nguội Loạisau có những tính năng về từ tốt hơn như độ từ thẩm cao hơn, tổn hao thép ít hơn Hiệnnay với

những máy biến áp và máy điện công suất lớn thì người ta thường chế tạo với vật liệu từ

là thép cán nguội

Thép cán nguội chia làm hai loại: đẳng hướng và vô hướng Loại đẳng hướng có

Báo cáo thực tập xưởng điện

điểm: dọc theo chiều cán thì tính năng từ tốt hơn so với ngang chiều cán, do đóthường

được dùng trong các máy biến áp, còn loại vô hướng thì đặc tính từ đều theo mọi hướng nên thường dùng trong máy điện quay

b) Vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện để chế tạo các bộ phận dẫn điện Vật liệu dẫn điện tốt nhất trongmáy điện là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ( ρ = 0,0172 Ω mm2/m) Ngoài ra còn dùng nhôm( ρ = 0,0282 Ω mm2/m) và các hợp kim khác nhưđồng thau,

đồng phốt pho Để chế tạo dây quấn thường người ta dùng đồng, đôi khi là nhôm.Dây đồng và nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật, có bọc các loạicách điện khác nhau như sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học Với các máy điệncông suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 700V thường dùng dây emai vì các lớpcách điện của dây mỏng đạt độ bền yêu cầu Đối với các bộ phận khác như vành đổichiều, lồng sóc hay vành trượt ngoài đồng, nhôm người ta còn dùng cả thép để tăngcường độ bền cơ học và giảm kim loại màu

phần lớn sự làm việc ổn định của máy điện Do đó, những vật liệu này đòi hỏi phải cóđộ

bền điện cao, độ dẫn nhiệt tốt, có độ vững chắc về cơ khí để không bị hỏng khi

lắp ráp và vận hành máy điện

Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm:

- Chất hữu cơ thiên nhiên: giấy, vải, lụa

- Chất vô cơ: amiăng, mica

- Các chất tổng hợp

- Các loại men, sơn cách điện

Chất cách điện tốt nhất là mica, song tương đối đắt nên dùng trong các máy điện có

điện áp cao Thông thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải sợi, Chúng có

độ bền cơ tốt, rẻ tiền nhưng dẫn nhiệt xấu, hút ẩm và cách điện kém Do đó, dây

dẫn cách điện sợi

phải được sấy tẩm để cải thiện tính năng của vật liệu cách điện

Ngoài ra, còn có chất cách điện ở thể khí( như không khí, hidrô, ) hoặc thể lỏng

(dầu MBA )

+ Vật liệu khí: không khí là một chất cách điện tốt, tuy nhiên để cách điện

tốt người ta thường dùng khí trơ; hidro được sử dụng trong trường hợp cần cách

điện và làm mát bên trong của vật liệu

+ Vật liệu lỏng ( dầu MBA ) đây là loại vật liệu cách điện rất quan trọng trong máy

điện vì nó có thể len lỏi vào các khe rất nhỏ và còn có thể sử dụng để dập hồ quang

Căn cứ vào độ bền nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra làm nhiều loại,

thường người ta chia làm 7 cấp:

Báo cáo thực tập xưởng điện

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

cho phép(ºC)

Ta có thể tóm tắt cấp cách điện ở bảng dưới đây:

Cấp cách

Sợi xenlulô, bông hoặc tơ tằm trongvật liệu hữu cơ

Nhiệt độ giới hạn cho phép vật liệu (ºC)

Nhiệt độ trung bình cho phép cấp dây quấn (ºC)

dính vật liệu gốcmica

Amiăng, vật liệugốc mica, sợi thuỷtinh có chất kếtdính và tơ tổng

Vật liệu gốc mica,amiăng, sợi thuỷtinh kết hợp chấtkết dính và tấm Si

Để làm mát máy điện, nhiệt lượng sinh ra phải được tản ra môi trường xung quanhbằng cách tăng diện tích tiếp xúc của máy điện với không khí làm mát, tăng tốc độ đối lưucủa không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát Thường vỏ máy điện, được chếtạo có cánh tải nhiệt và đối với máy điện có công suất lớn thường có hệ thống quạt gióhoặc bơm nước làm mát

Kích thước của máy, phương pháp làm mát phải được tính toán và lựa chọn, để cho

độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện máy không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảocho vật liệu cách điện làm việc lâu dài khoảng 20 năm

Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượtquá độ tăng nhiệt của các phần tử cho phép Khi máy quá tải, độ tăng nhiệt sẽ vượt qúanhiệt độ cho phép, vì thế không cho phép quá tải lâu dài

I.Khái N iệ m Chung

*) Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây bọc cách điện( dây dẫn điện từ và được đặttrong rãnh của lõi thép), kiểu dây quấn hình dạng và cách bố trí sẽ được trình bày trongphần cơ sở thiết kế dây quấn stato động cơ không đồng bộ

*) Vỏ máy: làm bằng nhôm hoặc gang, dùng để cố định lõi thép và dây quấn cũng như

cố định máy trên bệ, không dùng để làm mạch dẫn từ Đối với máy có công suất tương đốilớn (1000kW) thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ Tuỳ theo cách làm nguội máy màdạng vỏ cũng khác nhau: kiểu vỏ hở, vỏ bảo vệ, … Hai đầu vỏ có nắp máy và ổ đỡ trục

Vỏ và nắp máy dùng để bảo vệ máy

b) Rôto: là phần quay gồm có lõi thép, dây quấn và trục máy

*) Lõi thép: nói chung, lõi thép vẫn làm bằng lá thép kỹ thuật điện như ở stato Lõi thépđược ép trực tiếp lên trục máy

*) Dây quấn rôto: có hai loại chính là rôto lồng sóc và rôto dây quấn.

- Rôto dây quấn: giống như dây quấn Stato Trong máy điện cỡ trung bình trở lênthường dùng làm dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những đầu nối, kết cấu dây nốichặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng làm dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn 3pha của rôto thường đấu hình sao, còn 3 đầu kia được nối vào 3 rãnh trượt thường làmbằng đồng cố định một đầu ở đầu trục, và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điệnbên ngoài Đặc điểm của loại động cơ rôto kiểu dây quấn này là: có thể thông qua chổithan đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mởmáy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện công suất của máy Khi máy làm việc bình thườngdây quấn rôto được nối ngắn mạch

- Rôto lồng sóc: Kết cấu của loại dây này rất khác so với dây quấn stato Trong mỗirãnh của lõi thép, rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi thép và đượcnối tắt ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm thành cái lồng, người tahay gọi là lồng sóc

Ở các máy công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõithép rôto tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát Dâyquấn rôto lồng sóc không cần cách điện với lõi thép Để cải thiện tính năng mở máy trongcông suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh.Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thưòng làm rãnh chéo đi qua một góc so với tâm trục.Động cơ lồng sóc là động cơ rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc bảo đảm Động cơdây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ song giá thành cao và vậnhành kém tin cậy hơn rôto lồng sóc nên chỉ được dùng khi động cơ rôto lồng sóc khôngđáp ứng được yêu cầu về truyền động

b) Khe hở: vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều, khe hở trong máy điện khôngđồng bộ rất nhỏ( 0,2 – 1mm trong các máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế dòngđiện từ hoá lấy từ lưới điện và như vậy mới có thể nâng cao hệ số công suất củamáy

III.

Công D ụng C ủ a Máy Điện Không Đ ồng Bộ

cấu đơn giản làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ làloại máy được dùng rộng dãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với công suất vàichục đến vài nghìn kW Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làmnguồn động lực cho các máy cán thép vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhàmáy công nghiệp nhẹ … Trong các hầm mỏ, dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nôngnghiệp làm máy bơm hay gia công nông sản Trong đời sống hàng ngày, máy điện khôngđồng bộ cũng dần chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh…Tóm lại, theo sự phát triển của nền điện khí hoá, và tự động hoá, phạm vi ứng dụng củamáy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi.

Tuy vậy, máy điện không đồng bộ cũng có những nhược điểm: hệ số cosϕ khôngcao, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt, nên ứng dụng của nó cũng có hạn

chế

Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện, nhưng đặc tính không tốt

so với máy phát điện đồng bộ nên chỉ trong một vài trường hợp đặc biết nào đó( trong quátrình điện khí hoá nông thôn) cần nguồn điện phụ tạm thời thì nó cũng có ý nghĩa quan trọng

IV Nguyên Lý Làm Vi ệc Củ a Máy Đi ện Không Đồng Bộ

Ta tạo ra một từ trường quay có tốc độ n1 = 60 f ,