Nguyên lí vận hành máy điện

Theo quan điểm năng lượng thì trong tất cả các thiết bị điện đều xảy ra quá trình chuyển động năng lượng điện từ.

Báo cáo thực tập xưởng điện Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện 1 LỜI MỞ ĐẦU Có thể khẳng định, với sinh viên khoa Điện một trong những môn học được mong chờ và thích thú nhất chính là môn thực tập xưởng. Không chỉ bởi nội dung hay mà sinh viên 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, tín hiệu 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 máy điện để thực hiện các quá trình ngược lại được gọi là động cơ. Các máy điện đều có tính chất thuận nghịch tức là đều có khả năng biến đổi cơ năng thành năng lượng điện và ngược lại. Máy điện gồm hai phần: mạch điện và mạch từ. Mạch điện được cấu tạo bởi các cuộn dây, còn mạch từ cấu tạo bởi lõi sắt từ. Máy điện gồm có máy điện tĩnh và máy điện động. Máy điện tĩnh là máy điện mà vị trí tương đối giữa các phần trong máy là không thay đổi, còn máy điện động là máy điện mà vị trí tương đối giữa các phần trong máy điện thay đổi khi máy điện hoạt động. Do có thể biến đổi từ năng lượng điện thành năng lượng cơ và ngược lại từ năng lượng cơ thành năng lượng điện nên máy điện được dùng phổ 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 tại trường ĐHBKHN ngoài việc được học cơ sở lý thuyết về máy điện trên lớp chúng em còn được đi thực tập xưởng 3 tuần lễ. Nhờ vậy chúng em hiểu rõ hơn về nguyên lý vận hành của máy điện và chúng em còn được học kỹ thuật quấn dây của máy biến áp nhỏ, động cơ ba pha Báo cáo thực tập xưởng điện Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện 2 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 LỤ C 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 Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện 3 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN §1. Cơ Sở Lý Thuyết Máy Đ i ện I. G i ới th i ệu chung về m á y đ iện 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 lượng thông qua sự tồn tại của điện trường và từ trường trong máy điện. Cấu tạo của máy điện gồm hai phần cơ bản: mạch điện và mạch từ. Mạch từ gồm bộ phận dẫn từ và khe hở không khí Mạch điện gồm các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn điện tạo thành các vòng kín có thể cho dòng điện chạy qua. Tuỳ theo cấu tạo, nguyên lý làm việc, chức năng mà máy điện được chia ra làm Báo cáo thực tập xưởng điện Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện 4 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 năng lượng 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 đóng vai trò là máy truyền tải điện năng. Sự biến đổi cơ điện trong máy dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Nguyên lý này cũng đặt cơ sở cho các bộ biến đổi cảm ứng dùng để biến đổi năng lượng điện với những 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 và quá 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 phân loại 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. a) Máy đ i ệ n t ĩnh Báo cáo thực tập xưởng điện Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện 5 Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, do sự biến đổi từ thông 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 biến đổi 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 năng lượng điện thành cơ năng và ngược lại cơ năng thành điện năng. Đại diện cho loại máy điện động là động cơ điện ( biến đổi điện năng thành cơ năng) và máy phát điện ( biến đổi cơ năng thành điện năng).Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch (như sơ đồ hinh dưới) 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 Máy điện tĩnh máy diện có phần quay Máy điện xoay chiều máy điện một chiều Máy điện Máy điện Không đồng bộ đồng bộ MBA ĐCKĐB MFKĐB ĐCĐB MFĐB động cơ 1 chiều máy phát 1 chiều II. 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 Báo cáo thực tập xưởng điện Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện 6 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 F cơ thanh dẫn sẽ chuyển động với vận tốc v trong từ trường của nam châm N_S và trong thanh dẫn sẽ cảm ứng suất điện động e. Nếu nối thanh dẫn với tải thì sẽ có dòng điện i chạy trong thanh dẫn. Đây là nguyên lý để tạo ra máy phát điện. Nếu không tính tới điện trở của thanh 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 F đt = B.i.l và có chiều như hình vẽ. Khi máy quay với tốc độ không đổi, lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp: F cơ = F đt và nhân hai vế với v ta được: F cơ .v = F đt .v = B.i.l.v = e.i và như vậy công suất của động cơ sơ cấp: P cơ = F cơ .v đã thành công suất điện P điện = e.i nghĩa là cơ năng đã chuyển thành điện năng. 2. C h ế độ động cơ đ iện Báo cáo thực tập xưởng điện Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện 7 Cung cấp điện cho máy điện, điện áp u của nguồn điện sẽ gây ra dòng i trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F đt = B.i.l tác dụng lên thanh dẫn làm 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 P cơ = 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: - Vật liệu tác dụng. - Vật liệu kết cấu. - Vật liệu cách điện. 1. Vật l iệu tác d ụng Báo cáo thực tập xưởng điện Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện 8 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 kỹ thuật điện, có hàm lượng silíc khác nhau nhưng không vựơt quá 4,5%. Hàm lượng silíc này dùng để hạn chế tổn hao do từ trễ và tăng điện trở của thép để giảm tổn hao dòng 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 mm dùng trong các máy điện quay ghép lại làm lõi sắt để làm giảm tổn hao do dòng điện xoáy tạo nên. Tuỳ theo cách chế tạo, người ta chia ra làm hai loại: cán nóng, cán nguội. Loại sau có những tính năng về từ tốt hơn như độ từ thẩm cao hơn, tổn hao thép ít hơn. Hiện nay 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 đặc Báo cáo thực tập xưởng điện Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện 9 điểm: dọc theo chiều cán thì tính năng từ tốt hơn so với ngang chiều cán, do đó thường 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 trong máy điện là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ( ρ = 0,0172 Ω mm 2 /m) . Ngoài ra còn dùng nhôm( ρ = 0,0282 Ω mm 2 /m) và các hợp kim khác như đồng 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 loại cách điện khác nhau như sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học . Với các máy điện công suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 700V thường dùng dây emai vì các lớp cách điện của dây mỏng đạt độ bền yêu cầu. Đối với các bộ phận khác như vành đổi chiều, lồng sóc hay vành trượt ngoài đồng, nhôm người ta còn dùng cả thép để tăng cường độ bền cơ học và giảm kim loại màu. 2. Vật l iệu k ết c ấu Là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu tác động cơ học như trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Vật liệu này thường bằng gang, sắt, thép đúc hoặc thép rèn, kim loại màu và các hợp kim của chúng, các chất dẻo. 3. Vật l iệu cách đ iện Để cách điện các bộ phận mang điện với các bộ phận không mang điện, người ta dùng vật liệu cách điện, vì vậy đây là vật liệu quan trọng trong máy điện, nó quyết Báo cáo thực tập xưởng điện Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện 10 định phần lớn sự làm việc ổn định của máy điện. Do đó, những vật liệu này đòi hỏi phải có độ 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: Cấp cách điện Y A E B F H C [...]... mát máy điện Trong máy điện xảy ra quá trình biến đổi hoặc truyền tải năng lượng và có sự tổn hao năng lượng ∑ Δp Trong máy phát điện tổn hao chủ yếu là trong lõi thép( do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy), trong điện trở dây quấn máy điện và do ma sát ở các ổ trục, lực cản của quạt làm mát máy phát điện tổn hao này làm nóng máy và ảnh hưởng đến chất lượng của vật liệu cách điện Để làm mát máy điện, ... vừa) để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới điện và như vậy mới có thể nâng cao hệ số công suất của máy III Công Dụng Của Máy Điện Không Đồng Bộ Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm cơ điện Do kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng dãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với công suất vài chục... dụng lên trục động cơ điện, do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện Khi rôto quay ngược với chiều từ trường quay thì chiều của sức điện động, dòng điện và mômen vẫn giống như lúc ở chế độ động cơ Vì mômen sinh ra ngược với chiều quay của rôto nên có tác dụng hãm rôto dừng lại Trong trường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới vào,... lại, theo sự phát triển của nền điện khí hoá, và tự động hoá, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi Tuy vậy, máy điện không đồng bộ cũng có những nhược điểm: hệ số cosϕ không cao, 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... nghìn kW Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho các máy cán thép vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ … Trong các hầm mỏ, dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp làm máy bơm hay gia công nông sản Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh…... thành rẻ và làm việc bảo đảm Động cơ dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ song giá thành cao và vận hành kém tin cậy hơn rôto lồng sóc nên chỉ được dùng khi động cơ rôto lồng sóc không đáp 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 không đồng bộ rất nhỏ( 0,2 – 1mm trong các máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện. .. kết cấu vỏ máy, rôto… Theo kết cấu của vỏ: máy điện không đồng bộ chia thành các kiểu chính: rôto kiểu dây quấn, rôto kiểu lồng sóc Theo số pha trên dây quấn có 3 loại: 1 pha, 2 pha, 3 pha 2 Kết cấu: Giống như những máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ gồm những phần chính như sau: a) Stato: là phần tĩnh và gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy *) Lõi... diện tích tiếp xúc của máy điện với không khí làm mát, tăng tốc 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 thống quạt gió hoặc 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... máy trên bệ, không dùng để làm mạch dẫn từ Đối với máy có công suất tương đối lớn (1000kW) thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng 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. .. nhôm thành cái lồng, người ta hay gọi là lồng sóc Ở các máy công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rôto tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát Dây quấn rôto lồng sóc không cần cách điện với lõi thép Để cải thiện tính năng mở máy trong công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh Trong máy điện . sóc. Em xin ch n th nh c m n ban chủ nhi m khoa i n v các th y h ớng d n: Nguy n Quang H ng Nguy n Huy Thi n đã tạo m i i u ki n thu n l i nh t để giúp. thực tập xưởng i n Th y giáo h ớng d n: Nguy n quang H ng ,Nguy n huy Thi n 1 L I M ĐẦU Có thể khẳng đ nh, v i sinh vi n khoa i n m t trong nh ng m n