Thiết kế phương án xây dựng bài thí nghiệm - thực hành động cơ không đồng bộ một pha

b.Dây quấn Trong các rãnh của roto có đặt các thanh dẫn, các thanh dẫn thường làmbằng nhôm, các đầu của thanh dẫn nối với nhau bằng vòng ngắn mạch.. + Xét với động cơ không đồng bộ một p

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý

ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện tử trong các hoạt động thực tếcủa con người Kĩ thuật điện tử đóng vai trò rất lớn trong cuộc sống

Do vậy việc giảng dạy ở các trường phổ thông, các trường Cao Đẳng,Đại Học phải thông qua sử dụng rộng rãi thí nghiệm về kĩ thuật Tuy nhiên,

có nhiều lí do khác nhau mà việc sử dụng thí nghiệm trong giảng dạy kĩ thuật

ở các trường còn hạn chế Một trong những lí do căn bản là do các tài liệuchưa thành hệ thống, chưa tỉ mỉ và chưa đầy đủ để người đọc có thể hiểu vàlắp ráp thành bài thí nghiệm - Thực hành từ các thiết bị có sẵn

Vì vậy xây dựng một tài liệu đầy đủ, chi tiết về bài thí nghiệm - thựchành để người đọc có thể tự mình thực hiện bài thí nghiệm - thực hành

“ Động cơ không đồng bộ một pha ” là rất cần thiết

Vì những lí do trên mà em đã lựa chọn đề tài "Thiết kế phương án

xây dựng bài thí nghiệm – thực hành động cơ không đồng bộ một pha".

Để đưa ra một hướng đẫn chi tiết, đầy đủ, hệ thống

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Xây dựng lí thuyết bài thí nghiệm "Động cơ không đồng bộ một pha"giúp học viên có tài liệu để tự lắp ráp được bài thí nghiệm - thực hành này

3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ(KĐB) một pha

- Sự hình thành từ trường quay hai pha và các tính chất của nó

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý

- Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính toán bằng lý thuyết.

4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Động cơ không đồng bộ một pha

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Kết hợp giữa hai phương pháp: Lí thuyết và thực nghiệm

6.Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Thiết kế, xây dựng lý thuyết cho bài thí nghiệm – thực hành "động cơ không đồng bộ một pha"

7 KẾT CẤU NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Ngoài phần mở đầu, kết luận chung, danh mục tài liệu tham khảo thìkhoá luận gồm 5 chương

Chương 1: Sơ lược lý thuyết.

Chương 2: Các thiết bị cần dùng cho bài thí nghiệm.

Chương 3: Thứ tự thí nghiệm – Thực hành bài "Động cơ không đồng

NỘI DUNG Căn cứ để xây dựng bài thí nghiệm – Thực hành

Theo chương trình thí nghiệm kĩ thuật điện của sư phạm kĩ thuật ởtrường ĐHSP Hà Nội 2

Bài 7: Động cơ không đồng bộ một pha

7.1 Dây quấn của máy điện không đồng bộ một pha

7.2 Các phương pháp khởi động

7.3 Vận hành và bảo dưỡng động cơ không đồng bộ một pha

7.4 Một số hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục

CHƯƠNG 1

SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT

1.1 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ một pha.

Cấu tạo của động cơ không đồng bộ một pha gồm 2 bộ phận chủ yếu:Phần tĩnh (stato ), phần động ( roto )

để đặt các bối dây Các bối dây đó nối với nhau theo một quy luật nhất định

Hình 1.cấu tạo stato

Vòng chập mạch

Vòng chập mạch

Do có sự khác nhau về số lượng và kích thước dây quấn hay quy luậtnối giữa các bối dây trong động cơ mà ta thấy có động cơ làm việc ở lưới điện110V hoặc 220V

b Dây quấn

Dây quấn một pha stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện, được đặttrong rãnh của lõi thép Dây quấn stato được nối với lưới điện xoay chiều mộtpha

Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy

Hình 2 Cấu tạo roto

a Lõi thép

Lõi thép roto gồm các lá thép kĩ thuật điện ghép lại thành khối trụ đặc.Trên bề mặt roto có các rãnh cách đều nhau và nghiêng so với trục một gócnhất định

b.Dây quấn

Trong các rãnh của roto có đặt các thanh dẫn, các thanh dẫn thường làmbằng nhôm, các đầu của thanh dẫn nối với nhau bằng vòng ngắn mạch Vì vậynếu tách các thanh dẫn và vòng ngắn mạch của roto khỏi lõi ta sẽ trông nógiống như một chiếc lồng tròn nên người ta gọi nó roto lồng sóc

1.2 Sự hình thành từ trường đập mạch của dây quấn một pha

- Từ trường của dây quấn một pha là từ trường có phương không đổi,song trị số và chiều biến theo thời gian, được gọi là từ trường đập mạch

Gọi p là số đôi cực, ta có thể cấu tạo dây quấn để tạo ra từ trường 1; 2hoặc p đôi cực

- Xét dây quấn 1 pha đặt trong 4 rãnh của stato Dòng điện trong dâyquấn là dòng điện 1 pha như hình vẽ :

i =

- Trên hình vẽ, chiều dòng điện trong thanh 1 đi đến 1’ được kí hiệu ở rãnh

1 (hình b) Trong thanh 2 đi từ 2’ đến 2 được kí hiệu (.) ở rãnh 2 Cũng kíhiệu tương tự đối với các thanh còn lại Căn cứ vào chiều dòng điện, vẽ đượcchiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai Dây quấn hình 1a tạo thành từtrường một đôi cực p = 1 (hình 1b)

1.3 Sự hình thành từ trường quay hai pha

Xét trên hình vẽ có hai dây quấn AX và BY đặt lệch nhau trong khônggian một góc

Hình 1.3: Sự hình thành từ trường quay hai pha

Cho dòng điện chạy qua hai dây dẫn AX và BY, sẽ sinh ra từ trường biến thiên chạy qua hai dây dẫn lệch pha nhau một góc

= sinwt ; = sinwt (1)

= sin(wt - ) ; = sin(wt - ) (2)Bây giờ ta xét các thời điểm khác nhau :

- Thời điểm pha wt = thay vào (1) và (2) ta được = ;

= 0 Từ trường tổng = + = Ta thấy: Từ trường tổngcùng phương cùng chiều với từ trường của dây quấn pha A

Ta có giản đồ vecto như sau:

0

- Thời điểm pha wt = thay vào (1) và (2) ta được = 0;

= = Ta thấy: Từ trường tổng cùng phương cùng chiều với

từ trường của dây quấn pha B

Ta có giản đồ vecto như sau:

0

- Thời điểm pha wt = thay vào (1) và (2) ta được = - ;

= 0 = - Ta thấy: Từ trường tổng cùng phương ngược chiều với

từ trường của dây quấn pha A

Ta có giản đồ vecto như sau:

- Thời điểm pha wt = thay vào (1) và (2) ta được = 0;

= Ta thấy: Từ trường tổng cùng phương ngược chiều với từ trường của dây quấn pha B

Ta có giản đồ vecto như sau:

0

* Nhận xét:

+ Từ trường tổng là từ trường quay

+ Tốc độ của từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato và số đôi cực p

+ Chiều quay của từ trường : Từ trường sẽ quay theo chiều từ trục củadây quấn có dòng điện nhanh pha hơn (AX) sang trục của dây quấn có dòngđiện chậm pha hơn (BY)

+ Điều kiện để có từ trường quay: Có ít nhất 2 dòng điện lệch pha chạy trong hai cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian Xét với động cơ không đồng bộ một pha khởi động bằng tụ, các cuộn dây đó được chế tạo lệch nhauđiện (như trình bày ở trên)

+ Xét với động cơ không đồng bộ một pha khởi động bằng vòng chập mạch thì sự hình thành từ trường quay sẽ khác.

f: Tần số dòng điện lưới

P: Số đôi cực từ của stato

Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn roto, cảm ứng các suất điện động Do dây quấn roto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng trong các thanh dẫn roto

Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện roto, kéo roto quay cùng chiều quay của từ trường với tốc độ n

1.4.2 Chiều của lực từ tác động lên roto

Để minh hoạ, trên hình 1 vẽ từ trường quay tốc độ , chiều sức điệnđộng và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn roto, chiều các lực điện từ

Phạm Thị Đào – Lớp K32D - SPKT 10

Hình 1.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ một pha

Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải, tacăn cứ vào chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn với từ trường Nếu coi

từ trường đứng yên, thì chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn ngượcchiều với , từ đó áp dụng quy tắc bàn tay phải, xác định được chiều suấtđiện động như hình vẽ (dấu chiều đi từ ngoài vào trang giấy)

Chiều lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay

1.4.3 Tốc độ quay của roto

Tốc độ n của roto nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay vì nếu tốc độbằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn roto không

có suất điện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng không

Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ roto gọi là tốc độtrượt

Hệ số trượt của tốc độ là:

= - n

Khi roto đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = 1

Thực tế, khi roto quay định mức s = 0,02 0,06 Tốc độ roto là:

n = (1 – s) = - s)

Phạm Thị Đào – Lớp K32D - SPKT 11

* Nhận xét:

+ Từ trường trong động cơ là từ trường quay với tốc độ

+ Do có sự chuyển động tương đối giữa thanh dẫn roto với từ trườngquay nên xuất hiện lực điện từ và mômen quay làm roto quay

+Tốc độ n của roto nhỏ hơn, xấp xỉ bằng tốc độ (khi n = thìkhông còn sự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay nên lực kéoroto quay bị triệt tiêu nên roto quay chậm lại cứ lặp đi lặp lại như vậy ) ở đây

có sự không đồng bộ giữa tốc độ quay của roto và tốc độ của từ trường quaynên ta gọi là động cơ không đồng bộ

+ Chiều quay của động cơ là theo chiều quay của từ trường quay

CHƯƠNG 2

CÁC THIẾT BỊ CẦN DÙNG CHO BÀI THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH

11

- Tiếp điểm thường đóng.

- Tiếp điểm thường mở

- Lõi thép

c Nguyên lý làm việc

- Khi không có dòng điện đi qua cuộn dây, công tắc tơ không hoạt động tiếp điểm thường ở vẫn mở, tiếp điểm thường đóng vẫn đóng

- Khi ấn nút thường mở sẽ có dòng điện đi vào cuộn dây của công tắc

tơ, công tắc tơ hoạt động do tiếp điểm thường mở đóng lại; tiếp điểm thườngđóng mở ra

- Khi thả tay ra khỏi nút ấn thường mở sẽ không có dòng điện đi vàocuộn dây Do đó để duy trì hoạt động của công tắc tơ người ta thiết kế mộttiếp điểm thường mở mắc song song với nút ấn thường mở và tiếp điểmthường mở này do cuộn dây của công tắc tơ điều khiển

d Công dụng của công tắc tơ

- Dùng để điều khiển từ xa, thay thế cầu dao đóng, ngắt các mạch điện

- Đảm bảo được an toàn cho người sử dụng

- Công tắc tơ có dòng điện nhỏ có thể điều khiển được tải có dòng điện

2.2.2 Máy biến áp tự ngẫu một pha

Trong trường hợp cần biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn lắm,nghĩa là điện áp sơ cấp và thứ cấp khác nhau không nhiều, người ta sử dụngmáy biến áp tự ngẫu

Máy biến áp tự ngẫu khác máy biến áp hai dây quấn ở chỗ là dây quấnthứ cấp và dây quấn sơ cấp có một phần chung, nên ngoài sự liên hệ qua từthông chính Ø, các dây quấn sơ cấp và thứ cấp cần liên hệ trực tiếp với nhau

về điện

2.2.3 dao

Cầu dao là loại thiết bị dùng để đóng, cắt điện bằng tay, đơn giản nhất,được sử dụng rộng rãi trong mạch điện có điện áp 220V điện một chiều và380V điện xoay chiều

Cầu dao thường dùng để đóng cắt mạch điện công suất nhỏ và khi làmviệc không phải đóng cắ nhiều lần Nếu điện áp mạch điện cao hơn hoặcmạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao làm nhiệm vụ cách lihoặc chỉ đóng cắt khi không tải Sở dĩ như vậy vì khi cắt mạch, hồ quangsinh ra sẽ rất lớn, tiếp xúc sẽ bị phá huỷ trong một thời gian ngắn dẫn đếnphát sinh hồ quang giữa các pha, gây nguy hiểm cho người thao tác vàhỏng thiết bị

Để đảm bảo cắt điện tin cậy, chiều dài lưỡi dao phải đủ lớn (lớn hơn50cm) và để an toàn lúc đóng cắt cần có biện pháp dập hồ quang, tốc độ dichuyển lưỡi dao tiếp xúc càng nhanh, thời gian dập tắt hồ quang càng ngắn, vì

thế người ta làm thêm lưỡi dao phụ có lò xo bật nhanh ở các cầu dao có dòng điện một chiều lớn hơn 30A.

Hình 2.1 Cấu tạo và kí hiệu cầu dao

1.Tiếp điểm động (lưỡi dao); 2.Tiếp điểm tĩnh; 3 Đế cách điện

Theo kết cấu người ta phân ra loại 1 cực, 2 cực, 3 cực hoặc 4 cực Theo điện áp phân ra điện áp định mức 250V; 500V

Theo dòng điện định mức có các loại: 15; 25; 30; 40; 60; 75; 100; 150;200; 300; 350; 600; 1000A

Theo điều kiện bảo vệ có loại không có hộp, có loại có hộp che chắn.Theo yêu cầu sử dung có loại cầu dao có cầu chì bảo vệ và loại không

có cầu chì bảo vệ

2.2.4 Cầu chì

Cầu chì là loại thiết bị điện dùng để bảo vệ các thiết bị điện và mạngđiện tránh quá dòng điện (chủ yếu là dòng điện ngắn mạch) Trong mạngđiện ta thường thấy cầu chì bảo vệ các dây điện và cáp, bảo vệ đồ dùngđiện gia đình, bảo vệ máy biến áp, động cơ điện

Hai phần tử cơ bản của cầu chì là: Dây chảy và thiết bị dập hồ quang(phần tử dập hồ quang thường gặp ở cầu chì cao áp)

Dây chảy là phần tử quan trọng nhất, để cắt mạch điện khi có sự cố mộtcách tin cậy, dây chảy cần thoả mãn các yêu cầu sau:

- Không bị oxi hoá

- Dẫn điện tốt.

- Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp

- Kim loại vật liệu ít

- Quán tính nhiệt phải nhỏ

Để giảm nhiệt độ tác động, người ta dùng hai biện pháp:

- Dùng dây dẹt có lỗ thắt lại để giảm tiết diện

- Dùng dây tròn, trên một số đoạn hàn thêm một số vảy kim loại cónhiệt độ nóng chảy thấp

Cấu tạo của cầu chì có các loai sau: Loại hở, loại vặn, loại hộp, loại kínkhông có thạch anh, loại kín trong ống có cát thạch anh

Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt (bảo vệ)lớn và giá thành thấp, do đó cầu chì vẫn được ứng dụng rộng

CHƯƠNG 3

THỨ TỰ THÍ NGHIỆM – THỰC HÀNH BÀI

" ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA "

3.1 Tìm hiểu sơ lược về động cơ

Tìm hiểu các thông số ghi trên nhãn máy

3.2.1 Mục đích của bài thí nghiệm – thực hành

- Kiểm chứng lại các kết quả đã học về động cơ không đồng bộ một

- Biết cách khởi động động cơ bằng phương pháp khác nhau

- Biết cách vận hành và bảo dưỡng động cơ

3.2.2 Yêu cầu của bài thí nghiệm – thực hành

- Xác định được điểm đầu, điểm cuối của các bối dây.

- Lắp ráp được mạch và lấy được số liệu theo yêu cầu

- Quan sát các hiện tượng và giải thích các hiện thượng đó

- Đưa động cơ vào làm việc và sửa chữa những hỏng hóc nhỏ

3.2.3 Chuẩn bị cho bài thí nghiệm – thực hành

Yêu cầu: Đọc trước lí thuyết phần "Động cơ không đồng bộ một pha"

3.3 Nội dung

3.3.1 Dây quấn máy điện không đồng bộ một pha

3.3.1.1 Động cơ có 8 đầu dây (220V, 110V)

* Xác định các bối dây.

+ Sơ đồ: Hình 3.1

+ Cách làm

Hình 3.1 Sơ đồ mạch điện động cơ có 8 đầu dây

Dùng nguồn 55V lấy hai đầu dây bất kì của động cơ mắc nối tiếp vớimột ampe kế, cấp nguồn nếu ampe kế chỉ 0A thì ta giữ nguyên một đầu và lầnlượt thử với các đầu cho một bối dây

Có thể dùng đồng hồ vạn năng để ở thang đo Ω

* Xác định điểm đầu và điểm cuối của các bối dây

Sơ đồ: Hình 3.2

+ Cách làm

Hình 3.2 Sơ đồ mạch điện động cơ có 8 đầu dây

Mắc nối tiếp một trong hai bối dây và đưa vào nguồn 110V

Một trong hai bối dây còn lại mắc với vôn kế, nếu vôn kế chỉ một giátrị nào đó thì kết luận điểm đầu của bối thứ nhất đã nối với điểm cuối của bốithứ 2 (hoặc ngược lại)

Tiếp tục với các bối còn lại ta sẽ xác định được điểm đầu và điểm cuốicủa các bối dây

3.3.1.2 Động cơ 4 đầu dây

Động cơ đã được mắc sẵn vòng đồng ngắn mạch và đã đấu hai bối dâynối tiếp thành một bối dây lớn Vì vậy động cơ chỉ có 4 đầu ra của hai bối dâylớn

* Xác định các bối dây

Sơ đồ: Hình 3 3

+ Cách làm:

Hình 3.3 Sơ đồ mạch điện động cơ 4 đầu dây

110V

Lấy 2 đầu bất kì của động cơ nối tiếp với ampe kế và đưa vào nguồn

Làm tương tự như cách xác định các bối dây ở động cơ 8 đầu ra

* Xác định điểm đầu (Đ) và điểm cuối (C) của các bối dây

Tương tự như cách xác định các đầu dây trong động cơ 8 đầu ra

3.3.2 Các phương pháp khởi động

3.3.2.1 Khởi động bằng tụ điện

Động cơ có 8 đầu ra:

+ Sơ đồ 1(hình 3.4): Động cơ khởi động với u = 220V

Hình 3.4 Sơ đồ mạch điện động cơ có 8 đầu ra

+ Sơ đồ 2 (hình 3.5): Động cơ khởi động với u = 110V

- Kiểm tra thiết bị.

- Mắc mạch theo sơ đồ thí nghiệm

- Kiểm tra lại mạch đã mắc, cấp điện cho mạch

- Tiến hành đo đạc, lấy kết quả ghi vào bảng 3.1

- Kiểm tra lại mạch đã mắc, cấp điện cho mạch

- Tiến hành đo đạc, lấy kết quả ghi vào bảng 3.2

Phạm Thị Đào – Lớp K32D - SPKT 21