thuc tap xuong dien

Báo cáo thực tập xưởng điện

LỜI MỞ ĐẦU Học tập trên cả lý thuyết và thực hành là rất quan trọng đối với sinh viên tất cả các khoa. Đặc biệt đối với sinh viên khoa Điện thì điều này càng quan trọng. Do điều kiện khó khăn của trường nói riêng cũng như cả nước nói chung, việc tạo điều kiện cho sinh viên ứng dụng lý thuyết vào thực tế gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên nhờ sự cố gắng của nhà trường và các thầy cô giáo, sinh viên đã được thực hành một số nội dung quan trọng. Đây là cơ hội rất quý báu của chúng em. Ba tuần thực tập tại xưởng điện, bộ môn Thiết bị điện-điện tử, em đã tiếp thu được nhiều kiến thức mới mẻ, bổ ích mà nếu chỉ học lý thuyết thì không thể biết được. Những kiến thức đó chắc chắn sẽ giúp ích em rất nhiều trong quá trình làm việc sau này. Sau đây, em xin trình bày tóm tắt những kiến thức, cũng như bài học kinh nghiệm mà em học được qua 3 tuần thực tập. Nội dung bản báo cáo gồm 3 phần chính: A – CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Giới thiệu chung về máy điện, nguyên lý hoạt động, vật liệu kỹ thuật điện. - Máy biến áp và cơ sở thiết kế máy biến áp. - Máy điện không đồng bộ và cơ sở thiết kế dây quấn cho động cơ 3 pha. B- THỰC HÀNH Các bài tập thực hành về : -Dây quấn máy biến áp. -Dây quấn động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. C – KẾT LUẬN VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM. 1 A - CƠ SỞ LÝ THUYẾT I./> CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 1.1 Định nghĩa: máy điện là những thiết bị điện từ, họat động dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lai, biến đổi các thông số của năng lượng điện. Máy điện là thiết bị điện từ hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. a. Định luật về cảm ứng điện từ: - Biểu thức: e = - d dt θ e: sức điện động cảm ứng θ : tổng từ thông móc vòng trong mạch điện -Phát biểu: Sự biến thiên tổng từ thông móc vòng trong mạch điện sẽ tạo ra một sức điện điện động tỷ lệ với đạo hàm của tổng từ thông biến thiên đó. - Dạng khác: e = Blv e: sức điện động cảm ứng B: cảm ứng điện từ l: chiều dài thanh dẫn trong từ trường v: tốc độ chuyển động theo hướng vuông góc của thanh dẫn b. Định luật về lực điện từ: -Biểu thức: f=B.i.l.sin ϕ f: lực điện từ tác dụng lên đoan dây dẫn mang điện nằm trong từ trường B: từ cảm l: chiều dài đoạn dây i: cường độ chạy trong thanh dẫn ϕ : góc giữa vecto từ cam B và dòng điện i o trong dây dẫn -Phát biểu: Thanh dẫn dài l mang dòng điện i đặt trong từ trường từ cảm B ur sẽ chịu một lực từ tác dụng, có độ lớn xác định theo công 2 thức trên, chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái. 1.2 Về cấu tạo: Máy điện gồm mạch từ ( lõi thép ) và mạch điện ( các dây quấn) dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác như cơ năng thành điện năng ( máy phát điện) hoặc ngược lại, biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện ) hoặc dùng để biến đổi các thông số điện áp dòng điện, tần số, pha . Sự biến đổi cơ điện trong máy điện dựa trên nguyên lý về điện từ. Nguyên lý này cũng đặt cơ sở cho sự làm việc của các bộ biến đổi cảm ứng, dùng để biến đổi cảm ứng đơn giản, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều có điệp áp khác. Các dây quấn và mạch từ của nó đúng yên và quá trình biến đổi từ trường để sinh ra sức điện động cảm ứng trong các dây quấn được thực hiện bằng phương pháp điện. 1.3 Phân loại: Máy điện có nhiều loại, được phân loại theo nhiều cách khác nhau, phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện ( một chiều hoặc xoay chiều ), theo nguyên lý làm việc. Ở đây ta sẽ phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng : a. Máy điện tĩnh: Máy điện tĩnh thường gặp là các loại máy biến áp. Máy điện tĩnh làm việc dựa trên các hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông, giữa các cuộn dây không có sự chuyển động tương đối với nhau. Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng. Do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch. Ví dụ : Máy biến áp biến đổi điện năng có các thông số U 1 , I 1 , t 1 thành điện năng có các thông số mới U 2 ,I 2 ,t 2 hoặc ngược lại, biến đổi hệ thống điện U 2 , I 2 ,t 2 thành hệ thống điện U 1 ,I 1 ,t. 3 b. Máy điện quay: Nguyên lý làm việc 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 điện này thường dùng để biến đổi năng lượng. Ví dụ : Biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện ) hoặc biến đổi cơ năng thành điện ( máy phát điện ),. Quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát hoặc động cơ điện. Tùy theo cách tạo ra từ trường, kết cấu mạch từ và dây quấn mà ta có 4 loại máy điện quay cơ bản sau: -Máy điện không đồng bộ -Máy điện đồng bộ -Máy điện một chiều -Máy điện xoay chiều 1.4-Các thông số chính của máy phát điện: Mỗi máy đều có một bộ thông số định mức để đảm bảo khi vận hành, máy đạt hiệu suất cao nhất, ổn định và an toàn nhất, đảm bảo độ bền và tuổi thọ của máy. Đồng thời qua thông số của máy để chọn loại máy phù hợp với yêu cẩu sử dụng Các thông số nói chung thường dung: điện áp định mức, dòng định mức, công suất định mức và tốc độ định mức. 2. NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN Tính thuận nghịch cúa máy điện: Máy điện có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. 2.1 - Chế độ máy phát điện: Cho cơ năng tác động lên thanh dẫn. Thanh dẫn sẽ chuyện động với tốc độ v trong từ trường của nam châm N-S, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng một sức điện động e. Nếu nối hai cực của thanh dẫn với điện trở R của tải thì dòng điện i sẽ chạy trong thanh dẫn cung cấp điện cho tải. Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn thì điện áp đặt vào tải u=e . Công suất điện của máy phát cung cấp cho tải là p=ui=ei. Dòng điện i nằm trong từ trường sẽ 4 chịu tác dụng của lực điện từ F.dt = B.i.l. Khi máy quay với tốc độ không đổi, lực điện từ sẽ cân bằng với lực sơ cấp của động cơ sơ cấp. F cơ = F.dt => F cơ .v = F.dt. v = B.i.l.v = e.i Như vậy công suất của động cơ sơ cấp P cơ = p cơ .v đã được biến đổi thành công suất điện P đ = e.i nghĩa là cơ năng đã được biến đổi thành điện năng. 2.2 - Chế độ động cơ điện : Cung cấp điện cho máy điện điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng điện i trong thanh dẫn dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fdt=B.i.l tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v Công suất điện đưa vào động cơ: P = u.i=e.i=B.l.v.i=F.dt.v Như vậy công suất điện P đ = u.i đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ P cơ = F.dt.v trên trục động cơ. Điện năng đã biến thành cơ năng. Ta nhận thấy cùng một thiết bị điện từ, tuỳ theo dạng năng lượng đưa vào mà máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. đây chính là tính chất thuận nghịch của mọi loại máy điện. 3. SƠ LƯỢC VỀ CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN: Các vật liệu dùng để chế tạo có thể chia làm 3 loại : + Vật liệu tác dụng + Vật liệu kết cấu + Vật liệu cách điện 3.1 - Vật liệu tác dụng: Đây là vật liệu dẫn từ và dẫn điện. các vậy liệu này được dùng để tạo điều kiện cần thiết sinh ra các biến đổi điện từ. 5 a- Vật liệu dẫn từ : Người ta chủ yếu sử dụng thép lá kỹ thuật điện, có hàm lượng silic khác nhau nhưng không được vượt quá 4,5%. Hàm lượng silic này dùng để hạn chế tốn hao do từ trễ và tăng điện trở của thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy (tổn hao fuco). Lá thép hay được sử dụng là loại lá thép dày 0,35mm dùng trong máy biến áp và 0,5mm dùng trong máy điện quay ghép lại làm lõi thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Tuỳ theo cách chế tạo người ta phân lõi thép kỹ thuật điện ra làm hai loại: cán nóng và cán nguội. + Loại cán nguội có đặc tính từ tốt hơn như độ từ thẩm cao hơn, tổn hao thép ít hơn loại cán nóng. Thép lá cán nguội lại chia làm hai loại: đẳng hướng và vô hướng. Loại đẳng hướng có đặc điểm là dọc theo chiều cản thì tính năng từ tính tốt hơn hẳn so với ngang chiều cán, do đó thường được sử dụng trong máy biến áp. Loại vô hướng thì đặc tính từ theo mọi hướng nên thường được dùng trong máy điện quay. + Loại cán nóng có tính đẳng hướng nhưng độ từ thẩm thấp hơn loại cán nguội, tổn hao lớn hơn so với thép cán nguội. b - Vật liệu dẫn điện: Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện. Vật liệu dẫn điện dùng trong máy tốt nhất là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ. Ngoài ra, còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau, đồng phốt pho. Để chế tạo dây quấn ta thường sử dụng đồng, đôi khi dùng nhôm. Dây đồng và dây nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật, có bọc cách điện khác nhau như sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học, sơn emay. Với các loại máy có công suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 700V thường dùng sơn emay vì lớp cách điện của dây mỏng, đạt độ bền yêu cầu. Đối với các bộ phận khác như vành đổi chiều, lồng sóc hoặc vành trượt, ngoài đồng, nhôm Người ta còn dùng các hợp kim của đồng hoặc nhôm hoặc có chỗ dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và giảm kim loại màu. 3.2 - Vật liệu kết cấu: 6 Vật liệu kết cấu là vật liệu dùng để chế tạo các chi tiết chịu tác động cơ học như trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy, các bộ phận và chi tiết truyền động hoặc kết cấu của máy theo các dạng cần thiết, đảm bảo cho máy điện làm việc bình thường. Người ta thường dùng gang, thép, các kim loại màu, hợp kim và các vật liệu bằng chất dẻo. 3.3 - Vật liệu cách điện Để cách điện các bộ phận mang điện trong máy người ta sử dụng vật liệu cách điện. Trong máy điện,vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học. Độ bền về nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn quyết định nhiệt độ cho phép của dây và do đó quyết định tải của nó. Nếu tính năng chất cách điện càng cao thì lớp cách điện càng mỏng dẩn đến kích thước của máy giảm. Chất cách điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm : + Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy ,vải lụa +Chất vô cơ như cimiăng ,mica,sợi thuỷ tinh +Các chất tổng hợp +Các loại men,sơn cách điện Chất cách điện tốt nhất là mica,song tương đối đắt nên chỉ dùng trong các máy có điện áp cao, do đó thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải, sợi . Chúng có độ bền cơ học tốt, mềm và rẻ tiền nhưng dẫn nhiệt kém, hút ẩm, 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 (không khí, hydro, khí nitơ hoặc thể lỏng (dầu MBA). - Vật liệu khí: không khí là 1 chất cách điện tốt tuy nhiên để cách điện tốt hơn người ta thường dùng khí trơ, hydro được sử dụng trong trường hợp cần cách điện và làm mát bên trong 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. 7 4. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN: Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất. Tổn hao năng lượng trong máy điện gồm tổn hao sắt từ ( do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy ) trong thép, tổn hao đồng trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay ). Tất cả tổn hao năng lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện. Khi đó, do tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hoá khác lớp cách điện sẽ bị lão hoá, nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ. Ở nhiệt độ làm việc cho phép tốc độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện vào khoảng 10 đến 15 năm. Khi máy làm việc quá tải, độ tăng nhiệt độ sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép. Vì vậy khi sử dụng máy điện cần tránh để máy quá tải làm nhiệt độ tăng cao trong một thời gian dài. Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh. Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp . Thông thường, vỏ máy điện được cấu tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát . II./> MÁY BIẾN ÁP 1.Khái niệm chung: Để dẫn điện từ các trạm tới các hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện. Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và hộ tiêu thụ lớn thì ta cần phải giải quyết một vấn đề quan trọng là : việc truyền tải điện năng đi xa phải đảm bảo tính kinh tế cao nhất. Như ta đã biết cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên cuộn dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm giảm xuống tiết diện dây do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn cũng như tổn hao điện đường dây sẽ giảm xuống. Vì thế muốn truyền tải công suất đi xa ít tổn hao và tiết kiệm 8 kim loại màu trên đường dây truyền tải, người ta phải dùng điện áp cao ( 35,110,220, và 500kV ). Trên thực tế, các máy phát điện không có khả năng tạo ra các điện áp cao như vậy ( thường chỉ 3 kV đến 21kV ) do vậy phải có các thiết bị tăng áp ở đầu đường dây lên. Mặt khác, các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4kV đến 0,6kV nên tới các hộ tiêu dùng cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Để thực hiện biến đỏi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp hoặc ngược lại, từ điện áp thấp lên điện áp cao ta sử dụng máy biến áp. Thực tế, trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thường phải qua 3,4 lần tăng và giảm điện áp như vậy. Chính vì thế, tổng công suất của các máy biến áp trong hệ thống điện thường cao gấp 3, 4 lần công suất của trạm phát điện. Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất. Từ đó ta thấy rõ máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng, không thực hiện việc chuyển hoá năng lượng. 2. Định nghĩa: Máy biến áp là thiết bị từ tĩnh, lam việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi các thông số ( U,I ) của dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. 3. Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc dựa trên định luật cảm ứng điện từ: e = - d dt θ Ta xét sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 1 pha hai dây quấn trên hình vẽ. Cuộn sơ cấp có w 1 vòng dây và cuộn dây thứ cấp có w 2 vòng dây, được quấn như hình vẽ. khi đặt một điện áp xoay chiều u 1 vào cuộn sơ cấp, trong đó sẽ xuất hiện dòng điện i 1 . Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông móc vòng với cả hai dây quấn sơ cấp và cuộn dây 9 thứ cấp, cảm ứng sẽ sinh ra sđđ e 1 và e 2 . 3 u2 w2 w1 u1 Cuộn thứ cấp có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i 2 đưa ra tải với điện áp u 2 . Như vậy năng lượng điện chuyển từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp. Giả sử điện áp đặt vào cuộn sơ cấp là điện áp xoay chiều có tín hiệu hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm hình sin : S θ = θ m sin ϖ t. Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sđđ cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp là: e 1 =-w 1 d dt φ =-w 1 sind t dt φ ϖ =-w 1 ϖ φ m cos ϖ t= 2 E 1 sin( ϖ t- 2 π ). 10