Đồ án tốt nghiệp - Máy điện

1 LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta đang trên đường trở thành 1 nước công nghiệp, chính vì vậy nhu cầu về năng lượng cần thiết hơn bao giờ hết.Trong đó điện năng là một ngành quan trọng và có ảnh hưởng sâu sắc đến cuộc sống sinh hoạt của người dân.Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng,đo lường, điều khiển Việc ứng dụng lý thuyết điện từ đã làm ra nhiều máy móc thiết bị giúp ích cho đới sống của con người. Máy điện là một trong số đó. Máy điện là một hệ điện từ gồm có một mạch từ và một mạch điện liên quan đến nhau.Mạch t ừ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí.Mạch điện gồm hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng.Từ nhu cầu về sử dụng điện năng ngày càng cao thì chắc chắn sẽ kéo theo nhu cầu về sử dụng máy điện trong các hoạt động công ,nông nghiệp hay sinh hoạt hàng ngày cũng tăng theo.Do đó,trong thực tế có thể bắt gặp ở bất kì lĩnh vực nào máy điện cũng được sử dụng rộng rãi. Chính vì vậy để sinh viên có thể làm quen với một số thiết bị điện đơn giản trong chương trình học tại trường ĐHBK Hà Nội,ngoài việc nghiên cứu máy điên trên lý thuyết,tất cả các sinh viên khoa điện đều được thực hành 3 tuần tai xưởng điện nhằm nâng cao kiến th ức thực tế.Mỗi sinh viên đều có thể biết kỹ thuật quấn dây máy biến áp tự ngẫu,máy điện ba pha và phần nào hiểu được nguyên lý vận hành của chúng. Nội dung báo cáo gồm 2 phần chính là: A.Cơ sở lý thuyết * Giới thiệu chung về máy điện và vật liệu kỹ thuật điện. * Cơ sở thiết kế bộ dây quấn stato động cơ điện và bộ quấn dây máy biến áp tự ngẫu. * Kỹ thuật quấn dây. 2 B.Công nghệ * Các bài tập về quấn máy biến áp tự ngẫu và dây quấn động cơ(đồng khuôn,đồng tâm một lớp) cùng các só liệu kĩ thuật thu được. Em xin chân thành cảm ơn BCN khoa Điện ,các thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Quang Hùng,Nguyễn Huy Thiện đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực tập tại xưởng để hoàn thành tốt các bài thực hành kỹ thuật. Hà N ội, ngày 06 tháng 04 năm 2005 Sinh viên ĐÀO TRUNG KIÊN A) TÓM TẮT LÝ THUYẾT I.Khái niệm chung về máy điện 1. Định nghĩa: Máy điện là một thiết bị điện từ,hoạt động dựa vào nguyên ký cảm ứng điẹn từ,dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại,biến đổi các thông số của năng lượng điện. 2. Nguyên lý làm việc Máy điện làm việc dựa trên nguyên lý về cảm ứng điện từ,thể hiện qua 2 định luật: định luật về cảm ứng điện từ và định luật về lực điện từ. a. Định luật về cảm ứng điện từ - Biểu thức: dt d e φ −= e: suất điện động cảm ứng. e=B.l.v 3 B: cảm ứng từ l: chiều dài thanh dẫn trong từ trường. v: vận tốc chuyển động theo hướng vuông góc thanh dẫn. b.Định luật về luật điện từ -Biểu thức: f=B.i.l.sin ϕ f: lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang điện trong từ trường. B: từ cảm l: chiều dài đoạn dây ϕ : góc giữa vectơ từ cảm B và dòng điện chạy trong dây - Phát biểu:Thanh dẫn l,mang dòng điện i đặt trong từ trường có từ cảm B sẽ chịu một lực tác dụng, lực điện từ có độ lớn được tính trong biểu thức trên. 3.Cấu tạo vật liệu Máy điện là một hệ điện từ gồm có 2 phần chính là: mạch từ và mạch điện liên quan đến nhau. + Mạch từ: gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí,thương làm bằng thép lá kĩ thuật điện có hàm lượng silic<=7,5%(để hạn chế tổn hao do từ trễ và dòng điện xoáy) + Mạch điện: gồm 2 hay nhiều dây quấn đứng yên hoặc có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng.Vật liệu thường dùng là nhôm,đồng(ít dùng) Ngoài ra còn có các bộ phận kết cấu, các bộ phận thực hiện các chức năng khác: tản nhiệt, dập hồ quang .chi tiết truyền động: thường dùng gang, thép, kim loại màu .các vật liệu dùng để cách điện có độ bền điện cao,dẫn nhiệt tốt,chịu ẩm,có độ bền c ơ nhát định như giấy cách điện,sơn emay 4.Phân loại a.Máy điện tĩnh Thường gặp nhất là máy biến áp.Máy điện tĩnh làm việc dựa trên định luật cảm ứng điện từ. 4 Các bộ phận,các quận dây của máy biến ap không có chuyển động tương đối với nhau.Máy điện tĩnh thương dùng để biến đổi các tham số của điện năng giúp cho việc truyền tải và cung cấp điện năng. Máy biến áp có 2 loại: máy biến áp 1 pha và máy biến áp 3 pha. Ngoài ra theo công dụng có thể phân loại: máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống đi ện. Máy biến áp dùng trong công nghiệp sản xuất như: luyện kim, hàn .Máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp đo lường . b.Máy điện quay Thường là các loại động cơ điện và máy điện.Máy điện quay làm việc dựa trên 2 định luật:định luật về cảm ứng điện từ và định luật vè cảm ứng lực điên từ. Tuỳ 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 có vành góp. 5.Các thông số chính của máy điện. Mỗi máy điện có một bộ các 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 máy.Đồng thời qua các thông số định mức để chọn loại máy điện phù hợp với nhu cầu sử dụng. Các thông số thường dùng là: các điện áp định mức,dòng định mứ c, dung lượng và công suất định mức II.Máy biến áp 1.Khái niệm chung Máy biến áp là bộ phận không thể thiếu trong việc truyền tải năng lượng điện,biến đổi các thông số của năng lương điện để phù hợp với các nhu cầu sử dụng điện năng rất đa dạng trong sản xuất cũng như trong sinh hoạt. 5 2.Định nghĩa Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh,làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ,dùng đẻ biến đổi các thông số(u,i) của dòng điện nhưng không thay đổi tần số. 3.Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên định luật về cảm ứng điện từ: dt d e φ −= Xét trường hợp cho máy biến áp có hai dây quấn 1 pha như hình vẽ: Đặt vào 2 đầu dây cuộn W 1 điện áp U 1 xoay chiều thì trong đó có dòng điện i 1 chạy qua.Dòng điện i 1 biến thiên sinh ra từ thông biến thiên trong lõi thép, móc vòng cuộn dây W 1 và W 2 sinh ra suất điện động cảm ứng e 1 và e 2 . dt d We φ * 11 −= = 2 *E 1 *sin( )2/ πω −t w 1 w 2 U 1 U 2 Z t F I 1 I 2 6 dt d We φ * 22 −= = 2 *E 2 *sin( )2/ πω −t trong đó : E 1 = 4.44*f*W 1 * φ m E 2 = 4.44*f*W 2 * φ m đây là các giá trị hiệu dụng của cấc suất điện động của dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Định nghĩa: Hệ số biến đổi:k=e 2 /e 1 ≈ E 1 /E 2 Nếu không kể điện áp rơi trên các cuộn W 1 và W 2 ta có: e 1 ~U 1 e 2 ~U 2 Như vậy máy biến áp đã biến đổi dòng điện I 1 ,điện áp U 1 thành dòng điện I 2 , điện áp U 2 : U 2 =1/k.U 1 Do công suất không đổi: U 1 I 1 =U 2 I 2 4.Cấu tạo,vật liệu: Máy biến áp có các bộ phận chính: lõi thép,dây cuốn và vỏ máy. a.Lõi thép: Công dụng: + Làm mạch dẫn từ. + Làm khung đế quấn dây. Lõi thép gồm 2 phần chính: + Phần lõi: Để quấn dây và là một bộ phận của mạch từ. + Phần gông:Nối các trụ(lõi thép) lại với nhau để tạo mạch từ kín. - Vật liệu:ghép từ những lá thép kĩ thuật điện với hàm lượng silic không quá 4,5% Trụ và gông được ép chặ t với nhau bằng bulông và vít. b.Dây quấn - Công dụng: là bộ phận dẫn điện làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra. 7 Các loại quấn dây: + Đồng tâm: Dây quấn hạ áp đặt bên trong phần trụ thép,dây quấn cao áp quấn ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp. + Xen kẽ: Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xên kẽ nhau dọc theo trụ thép. Vật liệu: Thường bằng dây đồng( hoặc nhôm) ,tiết diện tròn hoặc dẹt, có phủ lớp cách điện bên ngoài. c.Vỏ máy Chính là thùng và nắp thùng,có chức năng bảo vệ, tản nhiệt, dập hồ quang, đuacác đầu dây nối ra ngoài. 5.Phân loại +Theo công dụng của chúng: - Máy biến áp điện lực: truỳên tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực. - Máy biến áp chuyên dụng:dùng cho các mục đích cụ thể : lò luyện kim ,hàn . - Máy biến áp tự ngẫu:Biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn - Máy biến áp đo lường: để giảm điện áp giảm dòng điện khi đưa vào đồng hồ đo. - Máy biến áp thí nghiệm: dùng để thí nghiệm điện cao áp. +Theo số pha có máy biến áp 1 pha và máy biến áp 3 pha. III.MÁY ĐIỆN QUAY 1.Khái niệm chung Máy điện quay dùng để biến đổi các dạng năng lượng cơ thành năng lượng điên và ngược lại.Máy điện cơ có thể làm việc thuận nghịch có 2 chế độ làm việc: - Chế độ động cơ:Biến đổi điện năng thành cơ năng. - Chế độ máy phát: Biến đổi các dạng cơ năng thành điện năng. 8 Do tính thuận nghich của máy điện quay nên ta không xết riêng từng loại mà sẽ xét chung cả 2 loại trên. 2.Địng nghĩa: Máy điện quay là thiết bị điện từ quay,làm việc dựa rên nguyên lý cảm ứng điện từ,dùng để biến đổi các dang cơ năng thành điện năng và ngược lại. 3.Nguyên lý làm việc: Dựa vào 2 định luật cơ bản. - Địng luật về suất điện động cảm ứng. - Định luật về lực điện từ. 4.Cấu tạo,vật liệu: Cấu tạo của máy điện quay có 2 bộ phận chính là phần tĩnh (stato) và phần động (roto).Ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. - Phần tĩnh (stato) và phần động (roto) làm bằng các loại vật liêu kết cấu, thép kĩ thuật điện, gang . * Stato :gồm lõi thép và dây quấn phần ứng có nhiêm vụ tạo từ trường + Lõi thép:do các lá thép kĩ thuật điện được rắp đặt dâp rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh để quấn dây theo h ướng trục máy. + Dây quấn: dây đông hoặc nhôm có bọc cách điện đặt trong các rãnh của stato. * Roto: có dạng khối trụ, gồm lõi thép,dây quấn phần cảm,trục máy. + Lõi thép: hình trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện có lỗ dể lắp trục và rãnh để quấn dây quấn phần cảm( đối với roto dây quấn) +Dây quấn: chỉ có ới roto dây quấn,bằng đồng hoặc bằng nhôm,quấn theo các rãnh của roto.Riêng đối với roto lồng sóc: dây quấn là các thanh đồngđược nối ngắn mạch với nhau bằng hai vành đồng tạo thành lồng sóc. - Vỏ máy và nắp máy: làm bằng gang,thép dể giữ chặt lõi thép và cố định máy khi làm việc,có ổ đỡ trục bảo vệ máy. 5.Phân loại: 9 Tuỳ theo cánh tạo ra từ trường,kết cấu của mạch từ và dây quấn ta có 4 loại máy điện cơ bản: - Máy điện không đồng bộ. - Máy điện đòng bộ. - Máy điện 1 chiều. - Máy điên xoay chiều có vành góp. * Về máy điện không đồng bộ: Stato của máy điện không đồng bộ tạo từ trường quay tốc độ đồng bộ: n 1 =60.f 1 /p f 1 :tần số dòng điện đưa vào. p:Số đôi cực của máy. Quét qua dây quấn ngắn mạch đặt trên Rô to.Từ trường quay nà cảm ứng bêndây quấn dòng điện cảm ứng,sinh ra từ thông của dây quấn roto hợp với từ thông của stato tạo ra từ thông tổng khe hở.Từ thông tông khe hở tác động với dòng điện trong dây quấn roto sinh ra mômen quay với tốc độ n<n 1 , n phụ thuộc dòng điện trong dây quấn roto với từ thông khe hở. Hệ số trượt: 100.% 1 1 n nn s − = * Về máy điện đồng bộ: Lực từ được đặt trong roto còn dây quấn phần ứng( khung dây) được đặt bên phần tĩnh gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian một góc 120 0 .Khi cực từ quay với tốc độ n, dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng nên một suất điên động và dòng điện 3 pha lệch nhau 120 o về thời gian do đó tạo ra từ trương quay với tốc độ: n 1 = 60.f/p :nghĩa là bằng tốc độ roto 6.Các thông số chính Các thông số chính của máy điên quay gồm: 10 - Điện ap làm việc định mức: U đm - Dòng mở máy: I mm - Dòng làm việc định mức: I đm. B.Phần II : THỰC HÀNH ChươngI : ÁP DỤNG LÝ THUYẾT VÀO THỰC TẾ. I. Quấn máy biến áp tự ngẫu một cuộn dây (10A). 1. Các thông số của máy biến áp. Khi thực thực hành quấn máy biến áp tự ngẫu các cuộn dây cóm các thông số cần chú ý sau: + Q : tiết diện lõi sắt (cm 2 ). + S : Công suất máy biến áp. + W : Số vòng dây /1V. + J: Mật độ dòng điện máy biến áp ( J = 2,5 : 3 A/mm) + d : Đường kính của dây quấn + s : tiết diện dây quấn. 2.Xác định tiết diện của lõi thép (Q) Tiết diện của lõi thép có các cách xác định như sau: + Q = a.b (cm 2 ) + SQ = : đối với lõi thép là chữ U. + SQ 7,0= : đối với lõi thép là chữ E. [...]... pha : - Sau khi cho dây vào rãnh ,ta tiến hành cách điện giữa các pha với nhau bằng các miếng cách điện 0,3 được cắt theo hình bán nguyệt - Sau khi cách điện pha ta dùng dây gai đẻ đai máy. Sau đó dùng búa để ép các đầu bối dây để không bị vướng vào roto khi chạy b.Quá trình cho dây vào rãnh 20 1.Đối với máy 24 rãnh ,dây quấn đồng khuôn phân tán một lớp - Mỗi bối dây có 65 vòng ,tất cả 12 bối dây - Chọn... nhất 3.Cách thành lập sơ đồ dây quấn phần ứng : a.Cơ sở thành lập - Số rãnh tác dụng dưới một đôi cực - Bước dây quấn y 14 - Vòng tròn đa giác suất điện động b Bài tập thực hành : 1.Thành lập sơ đồ dây quấn đồng khuôn phân tán 1 lớp : Z = 24 ;2p = 4 ; y = 5 ; q = 2 2.Thành lập sơ đồ dây quấn đồng tâm tâp trung 1 lớp Z = 36 ; 2p = 4 ; y = 9 ; q = 3 3.Thành lập sơ dồ dây quấn đồng khuôn tập trung một... trường - Vào dây:Chọn một rãnh đánh dấu thứ tự là 1, ta chon một nhóm bối dây hạ lần lượt các cạch theo thứ tưh vào các rãnh 4,5,6 từ nhỏ đến lớn.Ba cạnh còn lại của nhóm bối dây đó sẽ để chờ cuối cùng sẽ hạ xuống rãnh 31,32,33 theo sơ đồ đấu dây - Tiến hành lót pha đai máy như đã trình bầy ở trên máy 24 rãnh - Sơ đồ đấu máy vào nguồn điện 3 pha A A 21 V Nguồn 3 pha Y X Z C B A A II.Kết quả 1 .Máy biến... quấn 10A - Cấp nguồn vào máy qua bộ chuyển mạch và đo các mức điện áp ra ta được: Điện áp 220 160 110 80 đo 230 163 110 83 3 0 3 1.875 0 3.75 chuẩn(v) Điện áp được(v) Sai số tuyệt 10 đối (V) Sai số tương 4.5 đối (%) 22 Núm điều 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 chỉnh Điện áp (V) 113 118 120 125 130 135 140 148 152 160 ΔU = Ui -Ui-1 3 5 2 5 5 5 5 8 4 8 - Nhận xét: + Ta thấy :các điện áp đo được không đúng với điện áp... siết mạnh tay Phần tiếp xúc với lõi và lớp ngoài cùng cần bọc cách điện bằng bìa cứng Ngoài ra cứ hết một lớp dây phải lót cách điện ,khi gặp chỗ dây xước cũng phải lót cách điện. Tóm lai càn phải đảm bảo giữa các vòng dây và các lớp được cách điện tốt Nếu không sẽ làm chập điện khi cấp nguồn cho máy biến áp - Khi quấn xong một nấc điện áp phải đưa đầu dây ra ngoài.Đầu dây ra ngoài phải được xếp sao... và 23 - Đấu dây: Mỗi bối có 2 đầu dây, 24 đầu dây cho toàn bộ các bối gồm 12 đầu đầu và 12 đầu cuối Ta nối dây theo từng pha một theo nguyên tắc Pha A: -Cuối A1 nối với cuối A2 - ầu A2 đấu với đầu A3 -Cuối A3 đấu với đầu A4 - ầu ra X là đầu A4 , đầu vào A là đầu A1 Tương tự đối với hai pha còn lại 2.Đối với máy 36 rãnh , dây quấn đồng tâm tập trung 1 lớp: - Mỗi nhóm bối gồm 3 bối , 75 vòng/bối - Khi... quấn dây cho stato động cơ 3 pha với dây quấn đồng khuôn phân tán và dây quấn dồng tâm tập trung một lớp a.Chú ý trước khi quấn dây: - Dây quấn đồng khuôn phân tán 1 lớp Z = 24 ;2p = 4 ; y = 5 ; q = 2 - Dây quấn đồng tâm tập trung 1 lớp : Z = 36 ; 2p = 4 ; y = 9 ; q = 3 - Các vấn đề chung cần chú ý trước khi thực hành quấn dây: 1.Chuẩn bị khuôn và quấn dây 18 - Khuôn quấn dây có hình lục giác, là 2 miếng... quấn đồng tâm có 3 mức lỗ ứng với 3 lớp dây quấn, cách nhau 1 bước rãnh trên stato l h l Khuôn cho dây quấn Khuôn cho dây quấn đồng tâm đồng khuôn - Dây quấn phải được vuốt thẳng và hạn chế mối nối - Khi quấn dây vào khuôn ta quấn đều tay ,quấn theo một chiều nhất định,không được bắt ngược lại ,đảm bảo cách điẹn và không làm xước dây 2.Cách điện rãnh - Nhằm mục dích cách điện giữa dây quấn và vỏ máy, ... mới đóng vào lõi mạch từ - Khuôn máy biến áp nhằm mục đích định hình cho quận dây đồng thời dễ dàng hơn cho việc quấn dây.Trong quá trình quấn phải cách điện giữa các vòng dây , các lớp dây quấn và với lõi thép - Khuôn phải được đặt đúng chiều ,trên khuôn cần đánh dấu chính xác đầu dây ra để tránh nhầm lẫn 80 110 160 220 34 5 678 345678 2 1 11 10 9 16 9 10 11 12 *Về quấn dây: - Khi quấn dây cần cố định... cực từ - Ưu điểm : Các dầu quận dây được thu gọn - Nhược điểm: Việc lắp dặt khó khăn ,tốn nhiều thời gian so với dây quấn đồng tâm 13 Dây quấn đồng tâm Dây quấn đồng khuôn b.Cách bố trí ( phân bố): - Có hai cách bố trí dây đó là : tập trung và phân tán * Dây quấn tập trung : Các bối dây cùng một nhóm được đặt vào rãnh sao cho các cạnh tác dụng thứ nhất của chúng liên tiếp nhau * Dây quấn phân tán : . sau: - Máy điện không đồng bộ - Máy điện đồng bộ - Máy điện một chiều - Máy điện xoay chiều có vành góp. 5.Các thông số chính của máy điện. Mỗi máy điện có. bộ. - Máy điện 1 chiều. - Máy điên xoay chiều có vành góp. * Về máy điện không đồng bộ: Stato của máy điện không đồng bộ tạo từ trường quay tốc độ đồng