Báo cáo thực tập Báo cáo thực tập Trần Văn Nhân Trần Văn Nhân LI NểI U Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tợng điện từ để biến đổi năng lợng, đo lờng, điều khiển, xử lí tín hiệu .Bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện trong các sinh hoạt của con ngời. So với các hiện tợng vật lý khác nh: Cơ, Nhiệt, Quang, , hiện t ợng điện từ đợc phát hiện hơn vì các giác quan của con ngời không cảm nhận đợc trực tiếp hiện tợng này. Tuy nhiên việc khám phá ra hiện tợng điện từ đã thúc đẩy mạnh mẽ cuộc cách mạng khoa học chuyển sang lĩnh vực điện khí hoá và tự động hoá. Các phát minh, sáng chế liên tục ra đời thúc đẩy công nghiệp phát triển mạnh nh vũ bão. Hàng loạt các máy móc, thiết bị điện đợc sản xuất, chế tạo giúp con ngời giải phóng lao động chân tay, thủ công, đa nền sản xuất đi dần vào tự động hoá. Đồng thời điện năng cũng phục vụ rất đắc lực cho con ngời trong sinh hoạt tinh thần và tiêu dùng. Để thực hiện việc biến đổi cơ năng thành điện năng và ngợc lại, biến điện năng thành cơ năng ngời ta sử dụng các loại máy điện. Máy điện là 1 hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên quan với nhau. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí. Mạch điện gồm 2 hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tơng đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng. Từ nhu cầu tiêu ding điện năng ngày càng cao nên máy điện càng đợc sủ dụng nhiều trong cuộc sống. Máy điện đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế nh: Công nghiệp, Nông nghiệp, Giao thông vận tải, và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình. Vì vậy trong chơng trình học tại trờng ĐH Bách Khoa,Hà Nội ngoài việc nghiên cứu lý thuyết máy điện tất cả các sinh viên khoa Điện đều đợc bố trí 3 tuần thực tập tại xởng điện nhằm nâng cao kiến thức thực tế. Mỗi sinh viên đều có thể nắm đợc kỹ thuật quấn dây máy biến áp công suất nhỏ, động cơ 3 pha, động cơ Rotor lồng sóc và hiểu đợc nguyên lý vận hành cơ bản của chúng. 1 Báo cáo thực tập Báo cáo thực tập Trần Văn Nhân Trần Văn Nhân MC LC Phần Một: Cơ sở lý thuyết về máy điện I. Khái niệm chung II. Cơ sở lý thuyết về động cơ ( Động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc ) III. Máy Biến áp Phần Hai: Khái niệm về dây quấn phần ứng I. Các kiều dây quấn II. Các thông số cơ bản để thành lập 1 sơ đồ dây quấn phần ng đơn giản III. Vật liệu dùng trong máy điện Phần Ba : Thực hành quấn dây quấn Máy biến áp tự ngẫu và động cơ không đồng bộ 3 pha Phần Bốn: Kết quả thu đợc và nhận xét 2 B¸o c¸o thùc tËp B¸o c¸o thùc tËp TrÇn V¨n Nh©n TrÇn V¨n Nh©n PHẦN MỘT: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÁY ĐIỆN I. Khái niệm chung 1. Định nghĩa: − Máy điện là thiết bị điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác mà chủ yếu là cơ năng thành điện năng (Máy phát điện) hoặc ngược lại, biến đổi điện năng thành cơ năng (Động cơ điện), hoặc biến đổi các thông số điện áp, dòng điện, tần số, pha,…. 1. Các định luật thường dùng để nghiên cứu máy điện. a) Định luật cảm ứng điện từ: − Sự biến thiên của tổng từ thông móc vòng trong một mạch điện sẽ tạo ra một sức điện động tỷ lệ với đạo hàm của tổng từ thông biến thiên đó: b) Định luật toàn dòng điện: − Tích phân vòng của cường độ từ trường theo một đường khép kín bất kỳ quanh một số mạch điện bằng tổng dòng điện trong vòng dây của các mạch: FwiHdl == ∫ ∑ Trong đó F chỉ giá trị của sức từ động tổng tác động lên mạch từ đó. c) Định luật về lực điện từ: − Dòng điện i chạy trong từ trường có từ cảm B chịu lực tác dụng f được xác định như sau: Trong trường hợp dây dẫn mang dòng điện i nằm trong từ trường đều từ cảm B: f = B.i.l.sinθ Trong đó θ là góc lệch giữa véc tơ từ cảm B với dòng điện i. 3. Phân loại máy điện: − Máy điện có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau: Theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện (dòng 1 chiều, dòng xoay chiều), theo nguyên lý làm việc. Ở đây ta sẽ phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng, có 2 loại: a) Máy điện tĩnh: − Thường là các loại máy biến áp.Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thong giữa các dây quấn không có sự chuyển động tương đối với nhau. 3 d e dt φ = − MM Bidldf ×= B¸o c¸o thùc tËp B¸o c¸o thùc tËp TrÇn V¨n Nh©n TrÇn V¨n Nh©n − 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 cũng có tính chất thuận nghịch. Ví dụ: Máy biến áp biến đổi hệ thống có các thông số: U 1 , I 1, f 1 thành điện năng có các thông số mới: U 2 , I 2, f 2 hoặc ngược lại, biến đổi hệ thống :U 2 , I 2, f 2 thành hệ thống U 1 , I 1, f 1 . b) Máy điện có phần động : (Máy điện quay hoặc máy điện chuyển động thẳng) − Nguyên lý làm việc dựa trên 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 dung để biến đổi năng lượng như biến đổi cơ năng thành điện năng (Máy phát điện), biến đổi điện năng thành cơ năng (Động cơ điện). Quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch nghĩa là nó có thể làm việc ở chế độ máy phát hoặc động cơ. Sơ đồ phân loại máy điện thông thường Máy điện MĐ Tĩnh MĐ có phần quay MĐ 1 chiều MĐ xoay chiều MĐ đồng bộ MĐ không đồng bộ Động cơ 1 chiều Máy phát 1 chiều 4 Báo cáo thực tập Báo cáo thực tập Trần Văn Nhân Trần Văn Nhân II. C s lý thuyt v ng c: (ng c khụng ng b Rotor lng súc) 1. nh ngha: ng c Khụng ng b l ng c m tc trờn trc ng c khỏc tc ng b (tc t trng quay). 2. Cu to. Ging nh cỏc mỏy in khỏc ng c khụng ng b gm cỏc b phn chớnh sau: a) Trờn stato cú v lừi st v dõy qun: V mỏy: V mỏy cú tỏc dng c nh lừi st v dõy qun, khụng dựng lm mch dn t. Thng v mỏy lm bng gang. i vi mỏy cụng sut tng i ln (1000kW) thng dựng thộp tm hn li lm thnh v . Tựy theo cỏch lm ngui mỏy m cú cỏc dng v mỏy khỏc nhau. Lừi st: Lừi st l phn dn t . Vỡ t trng i qua lừi st l t trng quay nờn gim tn hao , lừi st c lm bng nhng lỏ thộp k thut in dy 0,5mm ộp li vi nhau. Khi ng kớnh ngoi lừi st nh hon 900mm thỡ dựng c tm trũn ộp li. Khi ng kớnh ngoi ln hn tr s trờn thỡ phi dựng nhng tm hỡnh r qut ghộp li thnh khi trũn. Mi lỏ thộp k thut in u cú phr sn cỏch in trờn b mt gim tn hao do dũng in xoỏy gõy nờn . Nu lừi st ngn thỡ cú th ghộp li thnh mt khi. Nu lừi st di quỏ hỡ thng ghộp thnh tng thp ngn , mi thp di 6 n 8 cm, t cỏch nhau 1cm thụng giú cho tt. Mt trong ca lừi thộp cú s rónh t dõy qun. Dõy qun: Dõy qun stato c t vo cỏc rónh ca lừi st v dc cỏch in tt vi lừi st . b) Phn quay hay rụto. Phn ny cú hai b phn chớnh l lừi st v dõy qun. Lừi st: ng c khụng ng b Mỏy phỏt ng b Mỏy bin ỏp Mỏy phỏt khụng ng b ng c ng b 5 B¸o c¸o thùc tËp B¸o c¸o thùc tËp TrÇn V¨n Nh©n TrÇn V¨n Nh©n Nói chung thì người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stato. Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hơặc lên một giá rto của máy. Phía ngoài của lá thép có sẻ rãnh để đặt dây quấn. ∗ Rôto và dây quấn rôto: Rôto có hai loại chính là rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc . − Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato . Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng day quấn đồng tâm một lớp. Dây quán ba pha của rô to thường đáu hình sao còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt làm bằng đồng đặt cố định trên một đầu của trục và thông qua trổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài . Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là thông qua chổi than có thể đưa thêm điện trở phụ hay s.đ.đ phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy , điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch. − Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn này rất khác so với dây quấn stato. Tong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay bằng nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng vòng ngắn mạch bằng đồng hay bằng nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc . Dây quấn kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt . Để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép. Trong máy điện cỡ nhỏ , rãnh rôto thường làm chéo đi một góc so với tâm trục. c) Khe hở: Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều . Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ từ 0,2 đến 1mm (trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 3. Dây quấn động cơ không đồng bộ: Dây quấn của động cơ không đồng bộ được bố trí ở hai bên khe hở trên lõi thép của phần tĩnh và phần quay và là bộ phận chính để biến đổi năng lượng điện cơ. Dây quấn được chia làm hai loại là dây quấn phàn cảm và dây quấn phần ứng. Dây quấn phần cảm được đặt trên stato nó có nhiệm vụ sinh ra từ trường lúc không tải . Dây quấn phần ứng được đặt trên rôto nó có nhiệm vụ cảm ứng một sức điện động nhất định khi có chuyển động tương đối với từ trường khe hở. Đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thì dây quấn phần ứng là các thanh đồng hoặc nhôm được đúc trực tiếp trên các rãnh của rôto và hai đầu được nối bởi hai vòng ngắn mạch. 6 Báo cáo thực tập Báo cáo thực tập Trần Văn Nhân Trần Văn Nhân III. Mỏy Bin p: 1. Khỏi nim chung: Mỏy bin ỏp l mt thit b in t tnh, lm vic trờn nguyờn lý cm ng in t, bin i mt h thng dũng in xoay chiu in ỏp ny thnh mt h thng dũng in xoay chiu mt in ỏp khỏc, vi tn s khụng thay i.Mỏy bin ỏp l mt phn khụng th thiu ca h thng truyn ti in nng. 2. Cỏc loi mỏy bin ỏp chớnh: Mỏy bin ỏp in lc dựng truyn ti v phõn phi cụng sut trong h thng in lc. Mỏy bin ỏp chuyờn dng : Dựng cho cỏc lũ luyn kim, cho cỏc thit b chnh lu, mỏy bin ỏp hn in, Mỏy bin ỏp t ngu : Bin i in ỏp trong mt phm vi khụng ln, dựng m mỏy cỏc ng c in xoay chiu. Mỏy bin ỏp o lng : Dựng gim cỏc in ỏp v dũng in ln khi a vo cỏc ng h o. Mỏy bin ỏp thớ nghim : Dựng thớ nghim cỏc in ỏp cao. 3. Cu to mỏy bin ỏp: Mỏy bin ỏp cú cỏc b phn chớnh l: Lừi thộp, dõy qun v v mỏy. a) Lừi thộp: Lừi thộp dựng lm mch dn t, ng thi lm khung qun dõy qun. Theo hỡnh dỏng cú th chia lừi thộp thnh hai loi: Mỏy bin ỏp kiu lừi hay kiu tr: Dõy qun bao quanh tr thộp. Mỏy bin ỏp kiu bc: Mch t c phõn nhỏnh ra hai bờn v bc ly mt phn dõy qun. gim tn hao do dũng in xoỏy gõy nờn, lừi thộp c ghộp t nhng lỏ thộp k thut in v cú ph sn cỏch in trờn b mt. b) Dõy qun: Dõy qun l b phn dn in ca mỏy bin ỏp, lm nhim v thu nng lng vo v truyn nng lng ra. Dõy qun thng c lm bng ng. Cú hai kiu dõy qun l dõy qun ng tõm (tit din ngang l nhng vũng trũn ng tõm) v dõy qun xen k (cỏc bỏnh dõy cao ỏp v h ỏp ln lt xen k nhau dc theo tr thộp). c) V mỏy: V mỏy cú hai phn l thựng v np thựng. Thựng lm bng thộp, thng l hỡnh bu dc. Np thựng dựng y thựng v trờn ú t cỏc chi tit mỏy quan trng nh s ra cao ỏp v h ỏp, bỡnh gión du, ng bo him. Ngoi ra trờn np cũn t cỏc b phn truyn ng ca b i ni cỏc u iu chnh in ỏp ca dõy qun cao ỏp. 7 B¸o c¸o thùc tËp B¸o c¸o thùc tËp TrÇn V¨n Nh©n TrÇn V¨n Nh©n PHẦN HAI: KHÁI NIỆM VỀ DÂY QUẤN PHẦN ỨNG I. C ác kiểu dây quấn: 1. Dây quấn một lớp: Là loại dây quấn mà trong mỗi rãnh chỉ đặt một cạnh tác dụng, thường dùng trong các máy có công suất trung bình và nhỏ, các loại dây quấn một lớp bao gồm: Dây quấn đồng khuôn : − Là dây quấn mà các phần tử dây quấn có kích thước hoàn toàn giống nhau. Dây quấn đồng khuôn được chia thành dây quấn đồng khuôn tập trung và dây quấn đồng khuôn phân tán. Dây quấn đồng khuôn tập trung thực hiện đơn giản nhưng tạo ra mômen không lớn nên ít được sử dụng. Dây quấn đồng khuôn phân tán thực hiện phức tạp hơn nhưng có khả năng tạo ra mômen lớn vì vậy được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Dây quấn đồng tâm : − Là dây quấn mà các phần tử trong một nhóm có kích thước không giống nhau. Dây quấn đồng khuôn Dây quấn đồng tâm 2. Dây quấn hai lớp : Là dây quấn mà trong mỗi rãnh đặt hai cạnh tác dụng, thường dùng trong các máy có công suất trung bình và lớn. Dây quấn hai lớp cũng được chia thành dây quấn đồng khuôn và dây quấn đồng tâm. 8 B¸o c¸o thùc tËp B¸o c¸o thùc tËp TrÇn V¨n Nh©n TrÇn V¨n Nh©n II. Các thông số để thành lập sơ đồ dây quấn cho động cơ không đồng bộ: Z : Số rãnh stato và roto q : Số rãnh tác dụng với 1 cực (số bối dây của một nhóm bối) p : Số đôi cực từ (p ≥ 1) 2p : Số cực từ y : Bước của dây quấn (tính từ cạnh tác dụng thứ nhất đến cạnh tác dụng thứ hai của cùng một phần tử) m : Số pha f : Tần số a : Số mạch nhánh song song n : Tốc độ từ trường n 1 : Tốc độ đầu trục Các công thức tính toán trực tiếp: mp Z q 2 = ; p Z y 2 = ; p f n 60 = Bước cực (khoảng cách giữa các pha): y p Z p D === 22 . π τ + Nếu y=τ : Bước dây quấn đủ. + Nếu y<τ : Bước dây quấn ngắn. + Nếu y>τ : Bước dây quấn dài. III. Vật liệu dùng trong máy điện: 1. Vật liệu kết cấu: Vật liệu kết cấu là vật liệu dùng để chế tạo các chi tiết máy 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 làm việc bình thường. Ngưởi ta thường dùng gang, thép, các kim loại màu, hợp kim và vật liệu bằng chất dẻo làm vật liệu kết cấu. 2. Vật liệu tác dụng: Là vật liệu dẫn từ và dẫn điện. Các vật liệu này thường dùng để tạo điều kiện cần thiết sinh ra biến đổi điện từ. a) Vật liệu dẫn từ: Để chế tạo mạch từ của máy điện người ta thường dùng các loại thép khác nhau như thép kĩ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn. Gang ít được dùng vì dẫn từ kém. Ta sử dụng chủ yếu lá thép kĩ thuật điện có hàm lượng silic khác nhau nhưng không vượt quá 4,5%.Hàm lượng silic này dùng để hạn chế tổn hao do từ trễ vả tăng điện trở của thép để giảm tổn hao dòng điện xoáy. 9 Báo cáo thực tập Báo cáo thực tập Trần Văn Nhân Trần Văn Nhân Cỏc lỏ thộp dy 0.35mm c s dng trong mỏy bin ỏp v 0.5mm dựng trong mỏy in quay ghộp li lm lừi thộp gim tn hao do dũng in xoỏy gõy nờn.Tu theo cỏch ch to cú th chia lừi thộp k thut in ra lm 2 loi: Cỏn núng v cỏn ngui.Cỏn ngui cú t tớnh tt hn nh t thm cao hn, tn hao thộp ớt hn so vi loi cỏn núng. on mch t cú t thụng bin i vi tn s 50Hz thng dựng lỏ thộp k thut in dy 0.1-0.2mm. on mch t cú t thụng khụng i thng dựng thộp ỳc, thộp rốn hoc thộp lỏ. b) Vt liu dn in: Dựng ch to cỏc b phn dn in.Vt liu dn in tt nht dựng trong cỏc mỏy in l ng, vỡ chỳng cú in tr sut nh v giỏ thnh khụng cao.Ngoi ng ta cũn cú th dựng nhụm, cỏc hp kim nh ng thau, ng photpho,. ch to dõy qun ta dựng ng hoc nhụm cú bc cỏch in bng si thu tinh, giy, nha hoỏ hc, sn emay,.Vi cỏc mỏy cú cụng sut nh v trung bỡnh, in ỏp <700V thỡ thng dựng sn emay cỏch in vỡ lp cỏch in ny rt mng, t bn yờu cu.Vi cỏc b phn nh vnh i chiu, lng súc, vnh trt thỡ ngoi ng, nhụm ngi ta cũn dung cỏc hp kim ca ng hoc nhụm tng bn c hc cho lp cỏch in. 3. Vt liu cỏch in: Dựng cỏch in cỏc b phn trong mỏy in.Vt liu cỏch in phi cú kh nng cỏch in t yờu cu i vi mi chi tit, chu nhit tt, chng thm v bn c hc cao. bn v nhit ca cht cỏch in bc dõy dn quyt nh nhit cho phộp ca dõy v do ú quyt nh ti ca nú.Nu tớnh nng cỏch in cng cao thỡ lp cỏch in cú th mng v kớch thc mỏy s gim. Cht cỏch in ch yu th rn, gm 4 nhúm: + Cht hu c thiờn nhiờn : Giy, vi la, + Cht vụ c : Mica, si thu tinh, + Cỏc cht tng hp. + Cỏc loi men, sn cỏch in. Ngoi ra cũn cú cht cỏch in th khớ (Khụng khớ,khớ tr,Hyrụ,), lng (Du mỏy bin ỏp). Mica l cht cỏch in tt nht nhng giỏ thnh khỏ cao nờn ch dựng trong cỏc mỏy in ỏp cao.Vỡ vy ta thng dựng cỏc vt liu cú si nh giy, vi si, .Khụng khớ l 1 cht cỏch in khỏ tt, li cú sn trong t nhiờn.Khi cn kh nng cỏch in tt hn na thỡ ta dựng khớ tr, Hyrụ.Du bin ỏp cng l 1 vt cỏch in rt quan trng trong mỏy in vỡ nú cú th len li vo cỏc khe h nh v cú th dp tt h quang. 10 . : THỰC HÀNH QUẤN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU VÀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA I. Quấn máy biến áp tự ngẫu: 1. Cơ sở lý thuyết: Trong trường hợp điện áp. ngẫu thay cho máy biến áp hai dây quấn. Máy biến áp tự ngẫu khác máy biến áp hai dây quấn ở chỗ dây quân thứ cấp là một bộ phận của dây quấn sơ cấp nên