(NB) Giáo trình Sửa chữa, vận hành máy điện cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cũng như các phương trình cân bằng điện từ của máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ, máy điện một chiều. Từ đó sẽ tạo điều kiện tiền đề vững chắc cho mô đun máy điện 2, truyền động điện, trang bị điện. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình.
1 BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ GIÁO TRÌNH MĐ 02: sửa chữa, vận hành máy điện NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: SƠ CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số:228A/QĐ-CĐNKTCN –ĐT ngày 02 tháng năm 2016 Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật công nghệ) Hà Nội, năm 2016 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lêch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Sửa chữa, vận hành máy điện thực tham gia giảng viên, giáo viên Khoa điện Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật công nghệ Sau thời gian khảo sát nghiên cứu tài liệu thực tiễn lĩnh vực điện cơng nghiệp chúng tơi viết giáo trình nhằm phục vụ cho công tác đào tạo nghề Để hồn thành giáo trình giúp sức không nhỏ tập thể đội ngũ giáo viên Khoa Điện Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật công nghệ Giáo trình biên soạn để giảng dạy cho người học trình độ sơ cấp Mặc dù nhóm tác giả có nhiều cố gắng, song thiếu sót khó tránh Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo bạn đọc để giáo trình hồn thiện hơn! Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2016 BAN SOẠN THẢO MỤC LỤC BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN…………………… Định nghĩa phân loại máy điện 1.1 Định nghĩa………………………………………………………………… 1.2 Phânloại………………………………………………………… ……….9 Các định luận điện từ dùng máy điện……… ……………….…… …11 2.1 Định luật cảm ứng điện từ…………………………………………………12 2.2 Định luật lực điện từ……………………………………………………….13 2.3 Định luật mạch từ Tính tốn mạch từ…………………………………… 14 Sơ lược vật liệu chế tạo máy điện .16 3.1 Vật liệu dẫn điện 17 3.2 Vật liệu dẫn từ 17 3.3 Vật liệu cách điện .17 3.4 Vật liệu kết cấu 18 Phát nóng làm mát máy điện 19 Tính thuận nghịch máy điện 19 BÀI 1: MÁY BIẾN ÁP……………………………………………………… 22 Khái niệm chung…………………………………………… 22 Cấu tạo máy biến áp……………………………………………………… 23 Các đại lượng định mức 30 Nguyên lý làm việc máy biến áp .31 Phương trình cân điện từ sơ đồ thay 33 5.1 Phương trình cân điện từ…………………………………………… 33 5.2 Sơ đồ thay máy biến áp……………………………………………36 Các chế độ làm việc máy biên áp………………………………… … 38 6.1 Chế độ không tải………………………………………………………… 38 6.2 Chế độ ngắn mạch…………………………………………………………41 6.3 Chế độ có tải……………………………………………………………….44 Máy biến áp ba pha 48 Sự làm việc song song máy biến áp…………………………… ………50 Các máy biến áp đặc biệt………………………………… ……………… 56 9.1 Máy biến áp tự ngẫu……………………………………………………….56 9.2 Máy biến áp đo lường…………………………………………………… 59 9.3 Máy biến áp hàn……………………………………………………………61 9.4 Máy biến áp chỉnh lưu…………………………………………………… 62 10 Dây quấn máy biến áp………………………………………… 63 BÀI 2: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ…………………………………… 85 Khái niệm chung máy điện không đồng bộ……………… …………… 85 Cấu tạo máy điện không đồng ba pha…………… …………………87 Từ trường máy điện không đồng bộ……………………………… … 89 Nguyên lý làm việc máy điện không đồng bộ…………… ……96 4.1 Nguyên lý làm việc động điện không đồng bộ…………………….96 4.2 Nguyên lý làm việc máy phát điện không đồng bộ………………… 97 Phương trình cân điện từ sơ đồ thay động điện KĐB 98 5.1 Phương trình cân điện từ…………………………………………… 98 5.2 Sơ đồ thay động điện không đồng bộ………………………….103 Biểu đồ lượng hiệu suất động điện không đồng bộ……… 106 Mômen quay động không đồng ba pha……………………… 109 Mở máy động không đồng ba pha………………………… ……….112 8.1 Mở máy động rôto dây quấn………………………………………… 112 8.2 Mở máy động lồng sóc……………………………………………… 113 Điều chỉnh tốc độ động cơ………………… …………………… ………116 9.1 Điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số………………………………… 118 9.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực……………………… 117 9.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp cung cấp cho stator………119 9.4 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch rôto động rôto dây quấn 118 10 Động không đồng pha……………………………… ……… 119 10.1 Khái quát…………………………………………… …………………119 10.2 Sử dụng động điện pha vào lưới điện pha……………………….126 11.Dây quấn động không đồng bộ………………………………… …….126 BÀI 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ………… … ……………………………….203 Định nghĩa công dụng………………………………………………… 203 Cấu tạo máy điện đồng bộ……………………………………………… 204 Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng bộ………………………… 206 Phản ứng phần ứng máy điện đồng bộ…………………………………207 Các đường đặc tính máy phát điện đồng bộ……………………………208 5.1 Đặc tính ngồi máy phát điện đồng bộ…………………………….…209 5.2 Đặc tính điều chỉnh……………………………………………………… 210 Sự làm việc song song máy phát điện đồng bộ………………… ……212 6.1 Điều kiện làm việc song song…………………………………………… 213 6.2 Các phương pháp hồ đồng xác……………………………… 213 6.3 Phương pháp tự đồng bộ………………………………………………… 218 Động máy bù đồng bộ……………………………………….……….219 7.1 Động đồng bộ………………………………………………………….219 7.2 Máy bù đồng bộ………………………………………………………… 221 Sửa chữa quấn lại cuộn dây máy phát điện đồng bộ…… ……………… 221 BÀI 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU…………………… …………………….230 Đại cương máy điện chiều………………… …………………… 232 Cấu tạo máy điện chiều…………………….…………………… 232 Nguyên lý làm việc máy điện chiều………………………236 2.1 Máy phát điện………………………………………………………….….233 2.2 Động điện…………………………… ………………………………234 Từ trường sức điện động máy điện chiều………………….….238 Mô men công suất điện từ .240 Tổn hao máy điện chiều 242 Các máy phát điện chiều .244 7.1 Đại cương 244 7.2 Các đặc tính MFĐDC…………………………………….245 7.3 Máy phát điện chiều làm việc song song……………… ………….253 Động điện chiều……………………………………………………264 8.1 Đại cương………………………………………………… 264 8.2 Mở máy động điện chiều .266 8.3 Đặc tính động điện chiều…………………………………… 270 Dây quấn phần ứng máy điện chiều…………………………… ……284 MÔ ĐUN: SỬA CHỮA, VẬN HÀNH MÁY ĐIỆN Mã mô đun: MĐ02 Vị trí, ý nghĩa, vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun học sau mơn học: An tồn lao động, mạch điện, mơ đun đo lường - Ý nghĩa: Mô đun mô đun đào tạo chun ngành - Vai trị: Nó cung cấp cho người học kiến thức cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phương trình cân điện từ máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ, máy điện chiều Từ tạo điều kiện tiền đề vững cho mô đun máy điện 2, truyền động điện, trang bị điện Mục tiêu mô đun Sau học xong mơ đun này, người học nghề có khả năng: * Về kiến thức: - Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động loại máy điện thông dụng như: máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng máy điện chiều * Về kỹ năng: - Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn máy điện không đồng bộ,máy điện đồng bộ, máy điện chiều - Quấn máy biến áp, động không đồng máy điện chiều với thông số kỹ thuật - Kết nối mạch, vận hành máy điện - Tính tốn thơng số kỹ thuật máy điện * Về thái độ: - Có ý thức sử dụng trang thiết bị vận hành hệ thống động máy phát có hiệu quả, tuổi thọ cao YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIA HOÀN THÀNH MƠ ĐUN * Về kiến thức: - Phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc máy điện thông dụng MBA, động cơ, máy phát điện theo nguyên tắc điện - Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn máy điện xoay chiều chiều theo phương pháp học - Tính tốn thông số kỹ thuật máy điện phù hợp điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo quy định kỹ thuật điện * Về kỹ năng: - Kết nối mạch vận hành máy điện phù hợp với đặc tính trạng thái làm việc - Đấu dây, vận hành thử, kiểm tra, tìm lỗi tất máy điện xoay chiều chiều, MBA Bảo dưỡng sửa chữa hư hỏng phần điện phần loại máy điện Thay thay tương đương phận thông thường phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dung theo tiêu chuẩn điện * Về thái độ + Nghiêm túc, tích cực, chủ động học tập + Chấp hành nghiêm chỉnh nội quy xưởng phịng thí nghiệm máy điện BÀI MỞ ĐẦU KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Mã bài: MĐ02-00 Giới thiệu: Trong tự nhiên ln có chuyển hố lượng từ dạng sang dạng khác Điện dạng lượng cần thiết sản xuất giữ vai trò định cho phát triển kinh tế lĩnh vực điện khí hố, tự động hố cơng nghiệp… Trong máy điện sử dụng rộng rãi biến thành điện ngược lại Trong tìm hiểu khái niệm chung định luật điện từ dùng máy điện Mục tiêu: Sau học xong người học có khả năng: - Phân biệt khác loại máy điện hoạt động theo cấu tạo, theo nguyên lý hoạt động, theo loại dòng điện … - Giải thích q trình phát nóng làm mát máy điện theo nguyên tắc hoạt động định luật điện - Phát biểu định luật điện từ dùng máy điện Nội dung chính: Định nghĩa phân loại máy điện Mục tiêu: - Định nghĩa được máy điện - Hiểu được sơ đồ phân loại máy điện 1.1 Định nghĩa Máy điện thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ cấu tạo gồm mạch từ ( lõi thép ) mạch điện ( dây cuốn), dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại biến đổi điện thành ( động điện ), dùng để biến đổi thơng số điện biến đổi điện áp, dịng điện, tần số, số pha v.v… Máy điện máy thường gặp nhiều công nghiệp, giao thông vận tải, sản xuất đời sống 1.2 Phân loại 10 Máy điện có nhiều loại, có nhiều cách phân loại khác nhau, ví dụ phân lọai theo cơng suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện (xoay chiều, chiều), theo nguyên lý làm việc v.v… Trong giáo trình ta phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi luợng sau: 1.2.1 Máy điện tĩnh Máy điện tĩnh làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ biến thiên từ thông cuộn dây khơng có chuyển động tương Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện Do tính chất thuận nghịch quy luật cảm ứng điện từ, trình biến đổi có tính thuận nghịch, ví dụ máy biến áp biến đổi hệ thống điện có thơng số U1, f thành hệ thống điện có thơng số U2, f ngược lại biến đổi hệ thống điện U2, f thành hệ thống điện có thơng số U1, f ( Hình 1-1) U1,f BA ~ U2,f ~ Hình 15-00-1 1.2.2 Máy điện có phần động (quay chuyển động thẳng) Nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, từ trường dòng điện cuộn dây có chuyển động tương gây Loại máy điện thường dùng để biến đổi dạng lượng, ví dụ biến đổi điện thành (động điện) biến đổi thành điện (máy phát điện) Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch (hình MĐ-17-02) nghĩa máy điện làm việc chế độ máy phát điện hoắc động điện Hình 15-00-2 187 - Watt kế ba pha 004.022e - Đồng hồ đo tốc độ 4000 vòng/phút 004.015a - Volt kế 250 V 004.012 - Ampere kế 2,5/7,5 A 004.013a - Công tắc chuyển cực 004.026c - Động điện Dahlander 004.029a Trước bắt đầu công việc lắp đặt dây cần phải ý qui định an toàn chương “Cung cấp điện” Việc lắp đặt dây dẫn luôn bắt đầu tải cuối nguồn điện Lắp động nối khớp với phanh hãm Lắp đặt dây theo trình tự vẽ mạch điện Thực việc nối động cơ/công tắc FI Điện cung cấp điều chỉnh biến áp vòng xuyến Moment hãm mong muốn điều chỉnh biến trở pha phanh hãm điều khiển Các giá trị đo đưa vào bảng tính tốn theo cơng thức Giá trị đo Moment quay M(Nm); Số vòng quay Điện áp U(V); Dịng điện Cơng suất tiếp nhận P1 Cơng suất đưa P2 Hệ số công suất cos Mơment định mức MN 1/ 2.Mmax Tốc độ góc I(A) (W) đo Watt kế! Mạch điện thực hành n(vòng/phút); 2.π.M.n P 0,1.M.n ; Hiệu suất 100(%) ; P2 60 P1 3.U.I 2..n (1/ s) 60 đo đồng hồ theo VDE cho AB (Aussetz-Betrib) 188 L1 L2 L3 N PE R S T Mp SL U W A II I Ua R Ub Va S Vb Wa T Wb Z Ua Ub Wb YY Wa Bảng cắm daây X Y Vb Va Ub Vb Wb Z X Y M Ua Va Wa Động ba pha thay đổi cực Phép đo 1: Đặc tính khơng tải I0, P0, cos U (V) 35 70 I (A) P1(W) cos Mạch 189 100 130 160 190 220 380 U (V) 35 70 100 130 160 190 220 380 I (A) P1(W) Mạch YY 190 Động ba pha thay đổi cực Phép đo I, P, cos Động ba pha thay đổi cực 004.029a U 191 Phép đo 2: Đặc tính tải đến điểm lật n, P, I, η, cos = f(M) Kết đo mạch Δ M N U I P1 P2 η Nm V/p V A W W % cos 0,25 380 0,5 const 0,75 1,25 1,35 1,5 1,75 Kết đo mạch YY M N U I P1 P2 η Nm V/p V A W W % 0,25 380 cos 192 0,5 const 0,75 1,25 1,35 1,5 1,75 Động ba pha thay đổi cực 004.029a Phép đo 2: Mạch nối Δ n, P, I, η, cos M 193 Động ba pha thay đổi cực 004.029a Phép đo 2: Mạch nối YY n, P, I, U, cos Động không đồng pha 4.1 Động pha với tụ điện khởi động 004.006 Mở đầu: M 194 Bên cạnh động ba pha, hầu hết sử dụng động điện xoay chiều pha Phạm vi sử dụng thiết bị điện gia dụng truyền động máy văn phòng dụng cụ điện Nó chế tạo công suất nhỏ lớn khoảng 2000W Loại động pha quan là: Động cảm ứng với tụ điện mở máy Động cảm ứng với tụ điện làm việc Động cảm ứng với tụ điện làm việc mở máy Động cực chia Động xoay chiều kích từ nối tiếp (động vạn năng) Lắp ráp đo tiến hành thí nghệm: Để tiến hành phép đo cần thiết dụng cụ sau sau: Thiết bị: - Công tắc bảo vệ FI với cáp nối nguồn - Phanh hãm điền khiển 004.035 004.010 - Bộ báo tốc độ quay 4000 vòng/phút 004.015 - Volt kế 250 V 004.012 - Ampere kế 2,5/7,5 A 004.013a - Watt kế ba pha 004.022e Nguồn với biến áp lõi vòng xuyến: 004.011 Trước bắt đầu công việc lắp đặt dây cần phải ý qui định an toàn chương “Cung cấp điện” Việc lắp đặt dây dẫn luôn bắt đầu tải cuối thiết bị dẫn dòng Lắp động nối khớp với phanh hãm Lắp đặt dây theo trình tự vẽ mạch điện Thực việc nối động cơ/công tắc FI Điện cung cấp điều chỉnh biến áp vòng xuyến Moment hãm mong muốn điều chỉnh biến trở pha phanh hãm điều khiển Các giá trị đo đưa vào bảng tính tốn theo cơng thức 195 Để đo mơment mở máy, động đóng mạch qua phải Phanh hãm chặn hướng quay này, để gá trị đọc Phép đo thực hện nhanh, cuộn dây phụ tụ điện sử dụng phát nóng nhanh Hoạt động: Khác với động pha, động điện pha vận hành lưới điện xoay chiều pha, đặc biệt tạo từ trường xung động Việc tự khởi động động điện pha thực đơn giản thông qua cuộn dây phụ đặt stator với tụ điện đóng mạch trước Tụ điện mở máy ngắt khỏi lưới nhờ vào công tắc ly tâm sau động đạt tốc độ cao Phạm vi sử dụng: Thích hợp với máy làm việc đòi hỏ moment mở máy cao nơi yêu cầu quay phải, quay trái Moment khởi động khoảng (1,5 2) Mñm Tốc độ khơng tải thực 3000 vịng/phút 1500 vịng/phút Công suất: khoảng 90 1100W Ứng dụng máy giặt, tủ lạnh, máy nén Sơ đồ mạch Bảng cắm dây 220V, 50Hz W Z1 L1 U U1 Động tụ điện pha với công tắc ly tâm 004.003 N V U2 A Z Z2 U U Bảng cắm dây Ca Ca V W V Quay traùi Z U Z W M Quay phaûi W U V Z 196 Động pha có tụ điện khởi động Phép đo Đặc tính tải đến điểm lật n, P, l, , cos = f(M) Mạch điện: Quay trái Ca Tụ khởi động: = 12 μ F M n U I P1 P2 Nm V/p V A W W % 220 const 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 1,85 2,0 Moment cực đại Đồ thị động pha có tụ điện khởi động Phép đo: Đặc tính tải n, P, l, , cos cos 197 M 4.2 Động pha làm việc lưới điện pha (mạch Steinmentz) Lắp ráp đo tiến hành thí nghiệm: Để tiến hành phép đo cần tiến hành dụng cụ sau: Thiết bị: - Công tắc bảo vệ FI với dây nối nguồn 004.035 198 - Biến áp ba pha có nhiều dây 004.024a - Phanh hãm điều khiển 004.010 - Đồng hồ đo tốc độ 4000 vòng/phút - Volt kế 250 V - Ampere kế 2,5/7,5 A -Watt kế pha 004.015a 004.012 004.013a 004.022e Động rotor lồng sóc ba pha khơng đồng - Tụ làm việc 004.003 004.047 Trước bắt đầu cơng việc lắp đặt dây phải ý quy định an toàn chương cung cấp điện Đặt động vào thiết bị lắp đặt nối khớp với phanh hãm Nối điện cho phanh hãm điều khiển, phanh hãm nối với phích cắm Lắp đặt dây theo trình tự vẽ mạch điện Ở việc thực phép đo cần thiết điện áp thành phần từ 35 V đến 220 V Để làm điều ta sử dụng biến áp pha với nhiều đầu Ở phần sơ cấp nối điện vào R * + S* + T* +MP* phần sơ cấp đấu vào pha động Điện áp đặt vào cuộn dây động hai loại hoạt động Uph = 220 V Những phép đo thực đóng trực tiếp nguồn pha Để đo moment mở máy phép đo 5, động đóng mạch quay phải với tụ điện làm việc đóng mạch cho cuộn dây khác Động làm việc ngược lại với phanh hãm chặn Phép đo thực nhanh để tránh phát nóng động Phép đo Đặc tính tải đến điểm lật n, P, I, , cos = f(M) Giá trị đo: Moment quay M (Nm); Số vòng quay n Điện áp U (V) Công suất vào Công suất đưa P1 P2 ; Dòng điện I (vòng/phút) (A) (W) đo Watt kế 2..M.n 0,1.M.n (W Nm / s) 60 (Nm/s) 199 Hiệu suất P 100(%) P2 Hệ số công suất P cos U.I Mơment định mức Mđm 1/ 2.Mmax Tốc độ góc theo VDE cho AB 2..n (1/ s) 60 Điện dung tụ làm việc: Các giá trị kinh nghiệm chọn thực hành: Nguồn có f = 50 Hz 380 V Điện dung cho 20 F 220 V 127 V 70F 200F KW Công suất động Thí dụ: Một động điện pha rotor lồng sóc có số liệu sau: P = 300 W, Δ/Y 220/380V, f = 50Hz Cho làm việc lưới điện pha 220V, f = 50Hz Tính tụ điện làm việc Giải Ta biết: 1000W cần điện dung 70 F 300 W Như giá trị X cần x F 300.70 21μF 1000 Chọn CLV = 20 μ F Tụ điện mở máy chọn Cmm = (2÷3) CLV Động pha mạch Steinmetz Sơ đồ mạch: 004.003 200 R S L1 L2 L3 N PE T Mp SL Z X Y W2 U2 V2 Động điện pha rotor lồng sóc: 004.003 U V W U1 V1 W1 A U Bảng cắm dây Quay phải W Z X Y U V W U(Z) Quay traùi W(Y) Z X Y U V W V(X) M Phép đo Đặc tính tải đến điểm lật n, P, I, , cos = f(M) Tụ điện làm việc CLV = 20 μ F M n U I P1 P2 Nm V/p V A W W % 220 const 0.25 cos 201 0.5 0.75 ... dt -e1 ( 2 -1 3) Nếu viết dạng số phức, ta có phương trình cân điện áp sơ cấp: U R1 I1 jX1 I1 E1 Z1 I1 E1 Trong tổng trở phức dây quấn sơ cấp là: Z1 = R1 + jL1 = R1 + jX1 Và điện. .. hình 1 5-8 , định luật mạch từ viết là: Hình 1 5-0 0-8 H1l1 + H2l2 = W1i1 + W2i2 ( 1- 6 ) Trong đó: H1, H 2- Tương ứng đường cường độ từ trường đoạn 1, 2 l1, l 2- chiều dài trung bình đoạn 1, 2 i1W1, i2W 2-. .. phát điện) Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch (hình M? ? -1 7-0 2) nghĩa máy điện làm việc chế độ máy phát điện hoắc động điện Hình 1 5-0 0-2 11 Trên hình 1 5-0 0-3 vẽ sơ đồ phân loại loại máy điện