Cơ sở lý thuyết về máy phát điện

LỜI MỞ ĐẦU Năm 1785 Ch.Coulomb nghiên cứu các định luật về tĩnh điện. Năm 1800 A.Volta dựa trên cơ sở phát minh của L.Galvani đã chế tạo ra chiếc pin đầu tiên.Năm 1819 C.H.Oersted nghiên cứu tác dụng cư học của dòng điện. Năm 1820 A.M.Ampere nghiên cứu lực điện động. Năm 1826 G.S.Ohm tìm ra quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong mạch không phân nhánh. Mốc quan trọng nhất phải kể đến là năm 1831 M.Faraday phát minh ra định luật cảm ứng điện từ. Định luật cảm ứng điện từ là cơ sở lý luận cho sự xuất hiện của các loại máy điện và các thiết bị điện. So với các hiện tượng vật lý khác như cơ, nhiệt, quang hiện tượng điện từ được phát hiện chậm hơn vì các giác quan không cảm nhận được trực tiếp các hiện tượng này. Tuy nhiên việc khám phá ra hiện tượng điện từ đã thúc đẩy mạnh mé cuộc cách mạng khoa học chuyển sang lĩnh vực điện khí hóa và tự động hóa. Các phát minh sáng chế liên tục ra đời thúc đẩy công nghiệp phát triển như vũ bão. Hàng lọat các máy móc, thiết bị điện được sản xuất, chế tạo giúp con người giải phóng lao động thủ công, chân tay, đưa nền sản xuất đi dần vào tự động hóa. Đồng thời điện năng cũng phục vụ đắc lực cho con người trong sinh hoạt vật chất và tinh thần. Để thực hiện việc biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại, người ta sử dụng các loại máy điện. Máy điện là một hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên quan với nhau. Mạch từ gồm các bọ phận dẫn từ và khe hở không khí. Các 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 tiêu dùng điện năng ngày càng cao nên máy điện ngày càng được sử dụng nhiều trong cuộc sống, trong các ngành kinh tế như: công nghiệp, nông nghiệp,giao thông vận tải Chính vì vậy trong chương trình học tập của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ngoài nhưng buổi học tập về lý thuyết máy điện tất cả các sinh viên khoa điện còn đươc tham gia vào khóa thực tập thực hành trong 3 tuần về các loại máy điện như máy biến áp, động cơ điện 3 pha, rô to lống sóc Nhờ đó mỗi người sinh viên chúng em đã có được những kinh nghiệm thực tế quý báu của một người kỹ sư điện như quấn máy biến áp, quấn dây động cơ Có được thời gian thực tập quý báu này em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Điện và đặc biệt là các thầy giáo hướng dẫn Thầy Nguyễn Quang Hùng Thầy Nguyễn Huy Thiện Các thầy đã tạo điều kiện cũng như tận tình chỉ bảo giúp đỡ em trong quá trình thực tập. Có thể nói không có sự hương dẫn dạy bảo của các thầy chúng em có lẽ sẽ khó có thể hoàn thành tốt được bài thực tập kỹ thuật này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. PHẦN MỘT BÀI 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP BÀI 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BÀI 4: TÍNH TOÁN SỐ LIỆU DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP BÀI 5: CƠ SỞ THIẾT KẾ BỘ DÂY QUẤN STATO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BÀI 6:KỸ THUẬT QUẤN DÂY PHẦN 2 CÔNG NGHỆ VÀ SỐ LIỆU KỸ THUẬT

doc28 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 6516 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Cơ sở lý thuyết về máy phát điện, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hực tập thực hành trong 3 tuần về các loại máy điện như máy biến áp, động cơ điện 3 pha, rô to lống sóc…Nhờ đó mỗi người sinh viên chúng em đã có được những kinh nghiệm thực tế quý báu của một người kỹ sư điện như quấn máy biến áp, quấn dây động cơ… Có được thời gian thực tập quý báu này em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Điện và đặc biệt là các thầy giáo hướng dẫn Thầy Nguyễn Quang Hùng Thầy Nguyễn Huy Thiện Các thầy đã tạo điều kiện cũng như tận tình chỉ bảo giúp đỡ em trong quá trình thực tập. Có thể nói không có sự hương dẫn dạy bảo của các thầy chúng em có lẽ sẽ khó có thể hoàn thành tốt được bài thực tập kỹ thuật này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. PHẦN MỘT BÀI 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN I. Giới thiệu chung về máy điện: Các máy thực hiện sự biến đổi cơ năng thành điện năng hoặc ngược lại được gọi là máy điện. Các máy điện biến cơ năng thành điện năng gọi là máy phát điện và các máy điện dung để biến đổi từ điện năng thành cơ năng gọi là động cơ.Các máy điện đều có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể biến đổI năng lượng theo hai chiều. Máy điện là một hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên quan với nhau.Mạch từ bao gồm các bộ phận dẫn từ và các khe hở không khí.Các mạch điện bao gồm hai hoặc nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng. Sự biến đổi cơ điện trong máy điện dựa trên nguyên lý về cảm ứng điện từ. Nguyên lý này cũng đặt cơ sở cho sự làm việc của các bộ biến đổi cảm ứng. dùng để biến đổi điện năng với các giá trị của thông số này (điện áp, dòng điện). Máy biến áp là một thiết bị biến đổi cảm ứng đơn giản thuộc loại này, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này sang dòng điện xoay chiều có điện áp khác. Các dây quấn và mạch từ của nó đứng 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. Máy điện dùng làm máy biến đổi năng lượng là phần tử quan trọng nhất của bất cứ thiết bị điện năng nào. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vân tải, và các hệ điều khiển và tự động điều chỉnh, khống chế… Máy điện có nhiều loại, có thể phân loại như sau: * Máy điện tĩnh: thường gặp là các loại máy biến áp. Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông, giữa các dây quấn 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 nghịchcủa các quy luật cảm ứng điện từ nên quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch. Ví dụ: Máy biến áp biển đổi điện năng có các thông số U1, I1, f1 thành điên năng có các thông số mới U2, I2, f2 hoặc ngược lạibiến đổi hệ thống điện U2, I2, f2 thành hệ thống U1, I1, f1 * Máy điện có phần động (quay hoặc chuyển động thẳng): Tuỳ theo lưới điện có thể phân thành máy điện xoay chiều và máy điện một chiều. Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ do từ trường và dòng điện của các quận dây có chuyển động tương đối so với nhau gây ra. Loại máy 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 năng (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. U1, I1, f1 Pcơ Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thường dùng: Máy điện Máy điện không đồng bộ Máy điện một chiều Máy biến áp Máy điện xoay chiều Máy điện có phần quay Máy điện đồng bộ Máy phát không đồng bộ Máy điện tĩnh Động cơ không đồng bộ Máy phát đồng bộ Máy phát một chiều Động cơ một chiều Động cơ đồng bộ II. Các định luật dùng để nghiên cứu máy điện Trong nghiên cứu máy điện, ta thường sử dụng các định luật sau: Định luật về cảm ứng điện từ. Định luật Faraday: Trong các thiết bị điện từ, định luật này thường được viết dưới dạng phương trình Maxwell: Điều đó nói rằng, một sự biến thiên của tổng từ thông móc vòng một mạch điện sẽ tạo ra một sức điện động tỷ lệ với đạo hàm của tổng từ thông biến thiên đó. Cũng có thể viết dưới dạng : e = B.l.v trong đó v là tốc độ chuyển động của một thanh dẫn l nằm trong từ trường có từ cảm B vuông góc với chiều chuyển động của thanh dẫn đó. Định luật toàn dòng điện: Định luật này được diễn tả như sau: 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 w vòng dây của các mạch. F chỉ giá trị của sức từ động tổng tác động lên mạch từ đó. Định luật về lực điện từ. Định luật Laplace: Đây là định luật cho ta trị số của lực tác dụng trên một đơn vị dòng điện đặt ở điểm M có từ cảm . Lực này bằng tích vectơ của vectơ đơn vị dòng điện với vectơ từ cảm: Lực tác dụng trên đoạn dây dẫn mang dòng điện nằm trong một từ trường bằng: Trong đó là góc giữa vectơ từ cảm với véc tơ dòng điện. Nếu từ trường đều và dây dẫn thẳng, ta có: Năng lượng trường điện từ: Năng lượng tổng trong một thể tích từ trường có không đổi bằng: Trong trường hợp này, chỉ từ thông móc vòng bởi dòng điện và từ cảm của cuộn dây. Nếu thiết bị điện từ có hai hay nhiều mạch điện có hỗ cảm điện từ thì năng lượng điện từ của hai mạch điện hỗ cảm bằng: Có thể dùng phương pháp tổng quát và thống nhất dựa trên cơ sở của phép tính tenxơ và ma trận để nghiên cứu, phân tích tất cả các loại máy điện. Tất cả các phương trình cân bằng điện áp của các loại máy điện được biểu thị theo định luật Kirhôf bằng một phương trình ma trận có dạng: Trong đó : là vectơ điện áp cí các thành phần bằng các điện áp đặt vào các mạch điện tương ứng với các dây quấn của mạch điện; : là vectơ dòng điện có các thành phần dòng điện chạy trong các mạch điện; Z: là ma trận tổng trở. Mômen điện từ sinh ra trong máy điện sẽ bằng: Trong đó là vec tơ từ thông móc vòng vó các thành phần bằng từ thông do các dây quấn sinh ra, k là một hệ số tỷ lệ. Đơn vị tương đối: Trong nghiên cứu thiết kế và tính toán các máy điện, để được tiện lợi người ta thường dùng hệ đơn vị tương đối. Trong hệ đơn vị tương đối các đại lượng như điện áp, dòng điện, công suất, tần số, tần độ góc, mômen…đều được biểu thị theo các lượng định mức tương ứng lấy làm cơ sở. Ví dụ: ; ;;; trong đó: Ics = Iđm ; Ucs = Uđm ; Pcs = Pđm; Mcs= Mđm =; III.Tính thuận nghịch trong máy điện: Tính thuận nghịch trong máy điện: Máy điện có tính thuận nghịch nghĩa là có thể làm việc ở chế độ mày phát điện hoặc động cơ điện. Chế độ máy phát điện: Cho cơ năng của động cơ điện sơ cấp, thanh dẫn sẽ chuyển động với vận tốc v trong từ trường của nam châm N-S, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng một sức điện động e. - Nếu nối 2 cực của thanh dẫn điện trở R của tải thì dòng i chạy trong thanh dẫn sẽ cung cấp điện cho tải. - Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn thì điện áp đặt vào tải Công suất điện máy phát cung cấp cho tải là p= u.i= e.i Dòng điện i nằm trong từ trường , từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ Fdt = B.i.l có chiều như hình vẽ. Khi máy quay với tốc độ không đổi, lực điện sẽ cân bằng với lực sơ cấp của động cơ sơ cấp Fcơ = Fdt Fcơ .v = Fdt.v=B.i.l.v=e.i Như vậy công suất của động cơ sơ cấp Pcơ = Fcơ. V đã được biến đổi thành công suất điện Pđ = ei nghĩa là cơ năng đã được biến đổi thành điện năng. 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 = Bil 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.i.l = Fdt.v Như vậy công suất điện P = u.i đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ Pcơ = Fdt.v trên trục động cơ điện năng đã biến thành cơ năng. Ta nhận thấy cùng một thiết bị điện từ tùy vào dạng năng lượng đưa và mà máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc đông cơ điện. Đây chính là tính chất thuận nghịch của mọi loại máy điện. IV. 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 Vật liệu tác dụng: Đây 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. Vật liệu dẫn từ: Để chế tạo mạch từ của máy điện người ta thường dùng các loại thép khác nhau như thép kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn. Gang ít được dùng vì dẫn từ không tốt lắm. Người ta sử dụng chủ yếu là thép kỹ thuật điện, có hàm lượng silic khác nhau nhưng không được vượt quá 4.5%. Hàm lượng silic này dùng để hạn chế tổn hao do từ trễ và tăng điện trở của thép để giảm tổn hao dòng điện xoáy. Người ta hay sử dụng các 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 xoay chiều gây nên. Tùy theo cách chế tạo người ta phân lõi thép kỹ thuật điện ra làm 2 loai: cán nóng và cán nguội. Loại các nguội có đặc tính từ tốt hơn như: độ từ thấm cao hơn, tổn hao thép ít hơn cán nóng. Thép lá cán nguội lại chia làm 2 loại: đẳng hướng và vô hướng. Loại đẳng hướng có đặc điểm là dọc theo chiều cán thì tính năng từ tính tốt hơn hẳn so với nganh 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 sử dụng trong máy điện quay. Ví dụ: Thép cán nóng:Э21; Э31A Thép cán nguội: Э41O Э31O Chữ chỉ thép kỹ thuật điện Chữ A chỉ tổn hao thấp Chữ O chỉ thép cán nguội Chỉ số thứ nhất chỉ hàm lượng silic. Chỉ số thứ hai chỉ tổn hao riêng của các loại thép. Ở đoạn mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50Hz thường dùng lá thép kỹ thuật điện dây 0.1- 0.2mm. Ở đoạn mạch từ có từ thông trường không đổi thường dùng lá thép đúc, thép rèn hoặc thép lá. b. Vật liệu dẫn điện: Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện. Vật liệu dẫn điện tốt nhất dùng trong các máy là đồng vì chúng có điện trở xuất rất nhỏ và không đắt lắm. Đồng dùng làm dây dẫn không được có tạp chất quá 0,1%.Điện trở suất của đồng ở 20 là =0,0172.Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau, đồng phospho.Nhôm có điện trở suất ở 20 là =0,0282 tức là gấp gần 2 lần đồng.Để chế tạo dây quấn ta dùng 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: vải sợi, sợi thủy tinh, giấy, nhựa hóa học, sơn emay. Với các loại máy có công suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 100V 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. Vật liệu kết cấu: Vật liệu kết cấu là vật liệu dùng để chế tạo ra các chi tiết chịu tác động cơ học như trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy, các bộ phận và chi tính truyền động hoặc kết cấu của máy theo các dạng cần thiết đảm bảo cho máy điện làm việc bình thường. Người ta dùng gang, thép, các kim loại màu, hợp kim, và các vật liệu bằng chất dẻo. Vật liệu cách điện: Để cách điện các bộ phận mang điện trong máy người ta sử dụng vật liệu cách điện.Những vật liệu này đòi hỏi phải có độ bền điện cao, độ dẫn nhiệt tốt, chịu ẩm, chịu được hoá chất và có độ bền cơ học nhất định. 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 có thể mỏng và kích thước của máy giảm. Chất cách điện chủ yếu ở thể rắng gồm 4 nhóm: a. Chất hữu cơ thiên nhiên: giấy, vải, lụa. b. Chất vô cơ: xi măng, mica, sợi thuỷ tinh. c. Các chất tổng hợp. d. Các loại men, sơn cách điện. Chất cách điện tốt nhất là mica, song tuơng 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, 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, nito; hoặc thể lỏng: dầu MBA. + Vật liệu khí: không khí là một chất cách điện tốt tuy nhiên để cách điện tốt hơn người ta thường dùng khí trơ, hydro hoặc sử dụng trong trường hợp cần cách điện và làm mát bên trong vật liệu. + Vật liệu lỏng ( đầu máy biến áp) : 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 có thể sử dụng để dập hồ quang. Căn cứ vào độ bề nhiệt, vật liệu cách điện chia ra làm nhiều loại sau: Cấp cách điện Vật liệu Nhiệt độ giới hạn cho phép vật liệu Nhiệt độ giới hạn cho phép dây cuốn A Sợi xeluno, bông hoặc tơ tằm trong vật liệu hữu cơ lỏng. 105 100 E Vài loại màng tổng hợp. 120 115 B Amiang, sợi thủy tinh có chất kết dính vật liệu gốc mica 130 120 F Amiang, vật liệu gốc mica sợi thủy tinh có chất kết dính và tẩm tổng hợp 15 140 H Vật liệu gốc mica, amiang sợi thủy tinh phối hợp chất kết dính và tẩm silic hữu cơ. 180 165 Ngoài ra còn có các cấp Y và C với nhiệt độ làm việc cho phép tương ứng là 90và >180. V. Phát nóng và làm mát máy điện: Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất. Tổn hao năng lượng trong máy điện bao gồm: tổn hao sắt từ( do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy) trong thép, tổn hao đồng trong điện trở dây quấn, 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 lí hóa khác, lớp cách điện sẽ bị lão hóa nghĩa là mất dần các tình bền về điện, cơ. Thực nghiệm cho thấy khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ cho phép 8-10 0C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện sẽ giảm đi một nửa. 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 khoảng 10-15 năm. Khi máy làm việc quá tải, nhiệt độ sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép. Vì vậy, khi sử dụng máy biến thế cần tránh để máy quá tải. Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngòai môi trường xung quanh. Sự tản nhiệt không những phị thuộc vào bề mặt làm mát của 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… Thường vỏ máy điện được cấu tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gío để làm mát. BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP I.Khái niệm chung: Để đưa điện từ các trạm tới các hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện như hình vẽ.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 dược tăng cao thì dòng điện chạy trên cuộn sẽ giảm xuống, như vậy có thể giảm tiết diện dây do đó trọng lưọng và chi phí dây dẫn cũng như tổn hao trên đường dây dài sẽ giảm xuống.Vì thế muốn truyền tải công suất đi xa ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu trên đường dây tải điện người ta phải dùng điện áp cao ( 35, 110, 220, 500kV ). Trên thực tế các máy phát điện không có khả năng tạo ra điện áp cao như vậy (thường chỉ từ 3-21kV) do đó 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 0,4-0,6 kV do đó tớI đây phảI có thiết bị giảm áp xuống. Để biến đổI điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp hoặc ngược lạI 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 thưeờng phảI qua 3, 4 lần tăng và giảm điện áp như vậy.Do đó tổng công suất của các máy biến áp trong hệ thống điện thường 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 là máy biến áp công suất. Từ đó rõ máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng, không thực hiện việc chuyển hoá năng lượng. Ngày nay, do việc sử dụng điện năng phát triển rộng rãi nên có nhiều loạI máy biến áp khác nhau: máy biến áp 1 pha, máy biến áp 3 pha 2 dây quấn, 3 dây quấn, các máy biến áp dung trong chuyên môn như máy biến áp chuyên dung cho các lò luyện kim, máy biến áp dung cho đo lường, thí nghiệm…nhưng chung dựa trê cùng một nguyên lý đó là mguyên lý cảm ứng điện từ. Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ dung để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số dòng điện.Hệ thống điện đầu vào của máy biến áp trước lúc biến đổi ( sơ cấp ) có điện áp U ,I ,f. Hệ thống điện đầu ra ( thứ cấp ) có điện áp U,I, f. Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp tăng áp.Nếu điện áp phía thứ cấp nhỏ hơn điện áp phía sơ cấp gọi là máy biến áp hạ áp. II. Nguyên lí làm việc cơ bản của máy biến áp: Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ. Ta hãy xét sơ đồ nguyên lí của một máy biến áp Đây là máy biến áp một pha hai dây quấn. Dây quấn 1 có w1 vòng dây và dây quấn 2 có w2 vòng dây được quấn trên lõi thép 3. Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn 1, trong đó sẽ có dòng điện i1. Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông Ф móc vòng với cả hay dây quấn 1 và 2, cảm ứng ra các s.đ.đ e1 và e2. Dây quấn 2 có s.đ.đ sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điệp áp là u2. Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2. Giải sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm hình sin, thì từ thông do nó sinh ra cùng là một hàm số hình sin: Ф = Фmsin(1-1) Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, s.đ.đ cảm ứng trong các dây quấn 1 và 2 sẽ là: (1-2a) (1-2b) Trong đó: (1-3a) (1-3b) là giá trị hiệu dụng của các s.đ.đ dây quấn 1 và dây quấn 2. Các biểu thức (1-2a,b) cho thấy s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn chậm pha với từ thông sinh ra nó một góc Dựa và các biểu thức(1-3a,b) người ta định nghĩa tỷ số biến đổi của máy biến áp như sau: (1-4) Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U E ; U E, do đó k được xem như tỷ số điện áp giữa dây quấn 1 và dây quấn 2: (1-5) III. Các loại máy biến áp chính: Theo công dụng, máy biến áp có thể gồm những loại chính sau đây: - Máy biến áp điện lực : dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực. - Máy biến áp chuyên dùng : dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn điện,… - Máy biến áp tự ngẫu : biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn, dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều. - Máy biến áp đo lường : dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn khi đưa vào các đồng hồ đo. - Máy biến áp thí nghiệm : dùng để thí nghiệm các điện áp cao. IV.Cấu tạo máy biến áp: Máy biến áp có 3 bộ phận chính : lõi thép, dây quấn và vỏ máy 1-Lõi thép: Lõi thép máy biến áp dung để dẫn từ thông chính của máy được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt ( thường là lá thép kỹ thuật điện ). Lõi thép gồm 2 bộ phận: *Trụ: là phần lõi thép có dây quấn. *Gông : là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín.Mạch từ được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng (0,35-0,5mm) 2 mặt có sơn cách điện, chứa hàm lựơng Silic từ 1-4% nhằm hạn chế tổn hao điện năng trong mạch từ do tác dụng của dòng Fucô và hiện tượng từ trễ. Có 2 dạng mạch từ chính: *Mạch từ kiểu bọc dạng EI, mạch từ được phân nhánh ra 2 biên và bọc lấy cuộn dây trên cột từ chính từ đó làm giảm từ tản. Dạng mạch từ này dùng trong máy biến áp 1 pha công suất nhỏ như máy biến áp gia dụng, máy biến áp cấp điện trong máy tăng âm, thu thanh… *Mạch từ kiểu trụ hoặc kiểu lõi có dạng U, thường do nhiều lá thép hình chữ I ghép lại.Dạng mạch từ này được dung trong các máy biến áp có công suất trung bình trở lên, loại máy biến áp 1 pha và 3 pha như máy hàn điện… nhưng khó gia công, giá thành cao. 2-Dây quấn: Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra, gồm có cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp thường được chế tạo bằng dây đồng (hoặc dây nhôm) có tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật bề ngoài có bọc cách điện bằng emay hoặc cotton.Các máy biến áp công suất nhỏ dây quấn thường dùng dây tròn có tiết diện không quá 3mm. Đối với dây chịu tải dòng điện lớn ở máy biến áp công suất lớn dung dây dẹp, tiết diện hình vuông hoặc hình chữ nhật. Dây quấn gồm nhiều vòng dây lồng vào trụ, lõi thép giữa các vòng dây và giữa các dây quấn có cách điện vớI nhau và cách điện với lõi thép.Máy biến áp thường có 2 hoặc nhiều dây quấn.Theo cách sắp xếp dây quấn cao áp và hạ áp ta có 2 loại dây quấn chính là: đồng tâm và xen kẽ. *Dây quấn đồng tâm: có tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm.Dây quấn hạ áp phía trong gần trụ lõi thép còn dây quấn tăng áp quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp.Với cách quấn dây này có thể giảm bớt được điều kiện cách điện của dây quấn cao áp vì giữa dây quấn cao áp và trụ đã có cách điện bản thân của dây quấn hạ áp.Những kiểu dây quấn đồng tâm chính bao gồm: - Dây quấn hình trụ: Nếu tiết diện dây nhỏ thì dùng dây tròn quấn thành nhiều lớp. Nếu tiết diện dây lớn hơn thì dung dây dẹt và thường quấn thành 2 lớp.Dây quấn hình trụ, dây tròn thưưòng lấy làm dây quấn cao áp điện áp tới 35kV, dây quấn hình trụ dây bẹt chủ yếu làm dây quấn hạ áp vớI điện áp từ 6kV trở xuống.Nói chung dây quấn hình trụ thường dùng cho các máy biến áp dung lượng 630kVA trở xuống. - Dây quấn hình xoắn: Gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo đường xoắn ốc giữa các vòng dây có rãnh hở.Kiểu này thường được dùng cho dây quấn hạ áp của máy biến áp dung lượng trung bình và lớn - Dây quấn xoắn ốc liên tục: Làm bằng dây quấn bẹt và khác với dây quấn hình xoắn ốc, dây quấn này được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng những rãnh hở.Bằng cách hoán vị dặc biệt trong khi quấn các bánh dây được nối tiếp một cách liên tục mà không cần mối hàn giữa chúng.Dây quấn này chủ yếu làm dây quấn cao áp điện áp 35kV trở lên và dung lượng lớn. *Dây quấn xen kẽ: Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xen kẽ dọc theo trụ thép. Để cách điện dễ dàng các bánh dây sát gong thường thuộc dây quấn hạ áp.Vì chế tạo và cách điện khó khăn, kém vững chắc về cơ khí nên các máy biến áp kiểu trụ hầu như không dung kiểu dây quấn xen kẽ mà kiểu dây quấn này hay dung trong kiểu máy biến áp bọc. 3-Vỏ máy: Bao gồm 2 phần : thùng và nắp thùng. *Thùng máy biến áp: thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục. *Nắp thùng: nắp thùng dùng để đậy thùng và trên đó đặt một số các chi tiết máy quan trọng như các sứ ra của dây quấn CA và HA; bình giãn dầu; ống bảo hiểm;bộ phận truyền động của bộ đốI các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn CA. BÀI 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ I.Khái niêm chung: Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ có tốc độ quay của roto ( tốc độ của máy ) n khác với tốc độ quay của từ trường n. Máy điện không đồng bộ có 2 dây quấn, dây quấn stato (sơ cấp) nối với lưới điện tần số không đổi f, dây quấn roto (thứ cấp) được nối tắt lại hoặc khép kín trên điện trở. Dòng điện trong dây quấn roto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số f phụ thuộc vào roto nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trên trục của máy. II.Phân loại và kết cấu: 1.Phân loại: Máy điện không đồng bộ có nhiều loại được phân theo nhiều cách khác nhau: theo kết cấu vỏ máy, theo roto… Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ chia thành các kiểu chính: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín và kiểu phòng nổ. Theo kết cấu của roto, chia làm 2 loại: loại roto kiểu dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc. Theo số pha trên dây quấn có 3 loại: 1 pha, 2 pha,3 pha. 2.Kết cấu: Giống như những máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ gồm có các phần chính sau: 2.1.Stato: Là phần tĩnh gồm 2 bộ phận là lõi thép và dây quấn ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. a, Lõi thép: Lõi thép được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ.Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại. Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng xoáy gây nên. b,Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ) và được đặt trong các rãnh của lõi thép, kiểu dây quấn hình dạng và cách bố trí sẽ được trình bày trong phần “cơ sở thiết kế dây quấn stato động cơ không động bộ”. c,Vỏ máy: Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc gang, dùng để cố định lõi thép và dây quấn cũng như cố định máy trên bệ, không dùng để làm mạch dẫn từ. Đối với máy có công suất tương đối lớn(1000 kW) thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau: kiểu vỏ hở, vỏ bảo vệ, vỏ kín hay kiểu vỏ phòng nổ… Hai đầu vỏ có nắp máy và ổ đỡ trục. Vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy. 2.2.Roto: Roto là phần quay gồm có lõi thép, dây quấn. a,Lõi thép: Nói chung lõi thép vẫn làm bằng lá thép kỹ thuật điện như lõi thép ở stato. Lõi thép được ép lên một giá của roto của máy hoặc ép trực tiếp lên trục máy. b,Dây quấn roto: Có 2 loại chính: roto lồng sóc và roto dây quấn. - Loại roto kiểu dây quấn: roto dây quấn giống như dây quấn stato. Trong máy cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng 2 lớp vì bớt được những đầu nối, kết cấu dây quấn chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn 3 pha của roto thường đấu hình sao còn 3 đầu kia được nối vào 3 vành trượt thường làm bằng đồng cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ điện roto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện roto 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 roto được nối ngắn mạch. - Loại roto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn này rất khác so với dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi thép roto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi thép và được nối tắt ở 2 đầu bằng 2 vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành các lồng mà người ta gọi là lồng sóc. Ở các máy công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép roto tạo thành thanh nhôm, 2 đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát. Dây quấn roto lồng sóc không cần cách điện với lõi thép. Để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh roto có thể làm thành rãnh sâu hoặc làm thành 2 rãnh (lồng sóc kép). Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh roto thường làm chéo đi một góc so với tâm trục. Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc bảo đảm. Động cơ roto dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ song giá thành cao và vận hành kém tin cậy hơn roto lồng sóc nên chỉ được dùng khi động cơ roto lồng sóc không đáp ứng được các yêu cầu về truyền động. 2.3.Khe hở: Vì roto là một khối tròn nên khe hở đều, khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (0,2 ÷ 1 mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) dể hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới điện và như vậy mới có thể nâng cao hệ số công suât của máy. III.Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ: Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ là tạo ra một từ trường quay với tốc độ n1=60f/p Trong đó: f : tấn số dòng điện lưới đưa vào p : số đuôi cực máy thì từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi thép roto và cảm ứng trong dây quấn đó suất điện động và dòng điện. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng diện trong dây quấn tác dụng với từ thông khe hở sinh ra momen tác dụng do có tác dụng mật thiết với tốc độ quay n của roto. Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau. - Khi roto quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc độ đồng bộ thì dòng điện sinh ra trong dây quấn roto cùng chiều với suất điện động và tác dụng từ trường tổng trong khe hở sinh ra lực F và momen M kéo roto quay theo chiều từ trường quay. Điện năng đưa tới roto đã biến thành cơ năng trên trục nghĩa là máy điện làm việc trong chế độ động cơ. Những máy chỉ làm việc ở chế độ này khi n<n1 vì khi đó mới có chuyển động tương đối giữa từ trường và dây quấn roto và như vậy trong dây quấn roto mới có dòng điện và momen kéo roto quay. Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế dộ làm việc của máy cũng khác nhau. - Khi roto quay thuận và nhanh hơn tốc độ đồng bộ (dùng một động cơ sơ cấp nào đó quay roto của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ đồng bộ n>n1) khi đó chiều của từ trường quay quét qua dây dẫn sẽ có chiều ngược lại suất điện động và dòng điện trong dây dẫn roto cũng đổi chiều nên chiều của momen cũng ngược chiều quay của n1 nghĩa là ngược với chiều của roto nên nó là momen hãm. Máy điện đã biến cơ năng tác dụng lên trục động cơ điện, do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện. - Khi roto quay ngược chiều với từ trường quay thì chiều của suất điện động, dòng điện và momen vẫn giống như lúc ở chế độ động cơ điện. Vì momen sinh ra ngược chiều với chiều quay của roto nên có tác dụng hãm roto đứng lại. Trong trường này máy vừa lấy điện năng của lưới vào, vừa lấy cơ năng ở động cơ sơ cấp. Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ. IV.Công dụng của máy điện không đồng bộ: Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ điện không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến vài nghìn kW. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho các máy cán thép vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ… Trong các hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay gia công nông sản. Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng bộ cũng dần chiếm vị trí quan trọng: quạt gió máy quang đĩa, động cơ trong tủ lạnh… Tóm lại theo sự phát triển của nền điện khí hoá và tự động hoá, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi. Tuy vậy máy điện không đồng bộ cũng có nhược điểm như hệ số công suất cosφ của máy thường không cao, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế. Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt lắm so với máy điện đồng bộ nên chỉ trong một vài trường hợp đặc biệt nào đó (như trong quá trình điện khí hoá nông thôn) cần nguồn điện phụ tạm thời thì nó có ý nghĩa quan trọng. BÀI 4: TÍNH TOÁN SỐ LIỆU DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP I.Các thông số: Q: Tiết diện lõi sắt S: Công suất của máy biến áp W0:Số vòng cho 1 Volt ∆i: Mật độ dòng điện máy biến áp 2.5÷3 A/mm2 d: Đường kính dây b: Tiết diện dây II.Các bước tính số liệu dây quấn máy biến áp một pha 1.Bước 1: Xác định tiết diện Q của lõi thép Q=ab (cm2) Q= Đối với lõi chữ O Q= Đối với lõi chữ E Hình vẽ 2.Bước 2: Tính số vòng dây của các cuộn dây W0= Phụ thuộc hàm lượng Silic có trong thép Số vòng dây cuộn sơ cấp: W1=W0.U1 (vòng) Số vòng dây cuộn thứ cấp: W2=W0.(U2+∆U2) (vòng) Khi tính số vòng dây cuộn thứ cấp phải dự trù thêm một số vòng dây để bù trừ sự sụt áp do trở kháng. Độ dự trữ đó được cho trong bảng sau: S(VA) 100 200 300 500 750 1000 1200 1500 >1500 ∆U2(%) 4.5 4 3.9 3 2.5 2.5 2.5 2.5 2.0 3.Bước 3: Tính tiết diện dây và đường kính dây Việc tính toán phải dựa vào điều kiện làm việc của máy biến áp: công suất, nơi đặt,…mà chọn mật độ dòng biến áp ∆i cho phù hợp để khi máy biến áp vận hành định mức, dây dẫn không phát nhiệt quá 80oC Bảng sau cho phép chọn mật độ dòng ∆i khi máy biến áp làm việc liên tục 24/24h S(VA) 0÷50 50÷100 100÷200 200÷250 500÷1000 ∆i(A/mm2) 4 3.5 3 2.5 2 Nếu máy biến áp làm việc ngắn hạn 3÷5h thông gió tốt nơi để máy biến áp thì có thể chọn ∆i=5(A/mm2) để tiết kiệm khối lượng dây đồng. Thông thường ta chọn ∆i=5 A/mm2 Tiết diện dây sơ cấp được chọn theo các công thức: η0: Hiệu suất máy biến áp U1:Điện áp nguồn Tiết diện dây quấn thứ cấp 4.Bước 4: Kiểm tra khoảng trống chứa dây Trước hết, xác định cách bố trí dây quấn sơ cấp, thứ cấp: quấn chồng lên nhau hay quấn 2 cuộn rời ra. Từ đó chọn chiều dài L của cuộn sơ cấp, thứ cấp rồi quấn dây trên khuôn cách điện. a.Bề dày cuộn sơ cấp: Số vòng dây sơ cấp cho một lớp dây với d1cd=d1+ecd W1lớp= Với ecd=0.03÷0.08 (mm) (emay) Ecd=0.15÷0.4 (bọc cotton) Số lớp dây ở cuộn sơ cấp: N1lóp= Bề dày cuộn sơ cấp: ε1=2d.N2lớp)+ecd(N1lớp-1) b. Bề dày cuộn thứ cấp: ε2=d2d.N2lớp+ecd(N2lớp-1) c.Bề dày của toàn bộ cuộn dây Tùy theo sự bố trí dây quấn sơ cấp và thứ cấp mà tính bề dày cuộn dây. Nếu bề dày cuộn dây nhỏ hơn bề rộng cửa sổ thì vó thể tiến hành quấn dây. BÀI 5: CƠ SỞ THIẾT KẾ BỘ DÂY QUẤN STATO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I-Các khái niệm và các thông số cơ bản : 1-Số đôi cực p : Được hình thành bởi một cuộn dây hay nhóm cuộn dây và được đấu dây sao cho khi có dòng điện đi qua sẽ tạo được các cặp cực N-S xen kẽ kế tiếp trong một pha. Khoảng cách từ tâm cực này đến tâm cực kế tiếp được gọi là bước cực từ và bằng điện.Bước từ còn được hiểu là khoảng cách nhất định hay góc độ điện giữa pha A,pha B, pha C. Trong tính toán được tính theo đơn vị rãnh và xác định bằng công thức : Trong đó : z : Tổng số rãnh được dập trên stato 2-Cuộn dây : Có thể là một hoặc nhiều vòng,khi cuộn dây được bố trí trên stato thì chia làm các cạnh dây và các đầu dây (đầu ra và đầu vào ). Bước dây quấn là khoảng cách giữa hai cạnh dây của cuộn dây đang được bố trí trến stato và được tính theo đơn vị rãnh là y. So sánh bước cuộn dây với bước cực từ ta có : -Bước đủ : Bước ngắn : y< Bước dài :y> 3-Các thống số khác M: Số pha của động cơ a : Số mạch nhánh song song trong máy z:Tổng số rãnh dập trên stato hoặc roto q:Số rãnh tác động lên một cực (tính từ cạnh thứ nhất đén cạnh tác dụng thứ 2 của cùng 1 phần tử ) Thường chọn : 4-Nhóm cuộn dây Quấn dây trong máy điện xoay chiều nhìn chung có thể được thực hiện với 2 loại nhóm dây : Nhóm dây cuộn đồng tâm Nhóm cuộn dây đồng khuôn a.Nhóm cuộn dây đồng tâm Nhóm cuộn dây đồng tâm được hình thành bời nhiều cuộn dây có bước cuộn dây khác nhau và được mắc nối tiếp nhau theo cùng một chiều quấn.Các cạnh dây của mỗi cuộn chiếm các rãnh kề cận nhau để tạo thành cực từ. Để tạo thành nhóm cuộn dây đồng tâm,người ta quấn liên tiếp các dây dẫn theo cùng một chiều quấn lên trên một bộ khuôn có kích thước khác nhau và đặt đồng tâm trên cùng một trục quấn. Ưu điểm của cách dây quấn đồng tâm này là dễ lắp đặt cuộn dây vào rãnh stato nhưng có nhược điểm là các đầu dây choán chỗ nhiều hơn so với các cách quấn dây khácDạng nhóm cuộn dây đồng tâm thường phổ biến trong các động cơ điện có công suất nhỏ. b.Nhóm cuộn dây đồng khuôn Nhóm cuộn dây này có các bước của dây đều bằng nhau nên chúng có cùng một khuôn đinh hình.Các cuộn dây này được bố trí trên stato ở các rãnh kế tiếp nhau để tạo thành cực từ.Thông thường bước cuộn dây trong nhóm cuộn dây đồng khuôn đều là bước ngắn nên có ưu điểm là ít tốn dây thu gọn các đầu cuộn dây.Tuy nhiên, để đạt yêu cầu thu gọn các đầu cuộn dây ít choán chỗ thì việc lắp đặt bộ dây quấn dạng này phải khó khăn hơn và tốn nhiều thời gian hơn so với nhóm đồng tâm. II-Cách đấu dây giữa các nhóm cuộn dây Khi thiết lập sơ đồ bộ dây quấn trên động cơ 3 pha các nhóm dây có thể đấu dây để tạo ra các cực từ thậthoặc các cự từ giá tuỳ theo sự bố trí các nhóm cuộn dây trong cùng một pha. 1.Đấu dây các nhóm cuộn tạo ra từ cực thật.Trong cách đấu này,các nhóm dây cùng một pha được bố trí sát nhauvà nối dây giữa các nhóm sao xho dòng điện qua các nhóm tạo thành các cực từ N-S xen kẽ nhau. Đặc điểm cách đấu dây nàycó số nhóm cuộn trong một pha bằng số đôi cực.Khi đấu dây có thể áp dụng cách đấu “ cuối-cuối”,” đầu-đầu”. 2.Đấu dây các nhóm cuộn tạo thành các cực từ giả Khi muốn đấu dây tạo thành các từ cực cùng dấu hay còn gọi là cách đấu dây tạo từ cực giả. Thì buộc phải bố trí các nhóm cuộn dây trong cùng một pha phải cách xa nhau ít nhất 1 rãnh trống.Khi đấu dây áp dụng quy tắc “đầu-cuối” bằng cách nối cuối nhóm này vào đầu nhóm kế tiếp thì mới tạo thành các cực từ cùng dấu. Đặc điểm của cách đấu dây này chỉ áp dụng khi 2p>2 Như ta đã biết chỉ có thành phần đoạn dây nằm trong rãnh stato mới là các thành phần tác dụng để tạo nên mô men quay nên ra có thể có khái niệm mới về số đôi cực.”Nếu một hoặc nhiều rãnh có chứa dây dẫn mà có cùng chiều dòng điện thì chúng hình thành một cặp từ N-S”.Do đó có thể nối tiếp các cạnh dây lại theo một trật tự nào đó sao cho thoả mãn điều kiện khi có dòng điện đi qua thì chúng có cùng một chiều. Khi các cụm dây quấn của cùng 1 pha nằm ở những vùng khác nhau trên thang máy thì ta gọi đó là dây quấn tập trung.Nếu ta thử tách nhỏ các phần tử dây quấn tập trung và rải đều trên thân máy thì ta sẽ được dây quấn phân tán.Nhưng nếu ta thực hiện bằng cách tách đôi các phần tử về số lượng đặt ở dưới ½ và trên ½ thì ta sẽ được dây quấn hai lớp. III-Cách xây dựng sơ đồ dây quấn động cơ 3 pha Muốn dựng sơ đồ dây quấn động cơ ba pha cần phải xác định các thông số sau của stato - Dạng dây quấn định thiết kế - Tổng số rãnh Z trong phần stato - Số đôi cực 2p và cách đấu dây tạo thành cực thật hay cực giả. Các bước tiến hành : Xác định bước cực từ : Tính số cạnh dây cho mỗi cực của mỗi pha Đối với dây quấn một lớp : ( cạnh dây ) Đối với dây quấn hai lớp : ( cạnh dây ) Tuỳ theo cách phân bố trải đều các cạnh dây ở từ cực mà có bước cuốn dây là bước ngắn hay bước đủ. Tiến hành dựng sơ đồ theo các bước : + Kẻ các đường song song và đánh số tương ứng với số rãnh stato. +Trải số dây 1 cực mỗi pha cho phân bố đều tại các trục cực từ và xác định chiều dòng điện theo chiều đầu vào Căn cứ vào dạng dây quấn định dạng vẽ các đầu cuộn dây nối liền các cạnh dây giữa các nhóm cuộn pha sao cho chiều dòng điện của cùng 1 bối trên các cạnh dây kế tiếp không bị ngược chiều nhau. Dựa vào độ lệch pha đã tính,xác định rãnh khởi đầu của pha B vẽ tương tự. Cuối cùng ta vẽ pha C tương tự như trên và cách pha B cũng bằng độ lệch pha trên. Xét ví dụ sau : Thành lập sơ đồ dây quấn đồng khuôn phân tán một lớp : Z=24; 2p=4; q=2; y=5 Thành lập sơ đồ dây quấn đồng tâm tập trung một lớp : Z=36;2p=4; y=9; q=3 BÀI 6:KỸ THUẬT QUẤN DÂY I.Kỹ thuật quấn dây máy biến áp 1.Khuôn cách điện: Nhằm mục đích cách điện giữa cuộn dây và mạch từ,đồng thời làm sườn cứng dễ định hình cuộn dây,khuôn được làm bằng vật liệu như catton cứng như giấy cách điện presspan fibre hoặc bằng chất dẻo chịu nhệt. Khuôn không cách chặn được sử dụng với máy biến áp lớn Khuôn có vách ngăn thường được sử dụng trong máy biến áp nhỏ. Kích thước khuôn được chọn sao cho không hẹp quá hoặc rộng quá thuận tiện cho việc lắp vào mạch từ, không bị cấn, dễ chạm mát. Sau khi lấy mẫu khôn cuộn dây thực hiện khuôn lồng cho khít với khuôn cách điện. 2.Kỹ thuật quấn dây : Trước khi quấn dây phải vẽ sơ đồ bố trí các dây ra ở vị trí thực tế để sau khi nối mạch không bị vuớng và dễ phân biệt. Khi quấn dây cố định đầu dây khởi đầu (hình tròn) trong lúc quấn dây cố gắng quấn dây cho thẳng và song song hàng với nhau. Cứ hết mỗi lớp dây phải lót cách điện. Đối với dây quá bé(d<0.15) có thể quấn hết mà không cần giấy cách điện giữa các lớp, chỉ cần lót cách điện kỹ giữa hai cuộn sơ cấp, thứ cấp. Khi quấn nửa chừng, muốn đưa dây ra ngoài phải thực hiện trên hình vẽ dạng bện. Đưa dây ra ngoài phải được bọc cách điện bằng giấy hoặc ống gaine cách điện. Việc nối dây giữa chừng phải đưa mối nối ra ngoài cuộn dây. Đối với loại khuôn không có vách chặn dây, để giữ dây không bị chạy ra ngoài khuôn phải dùng băng vải hoặc giấy chạc dây lại ở cả hai phía đầu cuộn dây. Khi sắp hoàn thành việc quấn dây phải đặt đai vải hoặc giấy sau đó quấn dây chồng lên băng vải hoặc giấy để cuối cùng lồng dây qua và rút chặt băng vải cho chặt. 3. Cách lắp lại lá sắt mạch từ Tùy theo dạng lá sắt ghép thành mạch từ là dạng E, I hoặc các thanh chữ I mà ghép theo trật tự có tính trước. a.Cách ghép mạch từ với lá sắt E I b.Cách ghép mạch từ lá sắt hình chữ I II.Kỹthuật quấn dây stato động cơ ba pha 1.Chuẩn bị khuôn Dùng khuôn quả trám b l2 h l1 b: lấy một cung ở nửa chiểu cao của răng tính từ tâm rãnh cạnh tác dụng thứ nhất đến cạnh tác dụng thứ hai của một phần tử. h: Chiều cao lõi sắt cộng thêm 3 centimet l1,l2: mỗi bên lấy nửa chiều sâu của nắp máy khuôn này thường dùng cho dây quấn đồng khuôn. Nếu là dây quấn đồng tâm phải có thêm hai cổ lỗ nữa. Hai cổ lỗ này liền nhau và cách nhau một bước rãnh trên stato. 2.Dụng cụ lắp đặt dây: Khi lắp đặt dây quấn vào các rãnh của stato cần phải có các dụng cụ chuyên dụng : dao tre . 3.Kỹ thuật cách điện rãnh Cách điện rãnh nhằm mục đích cách điện giữa cuộn dây với stato, để tránh chạm masse và phải có hình dạng của rãnh để ôm sát vào rãnh, thuận tiện cho việc vào dây…. Yêu cầu cách điện: Những vật cách điện phải được cách điện trọn vẹn trong vật liệu cách điện. Khi sử dụng vật liệu cách điện phải đảm bảo độ bóng của vật liệu, tránh xước sát, gẫy, gập…. Có hai dạng cách điện là -Cách điện vỏ với đất -Cách điện pha với pha Cách điện vỏ gồm hai lớp: -Lớp thứ nhất dày 0.3mm. Đó là loại lớp bìa dày màu xanh, một mặt bóng được lót nhựa bên trên, chiều rộng bằng chu vi rãnh, chiều dài bằng chiều dài rãnh cộng 3cm. -Lớp thứ hai là giấy cách điện 0.1mm có chiều rộng lớn hơn chiều rộng lớp 0.3 một khoảng bằng 0.3 của hai bản rãnh hai bên và chiều dài bằng chiều dài bằng chiều dài lớp 0.3 đã gấp đầu. 4.Cách lắp dây vào rãnh: Yêu cầu: Khi vào dây phải thẳng tránh xây xước.Trước khi lắp dây vào rãnh nên chọn vị trí các nhóm cuộn sao cho thuận lợi nhất và có mỹ thuật thường chọn vị trí sao cho đầu ra các bối dây ở gần phía hợp cực. Cần phải chú ý phần đầu cuộn dây che lấp các lỗ xỏ bulông… giảm khó khăn khi lắp roto. Phải kiểm tra thông mạch, đấu đúng cực tính sao cho động cơ chạy được. Thường thì đặt đầu dây vào đầu máy, ta phải kiểm tra thông mạch từ ngay những bối dây đầu tiên. Sau khi đấu máy xong phải có các phép đo giữa AB, BC,CA cẩn thận, kiểm tra sự va chạm masse của các pha. Quy định chung đấu máy 220/380 – D/Y a.Lắp dây nhóm cuộn đồng tâm Chọn vị trí đầu tiên sẽ lắp dây vào, nắn cuộn dây cho gọn vừa lọt lồng stato. Sau khi đặt cuộn dây thứ nhất của bối thứ nhất vào stato tháo dây một cạnh sẽ đưa vào trước. Sau đó cẩn thận đưa từng lượng nhỏ dây dẫn nằm gần miệng rãnh cho vào rãnh. Nếu thấy lượng dây đưa vào rãnh hơi choán chỗ, dùng dao che gạt dây song hàng rồi nện cho chặt xuống, khi dây đã vào hết gập lớp cách điện miệng rãnh, chú ý nén chặt lớp cách điện này. Sau đó vào hết các cạnh dây chờ theo các thao tác trên. Khi vào hết các cạnh dây chờ ta thực hiện vào dây như sơ đồ công nghệ( chú ý vào bối dây nhỏ trước, bối dây lớn sau để thuận tiện cho việc vào dây). Với mỗi bối dây đã vào cần cân đối hai đầu cuộn dây rồi uốn các đầu sợi dây sao cho cong để chỗ rộng cho nhóm cuộn dây lắp sau. b.Lắp dây nhóm cuộn dây đồng khuôn Đối với dạng dây quấn đồng khuôn 1 lớp và 2 lớp thì cũng phải thực hiện các cạnh chờ để sau khi vào hết các bối dây thì mới được hạ xuống. Kỹ thuật vào dây cũng tương tự như trên nhưng cần chú ý đối với dạng dây quấn đồng khuôn phải lót giấy cách điện giữa các bối của các pha để đạt được sự cách điện giữa các pha hoàn toàn không nên thực hiện khi hoàn tất các bối dây. Sau khi vào dây mỗi cạnh dây phải lót cách điện giữa 2 cạnh dây trong cùng một rãnh (đối với dây quấn 2 lớp) hoặc lót cách điện miệng rãnh ( đối với dây quấn 1 lớp). Cuối cùng sau khi đã vào hoàn tất bộ dây quấn cần phải nêm chặt dây bằng các nêm tre, gỗ ….. 5. Đai bộ dây quấn Sau khi uốn nắn, định hình bộ dây quấn, nối đàu dây giữa các bối, giữa các đầu ra bối dây dẫn nêm bọc cách điện. Sau đó định vị nơi tập trung dây ra hợp cực rồi đai bộ dây quấn, nắn định hình lần cuối. PHẦN 2 CÔNG NGHỆ VÀ SỐ LIỆU KỸ THUẬT I.Yêu cầu kỹ thuật Bài tập 1 : quấn máy biến áp gia dụng có 4 đầu vào 80-110-160-220 và 2 đầu ra 110-220 có các núm điều chỉnh điện áp. Bài tập 2: Thực hiện bài dây quấn đồng khuôn phân tán một lớp Z= 24; y=5; q=2; 2p=4; Bài tập 3: Thực hiện dây quấn đồng tâm tập trung 1 lớp với Z = 36; y=9; q=3; 2p=4; II. Công nghệ và số liệu kỹ thuật Bài tập 1: Quấn máy biến áp gia dụng có 4 đầu vào 80-110-160-220 và 2 đầu ra 110-220 có các núm điều chỉnh điện áp 1- 11. Các điện áp ra 220-160-110-80 *Số vòng dây các mức 220160volt là 601.2 = 72 vòng 160110volt là 501.2 = 60 vòng 11080volt là 30 1.2 = 36 vòng Các nút tinh chỉnh, mỗi nút cách nhau 9 vòng dây, thực hiện cách điện rồi quấn dây trên khung gỗ. Sau đó tháo ra rồi đóng vào lõi thép Đấu ra ở mỗi mức dài 15 cm. *Công nghệ quấn dây: -Yêu cầu vuốt thẳng, chỗ nào xước phải lót cách điện. -Đặt lớp giấy 0.3mm vào trong cùng sau đó quấn 72 vòng đưa ra 1 đầu (mức 160 volt). Tiếp tục lót cách điện quấn 60 vòng ra tiếp đầu nữa, lót cách điện quấn 36 vòng thì đưa ra đầu 80 volt. Sau đó cứ 9 vòng ta cho ra 1 đầu tinh chỉnh. -Khi quấn dây cần chú ý cách điện giữa các lớp và cách điện ở phần dây có đầu ra và cần lưu tâm đến việc ra các đầu dây ở vị trí sao cho phù hợp để đến khi lắp vào bộ chuyển mạch không bị vắt dây qua gông từ. Sau khi quấn dây và cách điện xong ta tháo lõi gỗ ra khéo léo đút vào gông từ. Sau đó vặn gông từ thật chặt đem đấu các đầu dây vào bộ chuyển mạch. *Kết quả: Chỉnh thô: Điện áp chuẩn 80 110 160 220 Điện áp đo được Chỉnh tinh Núm điều chỉnh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Điện áp (V) Nhận xét: Ưu Điểm : -Đã hoàn thành được sản phẩm. -Đầu ra đúng vị trí -Dây quấn đều. Nhựợc điểm: -Trong quá trình làm do bọc cách điện chưa tốt dẫn đến khi chạy máy có một bối dây bị cháy dẫn đến không hoàn thành được bài tập. Bài tập 2: Quấn dây đồng khuân phân tán 1 lớp Z=24;y=5;q=2;2p=4. *Cuộn dây -Cuộn dây riêng từng bối một -Tổng số có 12 bối quấn 55 vòng/bối. -Đo thông mạch kiểm tra từng cuộn. -Xác định cực tính đúng cho từng cuộn dây. -Xác định bối chờ và các bước vào dây. *Vào dây Ta đặt dây sao cho1 cạnh đè lên 2 cạnh trước cạnh sau này cùng với 2 cạnh trước tạo thành 2 cạnh mới để đặt tiếp cạnh khác đè lên chúng. Đầu tiên ta chọn một vị trí bất kỳ nào đó quy định đó là cạnh 1, ta vào trước tiên là cạnh số 2 và số 4, 2 cạnh còn lại của 2 bối này ta để chờ. Sau đó vào bối thứ nhất đặt vào cạnh số 1 và số 6, tiếp tục rãnh số 3 và số 8. Cứ tiếp tục như thế ta vào các bối còn lại và 2 cạnh chờ 21 và 23 là xong. Chú ý: vào dây được rãnh nào ta nhét giấy cách điện vào, bẻ tròn đầu xuống đồng thời kiểm tra thông mạch xem có chạm vỏ không để có biện pháp xử lý. Sau khi đã đặt dây vào nhét giấy cách điện 0.1mm xong ta tiến hành lót cách điện pha và dùng dao tre nắn cho các bối dây nằm ép sát vào nhau gọn gang. Vì đây là giấy cách điện bằng bìa, giấy thường ( không đủ tiêu chuẩn cách điện) nên ta không cần đai máy. *Đấu máy Chọn một đầu của một bối dây bất kỳ qui định làm pha A. Đấu đầu cuối của cuộn A1 với đầu cuối cuộn A2, đầu vào cuộn A2 với đầu vào cuộn A3, đấu cuối A3 với đầu cuối A4 và đầu còn lại của A4 là X. Cứ như vậy ta đấu được pha B và pha C. Cạnh sau của 1 pha thường cách cuộn trước 2 bối liên tiếp. *Nhận xét: Ưu điểm: Đã hoàn tất sản phẩm theo yêu cầu Đủ 12 bối dây Xác định được cực tính cho mỗi cuộn dây Đấu các bối dây và để đầu ra, đầu vào đúng quy định Nhược điểm: Chưa ép chặt các bối dây xuống. Lót giấy cách điện chưa đẹp. Bài tập 3: Thực hiện dây quấn đồng tâm tập trung 1 lớp Z=36;y=9;q=3;2*p=4; *Yêu cầu : Dòng mở máy I = 3.63.8 A Dòng điện pha I = I = I = 1.21.4 A Tốc độ n=1480 vòng /phút; *Công nghệ: -Quấn dây : mỗi bối 74 vòng bắt đầu quấn từ bối nhỏ nhất đến bối lớn nhất. Cố định ở mỗi bối bằng các dây đồng cho khỏi bị rối. -Đầu tiên ta phải nghiên cứu sơ đồ bằng cách xác định chiều vòng dây( thường ngược chiều kim đồng hồ) -Lắp đặt: Đặt các cạnh 4 5 6 xuống trước,sau đó vào bối thứ nhất ở các cạnh 1,2 ,3 vào 10, 11, 12 đè lên 4, 5, 6. Cứ tiếp tục hạ đến bối cuối cùng. Đặt các cạnh chờ 31, 32, 33 thường đặt cuộn nhỏ vào trước. Đặt dây vào rãnh nào thì tiến hành nhét giấy cách điện 0,1mm luôn vào rãnh đó sau đó nắn tròn ngay các đầu bối dây vừa vào;từ các cuộn nhỏ đến cuộn lớn. Nhét giấy cách điện pha vào 2 đầu rồi quấn dẹp đầu tròn đều để khi cho roto vào không bị chạm vào dây. Tiến hành đấu dây theo sơ đồ đã có. Cần chú ý cạo sạch lớp emay ở vỏ dây đồng. Khi đảm bảo dẫn điện tốt ta nhét chúng vào ống gaine cách điện. Khi đấu máy xong thì ta xác định được 6 đầu là A, B, C và X, Y, Z. Ta đấu pha A, B, C cho ra 3 dây cùng màu còn 3 pha X, Y, Z chọn 3 dây cùng màu khác. Xong khi vào dây ta dùng sợi đai máy cho gọn gang, chỉnh lại giấy cách điện và hoàn chỉnh để chuẩn bị nắp roto. *Kết quả: I(A) I(A) I(A) I(A) U(V) U(V) U(V) n(vòng/phút)   4,2   1,4 1,4  1,65  228  228   228   1480 Nhận xét: Đây là bài thực hành khó nhất đòi hỏi tính tỉ mỉ, chính xác đỏi hỏi tính cẩn thận cao. Ưu điểm: - Đã hoàn thành được sản phẩm. - Quấn dây sau khi đã vuốt phẳng. - Vào dây đúng chiều. - Giấy cách điện bọc cẩn thận. Nhược điểm: - Dòng khởi động lớn hơn yêu cầu bài tập. - Dòng điện các pha (cụ thể là pha C) chưa đật yêu cầu. - Tính thẩm mỹ chưa cao. Nguyên nhân: - Do quấn bối dây chưa chính xác. Kết luận : Ba tuần thực tập kỹ thuật điện tuy ngắn nhưng thật vô cùng cần thiết và bổ ích.Qua ba tuần thực tập em đã biết thêm về máy biến áp cũng như động cơ không đồng bộ, về cấu tạo cũng như cách quấn dây của chúng. Dù chưa thực sự hoàn thành một cách suất sắc bài thực hành kỹ thuật nhự quấn dây còn chưa đẹp, thiết bị chạy chưa đúng với yêu cầu kỹ thuật đã đề ra nhưng đây sẽ là những kinh nghiệm vô cùng quý báu để em có thể trở thành một người kỹ sư điện giỏi. Em xin chân thành cảm ơn các thày cô chủ nhiệm khoa điện đã tạo cho em cơ hội này và đặc biệt là hai thầy giáo Nguyễn Quang Hùng và Nguyễn Huy Thiện. Hai thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực tập.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docBáo cáo thực tập về máy phát điện.doc
Luận văn liên quan