Nguyên lí vận hành máy điện

LỜI MỞ ĐẦU Có thể khẳng định, với sinh viên khoa Điện một trong những môn học được mong chờ và thích thú nhất chính là môn thực tập xưởng. Không chỉ bởi nội dung hay mà sinh viên còn được “học đi đôi với hành” và hơn nữa là sự tận tình của thầy cô hướng dẫn. Em xin trình bày Kỹ thuật điện là ngành ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển tín hiệu ... bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ trong các hoạt động thực tế của con người. Các máy thực hiện biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại gọi là các máy điện. Các máy biến từ cơ năng thành điện năng được gọi là máy phát điện, các máy điện để thực hiện các quá trình ngược lại được gọi là động cơ. Các máy điện đều có tính chất thuận nghịch tức là đều có khả năng biến đổi cơ năng thành năng lượng điện và ngược lại. Máy điện gồm hai phần: mạch điện và mạch từ. Mạch điện được cấu tạo bởi các cuộn dây, còn mạch từ cấu tạo bởi lõi sắt từ. Máy điện gồm có máy điện tĩnh và máy điện động. Máy điện tĩnh là máy điện mà vị trí tương đối giữa các phần trong máy là không thay đổi, còn máy điện động là máy điện mà vị trí tương đối giữa các phần trong máy điện thay đổi khi máy điện hoạt động. Do có thể biến đổi từ năng lượng điện thành năng lượng cơ và ngược lại từ năng lượng cơ thành năng lượng điện nên máy điện được dùng phổ biến trong các nghành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải,... Do tầm quan trọng của máy điện nên trong chương trình học tập tại trường ĐHBKHN ngoài việc được học cơ sở lý thuyết về máy điện trên lớp chúng em còn được đi thực tập xưởng 3 tuần lễ. Nhờ vậy chúng em hiểu rõ hơn về nguyên lý vận hành của máy điện và chúng em còn được học kỹ thuật quấn dây của máy biến áp nhỏ, động cơ ba pha rô to lồng sóc. Em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Điện và các thầy hướng dẫn: Nguyễn Quang Hùng Nguyễn Huy Thiện đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để giúp đỡ chúng em hoàn thành đợt thực tập này. MỤC LỤC PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN Bài 1: Cơ sở lý thuyết máy điện Bài 2: Máy điện không đồng bộ Bài 3: Cơ sở thiết kế bộ dây quấn stato động cơ không đồng bộ Bài 4: Kỹ thuật quấn dây PHẦN II: CÔNG NGHỆ QUẤN DÂY VÀ SỐ LIỆU KỸ THUẬT I. Yêu cầu kỹ thuật II. Công nghệ và số liệu kỹ thuật 1. Bài tập về dây quấn khuôn phân tán 1 lớp 2. Bài tập về dây quấn khuôn đồng tâm tập trung 1 lớp. PHẦN III: KẾT LUẬN PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN §1. Cơ Sở Lý Thuyết Máy Điện I. Giới thiệu chung về máy điện Theo quan điểm năng lượng thì trong tất cả các thiết bị điện đều xảy ra quá trình chuyển động năng lượng điện từ. Quá trình đó được thể hiện qua các hiện tượng: biến đổi, tích phóng năng lượng và truyền tải năng lượng. Máy điện là thiết bị điện thực hiện chức năng biến đổi và truyền tải năng lượng điện từ. Hiện tượng biến đổi và truyền tải năng lượng thông qua sự tồn tại của điện trường và từ trường trong máy điện. Cấu tạo của máy điện gồm hai phần cơ bản: mạch điện và mạch từ. Mạch từ gồm bộ phận dẫn từ và khe hở không khí Mạch điện gồm các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn điện tạo thành các vòng kín có thể cho dòng điện chạy qua. Tuỳ theo cấu tạo, nguyên lý làm việc, chức năng mà máy điện được chia ra làm nhiều loại, nhưng chúng đều có điểm chung sau: - Cửa vào là cửa đưa năng lượng vào máy. - Cửa ra là cửa đưa năng lượng ra khỏi máy. Tuỳ theo chức năng của các loại máy điện mà ta có thể xác định được dạng năng lượng ở đầu vào và đầu ra của máy điện: - Nếu đầu vào là năng lượng điện thì máy điện là động cơ điện. - Nếu đầu và là cơ năng thì máy điện là máy phát điện. - Nếu đầu vào và đầu ra của máy điện đều là điện năng u,i thì máy điện đóng vai trò là máy truyền tải điện năng. Sự biến đổi cơ điện trong máy dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Nguyên lý này cũng đặt cơ sở cho các bộ biến đổi cảm ứng dùng để biến đổi năng lượng điện với những giá trị áp, dòng... thành dòng điện với các giá trị áp, dòng khác. Máy biến áp là thiết bị biến đổi cảm ứng đơn giản thuộc loại này. 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 cũng được thực hiện bằng phương pháp điện. Máy điện có nhiều loại, và được phân loại theo nhiều cách khác nhau, có thể phân loại theo công suất, cấu tạo, chức năng, nguyên lý làm việc... Và ở đây ta chỉ xét máy điện dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng. a) Máy điện tĩnh Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, do sự biến đổi từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau. Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp Máy điện tĩnh dùng để biến đổi thông số của dòng điện, như máy biến áp để biến đổi hai thông số của dòng điện là giá trị áp và giá trị dòng. b) Máy điện động Nguyên lý làm việc cũng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra. Loại máy này thường dùng để biến đổi dạng năng lượng. Đó là biến đổi năng lượng điện thành cơ năng và ngược lại cơ năng thành điện năng. Đại diện cho loại máy điện động là động cơ điện ( biến đổi điện năng thành cơ năng) và máy phát điện ( biến đổi cơ năng thành điện năng).Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch (như sơ đồ hinh dưới) nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện tóm lại ta có thể tóm lược sự phân loại máy điện thông dụng thường gặp theo sơ đồ sau đây: Máy điện Máy điện tĩnh máy diện có phần quay Máy điện xoay chiều máy điện một chiều Máy điện Máy điện Không đồng bộ đồng bộ MBA ĐCKĐB MFKĐB ĐCĐB MFĐB động cơ 1 chiều máy phát 1 chiều II. Nguyên lý làm việc của máy phát điện và động cơ điện. Máy điện có tính chất rất quan trọng là tính thuận nghịch, tức là nó vừa có thể là động cơ điện vừa có thể là máy phát điện. 1. Chế độ máy phát điện Giả thiết thanh dẫn có chiều dài l đặt vuông góc với từ trường có độ từ cảm là B ( như hình vẽ). Khi tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học Fcơ thanh dẫn sẽ chuyển động với vận tốc v trong từ trường của nam châm N_S và trong thanh dẫn sẽ cảm ứng suất điện động e. Nếu nối thanh dẫn với tải thì sẽ có dòng điện i chạy trong thanh dẫn. Đây là nguyên lý để tạo ra máy phát điện. Nếu không tính tới điện trở của thanh dẫn thì u = e. và công suất máy phát điện cung cấp cho phụ tải là p =u.i Dòng điện nằm trong thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của từ trường Fđt = B.i.l và có chiều như hình vẽ. Khi máy quay với tốc độ không đổi, lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp: Fcơ = F đt và nhân hai vế với v ta được: Fcơ.v = F đt.v = B.i.l.v = e.i và như vậy công suất của động cơ sơ cấp: Pcơ = Fcơ.v đã thành công suất điện P điện = e.i nghĩa là cơ năng đã chuyển thành điện năng. 2. Chế độ động cơ điện Cung cấp điện cho máy điện, điện áp u của nguồn điện sẽ gây ra dòng i trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F đt = B.i.l tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với vận tốc v ( như hình vẽ). Khi đó công suất điện đưa vào động cơ: P = u.i = e.i = B.l.v.i = F đt.v Như vậy, công suất điện từ P đ = u.i đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ Pcơ = F đt.v trên trục động cơ. Điện năng cũng đã biến thành cơ năng. Vậy: một thiết bị điện từ tuỳ năng lượng đưa vào mà máy điện có thể làm việc ở chế độ động cơ hay máy phát: - Nếu đưa vào phần quay của máy điện là cơ năng thì nó làm việc ở chế độ máy phát. - Nếu đưa vào phần quay của máy phát là điện năng thì nó sẽ làm việc ở chế độ động cơ. ⇒ Mọi loại máy điện đều có tính chất thuận nghịch. III. Sơ lược về các vật liệu chế tạo máy điện Vật liệu chế tạo máy điện có thể chia ra làm 3 loại: - Vật liệu tác dụng. - Vật liệu kết cấu. - Vật liệu cách điện. 1. Vật liệu tác dụng Đó là vật liệu dẫn điện và dẫn từ. Các vật liệu này được dùng để tạo điều kiện cần thiết sinh ra các biến đổi điện từ. a) Vật liệu dẫn từ: Vật liệu dẫn từ là vật liệu dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ, người ta dùng các vật liệu sắt từ để làm mạch từ: thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn. Gang ít được dùng vì dẫn từ kém. Người ta dùng các loại thép từ tính chất khác nhau nhưng chủ yếu là thép lá kỹ thuật điện, có hàm lượng silíc khác nhau nhưng không vựơt quá 4,5%. Hàm lượng silíc này dùng để hạn chế tổn hao do từ trễ và tăng điện trở của thép để giảm tổn hao dòng điện xoáy. Ở mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50hz thường dùng lá thép kỹ thuật điện có độ dày 0,35 – 0,5 mm, trong thành phần thép có từ 2-5% Si(để tăng điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy). Ở tần số cao thì người ta dùng thép có độ dày nhỏ hơn 0,1 – 0,2 mm. Người ta thường sử dụng lá thép dày 0,35 mm dùng trong máy biến áp và 0,5 mm dùng trong các máy điện quay ghép lại làm lõi sắt để làm giảm tổn hao do dòng điện xoáy tạo nên. Tuỳ theo cách chế tạo, người ta chia ra làm hai loại: cán nóng, cán nguội. Loại sau có những tính năng về từ tốt hơn như độ từ thẩm cao hơn, tổn hao thép ít hơn. Hiện nay với những máy biến áp và máy điện công suất lớn thì người ta thường chế tạo với vật liệu từ là thép cán nguội. Thép cán nguội chia làm hai loại: đẳng hướng và vô hướng. Loại đẳng hướng có đặc điểm: dọc theo chiều cán thì tính năng từ tốt hơn so với ngang chiều cán, do đó thường được dùng trong các máy biến áp, còn loại vô hướng thì đặc tính từ đều theo mọi hướng nên thường dùng trong máy điện quay. b) Vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện để chế tạo các bộ phận dẫn điện. Vật liệu dẫn điện tốt nhất trong máy điện là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ( ρ = 0,0172 Ω mm2/m) . Ngoài ra còn dùng nhôm( ρ = 0,0282 Ω mm2/m) và các hợp kim khác như đồng thau, đồng phốt pho. Để chế tạo dây quấn thường người ta dùng đồng, đôi khi là nhôm. Dây đồng và nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật, có bọc các loại cách điện khác nhau như sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học... Với các máy điện công suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 700V thường dùng dây emai vì các lớp cách điện của dây mỏng đạt độ bền yêu cầu. Đối với các bộ phận khác như vành đổi chiều, lồng sóc hay vành trượt ngoài đồng, nhôm người ta còn dùng cả thép để tăng cường độ bền cơ học và giảm kim loại màu. 2. Vật liệu kết cấu Là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu tác động cơ học như trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Vật liệu này thường bằng gang, sắt, thép đúc hoặc thép rèn, kim loại màu và các hợp kim của chúng, các chất dẻo. 3. Vật liệu cách điện Để cách điện các bộ phận mang điện với các bộ phận không mang điện, người ta dùng vật liệu cách điện, vì vậy đây là vật liệu quan trọng trong máy điện, nó quyết định phần lớn sự làm việc ổn định của máy điện. Do đó, những vật liệu này đòi hỏi phải có độ bền điện cao, độ dẫn nhiệt tốt, có độ vững chắc về cơ khí để không bị hỏng khi lắp ráp và vận hành máy điện. Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm: - Chất hữu cơ thiên nhiên: giấy, vải, lụa .... - Chất vô cơ: amiăng, mica .... - Các chất tổng hợp - Các loại men, sơn cách điện Chất cách điện tốt nhất là mica, song tương đối đắt nên dùng trong các máy điện có điện áp cao. Thông thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải sợi, .... Chúng có độ bền cơ tốt, rẻ tiền nhưng dẫn nhiệt xấu, hút ẩm và 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( như không khí, hidrô,...) hoặc thể lỏng (dầu MBA...). + Vật liệu khí: không khí là một chất cách điện tốt, tuy nhiên để cách điện tốt người ta thường dùng khí trơ; hidro được sử dụng trong trường hợp cần cách điện và làm mát bên trong của vật liệu. + Vật liệu lỏng ( dầu MBA...) đây là loại vật liệu cách điện rất quan trọng trong máy điện vì nó có thể len lỏi vào các khe rất nhỏ và còn có thể sử dụng để dập hồ quang. Căn cứ vào độ bền nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra làm nhiều loại, thường người ta chia làm 7 cấp: Cấp cách điện Y A E B F H C Nhiệt độ làm việc 90 105 120 130 155 180 > 180 cho phép(ºC) Ta có thể tóm tắt cấp cách điện ở bảng dưới đây: Cấp cách điện Vật liệu Sợi xenlulô, bông hoặc tơ tằm trong vật liệu hữu cơ Nhiệt độ giới hạn cho phép vật liệu (ºC) Nhiệt độ trung bình cho phép cấp dây quấn (ºC) A lỏng 105 100 Vài loại màng E tổng hợp 120 115 Amiăng, sợi thuỷ B tinh có chất kết 130 120 dính vật liệu gốc mica Amiăng, vật liệu gốc mica, sợi thuỷ tinh có chất kết dính và tơ tổng F hợp 155 140 Vật liệu gốc mica, amiăng, sợi thuỷ tinh kết hợp chất kết dính và tấm Si H hữu cơ 180 165 IV. Phát nóng và làm mát máy điện Trong máy điện xảy ra quá trình biến đổi hoặc truyền tải năng lượng và có sự tổn hao năng lượng ∑Δp . Trong máy phát điện tổn hao chủ yếu là trong lõi thép( do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy), trong điện trở dây quấn máy điện và do ma sát ở các ổ trục, lực cản của quạt làm mát máy phát điện ... tổn hao này làm nóng máy và ảnh hưởng đến chất lượng của vật liệu cách điện. Để làm mát máy điện, nhiệt lượng sinh ra phải được tản ra môi trường xung quanh bằng cách tăng diện tích tiếp xúc của máy điện với không khí làm mát, tăng tốc độ đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát. Thường vỏ máy điện, được chế tạo có cánh tải nhiệt và đối với máy điện có công suất lớn thường có hệ thống quạt gió hoặc bơm nước làm mát. Kích thước của máy, phương pháp làm mát phải được tính toán và lựa chọn, để cho độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện máy không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảo cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài khoảng 20 năm. Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt quá độ tăng nhiệt của các phần tử cho phép. Khi máy quá tải, độ tăng nhiệt sẽ vượt qúa nhiệt độ cho phép, vì thế không cho phép quá tải lâu dài. §2. Máy Điện Không Đồng Bộ I.Khái Niệm Chung 1. Phân loại: Máy điện không đồng bộ có nhiều loại được phân theo thành nhiều cách khác nhau: theo kết cấu vỏ máy, rôto… Theo kết cấu của vỏ: máy điện không đồng bộ chia thành các kiểu chính: rôto kiểu dây quấn, rôto 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 những phần chính như sau: a) Stato: là phần tĩnh và gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. *) Lõi thép: được ép trong vỏ, làm nhiệm vụ dẫn từ. Lõi thép Stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập dãnh bên trong ghép lại với nhau thành các rãnh theo hướng trục. Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên giảm tổn hao lõi thép. *) Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây bọc cách điện( dây dẫn điện từ và được đặt trong 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 đồng bộ. *) 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 (1000kW) 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, … Hai đầu vỏ có nắp máy và ổ đỡ trục. Vỏ và nắp máy dùng để bảo vệ máy. b) Rôto: là phần quay gồm có lõi thép, dây quấn và trục máy. *) Lõi thép: nói chung, lõi thép vẫn làm bằng lá thép kỹ thuật điện như ở stato. Lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy. *) Dây quấn rôto: có hai loại chính là rôto lồng sóc và rôto dây quấn. - Rôto dây quấn: giống như dây quấn Stato. Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng làm dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những đầu nối, kết cấu dây nối chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng làm dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn 3 pha của rôto thường đấu hình sao, còn 3 đầu kia được nối vào 3 rãnh trượt thường làm bằng đồng cố định một đầu ở đầu trục, và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ rôto kiểu dây quấn này là: có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch. - Rôto lồng sóc: Kết cấu của loại dây này rất khác so với dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi thép, rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi thép và được nối tắt ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm thành cái lồng, người ta hay gọi là lồng sóc. Ở các máy công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rôto tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát. Dây quấn rôto lồng sóc không cần cách điện với lõi thép. Để cải thiện tính năng mở máy trong công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh. Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thưòng làm rãnh chéo đi qua một góc so với tâm trục. Động cơ lồng sóc là động cơ rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc bảo đảm. Động cơ 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 rôto lồng sóc nên chỉ được dùng khi động cơ rôto lồng sóc không đáp ứng được yêu cầu về truyền động. b) Khe hở: vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều, khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ( 0,2 – 1mm trong các máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới điện và như vậy mới có thể nâng cao hệ số công suất của máy. III. Công Dụng Của Máy Điện Không Đồng Bộ Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm cơ điện. Do kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng dãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với công suất 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 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 quay 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 những nhược điểm: hệ số cosϕ không cao, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt, nên ứng dụng của nó cũng có hạn chế. Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện, nhưng đặc tính không tốt so với máy phát điện đồng bộ nên chỉ trong một vài trường hợp đặc biết nào đó( trong quá trình điện khí hoá nông thôn) cần nguồn điện phụ tạm thời thì nó cũng có ý nghĩa quan trọng. IV. Nguyên Lý Làm Việc Của Máy Điện Không Đồng Bộ Ta tạo ra một từ trường quay có tốc độ n1 = 60 f , p Trong đó: f là tần số của điện áp đưa vào p là số đôi cặp cực. thì từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi thép rôto và cảm ứng trong dây quấn đó sức điện động và dòng điện. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato thành từ thông tổng của khe hở. Dòng điện 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 rôto. Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau. Khi rôto quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc độ đồng bộ thì dòng điện sinh ra trong dây quấn rôto cùng chiều với sức điện động và tác dụng của từ trường tổng trong khe hở không khí sinh ra lực F và mômen M kéo rôto quay theo chiều từ trường quay. Điện năng đưa tới rôto 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 rôto như vậy trong dây quấn rôto mới có dòng điện và mômen kéo rôto quay. Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau. Khi rôto quay thuận và nhanh hơn tốc độ đồng bộ( dùng một động cơ sơ cấp nào đó quay rôto của máy điện không vượt quá tốc độ đồng bộ n > n1). Khi đó, chiều của từ trường quay quét qua dây dẫn sẽ có chiều ngược lại sức điện động và dòng điện trong dây dẫn cũng đổi chiều nên chiều của mômen cũng ngược chiều quay n1 nghĩa là ngược với chiều của rôto nên đó là mômen 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 rôto quay ngược với chiều từ trường quay thì chiều của sức điện động, dòng điện và mômen vẫn giống như lúc ở chế độ động cơ. Vì mômen sinh ra ngược với chiều quay của rôto nên có tác dụng hãm rôto dừng lại. Trong trường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới vào, vừa lấy cơ năng ở động cơ thứ cấp. Chế độ này được gọi là chế độ hãm điện từ. *-------------------------------------------* §3. CƠ SỞ THIẾT KẾ BỘ DÂY QUẤN STATOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I.Các khái niệm và các thông số cơ bản 1.Số đôi cực: 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 cấp cực N-S xen kẽ tiếp nhau trong một pha. Khoảng cách từ tâm cực từ này đến tâm cực từ kế tiếp được gọi là bước cực từ τ và bằng 180º điện.Bước từ τ còn được hiểu là khoảng cách nhất định hay góc độ điện giữa pha A, pha B, pha C. Trong tính toán τ được tính theo đơn vị rãnh và xác định bằng công thức: τ=Z/2p 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 stator thì chia làm các cạnh dây và các đầu dây (đầu ra, đầu vào) Bước dây quấn là khoảng cách giữa hai cạnh dây của cuộn dây đang được bố trí trên stator và được tính theo đơn vị rãnh, ký hiệu là y So sánh bước cuộn dây với bước cực từ ta có: + Bước đủ : y= τ =Z/2p +Bước ngắn : y < τ +Bước dài : y > τ 3.Các thông số khác: M: số pha của động cơ A: số mạch nhánh song song trong máy Z: tổng số rãnh dập trên stator hoặc rotor q: số rãnh tác động lên một cực ( tính từ cạnh thứ nhất đến cạnh tác dụng thứ 2 của cùng một phần tử ) Thường chọn: q=Z/2mp=y/2p 4.Nhóm cuộn dây: Quấn dây trong máy điện xoay chiều nhìn chung có thể được thực hiện với 2 loại nhóm dây: - Nhóm cuộn dây đồng tâm - Nhóm cuộn dây đồng khuôn - a)Nhóm cuộn dây đồng tâm Nhóm cuộn dây đồng tâm được hình thành bởi 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 dây chiếm các rãnh kề cận nhau để tạo thành cực từ Dây quấn đồng khuôn Dây quấn đồng tâm Để tạo hình 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 quấn dây này là dễ lắp đặt cuộn dây vào stator nhưng có nhược điểm là các đầu cuộn dây choán chỗ nhiều hơn so với cách quấn khác.Dạng nhóm cuộn dây đồng tâm thường phổ biến trong các động cơ 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 định hình. Các cuộn dây này được bố trí trên stator 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 thật họăc các cực từ giả 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 nhau và nối dây giữa các nhóm sao cho dòng điện qua các nhóm tạo thành các cực từ N-S xen kẽ nhau.Đặc điểm các đấu dây này có số nhóm cuộn trong một pha bằng số đôi cực. Khi đấu dây có thể áp dụng quy tắc “cuối_ cuối”, ”đầu_đầu” 2.Đấu dây các nhóm cuộn tạo thành các cực giả Khi muốn đấu dây tạo thành các từ cực cùng dấu hay còn gọi là các 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 một rãnh trống. Khi đấu dây, áp dụng quy tắc ” đầu_cuối” bằng cách nối cuối nhóm này với đầu nhóm kế tiếp thì mới tạo thành các cực từ cùng dấu. Đặc điểm của cách đấu dây này có số nhóm cuộn dây trong một pha bằng một nửa số dôi cực và cách đấu dây này chỉ áp dụng khi 2p>2 Như đã biết, chỉ có thành phần đoàn dây nằm trong rãnh stator mới à các thành phần tác dụng để tạo nên momen quay nên ta có thể có khái niệm mới về số đôi cực “ nếu một hoặc nhiều rãnh có chứa dây dẫn mac có cùng chiều dòng điện thì chúng hình thành một cặp cực 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 cụn dây quấn của cùng một 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 than máy thì ta sẽ có 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 có dây quấn hai lớp III.Cách dựng sơ đồ dây quấn động cơ 3 pha Muốn dựng sơ đồ dây quấn động cơ 3 pha, ta cần phảI xác định các thông số sau của stator -Dạng dây quấn cần thiết kế -Tổng số rãnh Z của phần stator -Số đôi cực 2p và cách đấu dây tạo cực thật hay cực giả *Các bước tiến hành : -Xác định bước cực từ τ = Z/2p -Tính số cạnh dây cho mỗi cực của mỗi pha Đối với dây quấn một lớp q=Z/(3.2p) ( cạnh dây ) Đối với dây quấn hai lớp q’=2p=2Z/(3.2p) ( cạnh dây ) Tuỳ theo cách phân bố trải đầu các cạnh dây ở từ cực mạ có bước cuốn dây là bước ngắn hay bước đủ. -Tiến hành các sơ đồ theo các bước: +Kẻ các đường song song và đánh số tương ứng với số rãnh của rotor +Trải số cạnh dây một cực một pha mỗi pha cho phân bố đầu tại các trục cực từ và xác định chiều dòng điện theo chiều đầu vào Căn cứ vào dạng dây quấn vẽ các đầu cuộn dây nối liền các cạnh dây giữa các nhóm cuộn pha sao cho chiều dòng điện của cùng một 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 vẽ pha C tương tự như trên và cách pha B cũng bằng độ lệch pha trên VD: Vẽ sơ đồ dây quấn phân tán một lớp Z=24;2p==4;q=2;y=5 Vẽ sơ đồ dây quấn đồng tâm tập trung một lớp Z=36;2p=4;y=9;q=3 §4.KỸ THUẬT QUẤN DÂY II.Kỹ thuật quấn dây stator động cơ 3 pha: 1.Chuẩn bị khuôn Dùng khuôn quả trám Trong đó: b : lấy 1 cung ở ½ chiều cao của răng tính từ tâm rãnh cạnh tác dụng thứ nhất đến rãnh cạnh tác dụng thứ hai của một phần tử h: chiều cao của lõi sắt + 3cm l1,l2: mỗi bên lấy ½ chiều sâu của nắp máy Khuôn này thường dùng cho dây quấn đồng khuôn . Nếu là dây quấn đồng tâm phải có thêm 2 cổ lỗ nữa. Hai cổ lỗ này liền nhau và cách nhau bằng một bước rãnh trên stator 2.Dụng cụ lắp đặt dây Khi lắp bộ dây quấn vào các rãnh của stator, cần phải có các dụng cụ chuyên dụng : búa, kéo , kìm, đe, dao tre ,… 3.Kỹ thuật cách điện rãnh Cách điện rãnh nhằm mục đích cách điện giữa cuộn dây với stator để tránh chạm mát và phải có hình dạng của rãnh để ôm vào rãnh, thuận tiện cho việc vào dây. *Yêu cầu cách điện : -Những vật cách điện phải được cách điện trọn vẹn -Khi sử dụng vật liệu cách điện phải đảm bảo độ bong của vật liệu, tránh xước dây, gẫy, dập,… Có 2 dạng cách điện là : -Cách điện vỏ với đất -Cách điện pha với pha *Cách điện vỏ : gồm 2 lớp -Lớp thứ nhất dày 0,3 ( mm).Đó là một miếng bìa dày, chiều rộng bằng diện tích rãnh và chiều dàu bằng chiều dài rãnh + 3 cm(để khi gập lại, mỗi đầu dài 0,75 cm với mục đích chống xê dịch ) -Lớp thứ hai là loại giấy cách điện dày 0,1 (mm) có chiều rộng lớn hơn lớp 0,3mm đã gấp đầu 4.Cách lắp dây vào rãnh *Yêu cầu: Khi vào dây phải vuốt thẳng, tránh bị xây xước Trước khi lắp dây vào rãnh nên chọn vị trí các nhóm cuộn dây sao cho thuận lợi nhất và có mỹ thuật, thường chọn vị trí sao cho đầu ra các bối dây ở gần phía hộp cực. Cần chú ý phần đầu cuộn che lấp các lỗ xỏ bulông, giảm khó khăn khi lắp rotor Phải kiểm tra thông mạch, đấu đúng cực tính sao cho động cơ chạy được. Thường thì đặt dây vào đầu máy, ta phải kiểm tra thông mạch từ ngay những bối dây đầu tiên. Sauk hi đấu máy xong phải có các phép đo giữa AB,BC,AC cẩn thận, kiểm tra sự va chạm mát của các pha Quy định chung : đấu máy 220/380_ ∆/Y a)Lắp dây nhóm cuộn đồng tâm Chọn vị trí đầu tiên sẽ lắp dây vào, nắn cuộn dây cho gọn.Sau đó cẩn thận đưa từng lượng nhỏ dây dẫn nằm gần miệng rãnh cho vào rãnh. Nếu thấy lượng dây đưa vào rãnh đã choán hết chỗ, dùng dao tre gạt và nén dây xuống cho chặt Khi dây đã cho vào hết, gấp lớp cách điện miệng rãnh, nén chặt lớp cách điện này. Sau đó vào hết các cạnh dây còn lại theo thao tác trên. Khi đã vào hết các cạnh chờ, ta thực hiện vào dây theo sơ đồ công nghệ( chú ý vào bối dây nhỏ trước, bối dây lớn sau để thuận tiện cho việc vào dây ). Với mỗi dây đã vào cần cân đối hai đầu cuộn dây rồi uốn các đầu cuộn dây sao cho cong vòng xuống để rộng chỗ cho nhóm cuộn dây tiếp theo 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 là đối với dạng dây quấn đồng khuôn phải luôn lót giấy cách điện giữa các bối dây của các pha để được sự cách điện giữa các pha hoàn toàn. 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 một lớp ), cuối cùng sau khi đã hoàn tất bộ dây quấn, cần phải nêm chặt dây bằng các nêm tre, gỗ hoặc vật liệu bakelit,… 5.Đai bộ dây quấn\ Sau khi uốn nắn, định hình bộ dây quấn, nối đầu dây giữa các bối dây, giữa đầu ra với dây dẫn mềm bọc cách điện.Sau đó định vị nơi tập trung dây ra hộp cực, rồi đai bộ dây quấn, nắn định hình lần cuối . PHẦN THỨ HAI CÔNG NGHỆ VÀ SỐ LIỆU KỸ THUẬT .Yêu cầu kỹ thuật .Bài tập về dây quấn phân tán đồng khuôn một lớp .Bài tập về dây quấn đồng tâm tập trung một lớp CÔNG NGHỆ QUẤN DÂY I.Yêu cầu kỹ thuật Bài tập 1 Quấn dây đồng khuôn phân tán 1 lớp Z=24;y=5;q=2;2p=4 Bài tập 2: Thực hiện dây quấn đồng tâm tập trung một lớp Z=36;y=9;q=3;2p=4 II.Công nghệ và số liệu kỹ thuật Bài tập ! Quấn dây đồng khuôn phân tán 1 lớp Z=24;y=5;q=2;2p=4 -Cuộn dây .Cuốn 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 : Đầu tiên chọn một vị trí bất kỳ nào đó quy định đó là cạnh 1, sau đó vào dây cạnh thứ 2 và thứ 4 trước, 2 cạnh còn lại của 2 bối đó để chờ. Sau đó vào bối thứ nhất ở vị trí 1 và 6, Điện áp chuẩn(V) 80 110 160 220 Điện áp đo được (V) 76 110 160 220 tiếp tục bối thứ 2 vào rãnh 3và 8, cứ như vậy cho đến hết.Cuối cùng đặt 2 cạnh chờ 21 và 23 xuống là hoàn tất Chú ý: vào dây được rãnh nào thì nhét giấy cách điện đồng thời bẻ tròn xuống để thuận lợi cho việc vào tiếp các rãnh sau Sau khi đã vào hết dây, ta tiến hành lót cách điện pha và dùng dao tre nắn cho các bối dây nằm ép sát vào nhau gọn gàng. Ở đây ta không thực hiện đai máy vì không cần kiểm tra chạy máy -Đấu máy: Chọn một đầu của một bối dây bất kỳ quy định làm pha. Đấu đầu cuối cuộn A1 với đầu cuối cuộn A2, đầu vào cuộn A2 với đầu vào cuộn A3,… cứ như vậy ta đấu được phaB và pha C. Cạnh sau của một pha thường cách cuộn trước 2 bối dây liên tiếp *Nhận xét: hoàn thành sản phẩm nhưng chưa đạt yêu cầu về cách điện rãnh cách điện pha và câu hỏi lý thuyết thầy cho 2.Bài tập 2: Thực hiện dây quấn đồng tâm tập trung một lớp Z=36;y=9;q=3;2p=4 -Yêu cầu: .Dòng mở máy : Ikđ=3.0 ( A) .Dòng điện pha : IA=IB=IC=1.0 ( A) .Điện áp pha :UA=UB=UC=202 (V) .Tốc độ : n=1480 vòng/phút -Công nghệ : .Quấn dây : mỗi vòng 80 vòng bắt nguồn từ cuộn nhỏ nhất đến cuộn lớn nhất. Cố định ở mỗi cuộn bằng các dây đồng để tránh rối .Xác định chiều ra của các bối dây cho phù hợp với đầu ra của máy .Chọn chiều vào dây cho đúng .Lắp đặt: đặt cạnh chờ 4,5,6, sau đó vào cuộn thứ nhất ở cạnh1,2,3 vào 10,11,12 đè lên cạnh chờ 4,5,6.Cứ tiếp tục hạ đến cuộn cuối cùng.Đặt cạnh chờ 31,32,33 xuống.Lưu ý ở đây khi quấn dây ta không cắt rời các cuộn dây như ở bài tập một mà quấn liền 3 cuộn dây đồng khuôn và vào đồng thời.Khi vào có kiểm tra chiều dây quấn và vào cuộn nhỏ trước, sau đó mới đến cuộn lớn hơn . Đặt dây vào rãnh nào thì tiến hành nhét giấy cách điện luôn vào rãnh đó sau đó nắn tròn các đầu cuộn dây để thuận tiện cho việc vào các cuộn tiếp theo và để sau này không bị vướng khi lắp rotor. Tiến hành đấu dây theo sơ đồ đã có, cần chú ý cạo sạch lớp emay ở vỏ dây đồng. Khi đã đảm bảo dẫn điện tốt ta bọc chúng bằng ống gaine cách điện. Khi đấu máy xong thì ta xác định được 6 đầu là A,B,C,X,Y,Z , đánh dấu để dễ phân biệt Dùng dây dù đai máy cho gọn gàng, nắn chỉnh lại các bối dây cho thật sát xuống vành stator, uốn dây cho gọn gàng và tròn đẹp, cũng là để tránh va quệt với rotor.Chỉnh lại cách điện trong lòng máy và chuẩn bị lắp rotor -Kết quả : máy chạy tốt và dạt yêu cầu đặt ra mặc dù dòng khởi động vẫn còn cao 3A *Nhận xét: -Đây là một bài tập khó dòi hỏi sự tỷ mỉ chính xác và cẩn thận cao. +Ưu điểm: . Đã hoàn thành sản phẩm .Quấn dây sau khi đã vuốt thẳng .Vào dây đúng chiều Và chạy được hoàn chỉnh máy + Nhược điểm: .Bọc giấy cách điện chưa cẩn thận, uôn dây chưa cong làm cách điện còn xấu + kinh ngiệm rút ra: cần cẩn thận hơn trong công việc * * * * * * KẾT LUẬN Qua 3 tuần thực tập xưởng Điện, em đã được hiểu rõ hơn về nhiều kiến thức thực tế quý báu.nó giúp em củng cố thêm về lý thuyến đã học và tích luỹ công kinh nghiệm sau này. Em đã học được sau này mỗi bài thực hành từ qui trình công nghệ bắt đầu đến khi kết thúc và rèn được cho bản thân sự tỷ mỉ,tính kiên trì, cẩn thận,làm việc chính xác. Ngoài việc tìm hiểu về máy móc.em còn biết thêm về tác phong công nghiệp,khả năng làm việc theo nhóm. Để hoàn thnàh đợt thực tập này,ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân và sự phối hợp giữa các thành viên trong nhóm 4 lớp htd2 còn có sự dạy bảo tận tình cảu hai thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng Nguyễn Huy Thiện Em xin chân thành cảm ơn các thầy