Giáo trình Máy điện 1 (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Giáo trình Máy điện 1 (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) được biên soạn để giảng dạy cho người học ở trình độ Cao đẳng hoặc làm tài liệu tham khảo cho các khóa đào tạo ngắn hạn cho các công nhân kỹ thuật chuyên ngành điện. Giáo trình được chia thành 2 phần, phần 1 trình bày những nội dung về: động cơ không đồng bộ ba pha; động cơ không đồng bộ một pha;... Mời các bạn cùng tham khảo!

59

BÀI 2: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

Mã bài: MĐ 16.02 Giới thiệu: Trong tự nhiên luôn có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này

sang dạng khác và động cơ điện có nhiệm vụ biến đổi điện năng thành cơ năng

Nó rất cần thiết trong sản xuất và giữ vai trò quyết định cho sự phát triển kinh tế đặc biệt trong lĩnh vực điện khí hoá, tự động hoá trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải ngày cao

Động cơ không đồng bộ ba pha là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lí cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rotor n (tốc độ quay của máy) khác với tốc độ quay của từ trường

Mục tiêu:

- Mô tả được cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ

- Tính toán được các thông số của động cơ

- Vẽ được sơ đồ trải bộ dây quấn Stato

- Bảo dưỡng và sửa chữa được những hư hỏng thông thường của động cơ không đồng bộ đảm bảo động cơ hoạt động tốt theo đúng tiêu chuẩn về điện

- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo

1.2 Phân loại

Khi phân loại động cơ không đồng bộ ba pha, có thể căn cứ theo:

- Theo kết cấu của vỏ, có thể chia làm các loại: Kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu chống nổ, kiểu chống rung… vv

- Theo kết cấu của rotor chia làm hai loại: Kiểu rotor dây quấn và kiểu rotor lồng sóc

- Theo số pha: Kiểu một pha, hai pha, ba pha

1.3 Các đại lượng định mức:

Động cơ không đồng bộ ba pha có các đại lượng định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy Các trị số này do nhà máy thiết kế, chế tạo qui định và được ghi trên nhãn máy Động cơ không đồng bộ ba pha trên nhãn máy chỉ ghi các trị số làm việc của chế đô động cơ ứng với tải định mức

60

- Công suất định mức ở đầu trục (công suất đầu ra) Pđm (kW, W) hoặc

Hp, 1Cv = 736W (theo tiêu chuẩn Pháp); 1kW = 1,358 Cv 1Hp = 746W (theo tiêu chuẩn Anh)

- Dòng điện định mức Iđm (A)

- Điện áp dây định mức Uđm (V)

- Kiểu đấu sao hay tam giác

- Tốc độ quay định mức nđm

- Hiệu suất định mức đm

- Hệ số công suất định mức cosđm

Công suất định mức mà động cơ điện tiêu thụ

) / (

) ( 975

0 81

,

9

1

KGM ph

vg n

W P P

M

đm

đm đm



1.4 Công dụng của động cơ không đồng bộ ba pha

Động cơ không đồng bộ ba pha có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa

và nhỏ, động lực cho các máy công cụ Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, động cơ tủ lạnh Tóm lại phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi

Tuy vậy động cơ không đồng bộ ba pha có những nhược điểm sau: cos của máy thường không cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của nó có phần bị hạn chế

2 Cấu tạo của Động cơ không đồng bộ ba pha

2.1 Stator (phần tĩnh)

Stator gồm có: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy

- Lõi thép stator (mạch từ) chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện (thép silic) hình tròn được đập rãnh phía trong theo hướng tâm, sau đó ghép cách điện với nhau

Gồm có lõi thép, dây quấn

- Lõi thép: Dùng thép kỹ thuật điện như stator, lõi sắt được ép lên trục quay, phía ngoài có xẻ rãnh để đặt dây quấn

- Dây quấn: Có hai loại:

Loại rotor kiểu dây quấn: Là rotor có dây quấn giống như dây quấn của sator Dây quấn 3 pha của rotor thường được đấu hình sao, còn ba đầu kia nối vối ba vành trượt đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than đấu với mạch điện bên ngoài Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch

Loại rotor kiểu lồng sóc: Cấu tạo của loại dây quấn này khác với dây quấn stator Trong mỗi rãnh của stator đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng

hoặc bằng nhôm mà người ta thường quen gọi là lồng sóc

Hình 16-03-1: Rotor dây quấn của động cơ không đồng bộ

Hình 16-03-2: Rotor lồng sóc của động cơ không đồng bộ

Hộp cực: Nơi đưa các đầu dây ra của stato và đấu nối nguồn điện vaò động cơ, trên hộp cực có nắp để che đầu nối đông cơ

3 Nguyên lý làm việc cơ bản của động cơ không đồng bộ 3 pha

3.1.Từ trường của máy điện không đồng bộ

3.1.1 Từ trường quay của dây quấn ba pha

Dòng điện xoay chiều ba pha có ưu điểm lớn là tạo ra từ trường quay trong các máy điện

a Sự tạo thành từ trường quay

Trên Hình 16-03-7a, b, c vẽ mặt cắt ngang của máy điện ba pha đơn giản, trong

đó dây quấn ba pha đối xứng ở stato AX, BY, CZ đặt trong 6 rãnh Trục của các dây quấn lệch nhau trong không gian một góc 120o

ký hiệu bằng  cuối ký hiệu bằng 

Bây giờ ta xét từ trường ở các thời điểm khác nhau:

dương (xem Hình 16-03-5a), dòng điện pha B và C âm Theo quy định trên, dòng điện pha A dương, nên đầu A ký hiệu là , cuối x ký hiệu là ; dòng điện pha B và C âm nên đầu B và C ký hiệu là  cuối Y và Z ký hiệu là  (xem hìnH16-03-5a)

Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường do các dòng điện sinh ra (Hình 16-03-4a); ta thấy từ trường tổng có một cực S và một

64

- Thời điểm pha ωt = 90 o + 120 o : Là thời điểm sau thời điểm đã xét ở trên

một phần ba chu kỳ Ở thời điểm này, dòng điện pha B cực đại và dương, các dòng điện pha A và C âm (Hình 16-03-4b) Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đương sức từ trường Ta thấy từ trường tổng đã quay đi một góc là

120o so với thời điểm trước Trục của từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha

B là pha có dòng điện cực đại

- Thời điểm pha ωt = 90o + 240o: Là thời điểm chậm sau thời điểm đầu 2/3 chu kỳ; lúc này dòng điện pha C cực đại và dương, còn dòng điện pha A và pha B

âm (Hình 16-03-4c) Ta thấy từ trường tổng ở thời điểm này đã quay đi một góc

240o so với thời điểm đầu Trục của từ trường tổng trùng với trục của dây quấn pha C, là pha có dòng điện cực đại

Qua sự phân tích ở trên, ta thấy từ trường tổng của dòng điện ba pha là từ trường quay Từ trường quay móc vòng với cả hai dây quấn stato và rôto, đó là

từ trường chính của máy điện, tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng

Với cách cấu tạo dây quấn như trên, ta được từ trường quay một đôi cực Nếu thay đổi cấu tạo dây quấn, ta được từ trường 2, 3, 4 v.v… đôi cực

b Đặc điểm của từ trường quay

Từ trường quay của hệ thống dòng điện ba pha có 3 đặc điểm quan trọng:

- Tốc độ từ trường quay

Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f và số đôi cực p Thật vậy, ở Hình 16-03-4 ta thấy rằng khi dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay được một vòng, do đó trong một phút dòng điện biến thiên 60f chu

kỳ, từ trường quay được 60f vòng Vậy khi từ trường có một đôi cực, tốc độ cử

từ trường quay là

phút

vòng f

n1  60 Khi từ trường có hai đôi cực, dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay được ½ vòng (từ cực N qua S đến N là ½ vòng), do đó tốc độ từ trường quay là

1 60 (vòng/phút)

p

f

- Chiều quay của từ trường

Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện Muốn đổi chiều quay của từ trường ta thay đổi thứ tự hai pha với nhau

Thật vậy, ở Hình 16-03-3 ta thấy rằng, khi thứ tự dòng điện các pha cực đại lần lượt là pha A, pha B, rồi đến pha C một cách chu kỳ thì từ trường quay từ trục dây quấn pha A đến trục dây quấn pha B rồi đến trục dây quấn pha C một cách tương ứng

Như vậy nếu thay đổi thứ tự hai pha cho nhau, ví dụ dòng điện iB cho vào dây quấn CZ, dòng điện iC cho vào dây quấn BY, từ trường sẽ quay theo chiều

65

từ trục dây quấn AX đến trục dây quấn CZ (có dòng điện iB) rồi đến trục dây quấn BY (có dòng điện iC), nghĩa là từ trường quay theo chiều ngược lại (Hình 16-03-3c)

- Biên độ của từ trường quay

Từ trường quay sinh ra từ thông Ф xuyên qua mỗi dây quấn Ví dụ ta xét từ thông của từ trường quay xuyên qua mỗi dây quấn AX

Dây quấn các pha lệch về không gian với pha A một góc lần lượt là 1200

Dòng điện іA = Imaxsin t nên:

Từ thông của dòng điện pha A là:

ΦA = ΦAmax sin t Cuối cùng ta có:

Φ =

2

3

ΦAmaxsin t

Vậy từ thông của từ trường quay xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin

và có biên độ bằng 3/2 từ thông cực đại của một pha

Φmax =

2

3

trong đó Φpmax là từ thông cực đại của một pha

Đối với dây quấn m pha thì:

Φmax =

2

m

3.1.2 Từ trường quay của dây quấn hai pha

Khi có dây quấn hai pha (m=2) đặc lệch nhau trong không gian góc 900

điện, dòng điện trong hai dây quấn lệch pha nhau về thời gian 900, cũng phân tích như trên, từ trường của hai pha là từ trường quay có các tính chất như đã xét

3.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ

Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn Stato, sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ là n1 =

p

f

60 Từ trường quay cắt các thanh dây dẫn của dây quấn rôto, cảm ứng các sức điện dộng Vì dây quấn rôto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rôto Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rôto, kéo rôto quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n

Để minh họa, trong Hình 16-03-5 vẽ từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động và các lực điện từ Fdt

Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay n1

Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1 vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn rôto không có sđđ

và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng không

Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2

n2 = n1 – n (3-6)

Hệ số trượt của tốc độ là:

Hình 16-03-5: Từ trường quay tốc độ n1

67

s = 1

2

n

n

= 1

4 Sơ đồ khai triển dây quấn động cơ không đồng bộ 3 pha

4.1.Khái niệm chung về dây quấn

4.1.1 Khái niệm

Dây quấn máy điện xoay chiều ba pha là bộ phận quan trọng có nhiệm vụ tạo ra

từ trường quay cho máy và tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng và ngược lại Do vậy dây quấn máy điện xoay chiều ba pha phải đảm bảo yêu cầu về độ bè cơ học, độ bền nhiệt, độ bền điện Đồng thời có kết cấu đơn giản, lắp ráp và sửa chữa dễ dàng, đảm bảo an toàn và tiết kiệm 4.1.2 Phân loại:

Có nhiều cách để phân loại dây quấn

* Phân loại theo cức năng được gồm:

- Dây quấn Stato

- Dây quấn Roto

* Phân loại theo cấu tạo:

- Dây quấn một lớp

- dây quấn hai lớp

* Phân loại theo hình dạng bối dây

- Dây quấn đồng khuôn

- dây quấn đồng tâm

* Phân loại theo hình hình dáng phần đầu nối:

- Dây quấn hai mặt phẳng

- Dây quấn ba mặt phẳng

* Phân loại theo bước dây quấn:

- Dây quấn bước đủ

- Dây quấn bước ngắn

- Dây quấn bước dài

* Phân loại theo số pha

- Dây quấn một pha

- Dây quấn hai pha

- Dây quấn ba pha

68

* Phân loại theo giá trị của q:

- Dây quấn có q số nguyên

- Dây quấn có q phân số

4.1.3 Các định nghĩa cơ bản

a Bối dây (hay tép dây)

Bối dây hay tép dây, thực sự là một cuộn dây quấn được tạo nên bởi nhiều vòng dây quấn cùng một chiều, nối tiếp nhau Hình vẽ ký hiệu của các bối dây được biểu diễn như hình 1-1

Trong đó:

- Cạnh tác dụng: Là phần dây quấn của bối dây được đặt trong rãnh stator Mỗi bối dây sẽ có 2 cạnh tác dụng được lồng vào 2 rãnh khác nhau Đối với dây quấn 2 lớp: Mỗi rãnh stator sẽ chứa 2 cạnh tác dụng của 2 bối dây khác nhau, khi đó mỗi bối dây khi được lồng sẽ có 1 cạnh tác dụng nằm ở đáy rãnh được gọi là cạnh tác dụng dưới và được vẽ bằng nét đứt; cạnh còn lại nằm ở phần trên của một rãnh khác được gọi

là cạnh tác dụng trên và được vẽ bằng nét liền

- Đầu nối: Là phần dây quấn đi bên ngoài hay là phần nối liền hai cạnh tác dụng của một bối dây

- Bước bối dây y: Là khoảng cách giữa 2 rãnh chứa 2 cạnh tác dụng của một bối dây; đơn vị của y là rãnh

Nếu y = τ: bối dây quấn bước đủ

Nếu y < τ : Bối dây quấn bước ngắn,

Đặt β= y

: Hệ số rút ngắn bước bối dây τ Hình 16-03-6: Hình vẽ ký hiệu cho bối dây khi vẽ trên sơ đồ dàn trải

69

Công dụng của dây quấn dùng loại bước ngắn:

- Tiết kiệm dây đồng cho bộ dây quấn

- Cải thiện đặt tính mở máy cho động cơ, làm giảm tiến ồn khi động cơ vận hành

b Nhóm bối dây của 1 pha dưới 1 cặp cực

Tại mỗi bước cực, số rãnh phân bố cho mỗi pha là q Vậy nhóm bối dây của một pha bao gồm q bối dây cùng pha quấn nối tiếp nhau

Tùy theo kiểu bố trí dây quấn, ta có 2 kiểu nhóm bối dây: Nhóm bối dây đồng khuôn và nhóm bối dây đồng tâm (Hình 16-03-6)

b Nguyên tắc đấu nối tiếp các nhóm bối dây cùng pha

- Khi tổng số nhóm bối dây của một pha bằng với số đôi cực p: Đấu cực giả

- Khi tổng số nhóm bối dây của một pha bằng với số cực 2p: Đấu cực thật

Hình 16-03-7: Minh họa nhóm bối dây 3 bối dây (q=3)

a) Nhóm bối dây đồng khuôn; b) Nhóm bối dây đồng tâm

Đầu

70

4.2 Sơ đồ khai triển dây quấn

4.2.1.Tính toán các thông số cơ bản:

a Quy ước một số ký hiệu

• Z : Tổng số rãnh của statorr

• m : Số pha

• 2p : Số cực từ của dây quấn

• y : Bước bối dây (bước quấn dây)

• αhh : Góc lệch hình học (góc lệch không gian) giữa hai rãnh liên

tiếp

• αđ : Góc lệch điện (góc lệch không gian có chú ý đến số lượng cự

từ phân bố trong máy) giữa 2 rãnh liên tiếp

• q : Số rãnh phân bố cho mỗi pha dưới mỗi cực từ

• p : Số đôi cực từ của bộ dây quấn

• τ : Bước cực từ

• β: Hệ số rút ngắn bước bối dây

b Các công thức cơ bản

* Bước cực từ τ

Bước cực từ là bề rộng của một cực từ trong khoảng không gian của

statorr Đơn vị đo của bước cực từ khi dùng trong phép quấn dây được

tính theo đơn vị đo là rãnh, ta có :

 =z/2p

Hình 16-03-8a: Phép đấu cực giả Hình 16-03-8b: Phép đấu cực thật

Đầu Cuối Đầu Cuối

71

- Góc lệch αhh: Góc lệch hình học giữa 2 rãnh (hoặc răng) kế cận

* Số rãnh mỗi pha phân phối dưới mỗi bước cực q

Khi stator của động cơ không đồng bộ 3 pha có số rãnh là Z và

số cực là 2p Trong mỗi vùng bước cực τ, nếu động cơ có số pha là m thì

cực từ tạo ra là do m bộ dây của m pha Do đó trong bước cực số rãnh

của mỗi pha sẽ phân phối đều trong mỗi bước cực, số rãnh của mỗi pha

dưới mỗi bước cực từ được ký hiệu là q

q = m τ

; q = 2 pZ.m ( rãnh/1 pha/ 1 bước cực ) (1.5)

c Tính toán các thông số cơ bản của dây quấn

* Số rãnh của một pha dưới một cực từ :

q=Z/2p.m (rãnh) Trong đó: Z là số rãnh đếm được trong lõi thép

AZBXCY Nếu máy có p cặp cực từ thì quy luật phân bố vùng pha trên sẽ lặp lại

p lần

4.2.3 Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn của máy điện xoay chiều 3 pha

- Căn cứ vào kiểu dây quấn đã chọn

- Căn cứ vào kết quả tính toán các thong số cơ bản của dây quấn

- Căn cứ vào bảng phân bố vùng pha

αhh

72

Từ đó ta thành lập được sơ đồ khai triển dây quấn của máy điện xoay chiều 3 pha Quy luật đấu nối các nhóm bói dây trong một nhóm bối và các nhóm bối dây trong một pha với nhau phải được thực hiện sao cho dòng điện chạy trong các cạnh tác dụng của cùng một pha dưới cùng một cực từ phải cùng chiều

- Nếu máy điện chỉ có một nhánh song song (a=1) thì việc đấu nối các nhóm bối dây trong cùng một pha với nhau rất đơn giản: Ta chỉ việc đấu nói tiếp đầu cưới của nhóm bối dây này với đầu đầu của nhóm bói dây kia của cùng pha

đó cho đến hết Cuối cùng chỉ còn lại 2 đầu dây: Đầu đầu và đầu cuối của pha đó

để đưa ra hộp cực

- Nếu máy điện có a mạch nhánh song song (a=2,3,4…n) với điều kiện có

số cực từ của máy là 2p phải chia chẵn cho a thì quy luật đấu nối các bối dây trong một nhánh sông song của một pha cũng tiến hành tương tự như trên và cuối cùng các đầu cùng tên của các nhánh song song được đấu gộp lại với nhau

và đưa ra hộp cực

- Đầu đầu và đầu cuối của các pha: A-X; B-Y; C-Z đưa ra hộp cực phải được bố trí như sau:

5 Quấn dây động cơ KĐB ba pha dây quấn một lớp 2p = 4, kiểu đồng khuôn, vành rế

5.1 Thành lập sơ đồ khai triển dây quấn

Ví dụ; Tính toán vẽ sơ đồ khai triên cho bộ dây quấn đồng Khuôn 1 lớp của

máy điện xoay chiều có Z=36; 2p= 4; a=1; m=3, kiểu vành rế

a.Xác định kiểu dây quấn; Dây quấn đồng Khuôn 1 lớp

b Tính toán các thông số;

- Số rãnh một pha dưới một cực từ :

q=

m p

Hình 16-3-10: Hộp cực động cơ

73

+ Bước dây quấn y1;

y1 =  = 9 (rãnh )

+Bước dây quấn y: y = 1

+ Bước dây quấn y2;

y2 = y1- y=9-1=8(rãnh )

c Lập bảng phân bố vùng pha:

- Cơ sở lập bảng;

+q=3 +Quy luật: AZBXCY + p=2( vì 2p = 4), Quy luật trên lặp lại 2 lần d.Vẽ sơ đồ dây quấn

Hình 16-03-11: Sơ đồ khai triển dây quấn máy điện ba pha

74

Trình tự quấn bộ dây stato ĐCĐ 3 pha

Các công đoạn chính Dụng cụ chính Yêu cầu cơ bản

4 Lồng dây: Que trải, nêm ép

dây, que ép dây, thanh tre quấn giẻ, búa cao su

- Không làm xước dây, đứt dây

- Cách điện giữa mối nối và dây quấn đảm bảo

6 Buộc đầu nối Dây đồng 0,6 

0,8

- Chắc chắn, sau khi lắp dây quấn không thể chạm vào rô-to, vào mặt bích

- Đảm bảo thẩm mỹ

7 Kiểm tra cách điện

- Pha với pha

9 Tẩm sấy Thiết bị sấy t0sấy 800C

10 Nghiệm thu Nguồn 3 pha,

ampe kìm, Mêgôm

500 v, tốc độ kế

Đạt các thông số kỹ thuật:

R cđ , I, n đm , độ rung

75

5.2 Thực hiện các công đoạn lồng dây:

5.2.1 Các bước thực hiện bài tập:

Bài tập này tận dụng cách điện điện rãnh, sử dụng lại dây quấn của bài 5 để quấn lại các nhóm bối dây và thực hiện các bước tiếp theo, do vậy các công

đoạn thực hiện bài tập này như sau:

Chú ý:

 Việc tháo các bối dây của bài tập trước để thực tập bài này phải tiến hành hết sức cẩn thận: Tháo từng bối một, tháo được cạnh nào thì buộc ngay cạnh đó, mỗi bối buộc hai cạnh, uốn phẳng phần đầu nối trước khi quấn thành nhóm bối dây đồng khuôn

 Các bối dây quấn từ dây cũ cần lót giẻ vuốt thẳng từng sợi khi quấn

 Các bối dây của nhóm bối dây đồng khuôn có kích thước như nhau nên quấn bối nào trước cũng được nhưng nên quấn thống nhất từ phía trong ra phía đầu trục hoặc ngược lại

 Trọng tâm của bài tập này là công đoạn lồng dây, việc thực hiện các công đoạn còn lại như đã hướng dẫn ở bài 4

5.2.2 Sơ đồ khai triển dây quấn:

Công đoạn

IV LỒNG DÂY

Công đoạn

V NỐI DÂY

Công đoạn

VI BUỘC ĐẦU NỐI

Công đoạn VIII LẮP, CHẠY THỬ

76

5.2.3 Trình tự lồng dây:

Việc lồng dây quấn kiểu đồng khuôn vành rế cũng được tiến hành theo một chiều nhất định, chẳng hạn tiến hành từ trái sang phải trên sơ đồ khai triển:

- Đầu tiên lồng các cạnh dưới của nhóm 1 (các rãnh 10; 11; 12- nét đứt)

- Tiếp theo: bỏ qua ba rãnh 13;14;15, tiếp tục lồng các cạnh dưới của nhóm

2 (các rãnh 16; 17; 18 - nét đứt):

Hình 16-03-13a : Trình tự lồng dây kiểu đồng khuôn, vành rế

Đầu tiên: lồng các cạnh dưới của nhóm 1 (nét đứt)

6 Mômen quay của động cơ không đồng bộ 3 pha

Ở chế độ động cơ điện, mômen điện từ đóng vai trò mômen quay, được tính là:

1

đt

đt

P M

Pđt là công suất điện từ được tính theo (3-32)

s

R I

Dựa vào sơ đồ gần đúng (3-12b), dòng điện I’2 được tính là:

Hình 16-03-13c : Sơ đồ khai triển dây quấn Z =36, 2p = 4, đồng khuôn

khi lồng xong nhóm bối dây cuối cùng (nhóm 6)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

6

78

2 2 1 2 2 1

1 2

) (

)

' (

'

X X s

R R

U I

2 2 1

) ' (

)

' (

' 3

X X s

R R

s

R pU M



(3-39)

Trên hình (18-03-15a) vẽ quan hệ mômen theo hệ số trượt

M = f(s) Nếu thay

n

n n

Các đặc điểm của mômen quay động cơ không đồng bộ:

a, Mômen tỷ lệ với bình phương điện áp, nếu điện áp đặt vào động cơ thay đổi, mômen động cơ thay đổi rất nhiều Trên Hình 16-03-14a vẽ đường M

= f(s) với các điện áp khác nhau U’1 < U1

b, Mômen có trị số cực đại Mmax ứng với giá trị tới hạn sth làm cho đạo hàm  0

1 1

2

'

' '

'

X X

R X

X R

1 max

) ' (

2

3

X X R R

pU M



Vì R1 rất nhỏ cho nên bỏ qua

) ' (

2

3

2 1 1

2 1

X X R

Quan hệ giữa M, Mmax và sth có thể viết gần đúng như sau:

s

s s

s

M M

th th

2 2 1

) ' (

) ' (

' 3

X X R

R

R pU

; 7 , 1 1 ,

1  max  



đm đm

mo

M

M M

M

7 Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha

Động cơ không đồng bộ ba pha có mômen mở máy Để mở máy được, mômen mở máy động cơ phải lớn hơn mômen cản của tải lúc mở máy, đồng thời mômen động cơ phải đủ lớn để thời gian mở máy trong phạm vi cho phép

Hình 16-03-15

80

Khi mở máy hệ số trượt s = 1, theo sơ đồ thay thế gần đúng, dòng điện pha lúc mở máy:

2 2 1 2 2 1

1

) ' (

) '

7.1.Mở máy động cơ rôto dây quấn

Khi mở máy, dây quấn rôto được nối với biến trở mở máy (Hình 18a) Đầu tiên để biến trở lớn nhất, sau đó giảm dần đến không Đường đặc tính mômen ứng với các giá trị Rmở trên Hình 16-03-16b

Muốn mômen mở máy cực đại, hệ số trượt tới hạn phải bằng 1:

1 '

'

'

2 1

Từ đó xác định được điện trở Rmở cần thiết

Khi có Rmở dòng điện pha mở máy là:

2 2 1 2 2

1

1

) ' (

) ' '

U I

81

Nhờ có Rmở dòng điện mở máy giảm xuống

Như vậy, có Rmở mômen mở máy tăng, dòng điện mở máy giảm, đó là ưu điểm lớn của động cơ rôto dây quấn

7.2 Mở máy động cơ rô to lồng sóc

7.2.1 Mở máy trực tiếp

Đây là phương pháp đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện (Hình 16-03-18) Khuyết điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn, làm tụt điện áp mạng điện rất nhiều, nếu quán tính của máy lớn, thời gian mở máy sẽ rất lâu, có thể làm chảy cầu chì bảo vệ Vì thế phương pháp này dùng được khi công suất mạng điện (hoặc nguồn điện) lớn hơn công suất động

cơ rất nhiều, việc mở máy sẽ rất nhanh và đơn giản

7.2.2 Giảm điện áp stato khi mở máy

Khi ta mở máy ta giảm điện áp đặt vào động cơ để giảm dòng điện mở máy Khuyết điểm của phương pháp này là mômen mở máy giảm đi rất nhiều, vì thế

nó chỉ sử dụng được đối với trường hợp không yêu cầu mômen mở máy lớn Có các biện pháp giảm điện áp như sau:

a Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stato

Điện áp mạng điện đặt vào động cơ qua điện kháng ĐK (Hình 16-03-19) Lúc

mở máy, cầu dao D2 mở, cầu dao D1 đóng Khi động cơ đã quay ổn định thì đóng cầu dao 2 để ngắn mạch điện kháng Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vào động cơ giảm đi k lần dòng điện sẽ giảm đi k lần, song mômen giảm đi k2

lần (vì mômen tỷ lệ với bình phương điện áp)

Hình 16-03-17: Mở máy trực tiếp

rotor dây quấn

ATM

Đ

82

b Dùng máy biến áp tự ngẫu

Điện áp mạng điện đặt vào sơ cấp máy biến áp tự ngẫu (Hình 16-03-19) Điện áp thứ cấp máy biến áp tự ngẫu đưa vào động cơ Thay đổi vị trí con chạy

để cho lúc mở máy điện áp đặt vào động cơ nhỏ, sau đó dần dần tăng lên bằng định mức Gọi k là hệ số biến áp của máy tự biến áp; U1 là điện áp pha lưới điện;

zn là tổng trở động cơ lúc mở máy Điện áp pha đặt vào động cơ lúc mở máy Điện áp pha đặt vào động cở khi mở máy là:

đc đc

kz

U z

U k

lần

Hình 16-03-18: Mở máy dùng điện trở kháng

rotor dây quấn

Đ

83

c Phương pháp đổi nối sao – tam giác

Phương pháp này chỉ dùng được với động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato nối hình tam giác

Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp đặt vào mỗi pha giảm 3 lần Sau khi

mở máy ta đổi nối thành hình tam giác theo đúng quy định của máy Trên Hình 16-03-21 khi mở máy ta đóng cầu dao sang phía Y, mở máy xong đóng sang phía ∆



ABC

XYZ

Dòng điện dây khi nối hình tam giác:

Dòng điện dây khi nối hình sao là:

Hình 16-03-20: Mở máy dùng phương pháp đổi nối

sao-tam giác rotor dây quấn

Hình16-03-19:Mởmáy dùng máy biến áp tự ngẫu

rotor dây quấn

ATM

MBATN

Đ

Qua việc nghiên cứu các phương pháp, chúng ta đều thấy mômen mở máy giảm xuống nhiều Để khắc phục điều này, người ta đã chế tạo loại động cơ lồng sóc kép và loại rãnh sâu có đặc tính mở máy tốt

8 Quấn bộ dây stato ĐCĐ ba pha dây quấn đồng tâm một lớp, 2 mặt phẳng 2p = 4

8.1 Thành lập sơ đồ khai triển dây quấn

Ví dụ; Tính toán vẽ sơ đồ khai triên cho bộ dây quấn đồng tâm 1 lớp 1 phía của máy điện xoay chiều có Z=36; 2p= 4; a=1; m=3

a Xác định kiểu dây quấn; Dây quấn đồng tâm 1 lớp 1 phía

b Tính toán các thông số:

- Số rãnh một pha dưới một cực từ :

q=

m p

- Tính các bước dây quấn:

+ Bước dây quấn y1i:

y1i = 2+ ( q + i )-1

y11 = 2( 3+1 )-1 = 7 (rãnh )

y12 = 2 ( 3+2 ) – 1 =9 (rãmh )

+Bước dây quấn y: y = 1

+ Bước dây quấn y2i:

y2i = y1i + y y21 = y11+ y = 5+1 = 8 rãnh )

85

d Vẽ sơ đồ dây quấn

8.2 Trình tự quấn bộ dây stato ĐCĐ 3 pha

Các công đoạn chính Dụng cụ chính Yêu cầu cơ bản

86

4 Lồng dây: Que trải, nêm ép

dây, que ép dây, thanh tre quấn giẻ, búa cao su

- Không làm xước dây, đứt dây

- Cách điện giữa mối nối và dây quấn đảm bảo

6 Buộc đầu nối Dây đồng 0,6 

0,8

- Chắc chắn, sau khi lắp dây quấn không thể chạm vào rô-to, vào mặt bích

- Đảm bảo thẩm mỹ

7 Kiểm tra cách điện

- Pha với pha

9 Tẩm sấy Thiết bị sấy t0sấy 800C

10 Nghiệm thu Nguồn 3 pha,

ampe kìm, Mêgôm 500 v, tốc độ kế

Đạt các thông số kỹ thuật:

R cđ , I, n đm , độ rung

8.3 Thực hiện các công đoạn lồng dây:

8.3.1 Công đoạn 1: Chuẩn bị

a Chuẩn bị vật liệu:

* Dây điện từ: dây điện từ để quấn máy điện thường là dây êmay, đôi khi

dùng dây côttông (bọc sợi bông hoặc sợi thuỷ tinh) Những ĐC công suất nhỏ thường dùng một sợi, nhưng đối với ĐC công suất trung bình và lớn thường dùng nhiều sợi chập lại để dảm bảo tiết diện

Khi tiết diện dây lớn thì nên dùng nhiều sợi chập lại nhưng số sợi không nên quá nhiều, vì khi số sợi càng nhiều thì đường kính dây càng nhỏ và lớp men cách điện càng mỏng, không đảm bảo độ bền điện Trong trường hợp phải dùng các loại dây có đường kính dây khác nhau thì độ sai lệch tiết diện giữa các sợi không được quá 10% Tốt nhất là dùng các sợi có cùng đường kính

87

* Vật liệu cách điện:

- Bìa cách điện: Bìa cách điện cho cuộn dây máy điện thường rất cứng, dai,

có chiều dầy 0,1 đến 1,0 mm, có chiều gấp giấy mà khi gấp theo chiều này thì bìa không bị nhăn, gẫy

Hiện nay trên thị trường sử dụng nhiều bìa cách điện do Trung Quốc sản xuất, có màu xanh, trắng … có một lớp giấy bóng kính trong suốt nên rất dai và

có điện trở cách điện lớn ngay cả trong môi trường có độ ẩm cao

Tuỳ thuộc vào công suất của máy điện mà ta chọn bìa cách điện có độ dày phù hợp Đối với ĐCĐ công suất nhỏ (dưới 10 kW) thường sử dụng bìa cách điện có chiều dầy 0,2 đến 0,5 mm làm cách điện rãnh

Đối với những máy điện có nhiệt độ làm việc cao, cấp cách điện lớn

thường sử dụng giấy lụa thuỷ tinh có chiều dầy 0,15 đến 0,2 mm để làm cách

điện

- Ống ghen thuỷ tinh dùng để lồng bên ngoài các mối nối trong máy điện,

có đường kính từ 1 đến 20 mm Tuỳ theo mối nối to hay nhỏ mà sử dụng loại ống ghen phù hợp

- Băng vải hoặc băng thuỷ tinh có bản rộng 15 mm dùng để „„buộc‟‟ hay

“khâu” phần đầu nối của máy điện

- Nêm miệng rãnh có thể dược làm bằng gỗ phíp, nhựa cách điện hoặc cật tre, luồng khô

- Sơn cách điện dùng để tẩm cho các cuộn dây máy điện để tăng độ bền cơ

và độ bền điện của dây quấn

b Chuẩn bị dụng cụ:

Dụng cụ cơ bản phục vụ công việc quấn cuộn dây máy điện bao gồm:

- Máy quấn dây, nên dùng loại có bộ đếm số vòng

- Giá đặt lô dây, sao cho lô dây có thể quay trơn trên trục nằm ngang

- Bộ khuôn quấn bối dây (loại đồng khuôn, đồng tâm) có thể điều chỉnh được chu vi của bối dây

- Mê-gôm-mét để đo điện trở cách điện của dây quấn

- Dụng cụ để làm cách điện bao gồm kéo cắt giấy, thước, ê-ke, dao

- Dụng cụ thông thường để tháo lắp máy điện, bao gồm cờ-lê, búa, tô-vít

- Dụng cụ để lồng dây bao gồm que trải, nêm ép dây, que ép dây, thanh tre hoặc gỗ có quấn giẻ để nắn chỉnh bối dây

- Dụng cụ để hàn nối dây: đối với động cơ có công suất dưới 1 kW thường hàn nối dây bằng mỏ hàn thiếc, nhưng đối với động cơ có công suất từ 1 kW trở lên thì thường hàn nối dây bằng mỏ hàn tiếp xúc (điện áp hàn 24V, có đầu hàn bằng thỏi than của pin đại)

88

- Dụng cụ sấy: Có thể sấy bằng bóng đèn hoặc tủ sấy, sấy bằng dòng điện cảm ứng

c Chuẩn bị nơi làm việc

- Nơi tiến hành quấn dây máy điện phải là nơi thoáng mát, rộng rãi, đủ ánh sáng, không ẩm ướt, có đèn chiếu sáng chung và chiếu sáng cục bộ

- Bàn quấn dây có kích thước mặt bàn 0,8x1,2m, cao 0,7m và ghế ngồi thông thường cao 0,45m

d Chuấn bị động cơ điện

- Lau chùi sạch bên ngoài ĐC, ghi lại các thông số kỹ thuật trên nhãn

- Tháo rôto và hai nắp ra khỏi stato

- Tháo dây cũ ra khỏi mạch từ stato và ghi lại các thông số dây quấn như đường kính dây, số vòng mỗi bối dây, số sợi dây quấn chập, số mạch nhánh song song, bước dây quấn, chiều dầy của bìa cách điện, kích thước khuôn

Hai trường hợp tháo gỡ dây cũ là: Giữ nguyên bối dây và không giữ nguyên bối dây

Khi có thể giữ nguyên bối dây, ta phải tháo nêm miệng rãnh và gỡ cách điện miệng rãnh trước khi tháo dây cũ Việc gỡ dây cũ phải tiến hành lần lượt từ miệng rãnh xuống, mỗi lần một ít sợi, gỡ được cạnh nào thì buộc lại và gỡ tiếp các rãnh liền kề, sau khi gỡ xong cạnh thứ hai thì buộc lại, uốn nắn lại bối dây cho gọn

Khi phải tháo bối dây mà không giữ nguyên nó ta dùng đục để chặt một bên phần đầu nối, sau đó dùng thanh sắt đủ dài, cứng, tiết diện và hình dạng giống như mặt cắt của rãnh, dùng búa tông vào mặt cắt để đóng bối dây ra khỏi rãnh

- Cạo sạch cách điện rãnh cũ còn dính bên trong; lau chùi sạch bên trong động

cơ và trong rãnh stato, uốn nắn lại rãnh, các lá thép stato nếu nó bị xô lệch, bị bong

Một số thiếu sót trong công việc chuẩn bị:

- Không ghi lại đầy đủ thông số dây quấn nên không chuẩn bị đúng và đủ vật liệu

- Không biết tính cỡ dây thay thế khi không có đúng cỡ dây

- Làm sứt, vỡ các chi tiết của ĐC khi tháo

- Làm cong vênh lõi thép stato

8.3.2 Công đoạn 2: Làm cách điện

Hình dạng của các loại cách điện được thể hiện trên hình 16-03-22

89

- Cách điện rãnh: Có thể xác định kích thước cách điện rãnh bằng một trong hai cách sau:

- Làm theo mẫu cách điện cũ (nếu còn)

- Đo chiều dài rãnh để xác định chiều dài cách điện rãnh (bằng chiều dài rãnh + phần gấp mép hai bên rãnh)

- Đo chu vi rãnh (tính từ phía dưới chỗ uốn cong cổ rãnh) để xác định chiều rộng cách điện rãnh

- Cách điện miệng rãnh (còn được gọi là ốp miệng rãnh):

- Chiều dài bằng chiều dài cách điện rãnh sau khi gấp mép

- Chiều rộng bằng 1,5 lần chiều rộng phía trên của rãnh

Trước khi đặt cách điện miệng rãnh vào rãnh, nên gấp thành hình lòng

Hình 16-03-22: Hình dạng một số cách điện của dây quấn một lớp

Nêm miệng rãnh Cách điện miệng rãnh

Cách điện rãnh

a Cách điện của dây

quấn một lớp

mm

90

8.3.3 Công đoạn 3: Quấn các nhóm bối dây

Công đoạn quấn bối dây có thể thực hiện song song với việc làm cách điện

của bối dây theo bối dây cũ,

hoặc xác định theo bước

dây quấn của động cơ Nếu

chu vi bối dây rộng quá sẽ

tốn nhiều dây quấn, thậm

chí phần đầu nối có thể

chạm vào nắp của động cơ

Ngược lại nếu chu vi ngắn

sẽ tiết kiệm được dây quấn

nhưng rất khó lồng dây vào

rãnh

Việc quấn nhóm bối dây được tiến hành trên bộ khuôn thường làm bằng gỗ

Bộ khuôn có nhiều kiểu khác nhau, có loại điều chỉnh được chu vi bối dây (hình 4.3) Mỗi bộ khuôn gồm hai khuôn có dạng giống như cái pu-ly được lắp trên một tấm gỗ có rãnh dài Muốn cho chu vi bối dây ngắn lại ta điều chỉnh cho tâm của hai khuôn gần nhau và ngược lại

Việc xác định chu vi bối dây hợp lý phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm Có thể tham khảo kinh nghiệm xác định chu vi bối dây như sau: dùng một đoạn dây đồng  0,6  0,8 mm đặt vào hai rãnh có bước dây phù hợp Phần đầu nối của bối dây có thể lấy theo hai nửa đường tròn đường kính là bước dây của bối dây

đó (lấy nhỏ hơn cung tròn này một chút)

Sau khi xác định được chu vi của các bối dây, ta tiến hành làm khuôn theo chu vi đó

c Quấn các nhóm bối dây

- Việc quấn các nhóm bối dây phải đảm bảo yêu cầu đúng chủng loại dây, sóng dây, đúng số vòng

- Để sợi dây được sóng, không bị xoắn lô dây phải được quay trơn trên một trục nằm ngang

- Để tiện cho việc lồng dây, khi chuyển từ bối dây này sang bối dây kia phải tiến hành tại phía đầu nối có đầu dây ra (hình 4.4)

- Khi phải nối dây trong bối dây thì phải nối ở phần đầu nối, không được nối ở trong rãnh và không nên để mối nối ở phía có đầu dây ra của nhóm bối

- Khuôn quá hẹp hoặc quá rộng

- Dây quấn không được sóng

- Không đúng số vòng

- Nối dây trong rãnh

- Sang dây không đúng vị trí

8.3.4 Công đoạn 4: Lồng dây

Việc lồng dây được tiến hành bằng tay, với các dụng cụ đơn giản là que trải và nêm ép dây (hình 16-3-25)

Hình 16-03-24: Vị trí chuyển từ bối này sang bối kia

92

- Sóng dây

- Không làm đứt dây, xước dây

- Không để dây lọt ra ngoài cách điện rãnh

- Lót cách điện lớp, cách điện miệng rãnh, cách điện pha đảm bảo

* Thực hiện:

a Chuẩn bị:

- Đặt cách điện rãnh

- Bôi một lớp sáp vào miệng rãnh stato

- Đặt giấy lót để bối dây đang lồng không bị cọ sát vào mạch từ stato

b Tiến hành lồng dây:

- Uốn nắn và đặt bối dây thứ nhất vào lòng stato Trường hợp nhóm bối dây đồng tâm thì đặt bối nhỏ vào trước Đầu dây ra phải nằm về phía có lỗ dây

ra hộp cực Có thể chọn rãnh bất kỳ để lồng bối dây đầu tiên

- Dịch chuyển dây buộc về phía cạnh tác dụng chưa lồng dây

- Lồng cạnh tác dụng thứ nhất: đầu tiên đặt đầu dây ra vào rãnh sau đó dùng que trải để gạt một số sợi dây vào rãnh và chải suốt chiều dài rãnh để dây được sóng Những sợi dây ở phía dưới thì gạt xuống trước

- Khi gần đầy rãnh rồi thì dùng que có chiều dài, rộng gần bằng rãnh để lồng vào rãnh, sau đó dùng nêm để nén dây quấn ép sát vào nhau, tiếp tục làm như vậy để lồng hết số sợi dây quấn

- Lồng cách điện miệng rãnh nêm miệng rãnh từ một đầu lại

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

93

Vào dây cạnh tác dụng thứ hai: Trước khi vào cần uốn nắn lại phần đầu nối

để bối dây vừa với bước dây, cân đối với lõi thép stato, lần lượt các sợi dưới vào trước

- Vào xong bối nào cần uốn nắn sơ bộ phần đầu nối của bối đó ngay để việc lồng bối sau được dễ dàng hơn

- Trình tự lồng các nhóm bối dây kiểu vành rế là đặt theo một chiều nhất

định, ở phần đầu nối các bối dây đan xen như cái rế nồi Một số cạnh tác dụng

phải chờ đến khi vào xong bối cuối cùng mới được vào để khi lồng dây xong

không thể phân biệt được đâu là bối dây được lồng đầu tiên Số cạnh tác dụng phải chờ phụ thuộc vào bước dây của động cơ

Chẳng hạn ở sơ đồ hình 4.7 dưới đây, nếu chọn nhóm bối dây lồng đầu tiên

là nhóm bối dây số 1 thì trình tự lồng các nhóm là 123456 Các cạnh tác dụng phải chờ là 1; 2; 3 (sau khi vào dây xong cho các rãnh 4; 5; 6 thì mới vào dây cho 3 rãnh chờ này)

Trình tự lồng các bối dây trong mỗi nhóm bối dây đồng tâm là bối nhỏ lồng trước, bối lớn lồng sau

Có thể minh hoạ trình tự lồng dây như sau:

- Đầu tiên, tiến hành lồng ba cạnh dưới của nhóm 1, bối nhỏ lồng trước,

bối lớn lồng sau

Hình 16-03-26: Sơ đồ khai triển dây quấn stato máy điện xoay chiều ba

pha Z = 36; 2p = 4; kiểu đồng tâm; một lớp

Hình 16-03-27a: Trình tự lồng dây kiểu vành rế: trước hết lồng nhóm 1

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36