Thiết kế và xây dựng bài thí nghiệm thực hành động cơ không đồng bộ ba pha

Lý do chọn đề tài Trong chương trình kỹ thuật điện có bài thí nghiệm - thực hành về động cơ không đồng bộ ba pha.. Do đó, một tài liệu đầy đủ và hoàn chỉnh về bài thí nghiệm - thực hành

Nhân dịp này cho tôi được gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn

bè đã luôn ở bên tôi động viên tạo điều kiện giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện và hoàn thiện khoá luận tốt nghiệp

Hà Nội, tháng 5 năm 2009

Người thực hiện

Khuất Thị Thanh

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Khuất Thị Thanh

Sinh viên lớp K31C - Khoa Vật lý - Ngành Sư phạm kỹ thuật, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Tôi xin cam đoan những nội dung mà tôi đã trình bày trong khoá luận này là kết quả quá trình nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Ngô Tuấn Đức Những nội dung này chưa từng được công bố trong khoá luận nào khác

Hà Nội, tháng 5 năm 2009

Người thực hiện

Khuất Thị Thanh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU……… 5

1 Lý do chọn đề tài……… 5

2 Phạm vi nghiên cứu……… 5

3 Mục đích nghiên cứu……… 5

4 Đối tượng nghiên cứu……… 5

5 Phương pháp nghiên cứu……… 6

6 Bố cục khoá luận……… 6

NỘI DUNG……… 7

Căn cứ để xây dựng bài thí nghiệm – thực hành……… 7

Mục đích của bài thí nghiệm – thực hành……… 7

Chương 1: SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT……… 8

1.1 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha……… 8

1.2 Những lượng định mức cơ bản……… 10

1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha……… 10

1.4 Cách xác định các đầu dây……… 11

1.5 Cách đấu dây động cơ trên hộp đầu dây……… 12

1.6 Cách khởi động động cơ không đồng bộ ba pha……… 14

Chương 2: CÁC THIẾT BỊ CẦN DÙNG CHO BÀI THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH……… 18

2.1 Các thiết bị cần có……… 18

2.2 Mô tả một số thiết bị……… 18

Chương 3: THỨ TỰ THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH BÀI “ĐỘNG CƠ

KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA”……… 26

3.1 Tìm hiểu sơ lược về động cơ……… 26

3.2 Xác định đầu dây các pha……… 26

3.3 Xác định cực tính các cuộn dây……… 27

3.4 Đo cách điện giữa các cuộn dây với nhau và giữa cuộn dây với vỏ máy……… 28

3.5 Khởi động động cơ……… 29

3.6 Các chú ý khi làm thí nghiệm - thực hành động cơ không đồng bộ ba pha……… 36

Chương 4: TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BÀN THÍ NGHIỆM VÀ BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ TRÊN BÀN THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH… 37

4.1 Các yêu cầu chung……… 37

4.2 Tính toán kích thước bàn thí nghiệm trong phòng thí nghiệm - thực hành……… 37

4.3 Bố trí thiết bị trên bàn thí nghiệm - thực hành bài: “ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA”……… 39

4.4 Nhận xét chung……… 40

Chương 5: CÁC PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO BÀI THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH……… 41

5.1 Cấp điện từ mạng điện vào bài thí nghiệm……… 41

5.2 Cấp điện từ mạng điện vào bàn thí nghiệm……… 42

5.3 Nhận xét, đánh giá……… 45

KẾT LUẬN CHUNG……… 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 47

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong chương trình kỹ thuật điện có bài thí nghiệm - thực hành về động cơ không đồng bộ ba pha Hiện nay, các thiết bị cần thiết sử dụng cho bài thí nghiệm - thực hành hầu như tương đối đầy đủ Tuy nhiên, ở trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, tài liệu viết về bài thí nghiệm - thực hành chưa có

Khi lên phòng thực hành, sinh viên gặp nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện bài thực hành, phải cần sự giúp đỡ rất nhiều của các giáo viên hướng dẫn thực hành

Do đó, một tài liệu đầy đủ và hoàn chỉnh về bài thí nghiệm - thực hành động cơ không đồng bộ ba pha cho chương trình kỹ thuật điện của sư phạm lý và sư phạm kỹ thuật ở trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 là rất cần thiết Chính vì lý do đó mà tôi đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế và xây dựng bài thí nghiệm - thực hành động cơ không đồng bộ ba pha”

4 Đối tượng nghiên cứu

Bài thí nghiệm - thực hành động cơ không đồng bộ ba pha

5 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa phương pháp thực nghiệm và lý thuyết

6 Bố cục khoá luận

Ngoài phần mở đầu, kết luận chung, danh mục tài liệu tham khảo, khoá luận gồm 5 chương nội dung:

Chương 1: Sơ lược lý thuyết

Chương 2: Các thiết bị cần dùng cho bài thí nghiệm - thực hành

Chương 3: Thứ tự thí nghiệm - thực hành bài “Động cơ không đồng

NỘI DUNG

Căn cứ để xây dựng bài thí nghiệm - thực hành

Theo chương trình thí nghiệm kỹ thuật điện của sư phạm kỹ thuật ở trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2:

Bài 6: Động cơ không đồng bộ ba pha

VI.1 Xác định cực tính, đầu dây, đo điện trở cách điện

VI.2 Bảo dưỡng sửa chữa

VI.3 Khảo sát chất lượng

VI.4 Thí nghiệm thực hành lắp đặt đo đạc động cơ

- Khởi động trực tiếp

- Khởi động sao - tam giác

- Khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu

- Hãm

- Đưa động cơ ba pha về làm việc ở lưới điện một pha

Mục đích của bài thí nghiệm - thực hành

- Xác định các thông số của động cơ

- Xác định các cuộn dây stato của động cơ: Tìm điểm đầu và điểm cuối của các cuộn dây Đo cách điện giữa các cuộn dây, giữa các cuộn dây với vỏ máy

- Tìm hiểu các cách khởi động động cơ: Trực tiếp, gián tiếp

Chương 1: SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT

1.1 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha

Động cơ không đồng bộ ba pha gồm có 2 phần chính: Stato (phần tĩnh), rôto (phần động)

Dây quấn được chia thành ba pha đặt trong các rãnh lõi thép, xung quanh có bọc các lớp cách điện để cách điện với các lõi thép Ba pha dây quấn đặt cách nhau 1200 điện và tạo thành 6 đầu dây ra ở hộp đầu dây trên vỏ máy

Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố

1.1.2 Rôto

Rôto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn, trục máy

Lõi thép rôto gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại, ở mặt ngoài có

xẻ rãnh để đặt dây quấn rôto, ở giữa có lỗ để lắp trục quay

Trục máy làm bằng thép tốt và được đỡ trên nắp máy nhờ ổ lăn hay ổ trượt

Dây quấn rôto có 2 kiểu: Rôto lồng sóc, rôto dây quấn

+ Loại rôto lồng sóc: Trong các rãnh của lõi thép rôto đặt các thanh dẫn, hai đầu nối với hai vòng ngắn mạch tạo thành lồng sóc

a) b) c)

Hình 1.2.a Cấu tạo rôto lồng sóc a) Lá thép; b) Lồng sóc; c) Rôto lồng sóc

+ Loại rôto dây quấn: Trong rãnh lõi thép rôto đặt dây quấn ba pha Dây quấn rôto thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng,

cố định trên trục rôto và được cách điện với trục Tỳ trên ba vòng tiếp xúc là

ba chổi than để nối mạch điện với biến trở bên ngoài để mở máy hoặc điều chỉnh tốc độ

Hình 1.2.b Cấu tạo của rôto dây quấn

1 Dây quấn ba pha; 2 Vòng tiếp xúc; 3 Trục

1.2 Những lượng định mức cơ bản

Trên vỏ động cơ đều có gắn biển máy, trong đó có ghi các lượng định mức cơ bản sau:

- Công suất định mức là công suất cơ mà máy đưa ra

- Điện áp dây định mức Uđm và dòng điện dây định mức Iđm, thường được ghi như sau:

∆/Y – 220/380V – 7,5/4,3A Như vậy có nghĩa là điện áp dây lưới điện bằng 220V thì ta nối dây quấn stato theo hình tam giác và dòng điện dây định mức tương ứng là 7,5A Khi điện áp dây lưới điện bằng 380V thì dây quấn stato nối theo hình sao, dòng điện định mức là 4,3A

- Hiệu suất định mức: ηđm

- Hệ số công suất định mức: cos φđm

- Tốc độ quay định mức: nđm (V/ph)

- Tần số định mức

1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha

Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato, sẽ tạo ra

từ trường quay, từ trường này quay với tốc độ:

1

60 f

n p



Trong đó:

f: tần số dòng điện lưới p: số đôi cực từ của stato

Từ trường quay cắt các thanh dẫn rôto, cảm ứng các sức điện động

Do các thanh dẫn rôto được nối ngắn mạch nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng trong các thanh dẫn rôto Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay với thanh dẫn mang dòng điện rôto, kéo rôto quay cùng chiều quay từ

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện không đồng bộ

Tốc độ n của động cơ 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 sẽ không có sức điện động 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:

Khi rôto đứng yên (n = 0), hệ số trượt S = 1

Thực tế, khi rôto quay định mức, hệ số trượt S = 0,02 ÷ 0,06

Tốc độ động cơ là:

1

60 (1 ) f (1 )

Cách 1: Dùng Mêgomkế (MΩ)

- Mắc MΩ song song với hai đầu của một cuộn dây

- Đọc giá trị điện trở đo được trên MΩ

+ Nếu giá trị R ≈ 3 MΩ hai đầu dây không trong cùng một cuộn dây (không cùng một pha dây quấn)

+ Nếu giá trị R ≈ 0 hai đầu dây cùng một pha dây quấn

Sơ đồ: Hình 1.4

Cách 2: Dùng đồng hồ vạn năng (AVΩ)

- Để đồng hồ vạn năng (AVΩ) ở thang đo điện trở (x1, x10, x100,…)

- Chuẩn 0: chập hai que đo, chỉnh cho kim đồng hồ về vị trí 0

- Mắc đồng hồ song song với hai đầu cuộn dây

- Đọc giá trị điện trở đo được trên AVΩ:

+ Nếu giá trị R = ∞ hai đầu cuộn dây không cùng một pha dây quấn

+ Nếu giá trị R ≈ 0 hai đầu dây cùng pha dây quấn

Sơ đồ: Hình 1.5

1.5 Cách đấu dây động cơ trên hộp đầu dây

Khi đã quấn xong, các đầu đầu (A, B, C) và các đầu cuối (X, Y, Z) của các pha dây quấn stato được đưa ra hộp đầu dây ở vỏ máy Căn cứ vào điện

áp của lưới điện và điện áp định mức mà ta nối các cuộn dây stato thành hình sao (Y) hoặc thành hình tam giác (∆)

Cách 1: Đấu theo hình sao (Y)

Nối theo hình sao là cách nối ba đầu cuối của các pha với nhau (X ≡ Y

≡ Z) Các đầu đầu A, B, C nối với nguồn

Nếu động cơ có ghi /Y – 220/380 V và lưới điện có Ud = 380 V thì ta phải đấu sao

Sơ đồ: Hình 1.6

Cách 2: Đấu theo hình tam giác (∆)

Nối theo hình tam giác là cách nối lấy đầu đầu pha này nối với đầu cuối pha kia A ≡ Z, B ≡ X, C ≡ Y

Nếu động cơ có ghi /Y – 220/380 V và lưới điện có Ud = 220 V thì ta phải đấu tam giác

Sơ đồ: Hình 1.7

1.6 Cách khởi động động cơ không đồng bộ ba pha

Khi mở máy động cơ cần phải có mômen mở máy tương đối lớn đủ để khắc phục được mômen cản ban đầu của phụ tải Khi mở máy thường thì dòng mở máy (Im) = 4 ÷ 5 lần dòng điện định mức (Iđm) Do đó, làm cho điện

áp của mạng điện tụt xuống và ảnh hưởng rất lớn đến các phụ tải khác Đồng thời động cơ có thể không mở máy được hoặc thời gian mở máy rất lâu Vì vậy, cần phải đưa ra một số biện pháp mở máy chủ yếu để giảm nhỏ dòng điện mở máy

Để mở máy động cơ ba pha loại lồng sóc, ta có các cách sau:

1.6.1 Khởi động trực tiếp

Đây là biện pháp khởi động đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động

cơ vào lưới điện Hình 1.8

Phương pháp này dùng được khi công suất mạng điện (hoặc nguồn điện) lớn hơn công suất động cơ nhiều

Ưu điểm: Mở máy sẽ rất nhanh và đơn giản

Nhược điểm: Dễ gây tụt điện áp mạng rất nhiều, thời gian mở máy lâu

có thể làm chảy cầu chì bảo vệ, đồng thời hại cho động cơ

1.6.2 Khởi động gián tiếp

Đây là phương pháp khởi động sử dụng các thiết bị chỉnh điện áp đặt vào động cơ

Ưu điểm: Khi mở máy ta có thể điều chỉnh giảm điện áp đặt vào động

cơ nên làm giảm được dòng điện mở máy

Nhược điểm: Phương pháp này mômen mở máy giảm rất nhiều nên nó chỉ sử dụng được đối với trường hợp không yêu cầu mômen mở máy lớn

Ta có một số phương pháp khởi động gián tiếp:

Khởi động gián tiếp qua điện trở làm giảm điện áp đặt vào stato khi mở máy:

Điện áp mạng được đặt vào động cơ qua điện áp kháng ĐK Hình 1.9 Cầu dao CD2 dùng để nối tắt động cơ với nguồn

Cầu dao CD1 dùng để nối động cơ với nguồn qua các điện kháng ĐK Lúc mở máy, cầu dao CD2 mở, cầu dao CD1 đóng Khi động cơ đã quay ổn định thì đóng cầu dao CD2 để ngắt mạch điện kháng

Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng mà điện áp trực tiếp đặt vào động

cơ giảm đi Dòng điện sẽ giảm đi k lần nhưng mômen mở máy cũng giảm đi k lần (vì mômen tỷ lệ với bình phương điện áp)

Khởi động gián tiếp qua biến áp tự ngẫu:

Đây là cách khởi động mà ta đưa điện áp lưới đặt vào động cơ thông qua biến áp tự ngẫu Điện áp đặt vào động cơ là điện áp thứ cấp của máy biến áp

tự ngẫu Ta 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 giá trị Uđm

Khởi động theo phương pháp đổi nối sao - tam giác:

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

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

mở máy nối lại thành hình tam giác Trên hình 1.11, khi mở máy đóng cầu dao sang phía Y, mở máy xong đóng sang ∆

Mở máy kiểu đổi nối sao - tam giác, dòng điện mở máy giảm đi 3 lần, mômen giảm 3 lần

Chương 2: CÁC THIẾT BỊ CẦN DÙNG CHO BÀI THÍ

NGHIỆM - THỰC HÀNH

2.1 Các thiết bị cần có

1 Một động cơ không đồng bộ ba pha

2 Một biến áp tự ngẫu ba pha

3 Ba vôn kế xoay chiều

4 Ba ampe kế xoay chiều

Nút ấn là thiết bị điện để điều khiển từ xa (có khoảng cách) đóng, ngắt

tự động mạch điện (mạch điện động cơ điện ….)

- Cấu tạo và kí hiệu:

3 Tiếp điểm động 3 Lò xo

4 Tiếp điểm tĩnh 4 Kí hiệu nút ấn thường đóng

Cấu tạo:

Cuộn dây

Nút ấn thường đóng

Nút ấn thường mở

Tiếp điểm thường đóng

Tiếp điểm thường mở

- Khi thả tay ra khỏi nút ấn Nđ không có dòng điện đi vào cuộn dây Do

đó để duy trì hoạt động của công tắc tơ người ta thường thiết kế một tiếp điểm thường mở mắc song song với nút ấn Nđ và tiếp điểm thường mở do cuộn dây của công tắc tơ điều khiển

Công dụng của công tắc tơ:

- Dùng để điều khiển từ xa, thay thế cầu dao đóng, ngắt các mạch điện

- Đảm bảo được an toàn cho người sử dụng

- Công tắc tơ có dòng điện nhỏ có thể điều khiển được tải có dòng điện lớn

* Một số hình ảnh của công tắc tơ

2.2.3 Máy biến áp tự ngẫu ba pha

Trong trường hợp cần biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn lắm, nghĩa là điện áp sơ cấp và thứ cấp khác nhau không nhiều, người ta dùng máy biến áp tự ngẫu

Máy biến áp tự ngẫu khác máy biến áp hai dây quấn ở chỗ là dây quấn thứ cấp và dây quấn sơ cấp có một phần chung, nên ngoài sự liên hệ qua từ thông chính , các dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn liên hệ trực tiếp với nhau

về điện

Máy biến áp tự ngẫu ba pha là ba biến áp tự ngẫu 1 pha gắn trên một trục quay

Cách sử dụng: Máy biến áp tự ngẫu ba pha làm cho nguồn có khả năng điều chỉnh được điện áp đầu ra theo yêu cầu.Vì vậy muốn điều chỉnh điện áp động cơ, thiết bị ở một giá trị điện áp định mức thì ta chỉ cần xoay núm điều chỉnh để kim chỉ vào giá trị cần dùng (chú ý quan sát giá trị trên vônkế)

Hình ảnh máy biến áp tự ngẫu

2.2.4 Cầu dao

Cầu dao là loại thiết bị điện dùng để đóng, cắt điện bằng tay, đơn giản nhất, được sử dụng trong mạch điện có điện áp 220V điện một chiều và 380V điện xoay chiều

Cầu dao thường dùng để đóng cắt mạch điện công suất nhỏ và khi làm việc không phải đóng cắt nhiều lần Nếu điện áp mạch điện cao hơn hoặc mạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao làm nhiệm vụ cách li hoặc chỉ đóng cắt khi không tải Sở dĩ như vậy vì khi cắt mạch, hồ quang sinh

ra sẽ rất lớn, tiếp xúc sẽ bị phá hủy trong một thời gian ngắn dẫn đến phát sinh hồ quang giữa các pha, gây nguy hiểm cho người thao tác và hỏng thiết

bị

Để đảm bảo cắt điện tin cậy, chiều dài lưỡi dao phải đủ lớn (lớn hơn 50cm) và để an toàn lúc đóng cắt, cần có biện pháp dập tắt hồ quang, tốc độ di chuyển lưỡi dao tiếp xúc càng nhanh, thời gian dập tắt hồ quang càng ngắn, vì thế người ta làm thêm lưỡi dao phụ có lò xo bật nhanh ở các cầu dao có dòng điện một chiều lớn hơn 30A

Cấu tạo và kí kiệu cầu dao 1.Tiếp điểm động (lưỡi dao); 2.Tiếp điểm tĩnh; 3.Đế cách điện

Theo kết cấu người ta phân ra loại 1 cực, 2 cực, 3 cực hoặc 4 cực

Theo điện áp phân ra điện áp định mức 250V, 500V

Hai cực Ba cực