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

Lý do chọn đề tàiMỞ ĐẦU Trong chương trình kỹ thuật điện có bài thí nghiệm - thực hành vềđộng cơ không đồng bộ ba pha.. Bố cục khoá luậnNgoài phần mở đầu, kết luận chung, danh mục tài li

Khãa luËn tèt nghiÖp

Tôi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành, sâu sắc của mình tới thầy

giáo Ngô Tuấn Đức, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành

khoá luận này

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 quátrình 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, trườngĐại học Sư phạm Hà Nội 2

Tôi xin cam đoan những nội dung mà tôi đã trình bày trong khoá luậnnày 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

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

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

1 Lý do chọn đề tài

MỞ ĐẦU

Trong chương trình kỹ thuật điện có bài thí nghiệm - thực hành vềđộng cơ không đồng bộ ba pha Hiện nay, các thiết bị cần thiết sử dụng chobài thí nghiệm - thực hành hầu như tương đối đầy đủ Tuy nhiên, ở trường Đạihọc 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 quátrình thực hiện bài thực hành, phải cần sự giúp đỡ rất nhiều của các giáo viênhướng dẫn thực hành

Do đó, một tài liệu đầy đủ và hoàn chỉnh về bài thí nghiệm - thựchành động cơ không đồng bộ ba pha cho chương trình kỹ thuật điện của sưphạm 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 ởtrường 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 cuốicủa các cuộn dây Đo cách điện giữa các cuộn dây, giữa các cuộn dây với vỏmáy

- 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 (phầntĩnh), rôto (phần động)

Hình 1.1: Động cơ không đồng bộ ba pha đã tháo rời

Dây quấn được chia thành ba pha đặt trong các rãnh lõi thép, xungquanh có bọc các lớp cách điện để cách điện với các lõi thép Ba pha dây quấnđặt 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 cốđịnh máy trên bệ Hai đầu vỏ có nắp máy để đỡ trục rôto và bảo vệ dây quấn

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 ổtrượt

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 thanhdẫn, hai đầu nối với hai vòng ngắn mạch tạo thành lồng sóc

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 điềuchỉnh tốc độ

Hình 1.2.b Cấu tạo của rôto dây quấn.

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

KhuÊt ThÞ Thanh – K31C – 10

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, thườngđược ghi như sau:

∆/Y – 220/380V – 7,5/4,3ANhư vậy có nghĩa là điện áp dây lưới điện bằng 220V thì ta nối dâyquấn 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:

Trong đó:

n 1 60 f

p

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 sẽsinh ra dòng trong các thanh dẫn rôto Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trườngquay với thanh dẫn mang dòng điện rôto, kéo rôto quay cùng chiều quay từtrường với tốc độ n

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 độbằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn rôto sẽkhông 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 độtrượt n2:

n2 = n1 – n

Hệ số trượt của tốc độ là:

S  n2  n1  n

n1 n1

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

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 cuộndây (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 dâyquấn

+ 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) củacác 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 hìnhsao (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 taphải 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 cuốipha kia A ≡ Z, B ≡ X, C ≡ Y

Nếu động cơ có ghi □/Y – 220/380 V và lưới điện có Ud = 220 V thì taphải 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 đểkhắc phục được mômen cản ban đầu của phụ tải Khi mở máy thường thìdòng 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 Đồngthời động cơ có thể không mở máy được hoặc thời gian mở máy rất lâu Vìvậy, cần phải đưa ra một số biện pháp mở máy chủ yếu để giảm nhỏ dòngđiện 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 nguồnđiện) 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 đặtvào 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 nóchỉ 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 đãquay 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 klần (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 quabiến 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 bìnhthường 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 cầudao 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 HÀNH2.1 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 ….)

Có 2 loại:

+ Nút ấn thường mở

+ Nút ấn thường đóng

Nút ấn thường mở

- Cấu tạo và kí hiệu:

1. Tiếp điểm động 3 Lò xo

2. Tiếp điểm tĩnh 4 Kí hiệu nút ấn thường mở

- Cấu tạo và kí hiệu:

3. Tiếp điểm động 3 Lò xo

4. Tiếp điểm tĩnh 4 Kí hiệu nút ấn thường đóng

tơ Khái niệm:

Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng, ngắt thường xuyên các mạchđiện động lực từ xa, bằng tay hay tự động

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 điểmthường mở mắc song song với nút ấn Nđ và tiếp điểm thường mở do cuộn dâycủa 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 điệnlớn

* 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 máybiến áp tự ngẫu

Máy biến áp tự ngẫu khác máy biến áp hai dây quấn ở chỗ là dây quấnthứ cấp và dây quấn sơ cấp có một phần chung, nên ngoài sự liên hệ qua từthông 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 mộttrục quay

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

Hình ảnh máy biến áp tự ngẫu

Hai cực Ba cực

2.2.4 Cầu dao

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

Cầu dao thường dùng để đóng cắt mạch điện công suất nhỏ và khi làmviệc không phải đóng cắt nhiều lần Nếu điện áp mạch điện cao hơn hoặcmạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao làm nhiệm vụ cách lihoặc 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 phátsinh hồ quang giữa các pha, gây nguy hiểm cho người thao tác và hỏng thiếtbị

Để đảm bảo cắt điện tin cậy, chiều dài lưỡi dao phải đủ lớn (lớn hơn50cm) và để an toàn lúc đóng cắt, cần có biện pháp dập tắt hồ quang, tốc độ dichuyển lưỡi dao tiếp xúc càng nhanh, thời gian dập tắt hồ quang càng ngắn, vìthế người ta làm thêm lưỡi dao phụ có lò xo bật nhanh ở các cầu dao có dòngđiện 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