Đồ án tốt nghiệp - Máy điện

Máy điện là một hệ điện từ gồm có một mạch từ và một mạch điện liên quan đến nhau.Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí.Mạch điện gồm hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển độ

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước ta đang trên đường trở thành 1 nước công nghiệp, chính vì vậy nhu cầu về năng lượng cần thiết hơn bao giờ hết.Trong đó điện năng là một ngành quan trọng và có ảnh hưởng sâu sắc đến cuộc sống sinh hoạt của người dân.Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng,đo lường, điều khiển Việc ứng dụng lý thuyết điện từ đã làm ra nhiều máy móc thiết bị giúp ích cho đới sống của con người Máy điện là một trong số đó

Máy điện là một hệ điện từ gồm có một mạch từ và một mạch điện liên quan đến nhau.Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí.Mạch điện gồm hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng.Từ nhu cầu về sử dụng điện năng ngày càng cao thì chắc chắn sẽ kéo theo nhu cầu về sử dụng máy điện trong các hoạt động công ,nông nghiệp hay sinh hoạt hàng ngày cũng tăng theo.Do đó,trong thực tế có thể bắt gặp ở bất kì lĩnh vực nào máy điện cũng được sử dụng rộng rãi

Chính vì vậy để sinh viên có thể làm quen với một số thiết bị điện đơn giản trong chương trình học tại trường ĐHBK Hà Nội,ngoài việc nghiên cứu máy điên trên lý thuyết,tất cả các sinh viên khoa điện đều được thực hành 3 tuần tai xưởng điện nhằm nâng cao kiến thức thực tế.Mỗi sinh viên đều có thể biết kỹ thuật quấn dây máy biến áp tự ngẫu,máy điện ba pha và phần nào hiểu được nguyên lý vận hành của chúng

Nội dung báo cáo gồm 2 phần chính là:

A.Cơ sở lý thuyết

* Giới thiệu chung về máy điện và vật liệu kỹ thuật điện

* Cơ sở thiết kế bộ dây quấn stato động cơ điện và bộ quấn dây máy biến

áp tự ngẫu

* Kỹ thuật quấn dây

Hà Nội, ngày 06 tháng 04 năm 2005 Sinh viên

ĐÀO TRUNG KIÊN

B: cảm ứng từ

l: chiều dài thanh dẫn trong từ trường

v: vận tốc chuyển động theo hướng vuông góc thanh dẫn

b.Định luật về luật điện từ

-Biểu thức: f=B.i.l.sinϕ

f: lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang điện trong từ trường

B: từ cảm

l: chiều dài đoạn dây

ϕ : góc giữa vectơ từ cảm B và dòng điện chạy trong dây

- Phát biểu:Thanh dẫn l,mang dòng điện i đặt trong từ trường có từ cảm B sẽ chịu một lực tác dụng, lực điện từ có độ lớn được tính trong biểu thức trên

3.Cấu tạo vật liệu

Máy điện là một hệ điện từ gồm có 2 phần chính là: mạch từ và mạch điện liên quan đến nhau

+ Mạch từ: gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí,thương làm bằng thép

lá kĩ thuật điện có hàm lượng silic<=7,5%(để hạn chế tổn hao do từ trễ và dòng điện xoáy)

+ Mạch điện: gồm 2 hay nhiều dây quấn đứng yên hoặc có thể chuyển động

tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng.Vật liệu thường dùng là nhôm,đồng(ít dùng)

Ngoài ra còn có các bộ phận kết cấu, các bộ phận thực hiện các chức năng khác: tản nhiệt, dập hồ quang chi tiết truyền động: thường dùng gang, thép, kim loại màu các vật liệu dùng để cách điện có độ bền điện cao,dẫn nhiệt tốt,chịu ẩm,có độ bền cơ nhát định như giấy cách điện,sơn emay

4.Phân loại

a.Máy điện tĩnh

Thường gặp nhất là máy biến áp.Máy điện tĩnh làm việc dựa trên định luật cảm ứng điện từ

Các bộ phận,các quận dây của máy biến ap không có chuyển động tương đối với nhau.Máy điện tĩnh thương dùng để biến đổi các tham số của điện năng giúp cho việc truyền tải và cung cấp điện năng

Máy biến áp có 2 loại: máy biến áp 1 pha và máy biến áp 3 pha

Ngoài ra theo công dụng có thể phân loại: máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện

Máy biến áp dùng trong công nghiệp sản xuất như: luyện kim, hàn Máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp đo lường

b.Máy điện quay

Thường là các loại động cơ điện và máy điện.Máy điện quay làm việc dựa trên 2 định luật:định luật về cảm ứng điện từ và định luật vè cảm ứng lực điên

- Máy điện một chiều

- Máy điện xoay chiều có vành góp

5.Các thông số chính của máy điện

Mỗi máy điện có một bộ các thông số định mức để đảm bảo khi vận hành máy đạt hiệu suất cao nhất, ổn định và an toàn nhất, đảm bảo độ bền và tuổi thọ máy.Đồng thời qua các thông số định mức để chọn loại máy điện phù hợp với nhu cầu sử dụng

Các thông số thường dùng là: các điện áp định mức,dòng định mức, dung lượng và công suất định mức

II.Máy biến áp

1.Khái niệm chung

Máy biến áp là bộ phận không thể thiếu trong việc truyền tải năng lượng điện,biến đổi các thông số của năng lương điện để phù hợp với các nhu cầu sử dụng điện năng rất đa dạng trong sản xuất cũng như trong sinh hoạt

2.Định nghĩa

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh,làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ,dùng đẻ biến đổi các thông số(u,i) của dòng điện nhưng không thay đổi tần số

Đặt vào 2 đầu dây cuộn W1 điện áp U1 xoay chiều thì trong đó có dòng điện i1 chạy qua.Dòng điện i1 biến thiên sinh ra từ thông biến thiên trong lõi thép, móc vòng cuộn dây W1 và W2 sinh ra suất điện động cảm ứng e1 và e2

dt

d W

Do công suất không đổi: U1I1=U2I2

4.Cấu tạo,vật liệu:

Máy biến áp có các bộ phận chính: lõi thép,dây cuốn và vỏ máy

a.Lõi thép:

Công dụng: + Làm mạch dẫn từ

+ Làm khung đế quấn dây

Lõi thép gồm 2 phần chính:

+ Phần lõi: Để quấn dây và là một bộ phận của mạch từ

+ Phần gông:Nối các trụ(lõi thép) lại với nhau để tạo mạch từ kín

- Vật liệu:ghép từ những lá thép kĩ thuật điện với hàm lượng silic không quá 4,5%

Trụ và gông được ép chặt với nhau bằng bulông và vít

b.Dây quấn

- Công dụng: là bộ phận dẫn điện làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra

Các loại quấn dây:

+ Đồng tâm: Dây quấn hạ áp đặt bên trong phần trụ thép,dây quấn cao áp quấn ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp

+ Xen kẽ: Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xên kẽ nhau dọc theo trụ thép

Vật liệu: Thường bằng dây đồng( hoặc nhôm) ,tiết diện tròn hoặc dẹt, có phủ lớp cách điện bên ngoài

c.Vỏ máy

Chính là thùng và nắp thùng,có chức năng bảo vệ, tản nhiệt, dập hồ quang, đuacác đầu dây nối ra ngoài

5.Phân loại

+Theo công dụng của chúng:

- Máy biến áp điện lực: truỳên tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực

- Máy biến áp chuyên dụng:dùng cho các mục đích cụ thể : lò luyện kim ,hàn

- Máy biến áp tự ngẫu:Biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn

- Máy biến áp đo lường: để giảm điện áp giảm dòng điện khi đưa vào đồng hồ đo

- Máy biến áp thí nghiệm: dùng để thí nghiệm điện cao áp

+Theo số pha có máy biến áp 1 pha và máy biến áp 3 pha

III.MÁY ĐIỆN QUAY

1.Khái niệm chung

Máy điện quay dùng để biến đổi các dạng năng lượng cơ thành năng lượng điên và ngược lại.Máy điện cơ có thể làm việc thuận nghịch có 2 chế độ làm việc:

- Chế độ động cơ:Biến đổi điện năng thành cơ năng

- Chế độ máy phát: Biến đổi các dạng cơ năng thành điện năng

Do tính thuận nghich của máy điện quay nên ta không xết riêng từng loại mà

sẽ xét chung cả 2 loại trên

2.Địng nghĩa:

Máy điện quay là thiết bị điện từ quay,làm việc dựa rên nguyên lý cảm ứng điện từ,dùng để biến đổi các dang cơ năng thành điện năng và ngược lại

3.Nguyên lý làm việc:

Dựa vào 2 định luật cơ bản

- Địng luật về suất điện động cảm ứng

- Định luật về lực điện từ

4.Cấu tạo,vật liệu:

Cấu tạo của máy điện quay có 2 bộ phận chính là phần tĩnh (stato) và phần động (roto).Ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy

- Phần tĩnh (stato) và phần động (roto) làm bằng các loại vật liêu kết cấu, thép kĩ thuật điện, gang

* Stato :gồm lõi thép và dây quấn phần ứng có nhiêm vụ tạo từ trường

+ Lõi thép:do các lá thép kĩ thuật điện được rắp đặt dâp rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh để quấn dây theo hướng trục máy + Dây quấn: dây đông hoặc nhôm có bọc cách điện đặt trong các rãnh của stato

* Roto: có dạng khối trụ, gồm lõi thép,dây quấn phần cảm,trục máy

+ Lõi thép: hình trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện có lỗ dể lắp trục và rãnh để quấn dây quấn phần cảm( đối với roto dây quấn)

+Dây quấn: chỉ có ới roto dây quấn,bằng đồng hoặc bằng nhôm,quấn theo các rãnh của roto.Riêng đối với roto lồng sóc: dây quấn là các thanh đồngđược nối ngắn mạch với nhau bằng hai vành đồng tạo thành lồng sóc

- Vỏ máy và nắp máy: làm bằng gang,thép dể giữ chặt lõi thép và cố định máy khi làm việc,có ổ đỡ trục bảo vệ máy

5.Phân loại:

Tuỳ theo cánh tạo ra từ trường,kết cấu của mạch từ và dây quấn ta có 4 loại máy điện cơ bản:

- Máy điện không đồng bộ

- Máy điện đòng bộ

- Máy điện 1 chiều

- Máy điên xoay chiều có vành góp

* Về máy điện không đồng bộ:

Stato của máy điện không đồng bộ tạo từ trường quay tốc độ đồng bộ:

n1=60.f1/p

f1:tần số dòng điện đưa vào

p:Số đôi cực của máy

Quét qua dây quấn ngắn mạch đặt trên Rô to.Từ trường quay nà cảm ứng bêndây quấn dòng điện cảm ứng,sinh ra từ thông của dây quấn roto hợp với từ thông của stato tạo ra từ thông tổng khe hở.Từ thông tông khe hở tác động với dòng điện trong dây quấn roto sinh ra mômen quay với tốc độ n<n1 , n phụ thuộc dòng điện trong dây quấn roto với từ thông khe hở

s = −

* Về máy điện đồng bộ:

Lực từ được đặt trong roto còn dây quấn phần ứng( khung dây) được đặt bên phần tĩnh gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian một góc 1200.Khi cực từ quay với tốc độ n, dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng nên một suất điên động

và dòng điện 3 pha lệch nhau 120o về thời gian do đó tạo ra từ trương quay với tốc độ:

n1= 60.f/p :nghĩa là bằng tốc độ roto

6.Các thông số chính

Các thông số chính của máy điên quay gồm:

- Điện ap làm việc định mức: Uđm

- Dòng mở máy: Imm

- Dòng làm việc định mức: Iđm

B.Phần II: THỰC HÀNH

ChươngI: ÁP DỤNG LÝ THUYẾT VÀO THỰC TẾ

I Quấn máy biến áp tự ngẫu một cuộn dây (10A)

1 Các thông số của máy biến áp

Khi thực thực hành quấn máy biến áp tự ngẫu các cuộn dây cóm các thông số cần chú ý sau:

+ Q : tiết diện lõi sắt (cm2)

+ S : Công suất máy biến áp

+ W : Số vòng dây /1V

+ J: Mật độ dòng điện máy biến áp ( J = 2,5 : 3 A/mm)

+ d : Đường kính của dây quấn

+ s : tiết diện dây quấn

2.Xác định tiết diện của lõi thép (Q)

Tiết diện của lõi thép có các cách xác định như sau:

+ Q = a.b (cm2)

+ Q= S: đối với lõi thép là chữ U

+ Q= 0 , 7 S: đối với lõi thép là chữ E

b

a

3.Số vòng dây của máy biến áp

- Công thức thực tiễn để tính số vòng dây của máy biến áp tự ngẫu là :

W = 45 : 50 /Q (Vòng dây /1V)

Trong công thức , tử số là một hằng số được lấy trong khoảng từ 45 dến

50 tuỳ thuộc hàm lượng silic có trong các lá thép kĩ thuật điện dùng làm mạch

từ

4.Đường kính và tiết diện dây quấn:

- Mật độ dòng điện : J = 2,5 : 3 A/mm , do đó với dòng điện I = 2,5 : 3 A

thì tiết diện của dây quấn là s = 1 mm2

- Đường kính của dây quấn tính bằng công thức :

- Về cách quấn dây sẽ được noi rõ hơn ở phần sau

II.Quấn dây cho stato động cơ không đồng bộ

1 Các thông số thực tiễn tính toán dây quấn

Các thông số cần quan tâm khi thựcu hiên quấn dây cho stato động cơ không đồng bộ :

2

=

* Bước cực :

p

Z p

- Nếu y = :bước dây quấn đủ

- Nếu y < :bước dây quấn ngắn

- Nếu y > :bước dây quấn dài

2.Nhóm dây quấn & Cách phân bố:

a.Nhóm dây quấn:

- Có hai nhóm dây quấn thường găp là dây quấn đồng tâm và dây quấn đồng khuôn

+Dây quấn đồng tâm: quấn dây dẫn liên tiếp các dây dẫn theo cùng một chiều lên bộ khuôn có các khung quấn với nhau kích thước khác nhau và đặt đồng tâm trên một trục quấn

- Ưu điểm : Các dầu quận dây được thu gọn

- Nhược điểm: Việc lắp dặt khó khăn ,tốn nhiều thời gian so với dây quấn đồng tâm

Dây quấn đồng tâm Dây quấn đồng khuôn

b.Cách bố trí ( phân bố):

- Có hai cách bố trí dây đó là : tập trung và phân tán

* Dây quấn tập trung : Các bối dây cùng một nhóm được đặt vào rãnh sao cho các cạnh tác dụng thứ nhất của chúng liên tiếp nhau

* Dây quấn phân tán : Dây quấn được đặt đều , cạnh thứ nhất của bối thứ hai nằm ngay sau cạnh tác dụng thứ hai của bối thứ nhất

3.Cách thành lập sơ đồ dây quấn phần ứng :

a.Cơ sở thành lập

- Số rãnh tác dụng dưới một đôi cực

- Bước dây quấn y

- Vòng tròn đa giác suất điện động

+ Trong quá trình thực hành quấn máy biến áp tự ngẫu, cần chú ý :

* Việc chuẩn bị khuôn máy biến áp :

- Dây quấn máy biến áp không thể quán trực tiếp lên lõi thép được mà trước đó ta phải thực hiện quấn dây trên khuôn,sau đó mới đóng vào lõi mạch từ

- Khuôn máy biến áp nhằm mục đích định hình cho quận dây đồng thời

dễ dàng hơn cho việc quấn dây.Trong quá trình quấn phải cách điện giữa các vòng dây , các lớp dây quấn và với lõi thép

- Khuôn phải được đặt đúng chiều ,trên khuôn cần đánh dấu chính xác đầu dây ra để tránh nhầm lẫn

80 110 160 220 3 4 5 6 7 8

3 4 5 6 7 8

2 1 11 10 9

9 10 11 12

*Về quấn dây:

- Khi quấn dây cần cố định chặt một đầu dây quấn , chú ý quấn thẳng và sóng hàng khe hở càng nhỏ càng tôt,để dễ dàng trong việc tháo khuôn sau này thì lớp đầu tiên nên quấn lỏng tay một chút, càng về sau càng siết mạnh tay Phần tiếp xúc với lõi và lớp ngoài cùng cần bọc cách điện bằng bìa cứng Ngoài

ra cứ hết một lớp dây phải lót cách điện ,khi gặp chỗ dây xước cũng phải lót cách điện.Tóm lai càn phải đảm bảo giữa các vòng dây và các lớp được cách điện tốt Nếu không sẽ làm chập điện khi cấp nguồn cho máy biến áp

- Khi quấn xong một nấc điện áp phải đưa đầu dây ra ngoài.Đầu dây ra ngoài phải được xếp sao cho các lớp dây quấn tiếp theo không bị cộm,và phải đảm bảo về cách điện Đầu dây vào và ra phải cố định bằng một đai giấy ,các đầu dây phải đặt đúng thứ tự kí hiệu trên khuôn và nên có độ dài bằng nhau để thuận tiên cho việc lắp chuyển mạch

b.Quá trình quấn máy

- Sau khi lắp khuôn vào máy quấn dây ,lót bìa cứng và kí hiệu đầu ra trên khuôn,sau đó tiến hành quấn dây

- Khi bắt đầu quấn đầu dây chính là đầu 220v ,ta cố định đầu day này lai

và bắt đầu quấn.Các vồng dây nên quấn sát nhau ,vòng đầu tiên không nên quấn chặt quá quấn được 72 vòng thì ta gập đầu dây lai và đưa ra đầu 160v ở khuôn Sau khi gập đầu dây ta chưa cho ra ngoài vội mà tiếp tục quấn cho hết

lớp dây này,sau đó mới đưa đầu dây ra,đè lên lớp đó và cố định bằng một dây đai.Viẹc này được thực hiên cho tâta cả các đàu dây ra.Ngay sau đầu dây ra 160v ta quán tiếp 60 vồng dây,đưa đầu ra 110v

Quấn tiếp 36 vòng đưa đầu ra 80v

Sau đó quấn 8,5 vòng.Từ đây trở đi cứ 9

vòng dây lại đưa một đầu ra ,ta có thêm

11 nấc điện áp đánh số từ 1 đến 11

-Sau khi định hình và cán điện tốt cho quận dây

ta tiến hành kiểm tra thông mạch rồi đóng dây

dẫn vào mạch từ( lõi thép).Lồng lần lượt 5 lá

thép hình chữ E ngược nhau từ 2 phía,đặt các

lá thép bằng nhau và ép sát vào lõi của quận

dây Cố gắng ghép chặt các lá thép và cẩn

thận không làm rách giấy cách điện.Sau khi ghép

xong các lá thép chữ E ta tiến hành ghép lá thép

chữ I vào hai phía,cứ 5 lá thép chữ I vào khe

tương ứng với 5 lá thép chữ E.Sau đó dùng vít bắt chặt lõi thép

- Vuốt thẳng các đầu dây ra ,cạo lớp cách điện ở đầu dây ra lại dùng dông

hồ đo thông mạch và cách điện với mạch từ

- Nối các đầu dây với bộ chuyển mạch.Như vây là đã hoàn thành xong một máy biến áp tự ngẫu một cuộn dây

2.Quá trình quấn dây cho stato động cơ 3 pha với dây quấn đồng khuôn phân tán và dây quấn dồng tâm tập trung một lớp

a.Chú ý trước khi quấn dây:

- Dây quấn đồng khuôn phân tán 1 lớp

Z = 24 ;2p = 4 ; y = 5 ; q = 2

- Dây quấn đồng tâm tập trung 1 lớp :

Z = 36 ; 2p = 4 ; y = 9 ; q = 3

- Các vấn đề chung cần chú ý trước khi thực hành quấn dây:

1.Chuẩn bị khuôn và quấn dây