Tài liệu Quấn động cơ không đồng bộ ba pha ppt

Quấn động cơ không đồng bộ ba pha Lời nói đầu Kỹ thuật điện là nghành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu…….bao gồm việ

Quấn động cơ không đồng bộ ba pha

Lời nói đầu

Kỹ thuật điện là nghành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu…….bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện trong các sinh hoạt của con người

So với các hiện tượng vật lý khác như: cơ, nhiệt, quang……hiện tượng điện từ được phát hiện chậm hơn vì các giác quan không cảm nhận trực tiếp được các hiện tượng này Tuy nhiên việc khám phá ra hiện tượng điện từ đã thúc đẩy mạnh mẽ cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật chuyển sang lĩnh vực điện khí hoá và tự động hoá Các phát minh, sáng chế liên tục ra đời thúc đẩy công nghiệp phát triển như lũ bão Hàng loạt các máy móc, thiết bị điệ được sản xuất, chế tạo giúp con người giải phóng lao động chân tay, thủ công,đưa nền sản xuất

đi dần vào tự động hoá Đồng thời điện năng cũng phục vụ rất đắc lực cho con người trong mọi sinh hoạt

Để thực hiện việc biến đổi cơ năng thành điện năng và ngươc lại người ta

sử dụng các loại máy điện Máy điện là một hệ điện từ bao gồm mạch từ và mạch điện liên quan với nhau Mạch từ bao gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí Các mạch điện bao gồm hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng Từ chu cầu tiêu dùng điện năng ngày càng cao nên máy điện càng được sử dụng nhiều trong cuộc sống Máy điện được sử dụng rộng rãi trong ác nghành kinh tế như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải… và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình

Vì vậy trong chương trình học tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, ngoài việc nghiên cứu lý thuyết tất cả các sinh viên khoa Điện – Ngành ĐKTĐ đều được bố trí 2 tuần thực tập tại xưởng điện nhằm nâng cao kiến thức thực tế

và hiểu sâu sắc hơn về lý thuyết Mỗi sinh viên đều có thể nắm vững kỹ thuật quấn và lồng dây của động cơ ba pha roto lồng sóc và hiểu được nguyên lý vận hành cơ bản của chúng

Nội dung bản báo cáo gồm 2 phần chính:

Phần 1: Cơ sở lý thuyết

- Cơ sở lý thuyết máy điện

- Máy điện không đồng bộ

- Cơ sở thiết kế bộ dây quấn stato động cơ không đồng bộ

- Kỹ thuật quấn dây

Phần 2:

- Yêu cầu kỹ thuật

- Công nghệ và số liệu kỹ thuật

- Kết luận

Do trong quá trình thực hành em có những sai sót và hoàn thành bài tập chưa được tốt lắm nên em đã được sự giúp đỡ tập thực hành của hai thầy Nguyễn Quang Hùng và thầy Nguyễn Huy Thiện để em hoàn thành tốt các bài thực hành của mình Vì vậy qua 2 tuần thực hành em đã biết được nhiều về máyđiện, động cơ… Qua bài thực hành máy, em chân thành gửi lời cảm ơn tới 2 thầy và em kính chúc 2 thầy sức khoẻ để giúp đỡ các sinh viên khoa tiếp theo

Hà Nội ngày 18 tháng 10 năm 2005

Sinh viên

Nguyễn Xuân Huynh

Sự biến đổi cơ điện trong máy điện dựa trên nguyên lý về điện từ Nguyên

lý này cúng đặt cơ sở cho sự làm việc của các bộ biến đổi cảm ứng dùng để biến đổi các thông số điện Máy điện dùng làm máy biến đổi năng lượng là phần tử quan trọng nhất của bất cứ thiết bị điện năng nào, nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, các hệ điều khiển và tự động điều chỉnh

Máy điện có nhiều loại được phân loại theo nhiều cách khác nhau: phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện, theo nguyên lý làm việc…….ở đây ta phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng

* Máy điện tĩnh:

Máy điện tĩnh thường gặp là các loại máy biến áp Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiện từ thông giữa các cuộn dây không có sự chuyển động tương đối với nhau

Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng Do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch Ví dụ: máy biến áp có thể biến đổi điện năng có các thông số U1, I1, F1 thành điện năng có các thông số U2, I2, F2 và ngược lại

U1 , I1 , f1 U2 , I2 , f2

* Máy điện có phần động (quay hoặc chuyển động thẳng):

Nguyên lý làm việc 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 điện này thường dùng để biến đổi năng lượng

Ví dụ: Biến điện năng thành cơ năng( động cơ điện)hoặc biến cơ năng thành cơ điện năng( máy phát điện).Trong quá trình biến đổi có tính thuận nghịch nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát hoặc động cơ điện

Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thường dùng

II- Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện

Máy điện có tính thuận nghịch nghĩa là có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện

1 Chế độ máy phát điện:

Cho cơ năng của động cơ sở cấp tác dụng và thanh dẫn 1 lực cơ học Fc, thanh dẫn sẽ chuyển động với tốc độ trong từ trường của nam châm Ns trong thanh dẫn sẽ cảm ứng một sức điện E Nếu nối 2 cực của thanh dẫ điện trở R của tải thì dòng điện I chạy trong thanh dẫn sẽ cung cấp điện cho tải Nếu bỏ qua điện trở thành thanh dẫn thì điện áp đặt vào tải U = E Công suất điện máy phát cung cấp cho tải là P = UI = EI Dòng điện I nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ FĐT – BIL 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

Máy điện

Máy điện xoay

Động

cơ đồng bộ

Máy phát đồng bộ

Động

cơ một hiề

Máy phát

1 chiều

III- Sơ lược về các vật liệu chế tạo máy điện

Các vật liệu dùng để chế tạo có thể chia làm 3 loại:

- Vật liệu tác dụng

- Vật liệu kết cấu

Người ta chủ yếu sử dụng thép lá kỹ thuật điện có hàm lượng silic khác nhau nhưng không được vượt quá 4,5% Hàm lượng silic này dùng để hạn chế tổn hao do từ trễ, tăng điện trở của thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy Người ta hay sử dụng các lá thép dày 0,50mm dùng trong máy điện quay, ghép lại làm lõi thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên Tuy theo cách chế tạo người ta phân lá thép kỹ thuật điện làm 2 loại: cán nóng và cán nguội Loại cán nguội có đặc tính từ tốt hơn như độ từ thấm cao hơn, tổn hao thép ít hơn loại cán nóng Thép lá cán nguội lại chia làm 2 loại: Đẳng hướng và vô hướng Loại đẳng hướng có đặcđiểm là dọc theo chiều cán thì tính năng từ tính tốt hơn hẳn so với ngang chiều cán, do đó thường được sử dụng trong máy biến

áp còn loại vô hướng thì đặc tính từ đều theo mọi hướng lên được dùng trong máy điện quay

Ví dụ: Thép cán nóng J21 J31A, thép cán nguội: J410;J310

Chữ J chỉ thép kỹ thuật điện Chữ A chỉ tổn hao thấp Chữ O chỉ thép cán nguội Chỉ số thứ nhất chỉ hàm lượng silíc

Chỉ số thứ hai chỉ tổn hao riêng của các loại thép

ở đoạn mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50Hg thường dùng là thép

kỹ thuật điện dày 0,35-0,5mm trong thành phần thép có từ 2-5% silíc ở tần số cao hơn dùng thép là kỹ thuật điện dày 0,1-0,2mm ở đoạn mạch từ có từ trường không đổi thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc thép lá

b) Vật liệu dẫn điện:

Vật liệu dãn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện Vật liệu đẫn điện dùng trong máy tốt nhất là đồng vì giá thành không đắt lắm và có điện trở suất

nhỏ Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau… Để chế tạo dây quấn ta thường dùng đồng đôi khi dùng nhuôm Dây đồng và đây nhuôm được chế tạo theo tiết điện tròn hoặc chữ nhật, có bọc cách điện khác nhau như vải, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học, sơn emay Với các loại máy có công suất nhỏ và trung bình, điện áp dười 700V thường dùng sơn emay vì lớp cách điện của dây mỏng, đạt độ bền yêu cầu Đối với các bộ phận khác như vành đổi chiều, lồng sóc hoặc vành trượt; ngoài đồng, nhôm người ta còn dùng cả các hợp kim của đồng hoặc nhôm hoặc có chỗ dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và giảm kim loại màu

2 Vật liệu kết cấu:

Để cách điện các bộ phận mang điện trong máy, người ta sử dụng vật liệu cách điện Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học

Độ bền vững về nhiệt của chất cách điện bọc day dẫn quyết định nhiệt độ cho phép của dây và do đó quyết định tải của nó Nếu tính năng chất cách điện càng cao thì lớp cách điện có thể mỏng và kích thước của máy giảm

Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm:

- Chất hữu cơ thiên nhiên như: giấy, vải, lụa…

- Chất vô cơ như: amiăng, mica, sợi thuỷ tinh…

- Các chất tổng hợp

- Các loại men, sơn cách điện Chất cách điện tốt nhất là mica, song tương đối đắt nên chỉ dùng trong các máy có điện áp cao Do đó, thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải… Chúng có độ bền cơ học tốt, rẻ tiền nhưng hút ẩm kém, dẫn nhiệt kém, cách điện kém Vì vậy, 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 (không khí, hyđrô, khí trơ) hoặc thể lỏng (dầu máy biến áp)

Vật liệu khí: Không khí là một chất cách điện tốt, tuy nhiên để cách điện tốt hơn người ta thường dùng khí trơ Hyđrô được sử dụng trong trường hợp cần cách điện và làm mát bên trong vật liệu

Vật liệu lỏng: Đây là loại vật liệu cách điện rất quan trọng trong máy điện

vì nó có thể len lỏi vào các khe hở 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 nhiều loại, cấp cách điện như sau:

Cấp

Nhiệt độ vật liệu giới hạn cho phép

Nhiệt độ TB dây quấn cho phép

A Sợi Xenlulô, bông hoặc tơ

tẩm trong vật liệu hữu cơ

F Amiăng, vật liệu gốc mica,

sợi thuỷ tinh có chất kết dính

và tẩm tổng hợp

1550C 1400C

H Vật liệu gốc mica, amiăng,

sợi thuỷ tinh phối hợp chất

kết dính và tẩm silic hữu cơ

1800C 1650C

II- Phát nóng và làm mát máy điện

Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất Tổn hao năng lượng trong máy điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy) trong thép, tổn hao đồng trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay) Tất cả tổn hao năng lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện

Khi đó do tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hoá khác, lớp cách điện sẽ bị lão hoá, nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ Thực nghiệm cho thấy khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ cho phép 8÷100C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm đi một nửa ở nhiệt độ làm việc cho phép, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện vào khoảng 10÷15 năm Khi máy làm việc quá tải, độ tăng nhiệt độ sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép Vì vậy, khi sử dụng máy điện cần tránh

để máy quá tải làm nhiệt độ tăng cao trong một thời gian dài

Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát

Máy điện không đồng bộ có 2 dây quấn: dây quấn stato (sơ cấp), với lưới điện tần số không đổi f1, dây quấn roto (thứ cấp) được n1 tắt lại hoặc khép kín trên điện trở Dòng điện trong dây quấn roto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số phụ f2 phụ thuộc vào roto; nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trên trục của máy

Cũng như các máy điện quay khác, máy điện không đồng có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện cũng như chế độ máy phát điện

II- Phân loại và kết cấu

1 Phân loại

Máy điện không đồng bộ có nhiều loại, được phân loại theo nhiều cách khác nhau: Theo kết cấu của nó, theo kết cấu của roto, theo số pha trên dây quấn stato…

* Theo kết cấu của vỏ: Máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ…

* Theo kết cấu roto: Máy điện không đồng bộ chia làm 2 loại: Loại roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc

* Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia làm 3 loại: 1 pha, 2 pha, 3 pha

Lõi thép được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục Vì từ trường đi qua lõi thép lá, từ trường quay lên để giảm tổn hao lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ép lại Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn do dòng xoáy gây nên

b Dây quấn:

Dây quấn stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ) và được đặt trong các rãnh của lõi thép Kiểu dây quấn, hình dạng và cách bố trí dây quấn sẽ được trình bày chi tiết trong bài sau:

c Vỏ máy:

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, vỏ kín hay vỏ phòng nổ… Hai đầu vỏ có nắp máy và ổ đỡ trục Vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy

b Dây quấn roto:

Có 2 loại chính: Roto lồng sóc và roto dây quấn

- Loại roto kiểu dây quấn: Roto có dây quấn giống như dây quấn stato

Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng 2 lớp vì bớt được những đầu dây nối, kết cấu dây quấn trên roto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm 1 lớp Dây quấn ba pha của roto thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba rãnh trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở 1 đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài

Đặc điểm của loại động cơ điện roto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện roto để cải

thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy Khi máy làm việc bình thường, dây quấn roto được nối ngắn mạch

- Loại roto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn này rất khác so với

dây quấn stato Trong mỗi rãnh của lõi thép roto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi thép và được nối tắt lại 2 đầu bằng 2 vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành 1 cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc

ở các máy công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào

các rãnh lõi thép roto tạo thành thanh nhôm 2 đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát Dây quấn roto lồng sóc không cần cách điện với lá thép Để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh roto có thể làm thành rãnh sâu hoặc làm thành 2 rãnh lồng sóc (rãnh lồng sóc kép) Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh roto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục

Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc bảo đảm Động cơ roto dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ, song giá thành cao và vận hành kém, tin cậy hơn roto lồng sóc nên chỉ được dùng khi động cơ roto lồng sóc không đáp ứng các yêu cầu về truyền động

3) Khe hở:

Vì roto là một khối tròn nên khe hở đều Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (0,2÷1mm trong máy điện cỡ vừa và nhỏ) để hạn chế dòng điện

từ hoá và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn

III- Công dụng của máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, chủ yếu làm động

cơ điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là một loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ 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, 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 dùng làm máy bơm hay gia công nông sản Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: Quạt gió, động cơ trong tủ lạnh… Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất, điện khí hoá và tự động hoá, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế

Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ nên chỉ trong một vài trường hợp

đặc biệt nào đó (như trong quá trình điện khí hoá nông thôn) cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có ý nghĩa quan trọng

IV- Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ

Khi trong lõi thép stato của máy điện không đồng bộ, ta tạo một từ trường quay với tốc độ n1 = 60f : p (f: tần số dòng điện lưới đưa vào ; p: số cặp cực) thì

từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi thép roto

và cảm ứng trong dây quấn đó suất điện động và dòng điện Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn tác dụng với từ thông khe hở sinh ra mômen, tác dụng

đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của roto Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau

Khi roto quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc độ đồng

bộ thì dòng điện sinh ra trong dây quấn roto cùng chiều với sức điện động và tác dụng từ trường tổng trong khe hở sinh ra lực F và mômen M kéo roto quay theo chiều từ trường quay Điện năng đưa tới roto 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 sự chuyển động tương đối giữa từ trường và dây quấn roto và như vậy trong dây quấn roto mới có dòng điện và mômen kép roto quay Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau:

- Khi roto quay thuận và nhanh hơn tốc độ đồng bộ dùng một động cơ sơ cấp nào đó quay roto của máy điện không đồng bộ vượt 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 roto cũng đổi chiều nên chiều của mômen cũng ngược chiều quay của n1 nghĩa là ngược với chiều của roto nên đó là mômen hãm Máy điện đã biên 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 roto quay ngược với chiều từ trường quay thì chiều của sức điện động, dòng điện và cả mômen vẫn giống như lúc ở chế độ động cơ điện Vì mômen sinh ra ngược với chiều quay của roto nên có tác dụng hạm roto đứng lại Trong trường hợp này máy điện vừa lấy điện năng ở lưới điện vào vừa lấy

cơ năng ở động cơ sơ cấp Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ