BÁO cáo đồ án máy điện 2 Quấn dây động cơ ba pha

Tài liệu tham khảo làm báo cáo đồ án môn học máy điện 2, tính toán và lên danh sách vật tư thiết bị để tiến hành quấn dây động cơ ba pha kiểu đồng khuôn tập trung.Động cơ 1kW. Nền công nghiệp của nước ta ngày càng phát triển, việc sử dụng máy móc, thiết bị ngày càng nhiều. Máy điện là thiết bị không thể thiếu, đóng vai trò cực kì quan trọng trong hoạt động của công nghiệp. Vì thế việc tìm hiểu, nghiên cứu những kiến thức cơ bản về thiết kế, vận hành, sử dụng máy điện là rất cần thiết đối với những người học nghành điện.

TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Mã học phần: 036206

Đề tài: Thực hành quấn dây phần ứng động cơ không đồng bộ ba pha.

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Minh Quyền Nhóm thực hiện: Nhóm 01

Sinh viên thực hiện:

4 Nguyễn Lê Hoàng Huy 1951050062 TD19

5 Huỳnh Lê Hoàng Thái 1951050099 TD19

Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 06 năm 2021

LỜI NÓI ĐẦU

Nền công nghiệp của nước ta ngày càng phát triển, việc sử dụng máy móc, thiết

bị ngày càng nhiều Máy điện là thiết bị không thể thiếu, đóng vai trò cực kì quan trọng trong hoạt động của công nghiệp Vì thế việc tìm hiểu, nghiên cứu những kiến thức cơ bản về thiết kế, vận hành, sử dụng máy điện là rất cần thiết đối với những người học nghành điện

Thấy được sự cần thiết của nó, nhà trường đã đưa môn học máy điện vào chương trình học tập của sinh viên ngành điện Giúp sinh viên có những kiến thức cơ bản nhất, trau dồi kinh nghiệm sau khi ra trường đi làm

Trong quá trình học học phần Máy điện 2, thầy Nguyễn Minh Quyền có đưa ra những lựa chọn để thực hiện lấy điểm giữa kỳ Nhóm chúng em đã lựa chọn thực hiện

đồ án môn học là quấn động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc Mục đích lựa chọn làm đồ án lấy điểm giữa kỳ giúp các thành viên có thêm niều kiến thức hơn về động cơ, biết cách quấn dây, tính toán thông số,… giúp nâng cao hơn kỹ năng thực hành

Y

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

YLỜI NÓI Đ

CHƯƠNG 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 5

1.1 Lý do chọn đề tài 5

1.2 Yêu cầu 5

1.2.1 Yêu cầu 5

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA……… 6

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha 6

2.1.1 Cấu tạo 6

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 9

2.1.3 Rotor quay cùng chiều với từ trường với tốc độ n < n1 (0 < s < 1) 10

2.2 Các đặc tuyến của động cơ 10

2.2.1 Đặc tuyến dòng stator I1 f P( )2 10

2.2.2 Đặc tuyến vấn tốc rotor nf P( )2 11

2.2.3 Đặc tuyến momen quay M f P( )2 11

2.2.4 Đặc tuyến hệ số công suất cos f P( ) 11

2.2.5 Đặc tuyến hiệu suất  f P( )2 11

2.3 Đặc tính cơ 11

2.4 Các thông số khi khởi động của động cơ (dòng điện, momen,…) 13

2.5 Đọc các thông số trên nhãn của động cơ đã mua 14

2.6 Ứng dụng trong thực tế của động cơ không đồng bộ ba pha 15

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 18

3.1 Bảng thống kê chi tiết các thông số khi khảo sát 18

3.2 Các dụng cụ kiểm tra và bảo dưỡng động cơ 18

3.2.1 Thước kẹp 18

3.2.2 Thước Panme 18

3.2.3 Đồng hồ đo vạn văng VOM và Ampe kìm 19

3.2.4 Tốc kế 19

3.2.5 Cờ lê và tua vít 19

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN VÀ QUẤN LẠI STATOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA THEO KIỂU ĐỒNG KHUÔN 20

4.1 Đo đạc các thông số của động cơ 20

4.2 Tính toán lại bộ dây quấn stator Và xây dựng sơ đồ trải 21

4.2.1 Tính toán lại bộ dây quấn 21

4.2.2 Xây dựng sơ đồ trải dây kiểu đồng khuôn tập trung 23

4.3 Quy trình tiến hành quấn lại động cơ 25

4.4 Bảng báo cáo kết quả 28

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

CHƯƠNG 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Máy điện nói chung và Máy điện 2 nói riêng là những môn học căn bản liên quantrực tiếp đến máy biến áp, động cơ và máy phát điện Học phần Máy điện 2 này giớithiệu cho chúng em về nguyên lý của động cơ điện và máy phát điện đồng bộ vàkhông đồng bộ 3 pha Giúp chúng em củng cố kiến thức cũ và học được những kiếnthức mới về động cơ cũng như máy phát xoay chiều 3 pha Trên những cơ sở lý thuyết

mà chúng em được tìm hiểu trong học phần Máy điện 2 này, chúng em muốn thí

nghiệm thực tế về những kiến thức đã học nên chúng em chọn đề tài “Thực hành

quấn dây phần ứng động cơ không đồng bộ ba pha” vì nó hội tụ đủ các yếu tố về

nguyên lý của một máy điện xoay chiều 3 pha Chúng em tiến hành lựa chọn và tínhtoán các số liệu của động cơ theo như lý thuyết, những gì chúng em đã học và kiểmchứng nó bằng đề tài này

1.2 YÊU CẦU

1.2.1 Yêu cầu

 Lựa chọn và sử dụng động cơ từ 0,5-2Hp

 Tính toán phải chính xác theo số liệu của động cơ

 Tùy vào tính chất của động cơ mà đưa ra các sơ đồ trải dây quấn khác nhau

 Đúng trình tự các bước để thực hiện quấn động cơ xoay chiều 3 pha

 Thực hiện đảm bảo đúng nguyên tắc

 Cách điện cho động cơ đặc biệt quan trọng

 Trong quá trình thực hiện cần đảm bảo nghiêm túc an toàn

 Tiến hành thực hành theo đúng số liệu của động cơ đã tính toán để đưa ra kếtquả khách quan kiểm chứng số liệu tính toán

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

BA PHA 2.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.1.1 Cấu tạo

Giống như các loại máy điện quay khác, động cơ không đồng bộ ba pha gồm các

bộ phận chính sau:

 Phần tĩnh hay còn gọi là stator

 Phần quay hay còn gọi là rotor

Hình 2.1 Minh họa động cơ không đồng bộ 3 pha.

2.1.1.1 Phần tĩnh (Stator)

Gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn

Vỏ máy để bảo vệ và giữ chặt lõi thép stator Vỏ máy làm bằng nhôm (ở máynhỏ), bằng gang hay thép đúc (ở máy lớn) Vỏ máy có chân máy để cố định máy trên

bệ, hai đầu có nắp máy để đỡ trục rotor và bảo vệ dây quấn

Lõi thép là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quya nên đểgiảm bớt tổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0.5mm éplại Khi đường kính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 990mm thì dùng cả tấm thép tròn éplại Khi đường kính ngoài vượt quá trị số trên thì phải dùng những tấm thép hình rẻquạt ghép lại thành khối tròn

Hình 2.2 Stator động cơ không đồng bộ ba pha.

Mỗi lá thép kỹ thuật đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao dodòng điện xoáy gây nên Nếu lõi thép ngắn thì có thể ghép thành một khối, nếu quá dàithì ghép thành những tấm ngắn, mỗi tắm dài từ 6 đến 8 cm đặt cách nhau 1cm đểthông gió tốt hơn Mặt trong của lá thép có sẽ rảnh để đặt dây quấn

Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõithép Dây quấn phần ứng là phân dây bằng đồng được đặt trong các rãnh phần ứng vàlàm thành một hoặc nhiều vòng kín Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của động cơ

vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng.Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá cao trongtoàn bộ giá thành của máy

Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm:

 Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng điện nhất địnhchạy qua mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định để sinh ra momen cầnthiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt

 Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn an toàn

2.1.1.2 Phần quay (Rotor)

Phần này gồm lõi thép và dây quấn rotor

Người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở lõi thép stator, các lá thép nàyđược ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy Phía ngoài của lá thép

có sẽ rãnh để đặt dây quấn vào Rotor được phân làm hai loại chính: rotor lồng sóc vàrotor dây quấn

Loại rotor dây quấn có dây quấn cũng giống như dây quấn ba pha của stator và

có cùng số cực từ với dây quấn stator Dây quấn kiểu này luôn quấn hìnhsao (Y), có ba đầu vành trượt được gắn vào trục quay và các điện với trục

Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vàng trượt này để dẫn điện Chúngđược nối với biến trở ngoài cũng nối sao để khởi động và điều chỉnh tốc độđộng cơ.

Hình 2.3 Minh họa rotor dây quấn

Hình 2.4 Sơ đồ rotor dây quấn nối điện trở ngoài.

Loại rotor kiểu lồng sóc được cấu tạo thay vì có cuộn dây đặt trong các rãnh thìtrên rotor lồng sóc có các thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm, hay còn gọi là thanhdẫn rotor Thanh dẫn rotor được đấu ngắn mạch bởi hai vòng ngắn mạch có cùng chấtliệu Thanh dẫn không được đặt song song với trục, chúng thường được làm nghiêng

để tạo ra momen không đổi và làm giảm tiếng ồn khi vận hành Trong động cơ có côngsuất lớn thanh dẫn rotor có thể làm từ đồng hoặc hợp kim đồng Còn trong động cơ cócông suất nhỏ thì người ta thường đúc bằng nhôm và lõi thép sau khi được xếp trênmột trục gá thì được đặt vào khuôn và rót nhôm nóng chảy vào, nhôm sẽ điền đầy cácrãnh và tạo nên các thanh dẫn

Hình 2.5 Minh họa rotor lồng sóc.

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều, khe hở trong động cơ không đồng bộrất nhỏ (từ 0.2mm đến 1mm trong động cơ vừa và nhỏ) để hạn chế dòng từ hóa lất từlưới vào và làm cho hệ số công suất tăng lên.

2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe hở không khí

xuất hiện từ trường quay với tốc độ 1

60 f

n p



(f là tần số lưới điện; p là số cặp cực; n1

là tốc độ từ trường quay) Từ trường này quét qua các thanh dẫn rotor hoặc dây quấnrotor nên trong dây quấn hoặc thanh dẫn xuất hiện dòng điện I2 chạy qua Từ thông dodòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở.Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra momen làm quaytrục rotor Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor Trong nhữngphạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của động cơ cũng khác nhau Ta có hệ sốtrượt s của động cơ:

1 1

Hình 2.6 Các chế độ hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha.

2.1.3 Rotor quay cùng chiều với từ trường với tốc độ n < n 1 (0 < s < 1)

Giả thuyết về chiều quay n1 của từ trường khe hở và của rotor như hình 2.6a.Theo quy tắc bàn tay phải, xác định được chiều của sức điện động E2 và I2; theo quytắc bàn tay trái, xác định được lực F và momen M Ta thấy F cùng chiều với chiềuquay của rotor, nghĩa là điện năng đưa tới stator, thông qua từ trường đã biến đòi thành

cơ năng trên trục quay rotor theo chiều từ trường quay n1, như vậy động cơ làm việc ởchế động động cơ điện

2.1.3.1 Rotor quay cùng chiều với từ trường với tốc độ n > n 1 (s < 0)

Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ đồng

bộ n > n1 Lúc đó chiều của từ trường quay quét qua dây quấn hoặc thanh dẫn rotor sẽngược lại, sức điện động và dòng điện trong dây quấn hoặc thanh dẫn cũng đổi chiềunên chiều của M cũng ngược chiều n1, nghĩa là ngược chiều với rotor, nên đó là momenhãm hình 2.6b Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trúc động cơ điện, do dộng

cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện, như vậy gọi động cơ đang làmviệc ở chế độ máy phát

2.1.3.2 Rotor quay ngược với từ trường với tốc độ n < 0 (s > 1)

Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy điện quay ngược chiều từ trường quayhình 2.6c, lúc này chiều của sức điện động và momen giống như ở chế độ động cơ Vìmomen sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng làm hãm rotor lại Trườnghợp này máy vừa lấy điện năng từ lưới vào, vừa nhận cơ năng từ động cơ sơ cấp Chế

độ làm việc này gọi là chế độ hảm điện từ

2.2 CÁC ĐẶC TUYẾN CỦA ĐỘNG CƠ

Hình 2.7 Các đường đặc tuyến của động cơ không đồng bộ.

Đó là các đồ thị cho biết sự thay đổi của dòng staror I1, vận tốc rotor n, momenquay M, hệ số công suất cosφ và hiệu suất  theo công suất cơ hữu ích trên trục P2,khi điện áp U1 và tần số f của nguồn không đổi

2.2.1 Đặc tuyến dòng stator I1 f P( )2

Ta có I1 là tổng vectơ của dòng không tải I0 và dòng làm việc I’

2 Với U1, khôngđổi, I0 cũng gần như không đổi và bằng khoảng (30 – 50% Iđm) Khi P2 tăng, I’

2 cũngtăng nên I1 tăng theo

2.2.2 Đặc tuyến vấn tốc rotor nf P( )2

Khi công suất P2 trên trục tăng lên, momen cản Mc cũng tăng theo Hình cho thấymomen M của động cơ cũng phải tăng để cân bằng momen cản Mc và tốc độ n giảmxuống

2.2.3 Đặc tuyến momen quay M f P( )2

2.2.5 Đặc tuyến hiệu suất  f P( )2

Ta có hiệu suất của động cơ không đồng bộ:

2 2

Đường cong tốc độ của momen xoắn sẽ cho chúng ta thấy momen xoắn được tạo

ra như thế nào khi một động cơ cảm ứng thay đổi cách hoạt động trong suốt các giaiđoạn khác nhau

Hình 2.8 Đường cong tốc độ của momen xoắn của động cơ cảm ứng.

 Momen khởi động là lượng momen mà động cơ cảm ứng tạo ra khi nó tăng tốc

từ vị trí đứng yên

Nhìn vào hình bên dưới, đường cong momen khởi động đạt 150% momen địnhmức

Hình 2.9 Đường cong momen khởi động.

 Pull up Torque (tạm gọi là Momen kéo tải) là lượng momen dùng để tăng tốc

động cơ về tốc độ định mức của nó Nếu momen của động cơ nhỏ hơn momencần thiết để tăng tốc kéo tải thì tốc độ của động cơ không thể nào đạt đến tốc

độ định mức

Khi động cơ tiếp tục tăng tốc về tốc độ định mức thì nó sẽ đạt đến một giá trị gọi

là momen tới hạn.

Hình 2.10 Momen tới hạn của động cơ.

Momen tới hạn là lượng momen lớn nhất mà động cơ có thể tạo ra Hay nói

cách khác, tại đây sẽ sinh ra một lực xoắn lớn nhất và một động cơ điện tạo ra với điện

áp tương ứng được dùng ở tần số tương ứng mà không có sự suy giảm bất thườngtrong tốc độ

Khi động cơ tăng tốc đến tốc độ định mức của nó, momen động cơ lúc này bằngkhoảng 80% đến 100% momen định mực của nó Đó là điều tất nhiên nếu như động cơđược thế kế đúng

Hình 2.11 Momen động cơ khi tăng tốc đến tốc độ định mức.

2.4 CÁC THÔNG SỐ KHI KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ

Trong giai đoạn khởi động, động cơ phải thoải mãn ba yêu cầu:

 Momen khởi động phải lớn hơn momen cản của tải lúc khởi động

 Momen động cơ phải đủ lớn để thời gian khởi động không quá lâu

 Dòng khởi động phải đủ nhỏ để điện áp lưới điện khởi bị sụt nhiều, ảnh hưởngtới các thiết bị khác.

Lúc khởi động dòng không tải I0 rất nhỏ nên dòng pha khởi động Ikđ gần bằngdòng rotor lúc khởi động I’

2kđ, có được bằng cách thay s = 1 vào I’

U I

Ngày nay các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các thiết

bị hoặc dây chuyền sản xuất công nghiệp trong giao thông vận tải trong các thiết bịđiện dân dụng Ước tính có khoảng 50 triệu kW điện năng sản xuất ra được tiêu thụbởi các hệ thống truyền động điện Hệ thống truyền động điện có thể hoạt động với tốc

Hình 2.13 Động cơ ba pha ứng dụng trong các hệ thống công nghiệp.

Với các hệ thống này, tốc độ của động cơ hầu như không cần điều khiển trừ cácquá trình khởi động và hãm Phần còn lại là các hệ thống có thể điều chỉnh được tốc độ

để phối hợp đặc tính động cơ và đặc tính tải theo yêu cầu Với sự phát triển mạnh mẽcủa kỹ thuật bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật vi xử lý các hệ điều tốc sử dụng kỹthuật điện từ ngày càng được sử dụng rộng rãi và là công cụ không thể thiếu trong quátrình tự động hóa

Hình 2.14 Máy bơm ba pha công suất trung bình.

Động cơ không đồng bộ có nhiều ưu điểm như kết cấu đơn giản làm việc chắcchắn, hiệu suất cao, gia thành hạ, có khả năng làm việc trong mọi trường độc hại hoặcnơi có khả năng cháy nổ cao Vì những ưu điểm này nên động cơ không đồng bộ đượcứng dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đếnhàng nghìn kW

Hình 2.15 Máy nén sử dụng động cơ ba pha.

Trong công nghiệp động cơ không đồng bộ thường được dùng làm nguồn độnglực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ cho các máy công cụ ở các nhà máy côngnghiệp nhẹ Trong nông nghiệp được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sảnphẩm Trong đời sống hàng ngày, động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị tríquan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió động cơ trong tủ lạnh, máy quay đĩa,…Tómm lại, cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa phạm

vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi

So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp rất nhiều khókhăn bởi vì các thông số của máy điện xoay chiều là các thông số biến đổi theo thờigian cũng như bản chất phức tạp về mặt cấu trúc máy của động cơ điện xoay chiều sovới máy điện một chiều cho nên việc tách riêng điều khiển giữa momen và từ thông để

có thể điều khiển độc lập đòi hỏi một hệ thống có thể tính toán cực nhanh và chính xáctrong việc quy đổi các giá trị xoay chiều về các biến đơn giản Vì vạy cho đến gần đây,phần lớn động cơ xoay chiều làm việc với các ứng dụng có tốc độ không đổi do cácphương pháp điều khiển tốc độ thường đắt và có hiệu suất không cao Động cơ khôngđồng bộ cũng không tránh khỏi nhược điểm này