Giáo trình Máy điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình (2021)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Máy điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Máy biến áp; Động cơ điện xoay chiều 1 pha; Động cơ điện xoay chiều 3 pha; Tính toán, quấn lại động cơ xoay chiều ba pha; Vận hành máy phát điện. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Máy điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình (2021)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH ****** KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN (Tài liệu dùng cho hệ: Cao đẳng nghề Điện Công nghiệp trong Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình) 0 Năm 2021
Lời nói đầu Việc tổ chức biên soạn Giáo trình của Nhà trường đã được thực hiện ở khoa Cơ điện nhằm phục vụ cho việc đào tạo các nghề Điện - Điện Lạnh và một số nghề liên quan đang được giảng dạy tại khoa, đồng thời từng bước thống nhất nội dung giảng dạy và học tập các nghề trong Nhà trường. Giáo trình Máy điện được biên soạn theo chương trình dạy nghề Điện Công nghiệp, dùng làm tài liệu giảng dạy cho hệ Cao đẳng và trung cấp. Nội dung Giáo trình gắn sát với chương trình dạy nghề của Nhà trường kết hợp với những nội dung mới ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức cho người học. Giáo trình Máy điện gồm các nội dung chính: - Bài 1: Máy biến áp. - Bài 2: Động cơ điện xoay chiều 1 pha . - Bài 3: Động cơ điện xoay chiều 3 pha . - Bài 4: Tính toán, quấn lại động cơ xoay chiều ba pha . - Bài 5: Vận hành máy phát điện. Trong giáo trình Máy điện, nội dung chủ yếu giới thiệu về khái niệm máy điện, các định luật điện từ dùng trong máy điện và nguyên lý hoạt động chung của máy điện. Giới thiệu về máy biến áp, máy điện không đồng bộ và máy phát điện, cấu tạo, nguyên lý làm việc, sơ đồ thay thế và các thông số cơ bản. Các chế độ làm việc của máy biến áp, các phương pháp mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ, cách đấu máy phát đồng bộ làm việc song song và các chế độ đấu nối dây quấn máy điện một chiều. Về dây quấn máy điện quay, giới thiệu các kiểu dây quấn được sử dụng trong máy điện quay, nêu cụ thể các phương pháp tính toán và thành lập sơ đồ trải dây quấn, thi công quấn lại bộ dây quấn máy điện không đồng bộ 1 pha và 3 pha cũng như dây quấn phần ứng máy biến áp. Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã có cố gắng, song không tránh khỏi khiếm khuyết. Rất mong nhận được sự đóng góp của người đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn, đạt chất lượng cao và phù hợp hơn với người học. Xin chân thành cảm ơn ! GIÁO VIÊN BIÊN SOẠN Nguyễn Văn Hiện 1
BÀI 1 MÁY BIẾN ÁP Mục tiêu của bài: -Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp; - Tính toán thông số và quấn lại được máy biến áp công suất nhỏ; - Có ý thức tiết kiệm vật tư, bảo quản các loại dụng cụ và đảm bảm an toàn trong thực tập. - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. 1. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY BIẾN ÁP. *Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. 1.1. Cấu tạo: Máy biến áp bao gồm: Lõi thép và dây quấn. Hình 1-1 Cấu tạo máy biến áp. - Lõi thép: Dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt, thường là các lá thép kỹ thuật điện có bề dầy 0,35 ÷ 0,5mm được sơn cách điện và ghép lại với nhau. 2
Hình 1-2 Lõi thép chữ EI máy biến áp. Hình 1-3 Các hình dạng lõi thép máy biến áp. - Dây quấn: + Dây quấn MBA thường có hai hoặc nhiều dây quấn được chế tạo bằng dây đồng (hoặc nhôm), có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện . + Dây quấn có chức năng nhận và truyền năng lượng, được chế tạo từ dây đồng hoặc nhôm có tiết diện chữ nhật hay tròn được bọc cách điện bên ngoài. Cuộn dây gồm nhiều vòng dây quấn quanh lõi thép, cuộn nối với nguồn điện vào được gọi là cuộn sơ cấp và cuộn nối với nguồn điện ra là cuộn thứ cấp. Những máy biến áp được chế tạo từ dây đồng sẽ truyền dẫn điện nhanh hơn, giảm được hiện tượng oxi hóa và có tuổi thọ cao hơn. 3
Hình 1-4 Dây quấn thép máy biến áp. 1.2. Nguyên lý làm việc máy biến áp. Hình 1-5 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy biến áp. + Dây quấn 1 có N1 vòng dây được nối với nguồn điện áp xoay chiều u1, gọi là dây quấn sơ cấp. Ký hiệu các đại lượng phía dây quấn sơ cấp đều có con số 1 kèm theo như u1, i1, e1, ... + Dây quấn 2 có N2 vòng dây cung cấp điện cho phụ tải Zt, gọi là dây quấn thứ cấp. Ký hiệu các đại lượng phía dây quấn thứ cấp đều có con số 2 kèm theo như u2, i2, e2, ... + Đặt điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn sơ cấp, trong dây quấn sơ cấp sẽ có dòng i1. Trong lõi thép sẽ có từ thông móc vòng với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp gọi là từ thông chính . Từ thông này cảm ứng ra các sức điện động e1 và 4
e2. Khi MBA có tải, trong dây quấn thứ cấp sẽ có dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2. Nếu giả thiết MBA đã cho là MBA lý tưởng, nghĩa là bỏ qua sụt áp gây ra do điện trở và từ thông tản của dây quấn thì E1  U1 và E2  U2: Tỉ số biến áp k của MBA: U1 I 2 Như vậy, ta có:  k U 2 I1 Nếu N2 > N1 thì U2 > U1 và I2 < I1: MBA tăng áp. Nếu N2 < N1 thì U2 < U1 và I2 > I1: MBA giảm áp. 2. TÍNH TOÁN, QUẤN LẠI DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP. 2.1. Tính toán dây quấn máy biến áp. Quá trình tính toán tiến hành theo các bước như sau: - Bước 1: Đo các kích thước tiêu chuẩn của lá thép E,I . Khi sử dụng lõi thép E, I; sinh viên cần đo các kích thước sau (xem hình 1- 6) nếu sử dụng lá thép E, I đúng tiêu chuẩn. *Ký hiệu và tên gọi các kích thước cơ bản của lõi thép: a : Bề rộng trụ giữa của lõi thép. b : Bề dầy của lõi thép biến áp. c: bề rộng cửa sổ lõi thép . h: bề cao cửa sổ lõi thép. Các kích thước này khi đo tính theo đơn vị [mm] hay [cm]. 5
Hình 1-6 Kích thước lõi thép máy biến áp. - Bước 2: Tính công suất máy biến áp . PMBA  P1  1,2 P2 (w) + Công suất nguồn sơ cấp(P1) P1  U 1 .I 1 cos  (w) + Công suất nguồn thứ cấp P2  U 2 I 2 cos  (w) - Bước 3: Tính tiết diện lõi thép máy biến áp . S LTh  1,25 PMBA ( cm2) S LTh  a.b (cm2) - Bước 4: Xác định giá trị nv (số vòng dây quấn tạo ra 1 volt sức điện động cảm ứng) . W K (Vòng/vôn) S LTh Chọn K(45÷60) mật độ từ thông hay từ cảm (B) dùng tính toán cho lỏi thép. + Tính số vòng cuộn dây sơ cấp (W1). W 1  U 1W (Vòng) + Tính số vòng cuộn dây sơ cấp (W2). 6
W 2  U 2W  5%U 2W (Vòng) - Bước 5: Dòng điện phía sơ cấp (I1) và thứ cấp (I2) + Dòng điện phía sơ cấp (I1) U1 I1  . (A ) P1 cos  +Dòng điện phía thứ cấp (I2) U2 I2  . (A) P2 cos  - Bước 6: Đường kính dây trần phía sơ cấp (d1) và thứ cấp (d2). + Đường kính dây trần phía sơ cấp (d1) d1  0,72 I 1 . (mm2) + Đường kính dây trần phía sơ cấp (d2) d 2  0,72 I 2 . (mm2) 2.2. Quấn dây máy biến áp. 2.2.1. Kỹ thuật làm khuôn quấn. -Bước 1: Đo thông số kích thước lõi thép máy biến áp. Hình 1-7 Thông số kích thước lõi thép máy biến áp. -Bước 2: Dàn trải thông số kích thước lõi thép máy biến áp trên bìa giấy cách điện. 7
Hình 2-7 Kích thước khuôn gỗ, khuôn bìa máy biến áp. -Bước 3: Phương pháp gấp khuôn bìa bọc quanh lõi gỗ. Hình 1-8 Gấp khuôn bìa bọc quanh lõi gỗ. -Bước 4: Gá lắp các chi tiết khuôn máy biến áp trên trục máy quấn. 8
Hình 1-9 Gá lắp khuôn quấn trên trục máy quấn. 2.2.2. Kỹ thuật quấn cuộn dây thứ cấp và thứ cấp. Quá trình thực tập tiến hành theo các bước như sau: - Bước 1 : Lắp ráp lõi gỗ và khuôn quấn dây vào máy quấn dây . Với các biến áp có công suất nhỏ, đường kính dây quấn nhỏ hơn 0,5mm chúng ta có thể sử dụng các bàn quấn (hay tay quấn dây) có tỉ số truyền động 1/10 hay 1/5. Tỉ số truyền động 1/10 tương ứng với một vòng quay tay bằng 10 vòng quay của trục quấn. Tỉ số biến tốc của trục quay tay so với trục quấn dây càng chênh lệch xa, lực căng dây càng tăng , dây quấn càng sát; tuy nhiên với đường kính dây quá nhỏ có khả năng làm đứt dây tại các thời điểm bắt đầu quay, hay tại các thời điểm ngừng quay đột ngột. Hình 1-10 Lót giấy cách điện cho lớp dây quấn đầu tiên. -Bước 2: Lót giấy cách điện cho lớp dây quấn đầu tiên. 9
Để đảm bảo an toàn cho máy biến áp làm việc ổn định và lâu dài, tránh trường hợp xước lớp cách điện dây quấn Hình 1-11 Lót giấy cách điện cho lớp dây quấn đầu tiên. - Bước 3 : Giữ các đầu dây ra trước khi bắt đầu quấn dây quấn sơ cấp . + Khóa chặt đầu dây đầu tiên cuộn sơ cấp bằng bìa cách điện gấp đôi lại rồi quấn trồng lên 7 đến 10 vòng. + Thông thường để thuận lợi cho việc xếp dây quấn, chúng ta thường chọn bộ dây có đường kính nhỏ bố trí bên trong, bộ dây có đường kính lớn hơn được bố trí bên ngoài. Thực hiện theo phương pháp này chúng ta tránh gặp hiện tượng làm căng mặt ngoài lớp men cách điện khi dây quấn đi qua các giao tuyến của các mặt phẳng xếp dây; tránh được sự cố làm bong vỡ lớp men cách điện tại các vị trí chuyển hướng trong quá trình chuyển mặt xếp dây quấn. Hình 1-12 Khóa chặt đầu dây đầu tiên cuộn sơ cấp bằng bìa cách điện 10
-Bước 4: Tiến hành quấn cuộn dây sơ cấp, thứ cấp MBA. + Khóa chặt đầu dây đầu tiên cuộn sơ cấp bằng bìa cách điện gấp đôi lại rồi quấn trồng lên 7 đến 10 vòng. + Các vòng dây vuông góc với trục máy quấn, các vòng dây sát vào nhau không được chồng chéo dây. Đếm đúng số vòng đã được tính toán trước. + Khóa chặt đầu dây kết thúc cuộn sơ cấp bằng bìa cách điện gấp đôi lại rồi quấn trồng lên 7 đến 10 vòng chờ sẵn, sau đó đưa đầu dây kết thúc qua lòng mép gấp dút sát lại vòng dây liền kề. + Cuộn dây sơ cấp MBA chỉ có một cấp điện áp duy nhất nên chỉ có 2 dầu dây ra. Chú ý: mỗi một lớp dây quấn nên lót một lớp cách điện để đảm bảo tuổi thọ MBA Hình 1-13 Kỹ thuật quấn dây MBA - Bước 5 : Phương pháp lót giấy cách điện lớp giữa các lớp dây quấn. Sau khi thực hiện đủ số vòng dây quấn một lớp, trước khi quấn tiếp lớp thứ nhì, chúng ta cần lót giấy cách điện lớp. Công dụng của lớp giấy lót cách điện lớp được trình bày như sau: + Tạo lớp đế phẳng để quấn lớp dây kế tiếp, tránh các hiện tượng đùa dây quấn do lực căng của lớp thứ hai tác động lên các vòng dây quấn của lớp đầu tiên (xem hình 1.13). + Với phương pháp lót cách điện lớp có gấp mí biên, vòng dây đầu của lớp thứ nhì được định vị cố định và chống hiện tượng đùa chạy dây quấn. Tuy 11
nhiên, nhược điểm của công nghệ này làm tăng bề dầy cuộn dây ở hai phía mép bìa. Hình 1-14 Lót giấy cách điện giữa các lớp dây quấn. - Bước 6 : Phương pháp gút giữ đầu ra dây khi hoàn tất cuộn dây quấn. + Khi thực hiện quấn còn khoảng mười vòng dây thì đúng giá trị yêu cầu , chúng ta dừng lại và bố trí băng vải (hay băng giấy cách điện) để giữ đầu ra dây. Vị trí bố trí băng vải có thể thực hiện ở hai mặt: một ở phía mặt ra dây và một ở phản diện của mặt ra dây. + Sau đó, chúng ta tiếp tục quấn tiếp số vòng còn lại, các vòng dây quấn cuối này được quấn đè lên băng vải hay băng giấy giữ đầu dây. Khi đến vòng dây cuối cùng, chúng ta ướm đủ độ dài ra dây, dùng kềm cắt đứt đoạn dây quấn tách rời khỏi rouleau dây để ra dây. Sau đó luồn qua đầu còn dư của phần băng vải (hay băng giấy); kế tiếp rút sát băng vải (hay băng giấy) để giữ sát và chặt đầu ra dây. 12
Hình 1-15 Khóa giữ đầu dây kết thúc. - Bước 7 : Hoàn chỉnh các đầu ra dây trước khi ghép lõi thép vào dây quấn. Theo từng bước đã trình bày như trên. Sau khi quấn xong các bộ dây, chúng ta cần hàn các dây mềm nối các đầu dây ra trước khi lắp ghép các lá thép vào bộ dây. Trình tự hàn các dây mềm vào các đầu ra dây (của các bộ dây quấn) tiến hành theo các công đoạn như sau: + Cạo sạch lớp men bọc tại các đoạn dây ở đầu ra dây. + Xi chì các đầu ra dây. + Làm sạch lớp oxid đồng bàm trên đầu đoạn dây mềm cần hàn nối. Hình 1-16 Ghép lá thép MBA. 13
- Bước 8 : Kiểm tra an toàn điện, cấp nguồn chạy thử. + Sau khi ghép hoàn chỉnh lõi thép vào cuộn dây, dùng Ohm kế kiểm tra lại cách điện giữa cuộn dây với lõi thép; cách điện giữa các bộ dây với nhau; kiểm tra tính liên lạc giữa các vòng dây trong từng bộ dây quấn. +Cấp nguồn điện vào dây quấn sơ cấp, đo dòng điện không tải và kiểm tra điện áp ra trên thứ cấp; kiểm tra lại tỉ số biến áp. Hình 1-17. Kiểm tra máy biến áp bằng đồng hồ VOM + Kết nối đầu đo của DMM với đầu vào của máy biến áp để xác minh xem cuộn sơ cấp của máy có bị ngắn mạch hay không. Sử dụng cách tương tự để kiểm tra mạch thứ cấp của máy biến áp. + Nguồn điện vào và ra của máy biến áp có thể được ký hiệu bằng cách dán nhãn, hoặc đầu vào được làm bằng hai dây trắng đen. + Nếu máy biến áp có cầu nối, đầu vào sẽ được ký hiệu bằng chữ L đại diện cho dòng điện nóng, và chữ L đại diện cho dòng trung hòa. Đầu ra của máy biến áp là phía tạo ra điện áp thấp hơn. + Nếu dòng điện đầu vào không đạt tới giá trị dự kiến thì vấn đề không nằm ở máy biến áp mà ở mạch điện đầu vào 14
BÀI 2 ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU 1 PHA Mục tiêu của bài: -Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp; - Tính toán thông số và quấn lại được máy biến áp công suất nhỏ; - Có ý thức tiết kiệm vật tư, bảo quản các loại dụng cụ và đảm bảm an toàn trong thực tập. - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. 1. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC. 1.1. Cấu tạo. Hình 2-1 Cấu tạo động cơ điện xoay chiều 1 pha. *Gồm hai phần chính là Stato (phần tĩnh) và roto (phần quay). 15
- Phần tĩnh (Stato): Hình 2-2 Cấu tạo Stato động cơ điện 1 pha + Lõi thép : Được cấu tạo bởi nhiều lá thép kỹ thuật điện có chiều dầy (0.35  0.5)mm ghép lại. Lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện có hình dạng cực từ. Ở khoảng 1/3 cung cực có dập rãnh để đặt vòng ngắn mạch. Để nối kín mạch từ dùng hai miếng sắt non được uốn cong theo mặt cực gọi là sắt liên từ + Cuộn dây : Cuộn dây làm bằng đồng; phía ngoài có tráng ê may cách điện và được đặt vào rãnh Stato ôm lấy các cực từ, cách điện với lõi thép. Số cuộn dây và số vòng trong mỗi cuộn phụ thuộc vào công suất của động cơ, điện áp sử dụng và tốc độ quay của Rôto. Hình 2-3 Công tắc ly tâm động cơ điện 1 pha. 16
- Công tắc ly tâm motor điện 1 pha: Do cuộn dây phụ chỉ hoạt động khi động cơ bắt đầu làm việc, khi tốc độ đạt tới 72%÷83% tốc độ định mức cuộn dây phụ sẽ rời khỏi trạng thái làm việc, cho nên cần có công tắc ly tâm. Sau khi tốc độ quay tăng cao, vì tác dụng của lực ly tâm, làm cho tiếp điểm của công tắc ly tâm nhả ra, khiến cho cuộn dây phụ tách khỏi nguồn điện. Do cuộn dây phụ chỉ có tác dụng khi khởi động, cho nên số vòng dây tương đối nhiều, dây dẫn tương đối mảnh. Nếu công tắc ly tâm mất tác dụng thì cuộn dây phụ sẽ làm việc liên tục, dẫn đến làm việc quá tải có thể làm cuộn dây phụ bị cháy. - Tụ điện: duy trì giữ trong mạch cho cả hai việc khởi động và chạy. Tụ điện cải thiện cả hai mô men khởi động và chạy. Động cơ điện một pha chạy và khởi động dùng tụ dùng cả hai tụ điện để cung cấp một lợi ích, trong cả hai việc khởi động và dùng tụ. Khi lựa chọn tụ đề, điều mà bạn cần quan tâm đến chính là giá trị của điện dung và điện áp. Thông thường, tụ đề thay thế phải có giá trị điện áp cao hơn hoặc bằng và điện dung cũng phải ngang ngửa với tụ đang cần thay thế. +Tụ đề: hiện nay đa số đều được chế tạo theo kiểu tụ không phân cực. Chức năng chính của tụ chính là tăng moment khởi động của mô tơ trong khoảng thời gian nhất định. +Tụ ngậm: được tạo ra từ nguyên liệu chính đó là Polypropylene. Hầu hết các loại tụ ngậm đều là tụ không phân cực. Tụ điện có chức năng đảm bảo ổn định nguồn điện trong suốt thời gian mà động cơ hoạt động. Hình 2-3 Tụ điện động cơ điện 1 pha. 17
- Phần động(Rô to): Hình 2-4: Cấu tạo Roto động cơ điện 1 pha - Roto(phần quay) là loại roto lồng sóc gồm lõi thép và dây quấn roto, trục roto + lõi thép làm bằng thép lá kỹ thuật điện ghép thành khối trụ, mặt ngoài có các rãnh để đặt các phần tử dây quấn, ở tâm trục có lỗ để lắp trục. Hình 2-5: Cấu tạo lõi thép Roto động cơ điện 1 pha + Dây quấn roto gồm các thanh dẫn bằng nhôm đặt trong các rãnh của lõi thép và ở hai đầu nối với nhau bằng vòng nhôm(dây quấn ngắn mạch) tạo thành mạch kín. Nếu động cơ được sử dụng làm quạt thì cánh quạt được gắn trên trục của rô to. 18
Hình 2-6: Cấu tạo dây quấn Roto động cơ điện 1 pha 1.2. Nguyên lý làm việc: Khi cho dòng điện vào quạt thì từ trường tạo bởi hai cuộn làm việc và cuộn đề hợp thành, từ trường quay nhờ sự lệch pha gữa hai dòng điện trong hai cuộn. Từ trường quay này tác động lên roto làm phát sinh dòng điện ứng chạy trong roto. Dòng điện ứng dưới tác dụng của từ trường quay tao ra moment quay làm quay roto theo chiều từ trường quay. Tốc độ quay của quạt được xác định: n = 60. f / p Trong đó: f: tần số dòng điện của nguồn điện. P: Số cặp cực từ. Hình 2-7: Sơ đồ hoạt động của động cơ điện 1 pha 19