Giáo trình Mô đun thiết bị điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:203

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình “Mô đun Thiết bị điện” với nội dung chủ yếu là trình bày ngắn gọn cấu tạo, nguyên lý làm việc, ứng dụng và cách kiểm tra, bảo dưỡng các thiết bị điện thường dùng trong công nghiệp và sinh hoạt. Mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung bài giảng này.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Mô đun thiết bị điện

BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN THIẾT BỊ ĐIỆN GT2016-03-05 Ban biên soạn: Th.S Vũ Hải Thượng Th.S Vũ Tiến Lập NAM ĐỊNH, 2016
LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước ta thì thiết bị điện điện đóng vai trò rất quan trọng. Việc hiểu được bản chất, cách sử dụng, kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị điện sẽ giúp chúng ta có những giải pháp hiệu quả cho sản xuất. Để làm được điều này, đối với sinh viên, ngoài việc học lý thuyết thì việc thực hành, thí nghiệm là yêu cầu bắt buộc. Khoa Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã có bề dày giảng dạy thực hành các môn học/mô đun liên quan đến thiết bị điện trong nhiều năm qua. Hơn nữa, nhà trường đã trang bị nhiều thiết bị hiện đại, đồng bộ giúp cho sinh viên dễ dàng tiếp cận những vấn đề sát với thực tiễn. Tuy nhiên, tài liệu hướng dẫn lại chưa đầy đủ và thống nhất. Chính vì vậy, chúng tôi đã biên soạn giáo trình “Mô đun Thiết bị điện” với nội dung chủ yếu là trình bày ngắn gọn cấu tạo, nguyên lý làm việc, ứng dụng và cách kiểm tra, bảo dưỡng các thiết bị điện thường dùng trong công nghiệp và sinh hoạt. Giáo trình gồm 06 bài như sau: Bài 1: Khái niệm chung về thiết bị điện Bài 2: Khí cụ điện Bài 3: Máy biến áp Bài 4: Máy điện không đồng bộ Bài 5: Máy điện đồng bộ Bài 6: Máy điện một chiều Giáo trình được biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy, làm tài liệu học tập cho đối tượng là sinh viên nghề điện tử công nghiệp, khoa điện - điện tử của trường và cũng là tài liệu tham khảo cho các sinh viên, kỹ sư, kỹ thuật viên quan tâm nghiên cứu. Khi biên soạn chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan và phù hợp với đối tượng sử dụng cũng như cố gắng gắn những nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao. Tuy vậy chắc chắn khó tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về bộ môn Cơ sở kỹ thuật điện, khoa Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định. Các tác giả iii
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................... iii MỤC LỤC ............................................................................................................ iv Danh mục hình vẽ ............................................................................................... vii Danh mục bảng biểu .............................................................................................. x Danh mục các từ viết tắt, phiên âm ..................................................................... xii BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THIẾT BỊ ĐIỆN ........................................... 1 I. Mục tiêu .................................................................................................................... 1 II. Nội dung .................................................................................................................. 1 1.1. Khái niệm, phân loại thiết bị điện ......................................................................... 1 1.1.1. Khái niệm, phân loại khí cụ điện ...................................................................1 1.1.2. Khái niệm, phân loại máy điện ......................................................................2 1.2. Các trạng thái và chế độ làm việc của thiết bị điện .............................................. 3 1.2.1. Các trạng thái làm việc ..................................................................................3 1.2.2. Các chế độ làm việc của thiết bị điện ............................................................3 1.2.3. Tính thuận nghịch của máy điện ....................................................................3 1.3. Nam châm điện ..................................................................................................... 4 1.3.1 Khái niệm, cấu tạo và nguyên lý làm việc.......................................................4 1.3.2. Lực hút điện từ trong nam châm điện ............................................................5 1.3.3. Kiểm tra, bảo dưỡng nam châm điện trong một số khí cụ điện .....................6 1.4. Tiếp xúc điện ...................................................................................................... 10 1.4.1. Khái niệm, các dạng tiếp xúc điện ...............................................................10 1.4.2. Kết cấu tiếp điểm ..........................................................................................11 1.4.3. Kiểm tra bảo dưỡng tiếp điểm .....................................................................12 1.5. Hồ quang điện ..................................................................................................... 16 1.5.1. Khái niệm, quá trình phát sinh hồ quang điện .............................................16 1.5.2. Các biện pháp dập tắt hồ quang điện ..........................................................17 1.5.3. Kiểm tra, bảo dưỡng cơ cấu dập hồ quang..................................................17 BÀI 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ........................................................................................ 20 I. Mục tiêu .................................................................................................................. 20 II. Nội dung ................................................................................................................ 20 2.1. Khí cụ điện đóng cắt ........................................................................................... 20 2.1.1. Khí cụ điện đóng cắt bằng tay .....................................................................20 2.1.2. Khí cụ điện đóng cắt tự động .......................................................................32 2.2. Khí cụ điện điều khiển ........................................................................................ 41 iv
2.2.1. Rơle điện từ ..................................................................................................41 2.2.2. Rơle trung gian ............................................................................................44 2.2.3. Rơle thời gian ...............................................................................................47 2.2.4. Rơle dòng điện .............................................................................................51 2.2.5. Rơle điện áp .................................................................................................54 2.2.6. Rơle tốc độ ...................................................................................................56 2.3. Khí cụ điện bảo vệ .............................................................................................. 57 2.3.1. Cầu chì .........................................................................................................57 2.3.2. Aptômat ........................................................................................................60 2.3.3. Rơle nhiệt .....................................................................................................65 BÀI 3: MÁY BIẾN ÁP ...................................................................................... 69 I. Mục tiêu .................................................................................................................. 69 II. Nội dung ................................................................................................................ 69 3.1. Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý làm việc và các đại lượng định mức .................. 69 3.1.1. Khái niệm .....................................................................................................69 3.1.2. Cấu tạo .........................................................................................................69 3.1.3. Nguyên lý làm việc .......................................................................................72 3.1.4. Các đại lượng định mức ...............................................................................74 3.1.5. Một số máy biến áp thông dụng công suất nhỏ ...........................................74 3.2. Tính toán và quấn máy biến áp cảm ứng 1 pha công suất nhỏ ........................... 77 3.2.1. Các bước tính toán .......................................................................................77 3.2.2. Quy trình quấn dây.......................................................................................85 3.3. Kiểm tra, bảo dưỡng máy biến áp ....................................................................... 94 BÀI 4: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ....................................................... 101 I. Mục tiêu ................................................................................................................ 101 II. Nội dung .............................................................................................................. 101 4.1. Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý làm việc và các đại lượng định mức ................ 101 4.1.1. Khái niệm ...................................................................................................101 4.1.2. Cấu tạo .......................................................................................................102 4.1.3. Nguyên lý làm việc .....................................................................................103 4.1.4. Các đại lượng định mức .............................................................................105 4.2. Mômen quay và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha ...................... 105 4.2.1. Biểu thức mômen điện từ............................................................................105 4.2.2. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha .........................................106 4.3. Cách xác định cực tính của động cơ không đồng bộ ........................................ 108 4.3.1. Xác định cực tính động cơ 3 pha ...............................................................108 4.3.2. Xác định cực tính động cơ 1 pha ...............................................................113 v
4.4. Kiểm tra, bảo dưỡng sửa chữa động cơ không đồng bộ ................................... 116 4.4.1. Khởi động và ngừng động cơ điện .............................................................116 4.4.2. Kiểm tra động cơ trong lúc đang vận hành ................................................120 4.5. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ .................................... 125 4.5.1. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha ....................125 4.5.2. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 1 pha ....................135 BÀI 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ....................................................................... 141 I. Mục tiêu ................................................................................................................ 141 II. Nội dung .............................................................................................................. 141 5.1. Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý làm việc và các đại lượng định mức ................ 141 5.1.1. Khái niệm ...................................................................................................141 5.1.2. Cấu tạo .......................................................................................................141 5.1.3. Nguyên lý làm việc .....................................................................................143 5.1.4. Các đại lượng định mức .............................................................................144 Câu hỏi .................................................................................................................144 5.2. Động cơ đồng bộ công suất nhỏ ....................................................................... 144 5.2.1. Động cơ bước .............................................................................................144 5.2.2. Động cơ AC servo ......................................................................................149 5.3. Kiểm tra, bảo dưỡng máy phát điện đồng bộ ................................................... 151 BÀI 6: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ................................................................... 159 I. Mục tiêu ................................................................................................................ 159 II. Nội dung .............................................................................................................. 159 6.1. Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý làm việc và các đại lượng định mức ................ 159 6.1.1. Khái niệm ...................................................................................................159 6.1.2. Cấu tạo .......................................................................................................159 6.1.3. Nguyên lý làm việc .....................................................................................162 6.1.4. Các đại lượng định mức .............................................................................165 6.1.5. Phân loại ....................................................................................................165 6.2. Động cơ một chiều công suất nhỏ .................................................................... 166 6.2.1. Động cơ một chiều không tiếp xúc (BLDC) ...............................................166 6.2.2. Động cơ DC servo ......................................................................................169 6.3. Kiểm tra, bảo dưỡng động cơ một chiều (công suất nhỏ)................................170 PHỤ LỤC ............................................................................................................. xi Danh mục các tài liệu tham khảo ....................................................................... xiii vi
Danh mục hình vẽ Hình 1.1. Cấu tạo nam châm điện ...................................................................................4 Hình 1.2. NCĐ trong rơle điện từ ....................................................................................5 Hình 1.3. NCĐ trong loa điện .........................................................................................5 Hình 1.4. Cực tính NCĐ ..................................................................................................5 Hình 1.5. Các dạng bề mặt tiếp xúc điện .......................................................................10 Hình 1.6 Tiếp điểm công son ........................................................................................11 Hình 1.7. Tiếp điểm kiểu cầu ........................................................................................11 Hình 1.8. Tiếp điểm kiểu dao ........................................................................................12 Hình 1.9. Hình dạng một số loại tiếp điểm....................................................................12 Hình 1.10. Hình dạng một số loại buồng dập hồ quang ................................................17 Hình 2.1. Cầu dao 3 pha ................................................................................................21 Hình 2.2. Cầu dao có lưỡi dao phụ ................................................................................21 Hình 2.3. Hình dạng một số loại cầu dao ......................................................................21 Hình 2.4. Ký hiệu một số loại công tắc .........................................................................25 Hình 2.5. Cấu tạo công tắc xoay....................................................................................25 Hình 2.6. Cấu tạo công tắc hành trình ...........................................................................26 Hình 2.7. Công tắc xoay ................................................................................................26 Hình 2.8. Công tắc hành trình .......................................................................................26 Hình 2.9. Cấu tạo nút ấn ................................................................................................29 Hình 2.10. Nút ấn đơn NO - NC và nút ấn kép .............................................................30 Hình 2.11. Bộ nút ấn kép 3 nút ......................................................................................30 Hình 2.12. Ký hiệu tiếp điểm và cuộn dây côngtăctơ ...................................................32 Hình 2.13. Hình dáng chung Côngtăctơ ........................................................................33 Hình 2.14. Cấu tạo của côngtăctơ LS (Hàn Quốc) ........................................................35 Hình 2.15. Hoạt động của côngtăctơ .............................................................................36 Hình 2.16. Cấu tạo rơle điện từ .....................................................................................42 Hình 2.17. Rơle điện từ 5 chân 12VDC ........................................................................42 Hình 2.18. Sơ đồ chân của rơle điện từ 5 chân 12VDC ................................................42 Hình 2.19. Ký hiệu rơle trung gian ................................................................................45 Hình 2.20. Rơle trung gian 8 chân và đế cắm ...............................................................45 Hình 2.21. Sơ đồ chân rơle trung gian 8 chân ...............................................................45 Hình 2.22. Ký hiệu cuộn dây và tiếp điểm của rơle thời gian .......................................48 Hình 2.23. Mạch điện rơle thời gian điện tử .................................................................48 Hình 2.24. Sơ đồ nối dây (sơ đồ chân) và biểu đồ thời gian của rơle ...........................49 Hình 2.25. Hình dáng thực tế một số loại rơle thời gian ...............................................49 Hình 2.26. Rơle dòng khởi động động cơ .....................................................................52 vii
Hình 2.27. Rơle dòng EOCR-SS Samwha ....................................................................53 Hình 2.28. Rơle điện áp MX200A Mikro .....................................................................55 Hình 2.29. Nguyên lý cấu tạo của rơle tốc độ ...............................................................56 Hình 2.30. Hình dáng và sơ đồ các đầu ra của rơle tốc độ SX2 ....................................57 Hình 2.31. Hình dáng một số loại cầu chì thực tế .........................................................58 Hình 2.32. Cấu tạo một loại aptômat 3 pha ...................................................................61 Hình 2.33. Sơ đồ nguyên lý làm việc của Aptômat.......................................................62 Hình 2.34. Cấu tạo rơle nhiệt ........................................................................................66 Hình 3.1. Mạch từ kiểu trụ ............................................................................................70 Hình 3.2. Dây quấn máy biến áp ...................................................................................71 Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý của MBA một pha hai dây quấn .........................................72 Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý biến áp tự ngẫu 220/110V ..................................................75 Hình 3.5. Máy biến áp hàn hồ quang.............................................................................75 Hình 3.6. Bộ ổn áp .........................................................................................................76 Hình 3.7. Máy biến áp có dây quấn thứ cấp đối xứng ...................................................76 Hình 3.8. Các kích thước cơ bản của lõi thép dạng chữ E, I .......................................79 Hình 3.9. Các kích thước cơ bản của lõi thép dạng U,I ................................................79 Hình 3.10. Kích thước lõi thép tính sơ bộ ....................................................................83 Hình 3.11. Kích thước lõi thép sau khi điều chỉnh ........................................................85 Hình 3.12. Kích thước lõi gỗ .........................................................................................86 Hình 3.13. Cắt bìa làm khuôn ........................................................................................86 Hình 3.14. Gấp thân khuôn quanh lõi gỗ ......................................................................86 Hình 3.15. Lồng mặt bích cách điện che cạnh dây quấn ..............................................87 Hình 3.16. Lắp lõi gỗ và khuôn quấn dây vào bào quấn ..............................................87 Hình 3.17 Phương pháp giữ đầu đầu khi số lớp là chẵn ...............................................88 Hình 3.18. Phương pháp giữ đầu đầu khi số lớp dây quấn là lẻ....................................88 Hình 3.19. Lót giấy cách điện sau khi quấn ..................................................................89 Hình 3.20. Đưa đầu dây ra khi quấn hết cuộn dây .........................................................90 Hình 3.21. Hoàn chỉnh các đầu ra .................................................................................91 Hình 3.22. Ghép lõi thép vào cuộn dây quấn.................................................................91 Hình 4.1. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ .........................................................102 Hình 4.2. Lá thép và mạch từ máy điện không đồng bộ .............................................102 Hình 4.3. Rôto dây quấn của máy điện không đồng bộ ..............................................103 Hình 4.4. Cấu tạo roto và ký hiệu máy điện không đồng bộ .......................................103 Hình 4.5. Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ .....................................104 Hình 4.6. Quan hệ M = f(s) của máy điện không đồng bộ ..........................................106 Hình 4.7. Đường đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ..................................106 viii
Hình 4.8 Phương pháp các định cực tính dùng nguồn xoay chiều ..............................108 Hình 4.9 Phương pháp các định cực tính dùng nguồn một chiều ...............................109 Hình 4.10. Cách xác định 2 đầu cùng pha ...................................................................110 Hình 4.11 Xác định cực tích cuộn dây ........................................................................110 Hình 4.12 Sơ đồ đấu dây động cơ 3 pha 9 đầu dây .....................................................111 Hình 4.13. Xác định cuộn liên lạc ...............................................................................111 Hình 4.14. Xác định cuộn dây cùng pha .....................................................................111 Hình 4.15. Xác định cực tính cuộn dây .......................................................................112 Hình 4.16. Sơ đồ đấu dây động cơ 1 pha tụ làm việc ..................................................114 Hình 4.17. Đo điện trở để xác định các đầu dây C, R, S .............................................115 Hình 4.18. Sơ đồ nguyên lý mở máy trực tiếp ............................................................125 Hình 4.19. Mở máy dùng cuộn kháng .........................................................................126 Hình 4.20. Mở máy dùng biến áp tự ngẫu ...................................................................126 Hình 4.21. Mở máy đổi nối Y/ ..................................................................................127 Hình 4.22 Mở máy thêm điện trở phụ vào dây quấn rôto ...........................................127 Hình 4.23. Sơ đồ đấu dây khi đổi tốc độ theo tỉ lệ 2:1 có mômen không đổi (Y/YY)128 Hình 4.24. Sơ đồ đấu dây khi đổi tốc độ theo tỉ lệ 2:1 có công suất không đổi(/YY) .....................................................................................................................................128 Hình 4.25. Đặc tính cơ M = f(n) của động cơ điện hai tốc độ Y/ YY .........................128 Hình 4.26. Đặc tính cơ của động cơ ............................................................................128 Hình 4. 27 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số với M = const .....................129 Hình 4.28. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số với M tỉ lệ nghịch với f1 .....129 Hình 4.29. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp ...........................................129 Hình 4.30. Điều chỉnh tốc độ động cơ rôto dây quấn dùng điện trở phụ ....................130 Hình 4.31. Sơ đồ mạch động lực và điều khiển ..........................................................131 Hình 4.32. Sơ đồ đi dây ...............................................................................................132 Hình 4.33. Sơ đồ lắp ráp ..............................................................................................132 Hình 4.34. Sơ đồ nguyên lý động một pha điện dung mở máy ...................................136 Hình 4.35. Động cơ 1 pha đặc tính làm việc tốt ..........................................................136 Hình 4.36. Sơ đồ nguyên lý mạch khởi động động cơ một pha dùng rơle dòng điện .137 Hình 4.37. Sơ đồ lắp ráp mạch khởi động động cơ 1 pha dùng rơle dòng điện ..........137 Hình 5.1. Mặt cắt ngang trục máy ...............................................................................142 Hình 5.2. Lá thép rôto cực ẩn ......................................................................................142 Hình 5.3. Lá thép rôto cực lồi ......................................................................................142 Hình 5.4. Các chi tiết cơ bản của máy phát điện đồng bộ ...........................................143 Hình 5.5. Hình dáng động cơ bước và driver ..............................................................145 Hình 5.6. Sơ đồ nguyên lý động cơ bước ....................................................................146 ix
Hình 5.7. Sơ đồ nối chân điều khiển với driver của động cơ bước .............................148 Hình 5.8. Cấu tạo động cơ AC servo ...........................................................................150 Hình 5.9. Sơ đồ nguyên lý động cơ AC servo .............................................................150 Hình 6.1. Cực từ chính ................................................................................................160 Hình 6.2. Cực từ phụ ...................................................................................................160 Hình 6.3. Cơ cấu chổi than ..........................................................................................160 Hình 6.4. Lá thép phần ứng .........................................................................................161 Hình 6.5. Rãnh phần ứng .............................................................................................161 Hình 6.6. Cổ góp máy điện một chiều .........................................................................162 Hình 6.7. Các chi tiết cơ bản trong máy điện một chiều .............................................162 Hình 6.8. Nguyên lý làm việc máy phát điện một chiều .............................................163 Hình 6.9. Dạng sóng máy phát một chiều chỉ có một khung dây ...............................164 Hình 6. 10 Dạng sóng máy phát một chiều có 2 khung dây........................................164 Hình 6.11. Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều ..............................................165 Hình 6.12. Các dạng máy điện một chiều ...................................................................166 Hình 6.13. Cấu tạo động cơ BLDC .............................................................................166 Hình 6.14. Sơ đồ nguyên lý động cơ BLDC 3 cuộn dây .............................................167 Hình 6.15. Cấu tạo động cơ DC servo .........................................................................169 Hình 6.16. Cấu trúc động cơ DC servo .......................................................................170 Danh mục bảng biểu Bảng 1.1. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành NCĐ ...........................................6 Bảng 1.2. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng NCĐ trong côngtăctơ.......................................7 Bảng 1.3. Các dạng sai hỏng của NCĐ ...........................................................................8 Bảng 1.4. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư ...................................................................13 Bảng 1.5. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng tiếp điểm ........................................................13 Bảng 1.6. Các dạng sai hỏng của tiếp điểm ...................................................................14 Bảng 1.7. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành hệ thống dập hồ quang .............18 Bảng 1.8. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng cơ cấu dập hồ quang ......................................18 Bảng 1.9. Các dạng sai hỏng của hệ thống dập hồ quang .............................................19 Bảng 2.1. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành cầu dao .....................................22 Bảng 2.2. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng cầu dao ...........................................................22 Bảng 2.3. Các dạng sai hỏng của cầu dao .....................................................................23 Bảng 2.4. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành công tắc ....................................26 Bảng 2.5. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng công tắc ..........................................................27 Bảng 2.6. Các dạng sai hỏng của công tắc ....................................................................28 Bảng 2.7. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành nút ấn .......................................30 x
Bảng 2.8. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng nút ấn .............................................................31 Bảng 2.9. Các dạng sai hỏng của nút ấn ........................................................................31 Bảng 2.10. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành côngtăctơ ................................37 Bảng 2.11. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng côngtăctơ .....................................................37 Bảng 2.12. Các dạng sai hỏng của côngtăctơ ................................................................39 Bảng 2.13. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành rơle điện từ .............................43 Bảng 2.14. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng rơle điện từ ...................................................43 Bảng 2.15. Các dạng sai hỏng của rơle điện từ .............................................................44 Bảng 2.16. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành rơle trung gian ........................46 Bảng 2.17. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng rơle trung gian .............................................46 Bảng 2.18. Các dạng sai hỏng của rơle trung gian ........................................................47 Bảng 2.19. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành rơle thời gian ..........................50 Bảng 2.20. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng rơle thời gian................................................50 Bảng 2.21. Các dạng sai hỏng của rơle thời gian ..........................................................51 Bảng 2.22. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành cầu chì ....................................59 Bảng 2.23. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng cầu chì ..........................................................59 Bảng 2.24. Các dạng sai hỏng của cầu chì ....................................................................60 Bảng 2.25. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành aptômat ..................................63 Bảng 2.26. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng aptômat ........................................................64 Bảng 2.27. Các dạng sai hỏng của aptômat ...................................................................64 Bảng 2.28. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành rơle nhiệt ................................67 Bảng 2.29. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng rơle nhiệt ......................................................67 Bảng 2.30. Các dạng sai hỏng của rơle nhiệt ................................................................68 Bảng 3.1. Bảng xác định hệ số ép chặt Kf ....................................................................78 Bảng 3.2. Bảng quan hệ Chtheo S2 ...............................................................................80 Bảng 3.3. Bảng quan hệ S2 với  theo Robert Kuhn ....................................................80 Bảng 3.4. Bảng quan hệ S2 với  theo Anten Hopp .....................................................80 Bảng 3.5. Bảng xác định mật độ dòng điện, khi biến thế vận hành liên tục .................81 Bảng 3.6. Bảng xác định mật độ dòng điện khi biến thế làm việc ngắn hạn ................81 Bảng 3.7 Bảng xác định mật độ dòng điện theo nhiệt độ phát nóng .............................81 Bảng 3.8. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành máy biến áp ..............................95 Bảng 3.9. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng máy biến áp ....................................................95 Bảng 3.10. Các dạng sai hỏng của máy biến áp ............................................................97 Bảng 4.1. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành xác định cực tính ĐC 3 pha ...109 Bảng 4.2. Các dạng sai hỏng khi xác định cực tính động cơ 3 pha .............................112 Bảng 4.3. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành xác định cực tính ĐC 1 pha ...114 Bảng 4.4. Các dạng sai hỏng thông thường của động cơ 1 pha ..................................115 xi
Bảng 4.5. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành động cơ không đồng bộ .........121 Bảng 4.6. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng động cơ không đồng bộ ...............................122 Bảng 4.7. Các dạng sai hỏng khi vận hành, bảo dưỡng động cơ điện.........................123 Bảng 4.8. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành lắp ráp mạch KĐ ĐC 3 pha ...133 Bảng 4.9. Trình tự lắp ráp mạch khởi động động cơ 3 pha dùng KĐT đơn ...............133 Bảng 4.10. Các dạng sai hỏng khi lắp ráp mạch khởi động động cơ 3 pha ................134 Bảng 4.11. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành lắp ráp mạch KĐ ĐC 1 pha .137 Bảng 4.12. Trình tự lắp ráp mạch khởi động động cơ 1 pha dùng rơle dòng điện .....138 Bảng 4.13. Các dạng sai hỏng khi lắp ráp mạch khởi động động cơ 1 pha ................139 Bảng 5.1. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành máy phát đồng bộ ..................151 Bảng 5.2. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng máy phát điện ..............................................152 Bảng 5.3. Các dạng sai hỏng của máy phát .................................................................156 Bảng 6.1. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư, linh kiện phục vụ thực hành ĐC1C .......171 Bảng 6.2. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng động cơ một chiều .......................................171 Bảng 6.3. Các dạng sai hỏng của động cơ một chiều ..................................................175 Danh mục các từ viết tắt, phiên âm TT Từ viết tắt Diễn giải Tên tiếng Anh 1 AC Dòng điện xoay chiều Alternating Current 2 BLDC Động cơ không chổi than Brushless DC 3 Côngtăctơ Công tắc tơ Contactor 4 DC Dòng điện một chiều Direct Current 5 ĐC ĐB Động cơ đồng bộ Synchronous Motor ĐC KĐB, Induction Motor, Asynchronous 6 Động cơ không đồng bộ M Motor 7 ĐC1C Động cơ một chiều DC Motor 8 ĐHVN Đồng hồ vạn năng Multimeter 9 ĐT Điều tốc Velocity regulation 10 GVHD Giáo viên hướng dẫn Instruction Teacher 11 KCĐ Khí cụ điện Electrical Equipment 12 KĐT Khởi động từ Contactor 13 KĐ Khởi động Start 14 LV Làm việc Run 15 MBA Máy biến áp Transformer 16 MBA CL Máy biến áp cách ly (cảm ứng) Isolation Transformer xii
17 MBA TN Máy biến áp tự ngẫu Auto Transformer 18 MF ĐB Máy phát đồng bộ Synchronous Generator 19 MSSV Mã số sinh viên Student Code 20 NCĐ Nam châm điện Electrical magnet 21 PWM Pulse Width Modulation Biến điệu độ rộng xung 22 Tô vít Cái vặn vít Pháp: tournevis; Anh: screwdriver 23 VDC Điện áp một chiều Voltage Direct Current xiii
BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THIẾT BỊ ĐIỆN I. Mục tiêu Sau khi học xong bài học này người học có khả năng: Kiến thức: - Trình bày được khái niệm, phân loại, các trạng thái làm việc của thiết bị điện. - Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, ký hiệu của nam châm điện. - Trình bày được khái niệm tiếp xúc điện, hồ quang điện. Kỹ năng: - Kiểm tra, bảo dưỡng nam châm điện, tiếp điểm, cơ cấu dập hồ quang trong một số khí cụ điện. Thái độ: - Thao tác cẩn thận, chính xác, gọn gàng, ngăn nắp. Đảm bảo vệ sinh an toàn đối với người và trang thiết bị. II. Nội dung 1.1. Khái niệm, phân loại thiết bị điện 1.1.1. Khái niệm, phân loại khí cụ điện 1. Khái niệm Khí cụ điện (KCĐ) là những thiết bị điện dùng để điều khiển, kiểm tra, tự động điều chỉnh, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chúng trong trường hợp có sự cố. Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy phát điện, các trạm biến áp, trong các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ lợi, giao thông vận tải và quốc phòng ... 2. Phân loại a) Theo chức năng, gồm có: - KCĐ dùng để đóng cắt: Dùng để đóng cắt tự động hoặc bằng tay mạch điện ở các chế độ làm việc khác nhau (cầu dao, áp tô mát, máy ngắt tự động, dao cách ly v.v...). Đặc điểm là tần số thao tác thấp (thỉnh thoảng mới phải thao tác), do đó tuổi thọ của chúng thường không cao (đến hàng chục ngàn lần đóng cắt). - KCĐ hạn chế dòng điện - điện áp: chức năng chính là hạn chế dòng điện, điện áp trong mạch không tăng quá cao khi bị sự cố. Ví dụ kháng điện để hạn chế dòng ngắn mạch, van chống sét để hạn chế điện áp sét đi vào máy biến áp. - KCĐ dùng để mở máy, điều khiển: gồm các loại KCĐ như contactor, khởi động từ, bộ khống chế, biến trở, điện trở mở máy v.v... chúng có tần số thao tác đóng cắt cao, có thể đạt tới 1500 lần/giờ, tuổi thọ có thể đạt tới hàng triệu lần đóng cắt. 1
- KCĐ tự động điều chỉnh, khống chế, duy trì chế độ làm việc và các tham số của đối tượng như các bộ ổn định điện áp, ổn định tốc độ, ổn định nhiệt độ… - KCĐ dùng để kiểm tra theo dõi: có chức năng kiểm tra, theo dõi sự làm việc của các đối tượng và biến đổi các tín hiệu không điện thành các tín hiệu điện. Gồm các rơle, các bộ cảm biến… Đặc điểm của nố là công suất thấp, thường được nối ở mạch thứ cấp để biến đổi, truyền tín hiệu. - KCĐ biến đổi dòng điện, điện áp gồm máy biến dòng, máy biến điện áp. Chúng có chức năng biến đổi dòng điện lớn, điện áp cao thành dòng điện và điện áp có trị số thích hợp, an toàn cho việc đo lường, điều khiển, bảo vệ. b) Theo nguyên lý làm việc, có các loại: điện từ, cảm ứng, nhiệt, có tiếp điểm, không có tiếp điểm v.v... c) Theo loại dòng điện: KCĐ dùng trong mạch điện 1 chiều và xoay chiều. d) Theo độ lớn điện áp, gồm có: - KCĐ cao thế: được chế tạo để dùng ở điện áp định mức từ 1000V trở lên. - KCĐ hạ thế: được chế tạo để dùng ở điện áp dưới 1000V (thường chỉ đến 600V). e) Theo điều kiện môi trường: KCĐ làm việc ở vùng nhiệt đới, ở vùng có nhiều rung động, vùng mỏ có khí nổ, ở môi trường có chất ăn mòn hoá học, loại để hở, loại bọc kín, trong các môi trường đặc biệt (chân không, dầu biến áp, khí SF6) v.v... 1.1.2. Khái niệm, phân loại máy điện 1. Khái niệm Máy điện là thiết bị điện từ, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc dùng để biến đổi các thông số điện năng như điện áp, dòng điện, tần số, số pha ... 2. Phân loại a) Theo nguyên lý biến đổi năng lượng, gồm có: - Máy điện tĩnh: dùng để biến đổi các thông số điện năng, thường gặp là máy biến áp biến đổi điện năng có thông số U1, I1, f thành điện năng có thông số U2, I2, f hoặc ngược lại. - Máy điện có phần động (quay hoặc thẳng): dùng để biến đổi dạng năng lượng như điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại. b) Theo loại dòng điện, gồm có: - Máy điện xoay chiều: sử dụng nguồn điện xoay chiều - Máy điện 1 chiều: sử dụng nguồn điện một chiều c) Theo công suất, gồm có: - Máy điện công suất nhỏ: P < 1 kW 2
- Máy điện có công suất trung bình: 1  P  10 kW - Máy điện có công suất lớn: P > 10 kW 1.2. Các trạng thái và chế độ làm việc của thiết bị điện 1.2.1. Các trạng thái làm việc 1. Trạng thái làm việc định mức Trên nhãn máy của của các thiết bị điện đều ghi các thông số kỹ thuật do nhà sản xuất quy định, gọi là các giá trị định mức (ví dụ như điện áp định mức Uđm, công suất định mức Pđm). Khi máy làm việc đúng với các thông số này thì thiết bị làm việc ở trạng thái định mức. 2. Trạng thái làm việc không định mức Khi thiết bị điện làm việc có các thông số không giống với các thông số trên nhãn được gọi là trạng thái không định mức. Nếu công suất làm việc thấp hơn định mức thì gọi là trạng thái non tải. Ngược lại công suất làm việc lớn hơn định mức được gọi là trạng thái quá tải. Khi tải bằng không được gọi là trạng thái không tải. Đặc biệt nếu tải bị nối tắt gọi là trạng thái ngắn mạch. Đây là trạng thái sự cố, có thể phá hủy thiết bị. 1.2.2. Các chế độ làm việc của thiết bị điện 1. Chế độ làm việc dài hạn Khi làm việc dài hạn, nhiệt độ trong thiết bị tăng dần đến nhiệt độ ổn định thì không tăng nữa. Lúc đó, nhiệt lượng làm nóng thiết bị cân bằng với nhiệt lượng tỏa ra môi trường ngoài. 2. Chế độ làm việc ngắn hạn Trong chế độ này nhiệt độ của thiết bị không đạt tới nhiệt độ ổn định thì đã được ngắt nguồn điện và nhiệt độ giảm dần về nhiệt độ gần với nhiệt độ môi trường. 3. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Tương tự với chế độ ngắn hạn nhưng nhiệt độ của thiết bị chưa kịp giảm về giá trị ban đầu thì thiết bị lại làm việc trở lại. Do đó nhiệt độ lại tăng lên. Quá trình cứ lặp lại đến khi giá trị nhiệt độ cao nhất và thấp nhất gần bằng nhau. 1.2.3. Tính thuận nghịch của máy điện Trong cùng một máy điện tùy theo năng lượng đưa vào máy điện mà nó có thể làm việc ở chế độ động cơ hoặc chế độ máy phát. Ở chế độ động cơ, năng lượng điện đưa vào động cơ sẽ chuyển thành công suất cơ trên trục động cơ. Ngược lại, ở chế độ máy phát, công suất cơ của động cơ sơ cấp sẽ chuyển thành năng lượng điện tại đầu ra của máy phát. Câu hỏi: Câu 1: Theo chức năng, khí cụ điện được chia thành những loại nào? Cho ví dụ. 3
Câu 2: Theo nguyên lý biến đổi năng lượng, máy điện được chia thành những loại nào? Cho ví dụ. Câu 3: Một máy điện làm việc với điện áp định mức nhưng công suất chưa đạt định mức thì có thể coi máy đang làm việc ở trạng thái định mức được không? Vì sao? 1.3. Nam châm điện 1.3.1 Khái niệm, cấu tạo và nguyên lý làm việc 1. Khái niệm Nam châm điện (NCĐ) là loại cơ cấu điện từ biến đổi điện năng thành cơ năng. NCĐ được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực như: cơ cấu truyền động của rơle điện cơ, Côngtăctơ, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, cơ cấu chấp hành của van điện từ, khớp nối, phanh hãm, bộ ly hợp kiểu điện từ, các cần trục để nâng thép, loa điện, chuông điện... 2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc Hình dáng, kết cấu và kích thước của NCĐ rất đa dạng tùy thuộc vào chức năng và mục đích sử dụng. NCĐ gồm có hai bộ phận chính là cuộn dây (phần điện) và mạch từ (phần từ). Trong thực tế ta thường gặp hai loại sau: loại có nắp chuyển động và loại không có nắp chuyển động. - Loại có nắp chuyển động: Gồm có cuộn dây 1, lõi sắt từ 2 và nắp 3 (hình 1.1) Khi có dòng điện i chạy trong cuộn dây và tạo nên sức từ động F = (iw), sinh ra từ thông 0. Từ thông này gồm 2 thành phần:  đi qua khe hở không khí làm việc  giữa nắp và lõi sắt sẽ sinh lực hút điện từ (nhờ hiện tượng từ hoá) tác dụng lên nắp. Khi lực này lớn hơn lực kéo của lò xo 4 thì nắp bị hút về phía lõi của NCĐ. Một phần của từ thông tổng không đi qua khe hở không khí làm việc mà khép kín từ thân này sang thân kia của mạch từ gọi là từ thông rò r. Khi cắt dòng điện trong cuộn dây i = 0 thì lực hút điện từ cũng không còn nữa, lò xo 4 sẽ đưa nắp về vị trí ban đầu. Cữ chặn 5 để điều chỉnh khe hở không khí . Hình 1.1. Cấu tạo nam châm điện - Loại không có nắp: gồm có cuộn dây và lõi sắt từ. Đối với loại này, các vật liệu sắt thép bị hút được xem như là nắp. 4
Hình 1.2. NCĐ trong rơle điện từ 1. Tiếp điểm; 2. Lá thép động; 3. Lõi thép Hình 1.3. NCĐ trong loa điện tĩnh; 4. Cuộn hút; 5. Đế gắn; 6. Lò xo 1.3.2. Lực hút điện từ trong nam châm điện * Quá trình xuất hiện lực hút NCĐ: Khi cho dòng điện vào cuộn dây sẽ sinh ra từ trường, vật liệu sắt từ đặt trong từ trường đó sẽ bị từ hoá và có cực tính. I N Từ thông xuyên qua vật liệu sắt từ theo đường khép kín. Theo quy định, chỗ từ thông đi ra ở vật liệu sắt từ gọi S là cực bắc (N), chỗ từ thông đi vào gọi là cực nam (S). N Từ hình 1.4 ta thấy cực tính của vật liệu sắt từ khác S dấu với cực tính của cuộn dây nên vật liệu sắt từ bị hút về phía cuộn dây bởi lực hút điện từ F. Nếu đổi chiều dòng điện trong cuộn dây thì từ trường sẽ đổi chiều, vật liệu sắt Hình 1.4. Cực tính của từ sau khi từ hoá vẫn có cực tính khác dấu với cực tính của NCĐ cuộn dây, do đó vật liệu sắt từ vẫn bị hút về phía cuộn dây. Vì vậy khi lõi từ mang cuộn dây có dòng điện, từ trường sẽ làm cho nắp bị từ hoá và hút nắp về phía lõi. Trong quá trinh nắp chuyển động khe hở không khí () thay đổi nên lực hút điện từ có độ lớn thay đổi. Khi cắt dòng điện vào cuộn dây thì lực hút điện từ F = 0 nên nắp bị nhả. Trong thực tế, vật liệu làm mạch từ có khả năng dẫn từ lớn hơn rất nhiều của không khí và nếu khe hở giữa nắp và lõi tương đối nhỏ thì công thức của lực điện từ có dạng: 1 2 F Bδ S (1.1) 2μ 0 Trong đó: - 0: là độ từ thẩm của chân không (hoặc không khí), 0 = 4.10-7 (H/m) 5
- B: là từ cảm tại khe hở, B = /S (T - Tesla) - S: là tiết diện của cực từ (m2) Đối với nam châm điện một chiều, do dòng điện một chiều trong cuộn dây sinh ra từ trường không đổi chạy trọng mạch từ nên không có tổn hao bởi dòng xoáy trong mạch từ, không có tiếng ồn và mạch từ dùng thép non ít Cácbon, dạng khối đặc. Đối với nam châm điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều trong cuộn dây sẽ tạo nên từ thông biến thiên trong mạch từ sẽ sinh ra tổn hao bởi từ trễ, dòng xoáy và tiếng ồn. Để giảm thiểu các tổn hao, mạch từ của NCĐ xoay chiều được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện có cách điện với nhau. Để hạn chế tiếng ồn thì trên mặt cực từ người ta có xẻ rãnh để đặt một vòng ngắn mạch bằng đồng đỏ. 1.3.3. Kiểm tra, bảo dưỡng nam châm điện trong một số khí cụ điện 1. Các nội dung cơ bản trong công tác kiểm tra, bảo dưỡng NCĐ Nam châm điện được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện từ nên công tác kiểm tra, bảo dưỡng NCĐ là hết sức quan trọng. Việc kiểm tra cần thực hiện thường xuyên và là yêu cầu bắt buộc sau khi có sự cố, còn việc bảo dưỡng được thực hiện định kỳ theo yêu cầu của thiết bị. Các nội dung cơ bản của công tác kiểm tra, bảo dưỡng NCĐ bao gồm: - Kiểm tra, bảo dưỡng cuộn dây - Kiểm tra, bảo dưỡng mạch từ - Kiểm tra vòng chống rung - Kiểm tra, bảo dưỡng lò xo nhả - Kiểm tra quá trình hút của NCĐ - Kiểm tra tiếng ồn do rung của NCĐ xoay chiều - Kiểm tra sự phát nóng cuộn dây 2. Thực hành a) Chuẩn bị dụng cụ, vật tư, thiết bị (cho một bàn thực tập/01 SV) Bảng 1.1 Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành NCĐ TT Tên thiết bị Mô tả kỹ thuật S.lượng Đơn vị Ghi chú A Thiết bị, dụng cụ 1 NCĐ trong côngtăctơ 380V, 32A, 3P 01 Cái 2 Tôvít 4 cạnh 5x100mm 01 Cái 3 Tôvít 2 cạnh 5x100mm 01 Cái 4 Đồng hồ vạn năng Sunwa YX-960TR 01 Cái 5 Mỏ hàn xung (hoặc nung) 220V-100W 01 Cái 6 Kìm điện 500V, 160mm 01 Cái 7 Dây cấp nguồn 1 pha 2x2,5mm2 01 Cái B Vật tư 6
1 Giấy nhám mịn 01 dm2 2 Thiếc hàn OK, 1mm 0,01 kg 3 Nhựa thông 0,01 kg Trước khi vào thực tập yêu cầu kiểm tra thiết bị, dụng cụ, vật tư: - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Đồng hồ vạn năng, Board nguồn làm việc bình thường, mỏ hàn nóng đủ nhiệt độ hàn. - Kiểm tra dụng cụ: Đầy đủ, đúng yêu cầu kỹ thuật. - Kiểm tra vật tư: Vật tư đủ, đúng chủng loại yêu cầu. - Kiểm tra vị trí thực tập: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt gọn gàng, đúng vị trí, dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp. b) Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng Bảng 1.2. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng NCĐ trong côngtăctơ Dụng cụ thiết TT Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật bị 1 Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật tư - Đồng hồ vạn - Nhận từ tủ đồ theo hướng dẫn của - Đúng chủng loại năng, NCĐ, giáo viên - Đủ số lượngkìm, tôvít, giấy - Chuyển các thiết bị về bàn thực tập - Thao tác nhẹ nhàng, nhám, thiếc hàn, cẩn thận nhựa thông, mỏ hàn ... 2 - Đo thông mạch cuộn dây: Dùng - Điện trở cuộn dây - Đồng hồ vạn ĐHVN thang đo x10 để đo điện trở khoảng 200250 năng 2 đầu cuộn dây 3 - Kiểm tra mạch từ - Mạch từ kín, bề mặt - Dùng mắt sạch, nhẵn thường để quan 4 - Đọc điện áp, tần số cuộn dây - Đọc đúng điện áp, tần sát tình trạng số mạch từ, thông 5 - Kiểm tra vòng chống rung, lò xo - Vòng không vị nứt, số cuộn dây ... nhả vỡ - Lò xo tròn đều, độ cứng vừa phải 6 - Kiểm tra quá trình hút của NCĐ: - Điện áp nguồn phù - Đồng hồ vạn + Kiểm tra điện áp nguồn lưới hợp với điện áp cuộn năng + Cấp nguồn 1 pha cho cuộn dây dây NCĐ - Dây nguồn NCĐ (chính là nguồn cấp của - NCĐ hút chặt - Tôvít Côngtăctơ) 7 - Kiểm tra tiếng ồn do rung của - Tiếng kêu nhỏ - Dùng mắt 7
NCĐ xoay chiều thường 8 - Kiểm tra sự phát nóng cuộn dây: - Nhiệt độ bề mặt cuộn - Dùng tay + Ngắt nguồn dây