Báo cáo thí nghiệm chuyên môn máy điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO MÁY ĐIỆN

Giáo viên hướng dẫn:ThS : Hồ Mạnh Tiến
Sinh viên thực hiện : Trần Trung Chính
Phạm Trọng Thuận
Lớp : Trang Bị Điện- Điện tử trong CN và GTVT K52
HÀ NỘI-2014
Mục lục
Chương 1: Tổng quan về các thiết bị
A. Động cơ
1. Động cơ không đồng
2. Máy phát điện đồng bộ
3. Máy điện một chiều
4. Máy biến áp
B. Tìm hiểu khí cụ
1. Áp tô mát
2. Con tac tor
3. Rơ le nhiệt (Rơ le thời gian)
Chương 2: Khởi động động cơ Không đồng bộ roto lồng sóc
1. Khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ
2. Khởi động bằng đổi nối
3. Khởi động bằng đảo chiều quay động cơ
Chương 3 : Hòa đồng bộ 2 máy phát xoay chiều
CHƯƠNG I
TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ
I. Động cơ không đồng bộ
1.1 khái niệm
Động cơ không đồng bộ 3 pha thuộc loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý
cảm ứng điện từ và lực điện từ, khi làm việc luôn có tốc độ quay của rotor nhỏ hơn tốc độ từ

trường quay.
Động cơ không đồng bộ 3 pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo
đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao, và gần như không cần bảo trì.
Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
Động cơ không đồng bộ roto dây quấn
1.2 Cấu tạo
Giống như các loại máy điện quay khác ,động cơ không đồng bộ ba pha gồm có các bộ
phận chính sau :
+ phần tĩnh hay còn gọi là stato
+ phần quay hay còn gọi là roto
a. Stato
Là phần trực tiếp nhận năng lượng của nguồn điện xoay chiều 3 pha đối xứng.
Stato bao gồm ba bộ phận chính là vỏ, lõi thép và dây quấn.
Lõi Thép :
Lõi thép là phần dẫn từ . Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm bớt
tổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại.
Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ
sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn
hao do dòng điện xoáy gây nên. Mặt trong của lá thép có rãnh để đặt hệ thống dây quấn ba pha
đối xứng.
Dây Quấn :
Dây quấn stator được làm bằng đồng có bọc cách điện, dây quấn mỗi pha có số vòng
bằng nhau và phân bố đối xứng theo chu vi lõi thép. Nghĩa là mỗi pha sẽ cách đều nhau 120
0
.
Các điểm đầu của mỗi pha dây quấn được ký hiệu bằng chữ cái A, B, C và các điểm cuối
các pha tương ứng được ký hiệu bằng chữ cái X, Y, Z. Các điểm này được đưa ra hộp nối dây có
thể nối sao (
Vỏ Máy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn. Thường vỏ máy làm bằng gang. Đối

với vỏ máy có công suất tương đối lớn (1000 kw) thường dùng thép tấm hàn lại làm vỏ máy, tùy
theo cách làm nguội, máy và dạng vỏ máy cũng khác nhau .
b. Roto
Phần quay gồm ba bộ phận chính là: trục, lõi thép và dây quấn
Trục :
Được chế tạo bằng thép nhờ hai đầu trục có ổ đỡ làm cho roto quay được dễ dàng trong lòng của
lõi thép stato.
Lõi Thép :
Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stato lõi thép được ép trực tiếp lên
trục máy hoặc lên một giá roto của máy. Phía ngoài của lá thép có sẽ rãnh để đặt dây quấn.
Dây quấn :
Phân loại làm hai loại chính roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc (ngắn mạch):
- Loại roto kiểu dây quấn : roto kiểu dây quấn ( hình 1.3) cũng giống như dây quấn ba
pha stato và có cùng số cực từ dây quấn stato. Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao (Y)
và có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor và cách điện với trục. Ba
Hình 1.2 tấm thép hình rẻ quạt
chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện và một biến trở cũng nối sao
nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.
Hình 1.3 : rotor kiểu dây quấn
- Rotor kiểu lồng sóc (hình 1.4) : Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và
bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đấu. Với động cơ nhỏ, dây quấn rotor được
đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát.
Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh roto
và gắn chặt vành ngắn mạch.
1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ
Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khí suất hiện
từ trường quay với tốc độ n
1
= 60 f
1

/p (f
1
là tần số lưới điện, p là số cặp cực, tốc độ từ trường
quay). Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn rotor có
dòng diện I
2
chạy qua. Từ thông do dòng 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
moment. Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của roto. Trong những phạm vi tồc
độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau. Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng
của chúng trong ba phạm vi tốc độ.
Hệ số trượt s của máy:
s = =
Như vậy khi n = n
1
thì s = 0, còn khi n = 0 thì s = 1 ; khi n > n
1
, s < 0 và roto quay ngược
chiều từ trường quay n < 0 thì s > 1.
2. Máy biến áp
Máy biến áp là một thiết bị điện từ dùng từ trường để biến đổi năng lượng điện của hệ thống
dòng điện xoay chiều có trị số điện áp U1 sang hệ thống dòng điện xoay chiều có trị số điện áp
U2 với tần số không đổi.
MBA là loại thiết bị quan trọng trong hệ thống điện lực nó cho phép ghép nối giữa các nguồn
điện với các hệ thống phụ tải , tạo ra khả năng tốt nhất cho quá trình chuyền tải và phân phối
điện năng.
2.1 : Cấu tạo của MBA
MBA có 2 bộ phận chính : lõi thép và dây quấn
a)Lõi thép MBA
Lõi thép MBA dùng để dẫn từ thông chính trong máy , vì vậy phải được chế tạo từ những vật

liệu có độ dẫn từ tốt để tạo thành mạch từ khép kín. Vật liệu làm lõi thép là những lá thép kỹ
thuật điện có chiều dày 0.5 hoặc 0.35 mm mục đính để giảm dòng điện xoáy.
Lõi thép được chia thành 2 phần : trụ và gông
b) Dây quấn MBA
Được chế tạo từ đồng hoặc nhôm. Tùy theo công suất mà dây dẫn có tiết diện tròn chữ nhật
hoặc tròn bầu dục.Bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện.
Đối với loại MBA điện lực ngày nay thì toàn bộ lõi thép và dây quấn của nó được đặt trong
thùng dầu (dầu biến áp) mục đính là để làm mát ,tăng cường cách điện MBA có công suất lớn.
Bên ngoài thùng dầu có cánh tản nhiệt tăng khả năng tản nhiệt bằng đối lưu.
Hình ảnh MBA thực tế :
3.Máy phát điện đồng bộ (MFĐĐB)
MFĐĐB là loại máy điện xoay chiều luôn có tốc độ n của roto bằng tốc độ quay của từ trường
quay n
1
. Khi làm việc ở chế độ xác lập thì tốc đọ quay n luôn không đổi và không phụ thuộc vào
tải.
Máy điện đồng bộ có thể làm việc ở cả 2 chế độ máy phát và động cơ
3.1: Cấu tạo
MFĐĐB có hai bộ phận chính : stato và roto
a) Stato
Là bộ phận tạo ra hoặc tiếp nhận năng lượng của dòng điện xoay chiều ba pha đối xứng. Stato
của MFĐĐB có cấu tạo hoàn toàn giống như stato của ĐCKĐB ba pha nhưng thường được chế
tạo với kích thước lớn hơn. Phương thức làm mát thường là cưỡng bức đối với các loại máy có
công suất lớn.
b) Roto
Là bộ phận để tạo ra từ trường chính
0
gồm 3 bộ phận chính : trục , lõi thép , dây quấn kích từ.
Rôto gồm hai loại cực từ lồi và cực từ ẩn
- Roto cực lồi thích ứng với các loại máy điện có tốc dưới 1500 vòng/phút

- Roto cực ẩn thích ứng với máy điện có tốc độ 3000 vòng/phút phù hợp với các loại nhà
máy nhiệt điện.
3.2 Nguyên lý làm việc
- Tất cả các loại máy phát đều làm việc dựa trên cơ sở của định luật cảm ứng điện từ. Khi
động cơ sơ cấp ( động cơ có thể là động cơ điện, diezen, tuốc bin khí hơi hoặc thủy điện )
kéo roto của MFĐĐB quay với tốc độ ổn định n. Nguồn cung cấp dòng điện kích từ sẽ
quay theo dòng điện Ikt hình thành cung cấp cho dây quấn R và từ trường chính
0
hình
thành. Đường sức của từ trường này cũng quay với tốc độ n do vậy mà sẽ cắt các hệ
thống thanh dẫn đứng yên của dây quấn S. Theo định luật cảm ứng điện từ thì trong các
thanh dẫn của dây quấn stato sẽ cảm ứng hệ thống sđđ xoay chiều 3 pha đối xứng có
chung tần số được xác định :
f = (hz)
- Do từ trường phân bố trong khe hở không khí giữa lõi thép roto và stato là hình sin ,nên
các sđđ cũng biến đổi theo quy luật đó, nhưng chúng lệch pha nhau 120
0
eA =Em . sin wt
eB =Em . sin (wt - 120
0
)
eC =Em . sin (wt + 120
0
)
Hình ảnh MFĐ ĐB trên phòng thí nghiệm:
II. Tìm hiểu về khí cụ điện
2.1 Aptomat
Áptômát còn có tên gọi khác là CB(Circuit Breaker), cầu dao tự động. Áptômát là loại
khí cụ dùng để tự động ngắt mạch điện, bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp, ….
Áptômát có ba yêu cầu sau :

- Chế độ làm việc ở định mức của Áptômát phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là trị số
dòng điện định mức chạy qua áptômát lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác, Mạch dòng
của ápôtmát phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã
đóng hay đang đóng.
- Áptômát phải ngắt được dòng điện ngắn mạch lớn, có thể đến vài chục kilôampe. Sau khi
ngắt dòng điện ngắn mạch, áptômát phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định
mức.
- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự ngắn mạch
do dòng điện ngắn mạch gây ra, áptômát phải có thời gian cắt bé. Muốn vậy thường phải kết hợp
lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong áptômát. Để thực hiện yêu cầu thao tác
bảo vệ có tính chọn lọc, áptômát cần phải có khả năng điều chỉnh dòng điện tác động và thời
gian tác động.
2.1.1 Cấu tạo
2.1.2 Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ nguyên lý của áptômát dòng điện cực đại và áptômát điện áp thấp được trình bày
như hình sau:
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, áptômát được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm
nhờ móc khớp 2 với móc khớp 3 cùng một điểm với tiếp điểm động.
Bật áptômát ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4
không hút.
Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lò xo 6
làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò
xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của áptômát được mở ra, mạch điện bị ngắt.
Bật áptômát ở trạng thái ON, với điện áp nam châm điện 11 và phần ứng nam châm điện
11 và phần ứng 10 hút lại với nhau.
Khi sụt áp định mức, nam châm điện 11 sẽ nhả phần ứng 10, lò xo 9 kéo móc 8 bật lên,
móc 7 thả tự do, thả lỏng, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả mợ các tiếp điểm của áptômát được mở
ra, mạch điện bị ngắt.
2.1.3 Cách lựa chọn áptômát :
U

đmA
≥ U
đmlđ
I
đmA
≥ I
tt
Đối với tải sinh hoạt
I
đmA
≥ Đối với tải công nghiệp
2.2 CÔNG TẮC TƠ (MC – 22b)
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa,
bằng tay hay tự động.
Công tắc tơ có 2 vị trí : đóng – cắt được chế tạo có số lần đóng cắt lớn, tần số đóng cắt có
thể tới 1500 lần trong một giờ.
Hình ảnh công tắc tơ trong thực tế :
Cách lựa chon công tắc tơ:
Ta lựa chọn công tắc tơ theo các yêu cầu sau:
+ Điện áp định mức:
Là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng/cắt Có các
cấp: 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.
Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn từ 85% đến 105%U
đm
.
+ Dòng điện định mức:
Là dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn - lâu dài, nghĩa là ở
chế độ này thời gian công tắc tơ ở trạng thái đóng không lâu quá 8 giờ.
Công tắc tơ hạ áp có các cấp dòng thông dụng: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300,
(600A).

Nếu đặt công tắc tơ trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm
mát kém, khi làm việc dài hạn thì chọn dòng điện định mức nhỏ hơn nữa.
+ Khả năng đóng và cắt:
Đối với công tắc tơ xoay chiều dùng để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc cần có khả năng đóng yêu cầu dòng điện bằng 3,7I
đm
. Khả năng cắt với công tắc tơ xoay
chiều phải đạt bội số khoảng 10 lần dòng điện định mức khi tải cảm.
+ Hệ thống tiếp điểm:
Phải chịu được độ mài mòn về điện và cơ trong các chế độ làm việc nặng nề, có tần số
thao tác đóng cắt lớn.
2.3 RƠ LE NHIỆT (MT – 32 )
2.3.1 Công dụng và phân loại
a. Công dụng
Rơ le nhiệt là một loại khí cụ điện, để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải,
thường dùng kèm với công tắc tơ. Nó được dùng ở điện áp xoay chiều đến 500V. Tần số 50Hz,
loại mới điện áp một chiều đến 440V.
Rơ le nhiệt không tác động tức thời theo dòng nhiệt vì có quán tính nhiệt cần thời gian để
phát nóng. Thời gian làm việc cần vài giây đến vài phút, do vậy nó không thể bảo vệ ngắn mạch
được.
b. Phân loại
+ Theo kết cấu: rơ le nhiệt kiểu hở và kiểu kín.
+ Theo phương pháp đốt nóng: rơ le nhiệt có phần tử đốt nóng trược tiếp, gián tiếp và hỗn hợp.
+ Theo yêu cầu sử dụng: rơ le một cực và 2 cực.
2.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
a. Cấu tạo

Nguyên lý cấu tạo của rơle
1. Phần tử đốt nóng
2.Thanh lưỡng kim

3. Đòn xoay
4. Tiếp điểm thường đóng
5. Nút phục hồi
6. Lò xo
7. Thanh kéo cách điện
b. Nguyên lý làm việc
Nguyên lý chung của rơ le nhiệt dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt của dòng điện.
Nguyên lý tác dụng của loại rơle này là dữa trên hệ số giãn nở dài khác nhau của kim loại
khi bị đốt nóng. Do đó phần tử của rơle này phiến kim loại kép. Cấu tạo từ 2 tấm kim loại. Bình
thường thanh lưỡng kim 2 loại kim loại ở 2 trang thái như hình trên, tiếp điểm thường đóng 4
vẩn đóng đối tượng làm việc vẫn làm việc bình thường, khi đối tượng cần bảo vệ bị quá tải nhỏ
lâu dài, phần tử đốt nóng 1 sẽ bị cong lên và tỏa nhiệt ra xung quanh. Thanh lưỡng kim 2 bị nóng
cong lên trên, rời khỏi đòn xoay 3 lò xo 6 sẻ kéo đòn xoay 3 quay ngược chiều kim đồng hồ, đầu
giới đòn xoay sang phải và kéo theo thanh kéo cách điện 7, tiếp điểm thường đóng 4 mở ra, cắt
điện mạch điều khiển đối tượng được bảo vệ. Nên tiếp điểm không tự đống lại được. Muốn rơ le
trở lại tình trạng ban đầu phải nhấn nút phục hồi 5.
Khi sự cố quá tải được giải quyết, thanh lưỡng kim nguội và cong xuống nhưng chỉ tì vào đầu
trên của đòn xoay 3.
2.3.3 Tính chọn role nhiệt
Role nhiệt là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ sự quá tải của thiết bị điện hoạc động cơ điện
nó thường kết hợp với con tac tor xoay chiều để bảo vệ động cơ KĐB 3 pha.
Rơ le nhiệt được chế tạo ở điện áp xoay chieeuf380V có f = 50 Hz và công suất có thể đạt
150A
Để tăng khả năng bảo vệ ta thường kết hợp với cầu chì,như vậy vừa bảo vệ quá tải vừa bảo
vệ được ngắn mạch.
Hình ảnh Rơ le nhiệt lúc thực hành:
2.4. Rơ le thời gian (T48N –A Timer )

Trong tự động điều khiển chúng ta thường gặp những trường hợp cần có một khoảng thời
gian giữa những thời điểm tác động của 2 hay nhiều thiết bị, hoặc trong tự động hóa các quá

trình sản xuất nhiều khi phải tiến hành các thao tác kế tiếp nhau cách nhau những khoảng thời
gian xác định. Để tạo được những khoảng thời gian cần thiết đó, người ta dùng rơle thời gian.
Như vậy rơle thời gian là rơle có đặc tính: Khi có tín hiệu vào rơle thì sau một thời gian xác định
rơle mới phát tín hiệu ở đầu ra.
CHƯƠNG II THỰC HÀNH TRÊN BÀN THÍ NGHIỆM
I. MỞ MÁY TRỰC TIẾP ĐỘNG CƠ ROTO LỒNG SÓC
Mạch động lực
Mạch điều khiển
Mạch đi dây thực tế trên bàn thí nghiệm:
II. ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC
Mạch động lực
Mạch điều khiển
Mạch đi dây trên bàn thí nghiệm
III.Khởi đông động cơ bằng đổi nối
Phương pháp này thích hợp với các động cơ khi hoạt động bình thường đấu tam giác. Khi mở
máy ta đổi thành đấu sao. Phương pháp này làm giảm dòng điện mở máy đi 3 lần, do đó Mmm
cũng giảm đi 3 lần Vì thế chỉ phù hợp với động cơ mở máy lúc không tải hoặc non tải. Sau khi
khởi động ta lại đổi thành đấu tam giác.
- Sơ đồ mạch động lực
- Mạch điều khiển
- Sơ đồ mạch điều khiển thực tế
CHƯƠNG III: THỰC HÀNH HÒA ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐIỆN 3 PHA Ở PHÒNG THÍ
NGHIỆM
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ
Có 2 phương pháp hòa đồng bộ : hòa đồng bộ chính xác và hòa tự đồng bộ.
6.1 Hòa đồng bộ chính xác :
Khi đóng máy phát bằng phương pháp hòa chính xác cần phải thực hiện những công việc sau :
- San bằng về trị số của điện áp máy phát được đóng vào UF và điện áp mạng UHT
(


UF
≈
UHT

)
- San bằng tốc độ góc quay của máy phát được đóng vào
ω
F và tốc độ góc quay của các máy
phát trong hệ thống
ω
HT (
ω
F
≈ω
HT).
- Làm cho góc pha của các véctơ điện áp máy phát và điện áp mạng trùng nhau vào lúc đóng
máy cắt (Góc lệch pha giữa các véctơ điện áp máy phát và điện áp mạng
δ≈
0)
• Như vậy trình tự thực hiện hòa đồng bộ chính xác như sau: Trước khi đóng một máy phát
vào làm việc song song với các máy phát khác thì máy phát đó phải được kích từ trước,
khi tốc độ quay và điện áp của máy phát đó xấp xỉ với tốc độ quay và điện áp của các máy
phát khác cần chọn thời điểm thuận lợi để đóng máy phát sao cho lúc đó độ lệch điện áp
giữa các máy phát gần bằng không, nhờ vậy dòng cân bằng lúc đóng máy sẽ nhỏ nhất.
6.2 Hòa tự đồng bộ:
Khi đóng máy phát bằng phương pháp tự đồng bộ phải tuân theo những điều kiện sau :
- Máy phát không được kích từ (kích từ của máy phát đã được cắt ra bởi aptomat điện từ ).
- Tốc độ góc quay của máy phát đóng vào phải gần bằng tốc độ góc quay của các máy phát đang
làm việc trong hệ thống.
• Trình tự thực hiện: Trước khi đóng một máy phát vào làm việc song song với các máy

phát khác thì máy phát đó chưa được kích từ, khi tốc độ quay của máy phát đó xấp xỉ với
tốc độ quay của các máy phát khác thì máy phát đó được đóng vào, ngay sau đó dòng kích
từ sẽ được đưa vào rôto và máy phát sẽ đươc kéo vào làm việc đồng bộ.
6.3.THỰC HÀNH HÒA ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐIỆN BA PHA Ở PHÒNG THÍ
NGHIỆM