Nguyên lí vận hành máy điện

Báo cáo thực tập xưởng điện
Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
1
LỜI MỞ
ĐẦU
Có thể khẳng định, với sinh viên khoa Điện một trong những môn học được mong
chờ và thích thú nhất chính là môn thực tập xưởng. Không chỉ bởi nội dung hay mà sinh
viên còn được “học đi đôi với hành” và hơn nữa là sự tận tình của thầy cô hướng dẫn.
Em xin trình bày
Kỹ thuật điện là ngành ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng,
đo lường, điều khiển tín hiệu ... bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tín
hiệu điện từ trong các hoạt động thực tế của con người.
Các máy thực hiện biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại gọi là các
máy
điện. Các máy biến từ cơ năng thành điện năng được gọi là máy phát điện, các máy
điện để thực hiện các quá trình ngược lại được gọi là động cơ. Các máy điện đều có tính
chất thuận nghịch tức là đều có khả năng biến đổi cơ năng thành năng lượng điện và
ngược lại.
Máy điện gồm hai phần: mạch điện và mạch từ. Mạch điện được cấu tạo bởi
các cuộn dây, còn mạch từ cấu tạo bởi lõi sắt từ. Máy điện gồm có máy điện tĩnh và máy
điện động. Máy điện tĩnh là máy điện mà vị trí tương đối giữa các phần trong máy là
không thay
đổi, còn máy điện động là máy điện mà vị trí tương đối giữa các phần trong máy điện
thay đổi khi máy điện hoạt động. Do có thể biến đổi từ năng lượng điện thành năng
lượng cơ và ngược lại từ năng lượng cơ thành năng lượng điện nên máy điện được dùng
phổ biến trong các nghành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải,...
Do tầm quan trọng của máy điện nên trong chương trình học tập tại
trường ĐHBKHN ngoài việc được học cơ sở lý thuyết về máy điện trên lớp chúng em
còn được đi thực tập xưởng 3 tuần lễ. Nhờ vậy chúng em hiểu rõ hơn về nguyên lý vận
hành của máy
điện và chúng em còn được học kỹ thuật quấn dây của máy biến áp nhỏ, động cơ ba pha

Báo cáo thực tập xưởng điện
Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
2
rô to lồng sóc.
Em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Điện và các thầy hướng
dẫn:
Nguyễn Quang Hùng
Nguyễn Huy Thiện
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để giúp đỡ chúng em hoàn thành đợt thực tập
này.
MỤC
LỤ
C
PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY
ĐIỆN Bài 1: Cơ sở lý thuyết máy điện
Bài 2: Máy điện không đồng bộ
Bài 3: Cơ sở thiết kế bộ dây quấn stato động cơ không đồng bộ
Bài 4: Kỹ thuật quấn dây
PHẦN II: CÔNG NGHỆ QUẤN DÂY VÀ SỐ LIỆU KỸ
THUẬT I. Yêu cầu kỹ thuật
II. Công nghệ và số liệu kỹ thuật
1. Bài tập về dây quấn khuôn phân tán 1 lớp
2. Bài tập về dây quấn khuôn đồng tâm tập trung 1
lớp. PHẦN III: KẾT LUẬN
Báo cáo thực tập xưởng điện
Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
3
PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY
ĐIỆN
§1. Cơ Sở Lý Thuyết Máy

Đ
i
ện
I. G i ới th i ệu chung về m á y
đ iện
Theo quan điểm năng lượng thì trong tất cả các thiết bị điện đều xảy ra quá trình
chuyển động năng lượng điện từ. Quá trình đó được thể hiện qua các hiện tượng: biến
đổi,
tích phóng năng lượng và truyền tải năng lượng. Máy điện là thiết bị điện thực hiện
chức năng biến đổi và truyền tải năng lượng điện từ. Hiện tượng biến đổi và truyền
tải năng
lượng thông qua sự tồn tại của điện trường và từ trường trong máy điện. Cấu tạo của
máy
điện gồm hai phần cơ bản: mạch điện và mạch
từ.
Mạch từ gồm bộ phận dẫn từ và khe hở không khí
Mạch điện gồm các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn điện tạo thành các
vòng kín có thể cho dòng điện chạy qua.
Tuỳ theo cấu tạo, nguyên lý làm việc, chức năng mà máy điện được chia ra
làm
Báo cáo thực tập xưởng điện
Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
4
nhiều loại, nhưng chúng đều có điểm chung
sau:
- Cửa vào là cửa đưa năng lượng vào máy.
- Cửa ra là cửa đưa năng lượng ra khỏi máy.
Tuỳ theo chức năng của các loại máy điện mà ta có thể xác định được dạng năng
lượng ở đầu vào và đầu ra của máy điện:
- Nếu đầu vào là năng lượng điện thì máy điện là động cơ điện.

- Nếu đầu và là cơ năng thì máy điện là máy phát điện.
- Nếu đầu vào và đầu ra của máy điện đều là điện năng u,i thì máy điện đóng
vai trò là máy truyền tải điện năng.
Sự biến đổi cơ điện trong máy dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Nguyên lý
này cũng đặt cơ sở cho các bộ biến đổi cảm ứng dùng để biến đổi năng lượng điện với
những
giá trị áp, dòng... thành dòng điện với các giá trị áp, dòng khác. Máy biến áp là thiết bị
biến đổi cảm ứng đơn giản thuộc loại này. Các dây quấn và mạch từ của nó đứng yên và
quá trình biến đổi từ trường để sinh ra sức điện động cảm ứng trong các dây quấn
cũng được
thực hiện bằng phương pháp
điện.
Máy điện có nhiều loại, và được phân loại theo nhiều cách khác nhau, có thể phân
loại theo công suất, cấu tạo, chức năng, nguyên lý làm việc... Và ở đây ta chỉ xét máy
điện dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng.
a) Máy đ i ệ n t ĩnh
Báo cáo thực tập xưởng điện
Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
5
Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, do sự biến đổi từ
thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau.
Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp
Máy điện tĩnh dùng để biến đổi thông số của dòng điện, như máy biến áp để biến
đổi hai thông số của dòng điện là giá trị áp và giá trị dòng.
b) Máy đ i ệ n động
Nguyên lý làm việc cũng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, do
từ
trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra.
Loại máy này thường dùng để biến đổi dạng năng lượng. Đó là biến đổi năng
lượng điện thành cơ năng và ngược lại cơ năng thành điện năng. Đại diện cho loại máy

điện động là động cơ điện ( biến đổi điện năng thành cơ năng) và máy phát điện ( biến
đổi cơ năng thành điện năng).Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch (như sơ đồ hinh
dưới) nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện
tóm lại ta có thể tóm lược sự phân loại máy điện thông dụng thường gặp theo sơ
đồ
sau đây:
Máy điện
Máy điện tĩnh máy diện có phần quay
Máy điện xoay chiều máy điện một chiều
Máy điện Máy điện
Không đồng
bộ đồng bộ
MBA ĐCKĐB MFKĐB ĐCĐB MFĐB động cơ 1 chiều máy phát 1
chiều
II. Nguyên lý làm v i ệ c c ủ a máy phát đ iện và động cơ đ iệ n.
Máy điện có tính chất rất quan trọng là tính thuận nghịch, tức là nó vừa có thể là động
cơ điện vừa có thể là máy phát điện.
1. C h ế độ máy phát đ iện
Báo cáo thực tập xưởng điện
Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
6
Giả thiết thanh dẫn có chiều dài l đặt vuông góc với từ trường có độ từ cảm là
B ( như hình vẽ). Khi tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học F
cơ
thanh dẫn sẽ chuyển
động với vận tốc v trong từ trường của nam châm N_S và trong thanh dẫn sẽ cảm
ứng suất điện động e. Nếu nối thanh dẫn với tải thì sẽ có dòng điện i chạy trong
thanh dẫn. Đây là nguyên lý để tạo ra máy phát điện. Nếu không tính tới điện trở của
thanh dẫn thì u = e. và công suất máy phát điện cung cấp cho phụ tải là p =u.i
Dòng điện nằm trong thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của từ trường

F
đt
= B.i.l và có chiều như hình
vẽ.
Khi máy quay với tốc độ không đổi, lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động
cơ
sơ cấp: F
cơ
= F
đt
và nhân hai vế với v ta được: F
cơ
.v = F
đt
.v = B.i.l.v = e.i và như vậy
công suất của động cơ sơ cấp: P
cơ
= F
cơ
.v đã thành công suất điện P
điện
= e.i nghĩa là cơ
năng đã chuyển thành điện năng.
2. C h ế độ động cơ
đ iện
Báo cáo thực tập xưởng điện
Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
7
Cung cấp điện cho máy điện, điện áp u của nguồn điện sẽ gây ra dòng i trong thanh
dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F

đt
= B.i.l tác dụng lên thanh dẫn
làm thanh dẫn chuyển động với vận tốc v ( như hình vẽ).
Khi đó công suất điện đưa vào động cơ: P = u.i = e.i = B.l.v.i = F
đt
.v
Như vậy, công suất điện từ P
đ
= u.i đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ
P
cơ
= F
đt
.v trên trục động cơ. Điện năng cũng đã biến thành cơ năng.
Vậy: một thiết bị điện từ tuỳ năng lượng đưa vào mà máy điện có thể làm việc ở
chế
độ động cơ hay máy phát:
- Nếu đưa vào phần quay của máy điện là cơ năng thì nó làm việc ở chế độ
máy phát.
- Nếu đưa vào phần quay của máy phát là điện năng thì nó sẽ làm việc ở chế
độ động cơ.
⇒
Mọi loại máy điện đều có tính chất thuận nghịch.
III. S ơ lư ợ c v ề các v ậ t liệu c h ế t ạ o máy đ iện
Vật liệu chế tạo máy điện có thể chia ra làm 3 loại:
- Vật liệu tác dụng.
- Vật liệu kết cấu.
- Vật liệu cách điện.
1. Vật l iệu tác d ụng
Báo cáo thực tập xưởng điện

Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
8
Đó là vật liệu dẫn điện và dẫn từ. Các vật liệu này được dùng để tạo điều kiện
cần thiết sinh ra các biến đổi điện từ.
a) Vật liệu dẫn từ:
Vật liệu dẫn từ là vật liệu dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ, người ta
dùng các vật liệu sắt từ để làm mạch từ: thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép
đúc, thép
rèn. Gang ít được dùng vì dẫn từ kém.
Người ta dùng các loại thép từ tính chất khác nhau nhưng chủ yếu là thép lá kỹ
thuật điện, có hàm lượng silíc khác nhau nhưng không vựơt quá 4,5%. Hàm lượng
silíc này dùng để hạn chế tổn hao do từ trễ và tăng điện trở của thép để giảm tổn hao
dòng điện xoáy.
Ở mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50hz thường dùng lá thép kỹ thuật điện
có
độ dày 0,35 – 0,5 mm, trong thành phần thép có từ 2-5% Si(để tăng điện trở của thép,
giảm dòng điện xoáy). Ở tần số cao thì người ta dùng thép có độ dày nhỏ hơn 0,1 – 0,2
mm.
Người ta thường sử dụng lá thép dày 0,35 mm dùng trong máy biến áp và 0,5 mm
dùng trong các máy điện quay ghép lại làm lõi sắt để làm giảm tổn hao do dòng điện
xoáy
tạo
nên.
Tuỳ theo cách chế tạo, người ta chia ra làm hai loại: cán nóng, cán nguội. Loại
sau có những tính năng về từ tốt hơn như độ từ thẩm cao hơn, tổn hao thép ít hơn. Hiện
nay với
những máy biến áp và máy điện công suất lớn thì người ta thường chế tạo với vật liệu từ
là thép cán nguội.
Thép cán nguội chia làm hai loại: đẳng hướng và vô hướng. Loại đẳng hướng có
đặc

Báo cáo thực tập xưởng điện
Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
9
điểm: dọc theo chiều cán thì tính năng từ tốt hơn so với ngang chiều cán, do đó
thường
được dùng trong các máy biến áp, còn loại vô hướng thì đặc tính từ đều theo mọi
hướng nên thường dùng trong máy điện quay.
b) Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện để chế tạo các bộ phận dẫn điện. Vật liệu dẫn điện tốt nhất trong
máy điện là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ( ρ = 0,0172
Ω
mm
2
/m) . Ngoài ra còn dùng nhôm( ρ = 0,0282
Ω
mm
2
/m) và các hợp kim khác
như đồng thau,
đồng phốt pho. Để chế tạo dây quấn thường người ta dùng đồng, đôi khi là nhôm.
Dây đồng và nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật, có bọc các loại
cách điện khác nhau như sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học... Với các máy điện
công suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 700V thường dùng dây emai vì các lớp
cách điện của dây mỏng đạt độ bền yêu cầu. Đối với các bộ phận khác như vành đổi
chiều, lồng sóc hay vành trượt ngoài đồng, nhôm người ta còn dùng cả thép để tăng
cường độ bền cơ học và giảm kim loại màu.
2. Vật l iệu k ết
c ấu
Là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu tác động cơ học như trục, ổ trục, vỏ máy,
nắp máy. Vật liệu này thường bằng gang, sắt, thép đúc hoặc thép rèn, kim loại màu và

các hợp
kim của chúng, các chất
dẻo.
3. Vật l iệu cách
đ iện
Để cách điện các bộ phận mang điện với các bộ phận không mang điện, người ta
dùng vật liệu cách điện, vì vậy đây là vật liệu quan trọng trong máy điện, nó quyết
Báo cáo thực tập xưởng điện
Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
10
định
phần lớn sự làm việc ổn định của máy điện. Do đó, những vật liệu này đòi hỏi phải có
độ
bền điện cao, độ dẫn nhiệt tốt, có độ vững chắc về cơ khí để không bị hỏng khi
lắp ráp và vận hành máy điện.
Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm:
- Chất hữu cơ thiên nhiên: giấy, vải, lụa ....
- Chất vô cơ: amiăng, mica ....
- Các chất tổng hợp
- Các loại men, sơn cách điện
Chất cách điện tốt nhất là mica, song tương đối đắt nên dùng trong các máy điện
có
điện áp cao. Thông thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải sợi, .... Chúng có
độ bền cơ tốt, rẻ tiền nhưng dẫn nhiệt xấu, hút ẩm và cách điện kém. Do đó, dây
dẫn cách điện sợi
phải được sấy tẩm để cải thiện tính năng của vật liệu cách điện.
Ngoài ra, còn có chất cách điện ở thể khí( như không khí, hidrô,...) hoặc thể
lỏng
(dầu MBA...).
+ Vật liệu khí: không khí là một chất cách điện tốt, tuy nhiên để cách điện

tốt người ta thường dùng khí trơ; hidro được sử dụng trong trường hợp cần cách
điện và làm mát bên trong của vật liệu.
+ Vật liệu lỏng ( dầu MBA...) đây là loại vật liệu cách điện rất quan trọng trong
máy
điện vì nó có thể len lỏi vào các khe rất nhỏ và còn có thể sử dụng để dập hồ quang.
Căn cứ vào độ bền nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra làm nhiều loại,
thường người ta chia làm 7 cấp:
Cấp cách điện Y A E B F H C
Báo cáo thực tập xưởng điện
Thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn quang Hùng ,Nguyễn huy Thiện
11
Nhiệt độ làm việc 90 105 120 130 155 180 > 180
cho phép(ºC)
Ta có thể tóm tắt cấp cách điện ở bảng dưới đây:
Cấp cách
điện Vật liệu
Sợi xenlulô, bông
hoặc tơ tằm trong
vật liệu hữu cơ
Nhiệt độ giới hạn cho
phép vật liệu (ºC)
Nhiệt độ trung bình cho phép cấp
dây quấn (ºC)
A lỏng 105 100
Vài loại màng
E tổng hợp 120 115
Amiăng, sợi thuỷ
B tinh có chất kết 130 120
dính vật liệu gốc
mica

Amiăng, vật liệu
gốc mica, sợi thuỷ
tinh có chất kết
dính và tơ tổng
F hợp 155 140
Vật liệu gốc mica,
amiăng, sợi thuỷ
tinh kết hợp chất
kết dính và tấm Si
H hữu cơ 180 165
IV. Phát nóng và làm mát máy đ iện
Trong máy điện xảy ra quá trình biến đổi hoặc truyền tải năng lượng và có sự tổn
hao năng lượng
∑
Δ
p
. Trong máy phát điện tổn hao chủ yếu là trong lõi thép( do hiện
tượng từ trễ và dòng xoáy), trong điện trở dây quấn máy điện và do ma sát ở các ổ trục, lực
cản của quạt làm mát máy phát điện ... tổn hao này làm nóng máy và ảnh hưởng đến chất
lượng của vật liệu cách điện.
Để làm mát máy điện, nhiệt lượng sinh ra phải được tản ra môi trường xung quanh
bằng cách tăng diện tích tiếp xúc của máy điện với không khí làm mát, tăng tốc độ đối lưu
của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát. Thường vỏ máy điện, được chế
tạo có cánh tải nhiệt và đối với máy điện có công suất lớn thường có hệ thống quạt gió
hoặc bơm nước làm mát.
Kích thước của máy, phương pháp làm mát phải được tính toán và lựa chọn, để cho
độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện máy không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảo
cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài khoảng 20 năm.
Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt
quá độ tăng nhiệt của các phần tử cho phép. Khi máy quá tải, độ tăng nhiệt sẽ vượt qúa

nhiệt độ cho phép, vì thế không cho phép quá tải lâu dài.