Thiết kế phương án xây dựng bài thí nghiệm - thực hành động cơ không đồng bộ một pha

Khóa luận tốt nghiệp

Khoa Vật lý

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Bước sang thế kỉ XXI, thế kỉ của công nghệ thông tin và khoa học kĩ
thuật. Kĩ thuật điện là nghành kĩ thuật ứng dụng các hiện tượng điện tử để
biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lí tín hiệu, ... bao gồm việc tạo
ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện tử trong các hoạt động thực tế
của con người. Kĩ thuật điện tử đóng vai trò rất lớn trong cuộc sống.
Do vậy việc giảng dạy ở các trường phổ thông, các trường Cao Đẳng,
Đại Học phải thông qua sử dụng rộng rãi thí nghiệm về kĩ thuật. Tuy nhiên,
có nhiều lí do khác nhau mà việc sử dụng thí nghiệm trong giảng dạy kĩ thuật
ở các trường còn hạn chế. Một trong những lí do căn bản là do các tài liệu
chưa thành hệ thống, chưa tỉ mỉ và chưa đầy đủ để người đọc có thể hiểu và
lắp ráp thành bài thí nghiệm - Thực hành từ các thiết bị có sẵn.
Vì vậy xây dựng một tài liệu đầy đủ, chi tiết về bài thí nghiệm - thực
hành để người đọc có thể tự mình thực hiện bài thí nghiệm - thực hành
“ Động cơ không đồng bộ một pha ” là rất cần thiết.
Vì những lí do trên mà em đã lựa chọn đề tài "Thiết kế phương án
xây dựng bài thí nghiệm – thực hành động cơ không đồng bộ một pha".
Để đưa ra một hướng đẫn chi tiết, đầy đủ, hệ thống.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Xây dựng lí thuyết bài thí nghiệm "Động cơ không đồng bộ một pha"
giúp học viên có tài liệu để tự lắp ráp được bài thí nghiệm - thực hành này.
3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ

(KĐB) một pha.
- Sự hình thành từ trường quay hai pha và các tính chất của nó.

Phạm Thị Đào – Lớp K32D - SPKT

1


Khóa luận tốt nghiệp

Phạm Thị Đào – Lớp K32D - SPKT

Khoa Vật lý

2


- Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính toán bằng lý thuyết.
4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Động cơ không đồng bộ một pha.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Kết hợp giữa hai phương pháp: Lí thuyết và thực nghiệm.
6.Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Thiết kế, xây dựng lý thuyết cho bài thí nghiệm – thực hành "động cơ
không đồng bộ một pha"
7. KẾT CẤU NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Ngoài phần mở đầu, kết luận chung, danh mục tài liệu tham khảo thì

khoá luận gồm 5 chương.
Chương 1: Sơ lược lý thuyết.
Chương 2: Các thiết bị cần dùng cho bài thí nghiệm.
Chương 3: Thứ tự thí nghiệm – Thực hành bài "Động cơ không đồng
bộ một pha".
Chương 4: Tính toán kích thước bàn thí nghiệm và bố trí các thiết bị
trên bàn thí nghiệm – Thực hành.
Chương 5: Các phương án cấp điện cho bài thí nghiệm – thực hành.



NỘI DUNG
Căn cứ để xây dựng bài thí nghiệm – Thực hành
Theo chương trình thí nghiệm kĩ thuật điện của sư phạm kĩ thuật ở
trường ĐHSP Hà Nội 2.

Bài 7: Động cơ không đồng bộ một pha
7.1. Dây quấn của máy điện không đồng bộ một pha.
7.2. Các phương pháp khởi động.
7.3. Vận hành và bảo dưỡng động cơ không đồng bộ một pha.
7.4. Một số hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục.



CHƯƠNG 1

SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT
1.1. Cấu tạo của động cơ không đồng bộ một pha.
Cấu tạo của động cơ không đồng bộ một pha gồm 2 bộ phận chủ yếu:
Phần tĩnh (stato ), phần động ( roto ).

1.1.1. Stato.
Là phần tĩnh gồm hai bộ phận chính: Lõi thép và dây quấn, ngoài ra
còn có vỏ máy và nắp máy.
a. Lõi thép.
Lõi thép stato do các lá thép kĩ thuật điện ghép lại thành hình trụ
rỗng.Mặt trong stato có các cực ( động cơ cực lồi ) lệch về cùng một phía,
trên các cực từ có các vòng chập mạch. Hoặc có các rãnh ( động cơ cực ẩn )
để đặt các bối dây. Các bối dây đó nối với nhau theo một quy luật nhất định.
Cực từ

Lõi thép

Vòng chập mạch
Hình 1.cấu tạo stato



Do có sự khác nhau về số lượng và kích thước dây quấn hay quy luật
nối giữa các bối dây trong động cơ mà ta thấy có động cơ làm việc ở lưới điện
110V hoặc 220V.
b. Dây quấn
Dây quấn một pha stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện, được đặt
trong rãnh của lõi thép. Dây quấn stato được nối với lưới điện xoay chiều một
pha.
c. Vỏ máy
Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố
định máy trên bệ. Hai đầu vỏ có nắp máy, ổ đỡ trục.
Vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy.
1.1.2. Roto
Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.

Lõi thép

Dây quấn roto

Vòng chập mạch
Hình 2. Cấu tạo roto



a. Lõi thép
Lõi thép roto gồm các lá thép kĩ thuật điện ghép lại thành khối trụ đặc.
Trên bề mặt roto có các rãnh cách đều nhau và nghiêng so với trục một góc
nhất định.
b.Dây quấn
Trong các rãnh của roto có đặt các thanh dẫn, các thanh dẫn thường làm
bằng nhôm, các đầu của thanh dẫn nối với nhau bằng vòng ngắn mạch. Vì vậy
nếu tách các thanh dẫn và vòng ngắn mạch của roto khỏi lõi ta sẽ trông nó
giống như một chiếc lồng tròn nên người ta gọi nó roto lồng sóc.
1.2. Sự hình thành từ trường đập mạch của dây quấn một pha
- Từ trường của dây quấn một pha là từ trường có phương không đổi,
song trị số và chiều biến theo thời gian, được gọi là từ trường đập mạch.
Gọi p là số đôi cực, ta có thể cấu tạo dây quấn để tạo ra từ trường 1; 2
hoặc p đôi cực.
- Xét dây quấn 1 pha đặt trong 4 rãnh của stato. Dòng điện trong dây
quấn là dòng điện 1 pha như hình vẽ :
i=
- Trên hình vẽ, chiều dòng điện trong thanh 1 đi đến 1’ được kí hiệu

ở rãnh

1 (hình b). Trong thanh 2 đi từ 2’ đến 2 được kí hiệu (.) ở rãnh 2. Cũng kí
hiệu tương tự đối với các thanh còn lại. Căn cứ vào chiều dòng điện, vẽ được
chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai. Dây quấn hình 1a tạo thành từ
trường một đôi cực p = 1 (hình 1b).
1.3. Sự hình thành từ trường quay hai pha
Xét trên hình vẽ có hai dây quấn AX và BY đặt lệch nhau trong không
gian một góc

.



Hình 1.3: Sự hình thành từ trường quay hai pha

Cho dòng điện chạy qua hai dây dẫn AX và BY, sẽ sinh ra từ trường
biến thiên chạy qua hai dây dẫn lệch pha nhau một góc
=
=

sinwt ;

sin(wt -

);

=
=

sinwt.

.

(1)

sin(wt -

)

(2)

Bây giờ ta xét các thời điểm khác nhau :
- Thời điểm pha wt =
= 0. Từ trường tổng

thay vào (1) và (2) ta được
=

+

=

=

;

. Ta thấy: Từ trường tổng

cùng phương cùng chiều với từ trường của dây quấn pha A.
Ta có giản đồ vecto như sau:

0

- Thời điểm pha wt =
=

=

thay vào (1) và (2) ta được

= 0;

. Ta thấy: Từ trường tổng cùng phương cùng chiều với

từ trường của dây quấn pha B.
Ta có giản đồ vecto như sau:



0

- Thời điểm pha wt =
=0

=-

thay vào (1) và (2) ta được

=-

;

. Ta thấy: Từ trường tổng cùng phương ngược chiều với

từ trường của dây quấn pha A.
Ta có giản đồ vecto như sau:
0

- Thời điểm pha wt =
=

thay vào (1) và (2) ta được

= 0;

. Ta thấy: Từ trường tổng cùng phương ngược chiều với từ trường

của dây quấn pha B.
Ta có giản đồ vecto như sau:

0

* Nhận xét:
+ Từ trường tổng là từ trường quay.
+ Tốc độ của từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato và số
đôi cực p.
+ Chiều quay của từ trường : Từ trường sẽ quay theo chiều từ trục của
dây quấn có dòng điện nhanh pha hơn (AX) sang trục của dây quấn có dòng
điện chậm pha hơn (BY).
+ Điều kiện để có từ trường quay: Có ít nhất 2 dòng điện lệch pha chạy
trong hai cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian. Xét với động cơ không

đồng bộ một pha khởi động bằng tụ, các cuộn dây đó được chế tạo lệch nhau
điện (như trình bày ở trên).



+ Xét với động cơ không đồng bộ một pha khởi động bằng vòng chập
mạch thì sự hình thành từ trường quay sẽ khác.
1.4. Nguyên lý làm việc
1.4.1. Lực từ tác dụng lên roto
Khi cho dòng điện vào dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay, từ
trường quay với tốc độ:
=
Trong đó:
f: Tần số dòng điện lưới.
P: Số đôi cực từ của stato.
Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn roto, cảm ứng các suất
điện động. Do dây quấn roto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ
sinh ra dòng trong các thanh dẫn roto.
Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn
mang dòng điện roto, kéo roto quay cùng chiều quay của từ trường với tốc độ
n.
1.4.2. Chiều của lực từ tác động lên roto
Để minh hoạ, trên hình 1 vẽ từ trường quay tốc độ

, chiều sức điện

động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn roto, chiều các lực điện từ

.

Hình 1.4. Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ một pha

Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải, ta
căn cứ vào chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn với từ trường. Nếu coi
từ trường đứng yên, thì chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn ngược
chiều với , từ đó áp dụng quy tắc bàn tay phải, xác định được chiều suất
điện động như hình vẽ (dấu

chiều đi từ ngoài vào trang giấy).

Chiều lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay

.

1.4.3. Tốc độ quay của roto
Tốc độ n của roto nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay vì nếu tốc độ
bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn roto không
có suất điện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng không.
Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ roto gọi là tốc độ
trượt
=

-n

Hệ số trượt của tốc độ là:
S=

=

Khi roto đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = 1
Thực tế, khi roto quay định mức s = 0,02
n=

(1 – s) =

Phạm Thị Đào – Lớp K32D - SPKT

0,06. Tốc độ roto là:
- s)

10


Phạm Thị Đào – Lớp K32D - SPKT

11


* Nhận xét:
+ Từ trường trong động cơ là từ trường quay với tốc độ

.

+ Do có sự chuyển động tương đối giữa thanh dẫn roto với từ trường
quay nên xuất hiện lực điện từ và mômen quay làm roto quay.
+Tốc độ n của roto nhỏ hơn, xấp xỉ bằng tốc độ (khi n =

thì

không còn sự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay nên lực kéo
roto quay bị triệt tiêu nên roto quay chậm lại cứ lặp đi lặp lại như vậy ) ở đây
có sự không đồng bộ giữa tốc độ quay của roto và tốc độ của từ trường quay
nên ta gọi là động cơ không đồng bộ.
+ Chiều quay của động cơ là theo chiều quay của từ trường quay.
CHƯƠNG 2

CÁC THIẾT BỊ CẦN DÙNG CHO
BÀI THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH
2.1. Các thiết bị cần có
STT

Tên thiết bị

Số lượng

Động cơ có vòng ngắn mạch:
+ 4 đầu ra

1

+ 8 đầu ra

1

2

Động cơ kiểu tụ 8 đầu dây

1

3

Động cơ kiểu tụ 4 đầu dây

1

4

Vôn kế 0 - 220V

2

5

Áptômát một pha

1

6

Biến áp tự ngẫu 1 pha

1

7

Cầu dao

1

8

Cầu chì

1

1



9

Một số dây nối

10

Công tắc tơ

1

11

Nút ấn kép liên động

1

2.2. Mô tả một số thiết bị
2.2.1. Công tắc tơ

a. Khái niệm
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng, ngắt thường xuyên các mạch
điện động lực từ xa, bằng tay hay tự động.
b. Cấu tạo:
- Cuộn dây.
- Nút ấn thường đóng.
- Nút ấn thường mở.
- Tiếp điểm thường đóng.
- Tiếp điểm thường mở.
- Lõi thép.
c. Nguyên lý làm việc
- Khi không có dòng điện đi qua cuộn dây, công tắc tơ không hoạt động
tiếp điểm thường ở vẫn mở, tiếp điểm thường đóng vẫn đóng.
- Khi ấn nút thường mở sẽ có dòng điện đi vào cuộn dây của công tắc
tơ, công tắc tơ hoạt động do tiếp điểm thường mở đóng lại; tiếp điểm thường
đóng mở ra.
- Khi thả tay ra khỏi nút ấn thường mở sẽ không có dòng điện đi vào
cuộn dây. Do đó để duy trì hoạt động của công tắc tơ người ta thiết kế một
tiếp điểm thường mở mắc song song với nút ấn thường mở và tiếp điểm
thường mở này do cuộn dây của công tắc tơ điều khiển.



d. Công dụng của công tắc tơ
- Dùng để điều khiển từ xa, thay thế cầu dao đóng, ngắt các mạch điện.
- Đảm bảo được an toàn cho người sử dụng.
- Công tắc tơ có dòng điện nhỏ có thể điều khiển được tải có dòng điện
lớn.
2.2.2. Máy biến áp tự ngẫu một pha
Trong trường hợp cần biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn lắm,

nghĩa là điện áp sơ cấp và thứ cấp khác nhau không nhiều, người ta sử dụng
máy biến áp tự ngẫu.
Máy biến áp tự ngẫu khác máy biến áp hai dây quấn ở chỗ là dây quấn
thứ cấp và dây quấn sơ cấp có một phần chung, nên ngoài sự liên hệ qua từ
thông chính Ø, các dây quấn sơ cấp và thứ cấp cần liên hệ trực tiếp với nhau
về điện.
2.2.3. dao
Cầu dao là loại thiết bị dùng để đóng, cắt điện bằng tay, đơn giản nhất,
được sử dụng rộng rãi trong mạch điện có điện áp 220V điện một chiều và
380V điện xoay chiều.
Cầu dao thường dùng để đóng cắt mạch điện công suất nhỏ và khi làm
việc không phải đóng cắ nhiều lần. Nếu điện áp mạch điện cao hơn hoặc
mạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao làm nhiệm vụ cách li
hoặc chỉ đóng cắt khi không tải. Sở dĩ như vậy vì khi cắt mạch, hồ quang
sinh ra sẽ rất lớn, tiếp xúc sẽ bị phá huỷ trong một thời gian ngắn dẫn đến
phát sinh hồ quang giữa các pha, gây nguy hiểm cho người thao tác và
hỏng thiết bị.
Để đảm bảo cắt điện tin cậy, chiều dài lưỡi dao phải đủ lớn (lớn hơn
50cm) và để an toàn lúc đóng cắt cần có biện pháp dập hồ quang, tốc độ di
chuyển lưỡi dao tiếp xúc càng nhanh, thời gian dập tắt hồ quang càng ngắn, vì