Báo cáo thực tập - Cơ sở lý thuyết về máy điện

B
B
á
á
o
o


c
c
á
á
o
o


t
t
h
h
ự
ự
c
c


t
t
ậ
ậ
p

p

1

Cơ sở lý thuyết về máy điện

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ 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 trong các sinh hoạt của con người.
So với các hiện tượng vật lý khác như: Cơ, Nhiệt, Quang,…, hi
ện tượng điện từ
được phát hiện hơn vì các giác quan của con người không cảm nhận được trực tiếp
hiện tượng này. Tuy nhiên việc khám phá ra hiện tượng điện từ đã thúc đẩy mạnh
mẽ cuộc cách mạng khoa học chuyển sang lĩnh vực điện khí hoá và tự động hoá. Các
phát minh, sáng chế liên tục ra đời thúc đẩy công nghiệp phát triển mạnh như vũ
bão. Hàng loạt các máy móc, thiết bị
điện được sản xuất, chế tạo giúp con người giải
phóng lao động chân tay, thủ công, đưa nền sản xuất đi dần vào tự động hoá. Đồng
thời điện năng cũng phục vụ rất đắc lực cho con người trong sinh hoạt tinh thần và
tiêu dùng.
Để thực hiện việc biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại, biến điệ
n
năng thành cơ năng người ta sử dụng các loại máy điện. Máy điện là 1 hệ điện từ
gồm có mạch từ và mạch điện liên quan với nhau. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ
và khe hở không khí. Mạch điện gồm 2 hay nhiều dây quấn có thể chuyển động
tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng. Từ nhu cầu tiêu ding đi
ện
năng ngày càng cao nên máy điện càng được sủ dụng nhiều trong cuộc sống. Máy
điện được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế như: Công nghiệp, Nông nghiệp,
Giao thông vận tải,… và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình.
Vì vậy trong chương trình học tại trường ĐH Bách Khoa,Hà Nội ngoài việc
nghiên cứu lý thuyết máy điện tất cả các sinh viên khoa Điện đều được bố trí 3 tuần
thực tập t
ại xưởng điện nhằm nâng cao kiến thức thực tế. Mỗi sinh viên đều có thể
nắm được kỹ thuật quấn dây máy biến áp công suất nhỏ, động cơ 3 pha, động cơ
Rotor lồng sóc và hiểu được nguyên lý vận hành cơ bản của chúng.

B

B
á
á
o
o


c
c
á
á
o
o


t
t
h
h
ự
ự
c
c


t
t
ậ
ậ
p

p

2
MỤC LỤC

Phần Một: Cơ sở lý thuyết về máy điện
I. Khái niệm chung
II. Cơ sở lý thuyết về động cơ
( Động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc )
III. Máy Biến áp

Phần Hai: Khái niệm về dây quấn phần ứng
I. Các kiều dây quấn
II. Các thông số cơ bản để thành lập 1 sơ đồ dây quấn phần ứng
đơn giản
III. Vật liệu dùng trong máy điện
Phần Ba : Thực hành quấn dây quấn Máy biến áp tự ngẫu và
động cơ không đồng bộ 3 pha
Phần Bốn: Kết quả thu được và nhận xét

B
B
á
á
o
o


c
c
á
á
o
o


t
t
h
h
ự

ự
c
c


t
t
ậ
ậ
p
p

3
PHẦN MỘT: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÁY ĐIỆN

I. Khái niệm chung
1. Định nghĩa:
− Máy điện là thiết bị điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ,
dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác mà chủ yếu là cơ năng thành điện năng
(Máy phát điện) hoặc ngược lại, biến đổi điện năng thành cơ năng (Động cơ điện),
hoặc biến đổi các thông số
điện áp, dòng điện, tần số, pha,….
2. Các định luật thường dùng để nghiên cứu máy điện.
a) Định luật cảm ứng điện từ:
− Sự biến thiên của tổng từ thông móc vòng trong một mạch điện sẽ tạo ra một
sức điện động tỷ lệ với đạo hàm của tổng từ thông biến thiên đó:



b) Định luật toàn dòng điện:
− Tích phân vòng của cường độ từ trường theo một đường khép kín b
ất kỳ
quanh một số mạch điện bằng tổng dòng điện trong vòng dây của các mạch:
FwiHdl ==
∫
∑

Trong đó F chỉ giá trị của sức từ động tổng tác động lên mạch từ đó.
c) Định luật về lực điện từ:
− Dòng điện i chạy trong từ trường có từ cảm B chịu lực tác dụng f được xác

định như sau:



Trong trường hợp dây dẫn mang dòng điện i nằm trong từ trường đều từ cảm B:
f = B.i.l.sinθ
Trong đó θ là góc lệch giữa véc tơ từ cảm B với dòng điện i.
3. Phân loại máy điện:
− Máy điện có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau: Theo công suất, theo
cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện (dòng 1 chiều, dòng xoay chiều), theo
nguyên lý làm việc. Ở đây ta sẽ phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng, có 2
loại:
a) Máy điện tĩnh:
− Thường là các loại máy biến áp.Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng
cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thong giữa các dây quấn không có sự chuyển
động tương đối với nhau.
− Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng. Do tính chất
thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ
, quá trình biến đổi cũng có tính chất
thuận nghịch.
d
e
dt
φ
=−
MM
Bidldf ×=
B
B
á

á
o
o


c
c
á
á
o
o


t
t
h
h
ự
ự
c
c


t
t
ậ
ậ
p
p

4
Ví dụ: Máy biến áp biến đổi hệ thống có các thông số: U
1
, I
1,
f
1
thành điện năng
có các thông số mới: U
2

, I
2,
f
2
hoặc ngược lại, biến đổi hệ thống :U
2
, I
2,
f
2
thành hệ
thống U
1
, I
1,
f
1
.
b) Máy điện có phần động :
(Máy điện quay hoặc máy điện chuyển động thẳng)
− Nguyên lý làm việc dựa trên 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 điện này thường dung để biến đổi năng lượng như biến đổi cơ năng thành
điện năng (Máy phát điện), biến đổi điện năng thành c
ơ năng (Động cơ điện). Quá
trình biến đổi có tính chất thuận nghịch nghĩa là nó có thể làm việc ở chế độ máy
phát hoặc động cơ.

Sơ đồ phân loại máy điện thông thường

Máy điện




























II.

Cơ sở lý thuyết về động cơ:

MĐ Tĩnh
MĐ có phần quay
MĐ 1 chiều
MĐ xoay chiều
MĐ đồng bộ
MĐ không đồng bộ
Động
cơ 1
chiều
Máy
phát
1
chiều
Động
cơ
không
đồng
bộ
Máy
phát
đồng
bộ
Máy
biến
áp
Máy
phát
không

đồng
bộ
Động
cơ
đồng
bộ
B
B
á
á
o
o


c
c
á
á
o
o


t
t
h
h
ự
ự
c
c

t
t
ậ
ậ
p
p

5

(Động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc)
1. Định nghĩa:
Động cơ Không đồng bộ là động cơ mà tốc độ trên trục động cơ khác tốc độ
đồng bộ (tốc độ từ tr
ường quay).
2. Cấu tạo.
Giống như các máy điện khác động cơ không đồng bộ gồm các bộ phận chính
sau:
a) Trên stato có vỏ lõi sắt và dây quấn:
∗ Vỏ máy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn
từ. Thường vỏ máy làm bằng gang. Đối với máy công suất tương đối lớn
(1000kW) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ . Tùy theo cách làm nguội
máy mà có các dạng vỏ máy khác nhau.
∗ Lõi sắt:
Lõi sắt là phần dẫn từ . Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để
giảm tổn hao , lõi sắt được làm bằng nhữ
ng lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ép lại
với nhau. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hon 900mm thì dùng cả tấm tròn ép lại.
Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép
lại thành khối tròn.
Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phr sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao
do dòng điện xoáy gây nên . Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép lại thành một khối. Nế
u
lõi sắt dài quá hì thường ghép thành từng thếp ngắn , mỗi thếp dài 6 đến 8 cm, đặt
cách nhau 1cm để thông gió cho tốt. Mặt trong của lõi thép có sẻ rãnh để đặt dây
quấn.
∗ Dây quấn:
Dây quấn stato được đặt vào các rãnh của lõi sắt và dược cách điện tốt với lõi
sắt .

b) Phần quay hay rôto.
Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn.
∗ Lõi sắt:
Nói chung thì người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như
ở stato. Lõi sắt được
ép trực tiếp lên trục máy hơặc lên một giá rto của máy. Phía ngoài của lá thép có sẻ
rãnh để đặt dây quấn.
∗ Rôto và dây quấn rôto:
Rôto có hai loại chính là rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc .
− Loại rôto kiểu dây quấn:
Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato . Trong máy điện cỡ trung bình trở
lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu
dây quấn trên rôto chặt chẽ
. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng day quấn đồng tâm
một lớp. Dây quán ba pha của rô to thường đáu hình sao còn ba đầu kia được nối
vào ba vành trượt làm bằng đồng đặt cố định trên một đầu của trục và thông qua trổi
than có thể đấu với mạch điện bên ngoài . Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu
B
B
á
á
o
o


c
c
á
á
o

o


t
t
h
h
ự
ự
c
c


t
t
ậ
ậ
p
p

6
dây quấn là thông qua chổi than có thể đưa thêm điện trở phụ hay s.đ.đ phụ vào
mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy , điều chỉnh tốc độ hoặc cả
i thiện hệ
số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn
mạch.
− Loại rôto kiểu lồng sóc:
Kết cấu của loại dây quấn này rất khác so với dây quấn stato. Tong mỗi rãnh của lõi
sắt rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay bằng nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối
tắt lại ở hai đầu bằng vòng ngắn mạch bằng đồng hay bằng nhôm làm thành một cái
lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc .
Dây quấn kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt . Để cải thiện tính năng
mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh
sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép. Trong máy điện
cỡ nhỏ , rãnh rôto thường làm chéo đi một góc so với tâm trục.
c) Khe hở:
Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều . Khe hở trong máy điện không đồng
bộ rất nhỏ từ 0,2 đến 1mm (trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ
hóa lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn.
3. Dây quấn động cơ không đồng bộ:

Dây quấn của động cơ không đồng bộ được bố trí ở hai bên khe hở trên lõi thép
của phần tĩnh và phần quay và là bộ phận chính để biến đổi năng lượng điện cơ. Dây
quấn được chia làm hai loại là dây quấn phàn cảm và dây quấn phần ứng.
Dây quấn phần cảm được đặt trên stato nó có nhiệm vụ sinh ra từ trường lúc
không tải .
Dây quấn phần ứng được đặt trên rôto nó có nhiệ
m vụ cảm ứng một sức điện
động nhất định khi có chuyển động tương đối với từ trường khe hở. Đối với động cơ
không đồng bộ rôto lồng sóc thì dây quấn phần ứng là các thanh đồng hoặc nhôm
được đúc trực tiếp trên các rãnh của rôto và hai đầu được nối bởi hai vòng ngắn
mạch.
B
B
á
á
o
o


c
c
á
á
o
o


t
t
h

h
ự
ự
c
c


t
t
ậ
ậ
p
p

7
III. Máy Biến Áp:
1. Khái niệm chung:
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện
từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống
dòng điện xoay chiều ở một điện áp khác, với tần số không thay đổi.Máy biến áp là
một phần không thể thiếu của hệ thống truyền tả
i điện năng.
2. Các loại máy biến áp chính:
Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện
lực.
− Máy biến áp chuyên dụng : Dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh
lưu, máy biến áp hàn điện,…
− Máy biến áp tự ngẫu : Biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn,
dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều.
− Máy biến áp đo lường : Dùng
để giảm các điện áp và dòng điện lớn khi
đưa vào các đồng hồ đo.
− Máy biến áp thí nghiệm : Dùng để thí nghiệm các điện áp cao.
3. Cấu tạo máy biến áp:
Máy biến áp có các bộ phận chính là: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy.
a) Lõi thép:
Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn.
Theo hình dáng có thể chia lõi thép thành hai loại:
− Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu trụ: Dây quấn bao quanh trụ thép.
− Máy biến áp kiểu bọc: Mạch từ được phân nhánh ra hai bên và bọc lấy một

phần dây quấn.
Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi thép được ghép từ những lá
thép kỹ thuật điệ
n và có phủ sơn cách điện trên bề mặt.
b) Dây quấn:
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng
vào và truyền năng lượng ra. Dây quấn thường được làm bằng đồng.
Có hai kiểu dây quấn là dây quấn đồng tâm (tiết diện ngang là những vòng tròn đồng
tâm) và dây quấn xen kẽ (các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xen kẽ nhau dọc
theo trụ thép).
c) Vỏ máy:
V
ỏ máy có hai phần là thùng và nắp thùng.
Thùng làm bằng thép, thường là hình bầu dục.
Nắp thùng dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như sứ
ra cao áp và hạ áp, bình giãn dầu, ống bảo hiểm. Ngoài ra trên nắp còn đặt các bộ
phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp.

B
B
á
á
o
o


c
c
á
á

o
o


t
t
h
h
ự
ự
c
c


t
t
ậ
ậ
p
p

8
PHẦN HAI: KHÁI NIỆM VỀ DÂY QUẤN PHẦN ỨNG

I. C ác kiểu dây quấn:
1. Dây quấn một lớp:
Là loại dây quấn mà trong mỗi rãnh chỉ đặt một cạnh tác dụng, thường dùng
trong các máy có công suất trung bình và nhỏ, các loại dây quấn một lớp bao gồm:
Dây quấn đồng khuôn :
− Là dây quấn mà các phần tử dây quấn có kích thước hoàn toàn giống nhau. Dây
quấn đồng khuôn được chia thành dây quấn đồng khuôn tập trung và dây quấn đồng
khuôn phân tán. Dây quấn đồng khuôn tập trung thực hiện đơn giản nhưng tạo ra
mômen không lớn nên ít được sử dụng. Dây quấn
đồng khuôn phân tán thực hiện
phức tạp hơn nhưng có khả năng tạo ra mômen lớn vì vậy được sử dụng rộng rãi
trong thực tế.
Dây quấn đồng tâm :
− Là dây quấn mà các phần tử trong một nhóm có kích thước không giống nhau.

Dây quấn đồng khuôn Dây quấn đồng tâm

2. Dây quấn hai lớp :
Là dây quấn mà trong mỗi rãnh đặt hai cạnh tác dụng, thường dùng trong các
máy có công suất trung bình và lớn. Dây quấn hai lớp cũng được chia thành dây
quấn đồng khuôn và dây quấn đồng tâm.