Dây quấn máy biến áp công suất nhỏ & dây quấn động cơ

hịch, nghĩa là có thể biến đổi năng lượng điện theo hai chiều. Nếu đưa cơ năng vào phần quay của máy điện nó làm việc ở chế độ máy phát, nếu đưa điện năng vào thì phần quay của máy sẽ sinh ra công cơ học. Máy điện là một hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên quan tới nhau. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí. Các mạch điện gồm hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng. Máy điện dùng làm máy biến đổi năng lượng là phần tử quan trọng nhất của bất cứ thiết bị điện năng nào. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, các hệ điều khiển và tự động điều khiển, khống chế … Với tầm quan trọng của máy điện cho nên trong chương trình học tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, ngoài việc nghiên cứu lý thuyết máy điện, tất cả các sinh viên khoa Điện đều được tham gia vào ba tuần thực hành tại xưởng Điện nhằm nâng cao kiến thức thực tế. Mỗi sinh viên đều có thể nắm được kỹ thuật quấn máy biến áp công suất nhỏ động cơ ba pha Roto lồng sóc và qua đó phần nào hiểu được nguyên lý vận hành cơ bản của các loại máy đó. Nội dung bản báo cáo gồm hai phần chính. A. Cơ sở lý thuyết. - Giới thiệu chung về máy điện, vật liệu kỹ thuật điện. - Cơ sở thiết kế bộ dây quấn máy biến áp một pha và bộ dây quấn Stato động cơ. - Kỹ thuật quấn dây. B. Công nghệ. Các bài tập thực hành về dây quấn máy biến áp công suất nhỏ và dây quấn động cơ (đồng tâm và đồng khuôn một lớp) cùng các số liệu kỹ thuật thực tế đo được từ các máy điện trên. Em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Điện và các thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn Quang Hùng Nguyễn Huy Thiện đã tạo mọi điều kiện và tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực tập, để em có thể hoàn thành tốt các bài thực tập kỹ thuật. Phần I: cơ sở lý thuyết máy điện Bài 1: cở sở lý thuyết máy điện i. giới thiệu chung về máy điện. 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 hện tượng: Biến đổi năng lượng, tích phóng năng lượng, truyền tải năng lượng. Máy điện là thiết bị 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 tỏng máy. Do đó cấu tạo cơ bản của máy bao gồm 2 phần: Mạch điện và mạch từ. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí. Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn tạo thành những dòng kín trong đó dòng điện có thể chậy qua. Mạch điện thường gồm các bộ phận sau: Nguồn điện, phụ tải, dây dẫn. Máy điện trên thực tế có rất nhiều loại. Cấu tạo nguyên lý hoạt động và công dụng cũng khác nhau. Tuy nhiên theo quan điểm năng lượng có thể coi các máy điện có điểm chung là: Các máy điện đều có 2 cửa. - Cửa vào là cửa đưa năng lượng vào máy - Cửa ra la cửa đưa năng lượng ra ngoài Máy điện Cửa vào Cửa ra tuỳ theo chức năng của các loai máy điện mà ta có thể xác định cụ thể các dạng năng lượng của cửa vào và của cửa ra: - Máy điện đóng vai trò máy phát điện thì cửa vào là các dạngnăng lượng khác (thể hiện qua Momen quay M, tốc độ quay n) còn cửa ra là điện năng (thể hiện qua điện áp U và dòng I) - Máy điện đóng vai trò động cơ điện thì cửa vào là điện năng (thể hiện qua U, I) cửa ra là cư năng (thể hiện qua M, n) Như vậy các máy điện đều có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể biến đổi năng lương theo 2 chiều - Máy điện đóng vai trò truyền tải năng lượng điện thf cửa vào và cửa ra đều là điện năng (thể hiệ qua U, I). Sự biến đổi cơ điện trong máy điện dựa trên nguyên lý về cảm ứng điện từ. Nguyên lý này cũng đặt cơ sở cho sự làm việc của các bộ cảm ứng dùng để biến đổi năng lượng điện với những giá trị của thông số này (điện áp, dòng điện….) thành điện năng với những giá trị của thông số khác. Máy biến áp là một bộ biến đổi cảm ứng đơn giản thuộc loại này, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều có điện áp khác. 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 được thực hiện bằng phương pháp điện. Máy điện có nhiều loại được phân laọi theo nhiều cách khác nhau, ví dụ phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo loại dòng điện ( xoay chiều, một chiều), theo nguyên lý làm việc…. ở đây ta chỉ phân loại theo nguyên lý làm biến đổi năng lượng: 1. Máy điện tĩnh. Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến đổi thiên 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 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 có tính thuận nghịch, ví dụ máy biến áp biến đổi điện năng có thông số , , thành điẹn năng có thông số , , (sơ đồ hình vẽ dưới). 2. Máy điện có phần động. (quay hoặc chuyển động thẳng) Nguyên lý làm việc 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 này dùng để biến đổi dạng năng lượng, ví dụ như biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc biến đổi cơ năng thành điện năng máy phát điện). Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch (như sơ đồ dưới) nghĩa là máy điện có thể làm ciệc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. ~ , , P cơ Tóm lại: Ta có thể tóm lược sự phân loại máy điện thông dụng thường gặp theo sơ đồ sau: Máy điện tĩnh Máy biến áp ĐC KĐB MF KĐB ĐC ĐBộ MF Đ Bộ Máy điện Máy điện có phần quay MĐ xoay chiều MĐ 1 chiều MĐ không đồng bộ MĐ đồng bộ ĐC một chiều MF Một chiều II. nguyên lý làm việc máy phát điện và động cơ điện Tính thuận nghịch của máy điện Máy điện có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế đọ máy phát điện hay động cơ. 1. Chế độ máy phát điện. N S R B I Ftd Fcỏ I Giả thiết thanh dần có độ dài l đặt vuông góc với từ trường có độ từ cảm B (hình vẽ) Cho cơ năng của động cơ sơ cấp tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học Fcơ , thanh dẫn sẽ chuyển đọng với tốc độ v trong từ trường của nam châm N- S, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng suất điện động C. Nếu nối thanh dấn với tải điện bên ngoài sức điện động sẽ tạo ra dòng điện i. Đây là nguyên lý máy phát điện đơn giản. Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn, điện áp đặt vào tải U=C khi đó, công suất điện máy phát cung cấp cho tải là P= U.I= C.I Dòng điện i nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ Fdt= B.i.l có chiều dài như hình vẽ. Khi máy quay với tốc đọ không đổi lực điện từ sẽ cân bằng với lực của động cơ sơ cấp: Fcơ= Fđt Nhân 2 vế với v ta có: Fcơ.v=Fđt.v = B.i.l= C.i Như vậy công suất của động cơ sơ cấp Pđ= C.i nghĩa là cơ năng được biến thành điện năng. 2. Chế độ động cơ điện. N S B I ~ Tđt v Cung cấp điện cho máy điện, điện áp U của nguồn sẽ gây ra dòng điện i trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fđt= B.i.l tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều như hình vẽ trên. Khi đó, công suất đưa vào động cơ là: P= U.I= C.I= B.i.l.v= Fđt.v Như vậy công suất điện từ Pđ = U.I đưa vào động cơ đã được biến thành công suất cơ Pcơ= Fđt.v trên trục động cơ. Điện năng đã được 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 hoặc máy phát điện: - Nếu đưa cơ năng vào phần quay của máy điện nó làm việc ở chế độ máy phát. - Nếu đưa điện năng vào phần quay của máy sẽ sinh ra công cơ học. Mọi loại máy điện đều có tính thuận nghịch. iii. sơ lược về các vật liệu chế tạo máy. Các vật liệu dùng để chế tạo máy có thể chia làm 3 loại. - Vật liệu tác dụng. - Vật liệu kết cấu. - Vật liệu cách điện. 1. Vật liệu tác dụng Đó là vật liệu dẫn từ và dẫn điện. Các loại 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 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, thép lá thường, thép đúc, thép rèn. Gang ít được dùng, vì dẫn từ không tốt lắm. Người ta dùng các loại thép từ tính khác nhau nhưng chủ yếu là thép kỹ thuật điện, có hàm lượng silic khác nahu nhưng không vượt quá 4,5%. Hàm lượng Silic này dùng để hạn chế tiêu haodo từ trễ và tăng điện trở của thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy. ở mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50 Hz thường dùng lá thép kỹ thuật điện 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 hơn, dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,1 : 0,2 mm. Người ta hay sử dụng các 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 giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Tuỳ theo cách chế tạo, người ta phân thép kỹ thuật điện làm 2 loại: Cán nóng, cán nguội. Loại sau có những đặc tính từ tốt hơn như độ từ thẩm cao hơn, tổn hao thép ít hơn loại cán nóng. Hiện nay, với máy biến áp và máy điện công suất lớn thường dùng thép cán nguội. Thép cán nguội chia làm 2 loại: Đẳng hướng và vô hướng. Loại đẳng hướng có đặc điểm là dọc theo chiều cán thì tính năng từ tính tốt hơn hẳn so với ngang chiều cán, do đó thường được dùng trong máy biến áp, còn loại vô hướng thì đặc tính từ đều theo mọi hướngdùng trong máy điện quay. b. Vật liệu dẫn điện. Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện. Vật liệu dẫn điện dùng trong máy điện tốt nhất là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ (ở C là ρ= 0,0172 Ngoài ra còn dùng nhôm (điện trở suất của nhôm ở là ρ = 0,0282Ω ) và các hợp kim khác như dồng thau, đồng phốt pho. Để chế dây quấn ta thường dùng đồng đôi khi dùng nhôm. Dây đồng và dây 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 loại điện công suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 700v thường dùng dây Emaivì lớp cách điện của dây mỏng, đạt độ bền yêu cầu. Đối với các bộ phận khác nhau như vành đổi chiều, lồng sóc hoặc vành trượt ngoài đồng, nhôm, người ta còn dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và giảm kim loại màu. 2. Vật liệu kết cấu. 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 hợp kim của chúng, các loại chất dẻo. 3. Vật liệu cách điện. Để cách điện các bộ phận mang điện với các bộ phận không mang điện của máy, người ta dùng vật liệu cách điện. Vì vậy đây là vật liệu quan trọng trong máy điện, nó quyết định phần lớn sự làmviệc ổn định cua máy điện. Do đó, những vật liệu này đòi hỏi phải có độ bền điện cao, độ dẫn nhiệt tốt, chịu ẩm, chịu được hoá chất và 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 máy thể rắn, gồm 4 nhóm. a. Chất hữu cơ thiên nhiên: Giấy, vải lụa. b. Chất vô cơ: Amiăng, mica, sợi thuỷ tinh.. c. Các chất tổng hợp d. Các loại men, sơn cách điện Chất cách điện tốt nhất là mica, song tương đối đắt nên chỉ dùng trong các loại máy điện có điện áp cao. Thông thường dùng các vật liệu như giấy, vải, sợi...Chúng có độ bền cơ tốt, mền, rẻ tiền, nhưng dẫn nhiệt kém, hút ẩm, 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 (không khí, hyđrô, khí nitơ) hoặc thể lỏng (dầu MBA). - Vật liệu khí: Không khí là một chất cách điện tốt, tuy nhiên để cách điện tốt người ta dùng khí trơ, hyđro, được sử dụng trong trường hợp được cách điện và làm mặt bên trong vật liệu. - Vật liệu lỏng: (đầu MBA) đây là loại vật liẹu cách điện rất quan trọng trong máy điện vì nó có thể len lỏi vào các khe rất nhỏ và còn có thể dùng để dạp hồ quang. Căn cứ vào độ bênnhiệt độ, vật liệu cách điện được chia ra nhiều loại, thường người ta chia vật liệu cách điện ra làm 7 cấptheo nhiệt độ làm việc cho phép của chúng. Cấp cách điện: Y A E B F H C Nhiệt độ làm việc: 90 105 120 130 155 180 >180 Cho phép: Ta có thể tóm tắt cấp cách điện ở bảng dưới đây: Cấp cách điện Vật liệu Nhiệt độ giới hạn Cho phép vật liệu. Nhiệt độ trung bình cho phép dây quấn A Sợi xenlulo, bông hoặc tơ tẩm trong vật liệu hữu cơ mỏng 105 100 E Vài loại màng tổng hợp 120 115 B Amiăng, sợi thuỷ tinh có chất kết dính vật liệu chất mica 130 120 F Amiăng, vật liệu gốc mica, sợi thuỷ tinh có chất kết dính và tẩm tổng hợp 155 140 H Vật liệu gốc mica, amiăng, sợi thuỷ tinh phối hợp chất kết dính và tẩm silic hữu cơ 180 165 IV. Phát nóng và làm mát máy điện. Trongmáy điện xảy ra quá trình biến đổi hoặc truyền tải năng lượng và có sự tổn hao năng lượng 2∆P. Trongmáy phát điện tổn hao chủ yếu là trong lõi thép (do hiện tượng từ trường và dòng xoáy) trong điện trở dây quấn máy điện và do ma sát ở các ổ trục, lực cản của quạt mát máy phát điện...Tổn hao năng lượng này làm nóng máy điện, 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 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 khác. Thường vỏ máy điện, được chế tạo có cánh tản 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 trong 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 cho phép. Khi máy quá tải, độ tăng nhiệt sẽ vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, vì thế không cho phép quá tải lâu dài. Bài 2: Máy biến áp I. Khái niệm: Để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp, hoặc ngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao, ta dùng máy biến áp. Ngày nay do việc sử dngj điện năng phát triển rất rộng rãi, nên có những loại máy biế áp khác nhau: Máy biến áp 1 pha, 3 pha, 2 dây quấn, 3 dây quấn,....nhưng chúng dựa trên cùng một gnuyên lý, đó là nguyên lý cảm ứng điện từ. 1. Định nghĩa: Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Hệ thống điện đầu vào máy biến áp (trước lúc biến đổi) có điện áp dòng điện và tần số f. Hệ thống điện đầu ra của máy biến áp (sau khi biến đổi) có điện áp và dòng điện với tần số f. Trong các bản về máy biến áp được ký hiệu: Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp. Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp. Các đại lượng các thông số sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 1: Số vòng dây sơ cấp , điện áp sơ cấp , dòng điện sơ cấp công suất các đại lượng và thông số thứ cấp có chỉ số 2: Số vòng dây thứ cấp , điện áp thứ cấp , dòng điện thứ cấp , công suất . Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn sơ cấp là máy biến áp tăng áp, nếu điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp giảm áp. 2. Các đại lượng định mức. Các đại lượng định mức của máy biến áp do xưởng chế tạo máy quy định dể cho máy có khả năng làm việc lâu dài và tốt nhất. Dưới đây là 3 đại lượng định mức cơ bản. a. Điện áp định mức. Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu làU1đn, là điện áp quy định dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức. Người ta quy ước với MBA một pha điện áp định mức là điện áp pha, với máy biến áp 3 pha là điện áp dây. Đơn vị điện áp ghi trên máy thường là V hoặc KV. b. Dòng điện định mức. Dòng điện định mức là dòng điện đã quy định cho mõi dây quấn của biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức. đối với máy biến áp một pha dòng điện định mức là dòng điện pha. Đối với máy biến áp 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây. Đơn vị dòng điện ghi trên máy thường là: A Dòng điện sơ cấp định mức thường kí hiệu I1đm dòng điẹn thứ cấp định mức kí hiệu là I2đm. c. Công suất định mức. Công suất định mức kí hiệu là Sđm, đơn vị là VA, KVA. Đối với MBA 1 pha công suất định mức là. Sđm = U2đm . I2đm = U1đm . I1đm Đối với MBA 3 pha công suất định mức là. Sđm = U2đm . I2đm = U1đm .I1đm. Ngoài ra trên máy còn ghi tần số định mức fđm , số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắt mạch, chế độ làm việc... 3. Công dụng của máy biến áp. Máy biến áp có va trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải và phân phối điện năng. Các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa trung tâm tiêu thụ điện (khu công nghiệp, đô thị....) vì thế cần phải xây dựng các đường dây tải điện năng. Điện áp máy phát thường là 6,3; 10,5; 15,5; 38,5 KV. Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây phải giảm dòng điện chạy trên đường dây, bằng cách nâng cao điện áp. Vì vậy ở đầu đường dây phải đặt MBA tăng áp. Mặt khác điện áp thường khoảng 127 V đến 500 V, động cơ công suất lớn thường 3 hoặc 6 kv vì vậy ở cuối đường dây phải dặt biến áp giảm áp. Máy phát điện Đư ờng dây truyền tải MBA hạ áp Tải MBA tăng áp Ngoài ra máy biến áp còn được dùng trong các thiết bị lò nung (MBA lò) trong hàn điện (máy biến áp hàn) làm nguồn cho các thiết bị điện tử cần nhiều cấp điện khác nhau, trong lĩnh vực đo lường (máy biến dòng, máy biến điện áp)... II. cấu tạo của máy biến áp. MBA gồm các bộ phận chính sau đây: Lõi thép, dây quấn, và vỏ máy. 1. Lõi thép. Lõi thép MBA dùng để dẫn từ thông chính của máy, đồng thời làm khung để quấn dây quấn, được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt thường là thép kỹ thuật điện. Lõi thép gồm 2 bộ phận. - Trụ: Ký hiệu là chữ T là phần lõi thép có dây quấn. - Phần gông: Ký hiệu là chữ G là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín và không có dây quấn. Trụ và Gông tạo thành mạch từ khép kín. Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi thép được ghép từ những lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt. Trụ và gông có thể ghét với nhau bằng phương pháp ghép nối hoặc ghép xen kẽ. Ghép nối thì trụ và gông ghép riêng, sau đó dùng xà ép và vít chặt lại(h1). Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng thời và các lớp lá thép được ghép xen kẽ với nhau (h.2).Sau khi ghép, lõi thép cũng được vít chặt bằng xà ép và bulông. H1 : Ghép rời lõi thép MBA a b H2 : a,b: Ghép xen kẽ lõi thép MBA 3 pha Phương pháp sau tuy phức tạp nhưng giảm được nhiều tổn hao do dòng điện xoáy gây nên và rất bền về phương diện cơ học, vì thế hầu hết các máy biến áp hiện nay đều dùng kiểu ghép này. Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần tròn. Gông vì không quấn dây do đó để thuận tiên cho việc chế tạo, tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản: Hình vuông ,hình chữ thập hoặc hình chữ T. Vì lý do an toàn, toàn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và vỏ máy phải nối đất Theo hình dáng lõi thép, người ta chia ra: - Máy biến áp kiểu lõi(hay kiểu trụ) dây quấn bao quanh trụ thép, loại này hiện nay rất thông dụng cho các máy biến áp 1pha và 3 pha có dung lượng nhỏ và trung bình( h 3a,b). - Máy biến áp kiểu bọc: Loại này mạch từ được phân nhánh ra hai bên và bọc lấy một phần dây quấn. Loại này thường dùng trong một vài ngành chuyên môn đặc biệt như máy biến áp dùng trong lò điện luyện kim hay máy biến áp một pha công xuất nhỏ dùng trong kỹ thuật vô tuyến nhỏ âm thanh...(h3c). - ở các máy biến áp hiện đại dung lượng lớn và cực lớn( 80-100 mva/ 1 pha), điện áp thật cao (220-400kv) để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển trên đường, mạch từ của máy biến áp kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ vừa kiểu bọc, gọi là MBA kiểu trụ bọc. a c b b a Hình 3 Hình 4. Máy biến áp kiểu trụ bọc: a. một pha b. ba pha 2. 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. Kim loại làm dây quấn thương bằng đồng, cũng có thể bằng nhôm nhưng không phổ biến. Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA người ta chia ra 2 loại dây quấn chính là dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ. a. Dây quấn đồng tâm. ở đây dây quấn đồng tâm tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm. Dây quấn HA thường quấn phía trong gần trụ thép, còn dây quấn CA quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn HA. Với dây quấn này có thể giảm bớt được điều kiện cách điện của dây quấn CA (kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện bản thân của dây quấn HA) Những kiểu dây quấn đồng tâm chính bao gồm: - Dây quấn hình trụ: Nếu tiết diện nhỏ thì dùng dây tròn, quấn thành nhiều lớp nếu tiết diện dây lớn thì dùng dây bẹt và thường quấn thành 2 lớp. Dây quấn hình trụ dây tròn thường làm dây quấn CA, điệm áp tới 35 KV, dây quấn hình trụ dây bẹt chủ yếu làm dây quấn HA với điện áp từ 6 KV trở xuống. Nói chung dây quấn hình trụ thường dùng cho các máy biến áp dung lượng 560 KVA trở xuống. - Dây quấn hình xoắn. Gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo đường xoắn ốc, giữa các vòng dây có rãnh hở. Kiểu này thường dùng cho dây quấn HA của các máy biến áp dung lượng trung bình và lớn. - Dây quấn xoắn ốc liên tục. Làm bằng dây bẹt và khác với dây quấn hình xoắn loại dây quấn này được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng những rãnh hở. Bằng cách hoán vị đặc biệt trong khi quấn, các bánh dây được nối tiếp một cách liên tục mà không cần mối hàn giữa chúng, cũng vì thế mà dây quấn gọi là xoắn ốc liên tục. Dây quấn này chủ yếu dùng làm cuộn cao áp, điện áp 35 KV trở lên và dung lượng lớn. b. Dây quấn xen kẽ. Các bánh dây CA và HA lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép. Cần chú ý, để cách điện được dễ dàng các bánh dây sát gông thuộc dây quấn HA. Kiểu dây quấn này hay dùng trong các máy biến áp kiểu bọc. Vì chế tạo và cách điện khó khăn kém vững chắc về cơ khí nên các máy biến áp kiểu trụ hầu như không dùng kiểu dây quấn xen kẽ. Lưu ý, dây quấn được quấn theo kiểu nào cũng được quấn tthành nhiều vòng và lồng vào trụ lõi thép. Và giữa các vòng dây, giữa các dây quấn (CA&HA) có cách điện với nhau và cách điện với lõi thép. 3. Vỏ máy. Vỏ máy gồm 2 bộ phận thùng và nắp thùng: a. Thùng máy biến áp. Thùng máy biến áp thường làm bằng thép có hình bầu dục. Lúc máy biến áp làm việc một phần năng lượng bị tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác, làm cho nhiệt độ của chúng tăng lên. Do đó giữa máy biến áp và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là độ chênh nhiệt. Nếu độ chênh nhiệt vượt quá mức quy định sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây ra sự cố đối với máy biến áp. Để bảo đảm cho máy biến áp vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định và không bị sự cố, phải tăng cưòng làm mát bằng cách ngâm máy biến áp trong dầu.Ngoài ra dầu máy biến áp còn làm nhiệm vụ cách diện b.Nắp thùng Dùng để đẩy thùng và trên đó đặt các chi tiêt máy quan trọng như: - Các sứ ra của dây quấn CA và HA :làm nhiệm cách điện vũ giữa dây dẫn và vỏ máy - Bình dẫn dầu:là một thùng hình trụ lõi thép đặt trên nắp và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu. - ống bảo hiểm: Làm bằng thép thường là hình trụ nghiêng. Một đầu nối với thùng một đầu bịt bằng đĩa thuỷ tinh. Bài 3: Máy điện không đồng bộ I. khái niệm chung: Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ có tốc độ quay của roto (Tốc độ của máy) n kác với tốc độ quay của từ trường n1 . Máy điện không đồng bộ có 2 dây quấn, dây quấn Stato (sơ cấp) nối với lưới điện tần số không đổi f1, dây quấn rôto (thứ cấp) được nối tắt lại hoặc khép kín trên điện trở. Dòng điện trong dây quấn roto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ưng của tần số f2 phụ thuộc vào roto nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trên trục của máy. Ii. Phân loại kết cấu. 1. Phân loại. Máy điện không đồng bộ có nhiều loại được phân theo nhiều cách khác nhau. Theo kết cấu vỏ máy, theo roto... Theo kết cấu vỏ máy: Máy điện không đồng bộ chia thành các kiểu chính. Kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ. Theo kết cấu của roto chia làm 2 loại. Kiểu dây quấn và kiểu lồng sóc. Theo số pha trên dây quấn có 3 loại. 1 pha, 2 pha, 3 pha. 2. Kết cấu. Giống như những máy điện quay khác máy điện không đồng bộ gòm các phần chính sau. 2.1. Stato. Là phần tĩnh gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. a. Lõi thép. Lõi thép được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ. Lõi théo Stato hình trụ do các lá théo kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau thành các rãnh theo hướng trục. Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi thép được làm bằng nhưng lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại. Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều phủ sơn cách điện trên bè mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. b. Dây quấn. Dây quấn Stato làm băng dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ) và được đặt trong rãnh của lõi thép, kiểu dây quấn hình dạng và cách bố trí sẽ được trình bày trong phần cơ sở thiết kế dây quấn Stato động cơ không đồng bộ. c. Vỏ máy. Vỏ máy làm băng nhom hoặc gang, dùng để cố định lõi thép và dây quấn cũng như cố định máy trên bệ, không dùng để làm mạch dẫn từ. Đối với máy có công suất tương đối lớn (1000 Kw) thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau kiểu vỏ hở, vỏ bảo vệ, vỏ kín hay kiểu vỏ phòng nổ... Kai đầu vỏ nắp máy và ổ đờ trục. Vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy. 2.2. Roto. Roto là phần quay gòm có lõi thép, dây quấn và trục máy. a. Lõi thép. Nói chung là thép vẫn làm băng lá thép kỹ thuật điện như lõi thép ở Stato. Lõi thép được ép lên một giá của roto của máy hoặc ép lên trục tiếp lên trục của máy. b. Dây quấn roto. Có 2 loại chính roto lòng sóc và roto dây quấn. - Loại roto kiểu dây quấn. Roto dây quấn giống như dây quấn Stato. Trong máy điện trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng 2 lớp vì bớt được những đầu nối, kết cấu dây nối chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn đồng tâm của roto thường đấu hình sao còn 3 đầu kia nối vào 3 rãnh trượt thường làm bằng đồng cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu nối mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ điện roto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở hay suất điện động phụ vào mạch điện roto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ thống công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn roto được nối ngắn mạch. - Loại roto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại này rất khác so với dây quấn Stato. Trong mỗi rãnh của lõi thép roto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi thép và được nối tắt lại 2 dây bằng 2 vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm bằng các lồng mà người ta gọi là lồng sóc. ở các máy công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép roto tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát. Dây quấn roto lồng sóc không cần cách điện với lõi thép. Để cải thiện tính năng mở máy trong máy công suất tương đối lớn, rãnh roto có thể làm rãnh sâu hoặc làm thành 2 rãnh (lồng sóc kép). Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh roto thường làm chéo đi một góc so với tâm trục. Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc bảo đảm. Động cơ roto dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ song giá thành cao và vận hành kém tin cậy hơn roto lồng sóc nên chỉ được dùng khi động cơ roto lồng sóc không đáp ứng các yêu cầu về truyền động. 3.1. Khe hở. Vì roto là một khối tròn nên khe hở đều, khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (0,2 : 1 mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế điện từ hoá lấy từ lưới điện và như vậy mới có thể nâng cao hệ số công suất của máy. III. Công dụng của máy điện không đồng bộ. Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến vài nghìn KW. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho các máy cán thép vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ.... trong các hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong công nghiệp làm máy bơm hay máy gia công nông sản, trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng bộ cũng dần chiếm vị trí quan trọng: Quạt gió máy quang đĩa, động cơ trong tủ lạnh...Tóm lại theo sự phát triển của nền điện khí hoá và tự động hoá, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi. Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng dặc tính không tốt lắm so với máy điện đồng bộ nên chỉ trong một vài trường hợp đặc biệt nào đó (như trong quá trình điện khí hoá nông thôn) cần nguồn điện phụ tạm thời thì nó cũng có ý nghĩa quan trọng. IV. Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ. Ta tạo ra một từ trường quay có tốc độ n1 = Trong đó: - f : Tần số dòng điện lưới đưa vào: - P: Số đôi cực máy Thì từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi thép roto và cảm ứng trong dây quấn đó sưc điện động và dòng điện. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp cới từ thông của Stato tạo thành một từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện trong dây quấn tác động vvới từ thông khe hở sinh ra mômen tác dụng do có tác dụng mật thiết với tốc độ quay n của roto. Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau. Khi roto quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc độ đồng bộ thì dòng điện sinh ra trong dây quấn roto cùng chiều với sức điện động và tác động từ trường tổng trong khe hở sinh ra lực F và mômen M ._.