Quấn động cơ không đồng bộ 3 pha

ọc kỹ thuật 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 như lũ bão. Hàng loạt các máy móc, thiết bị điệ 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 mọi sinh hoạt. Để thực hiện việc biến đổi cơ năng thành điện năng và ngươc lại người ta sử dụng các loại máy điện. Máy điện là một hệ điện từ bao gồm mạch từ và mạch điện liên quan với nhau. Mạch từ bao gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí. Các mạch điện bao gồm hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng. Từ chu cầu tiêu dùng điện năng ngày càng cao nên máy điện càng được sử dụng nhiều trong cuộc sống. Máy điện được sử dụng rộng rãi trong ác nghành 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 Đại học Bách khoa Hà Nội, ngoài việc nghiên cứu lý thuyết tất cả các sinh viên khoa Điện – Ngành ĐKTĐ đều được bố trí 2 tuần thực tập tại xưởng điện nhằm nâng cao kiến thức thực tế và hiểu sâu sắc hơn về lý thuyết. Mỗi sinh viên đều có thể nắm vững kỹ thuật quấn và lồng dây của động cơ ba pha roto lồng sóc và hiểu được nguyên lý vận hành cơ bản của chúng. Nội dung bản báo cáo gồm 2 phần chính: Phần 1: Cơ sở lý thuyết - Cơ sở lý thuyết máy điện - Máy điện không đồng bộ - Cơ sở thiết kế bộ dây quấn stato động cơ không đồng bộ - Kỹ thuật quấn dây Phần 2: - Yêu cầu kỹ thuật - Công nghệ và số liệu kỹ thuật - Kết luận Phần I Cơ sở lý thuyết Bài 1: Cơ sở lý thuyết máy điện I- Giới thiệu chung về máy điện Máy điện là thiết bị điện hoạt động dựa trên nguyên lý thuyết cảm ứng điện từ. Về cấu tạo máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (dây quấn) dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc dùng để biến đổi các thông số điện như điện áp, dòng điện, tần số pha… Sự biến đổi cơ điện trong máy điện dựa trên nguyên lý về điện từ. Nguyên lý này cúng đặt cơ sở cho sự làm việc của các bộ biến đổi cảm ứng dùng để biến đổi các thông số điện. 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 chỉnh. Máy điện có nhiều loại được phân loại theo nhiều cách khác nhau: phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện, theo nguyên lý làm việc…….ở đây ta phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng. * Máy điện tĩnh: Máy điện tĩnh thường gặp là các loại máy biến áp. Máy điện tĩnh làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiện từ thông giữa các cuộn dây 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 có tính chất thuận nghịch. Ví dụ: máy biến áp có thể biến đổi điện năng có các thông số U1, I1, F1 thành điện năng có các thông số U2, I2, F2 và ngược lại. ~ ~ MBA U1 , I1 , f1 U2 , I2 , f2 * 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 máy điện này thường dùng để biến đổi năng lượng. Ví dụ: Biến điện năng thành cơ năng( động cơ điện)hoặc biến cơ năng thành cơ điện năng( máy phát điện).Trong quá trình biến đổi có tính thuận nghịch nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát hoặc động cơ điện. Máy điện Máy điện có phần quay Máy điện tĩnh Máy điện một chiều Máy điện xoay chiều Máy điện không đồng bộ Máy điện đồng bộ Máy phát 1 chiều Động cơ một chiều Máy phát đồng bộ Động cơ đồng bộ Máy phát không đồng bộ Động cơ không đồng bộ Máy biến áp Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thường dùng II- Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện Máy điện có tính thuận nghịch nghĩa là có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. 1. Chế độ máy phát điện: Cho cơ năng của động cơ sở cấp tác dụng và thanh dẫn 1 lực cơ học Fc, thanh dẫn sẽ chuyển động với tốc độ trong từ trường của nam châm Ns trong thanh dẫn sẽ cảm ứng một sức điện E. Nếu nối 2 cực của thanh dẫ điện trở R của tải thì dòng điện I chạy trong thanh dẫn sẽ cung cấp điện cho tải. Nếu bỏ qua điện trở thành thanh dẫn thì điện áp đặt vào tải U = E. Công suất điện máy phát cung cấp cho tải là P = UI = EI. Dòng điện I nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ FĐT – BIL 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. FC = FĐT > FC.V = FĐT.V => BILV = LI Như vậy công suất cơ của động cơ sở cấp được biến đổi thành công suất điện nghĩa là cơ năng đã được biến đổi thành điện năng. N B i Fđt FC R S 2. Chế độ động cơ điện: 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 Fđt = Bil tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v. Công suất điện đưa vào động cơ P = UI = EI = BILV = Fđt.V Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục Pc = Fđt .v. Điện năng đã biến thành cơ năng. Ta thấy, cùng một thiết bị điện từ, tuỳ theo dạng năng lượng đưa vào mà máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. Đây chính là tính chất thuận nghịch của mọi loại máy điện. N B i Fđt ~ U S III- Sơ lược về các vật liệu chế tạo máy điện Các vật liệu dùng để chế tạo có thể chia làm 3 loại: - Vật liệu tác dụng - Vật liệu kết cấu - Vật liệu cách điện 1. Vật liệu tác dụng: - Đây là vật liệu dẫn từ và dẫn điện. Các vật liệu này được dùng để tạo điều kiện cần thiết sinh ra các biến đổi điện từ. a) Vật liệu dẫn từ: - Để chế tạo mạch từ của máy điện, người ta thường dùng các loại thép khác nhau như thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn. Gang ít được dùng vì dẫn từ không tốt lắm. Người ta chủ yếu sử dụng thép lá kỹ thuật điện có hàm lượng silic khác nhau nhưng không được vượt quá 4,5%. Hàm lượng silic này dùng để hạn chế tổn hao do từ trễ, tăng điện trở của thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy. Người ta hay sử dụng các lá thép dày 0,50mm dùng trong máy điện quay, ghép lại làm lõi thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên. Tuy theo cách chế tạo người ta phân lá thép kỹ thuật điện làm 2 loại: cán nóng và cán nguội. Loại cán nguội có đặc tính từ tốt hơn như độ từ thấm cao hơn, tổn hao thép ít hơn loại cán nóng. Thép lá cán nguội lại chia làm 2 loại: Đẳng hướng và vô hướng. Loại đẳng hướng có đặcđiểm là dọc theo chiều cán thì tính năng từ tính tốt hơn hẳn so với ngang chiều cán, do đó thường được sử dụng trong máy biến áp còn loại vô hướng thì đặc tính từ đều theo mọi hướng lên được dùng trong máy điện quay. Ví dụ: Thép cán nóng J21 J31A, thép cán nguội: J410;J310 Chữ J chỉ thép kỹ thuật điện Chữ A chỉ tổn hao thấp Chữ O chỉ thép cán nguội Chỉ số thứ nhất chỉ hàm lượng silíc. Chỉ số thứ hai chỉ tổn hao riêng của các loại thép ở đoạn mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50Hg thường dùng là thép kỹ thuật điện dày 0,35-0,5mm trong thành phần thép có từ 2-5% silíc. ở tần số cao hơn dùng thép là kỹ thuật điện dày 0,1-0,2mm. ở đoạn mạch từ có từ trường không đổi thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc thép lá. b) Vật liệu dẫn điện: Vật liệu dãn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện. Vật liệu đẫn điện dùng trong máy tốt nhất là đồng vì giá thành không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ. Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau…..Để chế tạo dây quấn ta thường dùng đồng đôi khi dùng nhuôm. Dây đồng và đây nhuôm được chế tạo theo tiết điện tròn hoặc chữ nhật, có bọc cách điện khác nhau như vải, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học, sơn emay. Với các loại máy có công suất nhỏ và trung bình, điện áp dười 700V thường dùng sơn emay vì lớp cách điện của dây mỏng, đạt độ bền yêu cầu. Đối với các bộ phận khác như vành đổi chiều, lồng sóc hoặc vành trượt; ngoài đồng, nhôm người ta còn dùng cả các hợp kim của đồng hoặc nhôm hoặc có chỗ dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và giảm kim loại màu. 2. Vật liệu kết cấu: Để cách điện các bộ phận mang điện trong máy, người ta sử dụng vật liệu cách điện. Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học. Độ bền vững về nhiệt của chất cách điện bọc day dẫn quyết định nhiệt độ cho phép của dây và do đó quyết định tải của nó. Nếu tính năng chất cách điện càng cao thì lớp cách điện có thể mỏng và kích thước của máy giảm. Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm: - Chất hữu cơ thiên nhiên như: giấy, vải, lụa… - Chất vô cơ như: amiăng, mica, sợi thuỷ tinh… - Các chất tổng hợp - Các loại men, sơn cách điện Chất cách điện tốt nhất là mica, song tương đối đắt nên chỉ dùng trong các máy có điện áp cao. Do đó, thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải… Chúng có độ bền cơ học tốt, rẻ tiền nhưng hút ẩm kém, dẫn nhiệt kém, cách điện kém. Vì vậy, 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 trơ) hoặc thể lỏng (dầu máy biến áp). Vật liệu khí: Không khí là một chất cách điện tốt, tuy nhiên để cách điện tốt hơn người ta thường dùng khí trơ. Hyđrô được sử dụng trong trường hợp cần cách điện và làm mát bên trong vật liệu. Vật liệu lỏng: Đây là loại vật liệu cách điện rất quan trọng trong máy điện vì nó có thể len lỏi vào các khe hở 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 nhiều loại, cấp cách điện như sau: Cấp cách điện Vật liệu Nhiệt độ vật liệu giới hạn cho phép Nhiệt độ TB dây quấn cho phép A Sợi Xenlulô, bông hoặc tơ tẩm trong vật liệu hữu cơ lỏng 1050C 1000C E Vài loại màng tổng hợp 1200C 1150C B Amiăng, sợi thuỷ tinh có chất kết dính vật liệu gốc mica 1300C 1200C F Amiăng, vật liệu gốc mica, sợi thuỷ tinh có chất kết dính và tẩm tổng hợp 1550C 1400C H Vật liệu gốc mica, amiăng, sợi thuỷ tinh phối hợp chất kết dính và tẩm silic hữu cơ 1800C 1650C II- Phát nóng và làm mát máy điện Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất. Tổn hao năng lượng trong máy điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy) trong thép, tổn hao đồng trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay). Tất cả tổn hao năng lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện. Khi đó do tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hoá khác, lớp cách điện sẽ bị lão hoá, nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ. Thực nghiệm cho thấy khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ cho phép 8á100C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm đi một nửa. ở nhiệt độ làm việc cho phép, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện vào khoảng 10á15 năm. Khi máy làm việc quá tải, độ tăng nhiệt độ sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép. Vì vậy, khi sử dụng máy điện cần tránh để máy quá tải làm nhiệt độ tăng cao trong một thời gian dài. Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh. Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát. Bài 2: 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 n khác với tốc độ quay của từ trường n1. Máy điện không đồng bộ có 2 dây quấn: dây quấn stato (sơ cấp), với lưới điện tần số không đổi f1, dây quấn roto (thứ cấp) được n1 tắt lại hoặc khép kín trên điện trở. Dòng điện trong dây quấn roto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số phụ f2 phụ thuộc vào roto; nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trên trục của máy. Cũng như các máy điện quay khác, máy điện không đồng có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện cũng như chế độ máy phát điện. II- Phân loại và kết cấu 1. Phân loại Máy điện không đồng bộ có nhiều loại, được phân loại theo nhiều cách khác nhau: Theo kết cấu của nó, theo kết cấu của roto, theo số pha trên dây quấn stato… * Theo kết cấu của vỏ: Máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ… * Theo kết cấu roto: Máy điện không đồng bộ chia làm 2 loại: Loại roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc. * Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia làm 3 loại: 1 pha, 2 pha, 3 pha. 2. Kết cấu Giống như những máy quay khác, máy điện không đồng bộ gồm các bộ phận chính sau: 1) Stato: Stato là phần tĩnh gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. Ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy. a. Lõi thép: Lõi thép được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ. Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Vì từ trường đi qua lõi thép lá, từ trường quay lên để giảm tổn hao lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ép lại. Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn do dòng xoáy gây nên. b. Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ) và được đặt trong các rãnh của lõi thép. Kiểu dây quấn, hình dạng và cách bố trí dây quấn sẽ được trình bày chi tiết trong bài sau: c. Vỏ máy: Vỏ máy làm bằng nhôm 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 (1000kw) 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 vỏ phòng nổ… Hai đầu vỏ có nắp máy và ổ đỡ trục. Vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy. 2) Roto: Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. a. Lõi thép: Nói chung người ta sử dụng 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 xẻ rãnh để đặt dây quấn. b. Dây quấn roto: Có 2 loại chính: Roto lồng sóc và roto dây quấn - Loại roto kiểu dây quấn: Roto có dây quấn giống như dây quấn stato. Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng 2 lớp vì bớt được những đầu dây nối, kết cấu dây quấn trên roto chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm 1 lớp. Dây quấn ba pha của roto thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba rãnh trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở 1 đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với 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 phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện roto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số 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 dây quấn 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 đầu bằng 2 vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành 1 cái lồng mà người ta quen 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 2 đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát. Dây quấn roto lồng sóc không cần cách điện với lá thép. Để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh roto có thể làm thành rãnh sâu hoặc làm thành 2 rãnh lồng sóc (rãnh lồng sóc kép). Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh roto thường được 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, 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) Khe hở: Vì roto là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (0,2á1mm trong máy điện cỡ vừa và nhỏ) để hạn chế dòng điện từ hoá và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 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 một loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các ngành 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, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ… Trong các hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay gia công nông sản. Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: Quạt gió, động cơ trong tủ lạnh… Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất, điện khí hoá và tự động hoá, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế. Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt lắm so với máy phát 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 hay tạm thời thì nó cũng có ý nghĩa quan trọng. IV- Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ Khi trong lõi thép stato của máy điện không đồng bộ, ta tạo một từ trường quay với tốc độ n1 = 60f : p (f: tần số dòng điện lưới đưa vào ; p: số cặp cực) 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 suất điện động và dòng điện. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện trong dây quấn tác dụng với từ thông khe hở sinh ra mômen, tác dụng đó có quan hệ 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 dụng từ trường tổng trong khe hở sinh ra lực F và mômen M kéo roto quay theo chiều từ trường quay. Điện năng đưa tới roto đã biến thành cơ năng trên trục, nghĩa là máy điện làm việc trong chế độ động cơ. Những máy chỉ làm việc ở chế độ này khi n < n1 vì khi đó mới có sự chuyển động tương đối giữa từ trường và dây quấn roto và như vậy trong dây quấn roto mới có dòng điện và mômen kép roto quay. Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau: - Khi roto quay thuận và nhanh hơn tốc độ đồng bộ dùng một động cơ sơ cấp nào đó quay roto của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ đồng bộ n > n1, khi đó chiều của từ trường quay quét qua dây dẫn sẽ có chiều ngược lại, sức điện động và dòng điện trong dây dẫn roto cũng đổi chiều nên chiều của mômen cũng ngược chiều quay của n1 nghĩa là ngược với chiều của roto nên đó là mômen hãm. Máy điện đã biên cơ năng tác dụng lên trục động cơ điện, do động cơ sơ cấp kéo, thành điện năng cung cấp cho lưới điện nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện. - Khi roto quay ngược với chiều từ trường quay thì chiều của sức điện động, dòng điện và cả mômen vẫn giống như lúc ở chế độ động cơ điện. Vì mômen sinh ra ngược với chiều quay của roto nên có tác dụng hạm roto đứng lại. Trong trường hợp này máy điện vừa lấy điện năng ở lưới điện vào vừa lấy cơ năng ở động cơ sơ cấp. Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ. Bài 3: Cơ sở thiết kế bộ dây quấn stato động cơ không đồng bộ I- Khái niệm và các thông số cơ bản 1. Số cặp cực p: Được hình thành bởi một cuộc dây hay nhóm cuộc dây và được đấu dây sao cho khi có dòng điện đi qua sẽ tạo được các cặp cực N-S xen kẽ kế tiếp nhau trong cùng 1 pha. Khoảng cánh từ tâm cực từ này đến tâm cực từ kế tiếp được gọi là bước cực từ T. Bước từ T còn được hiểu là khoảng cách nhất định hay góc độ điện giữa pha A, pha B, pha C. Trong tính toán T được tính theo đơn vị rãnh và xác định bằng công thức: Z T = (rãnh) 2p Trong đó: Z là tổng số rãnh được lập trên stato. 2. Cuộn dây: Có thể là 1 hoặc nhiều vòng, khi cuộn dây được bố trí trên stato thì chia làm các cạnh dây và các đầu dây (đầu ra, đầu vào). Bước dây quấn là khoảng cách giữa 2 cạnh dây của cuộn dây đang được bố trí trên stato và được tính theo đơn vị ranh, ký hiệu là y. So sánh bước dây quấn với bước cực từ, ta có: + Bước đủ: y = T + Bước ngắn: y < T + Bước dài: y > T 3. Các thông số khác: - m : số pha của động cơ - a : số mạch nhánh song song trong máy - q : số rãnh tác động lên 1 cực 4. Nhóm cuộn dây Quấn dây trong máy điện nhìn chung có thể được thực hiện với 2 loại nhóm dây. - Nhóm cuộn dây đồng tâm - Nhóm cuộn dây đồng khuôn a. Nhóm cuộn dây đồng tâm: Nhóm cuộn dây đồng tâm được hình thành bởi nhiều cuộn dây có bước cuộn dây khác nhau và được mắc nối tiếp với nhau theo cùng một chiều cuốn. Các cạnh dây của mỗi cuộn chiếm các rãnh kề cận nhau để tạo thành cực từ. Để tạo hình nhóm cuộn dây đồng tâm người ta quấn liên tiếp các dây dẫn theo cùng một chiều quấn lên trên một bộ khuôn có kích thước khác nhau và đặt đồng tâm trên cùng một bục quấn. Ưu điểm của cách quấn dây này là dễ lắp đặt cuộn dây vào stato nhưng có nhược điểm là các đầu cuộn dây choán chỗ nhiều hơn so với cách quấn khác. Dạng nhóm cuộn dây đồng tâm thường phổ biến trong các động cơ điện công suất nhỏ. b. Nhóm cuộn dây đồng khuôn: Nhóm cuộn dây này có bước của các cuộn dây đều bằng nhau nên chúng cũng có cùng một khuôn định hình. Các cuộn dây này được bố trí trên stato ở các rãnh kế tiếp nhau để tạo rãnh cực từ. Thông thường, bước cuộn dây trong nhóm cuộn dây đồng khuôn đều là bước ngắn nên có ưu điểm: ít tốn dây, thu gọn các đầu cuộn dây. Tuy nhiên để đạt yêu cầu thu gọn, các đầu cuộn dây ít choán chỗ thì việc lắp bộ dây cuốn dạng này khó khăn hơn và tốn nhiều thời gian hơn so với nhóm đồng tâm. II- Cách đấu giữa các nhóm cuộn dây Khi thiết lập sơ đồ bộ dây quấn trên động cơ ba pha, các nhóm dây có thể đấu để tạo các từ cực thật hoặc các từ cực giá tuỳ theo sự bố trí của nhóm cuộn dây trong cùng 1 pha. 1. Đấu dây các nhóm tạo các từ cực thật: Trong cách đấu này các nhóm dây cùng 1 pha được bố trí sát nhau và nối dây giữa các nhóm sao cho dòng điện qua các nhóm tạo thành các cực từ N-S xen kẽ nhau. Đặc điểm của cách đấu này là số nhóm cuộn dây trong một pha bằng số cặp cực. Khi đấu dây có thể áp dụng nguyên tắc “đầu - đầu” “cuối – cuối”. 2. Đấu dây các nhóm tạo các từ cực giả: Khi muốn đấu dây tạo các cực từ giả tức là các cực từ cùng dấu, người ta phải bố trí các nhóm cuộn dây trong cùng 1 pha phải cách xa nhau ít nhất là 1 rãnh trống. Khi đấu dây áp dụng nguyên tắc “đầu – cuối” bằng cách nối đầu của nhóm này với cuối của nhóm kế tiếp. Đặc điểm của cách đấu này là số nhóm cuộn dây trong 1 pha bằng nửa số cặp cực và cách đấu này chỉ áp dụng khi 2p>2. Khi các cụm dây của cùng 1 pha nằm ở những vị trí khác nhau trên thân máy thì ta gọi đó là dây quấn tập trung. Nếu ta tách nhỏ các phần tử dây cuốn tập trung và rải đều trên thân máy thì ta sẽ có dây quấn phân tán. III- Cách dựng sơ đồ dây quấn động cơ 3 pha * Muốn dựng sơ đồ dây quấn động cơ 3 pha, ta cần phải xác định các thông số cơ bản sau của stato: - Dạng dây quấn định thiết kế - Tổng số rãnh Z của stato - Số cặp cực 2p và sự phân bố của day trên stato * Các bước thành lập: - Xác định bước cực từ: T = Z/2p - Tính số cạnh dây của mỗi cực, của mỗi pha: q = Z/3.2.p - Tiến hành dựng sơ đồ theo các bước: + Kẻ các đường song song và đánh số tương ứng với số rãnh của stato. + Trải số cạnh dây/cực/pha cho phân bố đều tại các trực cực từ và xác định chiều dòng điện theo chiều đầu vào. + Căn cứ vào dạng dây quấn định dựng vẽ các đầu cuộn dây nối liền các cạnh dây lại thành hình dạng nhóm cuộn và nối dây giữa các nhóm cuộn pha sao cho chiều dòng điện của cùng 1 bối trên các cạnh dây kế tiếp không được ngược chiều nhau. + Dựa vào độ lệch pha à = Z/3p xác định rãnh khởi đầu của pha B và vẽ tương tự. + Cuối cùng vẽ pha C tương tự pha B và cách pha B độ lệch pha à . * Các ví dụ: (1). Thành lập sơ đồ dây quấn đồng đồng khuôn phân tán 1 lớp có: Z = 24 ; 2p = 4 ; y = 6 ; q = 2 (2). Thành lập sơ đồ dây quấn đồng tâm tập trung 1 lớp có: Z = 36 ; 2p = 4 ; y = 9 ; q = 3 Sơ đồ dây quấn đồng khuôn phân tán một lớp: Z = 24 ; 2p = 4 ; y = 5 ; q = 2 Bài 4: Kỹ thuật quấn dây I- Chuẩn bị khuôn Dùng khuôn quả trám có các kích thước: a: Bằng một cung ở ẵ chiều cao của răng tính từ tâm rãnh cạnh tác dụng thứ nhất đến ccạnh tác dụng thứ 2 của cùng một phần tử. b: Mỗi bên lấy chiều sâu của nắp máy h: Chiều cao của lõi sắt + 3cm. Khuôn này thường dùng cho dây quấn đồng khuôn. Nếu là dây quấn đồng tâm phải có thêm 2 cổ lỗ nữa, hai cổ lỗ này liền nhau và cách nhau bằng 1 bước rãnh thên stato. b h b a II- Dụng cụ lắp đặt dây Khi lắp bộ dây quấn vào các rãnh của stato cần phải có các dụng cụ chuyên dùng: búa, kéo, kìm, dao tre….. III- Kỹ thuật cách điện rãnh Cách điện rãnh nhằm mục đích cách điện giữa cuộn dây với stato để tránh chạm masse và phải có hinhhf dạng của rãnh để ôm sát vào rãnh thuận tiện cho việc vào dây. - Yêu cầu cách điện: + Những vật dẫn điện phải được cách điện trọn vẹn trong vật liệu cách điện. + Khi sử dụng vật liệu cách điện phải đảm bảo độ bóng của vật liệu tránh xước sát, gãy dập……. Có 2 dạng cách điện: + Cách điện vỏ + Cách điện pha * Cách điện vỏ: Lớp thứ nhất là lớp giấy dày 0,3cm có chiều rộng bằng diện tích rãnh và chiều dài bằng chiều dài của rãnh + 3cm. Mỗi đầu của lớp giấy dầy này được gập lại 0,75cm để chống xe dịch. Lớp thứ hai là lớp giấy dày 0,1cm có chiều rộng lớn hơn lớp giấy 0,3cm một khoảng bằng 2 bản rãnh hai bên và co chiều dài bằng chiều dài lớp giấy 0,3cm sau khi đã gập hai đầu. * Cách điện pha: Dùng một miếng giấy dày(> 0,3cm) có chiều dài bằng a, chiều cao bằng b, một đầu cắt tròn theo hình của đầu bối dây để cách điện giữa các bối dây trong các pha khác nhau. IV- Cách lắp dây vào rãnh - Khi vào dây phải vuốt thẳng, tránh bị xây xước. Nếu như trong bối dây có mối nối ta phải cạo sát lớp sơn cách điện ở bên hai đầu dây chỗ nối, nối dây thật chặt để đảm bảo khi động cơ làm việc mối nối không bị hỏng làm cho 2 đầu dây không tiếp xúc với nhau dẫn đến bối dây bị hở, động cơ sẽ không làm việc được. Khi cuốn dây cuốn dây phải chú ý đưa mối nối lên đầu bối dây và dùng gen cách điện để đảm bảo an toàn. Trước khi lắp dây vào rãnh nên chọn vị trí các nhóm cuộn dây sao cho thuận lợi nhất và có mỹ thuật. Thường chọn vị trí sao cho đầu ra các bối dây ở gần phía hộp cực. Cần chú ý phần đầu cuộn che lấp các cuộn lỗ xơ bu lông, giảm khó khăn kho lắp roto. Phải kiểm tra thông mạch đấu đúng cực tính sao cho động cơ chạy được. Thường khi đặt dây vào máy ta phải kiểm tra thông mạch ngay từ bối dây đầu tiên đồng thời kiểm tra sự chạm masse giữa bối dây và vỏ máy. Quy định chung: Đấu máy 220/380 - /Y 1. Lắp nhóm dây đồng tâm: Chọn vị trí đầu tiên sẽ lắp dây vào, nắn cuộn dây sao cho thu gọn vừa lọt lòng stato. Sau khi đặt cuộn bé nhất của bối dây thứ nhất vào stato, cẩn thận đưa từng lượng nhỏ dây nằm gần miệng rãnh cho vào rãnh. Nếu thấy lượng dây đưa vào rãnh đã hơi choán chỗ, dùng dao tre dạt dây cho song hàng rồi nén chặt xuống. Khi dây đã cho vào rãnh hết, gạt lớp cách điẹn miệng rãnh. Chú ý nén chặt lớp cách điện này vì khẽ hở giữa roto và stato là rất nhỏ, nếu ta không nén chặt thì roto sẽ không thể quay đwocj. Chú ý luôn vào bin dây nhỏ trước, bin dây lớn sau để thuận tiện cho việc vào dây. Với mỗi dây đã vào cân đối hai đầu cuộn dây rồi uốn các đầu cuộn dây sao cho cong vòng xuống để rộng chỗ cho nhóm cuộn dây lắơ sau. Sau khi vào hết các bối dây theo sơ đồ đã thành lập ta mời vào các cạnh chớ cuối cùng. 2. Lắp dây nhóm cuộn dây đồng khuôn: Đối với dạng dây cuốn đồng khuôn ta cũng phải thực hiện các cạnh chờ để sau khi và hết các bối dây thì mới được hạ xuống. Kỹ thuật vào dây cũng tương tự như trên nhưng cần chú ý với các dạng dây quấn đồng khuôn phải luôn lót giấy cách điện giữa các bối của các pha để đạt được sự cách điện pha hoàn toàn. V hai bộ dây quấn. Sau khi đã uốn nắn định hình bộ dây quấn, thực hiện nối đấu dây giữa các bối, giữa các đầu ra với dây dẫn mềm bọc cách điện. Sau đó định vị nơi tập trung đưa dây ra hộp cực, cuối cùng tiền hành đai bộ dây quấn để cho bộ dây quấn vững chắc. Phần II Công nghệ và số điện kỹ thuật Các bài tập thực hành I- Yêu cầu Bài tập 1: Thực hiện bài dây quấn đồng khuôn phân tán một lớp: Z= 24;Y= 5; Q= 2; 2P= 4. Bài tập 2: Thực hiện bầi day quấn đồng tâm tập trung một lớp: Z= 36; Y= 9; Q= 3; 2P= 4. II- Thực hành 1. Bài tập: * Cuộn dây: - Cuộn riêng từng bối một - Tổng số là 12 bối mỗi bối có 55 vòng - Đo thông mạch kiểm tra từng cuộn - Chuẩn bị giấy cách điện và các dụng cụ để vào dây. * Vào dây: - Ta vào dây sao cho một cạnh đè lên hai cạnh trước. Cạnh sau này và cạnh trước tạo thành hai cạnh mới để đặt tiếp cạnh khác đè lên chúng. - Đầu tiên ta chọn một rãnh bất kỳquy định đó là cạnh 1. ta vào dây 2 cạnh là cạnh số 2 và cạnh số 4 trước,hai cạnh còn lại của a bối đó để chờ bối thứ nhất vào vị trí 186, tiếp tục bối thứ hai vào rãnh 3x8. Cứ như vậy ta vào tiếp các bối còn lại cho đến hết rồi đặt nốt 2 cạnh chờ xuống rãnh 21823 là song. - Vào dây được rãnh nào ta nhétgiấy cấch điện, nắn tòn và ép luôn bối dây đó xuống đồng thời kiểm tra luôn xem có thông mạch và chạm vỏ không để có biện pháp sử lý luôn. - Sau khi đã vào d._.