Đề tài Tính toán động cơ không đồng bộ ba pha mất số liệu và kiểm nghiệm sau khi sửa chữa (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Tính toán động cơ không đồng bộ ba pha mất số liệu và kiểm nghiệm sau khi sửa chữa (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA MẤT SỐ LIỆU VÀ KIỂM NGHIỆM SAU KHI SỬA CHỮA S K C 0 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: SV 2009 - 74 S K C 0 0 2 8 1 4 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2009
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT Tp.HCM TRUNG TÂM ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN : CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA MẤT SỐ LIÊU VÀ KIỂM NGHIÊM SAU KHI SỦA CHỮA Mã số : SV2009-74 GVHD : GVC-Th.S : NGUYỄN TRỌNG THẮNG SVTH : ĐẶNG HẢI DƯƠNG MSSV: 06102192 NGUYỄN ĐÌNH GIANG MSSV: 06102159 Tp. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 7 NĂM 2010 1
3. LỜI NÓI ĐẦU Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Quý Thầy Cô, đặc biệt là các Quý Thầy Cô trong Trung Tâm ĐàoTạo Chất Lương Cao đã tận tình truyền thụ cho em những kiến thức quý báu. Những kiến thức ấy không chỉ cần trong công việc chuyên môn mà còn là bài học thiết thực giúp em hoàn thiện nhân cách của mình. Em xin cảm ơn thầy GVC-Th.S Nguyễn Trọng Thắng giảng viên trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã chỉ dẫn em trong bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học .Thầy đã tận tâm hướng dẫn, cung cấp tài liệu cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu . Đây sẽ là hành trình quý báu giúp em có thể thực hiện tốt các đồ án. Cuối cùng, em xin kính chúc Quý Thầy Cô luôn dồi dào sức khỏe để hoàn thành tốt sự nghiệp trồng người cao quý của mình. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Sinh viên thực hiện Đặng Hải Dương Nguyễn Đình Giang 2
4. NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 3
5. MỤC LỤC Trang CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 06 I- Khái niệm chung . 06 II- Phân loại và kết cấu 06 1. Phân loại . 06 2. Kết cấu 06 3) Khe hở 07 III- Công dụng của máy điện không đồng bộ 07 IV- Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ 08 CHƢƠNG II : DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 09 I : Đại Cƣơng 09 II : Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn 3 pha, 1 lớp, q là số nguyên 09 III : Xây Dựng Sơ Đồ Khai Triển Dây Quấn Hai Lớp Có q Là Số Nguyên 14 1 : Dây quấn xếp. 16 2. Dây quấn sóng: 17 IV : Dây quấn ba pha có q là phân số : 18 1. Phƣơng pháp Clement : 18 2. Phƣơng pháp Py o ( Rubô) 21 CHƢƠNG III : TÍNH TOÁN DÂY QUẤN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA MẤT SỐ LIỆU 25 I : Phƣơng pháp tính toán dây quấn stator động cơ không đồng bộ ba pha mất số liệu . 25 II : Tính toán dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha mất số liệu cụ thể 28 CHƢƠNG IV : KIỂM NGHIỆM SAU KHI SỬA CHỮA . 33 I : Đo đạc các thông số: 33 II : Thí nghiệm không tải: . 33 III : Thí nghiệm ngắn mạch: . 34 5
6. CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ 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 trƣờng n1. Máy điện không đồng bộ có 2 dây quấn: dây quấn stato (sơ cấp), với lƣới điện tần số không đổi f1, dây quấn roto (thứ cấp) đƣợc n1 tắt lại hoặc khép kín trên điện trở. Dòng điện trong dây quấn roto đƣợc 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 nhƣ 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 nhƣ chế độ máy phát điện. II- PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU 1. Phân loại Máy điện không đồng bộ có nhiều loại, đƣợc 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 nhƣ 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 đƣợc ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ. Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện đƣợc dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hƣớng trục. Vì từ trƣờng đi qua lõi thép lá, từ trƣờng quay lên để giảm tổn hao lõi thép đƣợc 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 đƣợc đặt trong các rãnh của lõi thép. Kiểu dây quấn, hình dạng và cách bố trí dây quấn sẽ đƣợc 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 nhƣ cố định máy trên bệ. Không dùng để làm mạch dẫn từ. Đối với máy có công suất tƣơng đối lớn (1000kw) thƣờng 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: 6
7. Nói chung ngƣời ta sử dụng lá thép kỹ thuật điện nhƣ ở stato. Lõi thép đƣợc 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 nhƣ dây quấn stato. Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thƣờng dùng dây quấn kiểu sóng 2 lớp vì bớt đƣợc những đầu dây nối, kết cấu dây quấn trên roto chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thƣờng dùng dây quấn đồng tâm 1 lớp. Dây quấn ba pha của roto thƣờng đấu hình sao, còn ba đầu kia đƣợc nối vào ba rãnh trƣợt thƣờng 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 đƣa 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 thƣờng, dây quấn roto đƣợc 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 đƣợc nối tắt lại 2 đầu bằng 2 vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành 1 cái lồng mà ngƣời ta quen gọi là lồng sóc. Ở các máy công suất nhỏ, lồng sóc đƣợc 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 tƣơng 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 thƣờng đƣợc 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 ƣu 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 đƣợc 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 (0,2÷1mm trong máy điện cỡ vừa và nhỏ) để hạn chế dòng điện từ hoá và nhƣ 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 đƣợc dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến vài nghìn kw. Trong công nghiệp thƣờng 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 nhƣng đặc tính không tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ nên chỉ trong một vài trƣờng hợp đặc biệt nào đó 7
8. (nhƣ 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 trƣờng quay với tốc độ n1 = 60f : p (f: tần số dòng điện lƣới đƣa vào ; p: số cặp cực) thì từ trƣờng 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 trƣờng quay nhƣng 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 trƣờng tổng trong khe hở sinh ra lực F và mômen M kéo roto quay theo chiều từ trƣờng quay. Điện năng đƣa 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, khi đó chiều của từ trƣờng quay quét qua dây dẫn sẽ có chiều ngƣợc lại, sức điện động và dòng điện trong dây dẫn roto cũng đổi chiều nên chiều của mômen cũng ngƣợc chiều quay của n1 nghĩa là ngƣợc 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 lƣới điện nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện. - Khi roto quay ngƣợc với chiều từ trƣờng quay thì chiều của sức điện động, dòng điện và cả mômen vẫn giống nhƣ lúc ở chế độ động cơ điện. Vì mômen sinh ra ngƣợc với chiều quay của roto nên có tác dụng hạm roto đứng lại. Trong trƣờng hợp này máy điện vừa lấy điện năng ở lƣới điện vào vừa lấy cơ năng ở động cơ sơ cấp. Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ. 8