Qui trình tìm hiểu máy biến áp

LỜI MỞ ĐẦU Học tập trên cả lý thuyết và thực hành là rất quan trọng đối với sinh viên tất cả các khoa. Đặc biệt đối với sinh viên khoa Điện-Điện tử thì điều này càng quan trọng. Do điều kiện khó khăn của trường nói riêng cũng như cả nước nói chung, việc tạo điều kiện cho sinh viên ứng dụng lý thuyết vào thực tế gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên nhờ sự cố gắng của nhà trường và các thầy giáo, sinh viên đã được thực hành một số nội dung quan trọng. Đây là cơ hội rất quý báu của chúng em. 2 tuần thực tập tại xưởng điện, bộ môn thực hành máy điện, em đã tiếp thu được nhiều kiến thức mới mẻ, bổ ích mà nếu chỉ học lý thuyết thì không thể biết được. Những kiến thức đó chắc chắn sẽ giúp ích em rất nhiều trong quá trình làm việc sau này. Sau đây, em xin trình bày tóm tắt những kiến thức, cũng như bài học kinh nghiệm mà em học được qua 2 tuần thực tập. A CƠ SỞ LÝ THUYẾT Máy biến áp và phương pháp thiết kế máy biến áp. Máy điện không đồng bộ 3 pha và cơ sở thiết kế máy điện không đồng bộ 3 pha. B THỰC HÀNH Các bài tập thực hành về : -Dây quấn máy biến áp. -Dây quấn động cơ không đồng bộ roto lồng sóc dây quấn 1 lớp, 2 lớp. C KẾT LUẬN VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM. A CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY BIẾN ÁP Định nghĩa: Máy biến áp là thiết bị từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi các thông số ( U,I ) của dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc dựa trên định luật cảm ứng điện từ: e = - Ta xét sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 1 pha hai dây quấn trên hình vẽ. Cuộn sơ cấp có w1 vòng dây và cuộn dây thứ cấp có w2 vòng dây, được quấn như hình vẽ. khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào cuộn sơ cấp, trong đó sẽ xuất hiện dòng điện i1. Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông móc vòng với cả hai dây quấn sơ cấp và cuộn dây thứ cấp, cảm ứng sẽ sinh ra sđđ e1 và e2 . Cuộn thứ cấp có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp u2. Như vậy năng lượng điện chuyển từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp. Giả sử điện áp đặt vào cuộn sơ cấp là điện áp xoay chiều có tín hiệu hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm hình sin : = msint. Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sđđ cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp là: e1=-w1=-w1=-w1mcost=E1sin(t-). e2=-w2=-w2=-w2mcost=E2sin(t-). Trong đó : E1=w11/=2f1m/=4,44fw1m E2=w11/=2f2m/=4,44fw2m Là các giá trị hiệu dụng của các sđđ dây cuấn sơ cấp và dây cuấn thứ cấp. Tỉ số biến đổi máy biến áp: k=E1/E2 w1/ w2 Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1E1, U2E2. Do công suất không đổi : U1. I1 = U2. I2 => I1/ I2 = U2/ U1 = 1/k Nếu nối cuộn thứ cấp với phụ tải thì dòng điện thứ cấp i2 xuất hiện. Phụ tải càng tăng, dòng i2 càng tăng làm dòng i1 càng tăng theo tương ứng để giữ ổn định từ thông không đổi. Đây chính là nguyên lý làm việc của máy biến áp hai cuộn dây. Nhận xét: k= E1/ E2 =U1/ U2 Nếu: + k>1: máy hạ áp +k<1: máy tăng áp +k=1: máy không có chức năng biến đổi giá trị năng lượng mà chỉ có chức năng cách điện. Cấu tạo và phân loại máy biến áp: Máy biến áp có hai bộ phận chính : lõi thép và dây quấn. Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt (thường là lá thép kỹ thuật điện). Lõi thép gồm hai bộ phận: - Trụ là phần lõi thép có dây quấn. - Gông là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín. Có các dạng mạch từ : - Mạch từ kiểu bọc dạng E I - Mạch từ kiểu trụ hoặc kiểu lõi có dạng U, thường do nhiều lá thép hình chữ I ghép lại. -Mạch từ kiểu bọc F, F. Dây quấn : Dây quấn máy biến áp có nhiệm vụ tăng, giảm điện áp, gồm có cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Các máy biến áp công suất nhỏ, dây quấn thường dùng dây tròn, có đường kính không quá 3mm. Đối với dây chịu tải dòng điện lớn ở Máy biến áp công suất lớn dùng dây dẹp, tiết diện vuông hoặc chữ nhật. Dây quấn gồm có nhiều vòng dây lồng vào trụ lõi thép, giữa các vòng dây và giữa các dây quấn có cách điện với nhau và dây quấn có cách điện với lõi thép. Phân loại máy biến áp: - Theo công dụng : +Máy biến áp điện lực: truyền tải và phân phối năng lượng trong hệ thống điện lực. +Máy biến áp chuyên dụng: dùng cho mục đích cụ thể như luyện kim, hàn… +Máy biến áp tự ngẫu: biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn. +Máy biến áp đo lường: để giảm điện áp, giảm dòng điện khi đưa vào đông hồ đo. +Máy biến áp thí nghiệm: dùng để thí nghiệm các điện cao áp. - Theo số pha: máy biến áp 1 pha và biến áp 3 pha. Các bước tính số liệu dây quấn MBA một pha Bước 1: Đo tiết diện thật. Ag= a x b (cm2) Tính tiết diện tính toán (cm) At = Ag x Kgh với (Kgh =o,9÷ 0.95). S0 = (At×B1,423×Kgh)2 Trong đó: B 0,7-0,8 nếu thép là 1% silic 1-1.2 nếu thép là 2%-4% silic 1,4-1,6 nếu thép >5% silic. Kgh= 1-1,2 : nếu thép loại E,I. =0,75-0,85 : Nếu loại U, I. Bước 2: xác dịnh số vòng tạo ra 1 vôn (thép trung bình) (thép tốt) (thép xấu) Bước 3: Xác định số vòng cuộn sơ và số vòng cuộn thứ. Số vòng cuộn sơ. Số vòng cuộn thứ. Ch%: tra bảng ta được 1,05. Bước 4: Xác định dòng điện sơ cấp. I1=S0U1.y 𝔶: Thường chọn hiệu suất từ (0,85 -> 0,95). -Tiết diện dây quấn sơ cấp S1=I1j (j tra bảng mật độ) Đường kính sơ cấp 3S1 Dòng điện dây quấn thứ cấp I1=S0U2.y Tiết diện dây thứ cấp S1=I2j Đường kính dây thứ cấp 3S2 MÁY ĐIỆN MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA Định nghĩa: Máy điện là những thiết bị điện từ, họat động dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lai, biến đổi các thông số của năng lượng điện. Máy điện là thiết bị điện từ hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Về cấu tạo: Máy điện gồm mạch từ ( lõi thép ) và mạch điện ( các dây quấn) dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác như cơ năng thành điện năng ( máy phát điện) hoặc ngược lại, biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện ) hoặc dùng để biến đổi các thông số điện áp dòng điện, tần số, pha... Tùy theo cách tạo ra từ trường, kết cấu mạch từ và dây quấn mà ta có 4 loại máy điện quay cơ bản sau: -Máy điện không đồng bộ -Máy điện đồng bộ -Máy điện một chiều -Máy điện xoay chiều 1. Stato (phần tĩnh) . Dây quấn: Dây quấn stato động cơ không đồng bộ ba pha là dây đồng được phủ sơn cách điện, gồm ba pha dây quấn AX, BY và CZ đặt trong các rãnh stato theo một quy luật nhất định. Sáu đầu dây của ba pha dây quấn được nối ra ngoài hộp đấu dây (đặt ở vỏ của động cơ) để nhận điện vào. Lõi thép: gồm nhiều lá thép kĩ thuật gép lại với nhau tạo thành các rãnh. 2. Roto (phần quay)a. Lõi thép: làm bằng các lá thép kĩ thuật điện, mặt ngoài xẻ rãnh, ở giữa có lỗ để lắp trục, ghép lại thành hình trụ.b. Dây quấn: có 2 kiểu:- Dây quấn kiểu roto lồng sóc- Dây quấn kiểu roto dây quấn Nguyên lý hoạt động Cung cấp điện cho máy điện điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng điện i trong thanh dẫn dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fdt=B.i.l tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v Công suất điện đưa vào động cơ: P = u.i=e.i=B.l.v.i=F.dt.v Như vậy công suất điện Pđ = u.i đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ Pcơ = F.dt.v trên trục động cơ. Điện năng đã biến thành cơ năng. Ta nhận 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. Các thông số chính của máy phát điện: Mỗi máy đều có một bộ thông số định mức để đảm bảo khi vận hành, máy đạt hiệu suất cao nhất, ổn định và an toàn nhất, đảm bảo độ bền và tuổi thọ của máy. Đồng thời qua thông số của máy để chọn loại máy phù hợp với yêu cẩu sử dụng Các thông số nói chung thường dung: điện áp định mức, dòng định mức, công suất định mức và tốc độ định mức. TÍNH TOÁN XÂY DỰNG SƠ ĐỒ DÂY QUẤN Các loại cách quấn dây quấn sau đây -đồng khuôn (một lớp) -đồng tâm (một lớp) -xếp hai lớp Dây quấn một lớp Xác định các thông số cơ bảng Bước cực từ (rãnh) Số rãnh phân bố mỗi pha trên một cực từ. (m: là số pha) Gọi ZA= ZB + ZB ZA là số rãnh pha chính ZB là số rãnh pha phụ Nếu τ là bội của 2 => ZA = ZB = Z2 Nếu τ là bội của 3=> ZA = 2ZB Nếu τ là bội của 4 =>ZA =3ZB Chọn phân bố QA,QB Sau đó suy ra qA,qB Dựa vào qA để phân bố số rãnh/bước cực và số rãnh/pha/bước cực, xác định vị trí cho các cạnh tác dụng nằm ở lớp trên. Phân bố số vách cho 3 pha: ACB, ACB…. Góc lệch điện αđ=180τ ta có sơ đồ sau: DÂY QUẤN 2 LỚP Xác định các thông số cơ bảng Bước cực từ (rãnh) Số rãnh phân bố mỗi pha trên một cực từ. (m: là số pha) Góc lệch điện αđ=180τ cách xác định y và y, Y,=Y-1 Sau đó lập bảng sơ đồ 3 pha. B- THỰC HÀNH 1, thực hành quấn máy biến áp : cho U1=50 (v) U2=12(v) Bài làm a=2,4 cm b=3 cm Ag= 2,4.3=7,7 (cm2) Tính tiết diện tính toán (cm2) At = Ag x Kgh=7,7.0,9=6,48 (cm2) S0 = (At×B1,423×Kgh)2 . =(1,2×6,481,423. 0,9)2=36,84 (V/A) Bước 2: xác định số vòng/vôn =6,94 (vòng/vôn) (đối với thép trung bình). Bước 3: Xác định số vòng cuộn sơ và số vòng cuộn thứ. Số vòng cuộn sơ. =6,94.50=347 (vòng). Số vòng cuộn thứ. =6,94.12.1,05=87,44 (vòng) Ch%: tra bảng ta được 1,05. Bước 4: Xác định dòng điện sơ cấp. I1=S0U1.y=36,8450.0,85=0,92 (A) -Tiết diện dây quấn sơ cấp S1=I1j=0,924=0.23 (mm)2 Đường kính sơ cấp 3S1=1,13.0,23=0,54 (mm). Dòng điện dây quấn thứ cấp I2=S0U2.y=36,8412.0,85=3,8 (A) Tiết diện dây thứ cấp S1=I2j=3,84=0,96 (mm)2 Đường kính dây thứ cấp 3S2=1,130,96=1,1 (mm) 1 Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn một lớp của động cơ không đồng bộ 3 pha có Z=18, 2P=2. Bài giải: Z=18, 2P=2 Ta có: τ =Z2p=182=9 q=τm=93=3 αđ=180τ=1809=20°điện. 2 Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn một lớp của động cơ không đồng bộ 3 pha có Z=24, 2P=4. Bài giải: Z=24, 2P=4 Ta có: τ =Z2p=244=6 q=τm=63=2 αđ=180τ=1806=30°điện. 3 Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn 2 lớp của động cơ không đồng bộ 3 pha có Z=36, 2P=4. Bài giải: Z=36, 2P=4 Ta có: τ =Z2p=364=9 q=τm=93=3 αđ=180τ=1809=20°điện. Sơ đồ quấn dây 4 Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn 2 lớp của động cơ có Z=24, 2P=4 . Bài giải: Bước cực từ τ =Z2p=244=6 Xác định số rãnh phân bố mỗi pha trên một bước cực từ. Góc lệch điện αđ=180τ=1806=30°điện. Xác định bước dây quấn Y Chọn Y=5, y’=4 Sơ đồ quấn dây. 5 Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn 2 lớp của động cơ có Z=36, 2P=4 . Bài giải: Bước cực từ τ =Z2p=364=9 Xác định số rãnh phân bố mỗi pha trên một bước cực từ. Góc lệch điện αđ=180τ=1809=20°điện. Xác định bước dây quấn Y Sơ đồ quấn dây Chọn Y=7,y’=6 C KẾT LUẬN – BÀI HỌC KINH NGHIỆM Qua 2 tuần thực tập ở xưởng, sinh viên đã có thể hiểu nhiều hơn về máy biến áp, các công việc cần làm để tính toán thiết kế máy biến áp cũng như động cơ ba pha. Từ đó ý thức được những khó khăn trong công việc sẽ gặp phải sau này. Thực tế không hoàn toàn giống với lý thuyết. Mặc dù trong khi học các thầy cô có nhắc đến vấn đề này, nhưng chưa được tiếp xúc với thực tế nên chúng em chưa hình dung ra được sự khác biệt đó. Ngoài ra còn có những kĩ năng mà sinh viên cần phải trang bị như cách sắp xếp bố trí công việc hợp lý, cách giải quyết khó khăn phát sinh... Chỉ khi bắt tay vào công việc, được trực tiếp làm ra những sản phẩm về điện cũng như các công việc thực tế khác ta mới thấy rằng giữa lý thuyết và thực tế luôn có sự khác biệt. Trong quá trình học tập tại trường, được học lý thuyết qua những bài giảng trên lớp của các thầy cô đòi hỏi sinh viên phải có những suy nghĩ, những tư duy về bài học. Nó giúp sinh viên hiểu được kiến thức nền tảng và có những ý tưởng, những sáng kiến để có thể tạo ra một sản phẩm nào đó sử dụng được trong thực tế. Tuy nhiên đó chỉ là những ý tưởng hay trên giấy tờ, không được trực quan, khi áp dụng vào thực tế làm chúng em cảm thấy bỡ ngỡ, lúng túng. Đợt thực tập không chỉ đem lại những kiến thức bổ ích mà còn giúp cho em có được đức tính cần thiết mà người kỹ sư cần phải có. Sự cẩn thận tỉ mỉ, sự kiên trì nhẫn nại, bình tĩnh suy xét mọi việc thấu đáo, đoàn kết với đồng nghiệp và mọi người xung quanh, sự cần cù chịu khó và sáng tạo trong công việc. Trong 2 tuần thực tập chúng em phải làm việc theo nhóm, để mỗi các nhân có thể phát huy hết năng lực và sở trường của mình và để cả tập thể hợp tác hiệu quả, đoàn kết. Trên đây là những nhận thức về một số vấn đề trong đợt thực tập mà em có được. Rất mong các thầy xem xét, chỉ dẫn thêm để giúp chúng em ngày càng hoàn thiện. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Khắc Dự đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đợt thực tập này. Sinh viên Đặng Quốc Việt