LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.” MỤC LỤC Trang Lời mở đầu 1 A/- Giới thiệu về động cơ không đồng bộ Roto dây quấn. 2 I/- Máy điều chỉnh cảm ứng. 2 II/- Các phương pháp điều chỉnh điện áp ba pha. 11 B/- Thiết kế máy điều chỉnh điện áp ba pha. 15 I/- Dây quấn rãnh Stato và khe hở không khí. 15 II/- Tính toán mạch từ. 22 III/- Tính toán tham số. 26 IV/- Tính toán tổn hao. 33 V/- Đặc tính làm việc. 33 VI/- Tính toán tham số ∆U. 34 1/- Máy điều chỉnh cảm ứng kép. 34 2/- Độ thay đổi điện áp. 36 VII/- Tính toán nhiệt. 42 VIII/- Trọng lượng vật liệu tác dụng và chỉ tiêu sử dụng. 46 IX/- Phương pháp tính toán nhiệt đơn giản. 47 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT. 1 LỜI NÓI ĐẦU Trên thực tế sản xuất (trong công nghiệp cũng như trong nông nghiệp) các nhà máy điện xoay chiều, đặc biệt là các nhà máy điện xoay chiều ba pha, được sử dụng. Đối với loại máy điện không đồng bộ có quá trìh chế tạo sản xuất đơn giản, tính năng làm việc rất hiệu quả và chính xác lại thêm giá thành hạ khiến loại máy này luôn là đề tài nghiên cứu để phát huy. Máy điều chỉnh cả m ứng ba pha là một ứng dụng phổ biến của máy điện không đồng bộ. Với điện áp đưa vào là một giá trị nhất định thì ở đầu ra cho điện áp có thể thay đổi được trong một khoảng tương đối rộng từ 0(V) ÷giá trị nào đó theo thết kế. Tất nhiên có nhiều phương pháp làm thay đổi điện áp như phương pháp dùng Tiristor, dùng biến áp tự ngẫu nh ưng những phương pháp đó không cho phép điều chỉnh ngay trong khi máy mang tải, không đưa ra điện áp hình sin(dùng Tiristor) hay phương pháp sinh ra nhiệt và tia lửa điện (máy biến áp tự ngẫu dùng chổi than). Trong khoá luận thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha này, chắc rằng có các số liệu tính toán và các phương pháp chọn không thể không tránh khỏi những sai sót, vì đây là lần đầu tiên em được tiếp xúc với một đề tài khoa học tuy nhỏ nh ưng cũng đòi hỏi phải có sự tổng kết về kiến thức. Do vậy em kính mong các thầy cô hết lòng chỉ dẫn để bài khoá luận của em mang tính chính xác, xác thực cao phù hợp với tiêu chuẩn đã đặt ra. Bài khoá luận được hoàn thành mà không thể thiếu sự hướng dẫn hết lòng của thầy giáo Vũ Gia Hanh – Người thầy ưu tú của nhiều thế hệ và các thầy cô trong khoa TBĐ - ĐT những người đã truyền cho em những kiến thức quý báu trong suốt hơn ba năm qua. Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT. 2 A/- GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO DÂY QUẤN I/- Máy điều chỉnh cảm ứng : Máy điều chỉnh cảm ứng là một máy biến áp có hai dây quấn được đặt trên hai phần riêng biệt của lõi thép, hai phần này có thể quay hoặc dịch chuyển vị trí tương đối với nhau. Máy điều chỉnh cảm ứng thường được cấu tạo như động cơ không đồng bộ một dây quấn được đặt ở phần Stato, ph ần Roto được đặt dây quấn thứ hai, chuyển động tương đối của Rôto và Stato thực hiện qua bộ truyền trục vít. Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha có dây quấn ba pha tương tự như dây quấn Stato và dây quấn Roto của động cơ điện không đồng bộ ba pha Roto dây quấn. Dây quấn này cũng tạo nên từ trường quay, sức điện động cảm ứng từ ở Roto không thay đổ i ứng với mọi vị trí của Roto. Sức điện động sơ cấp và thứ cấp lệch pha nhau như mô tả ở hình (22-19) ( Sách thiết kế MBA ). Vì điện áp thứ cấp là tổng điện áp Stato U 1 và điện áp Roto U 2 , nó sẽ biến đổi từ trị số cực đại U 1 + U 2 đến giá trị cực tiểu U 1 − U 2 ; đồng thời cũng biến đổi góc pha. Để điện áp không thay đổi pha, người ta ghép hai máy điều chỉnh pha ngược nhau ở hình (22-20) ( Sách thiết kế MBA), ở hai máy có từ trường quay ngược chiều nhau ( Một vượt pha, một chậm pha ), vì vậy điện áp thứ cấp chỉ thay đổi trị số mà không thay đổi về pha. Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT. 3 H22-20 : ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA MÁY ĐIỀU CHỈNH CẢM ỨNG KÉP Điều chỉnh cảm ứng kép có hình dáng như hình (22-22) ( Sách thiết kế MBA). Các vật liệu kết cấu đều đúc bằng gang hoặc gia công bằng cách hàn các tấm gang, cấu tạo theo kiểu trục đứng. Phía Stato có 36 rãnh mỗi rãnh có 4 thanh dẫn. Dây quấn có dạng thanh và ghép thành hai nhánh nối song song. Roto có 48 rãnh đặt thanh dẫn có kích thước 3×10 mm (Trong khi thanh dẫn Stato có kích thước 2.6×8 mm ). Mỗi phần đều có đầu nối của Stato và Roto, phần dây quấn Stato nối ra ngoài ở đầu cuối ph ần nối ra ngoài của dây quấn Roto được nối bằng cáp mềm và nối qua các thanh dẫn P, giữa các thanh dẫn có tường cách điện M. Trục quay Roto có hai ổ theo hướng kính và một ổ bi hướng trục. Phía trên có gắn bánh vít, trục vít với ổ trượt bằng đồng. Trục vít quay bằng tay hoặc nhờ một động cơ phụ trợ, có quạt hút gió để thông gió. Bình thường khi làm việc, dây quấn Roto của máy điện không đồng bộ được nối ngắn mạch và máy quay với một tốc độ nào đó ( n ≠ 0 ). Nhưng có một Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT. 4 số quan hệ mà khi Roto đứng yên ( n = 0 ) vẫn tồn tại và qua trạng thái đó có thể hiểu một cách dễ dàng hơn nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ. Vì thế trước hết ta sẽ nghiên cứu trường hợp Roto đứng yên. Thực ra có thể coi động cơ điện lúc mở máy nằm trong trường hợp này. Đặt một điện áp U 1 có tần số f 1 vào dây quấn Stato, trong dây quấn Stato sẽ có dòng điện I 1 , tần số f 1 ; trong dây quấn Roto có dòng điện I 2 , tần số cũng là f 1 . I 1 và I 2 sinh ra s.t.đ. quay F 1 và F 2 có trị số (như đã biết trong phần thứ nhất, Chương 3, sách Máy Điện I ) : F 1 = π 2 1 m p kw dq11 I 1 F 2 = π 2 2 m p kw dq22 I 2 Trong đó : m 1 , m 2 - Số pha của dây quấn Stato và Roto; p - Số đôi cực; w 2 , w 1 , k dq1 , k dq2 - Số vòng dây nối tiếp trên một pha và hệ số dây quấn Stato, Roto. Hai s.t.đ. này cũng quay với tốc độ đồng bộ n 1 = 60 f 1 /p và tác dụng với nhau để sinh ra s.t.đ. tổng trong khe hở F 0 . Vì vậy phương trình cân bằng về s.t.đ. có thể viết : F FF o ′ =+ • •• 21 hay F F F o 2 ( 1 • • • −+= ) Giống như cách phân tích MBA, ở đây có thể coi như dòng điện Stato I 1 gồm hai thành phần : Một thành phần là I o tạo nên s.t.đ. F o • = π 2 1 m p kw dq11 I o • Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT. 5 Và Một thành phần là (- I ′ • 2 ) tạo nên s.t.đ ( - F ′ • 2 ) = − π 2 1 m p kw dq11 I ′ • 2 Bù lại s.t.đ. F 2 của dòng điện thứ cấp I 2 • . Như vậy ta có : I 1 • = I o • + (- I ′ • 2 ) hay I 1 • + I ′ • 2 = I o • So sánh s.t.đ. F 2 do dòng điện I 2 của Roto và thành phần I 2 ′ của dòng điện Stato sinh ra, ta có : I kw m p dq 2 22 2 2 × × × × π = I kw m p dq ′ × × × × 2 11 1 2 π Từ đó tìm ra được tỷ số biến đổi dòng điện : k i = I I 2 1 = kwm kwm dq dq 222 111 ×× ×× Dòng điện quy đổi của Roto sang Stato bằng : I ′ 2 = k I i ′ 2 Từ thông chính φ do s.t.đ. F o sinh ra trong khe hở quét qua hai dây quấn Stato và Roto và cảm ứng ở đó những s.đ.đ. mà trị số bằng : E 1 = 4.44×f 1 ×w 1 ×k dq1 φ E 1 = 4.44×f 2 ×w 1 ×k dq2 φ Khi Roto đứng yên, f 1 = f 2 nên tỷ số biến đổi điện áp của máy điện không đồng bộ bằng : K e = E E 2 1 = kw kw dq dq 22 11 × × Quy đổi E 2 sang bên sơ cấp ta được: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT. 6 E′ 2 = E 1 = k e × E 2 Do từ thông tản của Stato φ σ1 nên trong dây quấn Stato sẽ cảm ứng nên s.đ.đ. tản E σ1 = - j×I 1 ×x 1 , trong đó x 1 là điện kháng tản của dây quấn Stato. Nếu xét cả điện áp rơi trên điện trở r 1 của dây quấn Stato I 1 r 1 thì phương trình cân bằng về s.đ.đ. trong mạch điện Stato bằng : U 1 • = -( E E 01 1 • • + ) + r I 1 1 × • = - E i • + × • I 1 ( r 1 + j x 1 ) U 1 • = - zI E 11 1 ×+ • Trong đó z 1 = r 1 + j x 1 là tổng trở của dây quấn Stato. Trên dây quấn Roto cũng vậy. Do dây quấn Roto ngắn mạch nên phương trình cân bằng về s.đ.đ. trong mạch điện Roto như sau : 0 = - E 2 • + I 2 • ( r 2 + j x 2 ) = - E 2 • + I 2 • ×z 2′ Trong đó : r 2 = - Điện trở Roto bao gồm cả điện trở phụ mắc vào nếu có; x 2 = - Điện kháng tản trên dây quấn Roto; z 2 = r 2 + j×x 2 – Tổng trở của dây quấn Roto. Cũng giống như ở m.b.a. ta có thể viết : = • E 1 z I m o × • = I o • × (r m + j x m ) Trong đó : I o - Dòng điện từ hoá sinh ra sức từ động F o ; r m - Điện trở từ hoá đặc trưng cho tổn hao sắt; x m - Điện kháng từ hoá biểu thị sự hỗ cảm giữa Stato và Roto. Muốn quy đổi điện trở và điện kháng Roto sang bên Stato phải áp dụng nguyên tắc tổn hao không đổi và góc pha giữa E q và I 2 không đổi. Khi quy đổi r 2 ta có : Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT. 7 m u ×I 2 2 ×r 2 = m 1 ×I 2 ′2 ×r 2 Từ đó ta được : r′ 2 = m m 1 2 × ( I I ′ 2 2 ) 2 ×r 2 = m m 1 2 × ( kwm kwm dq dq 222 111 ×× ×× ) 2 × r 2 r′ 2 = k e × k i × r 2 = k × r 2 Trong đó k = k e × k i là hệ số quy đổi của tổng trở. Khi quy đổi x 2 ta có : tgϕ 2 = r x 2 2 = r x ′ ′ 2 2 và được x 2 ′ = r r 2 2 ′ × x 2 = k × x 2 Khi viết phương trình trên ta coi như trục dây quấn Stato và Roto cùng pha trùng nhau ( hình 16-1a ). Trong trường hợp chung, giả sử dây quấn Roto lệch với dây quấn Stato một góc không gian β theo chiều của từ trường quay (hình 16-1b), thì khi từ trường quay quét qua các dây quấn ta có : E & 2 = k e 1 × E & 1 × e -jβ ××== z E k z E I e 2 1 2 2 2 1 && & e -jβ Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT. 8 H16-1 : SƠ ĐỒ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CÓ TRỤC DÂY QUẤN STATO VÀ ROTO Ta thấy khi dây quấn Roto dịch phía trước dây quấn Stato một góc không gian β thì s.đ.đ. và dòng điện của nó chậm sau một góc pha β về thời gian so vớ khi hai dây quấn cùng pha có trục trùng nhau. Trong trường hợp đó, biên độ của s.t.đ. quay F 2 do dòng điện của Roto (thí dụ pha α) chậm một khoảng thời gian ứng với thời gian cần thiết để F 2 quay đi một góc β. Vì ở đây(hình 16-1b) trục pha a của Roto đã có vị trí vượt trước trục pha A của Stato một góc β nên s.t.đ F 2 có vị trí tương đối so với s.t.đ F 1 hoàn toàn như khi trục hai dây quấn Stato và Roto trùng nhau như đã xét ở trường hợp của hình 16-1a. Kết quả là s.t.đ. tổng F 0 và từ thông tổng tương ứng sẽ không đổi, do đó trị số của s.đ.đ. điện áp, dòng điện đều không thay đổi. Từ phân tích trên ta rút ra kết luận là ở một thời điểm nhất định, trục s.t.đ. của Roto so với vị trí của dây quấn Stato vẫn không vì vị trí dây quấn của Roto mà thay đổi. Do đó phương trình cân bằng về s.t.đ. vẫn đúng. Khi trục dây qu ấn Roto lệch với trục dây quấn Sato cùng pha thì chỉ có s.đ.đ. và dòng điện lệch đi một góc pha thôi. Nhưng vì chúng ta chỉ cần dải ra dòng điện và s.đ.đ. của Stato stato r« to stato r« to [...]... K9-B1-TBĐ-ĐT 14 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn B/- THIẾT KẾ MÁY ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BA PHA 1/- Các số liệu ban đầu : Sđm = 30 (KVA) U2 = 0 ÷ 500 (V) U1 = 380 (V) Cho trước lõi thép Stato và Roto của động cơ không đồng bộ ba pha Roto dây quấn được cải tạo Kiểu bảo vệ, cách điện cấp E, làm việc liên tục 2/- Nội dung phần thuyết minh và tính toán Các phương pháp điều chỉnh. .. 71/- Hiệu suất của máy : η= P P 2 1 =1− ∑p P =1− 1 1.9 = 0.93 27000 VI/-Tính toán tham số ΔU: 1/ -Máy điều chỉnh cảm ứng kép: Máy điều chỉnh cảm ứng kép là một loại máy biến điện áp dựa trên nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ ba pha Roto dây quấn vơi Roto ứng yên Kết cấu của máy điều chỉnh cảm ứng giống như máy điện không đồng bộ Roto, dây quấn chỉ khác là dây quấn Stato và Roto ngoài sự liên... động lớn ở dây quấn Điều chỉnh liên tục: Điều chỉnh điện áp liên tục có thể dùng điều chỉnh cảm ứng (hình 17-10 – Sách thiết kế MBA) Bản chất máy điều chỉnh là động cơ không đồng bộ Roto dây quấn, Roto không quay mà được chỉnh quay tới vị trí lệch đi góc α Dây quấn Roto nối bằng dây cáp ngoài Nhược điểm là làm lệch góc pha với lưới Để khắc phục người ta có thể dùng hai máy cảm ứng, mỗi máy cảm ứng sẽ chịu... nửa (hình 17-11- Sách thiết kế MBA), tiện lợi là Mômen quay của hai phần cân bằng và lực ngắn mạch không có tác dụng làm quay Roto vì cũng bị triệt tiêu Máy được chế tạo hai trục H17-10 : NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH LIÊN TỤC NHỜ MÁY ĐIỀU CHỈNH CẢM ỨNG Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 13 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn H17-11 : PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH KÉP Đào Nguyên Ngọc... của máy điện không đồng bộ Khi U1 = Uđm thì I1 đó chính là dòng điện mở máy Đồ thị véctơ và mạch điện thay thế như hình 16-2 và 16-3 : H16-2 : ĐỒ THỊ VÉC TƠ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ KHI ROTO ỨNG YÊN Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 10 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn H16-3 : MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ KHI NGẮN MẠCH II/-Các phương pháp điều chỉnh. .. liên hệ về từ còn có sự liên hệ về điện trong biến áp tự ngẫu hai dây quấn Máy điều chỉnh cảm ứng có hai loại: Loại đơn và loại kép Ở đây ta xét về máy điều chỉnh cảm ứng kép Sơ đồ nguyên lý và đồ thị véctơ của máy điều chỉnh cảm ứng kép (hình 20-6: Sách Máy Điện I) Máy này gồm hai máy điều chỉnh cảm ứng đơn 1 và 2 ghép lại và Roto của hai máy được nối chặt với nhau về cơ khí Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT... thông Điều chỉnh liên tục bằng cách thay đổi từ thông móc vòng giữa dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp, liên quan đến máy biến áp có phần tịnh tiến hoặc chuyển động quay Trường hợp riêng, nối tiếp cuộn kháng bão hoà phía đầu ra Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 12 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn của máy biến áp Thay đổi điện áp bằng cách thay đổi điện kháng bão... ngoài Roto : D′ = D - 2δ = 230 – 2 × 0.5 = 229 (cm) 21/- Chiều dài lõi sắt Roto : l2 = l1 + 0.5 = 14 + 0.5 = 14.5 (cm) 22/- Số rãnh Roto bằng 48 rãnh : Z2 = 2p × m2 × q2 = 4×3×4 = 48 (rãnh) Lấy q2 = 4 23/- Bước răng Roto : t2 = π × 22.9 48 = 1.5 (cm) 24/- Điện áp E2 : Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 19 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Theo yêu cầu của đồ án thiết kế. .. Trong đó theo bảng 10.5c ( Sách Thiết kế máy điện ) lấy BZ1 max = 1.8 (T) Chọn tôn Silic 2312, hệ số ép chặt kc = 0.95 Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 16 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn 10/- Chiều rộng rãnh hình chữ nhật : (Sơ bộ) br1 = t1 – bZ1 min = 2.006 – 0.938 = 1.068 (cm) 11/- Tiết diện dây (Sơ bộ) : Theo hình 10.4d (Sách thiết kế máy điện) ta có : AJ = 280... không liên tục, không hình sin Điều này không có lợi cho máy điện quay với yêu cầu từ trường trong máy điện quay phải là hình sin Hơn nữa điện áp ra luôn luôn nhỏ hơn điện áp vào Có nghĩa là không chế tạo bộ tăng áp được 2/- Điều chỉnh dòng xoay chiều ba pha dùng biến áp tự ngẫu : Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 11 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Trong trường hợp . vít. Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha có dây quấn ba pha tương tự như dây quấn Stato và dây quấn Roto của động cơ điện không đồng bộ ba pha Roto dây quấn. Dây. H17-10 : NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH LIÊN TỤC NHỜ MÁY ĐIỀU CHỈNH CẢM ỨNG Å Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. Đào Nguyên Ngọc