Thực hành quấn dây động cơ điện xoay chiều ba pha

TS. Bùi Văn Hồng 1 THỰ HÀNH QUẤN DÂY ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA I. MỤC TIÊU, YÊU CẦU CHUẨN ĐẦU RA Học xong bài này sinh viên đạt được: - Xây dựng và phân biệt được các loại sơ đồ trải dây quấn stator động cơ. - Quấn dây và lồng dây vào rãnh stator động cơ đúng quy trình. - Kiểm tra và vận hành động cơ đúng nguyên lý. II. PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC CẦN THIẾT Phương tiện dạy học tối thiểu cho một nhóm (2 – 3 sinh viên) STT Chủng loại – quy cách kỹ thuật Đơn vị Số lượng Ghi chú 1 Động cơ KĐB ba pha rotor lồng sóc 1 Hp, Z = 24, 2p = 4. Chiếc 01 2 Động cơ KĐB ba pha rotor lồng sóc 1 Hp, Z = 30, 2p = 4. Chiếc 01 3 Động cơ KĐB ba pha rotor lồng sóc 1 Hp, Z = 36, 2p = 4. Chiếc 01 4 Dây điện từ đường kính 0,4mm kg 0,5 5 Phim cách điện dày 0,2mm m2 0,5 6 Giấy cách điện dày 0,1mm m2 0,5 7 Ống gen cách điện 1mm Sợi 03 8 Ống gen cách điện 5mm Sợi 01 9 Chỉ đai m 10 10 Dây điện mềm m 3 11 VOM Chiếc 01 12 Dụng cụ tháo lắp động cơ Bộ 01 2 III. KIẾN THỨC LÝ THUYẾT CỦA BÀI THỰC HÀNH 1. Kết cấu dây quấn stator 1.1. Động cơ xoay chiều ba pha một cấp tốc độ Dây quấn stator động cơ điện xoay chiều ba pha một cấp tốc độ bao gồm ba cuộn dây được làm bằng dây điện từ, có thông số giống nhau và được đặt mỗi pha lệch nhau 1200 trong lõi sắt từ stator, các đầu dây ra của ba cuộn được ký hiệu là A – X; B – Y; C – Z. Động cơ có thể được lựa chọn vận hành ở chế độ Sao (Y) hoặc Tam giác () tùy thuộc vào quan hệ giữa điện áp định mức của động cơ với điện áp định mức của lưới điện, như minh họa ở hình 7.1 và hình 7.2. Trong đó: + Ud0: điện áp dây của nguồn. + Ufđc: điện áp định mức một cuộn dây stator. + Điều kiện động cơ vận hành chế độ Y: Ud0 = 3 Ufđc. + Điều kiện động cơ vận hành chế độ : Ud0 = Ufđc. Hình 7.1. Sơ đồ nguyên lý động cơ vận hành chế độ Y Tùy thuộc vào công suất của động cơ, kết cấu dây quấn stator được lựa chọn và chế tạo từ một trong các kiểu sơ đồ trải sau: - Dây quấn kiểu đồng tâm ba mặt phẳng. - Dây quấn kiểu đồng tâm hai mặt phẳng. - Dây quấn kiểu đồng tâm xếp đơn. - Dây quấn kiểu đồng khuôn tập trung. - Dây quấn kiểu đồng khuôn phân tán đơn giản (bổ đôi). TS. Bùi Văn Hồng 3 - Dây quấn kiểu đồng khuôn phân tán móc xích. - Dây quấn kiểu đồng khuôn xếp kép (dây quấn hai lớp). Hình 7.2. Sơ đồ nguyên lý động cơ vận hành chế độ  1.2. Động cơ xoay chiều ba pha hai cấp tốc độ Dây quấn stator động cơ điện xoay chiều ba pha hai cấp tốc độ bao gồm sáu cuộn dây được làm bằng dây điện từ, có thông số giống nhau. Trong đó, mỗi pha có hai cuộn và được ký hiệu là A1 – X1, A2 – X2; B1 – Y1, B2 – Y2; C1 – Z1, C2 – Z2, như minh họa ở hình 7.3. Pha A Pha B Pha C Hình 7.3. Ký hiệu các cuộn dây stator động cơ hai cấp tốc độ Các cuộn dây của ba pha cũng được lệch nhau 1200 trong lõi sắt từ stator. Tùy thuộc vào cách đấu dây trong sơ đồ trải dây quấn, động cơ có thể được lựa chọn vận hành ở chế độ Tam giác nối tiếp tốc độ thấp/Sao song song tốc độ cao (/YY), hoặc Tam giác nối tiếp tốc độ cao/Sao song song tốc độ thấp, như minh họa ở hình 7.4 và hình 7.5. 4 Hình 7.4. Đấu dây  tốc độ thấp/YY tốc độ cao Hình 7.5. Đấu dây  tốc độ cao/YY tốc độ thấp IV. QUY TRÌNH THỰC HÀNH 1. Lấy mẫu dây quấn Bước 1. Lấy mẫu các thông số định mức của động cơ - Công số định mức: đmP [kW] - Điện áp và dòng điện định mức: đmđmY UU / [V] và đmđmY II / [A] - Số cực từ, tần số và tốc độ định mức: p2 , đmf [Hz] và đmn [v/p] - Hệ số công suất và hiệu suất định mức: đmCos , và đm Bước 2. Lấy mẫu các thông số của dây quấn stator TS. Bùi Văn Hồng 5 - Kiểu dây quấn và cách thức đấu dây của mỗi pha - Hình thức cách điện và đai đầu các bối dây - Số sợi chập và số mạch nhánh song song - Đường kính dây và số vòng dây của mỗi bối 2. Xây dựng sơ đồ trải dây quấn 2.1. Sơ đồ trải dây quấn đồng tâm Quy trình xây dựng sơ đồ dây quấn stator kiểu đồng tâm hai mặt phẳng, có: Z = 24, 2p = 4, m = 3, a = 1. Bước 1. Xác định thông số lõi sắt từ stator động cơ: Z = 24, 2p = 4, a =1 Bước 2. Tính bước cực từ: 6 4 24 2  p Z  [rãnh] (7.1) Bước 13. Tính số rãnh một pha trong một bước cực: 2 3 6 3  q [rãnh] (7.2) 2 31 4 Hình 7.6. Sơ đồ trải dây quấn stator kiểu đồng tâm hai mặt phẳng Z = 24, 2p = 4, a = 1 Bước 4. Tính góc lệch pha sức điện động giữa hai rãnh liên tiếp 0 00 30 6 180180   đ (7.3) 6 Bước 5. Tính khoảng cách giữa các pha 4 30 120120 0 00 )(  đ CBA   [rãnh] (7.4) Bước 6. Vẽ sơ đồ trải dây quấn được minh họa như hình 7.6 Bước 7. Xác định quy trình lồng dây Thứ tự lồng các bối dây vào rãnh của lõi sắt từ stator (quy trình lồng dây) được thực hiện lần lượt như sau: 1,2 → 7,8 → 9,10 → 15,16 → 17,18 → 23, 24 → 5,6 → 11,12 → 13,14 → 19,20 → 21,22 → 3,4. 2.2. Sơ đồ trải dây quấn đồng khuôn Quy trình xây dựng sơ đồ dây quấn stator kiểu đồng khuôn tập trung, có: Z = 36, 2p = 4, m = 3, a = 1. Bước 1. Xác định thông số lõi sắt từ stator động cơ: Z = 36, 2p = 4, a =1 Bước 2. Tính bước cực từ: 9 4 36 2  p Z  [rãnh] (7.5) 1 2 3 4 Hình 7.7. Sơ đồ trải dây quấn stator kiểu đồng khuôn tập trung Z = 36, 2p = 4, a = 1 Bước 3. Tính số rãnh một pha trong một bước cực 3 3 9 3  q [rãnh] (7.6) Bước 4. Tính góc lệch pha sức điện động giữa hai rãnh liên tiếp TS. Bùi Văn Hồng 7 0 00 20 9 180180   đ (7.7) Bước 5. Tính khoảng cách giữa các pha 6 20 120120 0 00 )(  đ CBA   [rãnh] (7.8) Bước 6. Vẽ sơ đồ trải dây quấn được minh họa như hình 7.7 Bước 7. Xác định quy trình lồng dây Thứ tự lồng các bối dây vào rãnh của lõi sắt từ stator (quy trình lồng dây) được thực hiện lần lượt như sau: + Chờ: 1,2,3 + Lồng: 10,11,12 → 7,8,9 → 16,17,18 → 13,14,15 → 22,23, 24 → 19,29,21 → 28,29,30 → 25,26,27 → 34,35,36 → 31,32,33 → 1,2,3. 2.3. Sơ đồ trải dây quấn xếp kép Quy trình xây dựng sơ đồ dây quấn stator kiểu xếp kép, có: Z = 24, 2p = 4, m = 3, a = 1. 1 2 3 4 Hình 7.8. Sơ đồ trải dây quấn stator kiểu xếp kép Z = 24, 2p = 4, a = 1 Bước 1. Xác định thông số lõi sắt từ stator động cơ: Z = 24, 2p = 4, a =1 Bước 2. Tính bước cực từ: 6 [rãnh] Bước 3. Tính số rãnh một pha trong một bước cực: 2q [rãnh] 8 Bước 4. Tính góc lệch pha sức điện động giữa hai rãnh liên tiếp: 030đ Bước 5. Tính khoảng cách giữa các pha: 4 CBA [rãnh] Bước 6. Vẽ sơ đồ trải dây quấn được minh họa như hình 7.8: Bước 7. Xác định quy trình lồng dây: Thứ tự lồng các bối dây vào rãnh của lõi sắt từ stator (quy trình lồng dây) được thực hiện lần lượt như sau: + Chờ: 1+,2+,3+,4+,5+ + Vô: 6-,7-,8-,9-,10-, → 6+,11- → 7+,12- → 8+,13- → 9+,14- → 10+, 15- → 11+,16- → 12+,17- → 13+,18- → 14+,19- → 15+,20- → 16+,21- → 17+,22- → 18+,23- → 19+,24- → 20+,1- → 21+,2- → 22+,3- → 23+,4- → 24+,5- → 1+,2+,3+,4+,5+. 2.4. Sơ đồ trải dây quấn q phân số Quy trình xây dựng sơ đồ dây quấn stator có q phân số kiểu xếp kép, có: Z = 30, 2p = 4, m = 3, a = 1. Bước 1. Tính bước cực từ: 5,7 [rãnh] Bước 2. Tính số rãnh một pha trên một bước cực: 5,2q [rãnh] Hay 2 12q , Vậy b = 2, c = 1, và d = 2 Bảng 7.1. Bảng Clement điều chỉnh A C B A C B A C B 2* 2 2 2* 2 2 3 2 2 2 2* 2 2* 2* 2 3 3 2 2 2 2* 2 2* 2* 2 3 3 2 2 2 2 2 2* 2 2 3 Bước 3. Tính bước quấn dây: 65,7.8,0.8,0  y [rãnh] (7.9) Bước 4. Tính góc lệch pha sức điện động giữa hai rãnh liền nhau: 024đ Bước 5. Tính khoảng cách giữa các pha A – B – C: 5)CBA(  [rãnh] Bước 6. Vẽ sơ đồ trải dây quấn được minh họa như hình 7.9 TS. Bùi Văn Hồng 9 1 2 3 4 Hình 7.9. Sơ đồ dây quấn kiểu xếp kép Z = 30, 2p = 4, m = 3, a = 1 Bước 7. Xác định quy trình lồng dây Thứ tự lồng các bối dây vào rãnh của lõi sắt từ stator (quy trình lồng dây) được thực hiện lần lượt như sau: + Chờ: 1+,2+,3+,4+,5+,6+ + Vô: ,7-,8-,9-,10-,11-,12-→ 7+,113- → 8+,14- → 9+,15- → 10+,16- → 11+,17- → 12+,18- → 13+,19- → 14+,20- → 15+,21- → 16+,22- → 17+,23- → 18+,24- → 19+,25- → 20+,26- → 21+,27- → 22+,28- → 23+,29- → 24+,30- → 25+,1- → 26+,2- → 27+,3- → 28+,4- → 29+,5- → 30+,6- → 1+,2+,3+,4+,5+,6+. 2.5. Sơ đồ trải dây quấn hai cấp tốc độ Quy trình xây dựng sơ đồ trải dây quấn hai cấp tốc độ kiểu xếp kép cho động cơ điện xoay chiều ba pha, có: Z = 24, 2p1 = 2 và 2p2 = 4, m = 3 và a = 1. Bước 1. Tính bước cực từ cho tốc độ cao: 12c [rãnh] Bước 2. Tính số rãnh một pha trên một bước cực: 4q [rãnh] Bước 3. Tính bước cực từ cho tốc độ thấp: 6th [rãnh] Bước 4. Tính bước quấn dây: 5y [rãnh] Bước 5. Tính góc lệch pha sức điện động giữa hai rãnh liền nhau: 10 015đ Bước 6. Tính khoảng cách giữa các pha A – B – C: 8 CBA [rãnh] Bước 7. Vẽ sơ đồ trải dây quấn được minh họa như hình 7.10 1 2 Hình 7.10. Sơ đồ trải dây quấn hai cấp tốc độ Z = 24, 2p = 4, m = 3, a = 1 Bước 8. Xác định quy trình lồng dây Thứ tự lồng các bối dây vào rãnh của lõi sắt từ stator (quy trình lồng dây) được thực hiện lần lượt như sau: + Chờ: 1+,2+,3+,4+,5+ + Vô: 6-,7-,8-,9-,10-, → 6+,11- → 7+,12- → 8+,13- → 9+,14- → 10+, 15- → 11+,16- → 12+,17- → 13+,18- → 14+,19- → 15+,20- → 16+,21- → 17+,22- → 18+,23- → 19+,24- → 20+,1- → 21+,2- → 22+,3- → 23+,4- → 24+,5- → 1+,2+,3+,4+,5+. 3. Gia công dây quấn stator 3.1. Làm khuôn Bước 1. Tính chu vi khuôn quấn dây theo biểu thức (7.10) như sau: )..(2 'LyKCV L  [mm] (7.10) Trong đó: + KL: hệ số được tính theo biểu thức (7.11) + y: bước quấn được xác định dựa vào kiểu dây quấn [rãnh] + L: chiều dài cạnh tác dụng của bối dây, biểu thức (7.12) TS. Bùi Văn Hồng 11 Z hDK rtL )(    (7.11) + Dt: đường kính trong rotor [mm] + Z: tổng số rãnh stator [rãnh] +  : hệ số được xác định theo số cực từ (bảng 7.2) + hr: chiều cao răng của rãnh stator [mm] )106('  LL [mm] (7.12) + L: chiều dài lõi sắt từ stator [mm] LK Hình 7.11. Thông số làm chu vi khuôn Bảng 7.2. hệ số  2p  2 1,27 ÷ 1,3 4 1,33 ÷ 1,35 6 1,5 8 1,7 Hình 7.12. Kiểu dáng khuôn vạn năng Bước 2. Gia công khuôn quấn dây vạn năng dựa theo kích thước của chu vi khuôn đã tính, như minh họa ở hình 7.12. 12 3.2. Lót cách điện Cách điện cho bộ dây, bao gồm: cách điện thân rãnh, cách điện miệng rãnh (bìa úp) và nêm chèn cách điện (hình 7.13), cách điện đầu bối dây (lót vai) (hình 7.18). hrh 1d 2d 2d 1d hrh Hình 7.13. Hình dạng rãnh stator và vị trí đặt cách điện Trong đó: - Cách điện rãnh và cách điện miệng rãnh thường được làm bằng giấy cách điện có độ dày khoảng 0,2mm (tùy thuộc vào công suất của máy điện), và có kích thước phù hợp với kích thước của rãnh stator như minh họa ở hình 7.14. - Nêm chèn cách điện thường được làm bằng tre hoặc gỗ phíp, có tác dụng tăng cường cách điện và độ bền cơ cho bối dây. - Cách điện đầu các bối dây thường được làm bằng giấy cách điện có độ dày khoảng 0,1mm (tùy thuộc vào công suất của máy điện). Kích thước, hình dáng và cách thức lót cách điện các đầu bối dây phụ thuộc vào kiểu dây quấn. 1 2. d Hình 7.14. Hình dạng cách điện rãnh và miệng rãnh 3.3. Quấn dây lên khuôn Bước 1. Quấn thử một bối dây, tiến hành lồng bối dây vào rãnh stator động cơ và điều chỉnh cho phù hợp (kích thước khuôn vừa). TS. Bùi Văn Hồng 13 Bước 2. Tiến hành quấn các bối dây còn lại - Quấn các vòng dây xếp song song và đều nhau, không chồng chéo lên nhau. - Trong quá trình quấn dây, nếu phải nối dây, thì các mối nối bắt buộc phải đặt ở vị trí đầu bối dây, nhằm thuận tiện cho việc kiểm tra sửa chữa (nếu bị sự cố). Mối nối phải được hàn chì cố định và cách điện bằng ống gen. 3.4. Lồng dây vào rãnh - Sử dụng các dụng cụ lồng dây, như: dưỡng (cữ) để sửa cách điện rãnh, dao gạt dây trong rãnh (hình 7.15), dụng cụ chèn bối dây trong rãnh sau khi đã cách điện miệng rãnh để đặt nêm chèn. Hình 7.15. Dao chải dây bằng tre - Trước khi lồng dây phải quan sát vỏ động cơ để đưa đầu dây về phía có chừa lỗ ra dây để đấu vào hộp đấu dây động cơ. - Đặt các cạnh bối dây vào rãnh theo thứ tự của quy trình lồng dây. Lần lượt gạt từng sợi dây qua khe rãnh vào gọn trong lớp giấy cách điện rãnh (hình 7.16). Hình 7.16. Thao tác lồng dây vào rãnh Chú ý: hai đầu dây ra của nhóm bối được luồng ống gen cách điện và đặt nằm trong rãnh khoảng 2cm. 14 - Giữ các cạnh tác dụng sao cho thẳng rồi dùng dao vào dây chải dọc theo khe rãnh (hình hình 7.17) để đẩy từ từ từng sợi dây vào rãnh stator. Chú ý: không làm cong hoặc gấp khúc đoạn dây nằm trong rãnh stator. Hình 7.17. Chải thẳng các sợi dây trong rãnh - Dùng tay đẩy cách điện miệng rãnh vào miệng rãnh. Chú ý không để vòng dây nằm ngoài giấy cách điện rãnh hoặc cách điện miệng rãnh. - Nắn hai đầu của bối dây để tạo khoảng không gian rộng cho việc lồng các bối dây tiếp theo. 3.5. Lót giấy cách điện giữa các nhóm bối dây - Cắt và lót giấy cách điện giữa các nhóm bối giây phía ngoài rãnh để phân lớp các nhóm bối dây giữa các pha với nhau (hình 7.18). Chú ý: Giấy cách điện giữa các nhóm bối chỉ vừa đủ cách điện giữa hai nhóm bối dây, mà không nên cắt quá thừa vì sẽ gây trở ngại cho việc đai dây cũng như sự thoát nhiệt và độ đồng đều của lớp sơn khi tẩm sơn cách điện cho các bối dây quấn động cơ. 3.5. Đấu dây - Đấu liên kết các nhóm bối dây theo sơ đồ trải dây quấn. Tại chỗ nối liên kết nhóm bối dây phải được lồng ống gen cách điện. - Đưa các đầu dây ra ngoài: dùng giây điện mềm nhiều sợi có 2 màu khác nhau để nối các đầu dây ra (đầu đầu A, B, C một màu, và đầu cuối X, Y, Z một màu). TS. Bùi Văn Hồng 15 Chú ý: đưa các đầu A, B, C ra hộp cực theo một phía, các đầu X, Y, Z theo phía còn lại (mục đích để dễ phân biệt). - Lắp các đầu dây trên hộp cực theo sơ đồ điện hộp cực (sau khi cố định phần đầu bối). 3.6. Đai dây - Dùng dây nắn lại các đầu bối dây sao cho gọn và thẩm mỹ. Hai đầu dây stator được nắn tròn đều và đủ rộng để đưa rotor vào dễ dàng, không chạm các cách điện phần đầu bối dây và nắp máy (hình 7.18). Hình 7.18. Lót cách điện và đai đầu bối dây. - Dây một đoạn băng chỉ đai và một đoạn dây điện từ gấp làm đôi để làm kim đai dây và tiến hành đai dây tại các vị trí đai dây tại các vị trí giao nhau của hai nhóm bối. Chú ý: khi đai dây, phải giữ cố định giấy lót cách điện, không bị xê dịch. 3.7. Kiểm tra bộ dây sau khi gia công - Dùng đồng hồ VOM đo kiểm tra thông mạch bộ dây quấn, sau đó dùng đồng hồ Megaohm đo điện trở cách điện giữa các pha với nhau, giữa các pha với vỏ máy. Nếu điện trở cách điện không đạt yêu cầu, phải tiến hành tăng cường cách điện và chèn lại các nêm tre vào rãnh để cố định phần dây quấn trong rãnh. - Điện trở cách điện pha với vỏ máy: 1000 )1000( đm cđ UR  [MΩ] (7.13) Ví dụ: động cơ có điện áp định mức Uđm = 400V, điện trở cách điện là: Rcđ ≥ 1,4 MΩ. - Điện trở một chiều giữa các pha: RAX = RBY = RCZ 16 - Dòng điện không tải của các pha: I0A = I0B = I0C ≤ 0,5Iđm - Tốc độ không tải: n0 ≈ 1500 vòng/phút - Nhiệt độ ổn định của vỏ động cơ khi tải định mức: θvỏ ≤ 750C - Nhiệt độ ổn định của dây quấn khi tải định mức: θdây ≤ 1500C V. NHIỆM VỤ THỰC HÀNH 1. Quấn dây stator động cơ xoay chiều ba pha kiểu đồng tâm hai mặt phẳng. 2. Quấn dây stator động cơ xoay chiều ba pha kiểu đồng khuôn tập trung. 3. Quấn dây stator động cơ xoay chiều ba pha kiểu xếp kép. 4. Quấn dây stator động cơ xoay chiều ba pha q phân số. 5. Quấn dây stator động cơ xoay chiều ba pha hai cấp tốc độ. VI. BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HÀNH PHIẾU BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HÀNH TÊN BÀI THỰC HÀNH Quấn dây động cơ điện xoay chiều ba pha Họ và tên sinh viên: MSSV: Lớp: Nhóm: NỘI DUNG BÁO CÁO CỦA SINH VIÊN Đánh giá SV GV 1. Kết quả lấy mẫu - Thông số định mức: - Thông số dây quấn: TS. Bùi Văn Hồng 17 2. Thông số dây quấn gia công mới - Chu vi khuôn: . - Kiểu dây quấn: .. .. .. - Sống vòng 1 bối: .. .. . ... - Đường kính dây: .. .. . .. 3. Kết quả đo điện trở - Điện trở cách điện: - Điện trở một chiều các pha: .. .. 4. Kết quả kiểm tra không tải - Dòng không tải: I0A, I0B, I0C - Tốc độ không tải: n0 5. Kết quả kiểm tra tải định mức - Nhiệt độ vỏ động cơ: θvỏ - Nhiệt độ dây quấn: θdây 6. Thời gian thực hiện bài thực hành Kết quả thực hành