Tìm hiểu về vật liệu kim loại đồng dùng trong các thiết bị máy điện | Tiểu luận môn Vật liệu điện – điện tử trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 
MÔN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU KIM LOẠI ĐỒNG
DÙNG TRONG CÁC THIẾT BỊ MÁY ĐIỆN
GVHD: GVC.ThS Phạm Xuân Hổ Năm học: 2022 -2023
Nhóm sinh viên thực hiện: Trần Trọng Nguyên 21151294 Thạch Si Tha 21151515 Phạm Nhật Nam 21151288
Đặng Trần Văn Thông 21151216 Đàm Trung Nguyên 21151292
Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 3 năm 2023 LỜI CẢM ƠN
Báo cáo có thể được xem là một công trình nghiên cứu khoa học nhỏ.
Do vậy để hoàn thành một đề tài là một việc không dễ dàng đối với sinh
viên chúng em. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến
thầy Phạm Xuân Hổ, người đã dùng những tri thức và tâm huyết của mình
để có thể truyền đạt cho chúng em vốn kiến thức quý báu, cảm ơn thầy đã
giúp đỡ và hướng dẫn chúng em tận tình trong suốt thời gian viết bài tiểu
luận này, tạo cho chúng em những tiền đề, những kiến thức để tiếp cận,
phân tích giải quyết vấn đề.
Thành công luôn đi kèm với nỗ lực, trong vòng nhiều tuần, nghiên cứu
đề tài “Tìm hiểu về vật liệu kim loại đồng dùng trong các thiết bị máy điện”
chúng em cũng đã gặp không ít khó khăn, thử thách nhưng nhờ có sự giúp
đỡ của thầy chúng em đã vượt qua. Chúng em rất mong nhận được sự nhận
xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía thầy để bài báo cáo được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa, nhóm chúng em xin cảm ơn thầy vì đã giảng dạy và trang
bị kiến thức cần thiết để phục vụ cho môn học cũng như làm hành trang cho
cuộc sống của chúng em sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện.
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
................................................................................................................................. Kí tên
GVC.Ths Phạm Xuân Hổ MỤC LỤC
I. TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU KIM LOẠI ĐỒNG...................................................1
1.1 Cấu trúc tinh thể của kim loại đồng.........................................................................1
1.2 Tính chất vật lí và hóa học của kim loại đồng.........................................................2
II. CÔNG NGHỆ TINH LUYỆN ĐỒNG VÀ KÉO SỢI DÂY DẪN............................5
2.1 Công nghệ tinh luyện đồng......................................................................................5
2.2 Công nghệ kéo sơi dây dẫn......................................................................................6
III. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU KIM LOẠI ĐỒNG TRONG CÁC THIẾT BỊ
MÁY ĐIỆN.......................................................................................................................8
3.1 Động cơ điện............................................................................................................8
3.2 Máy phát điện........................................................................................................10
3.3 Máy đổi điện và máy biến áp.................................................................................12
3.4 Máy chỉnh lưu điện................................................................................................14
IV. CÔNG NGHỆ GIA CÔNG KIM LOẠI ĐỒNG TRONG MÁY ĐIỆN................16
4.1 Công nghệ xử lí và gia công dây quấn máy điện đồng tròn và ép trong máy điện
quay và máy biến áp.........................................................................................................16
4.1.1 Máy cuốn tự động.........................................................................................16
4.1.2 Hệ thống tráng phủ chân không...................................................................17
4.1.3 Máy ép tự động............................................................................................17
4.1.4 Thiết bị kiểm tra...........................................................................................18
4.2 Công nghệ gia công các chi tiết tiếp xúc dẫn điện.................................................19
4.2.1 Gia công cơ khí...........................................................................................19
4.2.2 Gia công nhiệt.............................................................................................19
4.2.3 Gia công hóa học........................................................................................20
V. CÁC LOẠI DÂY DẪN DÙNG QUẤN DÂY TRONG CÁC MÁY ĐIỆN QUAY
VÀ MÁY BIẾN ÁP.........................................................................................................21
KẾT LUẬN..................................................................................................................... 22
VII. TÀI LIỆU KHAM KHẢO.....................................................................................23
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT VẬT LIỆU KIM LOẠI ĐỒNG
1.1 Cấu trúc tinh thể của kim loại đồng:
Một cấu trúc có thể bao gồm một ô cơ sở và rất nhiều nguyên tử sắp xếp
theo một cách đặc biệt; vị trí của chúng được lặp lại một cách hoàn chỉnh trong
khoảng thời gian không ba chiều theo một mạng Bravais. Kích thước của ô đơn
vị theo các chiều khác nhau được gọi là thông số mạng hoặc hằng số mạng.
Nguyên tử đồng khá giống với nguyên tử vàng hoặc bạc, cùng với đồng tạo
thành một nhóm trong bảng tuần hoàn các nguyên tố. Nó có tính dẫn điện tuyệt
vời của đồng, là kết quả của cấu trúc nguyên tử của đồng. Trong mạng nguyên
tử đồng, một đám mây điện tử tự do chỉ có sẵn để truyền dòng điện. Chính đám
mây điện tử này cũng giúp tăng cường sự truyền năng lượng nhiệt hiệu quả.
Đồng rắn có thể được mô tả là sự sắp xếp của các nguyên tử đồng trong cấu hình
lập phương tâm diện (fcc). Một nguyên tử đồng được tìm thấy ở mỗi góc và ở
tâm của mỗi mặt của một khối lập phương như được mô tả trong Hình 1 . Đây là
ô đơn vị được lặp lại trong không gian ba chiều để tạo nên cấu trúc tinh thể của kim loại.
Các nguyên tử được giữ cố định trong cấu trúc bằng năng lượng của các lực hút
nguyên tử giữa chúng. Chính sự sắp xếp lập phương tâm diện đặc biệt này của
các nguyên tử đã mang lại cho đồng độ dẻo và độ dai cao. Tất cả các kim loại
biến dạng bằng một cơ chế gọi là trượt. Khi xảy ra hiện tượng trượt, một lực tác
dụng lên kim loại làm cho các nguyên tử trượt qua nhau theo nhóm. Trong cấu
trúc fcc đồng, chuyển động này ưu tiên xảy ra theo bất kỳ hoặc cả ba hướng dọc
theo một mặt phẳng hình học cụ thể của các nguyên tử trong mạng, như thể hiện trong hình 2. 1
Nguyên tử đồng có bốn mặt phẳng như vậy. Nếu chuyển động có thể xảy ra theo
ba hướng trên cả bốn mặt phẳng, thì có mười hai khả năng xảy ra trượt. Hóa ra
đây là số khả năng trượt tối đa được tìm thấy trong bất kỳ cấu trúc kim loại
nào. Kim loại càng có nhiều khả năng bị trượt đáng kể thì càng có nhiều khả
năng bị biến dạng hơn là gãy và hỏng. Do đó, đồng có độ dẻo và độ dẻo dai
tuyệt vời và có khả năng chống mỏi và rão. Một lợi ích bổ sung là đồng, vì nó là
một cấu trúc tập trung vào mặt, không bị giòn ở nhiệt độ thấp (dưới 0); một hiện
tượng phổ biến đối với các cấu trúc tinh thể khác.
Sự kết hợp giữa cấu trúc điện tử và tinh thể của đồng mang lại khả năng chống
ăn mòn tuyệt vời. Đám mây điện tử tự do có sẵn để tạo thành các màng kết hợp
trên bề mặt kim loại giúp bảo vệ mạng khỏi bị ăn mòn thêm.
Cấu trúc fcc tạo ra các mặt phẳng trượt truyền đạt một đặc tính khác cho chính
các mặt phẳng này. Các nguyên tử trên các mặt trượt được sắp xếp càng gần
nhau càng tốt trong bất kỳ hệ kim loại nào (Hình 2). Sự sắp xếp hiệu quả của các
nguyên tử này chứa nhiều vật chất nhất vào một không gian nhất định (vì ong
mật dường như biết khi chúng xây tổ ong). Rất khó để các ion hydro tìm đường
đi qua các khoảng trống nhỏ giữa các nguyên tử và gây ra vết nứt do ăn mòn
ứng suất ngoại trừ trong những môi trường khắc nghiệt nhất.
1.2. Tính chất vật lý và hóa học của kim loại đồng:
Đồng là một trong những nguyên tố được sử dụng rộng rãi nhất trên trái
đất. Nó là một yếu tố thiết yếu có thể được tìm thấy trong mọi thứ, từ hệ thống
dây điện và hệ thống ống nước đến đồ trang sức và tiền xu. Đồng có nhiều tính
chất vật lý khiến nó trở nên hữu ích và linh hoạt.
- Độ dẻo dai: Một trong những tính chất vật lý độc đáo nhất của đồng là tính dễ
uốn của nó. Điều này có nghĩa là đồng có thể dễ dàng được đập thành các hình
dạng khác nhau mà không bị vỡ hoặc nứt. Điều này làm cho đồng trở nên lý
tưởng để chế tạo các tấm mỏng, dây điện và ống cho hệ thống ống nước, hệ
thống dây điện và các mục đích sử dụng khác. Thuộc tính này cũng giúp bạn dễ
dàng làm việc hơn khi tạo đồ trang sức hoặc tiền xu. Đồng cũng rất dẻo và có
thể uốn cong hoặc xoắn mà không bị gãy hoặc nứt. Đặc tính này rất phù hợp để
sử dụng trong các hệ thống ống nước, hệ thống dây điện và dây cáp. Tính linh
hoạt của nó cho phép nó uốn cong quanh các góc hoặc qua các không gian chật hẹp một cách dễ dàng. 2
- Chống ăn mòn: Một tính chất vật lý quan trọng khác của đồng là khả năng
chống ăn mòn. Nó không bị rỉ sét như các kim loại khác khi tiếp xúc với các
điều kiện thời tiết như gió, mưa, tuyết và không khí có muối. Điều này làm cho
đồng trở nên hoàn hảo cho các ứng dụng ngoài trời như vật liệu lợp mái, máng
xối và ống dẫn nước, tác phẩm điêu khắc, v.v., vì chúng sẽ không bị ăn mòn theo
thời gian như các kim loại khác.
- Tính dẫn điện: Do cấu trúc hóa học của nó, đồng có tính dẫn điện tuyệt vời, có
nghĩa là dòng điện chạy qua nó một cách dễ dàng và hiệu quả mà không bị mất
điện hoặc tích tụ nhiệt. Dây đồng được sử dụng ở mọi nơi trong gia đình và
doanh nghiệp để nối dây điện vì chúng dẫn điện rất hiệu quả mà không bị hao
hụt hoặc có nguy cơ quá nhiệt do điện áp tăng vọt hoặc quá tải.
- Tính dẫn nhiệt: Cùng với tính dẫn điện tuyệt vời của nó, tính dẫn nhiệt cũng
tốt, có nghĩa là nhiệt truyền qua đồng nhanh hơn một số kim loại khác như nhôm
hoặc thép không gỉ, sẽ cho phép thời gian làm mát nhanh hơn sau khi tiếp xúc
với nhiệt độ/nguồn nhiệt nóng chẳng hạn như bàn là hàn hoặc lò nướng/bếp lò/lò sưởi, v.v.
=> Tất cả những tính chất vật lý này làm cho đồng trở thành một vật liệu vô giá
trong nhiều ngành công nghiệp ngày nay, từ xây dựng đến điện tử và hơn thế
nữa! Tính dẻo, tính linh hoạt, khả năng chống ăn mòn, tính dẫn điện và dẫn
nhiệt tuyệt vời của nó kết hợp với nhau để làm cho kim loại nguyên tố này trở
thành một phần thiết yếu trong thế giới hiện đại của chúng ta! Cho dù bạn đang
tìm kiếm thứ gì đó trang trí như đồ trang sức hoặc tiền xu hay thứ gì đó có chức
năng như ống nước hoặc dây điện. 3
* Một số thông số vật lý và hóa học của đồng điện phân: 4
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ TINH LUYỆN ĐỒNG VÀ KÉO SỢI DÂY DẪN
2.1 Công nghệ tinh luyện đồng:
Tinh luyện đồng là quá trình sản xuất đồng chất lượng cao thông qua các
phương pháp luyện kim. Quá trình này bao gồm nhiều bước, từ đó loại bỏ các
tạp chất và cải thiện cấu trúc của đồng. Điều này làm tăng tính dẫn điện và tính
đàn hồi của đồng. Công nghệ tinh luyện đồng thông thường sử dụng trong các
ngành sản xuất dây điện, cáp điện và các sản phẩm điện tử khác. -Phương pháp luyện kim:
Trong luyện kim , đồng cô đặc được sấy khô trước khi nung nóng trong lò tinh
luyện. Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình gia nhiệt làm cho chất cô
đặc phân tách thành hai lớp vật liệu: lớp mờ và lớp xỉ. Lớp mờ ở dưới cùng chứa
đồng, trong khi lớp xỉ trên cùng chứa tạp chất.
Xỉ được loại bỏ và mờ được thu hồi và chuyển đến một bình hình trụ gọi là bộ
chuyển đổi. Nhiều loại hóa chất được thêm vào bộ chuyển đổi và những hóa
chất này phản ứng với đồng để tạo thành đồng đã chuyển đổi, được gọi là “đồng
vỉ”. Đồng vỉ được thu hồi và sau đó trải qua một quá trình gọi là luyện lửa .
Trong quá trình luyện lửa, không khí được thổi qua đồng để oxy hóa các tạp chất
thành xỉ; sau đó gỗ được thêm vào để giúp khử đồng bị oxy hóa thông qua các
phản ứng hóa học, để lại đồng tinh chế để xử lý thành cực âm đồng. Cuối cùng,
để khử hoàn toàn đồng, phốt pho được thêm vào để tạo thành P2O5 hoặc đồng
được đúc thành cực dương đồng và đặt trong một tế bào đồng điện phân. Sau khi 5
được sạc, đồng nguyên chất sẽ tích tụ trên cực âm và được loại bỏ dưới dạng sản
phẩm đồng nguyên chất 99%.
-Phương pháp thủy luyện:
Trong thủy luyện, đồng cô đặc trải qua quá trình tinh chế thông qua một trong số
ít quy trình. Phương pháp ít phổ biến nhất là xi măng hóa, trong đó dung dịch
axit của đồng được lắng đọng trên sắt vụn trong phản ứng oxy hóa-khử. Sau khi
đủ lượng đồng đã được mạ, đồng sẽ được tinh chế thêm.
Phương pháp tinh chế phổ biến hơn là chiết xuất dung môi và điện phân, hoặc
SX/EW. Công nghệ tinh chế mới hơn này đã được áp dụng rộng rãi vào những
năm 1980 và theo Hiệp hội Phát triển Đồng, khoảng 20% sản lượng đồng của
thế giới hiện được sản xuất thông qua quy trình này.
Quá trình chiết dung môi bắt đầu bằng dung môi hữu cơ, dung môi này tách
đồng ra khỏi tạp chất và vật liệu không mong muốn. Tiếp theo, axit sunfuric
được thêm vào để tách đồng ra khỏi dung môi hữu cơ, tạo ra dung dịch điện phân.
Dung dịch này trải qua quá trình điện phân, trong đó mạ đồng trong dung dịch
lên cực âm. Cực âm đồng này có thể được bán nguyên trạng hoặc có thể được
chế tạo thành thanh hoặc tấm khởi đầu cho các tế bào đồng điện phân khác.
2.2 Công nghệ kéo sợi dây dẫn:
Công nghệ kéo sợi dây dẫn được sử dụng để sản xuất dây dẫn đồng và các vật
liệu dẫn khác. Quá trình này bao gồm kéo sợi từ thanh đồng qua các khuôn kéo.
Sợi đồng được kéo qua các khuôn có đường kính ngày càng nhỏ, từ đó giảm độ
dày và tăng độ dài của dây dẫn. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong
ngành sản xuất điện tử, viễn thông, ô tô và nhiều lĩnh vực khác.
Cũng giống như nhiều vật liệu dẫn điện, đồng trần tạo thành một lớp oxit khi
tiếp xúc với khí quyển bình thường. Phản ứng này tăng tốc khi nhiệt độ tăng lên
và ở 180-190°C đồng sáng chuyển sang màu đen trong vài phút. Màng oxit là
một chất dẫn điện kém, làm giảm độ tin cậy của các kết nối và giảm sự kết nối
hợp chất trong quá trình cách nhiệt. Vì những lý do này, màng oxit phải được
loại bỏ hoặc ngăn không cho hình thành. Điều này thường được thực hiện bằng
cách phủ lên dây đồng một lớp phủ kim loại nguyên chất, lớp này bị oxy hóa
chậm ở nhiệt độ xử lý. Trong trường hợp đặc biệt, lớp phủ hợp kim hoặc lớp phủ
composite mạ nhiều lớp được áp dụng. Đồng trần thể hiện các đặc tính thỏa
đáng ở nhiệt độ lên tới khoảng 100°C. Các kim loại nguyên chất phổ biến nhất 6
được sử dụng để mạ đồng và hợp kim đồng cho dây dẫn là thiếc, bạc và niken.
Trong những trường hợp đặc biệt, có thể áp dụng các lớp phủ hợp kim như
thiếc/chì hoặc lớp phủ composite (thiếc trên niken), được mạ nhiều lớp. Quá
trình kéo dây và ủ dây dẫn bằng đồng và hợp kim đồng cần được chú ý đặc biệt
để tránh làm hỏng bề mặt dây dẫn.
 Quá trình tinh luyện đồng và kéo sợi dây dẫn đồng đóng vai trò quan
trọng trong sản xuất các sản phẩm điện tử, điện dân dụng, điện công
nghiệp và công nghiệp quân sự. Các sản phẩm dẫn điện đồng chất lượng
cao được sử dụng để chuyển đổi và lưu trữ điện năng, chẳng hạn như
trong các máy biến áp, máy phát điện và các thiết bị điện tử khác. 7
CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU KIM LOẠI ĐỒNG TRONG CÁC THIẾT BỊ MÁY ĐIỆN
Máy điện là thiết bị điện từ có nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm
ứng điện từ, cấu tạo gồm có mạch điện từ và có chức năng biến đổi cơ năng
thành điện năng hoặc ngược lại hoặc biến đổi thông số điện năng như biến đổi
điện áp, dòng điện, tần số, góc pha.
3.1 Động cơ điện:
Động cơ điện là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng
cơ học. Hầu hết động cơ điện hiện có hoạt động theo hiệu ứng điện từ. Một số ít
là Động cơ áp điện hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện, và thường là động cơ cỡ nhỏ hoặc siêu nhỏ.
Đồng là sự lựa chọn dây điện từ phổ biến nhất do tính dẫn điện cao và chi phí
tương đối thấp. Đối với hầu hết các động cơ như động cơ được hiển thị bên
dưới, chúng tôi sử dụng đồng có lớp tráng men rất mỏng và quấn chặt dây để tạo
ra cuộn dây sẽ tạo ra trường điện từ để điều khiển động cơ.
Ảnh chụp động cơ máy bay không người lái hiển thị ở trên cho chúng ta biết
lượng đồng đi vào động cơ và tại sao trọng lượng vật liệu lại quan trọng để tăng
hiệu suất của động cơ. Nếu chúng ta có thể dễ dàng giảm trọng lượng của tất cả
lượng đồng đó trên động cơ và duy trì công suất đầu ra của nó, thì điều này sẽ
làm giảm đáng kể lượng điện năng cần thiết để điều khiển máy bay không người
lái. Đồng là một lựa chọn tuyệt vời cho cuộn dây động cơ vì tính dẫn điện cao 8
và chi phí tương đối thấp, nhưng nó cũng là một vật liệu nặng và đặc; đây thậm
chí còn là một vấn đề lớn hơn đối với động cơ được sử dụng trong xe điện hoặc
máy bay, những động cơ cần phải nhẹ. Đồng sẽ hoạt động tốt đối với hầu hết các
ứng dụng động cơ, nhưng khi xem xét trọng lượng, độ bền và độ ổn định ở nhiệt
độ cao hoặc các môi trường đòi hỏi khắt khe khác, chúng ta nên xem xét một số
vật liệu khác có khả năng tốt hơn. +Hình dạng dây:
Lựa chọn vật liệu đóng một vai trò lớn trong việc xác định một ứng cử viên dây
nam châm tốt, nhưng việc thay đổi hình dạng của dây cũng có thể mở ra nhiều
tiềm năng hiệu quả hơn. Hình dạng và thành phần của từng vật liệu mà chúng ta
đã thảo luận cho đến nay có thể được sửa đổi ở một mức độ nào đó; ví dụ, hầu
hết các vật liệu dây điện thường được chế tạo với mặt cắt ngang nhưng cũng có
thể được chế tạo thành dạng màng hoặc dải băng. Một lợi ích chính của hình
dạng ruy băng là tăng mật độ đóng gói so với dây tròn. Mật độ đóng gói cao hơn
có thể dẫn đến một động cơ nhỏ gọn hơn với cùng công suất đầu ra; tuy nhiên,
việc xây dựng này có một số nhược điểm. Các vấn đề thường gặp với dây ở định
dạng ruy băng bao gồm khả năng giữ nhiệt, tính linh hoạt và độ phức tạp khi lắp
đặt. Với sự kết hợp đúng đắn của vật liệu cách điện, tính linh hoạt, khả năng nhiệt. +Dây lai:
Thay vì chỉ xem xét một vật liệu để cải thiện hệ thống dây điện từ, chúng ta
cũng nên cân nhắc rằng sự kết hợp của các vật liệu phù hợp có thể mang lại kết
quả tốt nhất. Không phải tất cả các động cơ điện và máy phát điện đều được
thiết kế theo cùng một cách, và không phải tất cả các động cơ và máy phát điện
đều cố gắng đạt được cùng một công việc; khi chúng tôi so sánh các yêu cầu của
máy bay và các yêu cầu của đầu máy xe lửa, chúng tôi thấy có rất nhiều điểm
khác biệt (một trong số đó là trọng lượng của động cơ có thể quan trọng đến
mức nào). Một yêu cầu phổ biến trong mọi ứng dụng là tăng hiệu quả tiêu thụ
điện năng. Điều đó nói rằng, các nhà thiết kế của công nghệ động cơ trong tương
lai nên xem xét nhu cầu của từng ứng dụng khác nhau và duy trì quan điểm cởi
mở đối với các vật liệu có thể đạt được một vật liệu lai phù hợp để đáp ứng mục tiêu mong muốn.
Một ví dụ điển hình về dây lai là sự kết hợp của ống nano đồng và carbon. Sự
kết hợp các vật liệu này có thể cung cấp cho dây có độ ổn định nhiệt cao hơn
nhiều so với chỉ sử dụng đồng. Đối với các động cơ hoạt động ở tần số cao hơn 9
và phạm vi nhiệt độ cao hơn, chúng ta có thể thấy rằng hỗn hợp CNT-Cu có thể
là phiên bản tiếp theo của đồng được thương mại hóa làm dây điện từ để duy trì
hiệu quả cho động cơ điện chạy trong điều kiện khắc nghiệt và khắt khe.
=>Kết luận: Khả năng dẫn điện được cải thiện nhanh chóng và tính chất nhiệt
tuyệt vời của sợi và màng CNT, kết hợp với trọng lượng nhẹ, độ bền cao, tính
linh hoạt và khả năng kết hợp với các vật liệu khác có thể là sự đổi mới lớn tiếp
theo trong dây điện từ cho động cơ hạng nhẹ. 3.2 Máy phát điện: +Máy phát điện là gì:
Máy phát điện là một thiết bị dùng để chuyển đổi năng lượng cơ khí, nhiên liệu,
năng lượng gió, hay năng lượng mặt trời thành năng lượng điện. Nó được sử
dụng để cung cấp điện trong các khu vực không có nguồn điện lưới hoặc trong
các trường hợp mất điện do các sự cố khác nhau. Máy phát điện được sử dụng
rộng rãi trong các hoạt động công nghiệp, hộ gia đình, du lịch và đóng vai trò rất
quan trọng trong cuộc sống hiện đại.
+Các kiểu quấn máy trong máy phát điện:
Có nhiều cách quấn máy trong máy phát điện, tùy thuộc vào loại máy phát điện
và mục đích sử dụng. Dưới đây là một số phương pháp thường được sử dụng:
- Quấn máy song song: là một loại kết nối đặc biệt giữa các quấn máy trong máy
phát điện. Khi các quấn máy này được kết nối song song, nó sẽ tạo ra các ống
dẫn điện lớn hơn và mạch cực mới sẽ tăng gấp đôi. Điều này cho phép máy phát 10
điện sản xuất năng lượng điện tối đa và đáp ứng các yêu cầu điện năng cao nhất.
Tuy nhiên, quấn máy song song cũng có một số hạn chế nhất định, phụ thuộc
vào thiết kế của máy phát điện cụ thể ...
- Quấn máy thành xoắn ốc: được thực hiện để tăng hiệu suất và giảm kích thước
của máy phát điện. Thông thường, việc quấn máy thành xoắn ốc sẽ giảm chiều
dài của máy phát điện, giảm trọng lượng và tăng mật độ điện năng, giúp máy
phát điện hoạt động hiệu quả hơn. Tuy nhiên, việc quấn máy thành xoắn ốc cũng
đòi hỏi kiến thức chuyên môn và kỹ thuật cao, vì vậy cần được thực hiện bởi các
chuyên gia và kỹ thuật viên có chuyên môn về điện.
- Quấn máy theo kiểu chữ U: là cách bố trí và liên kết các cuộn dây dẫn trong
máy phát điện theo kiểu U để tạo ra trường từ xoay để tạo ra điện xoay chiều.
Cấu trúc này được sử dụng phổ biến trong các máy phát điện lớn với tải điện
cao, vì nó có hiệu suất cao và có khả năng chịu tải tốt ...
- Quấn bằng cách chèn dây và dây ép lại với nhau: phương pháp này sử dụng
các dây dẫn đã được chèn vào các khe trên rôto hoặc stator được ghim chặt lại
với nhau, giúp tăng sức mạnh và độ bền của máy phát điện.
Trước khi thử điện, bạn cần kiểm tra kĩ một số vấn đề có thể phát sinh như sau:
-Cuộn dây bị nứt, hở hoặc chạm mát
-Lớp dây của cuộn trên và cuộn dưới trong trong cùng rãnh hoặc 2 cuộn kế nhau
có bị chập mạch hay không
-Nối sai trình tự các sợi dây.
+Các loại dây đồng quấn trong máy phát điện:
Trong máy phát điện, có nhiều loại dây đồng quán được sử dụng để truyền tải
dòng điện từ đầu phát ra đến các thiết bị hoặc tải điện. Các loại dây đồng quán
thường được sử dụng trong máy phát điện bao gồm:
Dây đồng quấn mềm: loại dây này được làm từ đồng nguyên chất và có độ dẻo
cao, có thể uốn cong dễ dàng và linh hoạt trong việc lắp đặt. Dây đồng quấn
mềm thường được sử dụng để kết nối các tải điện như đèn chiếu sáng, máy tính, tivi, ...
Dây đồng quấn cứng: loại dây này được làm từ đồng nguyên chất và có độ cứng
cao hơn so với dây đồng mềm. Dây đồng quấn cứng thường được sử dụng để kết
nối các thiết bị có dòng điện lớn như motor, máy nén khí, máy hàn điện, ... 11
Dây đồng quấn xoắn đôi: đây là loại dây được làm từ hai sợi dây đồng xoắn
quanh nhau. Cấu trúc này giúp giảm thiểu nhiễu tần số và tăng độ ổn định của mạch điện.
Dây đồng quấn mạ kẽm: loại dây này được phủ lớp mạ kẽm bên ngoài, giúp
tăng độ bền và chống oxi hóa.
Dây đồng quấn chịu nhiệt cao: loại dây này được làm từ đồng và phủ lớp chất
cách nhiệt chịu nhiệt cao, giúp chịu được nhiệt độ cao và duy trì độ ổn định của
mạch điện trong môi trường có nhiệt độ cao.
Tùy vào mục đích sử dụng và yêu cầu kỹ thuật, người dùng sẽ lựa chọn loại dây
đồng quán phù hợp để sử dụng trong máy phát điện.
3.3. Máy biến áp và máy kích điện
Máy biến áp hay máy biến thế là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên
lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện áp, với tần số không đổi.
Ở máy biến áp, việc biến đổi điện áp chỉ thực hiện được khi dòng điện là xoay
chiều hoặc dòng điện biến đổi xung. Máy biến áp được dùng trong hệ thống
truyền tải và phân phối điện năng, ngoài ra máy biến áp cũng được dùng cho
một số yêu cầu khác như nối mạch chỉnh lưu, làm nguồn cấp điện cho lò điện,
máy hàn, máy thử nghiệm… Máy biến áp có hai hay nhiều dây quấn đặt chung
trên một mạch từ, các dây quấn có thể nối điện hoặc không nối điện với nhau,
khi chúng nối điện với nhau ta gọi là máy biến áp tự ngẫu.
Máy kích điện (hay còn gọi là máy đổi điện) là thiết bị để chuyển đổi dòng điện
một chiều 12V của ắc quy thành dòng điện xoay chiều 220V. Kích điện được
phân loại thành 2 dòng chính là kích điện sóng Sine (Pure Sine Wave) và kích
điện Sine mô phỏng (Modified Sine Wave)
Đồng trong máy biến áp và máy kích điện chủ yếu dưới dạng dây quấn. Dây
quấn gồm nhiều vòng dây được lồng vào trụ thép và giữa các dây quấn, các
vòng dây hay giữa dây quấn với lõi thép thì đều được cách điện. Một máy biến
áp thường có 2 hoặc nhiều dây quấn. Bên cạnh đó, tùy thuộc vào chức năng của
máy mà số vòng dây của các cuộn khác nhau.
Thông thường máy biến áp có 2 loại dây quấn là sơ cấp và thứ cấp. Trong đó,
dây sơ cấp là dây quấn nhận năng lượng từ lưới còn dây thứ cấp có nhiệm vụ
cung cấp năng lượng cho phụ tải. Ngoài ra, cuộn sơ cấp và thứ cấp có số vòng
dây khác nhau. Cụ thể, nếu số vòng dây của cuộn sơ cấp lớn hơn thứ cấp thì đó 12
là máy biến áp hạ thế. Còn số vòng dây của cuộn sơ cấp nhỏ hơn cuộn thứ cấp
thì đó là máy biến áp tăng thế
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến thế, làm nhiệm vụ thu năng lượng
vào và truyền năng lượng ra. Dây quấn thường làm bằng đồng hoặc nhôm. Theo
cách sắp xếp dây quấn cao áp (CA) và hạ áp (HA), người ta chia ra làm hai loại
dây quấn chính: Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ. Trong đó, dây quấn
đồng tâm có tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm với nhiều kiểu quấn
khác nhau như hình trụ, hình xoắn và hình xoắn ốc liên tục. Còn dây quấn xen
kẽ gồm các bánh dây cao áp và hạ áp xen kẽ nhau lần lượt dọc theo trụ thép.
*Quy trình gia công cuộn dây trong máy biến áp
Các thành phần được sản xuất trong giai đoạn cuộn dây và lắp ráp lõi sau đó
được đưa vào giai đoạn lắp ráp lõi-cuộn dây.
Cụm lõi được đặt thẳng đứng với tấm để chân chạm đất và móc trên cùng của lõi
được tháo ra. Các chi của lõi được quấn chặt bằng băng bông và sau đó đánh vecni.
Một hình trụ làm bằng bìa ép cách điện / giấy ép cách điện được bọc trên cả ba chi.
Một cuộn dây điện áp thấp được đặt trên các chi lõi cách điện.
Các khối cách điện có độ dày và số lượng quy định được đặt ở cả trên và dưới của cuộn dây HA. 13
Xi lanh làm bằng giấy gợn sóng hoặc xi lanh trơn có ống dẫn dầu được cung cấp trên cuộn HA.
CA Cuộn dây được đặt trên xi lanh.
Khoảng cách giữa mỗi phần của các cuộn dây CA bao gồm khoảng hở trên và
dưới được duy trì với sự trợ giúp của các ống dẫn dầu, theo thiết kế/bản vẽ.
Top Yoke được nạp lại. Khung lõi trên cùng bao gồm bu lông lõi và thanh giằng
được cố định vào vị trí.
Cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được kết nối theo yêu cầu. Vách pha giữa các pha
CA được đặt theo yêu cầu.
Kết nối với công tắc khai thác (nếu cần) được thực hiện.
Cuối cùng, cụm cuộn dây lõi được đặt trong lò để sấy khô.
3.4. Máy chỉnh lưu điện
Đồng trong máy chỉnh lưu là một thành phần quan trọng trong hệ thống làm mát
của máy chỉnh lưu. Đồng được sử dụng vì tính dẫn nhiệt tốt, tính năng chống ăn
mòn, độ bền cao, và khả năng dễ dàng gia công thành các hình dạng phức tạp.
Máy chỉnh lưu là một thiết bị điện tử dùng để điều chỉnh tốc độ quay của động
cơ điện. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là
trong hệ thống làm mát của các thiết bị điện tử, máy móc, và công trình xây dựng.
Trong hệ thống làm mát của máy chỉnh lưu, đồng thường được sử dụng để chế
tạo các ống dẫn nhiệt, tản nhiệt, và bộ phận chuyển đổi nhiệt độ. Đồng có tính
dẫn nhiệt tốt, giúp chuyển đổi nhiệt từ các bộ phận nóng của máy chỉnh lưu sang
các bộ phận lạnh, giúp duy trì nhiệt độ hoạt động của máy chỉnh lưu ở mức an toàn. 14
Ngoài ra, đồng cũng được sử dụng trong các bộ phận điện tử của máy chỉnh lưu,
chẳng hạn như trong các đầu cắm, kẹp, và đế để kết nối các mạch điện và truyền
tín hiệu. Đồng có tính dẫn điện tốt, giúp đảm bảo kết nối điện đúng đắn và ổn
định trong hệ thống điện của máy chỉnh lưu.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc sử dụng đồng trong máy chỉnh lưu cũng có thể
đồng nghĩa với việc sử dụng một nguồn tài nguyên quý hiếm, vì đồng là một
kim loại tự nhiên có nguồn gốc hạn chế. Do đó, việc tìm kiếm các vật liệu thay
thế thân thiện với môi trường và bền vững cũng là một xu hướng đáng quan tâm
trong công nghệ máy chỉnh lưu hiện đại.
Trong nguyên lý hoạt động của máy chỉnh lưu, đồng có thể được sử dụng trong
các thành phần như ống dẫn nhiệt, tản nhiệt, và các bộ phận điện tử, như đã đề
cập ở trên. Dưới đây là một số ví dụ về việc sử dụng đồng trong nguyên lý hoạt
động của máy chỉnh lưu:
-Các ống dẫn nhiệt: Đồng có tính dẫn nhiệt tốt, do đó, nó được sử dụng để
chế tạo các ống dẫn nhiệt trong hệ thống làm mát của máy chỉnh lưu. Các ống
dẫn nhiệt giúp chuyển đổi nhiệt từ các bộ phận nóng của máy chỉnh lưu sang các
bộ phận lạnh, giúp duy trì nhiệt độ hoạt động của máy chỉnh lưu ở mức an toàn.
-Các bộ phận tản nhiệt: Đồng cũng được sử dụng trong các bộ phận tản
nhiệt của máy chỉnh lưu để giúp tiêu thụ nhiệt từ các bộ phận nóng của máy và
giúp làm mát chúng. Các bộ phận tản nhiệt thường được chế tạo từ đồng vì tính
dẫn nhiệt cao và khả năng chống ăn mòn, đồng thời cũng có thể được thiết kế
thành các hình dạng phức tạp để tối ưu hóa hiệu suất làm mát.
-Các bộ phận điện tử: Đồng có tính dẫn điện tốt, do đó, nó được sử dụng
trong các bộ phận điện tử của máy chỉnh lưu, chẳng hạn như đầu cắm, kẹp, và
đế để kết nối các mạch điện và truyền tín hiệu. Các bộ phận điện tử được chế tạo
từ đồng giúp đảm bảo kết nối điện đúng đắn và ổn định trong hệ thống điện của máy chỉnh lưu. 15
CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG KIM LOẠI ĐỒNG DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
4.1 Công nghệ xử lí và gia công dây quấn máy điện đồng tròn và ép trong
máy điện quay và máy biến áp:
4.1.1 Máy cuốn tự động:
Những máy này được sử dụng để cuộn dây đồng xung quanh một lõi, chẳng hạn
như lõi biến áp, một cách chính xác và đồng đều. Quá trình cuộn được tự động
hóa, đảm bảo rằng các cuộn dây đều cách nhau và được cuộn chặt.
Công nghệ cuộn tự dộng trong gia công quấn máy điện đồng tròn và ép trong
máy điện quay và máy biến áp bao gồm các bước sau:
Các bước chính của kĩ thuật cuộn máy gồm:
1. Chuẩn bị các vật liệu: bao gồm lõi, dây điện, băng lưới, băng cản, vòng bảo
vệ và các vật dụng khác.
2. Cuộn dây điện lên lõi: sử dụng máy cuộn tự động hoặc thủ công để cuộn dây
điện lên lõi đúng số vòng và đảm bảo độ dày và độ cách điện đúng quy cách.
3. Ép dây điện lên lõi: sử dụng máy ép để ép dây điện vào lõi và tăng độ dày của
quấn. Quá trình ép được điều chỉnh để đảm bảo độ chặt chẽ của quấn.
4. Thêm băng cản và vòng bảo vệ: thêm các lớp băng cản và vòng bảo vệ để bảo
vệ quấn khỏi sự cắt, mài mòn và va đập.
5. Đặt băng lưới: sử dụng máy đặt băng lưới để bọc lớp bảo vệ cho quấn. Băng
lưới tăng cường độ bền và khả năng chống bung.
6. Kiểm tra và kiểm tra chất lượng: cuối cùng, quấn điện được kiểm tra để đảm
bảo chất lượng và tính đúng đắn của sản phẩm.
Quá trình cuộn máy được thực hiện bởi những người có kinh nghiệm và được
đào tạo chuyên nghiệp để đảm bảo độ chính xác và chất lượng của quấn điện. 16