KHÁI NIỆM CHUNG
Máy điện không đồng nhất là loại Máy điện có phần quay, làM việc với điện xoay chiều, theo nguyên lí ; cảM ứng điện từ, có vận tốc quay của rôto khác với vận tốc quay của từ trường .Máy điện không đồng điệu có tí ; nh thuận nghịch, hoàn toàn có thể làM việc ở chính sách động cơ điện và Máy phát điện. Máy phát điện không đồng nhất có đặc tí ; nh làM việc không tốt nên í ; t được dùng .Động cơ điện không đồng nhất có cấu trúc và quản lý và vận hành đơn thuần, gí ; á thành rẻ, làM việc an toàn và đáng tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống .
Động cơ điện không đồng bộ gồM các loại: động cơ ba pha, hai pha và Một pha.
CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
GồM hai phần chí ; nh :Phần tĩnh [ Stator : Stato, xtato ] Phần quay [ Rotor : Rôto ]
PHẦN TĨNH [ STATO]
Phần tĩnh gồM những bộ phận là lõi thép và dây quấn, ngoài những có vỏ Máy và nắp Máy [ hình 8.2.1. a ]
PHẦN QUAY [ RÔTO]
GồM lõi thép, dây quấn và trục Máy .Lõi thépLõi thép gồM những lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh Mặt ngoài ghép lại, tạo thành những rãnh theo hướng trục, ở giữa những lỗ để lắp trụcDây quấnDây quấn rôto của Máy điện không đồng nhất thường có hai kiểu : rôto lồng sóc [ rôto ngắn Mạch ] và rôto dây quấn .Rôto lồng sóc trong những rãnh của lõi thép rôto đặt những thanh đồng [ hoặc nhôM ], những thanh đồng thường đặt nghiêng so với trục, hai đầu nối ngắn Mạch bằng 2 vòng đồng [ nhôM ], tạo thành lồng sóc [ hình 8.2.2. b ]
TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
TỪ TRƯỜNG ĐẬP MẠCH CỦA DÂY QUẤN MỘT PHA
Từ trường của dây quấn Một pha là từ trường có phương không đổi, tuy nhiên trị số và chiều biến hóa theo thời hạn, gọi là từ trường đập Mạch .Cho dòng điện hình sin Một pha chạy vào cuộn dây AX [ hình 8.3.1. a ]Dây quấn AX được đặt trong 4 rãnh trên stato 1,2,3,4 .
TỪ TRƯỜNG QUAY CỦA DÂY QUẤN BA PHA
Sự tạo thành từ trường quayTa xét Máy điện ba pha đơn thuần gồM 6 rãnh trong đó đặt ba dây quấn đối xứng AX, BY, CZ trên statoBa dây quấn được đặt lệch nhau trong khoảng trống Một góc 1200 điện .Trong những dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy qua có đồ thịiA = IMax sinWtiB = IMax sin [ Wt-1200 ]iC = IMax sin [ Wt-2400 ]iA chạy vào cuộn dây AX, iB chạy vào cuộn BY, iC chạy vào cuộn CZNếu iA > 0 thì dòng đi vào A ra X, nếu iA Thời điểM pha Wt = 900Dòng điện pha A cực lớn và dương, những dòng điện pha B và C âM và có độ lớn bằng nhau. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác lập chiều đường sức từ trường BA, BB, BC, BtổngThời điểM pha Wt = 900 + 1200Dòng điện pha B cực lớn và dương, những dòng điện pha A và C âM. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác lập chiều đường sức từ trường BA, BB, BC, Btổng .Véc tơ từ trường tổng Btổng đã quay đi Một góc là 1200 so với thời điểM trước theo chiều ngược chiều kiM đồng hồ đeo tay .Thời điểM pha Wt = 900 + 2400Dòng điện pha C cực lớn và dương, những dòng điện pha A và B âM .Véc tơ từ trường tổng Btổng đã quay đi Một góc là 2400 so với thời điểM bắt đầu theo chiều ngược chiều kiM đồng hồ đeo tay .Vậy dòng điện ba pha tạo ra từ trường quayĐặc điểM của từ trường quay– Tốc độ từ trường quayTốc độ từ trường quay nhờ vào vào tần số dòng điện stato fi và số đôi cực p .Tốc độ từ trường quay là n1 = 60 fi / p [ vòng / phút ]– Chiều quay của từ trườngChiều quay của từ trường phụ thuộc vào vào thứ tự pha của dòng điện đạt cực lớnMuốn đổi chiều quay của từ trường ta giữ nguyên Một pha và đổi khác thứ tự hai pha còn lại với nhau .Ví ; dụ : Dòng điện iB cho vào dây quấn CZ, dòng điện iC cho vào dây quấn BY, từ trường sẽ quay theo chiều ngược lại tức là cùng chiều kiM đồng hồ đeo tay .– Biên độ của từ trường quayTừ thông của từ trường quay xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng 3/2 từ thông cực lớn của Một phafiMax = 3/2 fipMaxTừ trường quay của dây quấn hai phaKhi có dây quấn hai pha đặt lệch nhau trong khoảng trống 1 góc 900 điện, dòng điện trong hai dây quấn lệch sóng nhau về thời hạn 900, cũng phân tí ; ch như trên, từ trường hai pha là từ trường quay và có biên độ : fiMax = fipMaxTừ thông tảnBộ phận từ thông chỉ Móc vòng riêng rẽ với Mỗi dây quấn gọi là từ thông tảnNGUYÊN LÝ LÀM CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘNguyên lý làM việc của động cơ điện không đồng bộ ba pha :Khi ta cho dòng điện ba pha tần số fi vào ba dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với vận tốc là n1 = 60 fi / p .Từ trường quay cắt những thanh dẫn của dây quấn rôto và cảM ứng những sức điện động. Vì dây quấn rôto nối kí ; n Mạch, nên sức điện động cảM ứng sẽ sinh ra dòng điện trong những thanh dẫn rôto .Lực tính năng tương hỗ giữa từ trường quay của Máy với thanh dẫn Mang dòng điện rôto, kéo rôto quay với vận tốc n 1 và cùng chiều với n1
Phương trình cân bằng điện dây quấn stato
Dây quấn stato của động cơ điện tựa như như dây quấn sơ cấp của Máy biến áp, phương trình cân đối điện áp :
Phương trình cân bằng điện ở dây quấn rôto
Dây quấn rôto được coi như dây quấn thứ cấp Máy biến áp, dây quấn rôto hoạt động so với từ trường quay vận tốc trượt : n1 – nSức điện động và dòng điện trong dây quấn rôto có tần số : fi2 = p [ n1 – n ] / 60 = sfiSức điện động pha dây quấn rôto lúc quay :E2s = 4,44. fi2W2 kdq2fiMax = sE2Điện kháng tản dây quấn rôto lúc quay :X2s = 2 pfi2. L2 = s. 2 pfi. L2 = s. X2ke : Hệ số quy đổi sức điện động rôtoke = E1 / E2 = W1. kdq1 / W2 kdq2Phương trình điện áp dây quấn rôto lúc quay :
Phương trình cân bằng từ của động cơ không đồng bộ
SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Ta có hệ phương trình :
MÔ MEN QUAY CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
MôMen điện từ Mđt đóng vai trò MôMen quay :M = Mđt = Pđt / W1 = Pđt. p / WW1 : tần số góc của từ trường quay ; W : tần số góc dòng điện stato ; p là số đôi cực từCông suất điện từ : Pđt = 3I ’ 22 R ’ 2 / sDựa vào sơ đồ sửa chữa thay thế ở Mục 8.6 ta tí ; nh được :
Hình 8.7
Động cơ sẽ làM việc ở điểM Mq = Mc [ hình 8.7. b ]Đặc điểM của MôMen quay :a. MôMen tỉ lệ với bình phương điện áp M ~ U12, nếu U1 biến hóa, MôMen động cơ đổi khác rất nhiều .b. MôMen có trị số cực lớn MMax ứng với giá trị tới hạn sth
MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Khi Mở Máy động cơ phải thỏa Mãn ba nhu yếu :MôMen Mở Máy động cơ phải lớn hơn MôMen cản của tải lúc Mở Máy MôMen động cơ phải đủ lớn để thời hạn Mở Máy trong phạM vi được cho phép Dòng Mở Máy phải nhỏ để điện áp lưới điện không bị sụt áp và tác động ảnh hưởng đến những thiết bị khác
Mở Máy động cơ rôto dây quấn
Khi Mở Máy dây quấn rôto được nối với biến trở Mở Máy .Đầu tiên để biến trở lớn nhất, sau đó giảM dần đến không .Đường đặc tí ; nh cơ ứng với những giá trị RMởKhi có điện trở Mở Máy RMở, dòng điện pha lúc Mở Máy :
Mở Máy động cơ lồng sóc
Mở Máy trực tiếpPhương pháp đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện .Khuyết điểM của chiêu thức này là dòng điện Mở Máy lớn, làM tụt điện áp Mạng điện rất nhiều. Phương pháp này dùng được khi hiệu suất Mạng điện [ hoặc nguồn điện ] lớn hơn hiệu suất động cơ rất nhiều .GiảM điện áp phân phối cho statoKhi Mở Máy ta giảM điện áp vào động cơ, cũng làM giảM được dòng điện Mở Máy .Khuyết điểM của giải pháp này MôMen Mở Máy giảM rất nhiều, cho nên vì thế chỉ sử dụng được so với trường hợp không nhu yếu MôMen Mở Máy lớn .Các giải pháp giảM điện áp như sau :– Dùng điện kháng tiếp nối đuôi nhau vào Mạch statoLúc Mở Máy, cầu dao K2 Mở, cầu dao K1 đóng. Khi động cơ đã quay không thay đổi thì đóng K2 và ngắt K1 .Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vào động cơ giảM đi k lần, dòng điện sẽ giảM đi k lần, tuy nhiên MôMen giảM đi k2 lần [ vì M ~ U2 ]– Dùng Máy tự biến ápGọi k là thông số biến áp ; U1 là điện áp pha lưới điện ; zn là tổng trở động cơ lúc Mở Máy .Dòng điện I1 lưới điện cung ứng cho động cơ lúc có Máy tự biến áp :I1 = Iđc / k = Uđc / kzn = U1 / k2znKhi Mở Máy trực tiếp, dòng điện I1 = U1 / znDòng điện của lưới điện giảM đi k2 lần .Điện áp đặt vào động cơ giảM k lần, nên MôMen sẽ giảM k2 lần .– Phương pháp đổi nối sao – taM giácPhương pháp này chỉ dùng được với những động cơ khi làM việc thông thường dây quấn stato nối hình taM giác .Khi Mở Máy ta nối hình sao để điện áp đặt vào Mỗi pha giảM. Sau khi Mở Máy ta đổi nối lại thành hình taM giác như đúng lao lý của Máy .Dòng điện dây khi nối hình taM giác :
Động cơ điện lồng sóc có đặc tí;nh Mở Máy tốt
Động cơ điện lồng sóc rãnh sâuLoại động cơ này, rãnh rôto hẹp và sâu [ chiều sâu bằng 10-12 lần chiều rộng rãnh ]. Khi có dòng điện cảM ứng trong thanh dẫn rôto, từ thông tản rôto phân bổ. Từ thông tản Móc vòng với đọan dưới thanh dẫn nhiều hơn đoạn trên .Do lúc Mở Máy, điện kháng tản phí ; a dưới lớn, dòng điện tập trung chuyên sâu phí ; a trên thanh dẫn gần Miệng rãnh làM sự phân bổ dòng điện tập trung chuyên sâu nhiều ở phí ; a Miệng rãnh, tiết diện dẫn điện của thanh coi như bị nhỏ đi, điện trở rôto R2 tăng lên sẽ làM tăng MôMen Mở Máy .Khi Mở Máy xong, tần số dòng điện rôto nhỏ, công dụng trên bị yếu đi, điện trở rôto giảM xuống như thông thường .Động cơ điện lồng sóc képRôto của động cơ có hai lồng sóc, những thanh dẫn của lồng sóc ngoài [ còn gọi là lồng sóc Mở Máy ] có tiết diện nhỏ và điện trở lớnLồng sóc trong có tiết diện lớn hơn điện trở nhỏ. Như ở trên khi Mở Máy dòng điện tập trung chuyên sâu ở lồng sóc ngoài có điện trở lớn, MôMen Mở Máy lớn. Khi làM việc thông thường, dòng điện lại phân bổ đều ở cả hai lồng sóc, điện trở lồng sóc ngoài nhỏ xuống .Động cơ điện rãnh sâu và lồng sóc kép có đặc tí ; nh Mở Máy tốt, nhưng vì từ thông tản lớn, nên thông số hiệu suất cosP thấp hơn động cơ lồng sóc thường thì .
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Tốc độ của động cơ điện không đồng điệu : n = 60 fi / p. [ 1 – s ] [ vòng / phút ]
Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số [fi]
Thay đổi tần số fi của dòng điện stato được triển khai bằng bộ biến tần. Khi đổi khác tần số người ta Mong Muốn giữ cho từ thông fiMax không đổi, vì vậy phải giữ cho tỷ số điện áp và tần số không đổi .Điều chỉnh vận tốc bằng biến hóa tần số được cho phép điều chình vận tốc Một cách phẳng phiu trong phạM vi rộng và cho cà nhóM động cơ, tuy nhiên giá tiền tương đối đắt .
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực [p]
Số đôi cực của từ trường quay nhờ vào vào cấu trúc dây quấn .Muốn biến hóa P ta phải đổi khác cách đấu dây hoặc có cách cấu trúc dây quấn đặc biệt quan trọng
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato
Phương pháp này chỉ triển khai việc giảM điện áp .Khi giảM điện áp đường đặc tí ; nh M = fi [ s ] sẽ biến hóa do đó thông số trượt đổi khác, vận tốc động cơ đổi khác .Nhược điểM của chiêu thức này là giảM năng lực quá tải của động cơ, phạM vi kiểm soát và điều chỉnh hẹp, tăng tổn hao và chỉ sử dụng cho những động cơ hiệu suất nhỏ
Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rôto của động cơ rôto dây quấn
Khi tăng điện trở, dòng điện rôto giảM dẫn đến lực từ giảM vì vậy vận tốc quay của động cơ giảM .Phương pháp này đơn thuần, kiểm soát và điều chỉnh trơn và khoảng chừng kiểm soát và điều chỉnh tương đối rộng
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Đặc tí ; nh của động cơ không đồng điệu là những quan hệ giữa vận tốc quay rôto n, thông số cosP, hiệu suất h, MôMen quay M, và dòng điện stato I1 với hiệu suất cơ hữu í ; ch trên trục P2 .
Đặc tuyến dòng điện stato I1 = fi[P2]
Đặc tuyến tốc độ rôto n = fi[P2]
Khi tải tăng, hiệu suất P2 trên trục động cơ tăng, MôMen cản tăng lên, từ đường đặc tí ; nh MôMen ta thấy thông số trượt s tăng lên, và vận tốc động cơ giàM xuống .
Đặc tuyến MôMen quay M = fi[P2]
Khi P2 tăng, nếu s không đổi thì đặc tuyến sẽ là đường thẳng. Ở đây s hơi tăng lên nên M tăng nhanh hơn P2
Đặc tuyến hiệu suất h = fi[P2]
Hiệu suất của động cơ :h = P2 / [ P2 + dP ]Nếu P2 tăng, Pđ1 và Pđ2 tăng theo, hiệu suất tăng theo, hiệu suất tăng lên đếnhđM = 0.75 – 0.9, sau đó giảM xuống .
Hệ số công suất cosP = fi[P2]
ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA
Từ trường dòng điện hình sin Một phaDòng điện xoay chiều Một pha không tạo ra từ trường quay .Do sự biến thiên của dòng điện, chiều và trị số từ trường biến hóa, nhưng phương của từ trường không đổi. Từ trường này gọi là từ trường đập Mạch .Phân tí ; ch từ trường đập Mạch thành hai từ trường quay, quay ngược chiều nhau cùng tần số quay n1 và biên độ bằng Một nửa biên độ từ trường đập Mạch .Trong đó từ trường quay có chiều quay trùng với chiều quay rôto, gọi là từ trường quay thuận B +, còn từ trường có chiều quay ngược chiều quay rôto gọi là từ trường quay ngược B –
Dây quấn phụ có thể thiết kế để làM việc chỉ lúc Mở Máy [gọi là động cơ 1 pha không ngậM tụ], hoặc làM việc thường trực [động cơ 1 pha ngậM tụ].
Dây quấn phụ đặt trong những rãnh stato, sao cho sinh ra Một từ thông lệch với từ thông chí ; nh Một góc 900 trong khoảng trống. Dòng điện ở dây quấn phụ và dây quấn chí ; nh sinh ra từ trường quay để tạo ra MôMen Mở Máy .Để dòng điện trong dây quấn phụ lệch sóng với dòng điện trong dây quấn chí ; nh Một góc 900, phải tiếp nối đuôi nhau với dây quấn phụ Một tụ điện C .Chuyên mục : Hỏi Đáp