Chuong 5 máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ trong học phần ký thuật điện đại cương

Chương MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (KĐB) Mục tiêu SV trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc thông số động điện kđb pha, mô men quay, phương pháp mở máy đông kđb Chủ đề tìm hiểu: Các loại động điện sử dụng gia đình §5.1 CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA Cơng dụng phân loại máy biến áp Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rôto khác với tốc độ quay từ trường quay Máy phát điện khơng đồng có đặc tính làm việc không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên sử dụng Động điện khơng đồng có cấu tạo vận hành đơn giản, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên sử dụng nhiều sản xuất sinh hoạt Động điện khơng đồng có loại: động ba pha, hai pha, pha II Cấu tạo máy biến áp I Hình 5.1: Cấu tạo động khơng đồng 1- lõi thép stato, 2- dây quấn stato, 3- nắp máy, 4- ổ bi, 5- trục, 6- đầu dây stato, - rôto, 8- vỏ máy, - cánh quạt, 10 - nắp máy Máy điện không đồng có phận stato rơto Lê Bá Tứ 2016 69 Hình 5.2: Các phận động KĐB Hình 5.3: Mặt cắt ngang trục lõi thép roto stato Stato (hình 5-4) Là phận tạo từ trường máy Stato phần tĩnh, có phận lõi thép dây quấn Ngoài stato vỏ máy nắp máy Lê Bá Tứ 2016 70 Dây quấn Lõi thép Hình 5.4: Stato Hình 5.5: Lõi thép stato 1.1 Lõi thép Lõi thép stato thép kỹ thuật điện dập hình 5-3 ghép lại thành khối hình trụ, bên có rãnh để đặt dây quấn Lõi thép ép chặt vào vỏ máy 1.2 Dây quấn stato y y1 Dây quấn stato làm dây điện từ đặt rãnh lõi thép 10 11 12 (hình 5-4) Trên hình 5-6 sơ đồ khai triển dây quấn ba pha stato có 12 rãnh, dây quấn pha A rãnh 1, 4, 7, 10, pha B rãnh 3, 6, 9, 12 pha A Z B C X Y C rãnh 5, 8, 11, Hình 5-6: Sơ đồ triển khai dây quấn stato Dòng điện xoay chiều ba pha chạy ba dây quấn stato tạo từ trường quay máy 1.3 Vỏ máy Vỏ máy động không đồng làm gang nhôm, dùng để giữ chặt lõi thép cố định máy bệ Hai đầu có nắp máy dùng để bảo vệ dây quấn đỡ trục roto Rơto (hình 5.7) Rơto máy điện KĐB phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng sđđ sinh dòng điện cảm ứng chạy dây quấn roto Rôto phần quay , cấu tạo gồm lõi thép, dây quấn trục máy Lê Bá Tứ 2016 71 a) c) Hình 5.7: a) rơto lồng sóc, b) cấu tạo lõi thép rơto 2.1 Lõi thép rơto (hình 5.7c) Lõi thép gồm thép kỹ thuật điện dập hình 5.3 ghép lại thành khối hình trụ trục rơto, mặt ngồi có rãnh để đặt dây quấn rơto 2.2 Dây quấn rơto Hình 5.8 Rôto dây quấn Dây quấn rôto máy điện không đồng có hai kiểu: rơto lồng sóc rơto dây quấn Loại rơto lồng sóc: rãnh lõi thép rôto đặt đồng nhôm, hai dầu nối ngắn mạch vòng ngắn mạch có gân để làm mát động Động điện có rơto lồng sóc gọi động khơng đồng lồng sóc Loại rơto dây quấn: rãnh lõi thép rôto đặt dây quấn ba pha, thường nối sao, ba đầu nối với ba vành trượt đồng, lắp cố định trục rôto cách điện với trục Tỳ vào vòng trượt chổi than nối với hộp biến trở bên để mở máy điều chỉnh tốc độ động Loại động gọi động không đồng rơto dây quấn, ký hiệu hình 5.9 Động lồng sóc loại phổ biến, động rơto dây quấn có ưu điểm mở máy điều chỉnh tốc độ, giá thành đắt vận hành tin cậy động lồng sóc, nên dùng động lồng sóc không đáp ứng yêu cầu truyền động Lê Bá Tứ 2016 72 ~ ~ ~ Hình 5.9: Sơ đồ nối dây động rơto dây quấn §5.2 TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Từ trường đập mạch S dây quấn pha Từ trường dây quấn N N pha từ trường có phương S b c d a không đổi, trị số chiều biến đổi theo thời gian, gọi từ H5.10a trường đập mạch Số cực từ từ trường phụ thuộc vào cách nối dây quấn Để đơn giản ta xét từ trường N S stato pha có rãnh, dây c d quấn có phần tử nên có cách a b nối (hình 5.10) Dòng điện chạy dây quấn dòng điện xoay H5.10b chiều hình sin pha i = Imaxsint Ở có dịng điện vào ký hiệu , ký hiệu  Căn vào chiều dòng điện ta vẽ chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai Dây quấn (hình 5.10a) tạo thành từ trường đôi cực: p =2 Dây quấn hình 5.10b tạo nên từ trường đơi cực: p = Kết luận: Số cực từ máy điện cách nối dây quấn định Từ trường quay dây quấn ba pha Dòng điện xoay chiều ba pha có ưu điểm lớn tạo từ trường quay 2.1 Sự tạo thành từ trường quay Xét từ trường máy điện pha đơn giản: stato có rãnh, đơi cực từ Ba dây quấn AX, BY, CZ stato đặt rãnh hình 5.11, trục dây quấn lệch góc 1200 điện Khi cho dịng điện ba pha đối xứng chạy qua: iA = Imaxsint Lê Bá Tứ 2016 73 iB = Imsin(t - 1200) iC = Imsin(t - 2400)     Từ trường stato là: B  BA  BB  BC Xét B thời điểm khác nhau: + Tại thời điểm pha t = 900: Dòng điện pha A cực đại dương, IA= Im, nên iA từ A đến X, từ trường pha A cực đại(BA= Bm) có phương nằm ngang từ phải sang trái Dòng điện pha B C âm: IB =IC = - 0,5Im, nên iB iC từ điển cuối đến điển đầu Từ trường BB BC có trị số 0,5Bm Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều từ trường BB BC (hình 5.11a) Từ trường tổng có đơi cực từ, (p = 1) Trục B tổng trùng với trục dây quấn pha A pha có dịng điện cực đại có trị số B=1,5 Bm + Thời điểm pha t = 2100: Dòng điện pha B cực đại dương: IB= Im, dòng điện IA= IC= - 0,5Im(hình 5.11b) Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều BA, BB, A  BA Z  Y B C H5.11 a X A  B Z  BC C B X A Y O  BB B Y  BC  BB  BA O H5.11b Z  BB O  BA  BC Ta thấy từ trường tổng ( B )đã quay BC C B 0  góc 120 so với thời điểm =90 B H5.11c Trục từ trường tổng trùng với trục dây X quấn pha B, pha có dịng điện cực đại B có trị số : B=1,5Bm + Thời điểm pha t = 3300: Là thời điểm chậm sau thời điểm đầu 2/3 chu kỳ; lúc dòng điện pha C cực đại dương, cịn dịng điện pha A B âm (hình 5.11c), tương tự lại từ trường tổng thời điểm quay góc 240 so với thời điểm đầu Trục từ trường tổng trùng với trục BC có trị số 1,5 Bm + Xét tiếp thời điểm t = 4100 ta thấy từ trường stato máy điện pha từ trường quay Từ trường quay móc vịng với hai dây quấn stato rơto, từ trường máy điện, tham gia vào trình biến đổi lượng Với cách cấu tạo dây quấn hình 5.11, ta từ trường quay đôi cực Nếu thay đổi cách cấu tạo dây quấn, ta từ trường 2,3 hay đôi cực 2.2 Đặc điểm từ trường quay Lê Bá Tứ 2016 74 Từ trường quay hệ thống dòng điện ba pha chạy cuộn dây giống lệch pha 120o độ điện có đặc điểm quan trọng: - Tốc độ từ trường quay: Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato (f) số đôi cực p Thật vật, xét máy có đơi cực từ, dịng điện biến thiên thêm chu kỳ, từ trường quay vòng, phút dòng điện stato thực 60f chu kỳ, từ trường quay 60f vòng Khi từ trường có đơi cực, dịng điện biến thiên chu kỳ, từ trường quay 1/2 vòng (từ cực N qua S đến N 1/2 vịng), tốc độc từ trường quay n  60f Một cách tổng quát, từ trường quay có p đôi cực, tốc độ từ trường quay là: n1= 60f/p vòng /phút (5-1) - Chiều quay từ trường Chiều quay từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha dòng điện Muốn đổi chiều quay từ trường ta thay đổi thứ tự hai pha với nhau, ví dụ dịng điện i B cho vào dây quấn CZ, dòng điện iC cho vào dây quấn BY, từ trường quay theo chiều từ trục dây quấn AX đến trục dây quấn CZ đến trục dây quấn BY - Trị số từ trường quay: B =1,5Bm = const Từ trường quay dòng điện pha Để tạo từ trường quay dòng điện hình sin pha kỹ thuật người ta cho dòng điện lệch pha 90o chạy vào hai dây quấn đặt lệch 90o, từ trường tổng từ trường quay Từ thông tản Từ trường quay máy điện sinh từ thông, từ thơng chạy lõi thép từ thơng tản móc vịng với dây quấn khép mạch qua vật liệu không sắt từ, gọi từ thơng tản Từ thơng tản stato, móc vịng với dây quấn stato, từ thơng tản rơto móc vịng với dây quấn rôto Từ thông tản đặc trưng điện kháng tản X1 X2, xét máy biến áp §5.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KĐB Nguyên lý làm việc động điện không đồng 1.1 Nguyên lý làm việc Khi ta cho dịng điện ba pha có tần số f vào ba dây quấn stato, tạo từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ n  60f Từ trường quay cắt dẫn p dây quấn rôto, cảm ứng sức điện động e2 Vì dây quấn rơto nối ngắn mạch, nên sức Lê Bá Tứ 2016 75 điện động e2 sinh dòng điện I2 chạy A n1 dây quấn rôto Theo định luật lực điện từ, từ trường quay stato tác dụng lên Y dẫn dây quấn roto mang dòng điện I2 lực Z F F, tạo thành mô men kéo rôto quay theo chiều đ quay từ trường quay với tốc độ n t F n đt Để minh hoạ, hình 5.12 vẽ từ trường C B quay tốc độ n1, chiều sức điện động dòng điện cảm ứng dẫn rơto, chiều X H5.12 Kí hiệu lực điện từ Fđt Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải, ta vào chiều chuyển động tương đối dẫn từ trường Nếu coi từ trường đứng yên, chiều chuyển động tương đối dẫn ngược chiều n1, từ áp dụng quy tắc bàn tay phải xác định chiều sđđ e2 Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay n1 Tốc độ n máy nhỏ tốc độ từ trường quay n1,vì : tốc độ khơng có chuyển động tương đối rôto từ trường quay, dây quấn rơto khơng có sđđ dịng điện cảm ứng, lực điện từ không 1.2 Tốc độ trượt hệ số trượt Độ chênh lệch tốc độ từ trường quay tốc độ roto gọi tốc độ trượt n2: n2 = n1 - n Tỷ số: s  n n1  n  n1 n1 (5-2), gọi hệ số trượt Hệ số trượt đặc trưng cho tải động Khi rôto đứng yên (n = 0), hệ số trượt s =1; rôto quay định mức s = 0,02  0,06 Tốc độ động (n) tính theo s là: n  n (1  s)  60f (1  s) p (5-3) §5.4 MƠ HÌNH TỐN TRONG ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Phương trình cân điện dây quấn stato Vì động KĐB pha đối xứng, nên cần xét tính tốn cho pha Dây quấn pha stato động điện kđb tương tự dây quấn sơ cấp máy biến áp, phương trình cân điện áp là: Lê Bá Tứ 2016 76   I1 Z1  E U (5-4) L1 i1 Trong đó: Z1  R  jX tổng trở dây quấn stato; R1, X1 = 2fL1 điện trở điện kháng tản dây quấn stato; X1 đặc trưng cho từ thông tản stato; L1 điện cảm tản stato R1 E1 U H5.13 E - sức điện động pha stato từ thông từ trường quay sinh có trị số: E1 = 4,44fW1kgq1max (5-5) W1, số vòng dây pha stato ; kgq1 hệ số dây quấn, kgq1 < dây quấn stato đặt rải rãnh lõi thép stato theo qui luật, nên sức điện động cảm ứng phần tử dây quấn khác nhau, mặt khác dây quấn stato ln có bước quấn ngắn để tiết kiệm dây dẫn, không quấn đồng tâm máy biến áp max - biên độ từ thông từ trường quay Phương trình cân điện dây quấn rôto Dây quấn rôto coi giống dây quấn thứ cấp máy biến áp, động dây quấn rôto chuyển động tương đối so với từ trường quay với tốc độ : n2 = n1 - n = sn1 Như sức điện động dịng điện dây quấn rơto có tần số là: f2  pn spn   sf 60 60 (5- 6) Tần số dịng điện rơto lúc quay hệ số trượt nhân với tần số dịng điện stato (f) Lúc rơto đứng n s = nên tần số dịng điện rơto f2= f Sức điện động pha dây quấn rôto lúc quay là: E2s= 4,44f2W2kgq2max (5-7) W2, kgq2 thứ tự số vòng dây, hệ số dây quấn dây quấn rôto Hệ số k gq2