Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 8 cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái quát chung về máy điện không đồng bộ, nguyên lý làm việc, cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha, phương pháp điều chỉnh tốc độ;.... Mời các bạn cùng tham khảo!
CHNG VIII máy điện không đồng 8.1 Khái niệm chung 8.2 Cấu tạo 8.3 Từ trng quay ĐCKĐB pha 8.4 Nguyên lý làm việc 8.5 Mụ hỡnh toỏn hc ca CKB 8.6 Quy đổi sơ đồ thay 8.7 Quá trình lng 8.8 Mô men quay đặc tính 8.9 Các phng pháp mở máy ĐCKĐB pha 8.10 Các phng pháp iu chỉnh tốc độ 8.11 Động KĐB pha P®iƯn 8.1 Khái niệm chung Định nghĩa ã ã M xoay chiều Tốc độ quay rôto n khác tốc độ t trng n1 Các số liệu định mức Pđm Uđm Iđm Chỳ ý: Pcơ W, kW Pđm V, kV Y/∆-380/220 V A, kA Uđm , Iđm: đại lượng dây n®m vg/ph M®m Nm η, cosϕ (W) M ®m = P P®m = ®m 2πn ®m ω®m 60 M ®m = 9550 P®m (kW) n ®m (vg/ph) = 9,55 P®m n đm (vg/ph) Rôto a Lõi thép b Dây quấn: có loại * Rôto lồng sóc Thanh dn đồng nhôm Dây quấn pha nối Y * Rôto dây quấn vnh trt ng Vnh ngn mch Chổi than Đặc điểm: Đặc điểm: - Kết cấu đơn giản - Cấu tạo phức tạp, giá thành cao - Khơng thay đổi R2 - Có thể thay đổi R2 Khe hở không khí : = (0,25 ữ1) mm Rf Wound-rotor Motor 8.3 Tõ trường quay §CK§B pha Định nghĩa: Từ trường hệ thống dòng pha dây quấn stato tạo Cách tạo từ trng quay AX : BY : CZ : A,B,C : đầu đầu X,Y,Z : đầu cuối B Z + iA = Imsinωt iB = Imsin(ωt-120o) iC = Imsin(ωt+120o) X A + + Y * T¹i ωt1 = 90o : iA = Im > qui ước iA chạy từ A () C => X (ã) r tong Im < iB ch¹y tõ Y (⊕) => B (•) I = − m < iC chạy từ Z () => C (ã) r iB = − iC Tõ trường tæng φ to n gtrïng với trục dây quấn pha A * Tại t2 = 90o + 120o r φ tong Im < iA chạy từ X () => A (ã) iA = i B = Im > iB ch¹y tõ B (⊕) => Y (•) iC + B Z + + X A C Y I = − m < iC chạy từ Z () => C (ã) r φ to n gtrïng víi trơc d©y qn pha B * T¹i ωt3 = 90o + 240o r φ to n gtrïng víi trơc d©y qn pha C * T¹i ωt4 = 90o + 360o r φ to n gtrïng víi trơc d©y qn pha A B Z r φ tong + X A + Y + C r φ tong Nhận xét : Khi cho i3pha vào dq pha Từ trường quay * Đặc điểm từ trường quay : r - Tốc độ: Khi iS biến thiên chu kỳ T φ tong quay được: + số đơi cực p = 1: vịng + p đơi cực: 1/p vòng r f + giây: φ tong quay vòng p r 60f1 vòng n1 = + Trong phút : φ tong p - Chiều quay từ trường: phụ thuộc thứ tự pha dây quấn stato Nếu đổi thứ tự pha dây quấn cho Từ trường quay ngược lại A Phương pháp đổi chiều quay ĐCKĐB pha B C n1 B A C - Tõ trường cña dây quấn pha từ trng quay tròn có biên độ không đổi : m3p = mp Z B A X Y C r φ tong r φB = φm r φC = φm r φA =φm r φtong = φm 8.4 Nguyên lý làm việc : e2 => i2 - Đặt U~3p vào d/q pha stato => có từ trường quay n1 = 60f1 p • Mđt => e2 => i2 n1 + r - T¸c dơng tong i2 r tong => M => kộo rôto quay chiều n1 với n < n1 Đặt n1 − n =s n1 => hÖ sè trượt sđm = 0,02 ữ 0,06 so = => không tải lý tưởng 8.5 Các phương trình (mơ hình tốn học ĐCKĐB) Dây quấn stato ~ Sơ cấp MBA Dây quấn rôto ~ Thứ cấp MBA Không tải lý tưởng ĐC MBA không tải Thời điểm mở máy ĐC MBA ngắn mạch So sánh ĐC KĐB pha MBA pha MBA pha ĐCKĐB pha Trục d/q lệch 120o Trục d/q song song Từ trường đập mạch Từ trường quay D/q TC cố định so với SC D/q TC chuyển động tương đối so với SC với n ≠ n1 f2 ≠ f1 f2 = f1 = f D/q tập trung E1 = 4,44f1 W1 φm kdq= E1 = 4,44f1 W1 kdq1 φ D/q rải đầu d/q TC nối với tải điện kdq< đầu d/q rôto nối ngắn mạch U2 ≠ U2 = Từ trường khép kín lõi thép Io nhỏ Từ trường khép kín lần qua khe hở δ Io ln R1 Phng trình cân điện a Phía Stato X1 I1 U1 E1 d/q Stato sơ cấp, d/q Rôto thứ cấp ã ã ã ã Tng tù d/q s¬ cÊp MBA: U = − E + jX I1 + R I1 E1 = 4,44f1 w1 kdq1 φm b PhÝa Rôto kdq1 < 1: hệ số dây quấn dây quấn stato Khi R quay víi tèc ®é n => cã s s.đ.đ e2 i2 có tần số f2 = pn n2 = n1 - n 60 p(n1 − n) pn (n − n) f2 = = 1 60 60 n1 f2 = sf1 = sf1 n n2 n1 f2 = sf1 S.®.® E2 : E2s = 4,44f2 w2 kdq2 φ E2 : = s.4,44f1 w2 kdq2 φ s.®.® d/q Rôto Rôto đứng yên E2 E2s = sE2 R2 X2S Phương trình cân điện áp d/q rơto: • • • E2S = − E 2S − jX 2S I − R I f2 I2 Trong ®ã : X2S = ω2L2 = π f2 L2 = s π f1 L2 X2S = sX2 X2 X2 : điện kháng tản Rôto đứng yên X2S : điện kháng tản Rôto quay Phng trình cân từ: ã không tải, s.t.đ Fo : Fo ã ã m1w1k dq1 Io ã ã ã có tải, tổng s.t.® : F1 + F2 ∼ m w k I1 + m w k I 1 dq1 2 dq m1, m2 : sè pha dây quấn bỏ qua ∆ U1 kdq1, kdq2 : hÖ sè dây quấn U1≈ E1 = 4,44f1 w1 kdq1 φm => φ = const • • const • => F1 + F2 = Fo m1w1k dq1 I1 + m w k dq I = m1w1k dq1 Io Chia vÕ cho m1w1 kdq1 I1 = I o + I ' ' víi I = − I2 ki • • • I2 I1 + = Io m1w1k dq1 m w k dq ki - I2’ 8.6 Qui đổi sơ đồ thay thế: R1 R2 X1 I1 U1 E1 f1 E2S ≠ R2 X2S I2 f2 X2 I2 f1 E2 R2 1− s s Phương trình cân điên áp rôto dạng phức : = − E 2S + jX 2S I + R I ã Tần số f2 • = − E 2S + I (R + jX 2S ) Chia vÕ cho s • • = − E + I (R + jX + R Quy ®ỉi tÇn sè f2 ->f1 R '2 1− s s 1− s ) s TÇn sè f1 R1 Sau quy đổi: đặc trng Pcơ Không tải lý tng: R2 X1 I1 U1 Io = (20 ữ50)%Iđm X2S = sX2 E2s = sE2 Chó ý : X2’ I2’ Io Rth R2 Xth s=0 1− s s Khi më m¸y : sm =1 I1 Sơ đồ thay gần ' R1 R2’ X1 ’ X2’ I2 Io U1 I2 = U1 ' ' R ' (R1 + ) + (X1 + X ) s R1 X1 Rth Xth R2 ' s s 8.7 Quá trình lng Công suất nhận từ li P1 Tổn hao đồng Stato P1 Pđ1 =3 R1I12 Tổn hao sắt từ ∆Pst =3 RthIo2 R2’ R1 ∆P®1 I1 Io ∆Pst I2’ Pđ2 Pđt ' R2 Pcơ 1s s Pđ1 + Pst = ∆P1 =>Tỉn hao trªn stato ' R Công suất điện từ Pđt = P1 - P1 = I ' s Tổn hao đồng Rôto: Pđ2 =3 R2I22 = 3R , I ,2 2 ∆P®2 = sP®t − s '2 I2 s Công suất hữu ích đầu trục: P2 = Pcơ - Pcơ+fụ Công suất Pcơ = 3R ' HiƯu st η = P2 P1 ≈ 0,7÷ 0,9 8.8 Mô men quay đặc tính Biểu thức mô men Mô men điện từ: M = ' Pđt ω1 R '2 P®t = I2 s I2 = ' R ' (R1 + ) + (X1 + X ) s ω1 = ω 2πf1 = p p M2 : M« men cđa t¶i M2 = ' 3pU1 R /s M= ' R2 ' 2πf1[(R1 + ) + (X1 + X ) ] s U1 ' P2 ωr Đặc điểm mô men quay : - M = f(s) + so = Mo = + sm = 1: më m¸y Mm + s = sk, M = Mmax dM =0 ds sk ≈ 3pU R ' = ≠0 π f [(R + R ' ) + (X + X ' ) ] R 2' R12 + (X1 + X ' ) 40 M (R + (X + X ' ) ] 3pU ∉ R 2' ' ω[R + X + X ] - M ∼ U12 - Mm R2’ Mmax 30 20 Mm 10 ≈ Duong cong mo men 50 3pU π f [R + M 60 R 2' ' ∈ sk ≈ R X1 + X ' M max = ' 3pU1 R /s M= ' R2 ' 2πf1[(R1 + ) + (X1 + X ) ] s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 s s => điện áp thay đổi => M thay ®ỉi nhiỊu ∉ => dïng Rm (Rf ) nèi tiÕp mạch rôto để tăng Mm R + Rf sk ' X1 + X ' M max ' 3pU ≈ = const ω[R + X + X ' ] ' Mm’ f1 §Ó Mm = Mmax : R + Rf sk ≈ ' X1 + X Mmax Mm ' =1 - V× R1 < ( X1 + X2’) => s k s k’ Mmax∼ U12 f12 s M n 0 n1 sk Mmax nk n A Đặc tính c¬ : n = f(M) k1 1500 s= n1 − n n1 Mm MC k2 n = (1-s)n1 AB : vùng ổn định - on lm vic BC : vùng không ổn định * Vùng AB: Khi M C 0 10 20 MC’ 30 40 50 60 C M k1 có Mđ/c = Mc > Mđ/c * Vïng BC : Khi M C B 1000 500 MC MC => n => M/c để M cân MC k2 có Mđ/c = Mc => M/c => n > Mđ/c < MC n giảm 8.9 Các phng pháp mở máy ĐCKĐB pha R 1 Tại phải mở máy? Mở máy: n = 0, s = U1 Im = (R1 + R ) + (X1 + X ) ' ' Khi nhiỊu ®/c cïng më máy: Uđ/c Mm tm = (5 ữ7) Iđm d ã Mm lớn ã Im nhỏ ã Thiết bị đơn giản ã Pm nh X2 U1 Aptomat tác động + Điều kiÖn: Mm > MC M − M C = J dt + Yêu cầu: R Im Itổng từ li vào lớn Biện pháp mở máy: giảm Im Điều kiện yêu cầu X1 U gây điện J : mô men quán tính Phng pháp më m¸y động lång sãc a Më m¸y trùc tiÕp - Im lín CD - Cơng suất động Pm Sli Direct starter b Mở máy giảm U1 * Cuộn kháng khởi động Do cú UCK Uc giảm CD1 Uđc = k U , k < Imđc = Imđc = U ®c Z® c kI m Vì M ∼ U2 =k Ul Z®c CD2 Im Mmck = k M m Im, Mm dòng mô men mở máy trực tiếp với Uđm ∆ UCK CK * Biến áp tự ngẫu I1 = Iml U1 = Ul CD1 I2 = Imđc CD2 (*) U2 = Uđc Iml U1 Im®c U2 U1 I2 = = k BA (**) U2 I1 Im Ul I = U2 = m®c k ba k ba Trong MBA : I ml = Từ (*) (**) I m®c = I m Iml = k ba k ba * Đổi nối Y Im k ba M mBA = Mm k ba ∆ Mở máy trực tiếp ∆: CD1 I md = I m∆ = 3I mp = Up Z ®c Ud = Z ®c A B C Mở máy nối Y: I md = I mp = I mY = I m ∆ = 3I m Y Up Z ®c Ud = Z ®c I mY = M mY X Mm = Z Y ∆ Im Y CD2 Star- Delta starter Động dây quấn Rm (Rf ) nối tiếp mạch rôto U1 I mf = ' ' ' Ưu điểm (R1 + R + R f ) + (X1 + X ) 3pU12 (R2' + R f ' ) Mm = ω[(R1 + R 2' + R f ' )2 + (X1 + X2' )2 ] ' CD động dây quấn Rf Mmax sk sk’ 8.10 C¸c phương ph¸p điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng Mục tiêu : => n = (1 − s) n = ( 1-s)n1 60f1 p Điều chỉnh tốc độ thay đổi p: - Khi p thay đổi n thay đổi p =1 => n1 = 3000 vg/ph p =2 => n1 = 1500 vg/ph p =3 => n1 = 1000 vg/ph - Để thay đổi p N S/2 Điều chỉnh nhảy cấp a Thay đổi cách nối dq stato: N N S/2 S p=2 S p=1 Đặc tính thay đổi p, công st Pc¬ khơng đổi n p=1 3000 2500 2000 p=2 1500 1000 500 M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Phng pháp dùng cho ®ck®b lång sãc a Động KĐB có dây quấn stato với số đôi cực khác n = (1 − s) Điều chỉnh tốc độ thay tần số 60f1 p - Khi thay đổi f1 mong muốn giữ Mmax = const Vì : Mmax∼ U12 f12 MC n1 1500 f1 1450 1400 thay đổi f1 phải kết n 1’ hợp với điều chỉnh (gi¶m) 1350 1300 U1 n ’’ f1 < fcb = 50 Hz Đặc điểm • Điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng • Phải có biến tần f1’ 1250 f1’’ 1200 50 Hz = f1> f1’ > f1’’ 1150 1100 1050 1000 10 15 Điều chỉnh tốc độ hệ thống HVAC Thí dụ: Máy nén (với áp suất đặt 80 psi) 50Hz 50Hz 25Hz 25Hz 0Hz 0Hz Tiết kiệm tới 35% điện Giảm hao mòn khí khởi động nhiều lần 20 25 30 35 Điều chỉnh tốc độ thay đổi hệ số trượt s a Giảm điện áp U1 n = (1 − s) 60f1 p Khi giảm U1 : 90 ' R2 sk ≈ ' X1 + X 80 = const 70 Uđm 60 M = f(s) giảm M ∼ U12 NÕu Mc = const 50 40 phạm vi hp MC tải quạt gió MC 30 U1< Um 20 10 M®/c = CmφI2 = const U máy nóng, tổn hao tăng Khi có Rf 0.1 0.2 n = (1 − s) R + Rf sk ≈ ' X1 + X ' M max Đặc điểm : • Điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh tương đối rộng Giảm η ∆P 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 MC s1 s2 60f1 p 3pU ≈ ω [R + X + X ' ] Mmax = const • Dịng rơto lớn tăng 0.3 s1 s2 sk (0,12 ÷0,2) giảm η b Rf nối tiếp mạch rôto ' 0.9 8.11: Động KĐB pha a- Cấu tạo: dây quấn stato dây quấn pha φ b- Nguyên lý làm việc U~1pha => TT đập mạch φ => φA & φB ω1A = ω1B = ω1 φ φmA = φmB = m φA e2A f2A = sA f1 s A = i2A φB φA & i 2A n φB φ n1 n1 rA φ n1 − n =s n1 r φB MA = f(sA) e2B cã f2B = sB f1 n +n sB = n1 n + (1 − s A )n = – sA = - s sB = n1 r φA ω1 ω1 r φB r φA r φ i2B φB & i 2B MB M = MA + MB s= sA sB 1 M Nhận xét: 100 MA 80 60 Tại s = => M = 40 M 20 Động pha khơng có mơ men mở máy s -20 -40 -60 MB -80 -100 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 c Phng pháp mở máy * Dây quấn phô Zlf = R β