Tài liệu Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ - Phần 8 ppt

1Lecture 9 BÀI GIẢNG Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ TS. Hồ Phạm Huy Ánh TS. Nguyễn Quang Nam March 2010 http://www4.hcmut.edu.vn/~hphanh/teach.html 2Lecture 9 ¾ Đây là dạng máy điện được dùng phổ biến nhất hiện nay chủ yếu dưới dạng động cơ 3 pha và 1 pha. Cả stator và rotor đều dùng dòng xoay chiều. Nếu được phối bợp với các bộ converter bán dẫn công suất sẽ cho ta các đường đặc tính tải mô men – vận tốc hoàn hảo. ¾ Bài giảng sẽ chú trọng các kiến thức nền tảng, cách xây dựng mạch tương đương, các kết quả bổ ích rút ra t ừ góc độ năng lượng và đồng năng lượng. ¾ Cấu trúc stator gần như y hệch như stator máy điện đồng bộ, cũng dây quấn ba pha tạo nên từ trường quay ở tốc độ đồng bộ ω s = pω m , với p là số đôi cực và ω m là vận tốc cơ đồng bộ tính bằng rad/s. ¾ Rotor cũng gồm dây quấn 3 pha với cùng số cực như ở stator, dùng cảm ứng hoặc chính từ từ trường quay hoặc qua một phương pháp chủ động khác. Các thanh dẫn rotor được ngắn mạch bên trong (trường hợp rotor lồng sóc) hoặc ngắn mạch bên ngoài thông qua vành trượt ngắn mạch (trường hợp rotor dây quấn). Máy điện cảm ứng – Giới thiệu chung 3Lecture 9 ¾ Mạch từ cho cả stator và rotor được ghép từ nhiều lá thép và được tiện rãnh để đặt dây dẫn (Cu hay Al). Rotor thường được gắn thêm cánh quạt ở 2 vành ngắn mạch cũng như ở 2 đầu trục để làm mát nhờ đối lưu không khí. Cấu trúc máy điện cảm ứng Trục Ổđở Quạt Làm mát rotor lồng sóc Dây quấn Stator Lá quạt ở vành ghóp đầucuối 4Lecture 9 ¾ Mạch từ được ghép từ nhiều lá thép mỏng, với nhiều rãnh để lồng dây quấn ba pha. Các thanh nêm (Wedges) được chèn thêm để cố định các bối dây nằm trong rãnh. Hệ thống dây quấn ba pha stator có nhiệm vụ tạo từ trường quay. Cấu trúc phần tĩnh Stator Nêm (Wedge) Đầu ra dây Răng Stator Rãnh đi dây Stator 5Lecture 9 ¾ Mạch từ cũng được ghép từ nhiều lá thép mỏng, với nhiều rãnh để lồng thanh dẫn rotor. Thanh dẫn rotor được kết nối theo hệ thống dây dẫn ba pha. Hệ thống dây dẫn ba pha rotor được kết nối với hệ 3 trỡ ngoài thông qua hệ thống 3 vòng trượt. Rotor được thiết kế sao cho bảo đảm được đặc tính cơ mô men – tốc độ mong nuốm, phụ thuộc vào đặc tính tải. Thanh dẫ nRotor Phiến nhôm làm mát Vòng trượt Trục quay Cấu trúc phần quay rotor dây quấn 6Lecture 9 ¾ Mạch từ cũng được ghép từ nhiều lá thép mỏng, với nhiều rãnh để đúc thanh dẫn rotor. Các thanh dẫn rotor được ngắn mạch 2 đầu bằng 2 vành ngắn mạch. Với rotor công suất nhỏ và trung bình, các rãnh được đúc xiên để giảm ồn và tăng hiệu suất vận hành. Thanh dẫn rotor Phiến nhôm làm mát Vành ngắn mạch đầucuối Cấu trúc phần quay rotor lồng sóc 7Lecture 9 Hình ảnh minh họa động cơ cảm ứng ba pha 8Lecture 9 ¾ Dòng ba pha cung cấp cho dây quấn stator sẽ hình thành từ trường quay, quay với tốc độ đồng bộ. Khi rotor quay chậm hơn so với tốc độ đồng bộ, hình thành dòng cảm ứng ở dây quấn rotor, với cùng số đôi cực như dây quấn stator. ¾ Dòng cảm ứng ở dây quấn rotor sẽ tạo từ trường quay, tương tác với từ trường đồng bộ stator tạo mô men kéo rotor quay. ¾ Về nguyên lý mô men tạo ra từ dòng rotor cảm ứng sẽ thúc đẩy rotor quay nhanh hơn, theo định luật Lenz, để đạt tới tốc độ cơ đồng bộ, tương ứng với mô men giảm về zero. Trên thực tế do các tổn hao cơ (do ma sát, quạt gió, etc.) rotor luôn quay chậm hơn tốc độ cơ đồng bộ, với một độ trượt vừa đủ, để tạo mô men quay cân bằng với mô men cản (khi vận hành không tải hay có tải). Nguyên lý vận hành của động cơ cảm ứng 9Lecture 9 ¾ Khảo sát motor có p cặp cực và đạt tốc độ đồng bộ ω m (rad/s) mrs p ω ω ω = − Trong đó ω s và ω r lần lượt là tần số dòng stator và rotor (rad/s). ¾ Ta thấy độ lớn dòng cảm ứng rotor phụ thuộc vào sai khác tốc độ giữatừ trường quay stator và rotor. Sai khác này đượcthể hiện qua thông số không thứ nguyên gọilàhệ số trượt(slip) được tính bởi: s ms s s p n nn s ω ω ω − = − = ¾ Ta được smsr sp ω ω ω ω = − = ¾ Hai giá trịđặcbiệt: s = 0 khi rotor đạttốc độ cơ đồng bộ , và s = 1 khi rotor đứng yên. Nguyên lý vận hành của động cơ cảm ứng (tt) 10Lecture 9 ¾ Dùng phương pháp năng lượng, ta tính được mô men theo quan hệ Phân tích máy điện cảm ứng hai cực Với I ms và I mr lần lượt là giá trị đĩnh của dòng stator và rotor. ¾ Thựctế công thức mô men muốntiện dùng cầnqui về các thông số cơ bảncủa máy điệncảm ứng. Điều này khả thi nếutaxâydựng đượcmạch 1 pha tương đương, giống nhưđãlàmvới MBA. Suy cho cùng, động cơ cảm ứng có thể xem như MBA vớithứ cấp là rotor quay. ¾ Theo quan điểm đótagọi a là tỉ s ố giữasố dòng dây/pha của stator so với rotor, qua đó các thông số rotor sẽđượcqui về phía stator như sau: () γβ +−= sin 4 9 MIIT mrms e ' arar vav = ' ˆˆ arar iai = '2 rr RRa = '2 rr LLa = '2 mrmr LLa = [...]... 3Va2 = ' 2ω s xls + xlr ( ) Các kết quả trên giải thích lý do cần dùng động cơ cảm ứng rotor dây quấn để điều chỉnh độ dốc đặc tình cơ Lecture 9 18 Máy điện cảm ứng nhiều đôi cực Khảo sát máy điện cảm ứng có p đôi cực, tiến hành phân tích tương tự với góc θ được thay bởi pθ Mạch tương đương một pha không đổi Lúc này công suất cơ được xác định bởi Pm = T ω m = T e e ω s (1 − s ) p Tương ứng với mô men:... pha Để có thể gộp chung mạch rotor về stator, cả hai phải có cùng điện áp và tần số Muốn thế ta đã qui đổi các thông số của rotor về stator Bỏ qua điện trỡ dây quấn stator, mạch tương đương 1 pha qui về stator được thể hiện trên hình Lls thể hiện điện kháng rò stator còn L’lr thể hiện điện kháng rò rotor qui về phía stator R’r thể hiện điện trỡ dây quấn rotor qui về phía stator jω s L'lr jωs Lls Va Ia... Tmax 3Va2 = p× ' 2ω s xls + xlr ( Lecture 9 ) 19 Giải BT 7.5 and 7.6 BT 7.5: Cho 1 động cơ cảm ứng 4-pole với thông số cho trước, xác định mô men ở tốc độ đã cho; xác định mô men cực đại cùng hệ số trượt tương ứng Bỏ qua điện trở stator, bỏ qua tổn hao đồng stator và tổn hao từ hóa BT 7.6: Cho 1 động cơ cảm ứng 6-pole với thông số cho trước, tìm hệ số trượt và tốc độ quay rotor, tần số dòng rotor cảm... phía stator jω s L'lr jωs Lls Va Ia ˆ I r' 3 j ω s aM 2 Lecture 9 Rr' s 11 Xây dựng mạch tương đương gần đúng Điện trỡ rotor qui về stator có thể phân ra thành R’r và R’r(1 – s)/s Thành phần đầu thể hiện tổn hao đồng rotor, trong khi thành phấn thứ hai thể hiện công suất cơ đưa ra trục quay biến động theo hệ số trượt Để tiện lợi khi tính toán, nhánh từ hóa aM được dời qua trái, cho ta mạch tương đương... đặc tính cơ mô men – vận tốc Biểu thức xác định mô men theo hệ số trượt có dạng Te = 3Va2 Rr' s 1 ' ω s (Ra + Rr' s )2 + (xls + xlr )2 Với điện áp và tần số lưới nguồn không đổi, xét trường hợp s bé or Te ∝ s Xét trường hợp s lớn (gần bằng 1) Te ≈ hay 3Va2 ω s (xls + x ) ' 2 lr Rr' s Torque (pu) 3Va2 s Te ≈ ω s Rr' 1 T ∝ s e Slip Lecture 9 17 Biểu thức xác định mô men cực đại Dựa vào đặc tính cơ, ta... 7.3 BT 7.2: Cho động cơ cảm ứng ba pha, 86 6 V, đấu wye, 60 Hz, hai cực có thông số ωsLls = 0.5 Ω, 3ωsaM/2 = 5 Ω, ωsL’lr = 0.5 Ω, và R’r = 0.1 Ω Xác định mô men ở s = 0.05 và công suất phức ba pha đầu vào Bỏ qua Ra và Rc Sử dụng mạch tương đương chính xác và mạch tương đương gần đúng Cho biết sai số kết quả khi dùng mạch tương đương chính xác và mạch tương đương gần đúng là khoảng 1 .8% cho BT 7.2 BT 7.3:... ) = 3I r'2 + 3 I r' Ra + 3 = Pag + Pscl + Pc s Rc Với Pag, Pscl, và Pc lần lượt là công suất điện từ, tổn hao dây quấn stator, và tổn hao lỏi thép Va Im Ia Ra I r' jxls R ' r ' jxlr 1− s R s ' r Rc jX m Lecture 9 13 Xây dựng các biểu thức tính công suất (tt) Pag bao hàm cả tổn hao đồng rotor Pr và công suất cơ Pm Ta dễ dàng suy ra 1− s Pm = 3I R = Pag (1 − s ) s '2 r ' r Và, tổn hao đồng rotor Pr có... hiệu suất của máy điện cảm ứng: Pm PT − (Pscl + Pc + Pr ) η= = PT PT Nếu xét thêm tổn hao quay Prot (ma sát, quạt gió, ), thì hiệu suất sẽ là: η= Pshaft PT PT − (Pscl + Pc + Pr + Prot ) = PT Lecture 9 14 Xây dựng biểu thức tính mô men Sử dụng mạch tương đương gần đúng, dòng rotor qui về stator được xác định bởi Va I = ' Ra + Rr' s + j xls + xlr ' r ( ) ( ) Từ đó xác định được công suất cơ ( ) Pm = 3 I . 1Lecture 9 BÀI GIẢNG Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ TS. Hồ Phạm Huy Ánh TS. Nguyễn Quang Nam March 2010 http://www4.hcmut.edu.vn/~hphanh/teach.html 2Lecture. các kết quả bổ ích rút ra t ừ góc độ năng lượng và đồng năng lượng. ¾ Cấu trúc stator gần như y hệch như stator máy điện đồng bộ, cũng dây quấn ba pha