Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều ©TCBinh Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 1 Tóm tắc Tổng quan Khái niệm: Tốc độ rotor # tốc độ từ trường quay Từ trường quay: m B 2 3 B = p f60 n 1 = (vòng/phút) p f2 1 π =ω (rad/sec) Nguyên lý làm việc: Độ trượt: 11 1 n n 1 n nn s −= − = (< 5%) Hay ( ) 1 ns1n − = Tốc độ trượt n 2 = n 1 – n = sn 1 (vòng /sec) ⇒ f 2 = sf (Hz) Mạch tương đương Mạch tương đương (đã quy về stator): Tần số dòng điện bên trong stator: f Tần số dòng điện bên trong rotor: f 2 = sf 11111111 EIZEI)jXR(U &&&&&& +=++= 0mm1 I)jXR(E && += 222222 IZI)jXR(E &&&& =+= Để thiết lập mạch tương đương cần các điều kiện: điện áp, dòng điện, tần số, năng lượng. Điện áp: U 1 = const ≈⇒ E 1 = const ⇒ Φ m = const vì m1dq1 .fN.k.2E 1 Φπ= k dq : hệ số dây quấn phân bố Có m2dq2 .fN.k.2E 2 Φπ= rotor đứng yên (f = f 2 ) ⇒ k Nk Nk E E 2dq 1dq 2 1 2 1 == Đặt: 21 ' 2 kEEE == điện áp rotor qui đổi Tần số: (qui đổi từ rotor quay về rotor đứng yên) Khi rotor quay có tần số sf: 2m2dqm22dqs2 sE).sf(N.k.2.fN.k.2E 22 =Φπ=Φπ= Điện áp: 2s2 sEE = Tổng trở rotor: Rotor đứng yên : 22222 jXRL)f2(jRZ +=π+= & 22 fL2X π = R 1 1 I & jX 1 R m 0 I & 1 E & 1 U & jX m R 2 jX 2 2 E & 2 I & ' 2 I & Stator Rotor Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều ©TCBinh Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 2 Rotor quay : 2222s2 jsXRL)sf2(jRZ +=π+= & ( ) 2s222s2 EsIjsXRE &&& =+= 22 2 s22 2 2 IjX s R IjX s R E &&& ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ += ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ += Điện trở rotor là R 2 , vì công suất tổn hao khi quy đổi không thay đổi nên I 2 = I 2s . Dòng điện: (qui đổi từ rotor quay về satator đứng yên) Trường hợp không tải I 2 = 0 (s ≈ 0), I 1 = I 0 . Trường hợp có tải: I 2 # 0, I 0 = const. Dòng điện không tải I 0 gồm hai thành phần: mc0 III &&& += I c cùng pha với E1, thành phần tác dụng (tổn hao mạch từ). I m cùng pha với Φ, thành phần từ hóa. Do từ thông Φ m = const nên sức từ động không đổi ( ) mm RNIF Φ = = ⇒ constI.N.kI.N.kI.N.k 01dq22dq11dq 121 ==− &&& Đặt dòng điện rotor qui đổi: k I I 2 ' 2 & & = ⇒ ' 201 III &&& += Qui đổi từ rotor quay về satator đứng yên: Trong đó, 21 ' 2 kEEE == và k I I 2 ' 2 & & = ⇒ ' 2 ' 2 2 2 2 2 22 2 ' 2 ' 2 ' 2 jX s R jX s R k k I IjX s R k I E Z += ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ += ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + == & & & & & Vậy: 11111 I)jXR(EU &&& ++= ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 IjX s R E && += R 1 1 I & jX 1 G c 0 I & 1 E & 1 U & -jB m ' 2 I & m I & c I & s R 2 jX 2 2 E & 2 I & Qui về Rotor đứng yên 2 R jsX 2 s2 E & s2 I & Rotor chuyển động Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều ©TCBinh Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 3 ' 201 III &&& += mc0 III &&& += với ' 2 ' 2 ' 2 R s s1 R s R ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − += Mạch hình T (d), mạch hình π (b), chuyển nhánh từ hóa về trước (c). Thí nghiệm không tải, thí nghiệm ngắn mạch Thí nghiệm không tải: s ≈0 ⇒ Z’ 2 = ∞ U 1đm ⇒ I 0 Mục đích xác đònh tổn hao công suất sắc từ P Fe (đã trừ tổn hao cơ P cơ ): P 0 = P Fe + P cơ (xem tổn hao đồng không đáng kể) TN quay không tải:P cơ (ma sát, thông gió, tổn hao phụ) = P cơ kéo động cơ quay. Tính R 0 = R m + R 1 : từ P 0 và I 0 . Tính được L s = L m + L σs từ I 0 , U 1đm và R 0 . Thí nghiệm ngắn mạch: s = 1 I 1đm ⇒ U 1n ⇒ Z 2’ << Z m ⇒ Z n Đo được công suất tổn hao trên stator và rotor: P n Tính được Rs, Rr, X σ = 2πf(L σs + L σr ). với R s = R 1 , R’ r = R ’ 2 , L s =L 1 = L σs /2, L r = L ’ 2 = L σs /2. Phân bố công suất và hiệu suất Phân bố công suất: Công suất nguồn: Công suất nguồn P 1 = 3.U 1 .I 1 .cosϕ Tổn hao đồng stator P đ1 = 3.R 1 .I 2 1 Tổn hao sắt P s = 3.R m .I 2 0 = 3.G m .E 2 1 R 1 1 I & jX 1 R m 0 I & 1 U & X m ' 2 I & ' 2 R jX’ 2 ' 2 E & Mạch tương đương của động cơ KĐB ' 2 R s s1 − R 1 jX 1 1 U & I 1 R m I 0 I 2 = 0 X m R n jX n n U & İ n =İ 1đm Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều ©TCBinh Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 4 Công suất điện từ: Công suất điện từ: 2 ' 2 ' 2 dt I s R 3P = Tổn hao đồng rotor: dt 2 ' 2 ' 22d P.sIR3P == Công suất cơ: dt 2 ' 2 ' 2co P)s1(I s s1 R3P −= − = Công suất cơ hữu ích: Công suất cơ hữu ích: P 2 = P cơ - P qp Công suất tổn hao: Công suất tổn hao: P th = P đ1 + P s + P đ2 + P qp Hiệu suất: 1 th1 th2 2 1 2 P PP PP P P P − = + ==η (0.75 ÷ 0.9) Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ Giả sử R m << X m : () m11 1 1a1 XXjR X.j UU ++ = && và () () m11 m11 a1a1a1 XXjR X.jX.jR X.jRZ ++ + =+= Tính được: () ' 2a1 ' 2 a1 a1 ' 2 XXj s R R U I ++ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + = Momen quay () () () 2 ' 2a1 2 ' 2 a1 ' 2 2 a1 11 dt 1 dtco XX s R R s R U3 1 P s1 Ps1P M ++ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ω = ω = ω− − = ω = Độ trượt tới hạn: s th ứng với M max 0 ds dM = , hay 0 dn dM = () 2 ' 2a1 2 a1 ' 2 th XXR R s ++ = () 2 ' 2a1 2 a1a1 2 a1 1 max XXRR U 2 3 1 M +++ ω = ()() 2 ' 2a1 2 ' 2a1 ' 2 2 a1 1 mm XXRR RU3 1 M +++ ω = s s s s 2 M M th th max mm + = Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều ©TCBinh Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 5 Mở máy động cơ không đồng bộ ¾ Mở máy động cơ rotor dây quấn: ( ) 2 ' 2a1 2 a1 ' mm ' 2 XXRRR ++=+ ¾ Mở máy động cơ rotor lồng sóc: – Dùng điện kháng nối tiếp: nếu U 1 /k thì I mm giảm k nhưng M mm giảm đi k 2 . – Dùng máy biến áp tự ngẫu: nếu U 1 /k thì I mm và M mm đều sẽ giảm đi k 2 . – Đổi Y – Δ: biến áp tự ngẫu, với k = 3 I mm và M mm đều giảm đi 3 lần. – Dùng dạng rãnh rôto đặc biệt để cải thiện đặc tính mở máy. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 1. Thay đổi số cực: p f60 n 1 = (vòng/phút) 2. Thay đổi tần số nguồn điện: p f60 n 1 = (vòng/phút). U 1 /f = const (tránh hiện tượng bão hòa mạch từ) 3. Thay đổi điện áp nguồn điện: s th = const, M max thay đổi 4. Thay đổi điện trở mạch rôto (dây quấn): s th thay đổi, M max = const Phương pháp này đơn giản, nhưng tổn hao nhiệt lớn (động cơ trung bình). Các đặc tính vận hành 1. Đặc tính dòng điện stato I 1 = f(P 2 ) 2. Đặc tính vận tốc n = f(P 2 ) 3. Đặc tính mômen điện từ M = f(P 2 ) 4. Đặc tính hệ số công suất cosϕ = f(P 2 ) 5. Đặc tính hiệu suất η = f(P 2 ) n 2 02 2 P.PP P β++ =η η max ⇔ P qp + P s = P đ1 + P đ2 . Bài tập: _Tất cả các ví dụ. _ Bài tập: (.), (-) 5.3, 5.4, 5.6, 5.14, 5.15, 5.16, 5.18, 5.21, 5.24, 5.25, 5.35, 5.41, 5.48, (*), (**). P 2 I 0 P 2đm cosϕ 0 cosϕ I 1 η n M n 1 0 . xoay chiều ©TCBinh Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 5 Mở máy động cơ không đồng bộ ¾ Mở máy động cơ rotor dây quấn: ( ) 2 ' 2a1 2 a1 ' mm ' 2 XXRRR. tổn hao cơ P cơ ): P 0 = P Fe + P cơ (xem tổn hao đồng không đáng kể) TN quay không tải:P cơ (ma sát, thông gió, tổn hao phụ) = P cơ kéo động cơ quay.