(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN môn học kỹ THUẬT điện đề tài tóm tắt và ỨNG DỤNG các KIẾN THỨC CHƯƠNG ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ TRONG các bài tập

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA KINH TẾ TIỂU LUẬN MƠN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Đề tài TĨM TẮT VÀ ỨNG DỤNG CÁC KIẾN THỨC CHƯƠNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG CÁC BÀI TẬP Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Ngọc Thảo Lớp: ELEN232044_01 Sinh viên thực hiện: Nhóm Nguyễn Thị Mỹ Hằng Trần Thị Phương Linh Nguyễn Thị Thùy Oanh Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ NHÓM STT Họ tên Nguyễn Thị Mỹ Hằng Trần Thị Phương Linh Nguyễn Thị Thùy Oanh NHẬN XÉT NHÓM TRƯỞNG Mỗi thành viên làm tốt nội dung phân cơng, nhiệt tình hỗ trợ lẫn nhau, trao đổi để q trình làm việc nhóm trơi chảy NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Trưởng nhóm Giáo viên Nguyễn Thị Mỹ Hằng Nguyễn Thị Ngọc Thảo MỤC LỤC PHẦN LÝ THUYẾT Mục tiêu chương Giới thiệu Cấu tạo Từ trường máy điện không đồng a Từ trường đập mạch dây quấn pha b Từ trường quay dây quấn ba pha Nguyên lý làm việc 4.1 Động điện không đồng 4.2 Nguyên lý làm việc máy phát điện không đồng 4.3 Nguyên lý làm việc động không đồng làm việc c 4.4 Các tình trạng làm việc 4.4.1 Tình trạng ngắn mạch 4.4.2 Tình trạng khơng tải 4.4.3 Tình trạng điện pha 4.4.4 Tình trạng có tải 4.4.5 Các nguyên nhân gây cháy động Mở máy động không đồng 5.1 Mở máy động không đồng rotor lồng sóc 5.2 Mở máy động không đồng rotor dây quấn Điều chỉnh tốc độ động không đồng 6.1 Thay đổi tần số: 6.2 Thay đổi số đôi cực 6.3 Thay đổi điện áp 6.4 Thay đổi điện trở phụ nối vào rotor 27 Giản đồ lượng máy điện không đồng 28 Dòng momen mở máy 30 PHẦN BÀI TẬP 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………………40 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Minh họa thơng số nhãn dán máy Hình 2.1 Cấu tạo động không đồng _ Hình 2.2 Hộp đấu dây _ Hình 2.3 Vịng ngắn mạch Hình 2.5 Cánh quạt Hình 2.7 Cuộn dây Hình 2.9 Nắp Hình 2.11 Rotor dây quấn rotor lồng sóc _ Hình 2.12 Vị trí phận _ Hình 2.13 Stator máy điện không đồng _ Hình 2.14 Lõi thép stator _ Hình 2.15 Dây quấn stator _ Hình 2.16: Sơ đồ lý thuyết Y Hình 2.17 Sơ đồ đấu nối thực tế Y _ Hình 18 Sơ đồ đấu nối thực tế _ Hình 2.19 Sơ đồ lý thuyết _ Hình 2.20 Cấu tạo Rotor _ Hình 2.21 a: Dây quấn rotor lồng sóc; b: Lõi thép rotor; c: Ký hiệu động sơ đồ Hình 2.22 Cấu tạo rotor lồng sóc _ 10 Hình 2.23 Hình dạng rotor dây quấn (a) kí hiệu động rotor dây quấn (b) 10 Hình 2.24 Động không đồng rotor dây quấn _ 11 Hình 2.25 Sơ đồ đầu nối dây quấn rotor với điện trở 11 Hình 3.1 Từ trường đập mạch cực dây quấn pha 13 Hình 3.2 Từ trường đập mạch cực dây quấn pha 13 Hình 3.3 Từ trường quay cực dây quấn pha 15 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc động không đồng _ 17 Hình 5.1 Mở máy trực tiếp 21 Hình 5.2 Điện kháng nối tiếp mạch stator 22 Hình 5.3 Máy biến áp tự ngẫu _ 24 Hình 5.4 Đổi nối thành tam giác 25 Hình 5.5 Mở máy động không đồng rotor dây quấn _ 26 Hình 6.1 Thay đổi điện trở phụ nối vào rotor _ 28 Hình 7.1 Giản đồ lượng _ 28 PHẦN LÝ THUYẾT Mục tiêu chương - Phân loại, nhận biết loại động không đồng - Trình bày nguyên lý hoạt động động khơng đồng - Trình bày phương pháp mở máy động khơng đồng mức Tính tốn thông số động điều kiện định mức, không định Giới thiệu Máy điện không đồng bộ: máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rotor (n) khác với tốc độ từ trường quay n Máy điện khơng đồng làm việc hai chế độ: Động Máy phát Máy điện khơng đồng có tính thuận nghịch, nghĩa làm việc chế độ động điện, chế độ máy phát điện Động điện không đồng bộ, so với loại động khác có cấu tạo vận hành khơng phức tạp, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, hiệu suất cao gần khơng bảo trì nên sử dùng nhiều sản xuất sinh hoạt Máy phát điện đồng có đặc tính làm việc khơng tốt tiêu tốn cơng suất phản kháng lưới nên dùng Động điện khơng đồng có loại: ba pha, hai pha pha Công suất > 600 W → ba pha, công suất < 600 W → pha (hai pha) Tại gọi không đồng bộ? Những động dựa nguyên tắc cảm ứng điện từ gọi động không đồng Sự trượt vận tốc quay từ trường vận tốc quay chậm rotor thực chất không đồng việc vận hành động điện tử Động khơng đồng có thành phần quay (rotor) mô kiểu lồng sóc Cái lồng sóc gồm nhiều nhơm đồng nối với vòng dẫn điện đầu làm gắn mạch trọn vẹn với Phần lõi rotor làm thép Ngồi động khơng đồng có sử dụng lồng sắt cịn có nhiều loại sử dụng cuộn dây nhằm mục đích giảm bớt dịng khởi động động nhờ vào điện trở đấu tiếp nối đuôi vào cuộn dây Phần Stator động phần đứng yên động nối với nguồn điện xoay chiều AC để tạo dịng điện chạy bên Nếu độ trượt động khơng (s), động gọi động không đồng Tốc độ quay rôto khác với tốc độ quay trường stato Trong động không đồng bộ, độ trượt xác định mơmen sinh Động cảm ứng ví dụ điển hình động khơng đồng bộ, phận rơto lồng sóc stato Ngược lại với động đồng bộ, rôto không cấp điện nguồn điện RPM động không đồng thay đổi theo tải Dựa vào nguyên lý vận hành, cấu tạo số pha hoạt động, thị trường loại động điện không đồng ngày cung ứng phổ biến đa dạng Trong kể đến số loại tiêu biểu như: Theo kết cấu vỏ: Máy chia thành loại máy điện kiểu kín, kiểu hở kiểu bảo vệ Theo số pha: Gồm loại phát điện không đồng pha, pha pha Theo kiểu dây quấn Roto: Động điện không đồng chia thành roto dây quấn roto lồng sóc Do kỹ thuật điện tử phát triển, nên động không đồng đpá ứng yêu cầu điều chỉnh tốc độ động ngày sử dụng rộng rãi Dãy công suất rộng từ vài watt đến hàng ngàn kilowatt Hầu hết động ba pha, có số động công suất nhỏ pha Các số liệu định mức động không đồng là: Cơng suất có ích trục: Pđm (kW) Điện áp dây stator: Uđm (V) Dòng điện dây stator: Iđm (A) Tần số dòng điện stator: f (Hz) Tốc độ quay rotor: nđm (vịng/phút) Hệ số cơng suất: cos đm Hiệu suất: ηđm Các thơng số trình bày nhãn máy bơm sao, tìm hiểu hình 1.1 để hiểu thêm thực tế thông số biểu AMPS: đơn vị đo dòng điện đầy tải động VOLT: đơn vị đo điện áp động cơ, động thiết kế để sử dụng 230/460 VAC Dòng điện đầy tải động 56,8/28,4 amps R.P.M: đơn vị đo tốc độ sở, tốc độ động 1.750 RPM HERTZ: đơn vị đo tần số, với tần số 60 Hz Hình 1.1 Minh họa thông số nhãn dán máy Service factor: Hệ số công suất Trong trường hợp động với hệ số 1,15 hoạt động cao 15% cơng suất ghi động Ví dụ với động 30HP hoạt động với công suất tối đa 34,5 HP CLASS INSUL: lớp cách nhiệt AMB: số đo nhiệt độ môi trường xung quanh NEMA NOM.EFF: số đo hiệu suất động Hiệu suất danh nghĩa động 93% Một động 30 HP với hiệu suất 93% tiêu thụ lượng so với động 30 HP với hiệu suất 83% Điều có nghĩa ta tiết kiệm đáng kể khoảng lượng chi phí Nếu gọi P1đm công suất tác dụng động không đồng ba pha nhận từ lưới điện làm việc với tải định mức, ta có: P1đm = Pđm/ηđm = √3Uđm x Iđm x Cosφđm Cấu tạo Nhìn chung hầu hết model máy phát điện không đồng thị trường có cấu tạo giống Cấu tạo máy gồm phần Stator Rotor Ngồi cịn có phận phụ kèm khác gồm: Nắp máy, ổ bi, trục máy, hộp dầu cực, quạt gió, hộp quạt,… Trục làm thép, gắn rotor, ổ bi phía cuối trục có gắn quạt gió để làm mát máy dọc trục Hình 2.1 Cấu tạo động khơng đồng Hình 2.2 Hộp đấu dây P1 = m1U1I1cos = 3U1I1 cos với U1, I1 :là điện áp pha dịng điện pha Cơng suất điện từ: Pđt Pđt = P1 - Pđ1 - Pst Pđt = 3.I = m2 I22 2 Pđ1 = m1I1 R1 = 3.I1 R1 Tổn hao lõi sắt stator: Pst Pst = m1.I0 Rm Pcơ: công suất trục 2 Pcơ = I (1 − )= m2 I2 (1-s)= Pđt - Pđ2 =(1-s)Pđt Cơng suất hữu ích trục động P2 nhỏ công suất trục động máy quay có tổn hao Pcơ tổn hao phụ Pf P2 = Pcơ - Pcf Vì rotor có dịng điện nên có tổn hao đồng rotor: P đ2 Pđ2 = m1I R = I 2 R = m2.I2 R2 = s.Pđt Do cơng suất trục động Pcơ bằng: Pcơ = Pđt - Pd2 Pcf: tổn hao ma sát ổ trục, quạt gió tổn hao phụ Như tổng tổn hao động điện bằng: ∑ P = Và công suất hữu ích là: P2 = P1 - ∑ P Hiệu suất động điện: η = = ∑ 29 Pst + Pđ1 + Pđ2 + Pcf Ví dụ minh họa: Một động không đồng pha f = 60Hz, tần số dịng điện rơto f2 = 3Hz, p =2, công suất điện tử P đ = 120 KW, tổn hao đồng ổ stato P đ = 3KW, tổn hao phụ P = 2KW, tổn hao sắt từ P = 1,7KW Tính: - Hệ số trượt s, tốc độ động n - Công suất điện động tiêu thụ P - Hiệu suất động Giải: Hệ số trượt s = = = 0,05 Tốc độ động n = n (1 − s) = (1 − s) = (1 − 0,05) = 1710 vịng/phút Cơng suất điện động tiêu thụ P = Pđ + Pđ + P =120+3+1,7=124,7(KW) Pđ2 = m1I R = I R = m2.I22.R2 = s.Pđt Pđ2 = s.Pđt = 0,05 120 = (KW) ∑ P = Pst + Pđ1 + Pđ2 + Pcf = 1,7 + + + 2= 12,7 (KW) Hiệu suất động cơ: = = Dòng momen mở máy Momen quay động không đồng Ở chế độ động cơ, momen điện tử động đóng vai trị momen quay: M = Mđt = đ 30 Trong đó: Pđt = = + tần số góc từ trường quay, = M= Nhận xét: Với tần số cố định tham số cho trước thì: - Moment điện từ tỉ lệ với bình phương điện áp - Momen điện từ tỉ lệ nghịch cới điện kháng - Momen điện từ hàm số hệ số trượt: Mđt =f(s) Mmm = Các đặc điểm momen quay - Momen quay tỷ lệ thuận với bình phương điện áp nên điện áp thay đổi momen thay đổi nhiều - Momen có trị số cực đại ứng với giá trị s th làm cho đọa hàm =0 Sau tính đạo hàm ta được: ≈ sth = Mmax = ≈ - ⋅ Hệ số trượt tới hạn tỉ lệ thuận với điện trở rotor (R’ 2), Mmax không phụ thuộc vào điện trở rotor Khi cho Rp vào mạch rotor, đặc tính M = f(s) thay đổi hình vẽ, tính chất sử dụng để điều chỉnh tốc độ mở máy động không đồng rotor dây quấn 31 Gần đúng, quan hệ M, Mmax sth 2⋅ = + Thay s=1 ta có momen mở máy động khơng đồng bộ: Mmở = Đối với động không đồng rotor lồng sóc, thường cho tỉ số sau: = 1,6: 2,5 = 1,1: 1,7 đ đ Mở máy động điện khơng đồng Moment dịng điện mở máy Phương trình cân moment trình mở máy: M – Mc = J Trong đó: - M moment điện từ động điện - Mc moment cản tải - J moment quán tính Nhận xét: - Tăng tốc độ thuận lợi >0, nghĩa M > Mc - (M–Mc) lớn tăng tốc độ nhanh - Máy có qn tính lớn thời gian mở máy tk lâu Quá trình mở máy động trình kể từ lúc đóng mạch, đặt điện áp vào dây quấn stator động (rotor đứng yên n=0) tới lúc động làm việc với tốc độ ổn định (n=0 => nđm) 32 Để cho máy quay Mmm phải lớn moment tải tĩnh moment ma sát tĩnh Khi mở máy: n=0, s=1 Imm = ( ) Mmm = Dòng điện mở máy lớn khơng làm cho thân máy bị nóng mà gây sụt áp lớn lưới điện ảnh hưởng tới thiết bị khác làm việc lưới điện Do phải hạn chế dòng mở máy Yêu cầu mở máy: - Dòng điện mở máy phải hạn chế đến mức thấp Moment mở máy phải đủ lớn để đảm bảo (M-Mc)>0 để tiến hành tăng tốc - Thời gian mở máy ngắn Tổn hao trình mở máy phải hạn chế đến mức thấp Thiết bị phương pháp mở máy phải đơn giản – vận hành chắn Những yêu cầu trái ngược nhau, tùy theo yêu cầu sử dụng công suất lưới điện mà ta chọn phương pháp mở máy phù hợp Phương pháp mở máy (đã nêu lý thuyết mục 5.) - Mở máy trực tiếp - Hạ điện áp mở máy Dùng cuộn kháng nối với mạch điện stator Dùng biến áp tự ngẫu Dùng phương pháp đổi nối Y-∆: Phương pháp dùng cho động làm việc bình thường, dây quấn stator đấu hình ∆, điện áp pha điện áp dây lưới - Mở máy cách thêm điện trở phụ vào rotor động rotor dây quấn 33 Ví dụ 6.10 (Kỹ thuật điện trang 188): Một động điện không đồng pha Pđm=45kW, f=50Hz, dây quấn stator nối Y/∆ - 380/220V; = 6; đ = 2,7; cos =0,86; Hiệu suất đ =0,91; nđm=1460 vòng/phút Động làm việc với lưới điện Ud=380V a) b) Tính Iđm, Mđm, Imở, Mmở Để mở máy với tải có moment cản ban đầu M C = 0,45Mđm , người ta dùng biến áp tự ngẫu để ImởBA = 100A Xác định hệ số biến áp k, động mở máy trường hợp hay không c) Cũng với tải trên, dùng điện kháng mở máy với ImởĐK = 200A Xác định điện áp đặt lên động lúc mở máy động mở máy khơng Giải: a) Iđm = √ đ Imm = Iđm= 524,16 (A) Mđm= đ = Mmm = 2,7Mđm = 794,61 (Nm) b) MC = 0,45 Mđm= 132,435 (Nm) ImmBA = MmmBA = = , =100 => = Ta thấy: 151,52 Nm > 132,435 Nm MmmBA > MC Vậy trường hợp động mở máy c) ImởĐK = Umở = đ => k = , = 2,62 = 380: 2,62 = 145,038 V =2,29 34 MmởĐK = = , , = 115,758 Ta thấy : 115,758 Nm < 132,435Nm MmởĐK < MC Vậy trường hợp động không mở máy 35 PHẦN BÀI TẬP Bài 6.3: Một động không đồng pha roto lồng sóc có: P đm= 7,5 KW; Y/ 380V/220V; f=50 Hz, số đôi cực từ p=2, cos đm=0,885; đm=0,883, tốc độ định mức nđm=1460 vòng/phút, đ = 1,45 động làm việc mạng điện U=220V, momen cản lúc mở máy 0,5Mđm Các phương pháp mở máy sau đây, phương pháp mở máy với tải trên: a Đổi nối Y- b Dùng biến áp tự ngẫu với hệ số biến áp Kba=1,6 Bài làm: Mđm= đ = ∗ = ∗ = 49,0546 (Nm) Mmm=1,45 * Mđm = 1,45 * 49,0546 = 71,13 (Nm) MC= Mcản= 0,5Mđm= 0,5 * 49,0546 = 24,53 (Nm) a Đổi nối Y- : Momen mở máy đổi nối Y- : Mmm Y- = = , = 23,71(Nm) Ta thấy: Mmm Y- = 23,71 Nm < MC= 0,5Mđm= 24,53 Nm => Không mở máy động b Momen mở máy dùng biến áp tự ngẫu: MmmBA= Ta thấy: MmmBA= 27,785 Nm > MC= 0,5Mđm= 24,53 Nm => Mở máy động Bài 6.4: Một động điện khơng đồng pha rotor lồng sóc có P = 14KW, p=2, n=1450 vòng/phút; hiệu suất =0,885; cos =0,88; f=50Hz Dây quấn stator rotor nối: Y/ - 380/220V Điện áp dây mạng 380V Tính: - Dịng điện định mức động 36 - Công suất tác dụng công suất phản kháng động tiêu thụ Bài giải: Dòng điện định mức động là: Iđm= Công suất tác dụng: P1 = đ đ cos =0,88 Công suất phản kháng: Q1= P1 * tan = 15,82 * tan(28,360) = 8,54 (KVAR) = 15 KW, p = 2, Bài 6.5 Một động điện không đồng ba pha Rotor lồng sóc có: Pđ nđ = 1460 vòng/phút, f = 50 Hz Hiệu suất ƞ = 0.88, cos 0.80; đ = = 1,3; đ 5,5 = Dây quấn Stator nối Y/∆ - 380/220 V Điện áp dây mạng 220 V Tính: Dịng điện momen mở máy mở máy phương pháp nối cuộn kháng vào Stator để điện áp giảm 30% Động mở máy khơng momen cản M = 0.5Mđ Tóm tắt Rotor Pđ = 15 Kw p=2 nđ = 1460 vòng/phút f = 50 Hz ƞ = 0,88 Cos = 0,8 =1,3; đ =5,5 đ Stator Y/∆ - 380/220V Uđ = 220V M = 0,5 Mđ Bài giải 37 P đ n s đ Iđ I = 5,5 * Iđ = 5,5 * 55,92 = 307,56 (A) I = 0.7 ∗ I = 0,7 ∗ 307,56 = 215,292 (A) Mđ M M M > M : Động mở máy Bài 6.6: Một động không đồng bap rô to lồng sóc có P đ = 15 kW; nđ = 1470 v/p; đ = 86%; cos đ dòng điện mở máy = 5; đ n = 0,85; Y⁄ − 380/220 V; n = 1500v/p; tỉ số = 1,5; đ = 2,4; Uđ = 380V; đ = 1500 v/p b) Tính cơng suất tác dụng P công suất phản kháng Q tiêu thụ động làm việc định mức b) Tính dịng điện định mức động Iđ mô men định mức Mđ , hệ s c) Tính dịng điện mở máy I , mơ men mở máy M , mô men sđ a Pđ P= Q Công suất tác dụng là: 15 = 86% = 17,44186 (KW) = 17441,86 (W) = P x tanφ = 17441,86 x 0,6197443384 = 10809,5 Var b Dòng điện định mức: 38 Iđ √ Hệ số trượt đinh mức: = Momem định mức: Mđ = Pđ ωđ c Dòng điện mở máy: I = 5Iđ = 5x31,18 = 155,9 Momen mở máy: M = 1,5Mđ = 1,5 x 97,44 = 146,16 (Nm) M = 2,4Mđ = 2,4x97,44 = 23,856 (Nm) Momen cực đại: 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nội, Đặng Văn Đào – Lê Văn Doanh, Kỹ thuật điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà 2005 Nguyễn Trọng Thắng, Giáo trình máy điện 1, 2, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 2007 40 ... Tại gọi không đồng bộ? Những động dựa nguyên tắc cảm ứng điện từ gọi động không đồng Sự trượt vận tốc quay từ trường vận tốc quay chậm rotor thực chất không đồng việc vận hành động điện tử Động. .. trượt động không (s), động gọi động khơng đồng Tốc độ quay rôto khác với tốc độ quay trường stato Trong động không đồng bộ, độ trượt xác định mômen sinh Động cảm ứng ví dụ điển hình động khơng đồng. .. loại phát điện không đồng pha, pha pha Theo kiểu dây quấn Roto: Động điện không đồng chia thành roto dây quấn roto lồng sóc Do kỹ thuật điện tử phát triển, nên động không đồng đpá ứng yêu cầu