Chương3 máy điện 1 DHDL

Chương 3: Tổng quan máy điện không đồng  3.1 Đại cương máy điện không đồng (MĐKĐB)  3.1.1 Nguyên lý làm việc MĐKĐB  3.1.2 Cấu tạo MĐKĐB  3.1.3 Các đại lượng định mức MĐKĐB  3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha  3.2.1 Mở máy ĐCKĐB  3.2.2 Điều chỉnh tốc độ đảo chiều ĐCKĐB  3.2.3 Đặc điểm phạm vi sử dụng ĐCKĐB 3.1.1 Ngun lý làm việc MĐKĐB • Cho dịng điện xoay chiều pha vào dây quấn pha stato máy điện, lõi thép stato hình thành từ trường quay quay với tốc độ: 𝒏𝟏 = 𝟔𝟎𝒇𝟏 𝒑 B Fđt (3-1) đó: f1- tần số dòng xoay chiều pha p - số đơi cực máy • Từ trường quay stato quét qua dẫn dây quấn rôto Do cảm ứng dây quấn rôto xuất sức điện động (s.đ.đ) cảm ứng E • Chiều s.đ.đ cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình 8-1) n1 M n Fđt e, iR Hình 3-1 Nguyên lý làm việc đông KĐB pha 3.1.1 Ngun lý làm việc MĐKĐB • Vì dây quấn rơto ln kín mạch nên có dịng điện iR Dòng iR lại sinh từ trường, từ trường rôto kết hợp với từ trường quay stato tạo thành từ trường khe hở stato rôto • Tác dụng từ trường khe hở với dòng điện dây quấn rôto sinh lực điện từ Fđt, chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Tập hợp lực điện từ tác dụng lên dẫn rôto tạo mômen làm cho rôto quay theo chiều từ trường quay với tốc độ n • Tốc độ rotor n luôn khác tốc độ từ trường quay ( n ≠ n1), gọi động khơng đồng 3.1.1 Nguyên lý làm việc MĐKĐB • Sự khác tốc độ rôto tốc độ từ trường quay biểu hệ số trượt s: 𝑛1 −𝑛 𝑠= 𝑛1 𝑛1 −𝑛 𝑠% = 100 𝑛1 hay : 60 f1 n  n1 (1  s)  (1  s) p • Các chế độ làm việc máy điện KĐB: (3-2) (3-3) 3.1.1 Nguyên lý làm việc MĐKĐB 3.1.1.1 Chế độ động điện • Rotor quay chiều với từ trường quay tốc độ nhỏ tốc độ đồng (0 < n < n1 hay < s < 1) • Do n < n1 nên từ trường quét qua dẫn theo chiều quay từ trường sđđ cảm ứng dây quấn rotor dòng điện có chiều theo quy tắc bàn tay phải • Tác dụng từ trường tổng dòng điện dây quấn rotor sinh lực điện từ F • Chiều F xác định theo quy tắc bàn tay trái • Lực điện từ sinh mô men điện từ kéo rotor quay theo chiều từ trường quay • Điện đưa vào dây quấn stator biến thành trục máy => chế độ động điện 3.1.1 Nguyên lý làm việc MĐKĐB 3.1.1.2 Chế độ máy phát điện • Dùng động sơ cấp kéo rotor MĐKĐB quay chiều từ trường quay tốc độ nhanh tốc độ đồng n > n1 (hay s < 0) • Do n > n1 nên từ trường quét qua dẫn ngược chiều quay từ trường Sđđ cảm ứng dây quấn rotor dòng điện đổi chiều (ngược với chế độ động điện) • Mơmen điện từ có chiều ngược với chiều tốc độ trở thành mơ men hãm • Máy điện không đồng biến thành điện cung cấp cho mạng => chế độ máy phát điện 3.1.1 Nguyên lý làm việc MĐKĐB 3.1.1.3 Chế độ hãm điện từ • Rotor quay ngược chiều với từ trường (n < hay s > 1) • Sđđ cảm ứng dây quấn rotor, dòng điện mơ men điện từ có chiều giống chế độ động điện • Mơmen điện từ có chiều ngược với chiều quay rotor nên có tác dụng hãm cho rotor dừng lại • Máy vừa lấy điện từ lưới, vừa lấy từ động sơ cấp => Chế độ hãm điện từ 3.1.2 Cấu tạo MĐKĐB • Máy điện khơng đồng gồm phận sau:  Phần tĩnh - Stator  Phần quay - Rotor  Khe hở khơng khí rôto stato 3.1.2.1 Phần tĩnh gồm:  Lõi sắt  Dây quấn  Vỏ máy a) Lõi sắt • Là phần dẫn từ  Lõi sắt làm thép kĩ thuật điện dày 0,35 ÷ 0,5 mm, bề mặt có phủ sơn cách điện để chống tổn hao dịng điện xốy 3.1.2 Cấu tạo MĐKĐB 3.1.2.1 Phần tĩnh gồm: a) Lõi sắt  Khi đường kính máy nhỏ, thép dập theo hình trịn hình 8-2a Khi đường kính lõi thép lớn (trên 990 mm) thép dập thành hình rẻ quạt (hình 8-2b)  Các thép ghép lại với ép chặt tạo thành hình trụ rỗng, bên hình thành rãnh để đặt dây quấn hình 8-2c  Nếu lõi thép dài thép ghép thành thếp dày ÷ cm, thếp đặt cách cm để tạo đường thơng gió hướng tâm a) b) Hình 8-2 Lõi thép stato máy điện khơng đồng a) Hình vành khăn; b) Hình rẻ quạt; c) Mạch từ stato c) 3.1.2 Cấu tạo MĐKĐB 3.1.2.1 Phần tĩnh gồm: b) Dây quấn • Là phần dẫn điện, làm dây đồng có bọc cách điện  Dây quấn stato máy điện không đồng pha gồm ba dây quấn pha đặt lệch 1200 không gian  Mỗi pha gồm nhiều bối dây, bối dây gồm nhiều vòng dây (hình 8-3a)  Các bối dây đặt vào rãnh lõi thép stato (hình 8-3b) nối với theo quy luật định a) b) Hình 8-3 Dây quấn stato 3.2 Động khơng đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: a) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đơi cực • Đổi cách nối:    a)  Thay đổi từ nối thuận (hình 3.2-6a) sang nối ngược (hình 3.2-6b) ta số đơi cực khác theo tỷ lệ :  Cũng đổi từ đấu nối tiếp (hình 3.2-6a) sang đấu song (hình 3.2-6c) hai cuộn dây tuỳ theo yêu cầu điện áp dịng điện để có số đơi cực khác  A1 X1 /2 A2  X2 /2 b) A1 X1 /2 A2  X2 /2 c) A1 X1 A2 X2 Hình 3.2-6 Sơ đồ nguyên lý thay đổi số đôi cực 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: a) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực • Đổi cách nối – Y-YY- Δ :  Với động pha, tuỳ theo cách đấu Y hay Δ cách đấu dây quấn pha song song hay nối tiếp mà ta có loại động hai cấp tốc độ có mơmen khơng đổi cơng suất khơng đổi  Hình 3.2-7, chuyển từ đấu hình Y sang YY Khi chuyển từ đấu Y sang YY, số đôi cực giảm nửa (p2 = 2p1), tốc độ tăng gấp đôi (n1 = n2), mômen không đổi A B C Id A B C Id I’ f I’ f I’ f Y (p2=2p1 ) I’ f YY (p1) Hình 3.2-7 Sơ đồ đấu dây quấn đổi tốc độ theo tỉ lệ 2:1 với mômen không đổi 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: a) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đơi cực • Hình 3.2-8, chuyển từ đấu Δ sang YY số đôi cực giảm nửa (p2 = 2p1), tốc độ tăng gấp đôi (n1 = n2), công suất không đổi A B C Id I,f I,f ∆(p2 = 2p1) A B C Id I,f I,f YY (p1) Hình 3.2-8 Sơ đồ đấu dây quấn đổi tốc độ theo tỉ lệ 2:1 với công suất không đổi 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: b) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số • Tốc độ động điện khơng đồng bộ: n = (1-s)n1 = (1-s).60f1/p • Khi hệ số trượt thay đổi n tỷ lệ với f1 • Theo phương pháp này: • Động quay với tốc độ nào, phạm vi điều chỉnh rộng, điều chỉnh phẳng • Phải có nguồn điện có tần số thay đổi được, giá thành cao • Phương pháp có ý nghĩa thực tế dùng nguồn điện biến tần chung điều chỉnh nhiều động điện có quy luật thay đổi tốc độ 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: c) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp • Khi thay giảm điện áp xuống 𝑥 lần so với điện áp định mức, U = 𝑥 Uđm (𝑥 < 1) mơmen giảm xuống cịn M = 𝑥2Mđm Nếu mômen tải động không đổi tốc độ động giảm, hệ số trượt tăng • Khi điện áp giảm x lần s.đ.đ E từ thông Φ giảm x lần so với trị số ban đầu • Hệ số trượt s tăng • 1/𝑥2 lần so với hệ số trượt cũ 𝑠 𝑥2 Tốc độ động điện áp U = 𝑥.Uđm là: n = − s: hệ số trượt động với Uđm 𝑠 𝑥2 𝑛1 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: d) Điều chỉnh tốc độ cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch rơto • Phương pháp dùng động rơto dây quấn • Khi thêm điện trở phụ vào mạch rơto đường đặc tính M = f(s) nghiêng phía trái (hình 3.2-12) • Với mơmen tải khơng đổi, điện trở phụ lớn hệ số trượt điểm làm việc lớn, nghĩa tốc độ giảm M/Mđm 2 ba d c 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 MC /Mđm Hình 3.2-12 Điều chỉnh tốc độ cách ghép them điện trở phụ vào rôto 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: d) Điều chỉnh tốc độ cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch rơto • Vì mơmen tỷ lệ với cơng suất điện từ nên ta có: r2  rp r2  s s' rp điện trở phụ ghép vào • Nhược điểm phương pháp điều chỉnh là: tổn hao công suất lớn, hiệu suất máy giảm, phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào phụ tải Khi không tải dùng phương pháp 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: e) Điều chỉnh tốc độ nối cấp • Khi nối cấp, rôto hai động nối với lẫn điện (hình 3.2-13) • Động A nối với lưới điện, động B rơto đóng vai trị sơ cấp lấy điện từ mạch rôto động A, stato động B nối với điện trở pha đối xứng • Như vậy, điện áp đưa vào động B điện áp tần số thấp rôto động A ~ R A B Hình 3.2-13 Động điện không đồng nối cấp 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: Gọi: • pA, pB số đơi cực động A B, • f1 - tần số lưới, f2 - tần số dịng điện rơto động A • n1A, n1B - tốc độ đồng động A B, nC - tốc độ rơto chung hai máy 60𝑓 • Ta có: 𝑛1𝐴 = 𝑝𝐴 • • • • 𝑝𝐴 𝑛𝐶 60 𝑓2 = 𝑛1𝐴 − (3.2-12) Tốc độ đồng máy B (tốc độ từ trường quay so với rôto) là: 60𝑓2 𝑝𝐴 𝑛1𝐵 = = 𝑛1𝐴 − 𝑛𝐶 𝑝𝐵 𝑝𝐵 Hệ số trượt máy B: 𝑛1𝐵 −𝑛𝐶 𝑠𝐵 = (3.2-13) 𝑛1𝐵 Như vậy, máy B làm việc động điện không đồng thơng thường có tần số nguồn điện đưa vào f2 Còn máy A làm việc động điện không đồng mà mạch rôto nối thêm mạch điện đẳng trị động B 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: • Vì rơto hai máy nối chặt với khí nên quay với tốc độ nC • Khi khơng tải, hệ số trượt máy B sB = nên n1B = nC • Tốc độ chung hệ thống lúc khơng tải tốc độ đồng hệ thống nối cấp, ký hiệu n1C • Ta có: 𝑝 𝑛1𝐶 = 𝑛𝐶(𝑆𝐵 =0) = 𝑛1𝐵(𝑆𝐵=0) = 𝑛1𝐴 − 𝑛1𝐶 𝐴 𝑝𝐵 • Suy ra: 𝑛1𝐶 = 𝑝𝐴 𝑛1𝐴 (𝑝𝐴 +𝑝𝐵 ) = 60𝑓1 (𝑝𝐴 +𝑝𝐵 ) (3.2-14) • n1C xem tốc độ hệ thống nối cấp hệ số trượt động B • Tốc độ đồng hệ thống tốc độ đồng động điện tương ứng có số đơi cực (pA + pB) • Các động A, B làm việc riêng lẻ nên ta ba cấp tốc độ tương ứng với ba số đôi cực pA, pB (pA + pB) 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB: • Phân phối cơng suất: • Cơng suất điện từ máy A PđtA chia làm hai phần, phần biến thành công suất đầu trục PcơA, phần thành công suất điện truyền cho máy B PcơB = PS • Bỏ qua tổn hao máy công suất phân phối hai máy sau: - công suất máy A là: PcơA = PđtA.(nC/n1A) - công suất máy B là: PcơB = PS = PđtA.(n1A - nC)/n1A Ta có: 𝑃𝑐𝑜𝐴 𝑃𝑐𝑜𝐵 = 𝑛𝐶 𝑛1𝐴 −𝑛𝐶 = 𝑃𝐴 𝑃𝐵 (3.2-15) • Thấy rằng, tải hai máy phân phối tỷ lệ với số đôi cực chúng 3.2 Động không đồng (ĐCKĐB) ba pha 3.2.3 Đặc điểm phạm vi sử dụng ĐCKĐB: • Máy điện khơng đồng chủ yếu dùng làm động điện • Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, động KĐB loại máy dùng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân • Nhược điểm: hệ số cos máy thường khơng cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng máy điện KĐB có phần hạn chế • Máy điện khơng đồng dùng làm máy phát điện đặc tính khơng tốt máy điện đồng nên sử dụng trường hợp cần nguồn điện phụ hay tạm thời khơng địi hỏi chất lượng điện cao (như điện khí hố nơng thơn vùng sâu, vùng xa) • Bài 1: Một động khơng đồng pha cực, roto lồng sóc, dây quấn stato đấu Y có: Pđm=28kW, U1=380V, f = 50Hz, η=88%, cosφ=0,88; nđm = 980vg/ph Tính hệ số trượt? Dòng điện vào pha If động tải định mức? • Bài 2: Một động điện không đồng pha, cực làm việc với nguồn điện xoay chiều tần số 50Hz; người ta đo tốc độ quay động 1450 vg/ph Nếu giảm điện áp đặt vào động 1/2 so với lúc đầu tốc độ động bao nhiêu? Bài 60𝑓1 60.50 1, Ta có tốc độ đồng : 𝑛1 = = = 1000 vg/ph Hệ số trượt: 𝑠 = 𝑛1 −𝑛 𝑛1 = 𝑝 1000−980 = 1000 0,02 2, - Công suất điện đc tiêu thụ tải định mức 𝑃đ𝑚 28 𝑃1đ𝑚 = = = 31,818 kW ηđ𝑚 0,88 - Dòng điện vào pha If động cơ: 𝑃1đ𝑚 31,818 𝐼𝑓 = = = 0,0556𝑘𝐴 3Uđ𝑚 𝑐𝑜𝑠𝜑 380.0,88 Bài 2: • Ta có tốc độ từ trường: 𝑛1 = 60𝑓1 𝑝 = 60.50 = 1500 vg/ph • Với điện áp ban đầu động có hệ số trượt: 𝑠= 𝑛1 −𝑛 𝑛1 = 1500−1450 1500 = 0,03 • Hệ số trượt ứng với điện áp sau giảm: 𝑠 𝑥2 • Nếu điện áp đặt vào động x=0,5 so với lúc đầu tốc độ 𝑠 0,03 mới: n = − 𝑛1 = − 1500 = 1320 vg/ph 𝑥 0,5 ... ( n ≠ n1), gọi động khơng đồng 3 .1. 1 Nguyên lý làm việc MĐKĐB • Sự khác tốc độ rôto tốc độ từ trường quay biểu hệ số trượt s: ? ?1 −