PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG LÀM TĂNG HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

Kinh Tế - Quản Lý - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Điện - Điện tử - Viễn thông TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA – SINH ---------- NGUYỄN THỊ THANH TRÀ PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG LÀM TĂNG HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, tháng 4 năm 2015 ii L O ôi xin cam đoan tất cả các kết quả được trình bày trong luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của hS. Bùi Xuân Diệu. Các số liệu và kết quả trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và không có bất cứ sao chép nào từ các công bố của người khác mà không có trích dẫn trong mục tư liệu tham khảo. uảng am, tháng 04 năm 2016 ác giả khóa luận guyễn hị hanh rà iii L Ơ Khóa luận này được thức hiện tại khoa Lý – Hóa – Sinh Trường Đại Học Quảng Nam dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS. Bùi Xuân Diệu. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy, người đã định hướng cho tôi trong tư duy khoa học, tận tình chỉ bảo và tạo rất nhiều thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Ban Giám Hiệu, Lãnh đạo khoa Lý – Hóa – Sinh Trường Đại học Quảng Nam, đặc biệt các thầy cô giáo chuyên ngành Vật lí, cùng các bạn sinh viên trong lớp Sư phạm Vật lý K12 đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Cuối cùng, tôi xin dành những tình cảm sâu sắc nhất tới những người thân trong gia đình và bạn bè thân quen đã động viên, chia sẽ những khó khăn, thông cảm, hỗ trợ tôi về tinh thần cũng như vật chất trong suốt thời gian tôi nghiên cứu và thực hiện khóa luận. Xin chân thành cảm ơn Quảng Nam, tháng 04 năm 2016 Tác giả khóa luận Nguyễn Thị Thanh Trà iv DANH MỤC CÁC HÌNH NH, HÌNH VẼ Hình Tên gọi Trang 1.1 Cấu tạo động cơ. 3 1.2 a. Cấu tạo của stato 4 b. Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ ba pha. 5 1.3 Phân bố dòng và S.t.đ trong dây quấn 3 pha. 6 1.4 Cuộn dây stato. 7 1.5 Quá trình tạo moment của máy điện không đồng bộ. 9 1.6 Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ ba pha. 14 1.7 Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ ba pha. 14 1.8 Giản đồ năng lượng trong động cơ không đồng bộ. 15 1.9 a) Đồ thị thể hiện quan hệ giữa moment và hệ số trượt trong động cơ không đồng bộ. b) Đường đặt tính cơ của động cơ không đồng bộ . 16 1.10 Các đường đặc tuyến của động cơ không đồng bộ. 18 1.11 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha khi thay đổi điện áp. 19 1.12 Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn rotor. 20 1.13 Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực 21 1.14 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ. 22 2.1 Khởi động động cơ bằng phương pháp trực tiếp. 24 2.2 Các phương pháp giảm điện áp khi khởi động động cơ dị bộ rotor lồng sóc 25 2.3 Hạ áp khởi động bằng cuộn kháng. 26 2.4 Hạ áp khởi động bằng biến áp tự ngẫu. 27 2.5 Hạ áp khởi động bằng phương pháp nối sao – tam giác. 29 2.6 a. Điện áp, cường độ dòng điện khi chuyển từ nối sao sang tam giác; b. Đặc tính điện – cơ; c. Đặc tính cơ. 31 2.7 a. Khởi động động cơ dị bộ rotor dây quấn; b. Đặc tính cơ. 33 2.8 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số. 34 v 2.9 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp. 36 2.10 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch rotor. 37 3.1 Hình ảnh bộ thí nghiệm. 38 3.2 a. Mạch điều khiển phương pháp mở máy trực tiếp 40 b. Mạch động lực khi mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ ba pha đấu sao. 40 c. Mạch động lực khi mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ ba pha đấu tam giác. 41 3.3 a. Mạch điều khiển phương pháp mở máy sử dụng cuộn kháng. 45 b. Mạch động lực động cơ không đồng bộ ba pha khi mở máy có thêm cuộn kháng. 45 3.4 a. Mạch điều khiển phương pháp mở máy đổi nối sao –tam giác 50 b. Mạch động lực động cơ không đồng bộ ba pha khi mở máy đổi nối sao – tam giác. 50 3.5 a. Mạch điều khiển phương pháp mở máy sử dụng điện trở phụ. 54 b. Mạch động lực động cơ không đồng bộ ba pha khi mở máy có thêm điện trở phụ. 55 3.6 Các đường đặc tính cơ của các phương pháp khởi động. 63 vi Ụ Á KÝ HIỆU, VIẾT TẮC Ký tự Ý nghĩa ∆P Tổng các công suất tổn hao trong máy. CB Circuit Breaker (thiết bị đóng cắt). E2 Sức điện động trong dây quấn rotor. F Tần số. I2 Dòng điện trong dây quấn rotor. I1d, I1p, U1d, U1p, n1 Dòng dây, dòng pha, điện áp dây, điện áp pha, tốc độ rotor của động cơ sau khi mạch chuyển đổi tự động của phương pháp mở máy sử dụng cuộn kháng. I2d, I2p, U2d, U2p, n2 Dòng dây, dòng pha, điện áp dây, điện áp pha, tốc độ rotor của động cơ sau khi mạch chuyển đổi tự động của phương pháp mở máy đổi nối sao- tam giác. I3d, I3p, U3d, U3p, n3 Dòng dây, dòng pha, điện áp dây, điện áp pha, tốc độ rotor của động cơ sau khi mạch chuyển đổi tự động của phương pháp mở máy sử dụng điện trở. iA; iB; iC Dòng điện qua pha A, pha B, pha C. Ikđ Dòng khởi động. k2 Hệ số quy đổi tổng trở. kdq Hệ số dây quấn. ki, ke Hệ số quy đổi dòng điện và sức điện động. m1, m2 Số pha của dây quấn stato, rotor. Mmax = Mth Moment cực đại. Mkđ Moment khởi động. Mkđ(Y -∆) Moment khởi động của phương pháp mở máy đổi nối sao – tam giác. MkđC Moment khởi động của phương pháp mở máy sử dụng cuộn kháng. n1 Tốc độ từ trường quay. p Số cặp cực. vii P0 Tổn hao không tải. P1 Công suất điện động tiêu thụ từ lưới điện. P2 Công suất hữu ích trên trục động cơ: Pcơ Công suất cơ trên trục. Pđt Công suất điện từ. Pj1 Tổn hao đồng hay tổn hao sắt từ trong stato do dòng điện xoáy và từ trễ gây ra. Pj2 Tổn hao đồng hay tổn hao sắt từ trên dây quấn rotor. Pmq Tổn hao ma sát cơ ở ổ trục quạt gió và phụ. Pn Tổng tổn hao trên dây quấn stato và rotor. Pth Tổn hao thép hay tổn hao trong dây quấn trên stato. R’2 Điện trở dây quấn rotor chuyển về stato. R2 Điện trở dây quấn rotor. S Hệ số trượt của máy. w1, w2 Số vòng dây 1 pha của stato, rotor. Η Hiệu suất của động cơ điện: Từ thông xuyên qua mỗi dây quấn. viii Ụ Á B NG Bảng Tên bảng Trang 3.1 Kết quả khảo sát khởi động trực tiếp với stato nối hình sao 42 3.2 Kết quả khảo sát khởi động trực tiếp với stato nối tam giác 42 3.3 So sánh kết quả khảo sát khởi động trực tiếp khi stato nối sao và stato nối tam giác 44 3.4 Kết quả khảo sát phương pháp khởi động khi có thêm cuộn kháng. 46 3.5 So sánh hai phương pháp khởi động sử dụng cuộn kháng và khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ ba pha 48 3.6 Kết quả khảo sát phương pháp khởi động đổi nối sao – tam giác 51 3.7 So sánh hai phương pháp khởi động đổi nối sao - tam giác và khởi động trực tiếp. 53 3.8 Kết quả khảo sát phương pháp khởi động sử dụng điện trở 55 3.9 So sánh hai phương pháp khởi động sử dụng điện trở và khởi động trực tiếp 58 3.10 Bảng sự thật 60 ix MỤC LỤC PHẦN 1. MỞ BÀI 1 1.1.Lí do chọn đề tài: 1 1.2. Mục tiêu của đề tài: 2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2 1.4. Phương pháp nghiên cứu: 2 1.5. Đóng góp của đề tài: 2 1.6. Cấu trúc của đề tài: 2 PHẦN 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3 Chương I: ỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ CƠ K Ô 3 ĐỒNG BỘ BA PHA 3 1.1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ: 3 1.2. Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ ba pha 3 1.2.1. Phần tĩnh - Stato 3 1.2.2. Phần quay – Rotor 4 1.3. ừ trường quay của dây quấn ba pha 6 1.3.1. Sự tạo thành từ trường quay của dây quấn ba pha 6 1.3.2. Đặc điểm của từ trường quay 8 1.4. Nguyên lý hoạt động 9 1.4.1. Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n < n1 ( 0 < s n1 (s < 0) 10 1.4.3. Rotor quay ngược chiều từ trường n < 0 ( s >1) 10 1.5. Thiết lập các phương trình cân bằng 10 1.5.1. Phương trình cân bằng điện áp mạch stato 10 1.5.2. Phương trình cân bằng điện áp mạch rotor 11 1.5.3. Phương trình cân bằng sức từ động của động cơ không đồng bộ ba pha 12 1.6. Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ 13 1.7. Biểu đồ năng lượng và hiệu suất động cơ điện không đồng bộ ba pha 14 1.8. oment và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha 16 1.8.1. Moment của động cơ không đồng bộ ba pha 16 1.8.2. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha 17 1.8.3. nh hưởng của các tham số đến dạng đặc tính cơ 18 x Chương II: CÁC P ƯƠ P ÁP K ỞI ĐỘ ĐỘN CƠ K Ô ĐỒNG BỘ BA PHA 23 2.1. Các yêu cầu khởi động: 23 2.2. Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ba pha 24 2.2.1. Phương pháp khởi động trực tiếp 24 2.2.2. Khởi động dùng phương pháp giảm dòng khởi động 24 2.2.2.1. Phương pháp sử dụng cuộn kháng 26 2.2.2.2. Phương pháp sử dụng biến tự ngẫu 27 2.2.2.3. Phương pháp nối sao - tam giác Y - ∆ 29 2.2.2.4. Khởi động bằng phương pháp tần số 31 2.2.3. Khởi động động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn 33 2.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 34 2.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số: 34 2.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp 36 2.3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ ở mạch rotor 37 Chương III: K O SÁ CÁC P ƯƠ PHÁP KHỞI ĐỘ ĐỘ CƠ K Ô ĐỒNG BỘ BA PHA 38 3.1. Các đại lượng định mức 38 3.2. Khảo sát các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ba pha 40 3.2.1. Khởi động trực tiếp 40 3.2.2. Khởi động động cơ không đồng bộ ba pha khi có thêm cuộn kháng 45 3.2.3. Khởi động động cơ không đồng bộ ba pha đổi nối sao – tam giác 50 3.2.4. Khởi động động cơ không đồng bộ ba pha khi có thêm điện trở 54 3.3. Đánh giá nhận xét và lựa chọn 58 P Ầ 3. KẾT LUẬN 65 P Ầ 4. ÀI LIỆU THAM KH O 66 1 PHẦN 1. MỞ BÀI 1.1.Lí do chọn đề tài: Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp nước ta đang được chú trọng đầu tư và phát triển. Sự phát triển đó được đánh dấu bằng việc thay thế các động cơ một chiều thành động cơ không đồng bộ ba pha vì những ưu điểm của nó như khởi động đơn giản, hiệu suất cao, rẻ tiền và kết cấu đơn giản, kích thước gọn nhẹ, vận hành tin cậy, giá thành chế tạo và chi phí vận hành thấp, sử dụng tốt trong môi trường công nghiệp nhất là loại rotor lồng sóc (như quạt gió, bơm nước, truyền động để di chuyển các băng tải sản xuất…). uy nhiên cũng có các nhược điểm là đặc tính cơ phi tuyến mạnh dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của các thiết bị khác cùng nối với thanh góp của động cơ điện nên trước đây với các phương pháp khởi động, điều khiển động cơ không đồng bộ còn gặp nhiều khó khăn và hạn chế. Khi khởi động động cơ điện cần xét những yếu tố như: phải có moment khởi động đủ lớn để thích ứng với các đặt tính cơ của tải, dòng điện khởi độ ng càng nhỏ càng tốt, tổn hao công suất trong quá trình khởi động càng nhỏ càng tốt, phương pháp khởi động và thiết bị khởi động phải đơn giản rẻ tiền và làm việ c chắc chắn. Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau như khi đòi hỏi dòng điện khởi động nhỏ thường làm cho moment khởi động nhỏ. Vì vậy căn cứ vào điều kiện cụ thể của động cơ cần có phương pháp khởi động thích hợp. Để tìm ra phương pháp khởi động thích hợp để có thể hạn chế dòng điệ n khởi động, đồng thời điều chỉnh tăng moment khởi động một cách hợp lý, tăng hiệu suất và các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổ i thọ làm việc an toàn cho động cơ. goài việc tránh dòng đỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hưởng xấu đến các thiết bị khác trong lưới điện; xuất phát từ các sự lý luận trên tôi chọn đề tài “Phương pháp khởi động làm tăng hiệu quả sử dụng động cơ không đồ ng bộ ba pha” để nghiên cứu phân tích. 2 1.2. Mục tiêu của đề tài: Mục tiêu chính là thông qua nghiên cứu tìm ra các phương án thích hợp để có thể khởi động động cơ không đồng bộ ba pha một cách an toàn và hiệu quả đồng thời thiết kế mạch khởi động hiệu dụng nhất đối với động cơ không đồ ng bộ ba pha để động cơ hoạt động với công suất tốt nhất. 1.3. ối tượng và phạm vi nghiên cứu:  Đối tượng nghiên cứu: Động cơ không đồng bộ ba pha (cấu tạo, nguyên tắ c hoạt động, các tính chất cơ của động cơ không đồng bộ ba pha).  Phạm vi nghiên cứu: Các phương pháp khởi động và thiết kế mạch khởi động động cơ không đồng bộ ba pha. 1.4. Phương pháp nghiên cứu:  Phương pháp lý thuyết: - Nghiên cứu các hiện tượng vật lý xảy ra trong động cơ. - Dựa vào các định luật vật lý, viết hệ phương trình toán diễn tả sự làm việc của động cơ, đó là mô hình toán của động cơ. - Từ mô hình toán, thiết lập mô hình mạch, đó là mạch điện thay thế của động cơ và nghiên cứu khai thác động cơ, sử dụng theo các yêu cầu cụ thể cũng như tìm ra phương án tiêt kiệm năng lượng cho động cơ.  Phương pháp thực tiễn: Phương pháp quan sát, phương pháp thực nghiệm, phương pháp tổng kết kinh nghiệm. 1.5. óng góp của đề tài: ua đề tài “Phương pháp khởi động làm tăng hiệu quả sử d ụng động cơ không đồng bộ ba pha” có thể được ứng dụng trong thực tế cuộc sống nhằ m khởi động, sử dụng động cơ điện một cách hiệu quả. 1.6. Cấu trúc của đề tài: Chương I: Tổng quan lý thuyết về động cơ không đồng bộ ba pha. Chương II: Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ba pha. Chương III: Khảo sát các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ba pha. 3 PHẦN 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ Ộ Ơ Ô ỒNG BỘ BA PHA 1.1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ: áy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việ c theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rotor n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường n1. Cũng như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuậ n nghịch, có nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện cũng như chế độ máy phát điện. Tuy nhiên máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việ c không tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ nên ít được dùng. Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và vận hành đơn giản, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống. Động cơ điện không đồng bộ gồm các loại: động cơ ba pha, hai pha và một pha. 1.2. ấu tạo động cơ điện không đồng bộ ba pha Hình 1.1. Cấu tạo động cơ 1.2.1. Phần tĩnh - Stato rên Stato có vỏ máy, lõi thép và dây quấn.  Vỏ máy: vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn. hường vỏ máy làm bằng gang. Đối với vỏ máy có công suất lớn (1000kW) thường dùng 4 thép tấm hàn lại vỏ máy, tùy theo cách làm nguội, máy và dạng vỏ máy có dạng khác nhau.  Lõi thép Stato: Lõi th ép là phần dẫn từ. Được ghép bằng các lá thép Kỹ thuật điện hình vành khăn dày 0,5 mm ép lại có rãnh ở bên trong để đặt dây quấn Stato. rong trường hợp máy có công suất lớn, kích thước lõi thép lớn thì lõi thép ghép từ nhiều lá thép hình rẻ quạt. Lõi thép được ép vào máy.  Dây quấn Stato: Là dây điện từ có thể là dây Đồng hoặc hôm được quấn thành các bối dây hay tổ bối dây. ùy theo cuộn dây quấn Stato là 1 pha hay 3 pha mà ta có động cơ không đồ bộ 1 pha hay 3 pha. Hình 1.2.a Stato động cơ 1.2.2. Phần quay – Rotor Phần quay rotor gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.  Lõi thép: Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa các lỗ để lắp trục.  Dây quấn: Dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ thường có hai kiểu: rotor lồng sóc (rotor ngắn mạch) và rotor dây quấn.  Rotor lồng sóc trong các rãnh của lõi thép rotor đặt các thanh đồng (hoặc nhôm), các thanh đồng thường đặt nghiêng so với trục, hai đầu nối ngắn mạch bằng 2 vòng đồng (nhôm), tạo thành lồng sóc (hình 1.2.b). 5 Hình 1.2.b Cấu tạo rotor Hình 1.2.c Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ; (a) dây quấn rotor lồng sóc; (b) lõi thép rotor; (d) ký hiệu động cơ rotor lồng sóc.  Rotor dây quấn gồm lõi thép và dây quấn. Trong rãnh lõi thép rotor, đặt dây quấn ba pha. Dây quấn rotor thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng (vành trượt), được nối với ba biến trở bên ngoài để điều chỉnh tốc độ và mở máy.  Trục máy: trục máy điện mang Rotor quay trong lòng Stato vì vậy nó cũng là một chi tiết rất quan trọng. rục của máy điện tùy theo kích thước có thể được chế tạo từ thép Cacbon. rên trục của rotor có lõi thép, dây quấn, vành trượt và quạt máy.  Khe hở: vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (0,2 – 1 mm trong máy cỡ vừa và nhỏ) để hạn chế dòng từ hóa lấy từ lưới vào, nhờ đó hệ số công suất của máy cao hơn. Động cơ không đồng bộ có hai loại: Động cơ rotor lồng sóc và động cơ rotor dây quấn. 6 1.3. ừ trường quay của dây quấn ba pha 1.3.1. Sự tạo thành từ trường quay của dây quấn ba pha Để tạo ra từ trường quay trong lõi thép Stato, cuộn dây Stato cần phải được chế tạo theo quy luật nhất định, cách bố trí, đấu nối cuộn dây 3 pha của Stato cần nghiêm ngặt tuân thủ công nghệ chế tạo. Dưới đây ta khảo sát cách tạo ra từ trường quay. Hình 1.3. Phân bố dòng và S.t.đ trong dây quấn 3 pha Cuộn dây Stato trong hình vẽ trên biểu diễn gồm có 3 vòng dây cho 3 pha, ba cuộn dây của 3 pha X, BY và CZ được đặt lệch nhau những góc 1200. Dòng điện cung cấp cho động cơ cũng là dòng xoay chiều 3 pha : iA, iB và iC cũng lệch pha nhau những góc là 1200. rong các dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy qua có đồ thị trên: iA = Imax sinωt iB = Imax sin(ωt-1200) iC = Imax sin(ωt-2400) iA chạy vào cuộn dây X, iB chạy vào cuộn BY, iC chạy vào cuộn CZ. a b c d 7 Để khảo sát sự biến thiên của từ trường sinh ra trong lõi thép Stato, ta khảo sát chiều và vị trí của từ trường tại các thời điểm khác nhau. a quy ước chiều dòng điện đi từ đầu đến cuối cuộn dây mang dấu dương (+), đi từ cuối đến đầu cuộn dậy mang dấu âm (-). hì chiều dòng điện trong các cuộn dây tại các thời điểm đó, dấu (+) là dòng điện đi vào, dấu (.) là dòng điện đi ra. Hình1.4. Cuộn dây Stato Xét từ trường tổng do dòng ba pha gây ra tại 3 thời điểm:  hời điểm pha ωt= 900 (hình a) Dòng điện pha cực đại và dương, các dòng điện pha B và C âm và có độ lớn bằng nhau. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường BA, BB, BC, Btổng.  hời điểm pha ωt= 900+1200 (hình b ) Dòng điện pha B cực đại và dương, các dòng điện pha và C âm. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường BA, BB, BC, Btổng .Véc tơ từ trường tổng Btổng đã quay đi ột góc là 1200 so với thời điểm trước theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.  hời điểm pha ωt= 900+2400 (hình c) Dòng điện pha C cực đại và dương, các dòng điện pha và B âm. Véc tơ từ trường tổng Btổng đã quay đi một góc là 2400 so với thời điểm ban đầu theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. 8 Vậy dòng điện ba pha tạo ra từ trường quay. ừ trường tạo ra trong lõi thép Stato có chiều và trị số thay đổi liên tục theo thời gian và trong trường hợp này nó quay theo chiều kim đồng hồ. hìn trên đồ thị thời gian ta thấy rằng từ điểm a đến thời điểm d tương ứng với khoảng thời gian là ½ chu kỳ ( 2); trong khoảng thời gian đó thì từ trường quay được 1800, như vậy sau một chu kỳ của dòng điện thì từ trường sẽ quay được 3600 (1 vòng). ừ trường trong trường hợp ta vừa xét gồm có 2 cực, nếu ta tăng gấp đôi số cuộn dây của mỗi pha thì số cực cũng sẽ tăng lên gấp đôi, tốc độ của từ trường quay lại bị giảm đi một nửa. rong trường hợp tổng quát, tốc độ quay của từ trường xác định theo công thức: n0 = 60.fp. 1.3.2. ặc điểm của từ trường quay - ốc độ từ trường quay: ốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato fi và số đôi cực p. ốc độ từ trường quay là n1 =60fip (vòng phút). - Chiều quay của từ trường: Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện đạt cực đại. uốn đổi chiều quay của từ trường ta giữ nguyên một pha và thay đổi thứ tự hai pha còn lại với nhau . Ví dụ : Dòng điện iB cho vào dây quấn CZ, dòng điện iC cho vào dây quấn BY, từ trường sẽ quay theo chiều ngược lại tức là cùng chiều kim đồng hồ. - Biên độ của từ trường quay: Từ trường quay sinh ra từ thông xuyên qua mỗi dây quấn. Dây quấn 3 pha lệch về không gian với pha một góc lần lượt là 1200, 2400.     0 0 1 .cos 120 .cos 240 2 A B C A B C               (1.1) ệ thống dòng điện 3 pha đối xứng nếu: 0 3 2 2 A B C B C A A A A hay                     (1.2) 9 Dòng điện:ax ax ax 3 .sin .sin .sin 2 A m A m mi I t t t            (1.3) Vậy từ thông của từ trường quay xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng 32 từ thông cực đại của một phaax ax 3 2 m pm   nếu dây quấ n có m pha :ax ax . 2 m pm m   . 1.4. Nguyên lý hoạt động Khi có dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn Stato thì trong khe hở không khí suất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1p (f1 là tần số lưới điện; p là số cặp cực; n1 là tốc độ từ trường quay). Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra moment. Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor. Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau. Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ. Hệ số trượt s của máy: (1.4) hư vậy khi n = n1 thì s = 0, còn khi n =0 thì s =1; khi n > n1 thì s < 0 và rotor quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì s > 1. 10 1.4.1. Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n < n1 ( 0 < s n1 (s < 0) Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ đồng bộ n > n1. Lúc đó chiều từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽ ngượ c lại, sức điện động và dòng điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiề u của cũng ngược chiều n1, nghĩa là ngược chiều với rotor, nên đó là moment hãm (hình (b)). hư vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục dộng cơ điện, do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện, nghĩa là động cơ làm việc ở chế độ máy phát. 1.4.3. otor quay ngược chiều từ trường n < 0 ( s >1) Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy điện quay ngược chiều từ trườ ng quay (hình (c)) lúc này chiều của sức điện động và moment giống như ở chế độ động cơ. Vì moment sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụ ng hãm rotor lại. rường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào, vừa l ấy cơ năng từ động cơ sơ cấp. Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ. 1.5. Thiết lập các phương trình cân bằng 1.5.1. Phương trình cân bằng điện áp mạch stato Dây quấn Stato động cơ điện tương tự như máy biến áp, ta có phương trình cân bằng điện áp là:1 1 1 1.U I Z E       (1.5) rong đó:1 1 1Z R jX    là tổng trở dây quấn stato R1 : điện trở dây quấn stato 11 X1 = 2π. .L1 : điện kháng dây quấn stato ( : tần số stato, L1: điện cả m tản stato). E1 = 4,44. .kdq1 . .w1 : sức điện động pha stato do từ thông của từ trường quay sinh ra. kdq