PHẦN III máy điện KHÔNG ĐỒNG bộ

PHẦN III: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1. Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ 2. Vận hành máy điện không đồng bộ CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ  Đại cương về m.đ.k.đ.b  Cấu tạo của m.đ.k.đ.b  Nguyên lý làm việc của m.đ.k.đ.b  Các phương trình của m.đ.k.đ.b  Mạch điện thay thế của m.đ.k.đ.b  Các dạng khác của mạch điện thay thế  Quá trình năng lượng  Mô men điện từ §1. ĐẠI CƯƠNG VỀ M.Đ.K.Đ.B • Máy điện không đồng bộ được dùng trong thực tế để làm các động cơ điện • Máy điện không đồng bộ có các ưu điểm:  Kết cấu đơn giản  Làm việc chắc chắn  Giá thành thấp • Máy điện không đồng bộ có các nhược điểm:  cosϕ thấp  Điều chỉnh tốc độ khó §1. CẤU TẠO CỦA M.Đ.K.Đ.B 1. Hình dạng bên ngoài: 2. Stato: gồm lõi thép, dây quấn và vỏ máy 2. Rôto: gồm lõi thép, dây quấn và trục máy • Rôto lồng sóc • Rôto dây quấn §2. NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA M.Đ.K.Đ.B • Rôto quay cùng chiều từ trường nhưng n < n1 • Rôto quay cùng chiều từ trường nhưng n > n1 • Rôto quay n ngược chiều n1 n1 n2 + F F n1 • n • Hệ số trượt: n1 − n s= n1 n n2 n1 n + F   Tần số của s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn roto: pn r p ( n1 − n ) p ( n1 − n ) n1 f2 = = = = sf1 60 60 60n1 S.đ.đ cảm ứng trong dây quấn roto: E 2s = 4.44f2 N 2 Φ m = 4.44sf1N 2 Φ m = sE 2 Ví dụ: Khi roto của một m.đ.k.đ.b có 2p = 4 đứng yên, trong dây quấn của nó có s.đ.đ bằng 200V, f = 50Hz. Tính s.đ.đ của roto khi n = 1440vg/ph 60f 60 × 50 n1 − n n1 = = = 1500vg / ph  s = = 0.04 n1 p 2 E 2s = sE 2 = 0.04 × 200 = 8V §3. PHÂN LOẠI M.Đ.K.Đ.B  Phân theo kết cấu vỏ  kiểu kín  kiểu bảo vệ  Phân theo số pha  M.đ.k.đ.b một pha  M.đ.k.đ.b ba pha pha  Phân theo kết cấu rôto  M.đ.k.đ.b rôto lồng sóc  M.đ.k.đ.b rôto dây quấn §4. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC  Công suất định mức Pđm (kW)  Dòng điện dây định mức Iđm (A)  Điện áp dây định mức Uđm (V)  Cách nối dây Y/∆  Tốc độ quay định mức nđm(vg/ph)  Hiệu suất định mức  Hệ số P công suất định mức P1dm = dm = 3Udm I dmcosϕdm ηdm Mdm Pdm = Ωdm §5. SO SÁNH M.Đ.K.Đ.B VÀ M.B.A M.b.a 3 pha M.đ.k.đ.b 3 pha • Sơ cấp có dây quấn 3 pha • Stato có dây quấn 3 pha • Sơ cấp nối với nguồn có f1 • Stato nối với nguồn có f1 • Thứ cấp nối với tải • Rôto nối kín mạch • Dây quấn sơ cấp và thứ cấp • Dây quấn stato và rôto chỉ chỉ liên hệ với nhau qua từ liên hệ với nhau qua từ trường. Khi làm việc mỗi dây trường. Khi làm việc mỗi dây quấn có từ trường tản quấn có từ trường tản  Ta nghiên cứu m.đ.k.đ.b như là m.b.a với stato là sơ cấp và rôto là thứ cấp §5. CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN 1. Phương trình cân bằng dòng điện • Cho điện áp U1, tần số f1 vào stato. Trong dây quấn stato có dòng I1; trong rôto có dòng I2 tần số f2. Các s.t.đ là: m 1 2 N1k dq1 F1 = I1 π p m 2 2 N 2 kdq 2 F2 = I2 π p quay ở tốc độ n1 so với stato quay ở tốc độ n2 so với rôto • Do roto quay ở tốc độ n nên F2 quay ở tốc độ n + n2 = n1 so với stato • Như vậy F1 và F2 cố định so với nhau. Chúng tác động tương hỗ để tạo ra s.t.đ tổng: F& 1 + F& 2 = F& o hay F& 1 = F& o + ( −F& 2 ) = F& o + F& 2′ • Phương trình trên cho thấy F1 gồm hai thành phần: & 2′ F thành phần Fo dùng để tạo ra từ thông và thành phần ngược chiều F2 để cân bằng với tác dụng của F2 • Như vậy dòng điện stato dùng để tạo ra F1 cũng gồm 2 thành phần: I& 1 = I& o + I& ′2 • Trong đó:  I& 1 - dòng điện từ hóa, dùng để tạo ra Fo và Φm & I  ′2 - dòng điện stato dùng để cân bằng với dòng điện roto I& 2 • Để F2′ bù được với F2 ta cần có: m 1 2 N1kdq1 m 2 2 N 2 kdq 2 I′2 = I2 π p π p • Do đó: I2 I′2 = ai • Trong đó: I 2 m 1 N1k dq1 ai = = I′2 m 2 N 2 kdq 2 2. Phương trình cân bằng điện áp • Từ thông chính Φm do s.t.đ Fo sinh ra sẽ cảm ứng trong các dây quấn s.đ.đ: E1 = 4.44f1N1kdq1Φ m E 2 = 4.44f1N 2 k dq2 Φ m E1 N1k dq1 Ns ae = = = E 2 N 2 k dq 2 Nr • Từ thông tản Φt1 tạo ra s.đ.đ tản Et1. Vậy giống m.b.a ta có phương trình điện áp phía sơ cấp: & 1 = E& 1 + E& t1 + I& 1r1 = E& 1 + I& 1 (R 1 + jX 1 ) = E& 1 + I& 1Z1 U • Khi roto quay, trong dây quấn có s.đ.đ: E 2s = 4.44f2 N 2 kdq 2 Φ m= 4.44sf1N 2 kdq 2 Φ m= sE 2 • Điện kháng tản của dây quấn roto: X 2s = 2 πf2L 2 = 2 πsf1L 2 = sX 2 • Do dây quấn roto nối ngắn mạch nên giống như thứ cấp của m.b.a ta có: E& 2s = I& 2R 2 + jI& 2 X 2s sE& 2 = I& 2R 2 + jI& 2sX 2 &E 2 = I& 2 R 2 + jI& 2 X 2 s E& 2s = I& 2 R 2 + jI& 2 X 2s = I& 2 (R 2 + jsX 2 ) = sE& 2 = I& 2 Z 2s &2 &2 &2 &2 sE sE E E = I& 2 = = = Z 2s R 2 + jsX 2 Z 2s / s R 2 / s + jX 2 • Như vậy: o &2 sE E ∠ 0 E2 2 &I 2 = = = ∠ − ψ2 Z 2s (z 2 / s)∠ψ 2 (z 2 / s) • Trị số hiệu dụng: sE 2 sE 2 E2 I2 = = = 2 2 z 2s R 2 + (sX 2 ) (R 22 / s) + X 22 sX 2 ψ 2 = arctg R2 §6. MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA M.Đ.K.Đ.B • Các phương trình cơ bản của m.đ.k.đ.b là: &U1 = E& 1 + I& 1 (R 1 + jX 1 ) &E 2 = I& 2 R 2 + jI& 2 X 2 s I& 1 = I& o + I& ′2 • Từ các phương trình này ta có sơ đồ thay thế: X1 I& R1 I& R2/s X2 1 2 I& m & U 1 E& 1 E& 2 M.b.a lý tưởng • Trong sơ đồ này m.b.a lý tưởng là một m.b.a tổng quát hóa, thể hiện quan hệ biến áp giữa stato và roto • Nhân điện áp roto với ae ta có: E& ′2 = a e E& 2 = E& 1 • Để công suất của máy không thay đổi thì: & 2 E& 2 I& 2 m I 2 m 1I& ′2 E& ′2 = m 2I& 2E& 2  I& ′2 = = m 1E& ′2 ai m 1I& ′22 R′2 = m 2I& 22R 2  2 & m 2I 2R 2 ′ R2 = = a ea i R 2 = aR 2 2 m 1I& ′2 m 1I& ′22 X′2 = m 2I& 22 X 2  X′2 = aX 2 • Từ các phương trình trên ta có sơ đồ thay thế mới: X1 I& R1 I& ′ aR2/s aX2 1 2 I& m & U 1 I& 1 R1 E& 1 I& ′2 R′2 s X1 I& m & U 1 E& ′2 = E& 1 E& 1 E& ′2 = E& 1 X′2 • Ta có thể bỏ m.b.a lý tưởng có tỉ số biến đổi điện áp bằng 1 đi và có sơ đồ thay thế IEEE: I& 1 R1 X1 I& m & U 1 I& ′2 E& 1 R′2 X′2 1− s R′2 s • Cũng như m.b.a, khi tính đến tổn hao trong lõi thép do từ trễ và dòng điện xoáy ta cần đưa thêm điện trở RFe và mạch điện thay thế. I& 1 R1 X1 I& ′2 R′2 X′2 I& o I& m I& Fe & U 1 E& 1 1− s R′2 s • Cũng như m.b.a, khi tải gần định mức, ta có thể đưa nhánh từ hóa ra phía trước mà không gặp phải sai số quá lớn. Như vậy ta có sơ đồ thay thế sau: &I′ R 1 + R′2 X 1 + X′2 2 X1 I& 1 I& o I& m I& Fe & U 1 E& 1 1− s R′2 s 1− s R′2 được • Trong các sơ đồ thay thế trên, điện trở s gọi là điện trở giả tưởng. • Khi tải thay đổi, n thay đổi, do đó s thay đổi và điện trở này thay đổi theo • Điện trở này xuất hiện trong mạch điện dùng để đặc trưng cho công suất cơ trên trục máy • Hệ số quy đổi của m.đ.k.đ.b ro to lồng sóc:  m2 = Z2 N2 = 1/2 kdq2 = 1 N1k dq1 = 2N1kdq1 =  ae = 1 N 2 k dq 2 ×1 2 2m 1N1k dq1 m 1N1kdq1 =  ai = Z2 m 2 N 2 kdq 2 N1k dq1 4m 1 2 a = a a = (N k ) e i 1 dq1  Z2 • Từ sơ đồ thay thế của m.đ.k.đ.b ta có: R Fe × jX m R′2 + jX′2  Z o = R + jX  Z′2 = s Fe m Z o × Z′2  Z v = Z1 + Z td2  Z td2 = Z + Z′ o 2 • Các dòng điện: & U & I  1=Z v  E& 1 = I& 1Z td2 &1 E & I  ′2 = Z′ 2 I& 1 R1 X1 I& ′2 R′2 X′2 I& o I& m I& Fe U& 1 E& 1 R′2 1− s s §7. QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG 1. Chế độ động cơ • Công suất vào P1 = m1U1I1cosϕ1 • Tổn hao đồng trên stato 2 1 1 pCu1 = m 1R I • Tổn hao sắt 2 Fe Fe pFe = m 1R I • Công suất điện từ R′2 Pdt = P1 − pCu1 − pFe = m I′ s 2 1 2 • Tổn hao đồng trên rôto pCu2 = m 1I′22R′2 P1 Công suất cơ • 1− s R′2 Pco = Pdt − pCu2 = m I′ s • Công suất đầu ra pCu1 2 1 2 P2 = Pcơ – (pcơ + pf) • • Hiệu suất p P2 ∑ η = = 1− P1 P1 Công suất phản kháng Q1 = m1U1I1sinϕ1 pFe Pđt pCu2 Pcơ pcơ P2 pf 2 1 1 q1 = m I X1 q 2 = m 1I′22 X′2 &1 U 2 1 o Qm = m I X m jI& 1X 1 I& 1R 1 E& 1 I& ′2 Q1 I& 1 ϕ1 q1 Qm q2 I& o &m Φ 2. Chế độ máy phát - ∞ < s < 0 • P1 Công suất cơ 1− s Pco = m I′ r2′ < 0 s x′2 sx′2 tgψ 2 = = 0 s • Hai công suất trên biến • thành tổn hao: Pdt + ( −Pco ) 2 R ′2 2 1− s = m 1I′2 − m 1I′2 R′2 s s 2 ′ = m 1I 2 R′2 = pCu2 &U1 jI& 1X 1 E& 1 I& 1R 1 I& 1 & ′2 I ϕ1 I& o &m Φ Ví dụ 1: Một đ.c.k.đ.b f = 50Hz, 2p = 6 khi đầy tải tạo ra mô men M = 160Nm, tổn hao cơ và tổn hao sắt tạo ra mô men là Mo = 10Nm. S.đ.đ của dây quấn roto tạo ra 120 chu kỳ trong một phút. Tính tổn hao trong dây quấn roto, công suất đưa vào động cơ và hiệu suất của nó biết tổng tổn hao trong stato là 800W. 120 f2 = sf1 = = 2Hz 60 f2 2 s= = = 0.04 f1 50 60f1 60 × 50 n1 = = = 1000v / ph p 3 n = (1 − s)n1 = (1 − 0.04)1000 = 960v / ph 2 πn 2 π × 960 ω= = = 100.53rad / s 60 60 P2 = ωM = 100.53 × 160 = 16085W Pco = ω(M + M o ) = 100.53 × (160 + 10) = 17090W 1− s   Pco = 3I′ R′2  ÷  s  2 2  pCu2 s  0.04  = Pco  = 712W ÷ = 17090 1 − 0.04  1− s  P1 = P2 + po + pCu = 17090 + 712 + 800 = 18602W P2 17090 η= = = 0.8647 P1 18602 §8. MÔ MEN ĐIỆN TỪ 1. Biểu thức mô men M = Mo + M2 pco + pf Mo = ω P2 M2 = ω P2 + pco + pf Pco Pdt M= = = ω ω ω1 Pco Pdt = ω ω1 ω Pco = Pdt= (1 − s)Pdt ω1 Pdt = m 2E 2 I 2 cosψ 2 E 2 = 2πf1N 2 kdq2 Φ m 1 M= m 2 pN 2 k dq 2ΦI 2cosψ 2 2 2. Quan hệ M = f(s) • Ta xét mạch điện thay thế IEEE: I& 1 R1 X1 I& m & U 1 • I& ′2 R′2 X′2 E& 1 Ta biến đổi mạch điện thay thế về dạng sau: 1− s R′2 s I& 1 Rth Xth a I& ′2 R′2 X′2 1− s R′2 s & U 1 b • Bên trái a-b theo định lý Thévenin ta có: (R 1 + jX 1 ) × jX M Z th = = R th + jX th (R 1 + jX 1 ) + jX M & th = U &1 U • jX M R 1 + j(X 1 + X M ) Trong m.đ.k.đ.b thường R1[...]... Phương trình trên cho thấy F1 gồm hai thành phần: & 2′ F thành phần Fo dùng để tạo ra từ thông và thành phần ngược chiều F2 để cân bằng với tác dụng của F2 • Như vậy dòng điện stato dùng để tạo ra F1 cũng gồm 2 thành phần: I& 1 = I& o + I& ′2 • Trong đó:  I& 1 - dòng điện từ hóa, dùng để tạo ra Fo và Φm & I  ′2 - dòng điện stato dùng để cân bằng với dòng điện roto I& 2 • Để F2′ bù được với F2 ta cần... X′2 2 X1 I& 1 I& o I& m I& Fe & U 1 E& 1 1− s R′2 s 1− s R′2 được • Trong các sơ đồ thay thế trên, điện trở s gọi là điện trở giả tưởng • Khi tải thay đổi, n thay đổi, do đó s thay đổi và điện trở này thay đổi theo • Điện trở này xuất hiện trong mạch điện dùng để đặc trưng cho công suất cơ trên trục máy • Hệ số quy đổi của m.đ.k.đ.b ro to lồng sóc:  m2 = Z2 N2 = 1/2 kdq2 = 1 N1k dq1 = 2N1kdq1 = ... số biến đổi điện áp bằng 1 đi và có sơ đồ thay thế IEEE: I& 1 R1 X1 I& m & U 1 I& ′2 E& 1 R′2 X′2 1− s R′2 s • Cũng như m.b.a, khi tính đến tổn hao trong lõi thép do từ trễ và dòng điện xoáy ta cần đưa thêm điện trở RFe và mạch điện thay thế I& 1 R1 X1 I& ′2 R′2 X′2 I& o I& m I& Fe & U 1 E& 1 1− s R′2 s • Cũng như m.b.a, khi tải gần định mức, ta có thể đưa nhánh từ hóa ra phía trước mà không gặp phải... td2 = Z + Z′ o 2 • Các dòng điện: & U & I  1=Z v  E& 1 = I& 1Z td2 &1 E & I  ′2 = Z′ 2 I& 1 R1 X1 I& ′2 R′2 X′2 I& o I& m I& Fe U& 1 E& 1 R′2 1− s s §7 QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG 1 Chế độ động cơ • Công suất vào P1 = m1U1I1cosϕ1 • Tổn hao đồng trên stato 2 1 1 pCu1 = m 1R I • Tổn hao sắt 2 Fe Fe pFe = m 1R I • Công suất điện từ R′2 Pdt = P1 − pCu1 − pFe = m I′ s 2 1 2 • Tổn hao đồng trên rôto pCu2 = m 1I′22R′2... arctg R2 §6 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA M.Đ.K.Đ.B • Các phương trình cơ bản của m.đ.k.đ.b là: &U1 = E& 1 + I& 1 (R 1 + jX 1 ) &E 2 = I& 2 R 2 + jI& 2 X 2 s I& 1 = I& o + I& ′2 • Từ các phương trình này ta có sơ đồ thay thế: X1 I& R1 I& R2/s X2 1 2 I& m & U 1 E& 1 E& 2 M.b.a lý tưởng • Trong sơ đồ này m.b.a lý tưởng là một m.b.a tổng quát hóa, thể hiện quan hệ biến áp giữa stato và roto • Nhân điện áp roto với... 2 M.b.a lý tưởng • Trong sơ đồ này m.b.a lý tưởng là một m.b.a tổng quát hóa, thể hiện quan hệ biến áp giữa stato và roto • Nhân điện áp roto với ae ta có: E& ′2 = a e E& 2 = E& 1 • Để công suất của máy không thay đổi thì: & 2 E& 2 I& 2 m I 2 m 1I& ′2 E& ′2 = m 2I& 2E& 2  I& ′2 = = m 1E& ′2 ai m 1I& ′22 R′2 = m 2I& 22R 2  2 & m 2I 2R 2 ′ R2 = = a ea i R 2 = aR 2 2 m 1I& ′2 m 1I& ′22 X′2 = m 2I& 22... làm việc mỗi dây quấn có từ trường tản quấn có từ trường tản  Ta nghiên cứu m.đ.k.đ.b như là m.b.a với stato là sơ cấp và rôto là thứ cấp §5 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN 1 Phương trình cân bằng dòng điện • Cho điện áp U1, tần số f1 vào stato Trong dây quấn stato có dòng I1; trong rôto có dòng I2 tần số f2 Các s.t.đ là: m 1 2 N1k dq1 F1 = I1 π p m 2 2 N 2 kdq 2 F2 = I2 π p quay ở tốc độ n1 so với stato... pha  M.đ.k.đ.b một pha  M.đ.k.đ.b ba pha pha  Phân theo kết cấu rôto  M.đ.k.đ.b rôto lồng sóc  M.đ.k.đ.b rôto dây quấn §4 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC  Công suất định mức Pđm (kW)  Dòng điện dây định mức Iđm (A)  Điện áp dây định mức Uđm (V)  Cách nối dây Y/∆  Tốc độ quay định mức nđm(vg/ph)  Hiệu suất định mức  Hệ số P công suất định mức P1dm = dm = 3Udm I dmcosϕdm ηdm Mdm Pdm = Ωdm §5 SO SÁNH... • Trong đó: I 2 m 1 N1k dq1 ai = = I′2 m 2 N 2 kdq 2 2 Phương trình cân bằng điện áp • Từ thông chính Φm do s.t.đ Fo sinh ra sẽ cảm ứng trong các dây quấn s.đ.đ: E1 = 4.44f1N1kdq1Φ m E 2 = 4.44f1N 2 k dq2 Φ m E1 N1k dq1 Ns ae = = = E 2 N 2 k dq 2 Nr • Từ thông tản Φt1 tạo ra s.đ.đ tản Et1 Vậy giống m.b.a ta có phương trình điện áp phía sơ cấp: & 1 = E& 1 + E& t1 + I& 1r1 = E& 1 + I& 1 (R 1 + jX 1 )... ϕ1 q1 Qm q2 I& o &m Φ 2 Chế độ máy phát - ∞ < s < 0 • P1 Công suất cơ 1− s Pco = m I′ r2′ < 0 s x′2 sx′2 tgψ 2 = = ... men điện từ §1 ĐẠI CƯƠNG VỀ M.Đ.K.Đ.B • Máy điện không đồng dùng thực tế để làm động điện • Máy điện không đồng có ưu điểm:  Kết cấu đơn giản  Làm việc chắn  Giá thành thấp • Máy điện không đồng. .. NGUYÊN LÝ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ  Đại cương m.đ.k.đ.b  Cấu tạo m.đ.k.đ.b  Nguyên lý làm việc m.đ.k.đ.b  Các phương trình m.đ.k.đ.b  Mạch điện thay m.đ.k.đ.b  Các dạng khác mạch điện thay... cho thấy F1 gồm hai thành phần: & 2′ F thành phần Fo dùng để tạo từ thông thành phần ngược chiều F2 để cân với tác dụng F2 • Như dòng điện stato dùng để tạo F1 gồm thành phần: I& = I& o + I& ′2