ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA

www.hanghaivietnam.com Âải Hc  Nàơng - Trỉåìng Âải hc Bạch Khoa Khoa Âiãûn - Nhọm Chun män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giạo trçnh Biãn soản: MẠY ÂIÃÛN Bi Táún Låüi Chỉång 16 ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄƯNG BÄÜ MÄÜT PHA 16.1 PHẢM VI ẠP DỦNG, CÁÚU TẢO & NGUN L LM VIÃÛC 16.1.1 Phảm vê ap dủng Âäüng cå âiãûn khäng âäưng bäü mäüt pha âỉåüc sỉí dủng ráút räüng ri dán dủng v cäng nghiãûp mạy giàût, t lảnh, mạy lau nh, mạy båm nỉåïc, quảt, cạc dủng củ cáưm tay, Nọi chung l cạc âäüng cå cäng sút nh Củm tỉì “âäüng cå cäng sút nh” chè cạc âäüng cå cọ cäng sút nh hån 750W Pháưn låïn âäüng cå mäüt pha thüc loải náưy, màût d chụng cn âỉåüc chãú tảo våïi cäng sút âãún 7,5kW v åí hai cáúp diãûn ạp 110V v 220V 16.1.2 Cáúu tảo + Stato : giäúng âäüng cå ba pha, nhỉng âàût trãn âọ dáy qún mäüt pha + Räto : räto läưng sọc giäúng âäüng cå ba pha 16.1.3 Ngun l lm viãûc Chiãưu lỉûc âiãûn tỉì F&12 m &I1 Tỉì thäng räto F&11m ω1 p ω1 p (a) Ω Tỉì thäng stato U∼ (b) Hçnh 16.1 Âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha mäüt dáy qún a) Tỉì trỉåìng âáûp mảch phán thnh hai tỉì trỉåìng quay thûn v quay ngỉåüc b) Tỉì thäng v lỉûc âiãûn tỉì tạc dủng lãn räto www.hanghaivietnam.com www.hanghaivietnam.com Khi näúi dáy qún mäüt pha stato vo lỉåïi âiãûn cọ âiãûn ạp u1 thç dáy qún cọ dng âiãûn xoay chiãưu hçnh sin chảy qua : i1 = I1 sin ωt Dng âiãûn ny sinh tỉì trỉåìng stato cọ phỉång khäng âäøi nhỉng cọ âäü låïn thay âäøi hçnh sin theo thåìi gian, gi l tỉì trỉång âáûp mảch: F = Fm sin ωt cos α (16.1) Ta phán stâ âáûp mảch ny thnh hai stâ quay : jω t • Stâ quay thûn : F&11m e − jω t • Stâ quay ngỉåüc : F&12m e Hai stâ quay ny cọ : F1m W1k dq1 I = F11m = F12 m = p π • Biãn âäü tỉì trỉåìng âáûp quay: • Täúc âäü quay : + Sọng quay thûn : Ω1 = ω1 cng chiãưu quay räto p + Sọng quay ngỉåüc : Ω = −Ω1 ngỉåüc chiãưu quay räto So våïi räto cọ hãû säú trỉåüt : Ω −Ω + Thûn : s1 = =s Ω1 (−Ω1 ) − Ω + Ngỉåüc : s = = (2 − s ) ( −Ω1 ) Phỉång trçnh cán bàòng stâ täøng : + Thûn : F& 01m = F& 11m + F& 21m sinh tỉì cm B1m e j(ω t +α ) + Ngỉåüc : F& 02m = F& 12m + F& 22m sinh tỉì cm B m e − j( ω t +α 1 Tỉì cm täøng : ~ B = B1m e j( ω t +α ) + B m e − j( ω t +α 1 räto s tảo mämen quay ngỉåüc M2 (hçnh16.2) Täøng âải säú hai mämen ) M ) M1 hçnh thnh tỉì trỉåìng quay Ellip r Tỉì trỉåìng quay thûn B1 tạc dủng våïi dng âiãûn räto s tảo mämen quay thûn M1 (hçnh 16.2); Cn tỉì trỉåìng r quay ngỉåüc B2 tạc dủng våïi dng âiãûn M s M2 Hçnh 16.2 Mämen ca âäüng cå khäng www.hanghaivietnam.com âäưng bäü mäüt pha www.hanghaivietnam.com náưy cho ta âàûc tuún M=f(s) : M = M1 + M2 = f(s) Tỉì âàûc ta tháúy ràòng lục måí mạy (n = 0, s = 1), M1 = M2 v ngỉåüc chiãưu nãn M = 0, vç váûy âäüng cå khäng thãø tỉû quay âỉåüc Nãúu ta quay âäüng cå theo mäüt chiãưu no âo,ï s ≠ tỉïc M ≠ âäüng cå s tiãúp tủc quay theo chiãưu âọ Vç váûy âãø âäüng cå mäüt pha lm viãûc âỉåüc, ta phi cọ biãûn phạp måí mạy, nghéa l tçm cạch tảo cho âäüng cå mäüt mämen lục räto âỉïng n (M = Mk s =1) 16.2 PHỈÅNG TRÇNH CÅ BN & SÅ ÂÄƯ THAY THÃÚ 16.2.1 Cạc phỉång trçnh cå bn U1 B &I1 = &I B &I1 &I B1 = &I11 A &I B2 = &I12 &I A1 &I A &I A Hçnh 16.2 Så âäư âäüng cå mäüt pha tảo nãn bàòng cạch tạch mäüt hai pha Xẹt âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha chãú âäü khäng âäúi xỉïng ca âäüng cå hai pha m =2, cọ hai cün dáy âàût lãûch mäüt gọc 900 âiãûn, âọ pha A tạch nãn dng IA= v pha B cn lải cọ &I1 = &I B , mạy näúi vo lỉåïi âiãûn cọ âiãûn ạp & Ta cọ : U &I A = &I A1 + &I A &I B = &I B1 + &I B2 (16.2a) (16.2b) Våïi &I A1 ; &I B1 v &I A ; &I B2 l dng thỉï tỉû thûn v ngỉåüc, cn : &I A1 = j&I B1 v &I A1 = − j&I B1 Gii hãû phỉång trçnh (16.2a,b) ta tçm âỉåüc : &I B1 = &I11 (&I B − j&I A ) / = &I B / vç &I A = &I B2 = &I 21 (&I B + j&I A ) / = &I B / vç &I A = Âiãûn ạp ca mäüt pha : &1 =U &B =U & B1 + U & B2 = U & 11 + U & 12 U Biãøu diãùn âiãûn ạp thỉï tỉû thûn v ngỉåüc theo dng I v Z tỉång ỉïng : www.hanghaivietnam.com www.hanghaivietnam.com & B1 = U & 11 = &I11Z11 = &I1Z11 / U & B2 = U & 12 = &I12 Z12 = &I1Z12 / U (16.3a) (16.3b) Trong âọ : &I11 ; &I12 l dng âiãûn thỉï tỉû thûn v ngỉåüc Cn Z11; Z12 l täøng tråí thỉï tỉû thûn v ngỉåüc V r2' + jx ' s r' våïi Z' 22 = + jx ' 2−s Z11 = Z1 + (Z −m1 + Z' −211 ) −1 våïi Z' 21 = (16.4a) Z12 = Z1 + (Z −m1 + Z' −221 ) −1 (16.4b) 16.2.2 Mảch âiãûn thay thãú Tỉì cạc phỉång trçnh cán bàòng ta v mảch âiãûn thay thãú âäüng cå khäng âäưng bäü hçnh 16.4a Âáy l mảch âiãûn thay thãú chênh xạc ca âäüng cå mäüt pha &I1 r1/2 jx1/2 & 11 U &I 01 &I '21 jx’2/2 rm/2 r2' 2.s r2' 2(2 − s ) jx’2/2 jxm/2 &1 U &I 02 & 12 U jxm/2 rm/2 r1/2 &I r 1 x1 &I '22 jx1/2 &1 U (a) &I r1 0,5x’2 xm Chụ : r’2 = kr2 x’2 = kx2 k = kekI m 1= x1 0,5r2' s RT ZT XT &1 U 0,5X’2 RN xm 0,5r2' XN 2−s (b) ZN (c) Hçnh 16.4 Mảch âiãûn thay thãú gáưn âụng ca âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha Trong âọ : www.hanghaivietnam.com www.hanghaivietnam.com r1 = âiãûn tråí ca dáy qún stator x1 = âiãûn khạng tn ca dáy qún stator xm = âiãûn khạng tỉì họa r’2 = âiãûn tråí ca dáy qún rotor qui vãư dáy qún stator x’2 = âiãûn khạng tn ca dáy qún rotor qui vãư dáy qún stator U1 = âiãûn ạp ca ngưn Gi thiãút ràòng rotor quay våïi täúc âäü no âọ tỉì trỉåìng quay thûn, ỉïng hãû säú trỉåüt s Lục ny dng âiãûn cm ỉïng dáy qún rotor cọ táưn säú sf, f táưn säú lỉåïi âiãûn näúi vo dáy qún stator Cho ràòng täøn hao sàõt khäng âạng kãø hồûc gäüp vo täøn hao quay Nhỉ váûy giäúng mạy âiãûn khäng âäưng bäü ba pha, täøng tråí ca dáy qún rotor ỉïng våïi tỉì trỉåìng quay thûn qui vãư dáy qún stator l 0,5r’2/s + j0,5x’2.(hçnh 16.4b) Cng tỉång tỉû váûy âäúi våïi tỉì trỉåìng quay ngỉåüc, ta cọ täøng tråí ca dáy qún rotor ỉïng våïi tỉì trỉåìng quay ngỉåüc qui vãư dáy qún stator l 0,5r’2/(2-s) + j0,5x’2.(hçnh 16.4b) Mảch âiãûn tỉång âỉång trçnh by trãn hçnh 16.4c, cọ täøng tråí thỉï tỉû thûn ZT v thỉï tỉû ngỉåüc ZT sau : Z T = R T + jX T = j0,5X m ( j0,5X '2 + 0,5R '2 / s ) Z N = R N + jX N = 0,5R '2 / s + j0,5(X m + X '2 ) j0,5X m [ j0,5X '2 + 0,5R '2 /( − s )] 0,5R '2 /(2 − s ) + j0,5(X m + X '2 ) (16.5) (16.6) Cäng sút âiãûn tỉì (khe håí khäng khê) ca tỉì trỉåìng thỉï tỉû thûn v ngỉåüc : PâtT = R T I12 (16.7) PâtN = R N I12 (16.8) Moment tỉång ỉïng : MT = PâtT Ω1 (16.9) MN = PâtN Ω1 (16.10) I12 M = MT − M N = (R T − R N ) Ω1 (16.11) Moment täøng l : Cäng sút cå : PCå = MΩ (16.12) PCå = MΩ1 (1 − s ) (16.13) www.hanghaivietnam.com www.hanghaivietnam.com PCå = I12 (R T − R N )(1 − s ) (16.14) PCå = (PâtT − PâtN )(1 − s ) (16.15) Cäng sút trãn âáưu trủc : P2 = PCå - pq (16.16) pq l täøn hao quay, gäưm täøn hao cå v täøn hao phủ, cng cọ gäüp c täøn hao sàõt vo täøn hao quay Täøn hao âäưng dáy qún rotor ỉïng våïi tỉì trỉåìng quay thûn v ngỉåüc : pCu2T = sPâtT (16.17) pCu2N = (2-s)PâtN (16.18) Täøn hao âäưng dáy qún rotor : pCu2 = sPâtT + (2-s)PâtN (16.19) VÊ DỦ 16.1 Mäüt âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha cäng sút 1/4 m lỉûc, 230V, 60Hz v cỉûc tỉì cọ tham säú v täøn tháút sau : X1 = X’2 = 12,5Ω; R’2 = 11,5Ω; Xm = 250Ω; R1 = 10Ω; Täøn hao sàõt åí 230V l 35W; Täøn hao ma sạt v quảt giọ l 10W; Våïi hãû säú trỉåüt l 0,05, xạc âënh dng âiãûn stato, cäng sút cå, cäng sút trãn trủc, täúc âäü v hiãûu sút âäüng cå lm viãûc âäüng cå mäüt pha åí âiãûn ạp v táưn säú âënh mỉïc våïi dáy qún khåíi âäüng càõt Gii Tỉì cạc thäng säú â cho, ta âỉåüc täøng tråí thỉï tỉû thûn ZT v thỉï tỉû ngỉåüc ZT ca âäüng cå mäüt pha sau : Z T = R T + jX T = Z T = R T + jX T = Z N = R N + jX N = j0,5X m ( j0,5X '2 + 0,5R '2 / s ) 0,5R '2 / s + j0,5(X m + X '2 ) j0,5 × 250( j0,5 × 12,5 + 0,5 × 11,5 / 0,05) = 59 + 57,65 j 0,5 × 11,5 / 0,05 + j0,5(250 + 12,5) j0,5X m [ j0,5X '2 + 0,5R '2 /( − s )] 0,5R '2 /(2 − s ) + j0,5(X m + X '2 ) j0,5 × 250[ j0,5 × 12,5 + 0,5 × 11,5 /( − 0,05)] Z N = R N + jX N = = 2,67 + 6,01 j 0,5 × 11,5 /( − 0,05) + j0,5(250 + 12,5) Täøng tråí vo tỉång âỉång : Ztâ = Z1 + ZT + ZN = 10 + 12,5j +59 + 57,65j +2,67 + 6,01j www.hanghaivietnam.com www.hanghaivietnam.com = 71,67 + 76,16j = 104,6 ∠46,74o Ω Dng âiãûn vo stato : & 230∠0 o &I1 = U = = 2,2∠ − 46,74 o A o Z tâ 104,6∠46,74 Hãû säú cäng sút : cosϕ = cos 46,74o = 0,685 60 × 60 Täúc âäü âäüng cå : n = (1 − s )n = (1 − 0,05) = 1.710 vg/ph Cäng sút cå : PCå = I12 (R T − R N )(1 − s ) = 2,22.(59-2,67).(1-0,05) = 259 W Cäng sút trãn âáưu trủc : P2 = PCå -pFe- pq = 259 -35- 10 = 214 W Cäng sút âäüng cå tiãu thủ tỉì lỉåïi âiãûn : P = U.Icosϕ = 230.2,2 cos 46,74o = 346,77 W Hiãûu st ca âäüng cå : η = P2 214 = = 0,617 = 61,7% P1 347.22 16.3 MÅÍ MẠY ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄƯNG BÄÜ MÄÜT PHA 16.3.1 Âäüng cå khäng âäưng bäü dng cün dáy phủ Loải âäüng cå ny âỉåüc dng khạ phäø biãún mạy âiãưu ha, mạy giàût, dủng củ cáưm tay, quảt , båm ly tám CD I K M Cün chênh NC IP & U &I p IC Np Cün chênh V cün phủ &I c &I Mk s Mâm (a) (b) (c) Hçnh 16.5 Âäüng cå dng dáy qún phủ a) Så âäư kãút cáúu b) Âäư thë vectå lục måí mạy c) Âàûc M = f(s) Cạc pháưn chênh ca loải âäüng cå náưy cho trãn hçnh 16.5a, gäưm dáy qún chênh N c (dáy qún lm viãûc), dáy qún phủ (dáy qún måí mạy N k ) Hai cün dáy náưy âàût lãûch mäüt gọc 90o âiãûn khäng gian V räto läưng sọc www.hanghaivietnam.com www.hanghaivietnam.com Âãø cọ âỉåüc mämen måí mạy, ngỉåìi ta tảo gọc lãûch pha giỉỵa dng âiãûn qua cün chênh Ic v dng qua cün dáy phủ Ip bàòng cạch màõc thãm mäüt âiãûn tråí näúi tiãúp våïi cün phủ hồûc dng dáy qún cåí nh hån cho cün phủ, gọc lãûch náưy thỉåìng nh hån 300 Dng dáy qún chênh v dáy qún phủ sinh tỉì trỉåìng quay âãø tảo momen måí mạy Âäư thë vectå lục måí mạy âỉåüc trçnh by trãn hçnh 16.5b Khi täúc âäü âảt âỉåüc 70÷75 % täúc âäü âäưng bäü, cüng dáy phủ âỉåüc càõt nhåì cäng tàõt ly tám K v âäüng cå tiãúp tủc lm viãûc våïi cün dáy chênh Âàûc momen âỉåüc trçnh by trãn hçnh 16.4c 16.3.2 Âäüng cå dng tủ âiãûn (hçnh 16.6) Cạc âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha cọ cün dáy phủ âỉåüc màõt näúi tiãûp våïi mäüt tủ âiãûn âỉåüc gi l âäüng cå tủ âiãûn Loải âäüng cå náưy cọ cün dáy phủ bäú trê lãûch so våïi cün dáy chênh mäüt gọc 900 âiãûn khäng gian, âãø tảo gọc lãûch vãư thåìi gian ta màõt näúi tiãúp våïi cün dáy phủ mäüt tủ âiãûn Nãúu tủ âiãûn màõt näúi tiãúp våïi cün phủ chn giạ trë thêch håüp thç gọc lãûch pha giỉỵa IC v Ip l gáưn 900 (hçnh 16.6b) Ty theo u cáưu vãư momen måí mạy v momen lục lm viãûc, ta cọ cạc loải âäüng cå tủ âiãûn sau: Âäüng cå dng tủ âiãûn måí mạy (hçnh 16.6a) Khi måí mạy täúc âäü âäüng cå âảt âãún 75÷85% täúc âäü âäüng bäü, cäng tàõt K måí v âäüng cå s âảt âãún täúc âäü äøn âënh Âäüng cå dng tủ âiãûn thỉåìng trỉûc (hçnh 16.6b) Cün dáy phủ v tủ âiãûn måí mạy âỉåüc màõt ln âäüng cå lm viãûc bçnh thỉåìng Loải náưy cọ cäng sút thỉåìng nh hån 500W v cọ âàûc cå täút CD I CD I K &I p IP IP WC C IC WC C IC Wp & U &I Wp &I c (a) (b) Hçnh 16.6 Âäüng cå mäüt pha dng tủ âiãûn a) Tủ âiãûn måí mạy b) Tủ âiãûn thỉåìng trỉûc c) Âäư thë vectå www.hanghaivietnam.com (c) www.hanghaivietnam.com Ngoi ra, âãø ci thiãûn âàûc lm viãûc v momen måí mạy ta dng âäüng cå hai tủ âiãûn Mäüt tủ âiãûn måí mạy khạ låïn (khong 10 ÷15 láưn tủ âiãûn thỉåìng trỉûc) âỉåüc ghẹp song song våïi tủ âiãûn thỉåìng trỉûc Khi måí mạy täúc âäü âäüng cå âảt âãún 75÷85% täúc âäü âäüng bäü, tủ âiãûn måí mạy âỉåüc càõt cün phủ, chè cn tủ âiãûn thỉåìng trỉûc näúi våïi cün dáy phủ lm viãûc bçnh thỉåìng 16.3.3 Âäüng cå dng vng ngàõn mảch (hçnh 16.7) Hçnh 16.7a cho tháúy cáúu tảo loải âäüng cå náưy Trãn stato ta âàût dáy qún mäüt pha v cỉûc tỉì âỉåüc chia lm hai pháưn, pháưn cọ vng ngàõn mảch K äm 1/3 cỉûc tỉì v räto läưng sọc Dng âiãûn chảy dáy qún stato &I1 tảo nãn tỉì thäng φ& ' qua pháưn cỉûc tỉì khäng vng ngàõn mảch v tỉì thäng φ& '' qua pháưn cỉûc tỉì cọ vng ngàõn mảch Tỉì thäng φ& '' cm ỉïng vng ngàõn mảch sââ E& n , cháûm pha so våïi φ& '' mäüt gọc 900 (hçnh 16.7b) Vng ngàõn mảch cọ âiãûn tråí v âiãûn khạng nãn tảo dng âiãûn &I cháûm pha so våïi E& mäüt gọc ϕn < 900 Dng âiãûn &I tảo tỉì thäng φ& v ta cọ n n n n tỉì thäng täøng qua pháưn cỉûc tỉì cọ vng ngàõn mảch : φ& ∑ = φ& '' + φ& n φ& ' &I φΣ M φ& '' Mmax φΣ ϕ K φn φ” φ’ (a) E& n ϕn φ &I n φ& n (b) s sth (c) Hçnh 16.7 Âäüng cå K mäüt pha cọ vng ngàõn mảch åí cỉûc tỉì a) Cáúu tảo; b) Âäư thë vectå; c) Âàûc mämen Tỉì thäng náưy lãûch pha so våïi tỉì thäng qua pháưn cỉûc tỉì khäng cọ vng ngàõn mảch mäüt gọc l ϕ Do tỉì thäng φ& ' v φΣ lãûch khäng gian nãn chụng tảo tỉì trỉåìng quay v lm quay räto Loải âäüng cå náưy cọ momen måí mạy khạ nh Mk= (0,2-0,5)Mâm, hiãûu sút tháúp (tỉì 25 - 40%), thỉåìng chãú tảo våïi cäng sút 20 - 30W, âäi cng cọ chãú tảo cäng sút âãún 300W v hay sỉí dủng lm quảt bn, quảt tráưn, mạy quay âéa ] [ www.hanghaivietnam.com