Ly-thuyet-va-bai-tap-may-dien-1-Phan-DCKDB

Lý thuyết tập máy điện MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ TĨM TẮT LÝ THUYẾT Cấu tạo Stator: bao gồm thép mỏng có bề mặt bên tạo khe cho phù hợp với cuộn dây ba pha Cuộn dây giống cuộn dây stator máy điện đồng Vận tốc động cảm ứng phụ thuộc vào số cực mà cuộn dây quấn Rotor: Sự thiết kế dây rotor thay đổi phụ thuộc vào nhu cầu điều khiển moment hay tốc độ Rotor lồng sóc: Nó bao gồm đồng nhơm rắn nhúng vào khe rotor, cạnh đoản mạch vành cuối Các vật dẫn điện rotor song song với trục máy làm lệch nghiêng, điều cung cấp moment quay đồng giảm tiếng ồn Rotor dây quấn: Theo kiểu cấu tạo rotor có vịng dây ba pha tương tự stator quấn cho số cực giống hệt số cực stator Các đầu cuối dây rotor đúc trục rotor Trường quay 60f ns  p Trong đó: ns: vận tốc đồng bộ, vịng/phút f : tần số nguồn cung cấp, Hz p: số cặp cực Hệ số trượt s n s  nr ns Trong đó: s : hệ số trượt ns: vận tốc trường quay stator nr: vận tốc quay rotor Các phương trình động điện khơng đồng Phương trình điện áp stator E1 = 4,44.f.kdq1.N1.Φm Trong đó: f : tần số dòng điện, Hz kdq1: hệ số quấn dây N1: số vịng dây quấn cực Φm: từ thơng cực từ, Wb • • • • • • U = E + R I1 + jX I1 = E + Z1 I1 Trong đó: Z1  R  jX1 tổng trở pha dây quấn stator, Ω R1: điện trở pha dây quấn stator, Ω X1: Điện kháng pha dây quấn stator, Ω Biên soạn: Lê Vĩnh Trường Lý thuyết tập máy điện Phương trình điện áp Rotor Khi rotor đứng yên ta có sức điện động cảm ứng là: E2 = 4,44.f.kdq2.N2 Φm Vì rotor ngắn mạch nên phương trình điện áp rotor là: • • • • E = R I + jX I = Z I Trong đó: Z : tổng trở pha dây quấn rotor, Ω R2: Điện trở pha dây quấn rotor, Ω X2: điện kháng tản pha dây quấn rotor, Ω Khi rotor quay với vận tốc n tức hệ số trượt s; từ trường stator quay rotor với vận tốc tương đối sn nên tần số dòng điện rotor, điện kháng tản rotor sức điện động cảm ứng rotor là: f2s = sf X2s = 2π(sf)L2 = sX2 E2s = 4,44(sf)Kdq2N2Φm= sE2 Phương trình điện áp lúc rotor quay • • • • • • • s E = E 2s = R I + jX 2s I s = R I + jsX I = Z 2s I Chia hai vế cho s ta được: • • E = (R / s + jX ) I Mạch tương đương rotor qui stato   R I2 k e E  (k e k i  jk e k i X ) s ki ke = ki = k : hệ số quy đổi áp, hệ số quy đổi dòng từ rotor stator • I1 ' R1  I2 jX1 I2 R2 • Io • Gc U1  Ic (a) Biên soạn: Lê Vĩnh Trường  -jBm jsX2 s E2  m I (b) Lý thuyết tập máy điện   I2 R2/s E2 jX’ • ' jX2 • E2 (d) (c) ' • I1 R2’/s I' R’2 I2 jX1 R1 jX’ • Io • Gc U1 R '2 -jBm   Ic 1 s s Im (e) ' I2 Rn jXn • Io • U Gc -jBm  R '2  Ic 1 s s Im (f) Hình 2.39 Mạch tương đương động không đồng (a) Stato, (b) Roto đứng yên (tần số sf), (c) Roto đứng yên (tần số f), (d) Roto quy stato, (e) mạch xác quy stato, (f) mạch gần qui stato    Gọi: E '  k E  E1 = sức điện động pha rotor quy stator   I '  I / k = dòng rotor quy stator R '2 = k R = điện trở dây quấn rotor quy stator X’2 = k2X2 = điện kháng dây quấn rotor quy stator   R' E '  (  jX '2 ) I ' s Rn = R1+R’2 : điện trở tổng hai dây quấn, quy stator Xn = X1+X’2 : điện kháng tản tổng hai dây quấn, quy stator Biên soạn: Lê Vĩnh Trường Lý thuyết tập máy điện Giản đồ công suất động không đồng bộ: Pc P2 Pđt P1 Pđ2 Pđ1 Pmq Pt Giản đồ công suất động không đồng - Công suất điện nhận từ nguồn: P1= 3U1.I1cosφ - Tổn hao đồng dây quấn stator: Pđ1= 3.R1.I21 - Tổn hao sắt từ lõi thép stator: Pt= 3RC.I2C R2' ' - Còn lại công suất đưa vào rotor gọi công suất điện từ: Pdt  s I - Tổn hao đồng dây quấn rotor: Pđ2 = 3.R’2.I’22 = sPđt - Công suất trục:  s '2 PC  3R '2 I  (1  s)Pdt s - Công suất sau trừ tổn hao Pmq ma sát, quạt gió tổn hao phụ, cịn lại cơng suất có ích trục, hay công suất ra: P2 = PC - Pmq - Tổng tổn hao công suất động là: Pth = Pđ1+Pt+Pđ2+Pmq Hiệu suất động cơ: η= P2 P2 = P1 P2 + Pth Moment điện từ động điện không đồng Gọi n1 Ω1 = 2πn1 vận tốc từ trường stator tính vòng/giây rad/ giây n = n1(1-s) Ω = Ω1(1-s) vận tốc rotor tính vịng/ giây rad/giây Ta có Ω1= 2πf/p = ω/p; với ω tần số góc dịng điện stator Moment quay động là:  s '2 3R '2 I2 PC 3R '2 I '22 Pdt s M     1 (1  s) 1s 1 Thay I2’ tính từ mạch tương đương gần đúng: U1 I '2  (R  R '2 / S)  X 2N Biên soạn: Lê Vĩnh Trường Lý thuyết tập máy điện 3R '2 U12 1s[( R  R '2 / s)  X 2N ] Từ ta có mối quan hệ moment hệ số trượt hay tốc độ sau: M M Mmax Mmm St s Đặc tuyến Moment động không đồng pha Điểm cực đại hình có toạ độ cho dM/ds = suy hệ số trượt tới hạn: R2' sm  R12  X n2 Thay smax vào phương trình ta moment cực đại M max  3.U12 21 ( R1  R12  X n2 ) Nhận xét: - Moment max không phụ thuộc vào điện trở rơtor - Điện trở rotor R’2 lớn sm lớn - Với tần số cho trước, Mmax tỷ lệ nghịch với điện kháng Xn Đối với động lồng sóc thường tỷ số sau: M max Mm  1,1  1,7  1,6  2,5 M dm M dm ; Quan hệ M, Mmax smax viết gần sau: M  2M max s s  max s max s Nếu gọi (s1, M1) (s2, M2) giá trị chế độ 2: M s2  (sm / s2 )  M s1  ( s m / s1 ) Biên soạn: Lê Vĩnh Trường Lý thuyết tập máy điện Các đặc tuyến động điện không đồng cos n  I1 M P2 Các đường đặc tuyến động không đồng pha M P  Pmq PC  1 (1  s) 1 (1  s) P1 P1  S P1  Q12 Mở máy động không đồng bộ: Khi thay s = vào phương trình dịng moment ta có: cos  Dịng mở máy: I mm  Moment mở máy: U1 ( R1  R2' )  ( X  X 2' ) M mm  3R2' U 12 1 ( Rn2  X n2 ) Phương trình cân động moment: d M  M c  M j  J dt Trong đó: - M, Mc Mj: moment điện từ, moment càn moment quán tính - J G.D : số quán tính 4.g g = 9,81 m/s2: gia tốc trọng trường G D: trọng lượng đường kính quần quay : tốc độ góc rotor Các phương pháp mở máy Khi mở máy động cần xét đến yêu cầu sau: Biên soạn: Lê Vĩnh Trường Lý thuyết tập máy điện - Phải có moment mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải - Dịng điện mở máy nhỏ tốt - Phương pháp mở máy thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắn - Tổn hao cơng suất q trình mở máy thấp tốt a/ Mở máy trực tiếp động điện rotor lồng sóc b/ Hạ điện áp mở máy - Nối điện kháng (hoặc điện trở) nối tiếp vào mạch điện stator: U’1 = k.U1đm , Imm giảm k lần Mmm giảm k2 lần - Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy: U’1 = k.U1đm , Imm giảm k2 lần Mmm giảm k2 lần - Biến đổi Y-: Imm giảm lần Mmm giảm lần - Mở máy phần c/ Mở máy cách thêm điện trở phụ vào mạch rotor Điều chỉnh tốc độ động điện không đồng bộ: - Thay đổi tốc độ đồng từ trường quay: + Thay đổi số đôi cực Tốc độ thấp 2p2 = 2.2p1 Tốc độ cao 2p2 = 2.2p1 Tỷ số BII M II Phương pháp Phương pháp Phương pháp đấu Phương pháp  đấu nhóm đấu pha nhóm đấu pha BI MI pha pha Nối tiếp Y Song song 0,58  Nối tiếp Song song 1,00 Y hay  YY hay  Song song hay Y Giống 1,16  nối tiếp trường hợp đấu cho số cực 2p2 Nối tiếp Song song YY 1,73  Nối tiếp hay Giống Y hay  Y hay  song song trường hợp đấu cho số cực 2p2 ( tham khảo tài liệu [3], tr115 [4], tr568) + Thay đổi tần số nguồn n  n1 (1  s )  Ta ln có: 60 f1 (1  s ) p U 1' f ' M'  U1 f1 M Khi yêu cầu moment không đổi (như máy cắt gọt kim loại) U 1' f'  hay U1 f1 U  const f Khi yêu cầu điều chỉnh tốc độ đảm bảo công suất Pcơ không đổi (P = M.), nghĩa M tỷ lệ nghịch với tần số f1 (như đầu máy điện) Biên soạn: Lê Vĩnh Trường Lý thuyết tập máy điện M ' f1  ' hay M f1 U 1'  U1 f1' f1 Khi yêu cầu moment tỷ lệ với bình phương tốc độ, nghĩa M tỷ lệ với f2 (như quạt gió) U 1'  f 1'    U  f1  Nhận xét: + f < fđm: M = const P = M. tỷ lệ tuyến tính với  hay f + f > fđm: U = Uđm, M giảm theo f P = const - Thay đổi độ trượt động làm việc cách: + Thay đổi điện áp nguồn + Thêm điện trở phụ vào mạch rotor R2 R2  R p  s s' + Thêm dịng điện có tần số thích hợp vào mạch rotor Trạng thái hãm máy điện không đồng - Hãm ngược (đổi thứ tự pha): Động nhận điện từ lưới từ phân truyền động biến thành nhiệt tiêu tán động + Khi Mc có tính chất lớn moment ngắn mạch động Mnm ( = 0) + Đổi thứ tự pha điện áp đặt vào stator động chuyển sang trạng thái hãm ngược Mc > Mnm động đảo chiều quay làm việc trạng thái hãm ngược - Hãm tái sinh (đổi thành máy phát điện): Động nhận lượng phản kháng từ nguồn để tạo từ trường quay trả lượng tác dụng vào nguồn + Khi điều chỉnh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp + Khi tải có tính (hệ thống cần trục, thang máy,…) xảy hãm tái sinh hạ tải - Hãm động năng: Động nhận từ phận chuyển động biến thành điện tiêu tán thành nhiệt động + Dùng để dừng nhanh động Máy phát điện không đồng - Làm việc với lưới điện - Làm việc độc lập Thí nghiệm khơng tải (giống máy biến áp) Thí nghiệm ngắn mạch (giống máy biến áp) Động không đồng pha Động không đồng pha sử dụng rộng rãi điện dân dụng điện công nghiệp (máy giặt, tủ lạnh, máy bơm, quạt, dụng cụ cầm tay, đồng Biên soạn: Lê Vĩnh Trường Lý thuyết tập máy điện hồ…); nói chung động nhỏ Thường danh từ “ động nhỏ “ động có cơng suất nhỏ 1hp Phần lớn động pha thuộc loại này, chúng chế tạo cấp công suất 1,5; 2; 3; 5; 7,5 10hp hai cấp điện áp 110V 220V Từ trường đập mạch dây quấn pha c) d) Nguyên lý làm việc B = Bm cost Biên soạn: Lê Vĩnh Trường Lý thuyết tập máy điện B  B1  B Với B1m = B2m = Bm/2 Từ trường quay B quay chiều với rôto lúc động làm việc, gọi từ trường quay thuận Từ trường quay B quay ngược chiều với rôto lúc động làm việc, gọi từ trường quay ngược Từ trường quay thuận B tác dụng lên dịng điện rơto tạo mơmen quay thuận M1; từ trường quay ngược B tạo mômen quay ngược M2 Tổng đại số hai mômen cho ta đặc tuyến mômen - vận tốc: M = M1 + M2 = f(n) Động dùng dây quấn phụ mở máy Động dùng tụ mở máy Động dùng tụ điện thường trực Biên soạn: Lê Vĩnh Trường 10 Lý thuyết tập máy điện c Dùng phương pháp mở máy với biến áp tự ngẫu pha, nối Y, tính tỷ số biến áp cần thiết để có điện áp câu b Tính dịng khởi động đường dây cấp điện cho động Bài 16: Động không đồng pha, 230 V, 60 Hz, 100 HP (1 HP = 746 W), cực, làm việc chế độ định mức có đm = 91%, tiêu thụ dịng I1đm = 148 A Cho biết tổn hao sắt PFe, tổn hao đồng stator Pcu1, tổn hao đồng rotor Pcu2 1697 W, 2803 W 1549 W Xác định: a Công suất điện tiêu thụ b Tổng tổn hao c Công suất điện từ truyền qua khe hở khơng khí d Tốc độ rotor e Hệ số công suất f Tổn hao (ma sát, quạt, tổn hao phụ) Bài 17: Một động không đồng ba pha rotor lồng sóc cực có thông số định mức: Pđm = 150 kW, Uđm = 380/220 V, fđm = 50 Hz, nđm = 1465 vòng/phút, đm = 92%; cosđm = 82% thông số mở máy trực tiếp: Mmm/Mđm = 1,25; Imm/Iđm = 5,5; cosmm = 0,33 Nguồn cung cấp cho động có điện áp U = 220 V chịu dòng điện tối đa 2000 A Động kéo tải có moment cản không phụ thuộc tốc độ M = Mđm/2 Hãy xác định: a Có thể mở máy trực tiếp động không? b Thông số cuộn kháng mắc nối tiếp dây quấn stator để mở máy động cơ? Bài 18: Một động không đồng rotor dây quấn, đấu /Y – 220/380 V, cung cấp nguồn điện có U = 380 V có tần số 50 Hz Động quay tải có moment cản khơng phụ thuộc tốc độ với n = 1455 vịng/phút Dây quấn stator có 120 vịng; kdq1 = 0,926; R1 = 0,205 ; X1 = 0,94  Dây quấn rotor có 60 vịng; kdq2 = 0,958; R2 = 0,0656 ; X2 = 0,27  Nhánh từ hóa có R10 = 1,5 ; X10 = 30  Tổn hao 500 W Hãy xác định: a Dòng stator I1, dòng rotor I2 dịng từ hóa I10? b Cơng suất nguồn cấp cho động công suất động phát tải? c Moment quay điện từ moment cản tải? d Nếu nguồn tăng tần số cung cấp cho động cơ: f’ = 65 Hz; U = 380 V động quay tải tốc độ nào? Bài 19: Cho động không đồng pha có thơng số định mức: - Cơng suất Pđm = 11 kW - Tần số fđm = 60 Hz - Điện áp Uđm = 220 V - Dòng tiêu thụ Iđm = 36,5 A - Tốc độ nđm = 1746 v/ph - Nối hình Y - Hệ số công suất cosđm = 0,86 Bỏ qua tổn hao Pcơ tổn hao phụ Ở chế độ định mức xác định: a Moment định mức Mđm, độ trượt định mức sđm Biên soạn: Lê Vĩnh Trường 23 Lý thuyết tập máy điện b Tổng tổn hao sắt PFe tổn hao stator P1 Tìm tốc độ quay n tải có đặc tính M = 2,7.10-5.n2 [N.m] (n tính [v/ph]) Bây dùng động với nguồn điện có U = Uđm, f = 50 Hz Xác định cơng suất đưa tải tải có M = Mđm Có nhận xét cơng suất máy giảm tần số nguồn cung cấp? Bài 20: Cho động khơng đồng rotor lồng sóc có thơng số định mức: Pđm = 2,8 kW, Uđm = 220/380 V, nối /Y, fđm = 50 Hz, nđm = 950 v/ph, hiệu suất đm = 82,5%, hệ số công suất cosđm = 0,78 Hãy xác định: a Độ trượt định mức sđm moment định mức Mđm động b Dòng điện định mức IđmY đấu hình Y dịng điện Iđm đấu hình  c Coi đặc tính M = f(s) tuyến tính đọan làm việc (0