Bài giảng Máy Điện

Bài giảng Máy Điện TB Chương 4: MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ I Giới thiệu máy điện quay AC I.1 Máy điện khơng đồng Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng Bài giảng Máy Điện TB I.2 Sức từ động dây quấn rải Với dòng điện chiều cấp vào cuộn dây, sức từ động khe hở kk là: Fa = Ni Họa tần bậc sức từ động theo khơng gian: Fa1 =  Ni   cosθ π  4 N ph i a   cos(θ )  4 N i  Dây quấn rải, có họa tần bậc sức từ động: Fa1 =  k dq π Dây quấn rải, nhiều cặp cực=P, có họa tần bậc 1: Fa1 =  k dq ph a  cos(Pθ ) 2P  π Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng Bài giảng Máy Điện TB Ví dụ 4.1: Cho máy điện hình trên, stator pha a có: cực vòng/khe, mang dòng điện ia Có tất 24 khe quấn dây, pha a vị trí khe: θa=67,5o, 82,5o, 97,5o, 112,5o =-112,5o, -97,5o, -82,5o, -67,5o, a) Viết phương trình tính sức từ động theo trục cuộn dây quấn theo khe 112,5o -67,5o? b) Viết phương trình tính sức từ động theo trục cuộn dây quấn theo khe -112,5o 67,5o? c) Viết phương trình tính vector khơng gian sức từ động tổng theo trục pha a? d) Tính hệ số ghép dây quấn kdq? e) Tính lại kdq khe bên ngồi biên pha a có vòng dây? Sức từ động phía rotor: Fr1 =  k r r r  cos(Pθ r ) 2P  π Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng Ni Bài giảng Máy Điện TB I.3 Từ trường máy điện quay H= 4 H a1 =  k dq π F F = g δ N ph i a   cos(Pθ ) Pδ  Ví dụ 4.2a: Cho máy điện có rotor cực, dây quấn rải, 263 vòng/pha, hệ số dây quấn 0,935, khe hở kk 0,7mm Tính biện độ dòng điện cần cung cấp để tạo biên độ từ trường 1,6T khe hở kk? Ví dụ 4.2b: Cho máy điện có rotor cực, dây quấn rải, 830 vòng/pha, khe hở kk 2,2cm Từ trường tạo dòng điện có biện độ 47A, từ trường đo khe hở kk 1,35T? Tính hệ số dây quấn rotor kr? Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng Bài giảng Máy Điện TB I.4 Sức từ động máy điện xoay chiều N i  4 Fa1 =  k dq ph a  cos(Pθ ) 2P  π Nếu cấp vào cuộn dây dòng điện xoay chiều: ia=Imcos(ωet), sức từ động theo khơng gian thời gian: Với θ e = Pθ Fa1 = Fm cos(Pθ ) cos(ωe t ) Với Fm = π k dq N ph I m 2P Fa1 = Fm cos(θ e ) cos(ωe t ) F Fa1 = m [cos(θ e − ωe t ) + cos(θ e + ωe t )] + Fa1 = Fm cos(θ e − ωe t ) − Fa1 = Fm cos(θ e + ωe t ) vector quay ngược chiều với tốc độ ωe theo thời gian Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng Bài giảng Máy Điện TB Nhiều pha: ia(t) =Im cos(ωet) ib(t) = Im cos(ωet – 1200) ic(t) = Im cos(ωet + 1200) + Fm cos(θ e − ωe t ) = Fm cos(θ e + ωe t ) Fa1 = Fa1 − + Fb1 = − Fb1 = Fm cos(θ e + ωe t + 1200 ) + Fc1 = − Fc1 = ⇒ hay Fm cos(θ e − ωe t ) Fm cos(θ e − ωe t ) Fm cos(θ e + ωe t − 120 ) Fm cos(θ e − ωe t ) F(θ , t ) = Fm cos(Pθ − Pωt ) F(θ , t ) = Sức từ động tổng quay với vận tốc góc: ω = ωm = ωe P ω 60 2πf 60f Vận tốc quay từ trường: n = 60 m = (vòng/phút=r/min=RPM) = 2π 2π P P Ví dụ 4.3: Tính tốc độ quay (vòng/phút) từ trường cho máy điện pha 50Hz có số cáp cực 1, 2, 3? Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng Bài giảng Máy Điện TB Phân tích hình học: I.5 Sức điện động cảm ứng máy điện xoay chiều Ni   4µ B = µ0 H =  k f r r  cos(Pθ r ) = Bm cos(Pθ r ) 2P   πδ 2π / P Φ = l ∫ Bm cos(Pθ r )rdθ r = Bm lr P − 2π / P λa = k dq N ph Φ cos(Pθ ) λa = k dq N ph Φ cos(Pωt ) Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng Bài giảng Máy Điện TB λa = k dq N ph Φ cos(ωe t ) dλ e = a = − k dq N phωe Φ sin(ωe t ) dt E m = k dq N phωe Φ = 2πf k dq N ph Φ E = 2πk dq N ph fΦ ≈ 4,44f k dq N ph Φ Ví dụ 4.4: Máy phát pha, nối Y, 50Hz: Rotor quay 3000RPM, dòng kích từ rotor If = 720Adc Tính a) Sức từ động cực đại Fm? b) Cường độ từ trường Bm khe hở kk? c) Từ thơng Φ m cực từ? d) Sức điện động cảm ứng hở mạch phía stator? I.5 Hiện tượng bảo hòa mạch từ từ thơng tản Phần sinh viên tự đọc tài liệu Hiện tượng bảo hòa mạch từ Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng Bài giảng Máy Điện TB Từ thơng tản Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng Bài giảng Máy Điện TB II Ngun lý hoạt động máy điện khơng đồng (KĐB) pha II.1 Cấu tạo Động KĐB: Tốc độ rotor # tốc độ từ trường quay Dễ sản xuất, giá thành rẻ, dễ vận hành, không bảo trì > 2HP (1500W) hay 3HP (2250W): pha Stator: ba cuộn dây nối Y hay ∆, thép kỹ thuật điện Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng 10 Bài giảng Máy Điện – – – – TB Mở máy động rotor lồng sóc: Dùng điện kháng nối tiếp: U1/k Imm giảm k Tmm giảm k2 Dùng máy biến áp tự ngẫu: U1/k Imm Tmm giảm k2 Đổi Y–>∆: biến áp tự ngẫu, với k = , Imm Tmm giảm lần Dùng dạng rãnh rôto đặc biệt để cải thiện đặc tính mở máy Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng 35 Bài giảng Máy Điện TB VIII Điều khiển tốc độ động khơng đồng 60f (vòng/phút) p 60f ns = (vòng/phút) p ns = Thay đổi số cực: Thay đổi tần số nguồn điện: U1/f = const (tránh tượng bão hòa mạch từ) Thay đổi điện áp nguồn điện: sth = const, Tmax thay đổi Thay đổi điện trở mạch rôto (dây quấn): sth thay đổi, Tmax = const Phương pháp đơn giản, tổn hao nhiệt lớn (động trung bình) T T Us giảm R 'r tăng? Tmax A2 A3 np A2 A1 A1 A3 n ns ns n IX Các đặc tính vận hành Đặc tính dòng điện stato I1 = f(P2) Đặc tính vận tốc n = f(P2) Đặc tính mômen điện từ T = f(P2) Đặc tính hệ số công suất cosϕ = f(P2) Đặc tính hiệu suất η = f(P2) η= P2 P2 + P0 + β Pn ηmax ⇔ P0 = β2Pn Với Po cơng suất khơng tải điện áp định mức Và Pn cơng suất ngắn mạch dòng điện định mức ns n η cosϕ0 I0 cosϕ Is T Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng Pout.r Pout 36 Bài giảng Máy Điện TB X Tính tốn thí nghiệm ngắn mạch (Blocked-rotor) tần số thấp fbl tần số định mức fr (rate) (khơng bỏ qua điện kháng nhánh từ hóa Xm) Nếu thí nghiệm ngắn mạch khơng bỏ qua Xm phải giữ cho Xm = const, hay X ~Φ~ U U U = const = bl = r , tần số rotor nhỏ tần số định mức (theo IEEE f f bl fr quy định tần số thí nghiệm ngắn mạch 25% tần số định mức) &I s Rs jXs &I r jX’r R 'r &I m & U s 1− s ' Rr s jXm Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = &I s Rs jXsbl &I r jX’rbl R 'r &I m & U s jXmbl Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = Z nbl = R bl + jX bl = R dm = R bl = U nbl I nbl Pbl 3I s2bl f  X dm =  n X bl  f bl  X bl = Z 2nbl − R 2bl hay: f   f  Q X n =  n X bl =  n  2bl  f bl   f bl  3I s bl Q bl = S 2bl − Pbl2     R n = R bl = Pbl 3I s2bl Đã tính Z n = R n + jX n &I s Rs jXs &I r R 'r jX’r &I m & U s jXm Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = Với Z n = R s + jX s + (R 'r + jX 'r )// ( jX m ) = R n + jX n ' '       '2 X 2m  + j X s + X m  R r + X r (X m + X r )  Z n =  R s + R 'r   R ' + (X + X ' )2    R ' + (X + X ' )2   m r m r  r    r  Hình vẽ Chương 4: Máy điện khơng đồng 37 Bài giảng Máy Điện TB (xem R’r > Xn: với với X r' = ( X n − X s ) X m = (X − X s ) X 'r ( X s ≈ X 'r ) ' r    đó: Q bl = S 2bl − Pbl2 f   f  Q X n =  n X bl =  n  2bl  f bl   f bl  3I s bl     R n = R bl = Pbl 3I s2bl R n = R bl = Pbl 3I s2bl Hay: Z bl = U bl I bl f  X n =  n  X bl = Z 2bl − R 2bl  f bl  Chú ý: Khi giảm tần số điện kháng giảm, nên tổng trở giảm theo Vì vậy, để dòng điện In khơng q định mức Un phải giảm nhiều Và từ thơng khơng đổi nên Rm = const, Xm giảm đi, việc bỏ qua Rm dẫn đến sai số lớn hơn! Hơn nữa, Xm giảm nên điều kiện R’r