Chuong6 may dien khong dong bo

Chương Máy điện không đồng CHƯƠNG MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ §6.1 KHÁI NIỆM CHUNG Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rotor n (tốc độ máy) khác với tốc độ quay từ trường (n1) Cũng máy điện quay khác, Máy điện không đồng có tính thuận nghịch, nghĩa làm việc chế độ động chế độ máy phát Máy phát điện khơng đồng có đặc tính làm việc khơng tốt máy phát điện đồng , nên sử dụng Động điện khơng đồng có cấu tạo vận hành đơn giản, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên sử dụng nhiều sản xuất sinh hoạt Động điện khơng đồng có cơng suất lớn 600W thường loại ba pha có ba dây quấn làm việc, trục dây quấn lệch khơng gian góc 1200 điện Các động khơng đồng công suất nhỏ 600W thường động pha hai pha Động hai pha có hai dây quấn làm việc, trục hai dây quấn đặt lệch khơng gian góc 900 điện §6.2 CẤU TẠO Cấu tạo máy điện khơng đồng (hình 6-1) gồm hai phận stator rotor; ngồi có vỏ máy, nắp máy, bảng đấu dây stator dây quấn rotor Hình 6-1 124 Chương Máy điện không đồng a) Phần tĩnh (Stator): − Gồm phận lõi thép dây quấn stator − Lõi thép stator hình trụ thép kỹ thuật điện có dập rãnh bên ghép lại tạo thành rãnh theo hướng trục Lõi thép ép chặt vào vỏ máy − Dây quấn stator làm dây dẫn có bọc cách điện Kết cấu Stator khơng có dây quấn Hình 6-2 Lá thép Stator b) Phần quay (Rotor): − Gồm lõi thép, dây quấn trục máy − Lõi thép gồm thép kỹ thuật điện có dập rãnh ghép lại tạo thành rãnh theo hướng trục, có lỗ để lắp trục − Dây quấn rotor: có kiểu rotor dây quấn rotor ngắn mạch (còn gọi rotor lồng sóc) 125 Chương Máy điện khơng đồng Rotor lồng sóc Lá thép rotor dây quấn Hình 6-3 c) Các phận phụ: − Vỏ máy thường đúc nhôm gang − Chổi than vành trượt để nối dây quấn rotor với điện trở bên (đối với máy loại rotor dây quấn) Cấu tạo Rotor dây quấn Hình dạng bên ngồi động KĐB Hình 6-4 dây quấn vành tiếp xúc a) b) Hình 6-5 Rotor dây quấn ký hiệu máy điện rotor dây quấn 126 Chương Máy điện khơng đồng §6.3 TỪ TRƯỜNG QUAY 6.3.1 Sự tạo thành từ trường quay: v Từ trường đập mạch dây quấn pha: Từ trường dây quấn pha có phương khơng đổi, song trị số chiều biến đổi theo thời gian gọi từ trường đập mạch − Xét máy điện có cấu tạo đơn giản, stator có cuộn dây gồm vòng dây đặt hình vẽ I Im T a b c d 3T e t T Bm Bm x Hình 6-6:Sự hình thành từ trường đập mạch dây quấn pha − Cho dòng điện sin qua cuộn dây Trong ½ chu kỳ đầu, dòng điện dương, véctơ từ trường B hướng theo trục Ox, độ lớn tăng dần từ đến Bm từ Bm trở Nửa chu kỳ sau, dòng điện đổi chiều, véctơ B hướng theo chiều ngược lại độ lớn thay đổi tương tự ½ chu kỳ đầu Véctơ B có hướng khơng đổi gọi từ trường đập mạch (không phải từ trường quay) v Từ trường quay dây quấn pha: Dòng điện xoay chiều pha có ưu điểm lớn tạo từ trường quay máy điện − Xét máy KĐB đơn giản gồm có cuộn dây stator AX, BY, CZ đặt rãnh Trục dây quấn lệch khơng gian góc 120o điện 127 Chương Máy điện không đồng i iA iB iC t ωt = 900 + 2400 ωt = 900 0 ωt = 90 + 120 Hình 6-7 − Giả thiết dây quấn pha có dòng điện pha đối xứng chạy qua i A = I max sin ωt i B = I max sin(ωt − 120o ) i C = I max sin(ωt − 240o ) r r − Thời điểm ωt = 90o , I A max , I B & I C 〈 B ≡ IA r r − Thời điểm ωt = 90 o + 120 o , I B max , I A & I C 〈 B ≡ IB r r − Thời điểm ωt = 90 o + 240 o , I C max , I B & I A 〈 B ≡ IC Như ta thấy, từ trường tổng pha quay 120o, 240o Từ trường quay gọi từ trường quay đôi cực, thay đổi cách cấu tạo dây quấn stator ta có từ trường quay 2, 3, p đơi cực Hình 6-8 128 Chương Máy điện không đồng 6.3.2 Tính chất từ trường quay: v Tốc độ từ trường quay: − Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số f số đôi cực p • Khi từ trường có đơi cực, tốc độ từ trường quay n1 = f vòng/giây • Khi từ trường có đơi cực n1= f/2 vòng/giây • Tổng qt, có p đơi cực tốc độ từ trường quay Hoặc n1 = f vòng/giây p n1 = 60 f vòng/phút p v Chiều quay từ trường quay: − Chiều quay từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha dòng điện − Muốn thay đổi chiều quay từ trường, ta đảo thứ tự pha với v Biên độ từ trường quay: − Từ trường quay sinh từ thông φ xuyên qua dây quấn Từ thơng biến thiên hình sin có biên độ 3/2 từ thông cực đại pha Φ max = Tổng quát, dây quấn m pha: Φ max = Φ p max m Φ p max §6.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 6.4.1 Động điện khơng đồng bộ: Khi cho dòng điện pha tần số f vào dây quấn stator sinh từ trường quay p đôi cực, 60 f quay với tốc độ n1 = Từ trường quay cắt dẫn dây quấn rotor cảm ứng p thành sức điện động Vì rotor nối ngắn mạch nên sức điện động sinh dòng điện dẫn rotor, lực điện từ tác dụng tương hỗ từ trường dẫn có dòng điện kéo rotor quay theo chiều quay từ trường quay với tốc độ n Để minh hoạ, hình 6-9a vẽ từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động dòng điện cảm ứng dẫn rotor, chiều lực điện từ Khi xác định sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải, ta vào chiều chuyển động tương đối dẫn từ trường Nếu coi từ trường đứng yên chiều chuyển động dẫn ngược chiều n1, từ áp dụng qui tắc bàn tay phải xác định chiều sức điện động hình vẽ ( dấu ⊗ chiều từ vào ) Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay n1 129 Chương Máy điện không đồng Tốc độ n máy nhỏ tốc độ n1 n = n1 khơng có chuyển động tương đối dẫn rotor từ trường quay, dây quấn rotor dòng điện cảm ứng, lực điện từ Hình 6-9: Sơ đồ nguyên lý làm việc động không đồng Độ chênh lệch tốc độ từ trường quay rotor gọi tốc độ trượt: n2 n2 = n1 − n Hệ số trượt tốc độ là: n n −n s= = n1 n1 Khi rotor đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = Khi rotor quay tốc độ định mức s = 0,02 ÷ 0,06 Tốc độ động là: 60 f n = n1 (1 − s) = (1 − s) vòng/phút p 6.4.2 Nguyên lý làm việc máy phát điện không đồng Nếu stato nối với lưới điện, trục rotor không nối với tải mà nối với động sơ cấp Dùng động sơ cấp kéo rotor quay chiều với n1( trên) với tốc độ quay n lớn tốc độ từ trường n1 Lúc này, chiều dòng điện rơto I2 ngược lại với chế độ động lực điện từ đổi chiều Lực điện từ tác dụng lên rotor ngược với chiều quay, gây moment hãm cân với moment quay động sơ cấp, hình 6-4b, máy điện làm việc chế độ máy phát Hệ số trượt là: n −n n1, lúc này: 1− s )r2′ < Pcơ = m1 I 2′ ( s nên máy lấy công suất từ ngồi vào Cơng suất điện từ: r′ Pđt = m1 I 2′ 2 > s nên máy lấy công suất điện từ lưới vào Lúc động chuyển sang chế độ máy phát, moment điện từ sinh có chiều ngược với chiều quay rotor Để hãm động phương pháp hãm điện từ, người ta sử dụng phương pháp hãm sau: § Phương pháp hãm đổi thứ tự pha: động làm việc bình thường rotor quay chiều với từ trường quay Sau cắt mạch điện, muốn động ngừng quay nhanh chóng, ta đóng cầu dao phía khác để đổi thứ tự pha đặt vào stator Do quán tính phần quay, rotor quay theo chiều cũ lúc từ trường quay đổi thứ tự pha nên quay ngược lại nên động chuyển sang chế độ hãm, moment điện từ sinh có chiều ngược với chiều quay rotor có tác dụng hãm nhanh chóng phẳng tốc độ quay động Khi rotor ngừng quay, phải cắt mạch điện không động quay theo chiều ngược lại § Phương pháp hãm đổi thành máy phát điện: tức đổi động sang chế độ máy phát, tốc độ từ trường quay bé tốc độ rotor chiều Ta biết làm việc chế độ động điện, tốc độ rotor gần tốc độ từ trường quay hãm cần đổi nối làm tăng số đôi cực dây quấn phần ứng lên, lúc tốc độ rotor lớn tốc độ từ trường sau đổi nối, động trở thành máy phát điện trả lượng nguồn, đồng thời xuất moment hãm động lại § Phương pháp hãm động năng: phương pháp này, sau cắt nguồn điện xoay chiều vào động cơ, đóng nguồn điện chiều vào dây quấn stato dòng điện chiều lấy từ chỉnh lưu qua dây quấn stato tạo thành từ trường chiều máy Rotor qn tính, quay từ trường dây quấn rotor cảm ứng nên sức điện động dòng điện cảm ứng tác dụng với từ trường nói tạo thành moment điện từ chống lại chiều quay máy 6.4.4 Các tình trạng làm việc a) Tình trạng ngắn mạch Là tình trạng dây quấn stato bị hư cách điện làm chạm số vòng dây quấn, lúc giá trị dòng điện chạy động lớn làm cháy động 131 Chương Máy điện không đồng Hoặc động hoạt động bình thường, lý mà rôto bị giữ chặt không quay gây nên tình trạng ngắn mạch cho động b) Tình trạng khơng tải Là tình trạng khơng có gắn phụ tải (phụ tải cơ) vào trục động Lúc tồn cơng suất phát đầu trục động không tiêu thụ phụ tải chuyển hóa thành nhiệt làm nóng lõi thép, lâu ngày làm già cách điện dẫn đến chạm vòng dây quấn, gây cháy động c) Tình trạng điện pha Khi động pha làm việc bình thường với phụ tải phù hợp, lúc từ trường quay bên stato quay Vì lý mà điện pha, lúc từ trường bên stato bị lệch phía làm bó chặt khơng cho rơto quay, dòng điện chạy cuộn dây stato lớn, gây nóng cháy động d) Tình trạng có tải Là tình trạng có gắn phụ tải (cơ) vào đầu trục động Nếu công suất phụ tải > công suất động tình trạng tải, lúc dòng điện chạy cuộn dây stato lớn, gây nóng cháy động Còn cơng suất phụ tải ≈ cơng suất động tình trạng đủ tải, tình trạng làm việc tốt động e) Các nguyên nhân gây cháy động Có nguyên nhân bản: - Quá tải - Ngắn mạch - Mất pha - Điện áp đưa vào động lớn so với điện áp định mức động - Điện áp đưa vào động nhỏ so với điện áp định mức động §6.5 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN TỪ 6.5.1 Phương trình cân điện áp stator: − Dây quấn stator động KĐB tương tự dây quấn MBA, nên ta có phương trình cân điện áp stator là: U& = Z1 I&1 − E& Trong đó: tổng trở dây quấn stator § Z1 = R1 + j X1 + R1 điện trở dây quấn stator + X1 = 2.π f L1 điện kháng tản dây quấn stator + f tần số dòng điện stator + L1 điện cảm tản stator § E& sức điện động pha stator từ thông từ trường quay sinh ra, có trị số là: E1 = 4,44 f W1 kdq1 φ max + k dq1 hệ số dây quấn pha stator k dq1 < nói lên suy giảm sức điện động dây quấn kết cấu dây quấn rải rãnh so với dây quấn tập trung MBA + φmax biên độ cực đại từ thông từ trường quay 132 Chương Máy điện khơng đồng 6.5.2 Phương trình cân điện áp dây quấn rotor: − Các sức điện động cảm ứng mạch rotor động KĐB phụ thuộc vào tần số dòng điện rotor f2, mà tần số lại phụ thuộc vào tốc độ quay rotor từ trường quay Ta chọn trường hợp cụ thể để xét là: • Khi rotor đứng yên: f2 = f p.n s.p.n1 f2 = = = s.f • Khi rotor quay với tốc độ n: 60 60 − Sức điện động pha dây quấn rotor lúc quay tốc độ n là: E2 s = 4,44 f W2 kdq2 φ max = 4,44.s f W2 kdq2 φ max • k dq hệ số dây quấn dây quấn rotor − Sức điện động pha dây quấn rotor lúc đứng yên là: E2 = 4,44 f W2 kdq2 φ max − Như E 2s = s.E − Cũng tương tự vậy: X 2s = 2.π.f2 L = s.2.π.f L = s.X • L2 điện cảm tản pha rotor • X = 2πfL điện kháng tản pha rotor đứng yên − Lập tỷ số sức điện động pha stator rotor: ke = W k E1 = dq1 gọi hệ số qui đổi sđđ rotor E2 W2 kdq2 − Vì dây quấn rotor ngắn mạch nên phương trình vân điện áp dây quấn rotor lúc quay tốc độ n là: I&2 ( R2 + j X s ) = − E& s hay: • • I2 = − E& s − I&2 ( R2 + j X s ) = Trong phương trình trên, dòng điện rotor có tần số f2 = s.f Trị số hiệu dụng I2 là: s.E2 R2 + (s X ) 2 6.5.3 Phương trình cân sức từ động: − Khi động làm việc, từ trường quay máy dòng điện stator rotor sinh • Dòng điện stator sinh từ trường quay stator tốc độ n1 stator • Dòng điện rotor sinh từ trường quay rotor tốc độ n2 rotor n2 = 60 f2 s.60 f2 = = s.n1 p p 133 Chương Máy điện không đồng − Nếu làm phép biến đổi: R'2 R' (1 − s) = R'2 + s s Sơ đồ thay động KĐB vẽ sơ đồ hình (c), đó: + Rn = R1 + R'2 + X n = X + X '2 + R'2 (1 − s) đặc trưng cho công suất động s Xn Rn I1 I’2 R0 ~U1 R2' I0 X0 (1 − s ) s Hình 6-11 §6.7 GIẢN ĐỒ NĂNG LUỢNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Động điện lấy điện từ lưới điện vào với P1 = m1U1I1cosϕ1 Một phần nhỏ cơng suất biến thành tổn hao đồng dây quấn stator ∆PCu1 = m1 I12 R1 tổn hao lõi sắt stator ∆Pst = m1 I 02 Rm , phần lớn cơng suất đưa vào chuyển thành công suất điện từ Pđt truyền qua rotor Đồ thị trình lượng vẽ hình, số pha stator m1 = ∆Pđ đ ∆Pđ st ∆Pđ đ P1 Pđt ∆Pđ cf P2 Pcơ Sator Rotor Hình 6-12 P1: Cơng suất điện động tiêu thụ lưới điện 136 Chương Máy điện không đồng P1 = m1U1I1cosϕ1 U1, I1: điện áp pha dòng điện pha Cơng suất điện từ Pđt = P1 – ∆Pđ1 - ∆Pst R2' R = 3I 22 Pđt = 3I s s '2 ∆Pđ1 = m1 I12 R12 Công suất hữu ích P2 nhỏ cơng suất trục động máy quay có tổn hao ∆Pcơ tổn hao phụ ∆Pf P2 = Pcơ – ∆Pcf Vì rotor có dòng điện nên có tổn hao đồng rotor ∆Pđ2 = m1 I 2′ R2′ Do cơng suất trục động Pcơ bằng: Pcơ = Pđt - ∆Pđ2 Như tổng tổn hao động điện bằng: Σ∆P = ∆Pst + ∆Pđ1 + ∆Pđ2 + ∆cf Và cơng suất hữu ích là: P2 = P1 - Σ∆P Hiệu suất động điện: η= P2 P2 = P1 P2 + ∑ ∆P §6.8 MOMENT QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Ở chế độ động cơ, moment điện từ động đóng vai trò moment quay: M = M ñt = Pđt = 3.I ' Pñt ω1 R' s ω1 tần số góc từ trường quay, ω1 = ω p U1 I '2 = ( R1 + R'2 ) + ( X + X '2 ) s 137 Chương Máy điện không đồng 3.U R ' p ⇒ M = R'   s.ω ( R1 + ) + ( X + X ' )  s   v Các đặc điểm Moment quay: − Moment quay tỷ lệ với bình phương điện áp nên điện áp thay đổi moment thay đổi nhiều ∂M − Moment có trị số cực đại ứng với giá trị sth làm cho đạo hàm =0 ∂s Sau tính đạo hàm ta được: sth = R'2 R'2 ≈ R1 + X1 + X '2 X1 + X ' M max = 3.P.U1 2.ω  R1 +  2 3.P.U1 ≈ R1 + ( X1 + X '2 )  2.ω ( R1 + X1 + X '2 )  − Hệ số trượt tới hạn tỉ lệ thuận với điện trở rotor ( R' ), Mmax khơng phụ thuộc vào điện trở rotor Khi cho Rp vào mạch rotor, đặc tính M = f(s) thay đổi hình vẽ, tính chất sử dụng để điều chỉnh tốc độ mở máy động KĐB rotor dây quấn − Gần đúng, quan hệ M, Mmax sth M = 2.M max s s + th sth s Thay s = ta có moment mở máy động KĐB: M mở = 3.P.U1 R'2 ω ( R1 + R'2 ) + ( X1 + X '2 ) [ ] − Đối với động KĐB rotor lồng sóc, thường cho tỉ số sau: M mở M max = 1,1 ÷ 1,7 = 1,6 ữ 2,5 M ủm M ủm Đ6.9 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Động KĐB pha muốn mở máy moment mở máy phải lớn moment cản (MC)của tải lúc mở máy, đồng thời moment động phải đủ lớn để thời gian mở máy phạm vi cho phép Khi mở máy, dòng điện mở máy lớn ÷ lần dòng định mức, lưới điện cơng suất nhỏ làm ảnh hưởng điến điện áp lưới Vì ta phải có biện pháp hạn chế dòng mở máy 6.9.1 Mở máy động KĐB rotor lồng sóc: a) Mở máy trực tiếp: 138 Chương Máy điện khơng đồng Mạng điện Cầu dao Cầu chì Động lồng sóc Hình 6.13 Đây phương pháp đơn giản nhất, việc đóng điện trực tiếp động vào lưới điện Khuyết điểm phương pháp dòng điện mở máy lớn, ảnh hưởng đến điện áp lưới nhiều Nếu quán tính động lớn thời gian mở máy lâu làm chảy cầu chì bảo vệ Vì phương pháp dùng công suất nguồn lớn công suất động nhiều b) Giảm điện áp stator mở máy: Khi ta mở máy giảm điện áp đặt vào động để làm giảm dòng mở máy làm moment mở máy động giảm nhiều, sử dụng trường hợp khơng u cầu moment mở máy lớn Có biện pháp làm giảm điện áp mở máy Mạng sau: Ø Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch Stator: điện Cầu dao Điện kháng Cầu dao Hình 6.14 139 Chương Máy điện khơng đồng Điện áp mạng đặt vào động thông qua điện kháng Sau mở máy, tốc độ động ổn định ta ngắn mạch điện kháng để động làm việc với điện áp định mức Nhờ có điện áp rơi điện kháng, điện áp đặt trực tiếp stator động giảm k lần, dòng khởi động giảm k lần song moment khởi động giảm k2 lần Ø Dùng máy biến áp tự ngẫu: Mạng điện Cầu dao Biến áp tự ngẫu a a a b b b Động Hình 6.15 Điện áp mạng đặt vào sơ cấp máy tự biến áp (hình 6-15), điện áp thứ cấp MBA đưa vào động Thay đổi vị trí chạy để điện áp đưa vào động lúc khởi động nhỏ, sau tăng dần lên đến định mức Gọi k tỷ số MBA, U1 điện áp pha lưới điện, Zn tổng trở động lúc mở máy Điện áp pha đặt vào động mở máy là: U U đc = k Dòng điện chạy vào động lúc có MBA: 140 Chương Máy điện khơng đồng U đc U = zn k.zn Dòng điện lưới cung cấp cho động có MBA (dòng điện sơ cấp máy tự biến áp) I U I1 = ñc = k k zn Khi mở máy trực tiếp U I1 = zn So sánh ta thấy, lúc có máy tự biến áp, dòng điện lưới giảm k2 lần, ưu điểm so với phương pháp dùng điện kháng Vì phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu thường dùng nhiều với động có cơng suất lớn I ñc = c) Đổi nối – tam giác Phương pháp dùng bình thường động vận hành với lưới điện cách đấu tam giác Khi khởi động, ta nối hình để điện áp đặt vào pha giảm lần Sau khởi động xong, ta nối lại thành hình tam giác qui định máy Khởi động phương pháp dòng điện dây lưới giảm lần, moment khởi động giảm lần Mạng điện Cầu dao C B A Z Y X Hình 6.16 Cầu dao nối Cầu dao nối tam giác 141 Chương Máy điện không đồng 6.9.2 Mở máy động KĐB rotor dây quấn: Hình 6.17 − Khi mở máy, dây quấn rotor nối với biến trở mở máy Đầu tiên để biến trở lớn sau giảm dần Đường đặc tính moment ứng với giá trị Rm vẽ hình 6-18 − Muốn moment mở máy cực đại, hệ số trượt tới hạn phải R' + R'm sth = =1 X1 + X '2 Từ xác định điện trở Rm cần thiết − Khi có Rm dòng điện mở máy là: U1 Im = ( R1 + R'2 + R'm ) + ( X1 + X '2 ) − Như vậy, nhờ có Rm mà dòng điện mở máy giảm xuống moment mở máy tăng, chình ưu điểm lớn động KĐB rotor dây quấn §6.10 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Từ biểu thức tốc độ động KĐB: 60 f n= (1 − s) p Ta thấy, với động KĐB rotor lồng sóc điều chỉnh tốc độ cách sau: § Thay đổi tần số dòng điện stator 142 Chương Máy điện khơng đồng § Đổi nối dây quấn stator để thay đổi số đơi cực p § Thay đổi điện áp đặt vào stator để thay đổi hệ số trượt s § Đối với động KĐB rotor dây quấn thường điều chỉnh cách thay đổi điện trở rotor 6.10.1 Thay đổi tần số: − Thay đổi tần số dòng điện stator biến tần − Từ thông φmax tỷ lệ thuận với U f Khi thay đổi tần số người ta muốn giữ cho φmax không đổi Muốn phải điều chỉnh đồng thời tần số điện áp để giữ cho tỷ số điện áp tần số không đổi 6.10.2 Thay đổi số đôi cực: Số đôi cực động phụ thuộc vào kết cấu dây quấn stator Động KĐB có cấu tạo dây quấn để thay đổi cực từ gọi động nhiều cấp tốc độ Phương pháp sử dụng cho loại rotor lồng sóc 6.10.3 Thay đổi điện áp: Giả sử điện áp đặt vào mạch stator động điều chỉnh được, moment quay động tỷ lệ với bình phương điện áp moment thay đổi dẫn tới tốc độ thay đổi Trên đồ thị, điều chỉnh điện áp thấp dần, ta có đặc tính tương ứng 1, 2, Các đặc tính có moment giảm thấp, ứng với moment phụ tải không đổi, độ trượt s tăng từ s1 tới s2, s3 làm tốc độ quay giảm xuống Tuy nhiên, cách điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp có nhiều nhược điểm: moment động giảm nhiều làm giảm khả tải động cơ, làm cho đặc tính động mềm đi, tốc độ quay không ổn định 6.10.4 Thay đổi điện trở phụ nối vào rotor: Đối với động rotor dây quấn sử dụng điện trở mạch rotor để điều chỉnh tốc độ (sơ đồ hình 6-18) Thật vậy, ta thấy từ biểu thức: 3.I r2 s= M ω1 Hình 6.18 Nếu moment phụ tải khơng đổi moment quay động khơng đổi, r2 tăng độ trượt s tăng cho tốc độ quay giảm Cách điều chỉnh thường sử dụng với cấu trục cần điều chỉnh tốc độ ngắn hạn 143 Chương Máy điện khơng đồng §6.11 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG Cấu tạo máy điện không đồng ba pha, phân biệt vai trò cơng dụng roto lồng sóc roto dây quấn Từ trường máy điện không đồng Nguyên lý làm việc máy điện khơng đồng Mơ hình tốn học động khơng đồng Sơ đồ thay động không đồng So sánh với sơ đồ thay máy biến áp Mở máy điều chỉnh tốc độ động khơng đồng §6.12 BÀI TẬP CHƯƠNG Bài 6-1: Một động KĐB pha rôto dây quấn, số vòng dây pha stato W1 = 96, rơto W2 = 80 Hệ số dây quấn stato kdq1 = 0,945; rơto kdq2 = 0,96 Tần số dòng điện stato f = 50Hz, từ thông cực từ Фm = 0,02Wb 1) Tính sức điện động pha cảm ứng dây quấn stato rôto lúc quay với tốc độ 950v/p lúc rơto bị ghìm đứng n 2) Tính tần số dòng điện rơto trướng hợp 3) Cho điện trở dây quấn rôto R2 = 0,06Ω điện kháng dây quấn rơto X2 = 0,1Ω Tính dòng điện rơto trướng hợp Giải Lúc rôto đứng yên sức điện động cảm ứng: E1 = 4,44*f*W1* kdq1*Фm = 4,44*50*96*0,945*0,02 = 403V E2 = 4,44*f*W2* kdq2*Фm = 4,44*50*80*0,96*0,02 = 341V Lúc rôto quay với tốc độ n = 950v/p, hệ số trượt là: 1000 − 950 s= = 0,05 1000 Sức điện động cảm ứng stato: E1 = 403V Sức điện động rôto lúc rôto quay: E2 = s*E20 = 0,05*341 = 17V Dòng điện rơto lúc không quay: E20 341 I20 = = = 2924A R22 + X 22 (0,06)2 + (0,1) Dòng điện rôto lúc quay với s =0,05 E2 17 I2 = = = 282A R 2 + sX 2 (0,06) + (0,05 * 0,1)2 So sánh I20 I ta thấy rỏ: Lúc rơto bị ghìm khơng quay dòng điện rơto tăng lên nhiều Bài 6-2: Động điện KĐB pha rôto dây quấn, số đôi cực p = 2, hệ số qui đổi sức điện động dòng điện ke = ki = Điện trở điện kháng pha rôto lúc đứng yên R2 = 2Ω, X2 = 2Ω Cho sđđ pha stato gần điện áp đặt vào, tổn hao đồng dây quấn stato tổn hao đồng dây quấn rôto, tổn hao sắt từ ΔPst = 145W, tổn hao ma sát tổn hao phụ ΔPms = 145W Tính dòng điện rơto, cơng suất hữu ích P2, hiệu suất động làm việc với hệ số trượt s = 0,04 Động đấu Y/Δ-380V/220V.Điện áp dây lưới điện Ud = 380V, tần số f = 50Hz 144 Chương Máy điện không đồng Giải Với lưới điện Ud = 380V động đấu sao: 380 U = 220V E1f = d = 3 Sức điện động pha rôto lúc đứng yên: E 220 E20 = f = = 110V ke Dòng điện pha rôto lúc quay: sE20 0,04 *110 I2 = = = 20,43A R 2 + sX 2 (0,2) + (0,04 * 2)2 Dòng điện pha stato lúc rơto quay: 20,43 I I1 = = = 10,21A kt Công suất điện từ: * 0,2 * (20,43) 3R2 I Pdt = = = 6261W 0,04 s Tổn hao đồng stato rôto: ΔPd1 = ΔPd2 = 3R2I22 = 3*0,2*(20,43)2 = 250,4W Công suất toàn bộ: Pcơ = Pdt - ΔPd2 = 6261 – 250,4 = 6010,6W Cơng suất hữu ích trục: P2 = Pcơ - ΔPms = 6010,6 – 145 = 5865,6W Công suất điện cung cấp cho động cơ: P1 = P2 + ΔPms + ΔPd2 + ΔPst + ΔPd1 = 5865,6 + 145 +250,4 + 145 + 250,4 = 6655,4W Hiệu suất động điện: 5865,6 P η= = = 0,88 6655,4 P1 Bài 6-3: Động điện KĐB pha cực từ Khi mang tải từ không đến định mức, hệ số trượt tăng từ 0,005 đến 0,04.xác định phạm vi biến thiên tần số dòng điện rơto tốc độ quay rơto Biết tần số f = 50Hz Giải số đôi cực cực từ p = Tốc độ quay từ trường: 60 f 60 * 50 = = 1500v/p n1 = p tốc độ quay rôto: n = n1 (1 – s) = với s = 0,005 Thì n = 1500 (1 – 0,005) = 1492 v/p tốc độ quay rôto: n = n1 (1 – s) = với s = 0,04 145 Chương Máy điện không đồng Thì n = 1500 (1 – 0,04) = 1440 v/p Tần số dòng điệ rơto f2 = s*f với s = 0,005 Thì f2 =0,005*50 = 0,25Hz Với s = 0,04 f2 =0,04*50 = 2Hz Vậy tốc độ tần số dòng điện rơto nằm giới hạn: 1440 ≤ n ≤ 1492 v/p 0,25Hz ≤ f ≤ 2Hz Ta có nhận xét sau: tần số dòng điện rơto nhỏ, nên tổn hao sắt từ rơto bỏ qua Bài 6-4: Động điện KĐB pha đấu Y/Δ 380V/220V Số vòng dây pha stato W1 = 336 vòng.hệ số dây quấn kdq1 = 0,96 Giả sử tổn thất điện áp điện trở điện kháng tản chiếm 4%U1 Động đấu vào lưới điện có điện áp Ud = 220V, tần số f = 50Hz Xác định cách đấu dây quấn stato, từ thông cực đại dây quấn stato đấu hình từ thơng Giải Từ thông cực đại: 0,96 * U d 0,96 * 220 Фm = = = 2,95*10-3 Wb 4,44 * 50 * 336 * 0,96 4,44 * f * W1 * k dq1 Nếu dây quấn đấu hình điện áp đặt lên pha dây quấn: 220 = 127V U1 = 0,96 * U d 0,96 * Фm = = = 1,7*10-3 Wb 4,44 * 50 * 336 * 0,9 4,44 * f * W1 * k dq1 Từ thông giảm lần Bài 6-5: Động điện KĐB pha có số liệu sau: Δ/Y-220V/380V 6,6A/3,8A cosφ = 0,8 Động đóng vào mạng điện có điện áp dây 380V Xác định cách đấu dây động cơ, công suất tác dụng phản kháng động tiêu thụ cảu mạng điện Giải Với thơng số ta kết ln động đấu hình Cơng suất tác dụng động tiêu thụ là: P1 = *U1*I1* cosφ1 = * 380 *3,8*0,8 = 2000W Công suất phản kháng động tiêu thụ là: Q1 = *U1*I1* sinφ1 = * 380 *3,8* 1− 0,8 = 1500VAr Bài 6-6: Động điện KĐB pha rôto dây quấn có R2 = 0,0278Ω, tốc độ định mức 970 v/p Hiệu suất định mức 0,885 Tính điện trở phụ Rp mắc vào mạch rôto để tốc độ động 700 v/p Cho biết momen cản tải không phụ thuộc vào tốc độ Giải 146 Chương Máy điện không đồng Momen cản không đổi dẫn d6én momen điện từ không đổi nên R R '2 không đổi không đổi s s Hệ số trượt định mức: 1000 − 970 sdm = = 0,03 1000 Hệ số trượt n = 700 v/p 1000 − 700 = 0,3 sdm = 1000 R2 + R p R Vậy = s s dm 0,0278 0,0278 + R p Tương đương với = 0,3 0,03 Giải ta Rp = 0,25Ω R '2 Vì khơng đổi nên I1, P1 khơng đổi Vì momen khơng đổi nên cơng suất đầu P2 = s ω2M2 tỷ lệ thuận với tốc độ Từ nhận xét ta có: 700 η n = = = 0,722 η dm ndm 970 Tốc độ giảm, hiệu suất giảm Ứng với n = 700 v/phiệu suất động là: η = 0,722* 0,885 = 0,639 Bài 6-7: Một động không đồng rơto dây quấn có: Uđm=380V; 2p = 6; s = 0,03; f = 60Hz Dây quấn stato rôto nối có: số vòng dây W1= 112 vòng; W2= 22 vòng Hệ số dây quấn Kdq1= 0,955; Kdq2= 0,903 Nếu điện áp dây điện trở điện kháng dây quấn stato = 3,5%U1 Tính: a) Tốc độ quay động b) sức điện động dây quấn rôto lúc đứng yên lúc quay với hệ số trượt 60f Đáp số: nñc = n1 (1 – s) = (1 – s) = 1164 vòng/phút p E20 = 4,44.f.W2.Kdq2.Φm = 68,16 V E2s = s E20 = 1,183 V Bài 6-8: Một động không đồng pha f = 60Hz, tần số dòng điện rơto f2 = 3Hz, p = 2, công suất điện từ Pđt = 120KW, tổn hao đồng stato ∆Pđ1 = 3KW, tổn hao phụ ∆Pcơf = 2KW, tổn hao sắt từ ∆Pst = 1,7KW Tính: - Hệ số trượt s, tốc độ động n - Công suất điện động tiêu thụ P1 - Hiệu suất động f Đáp số: s = = 0,05 f 60f n = n1(1 – s) = (1 – s) = 1710vg/ph p P1 = 124,7 Kw 147 Chương Máy điện không đồng Hiệu suất động 114 − η= = 0,898 127,4 Bài 6-9: Một động không đồng pha rơto lồng sóc có: Pđm = 7,5KW; Y/∆ - 380V/220V; f = 50Hz, số đôi cực từ p = 2, cosϕđm = 0,885; ηđm = 0,883, tốc độ định mức nđm = 1460 vòng/phút, M mm = 1,45 động làm việc mạng điện U = 220V, mômen cản lúc mở máy 0,5Mđm Các M ñm phương pháp mở máy sau đây, phương pháp mở máy với tải trên: a) Đổi nối Y - ∆ b) Dùng biến áp tự ngẫu với hệ số biến áp Kba = 1,6 Đáp số: Mđm = 49,06 Nm Mmm = 71,14 N.m a) Đổi nối Y – Δ : M MmmY-∆ = mở = 23,71 Nm MmmY-∆ = 23,71 Nm < MC = 0,5Mđm = 24,57 Nm: không mở máy động b) MmmBA = 27,79 > MC = 24,53 Nm: mở máy động Bài 6-10: Một động điện khơng đồng pha Rotor lồng sóc có: Pđm = 14KW, p = 2, nđm = 1450 vòng/phút; hiệu suất ηđm =0.885; cosϕđm = 0.88; f = 50Hz Dây quấn Stator Rotor nối: Y/∆ - 380/220 V Điện áp dây mạng 380V Tính: - Dòng điện định mức động - Cơng suất tác dụng công suất phản kháng động tiêu thụ P Đáp số: Iđm = 27,31 A ; P1 = ñm = 15,82 Kw η ñm Q1 = P1 tgφ = P1 tg28,36 = 8,54 Kvar n1 = 60f = 1500 vòng/phút ; p sđm = 0,03 ; f2s = sđm f = 1,67 Hz Bài 6-11: Một động điện không đồng ba pha Rotor lồng sóc có: Pđm = 15 KW, p = 2, nđm = M I 1460 vòng/phút, f = 50 Hz Hiệu suất η = 0.88, cosϕ = 0.80; mm = 1,3 , mm = 5,5 Dây quấn Stator M đm I đm nối Υ/∆ - 380/220 V Điện áp dây mạng 220 V Tính: Dòng điện momen mở máy mở máy phương pháp nối cuộn kháng vào Stator để điện áp giảm 30% Động mở máy khơng momen cản Mc = 0.5Mđm Đáp số: Iđm = 55,92 A ; Mmở = 128 Nm ; MC = 49,06 Nm ; Imở = 307,55 A ; Mđm = 98,12 Nm ImởCK = 215,28 A ; MmởCK = 62,72 Nm MmởCK > MC : Động mở máy 148 Chương Máy điện không đồng Bài 6-12: Một động khơng đồng pha rơto lồng sóc có: Pđm=15kw; nđm=1470v/p; ηđm=86%; cosϕđm=0,85;Y/∆ -380/220V; tỉ số dòng điện mở M max I mm M mm =5; = 1,5 ; = 2,4 ; Uđm =380V; n1 =1500v/p máy I đm M đm M đm a) Tính cơng suất tác dụng P công suất phản kháng Q tiêu thụ động làm việc định mức b) Tính dòng điện định mức động Iđm, mơ men định mức Mđm, hệ số trượt định mức sđm c) Tính dòng điện mở máy I mm, mơ men mở máy Mmm, mô men cực đại Mmax Đáp số: P1 = 17441,86 W ; Q1 = P1 tgφ = 10809,5 Var ; Imm = 31,18 A Mmm = 97,45 Nm ; sđm = 0,02; Imm = Iđm = 155,9 A Mmm = 1,5 Mđm = 146,17 Nm; Mmax = 2,4 Mđm = 233,88 Nm Bài 6-13: Một động điện khơng đồng ba pha rơto lồng sóc số đôi cực p =3 , điện trở rôto R2 = 0,01Ω Khi rôto đứng yên E20 =212V rôto quay với tốc độ n= 970 v/ph dòng điện rơto I2 = 240 A Tính điện kháng rơto lúc quay X2s lúc rôto đứng yên X20 n −n = 0,03 Đáp số: n1 = 1000 vòng/phút; s = n1  sE  X2s = sX2 =   − R 22 = 0,02454Ω  I2  Khi rotor đứng yên s = ⇒ X2s = X2 = 0,02452 Ω X 0,02454 = 0,818 Ω Khi rotor quay ⇒ X2 = 2s = s 0,03 Bài 6-14: Một động điện không đồng ba pha Rotor lồng sóc có : Pđm = 14KW, p = , Sđm = 0.026, f = 60Hz Hiệu suất η = 0.885, cosϕ = 0, 88 Dây quấn Stator nối Y/∆ - 380/220V Điện áp dây mạng 220V Tính: a) Cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng Động tiêu thụ chế độ định mức b) Dòng điện Moment quay định mức c) Tần số dòng điện dây quấn Rotor lúc đứng yên lúc quay định mức Bài 6-15: Một động điện không đồng ba pha dây quấn Stator nối Y/∆ - 380/220V , p = , s = 0.026, f = 60Hz Mạng điện có điện áp dây Ud = 220V Hiệu suất η = 0.85, cosϕ = 0.8 , dòng điện dây quấn Stator I1 = 12,1 A Tính : - Cơng suất hữu ích P2 trục động - Tốc độ moment quay động Bài 6-16: Một động điện không đồng ba pha Pđm = 45kW, f = 50Hz; dây quấn Stator nối I M Y/∆ - 380/220V; mm = ; mm = 2,7 ; cosϕđm = 0.86, Hiệu suất η = 0.91; nđm = 1460vòng/phút I đm M đm Động làm việc với lưới điện Ud = 380V a) Tính Iđm, Mđm, Imở, Mmở 149 Chương Máy điện không đồng b) Để mở máy với tảicó moment cản ban đầu MC = 0,45Mđm, người ta dùng biến áp tự ngẫu để ImởBA = 100A Xác định hệ số biến áp k, động mở máy trường hợp hay không c) Cũng với tải trên, dùng điện kháng mở máy với ImởĐK = 200A Xác định điện áp đặt lên động lúc mở máy động mở máy khơng Đáp số: a) Iđm = 87,36A; Mđm = 294,3Nm Imở = 524,16A; Mmở = 794,6 Nm b) k = 2,29; MmơBA = 151,52Nm = 0,515Mđm MmởBA > MC : động mở máy c) Umở = 0,381Uđm = 145V MmởĐK = 115,34Nm = 0,392Mđm MmởĐK < MC: động không mở máy Bài 6-17: Một động không đồng pha đấu nối vào lưới Ud = 380V Biết Rn = 0,122Ω; Xn = 0,4Ω; f = 50Hz a) Tính dòng điện mở máy Imở b) Dùng điện kháng mở máy ImơĐK = 300A Tính điện cảm L cuộn điện kháng mở máy Đáp số: Imở = 526A; L = 1,029 mH 150