Chương 5: Máy điện không đồng bộ

b – Từ số liệu đo được trong điều kiện mở máy trực tiếp, xác định điện trở rotor, điện kháng tản rotor, trở kháng nhánh từ hóa và hệ số công suất trong trường hợp này (g[r]

(1)

(2)

(3)

Stator

(4)

Rotor Lồng sóc (Squirrel Cage)

(5)

Rotor Dây quấn (Wound)

(6)

Quạt làm mát, bạc đạn, vỏ (nhôm, gang), dây quấn (đồng, nhôm), vật liệu cách điện

(7)

Quạt làm mát, bạc đạn, vỏ (nhôm, gang), dây quấn (đồng, nhôm), vật liệu cách điện

(8)

5.2 TỪ TRƯỜNG QUAY

Trong đó:

n1: vận tốc đồng bộ, vòng/phút

f : tần số nguồn cung cấp, Hz

p: số đôi cực p

f

60 n1 

(9)

- Phân bố cuộn dây cực (P = 1) => tốc độ nhanh

- Phân bố cuộn dây cực (P = 2) => tốc độ chậm

5.2 TỪ TRƯỜNG QUAY

(10)

- Từ trường quay => động tự khởi động

- Từ trường đập mạch => động không tự khởi động - Để đảo chiều động => đảo chiều từ trường quay

+ Cuộn dây pha: đảo đầu dây cuộn

+ Cuộn dây pha: đảo đầu dây cuộn so với cuộn lại + Cuộn dây pha: phải dùng lực bên

Xem Clip 5.2 TỪ TRƯỜNG QUAY

(11)

5.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ

- Lực điện từ theo nguyên tắc bàn tay trái

- Tốc độ từ trường quay (n1) > tốc độ rotor (n) - Lực điện từ (Fđt) chiều quay rotor

1

n n n

s  

Hệ số trượt

(12)

- Dùng ngoại lực (động sơ cấp) quay rotor

- Tốc độ quay rotor (n) > tốc độ quay từ trường (n1) - Lực điện từ (Fđt) ngược chiều quay rotor

(13)

5.4 MÁY ĐIỆN KĐB LÀM VIỆC KHI RÔTOR ĐỨNG YÊN (giống MBA chế độ ngắn mạch)

1 1 1 1 1 • • • • • • I Z + E = I jX + I R + E = U

5.4.1 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 vòng dây quấn cực Φm: từ thơng cực từ, Wb

Trong đó:

1

1 R jX

Z   tổng trở pha dây quấn stator, Ω R1: điện trở pa dây quấn stator, Ω

(14)

2 2 2 2 • • • • I Z = I jX + I R = E Z

5.4.1 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:

: tổng trở pha dây quấn rotor, Ω R2: Điệ trở pha dây quấn rotor, Ω

X2: điện kháng tản pha dây quấn rotor, Ω Trong đó:

5.4 MÁY ĐIỆN KĐB LÀM VIỆC KHI RÔTOR ĐỨNG YÊN (giống MBA chế độ ngắn mạch - chế độ nm MĐKĐB )

(15)

Khi rotor quay với vận tốc n tức hệ số trượt s, từ trường stator quay rotor với vận tốc tương đối s.n1 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

5.5 MÁY ĐIỆN KĐB LÀM VIỆC KHI RÔTOR QUAY (chế độ làm việc bình thường máy điện KĐB)

2 2 2 2 2 2 • s • • s • s • s • • I Z = I jsX + I R = I jX + I R = E = E s

(16)



2 2

2 ( / )

• • I jX + s R = E

Mạch tương đương rotor qui stato

i 2 i e i e e k I ) X k jk s R k k ( E k       

 2 2

2 ' ) '

' (

' jX I

s R E

trong đó: R’2 = ke.ki.R2;X’2 = ke.ki.X2

5.5 MÁY ĐIỆN KĐB LÀM VIỆC KHI RƠTOR QUAY (chế độ làm việc bình thường máy điện KĐB)

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

2 1 dq dq e k w k w k  2 1 dq dq i k w m k w m k 

Nếu m1 = m2 ke = ki = k: hệ số quy đổi áp, hệ số quy đổi dòng từ rotor stator

R’2 = k2.R

(17)

5.6 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY ĐIỆN KĐB

Mạch nối tiếp

Mạch song song

(18)

Mạch nối tiếp gần đúng Được chấp nhận giải tích mạch máy điện KĐB

Mạch song song gần đúng Được chấp nhận giải tích mạch máy điện KĐB

(19)

1

2

' kE E

E   

Gọi: : sức điện động pha rotor quy stator

k / I I' 2

   2 '

2 = k R

R

: dòng rotor quy stator

: điện trở dy quấn rotor quy stator X’

2 = k 2X

2 : điện kháng dây quấn rotor quy stator

2 ' ' ' 2

' jX )I

s R (

E   

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

(20)

5.7.1 Chế độ động điện

0 < s <

5.7 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC - GỈAN ĐỒ NĂNG LƯỢNG - ĐỒ THỊ VECTƠ CỦA MÁY ĐIỆN KĐB

(21)

- Công suất điện nhận từ nguồn:

P1= 3U1.I1cos - Tổn hao đồng dây quấn stator:

Pđ1= 3.R1.I2

- Tổn hao sắt từ lõi thép stator: Pt= 3RC.I2

C = 3rm.I02

- Cịn lại cơng suất đưa vào rotor gọi công suất điện từ:

- Tổn hao đồng dây quấn rotor: Pđ2 = 3.R’2.I’2

2 = sPđt

2 ' ' I s R Pdt 

(22)

th P + P P = P P = η 2

- Công suất sau trừ tổn hao Pmq ma sát, quạt gió tổn hao phụ (Pcơ + Pf), cịn lại cơng suất có ích trục, hay cơng suất ra:

P2 = PC - Pcơ - Pf - Công suất trục:

dt ' '

C I (1 s)P

s s R

P    

- Hiệu suất động cơ:

- Tổng tổn hao công suất động là: Pth = Pđ1+Pt+Pđ2+Pcơ+Pf

(23)

Bài tập 1:

Cho động không đồng ba pha rotor lồng sóc, có thơng số sau: Uđm = 400 V; fđm = 60Hz; đấu Y; có số cực 2p = 4; R1 = 2R’2 = 0,2 ; X1 = 0,5 ; X’2 = 0,2 ; Xm = 20 

Bỏ qua tổn hao sắt, tổn hao (ở điện áp tần số định mức) không phụ thuộc vào tốc độ 800W Động vận hành tốc độ 1755 vòng/phút

Anh (Chị) sử dụng sơ đồ tương đương pha (Hình 1) để tính:

a – Dịng điện vào động cơ b – Công suất vào P1

c – Công suất Pcơ và Công suất P2 d – Moment M2

e – Hệ số công suất hiệu suất động cơ f – Moment điện từ cực đại

g – Dòng điện mở máy moment mở máy

(24)

(25)

(26)

5.7.2 Chế độ máy phát điện

-inf < s <

(27)

5.7.3 Chế độ hãm

1 < s < +inf

(28)

(29)

5.8 MOMENT ĐIỆN TỪ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB

Gọi n1 Ω1 = 2πn1 vận tốc từ trường stator tính vịng/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:

1 dt ' ' 2 ' ' C P s I R ) s ( I s s R P M          

Thay I2’ tính từ mạch tương đương gần đúng:

2 N ' 1 ' X ) S / R R ( U I    ] X ) s / R R [( s U R M 2 N ' 1 '    

(30)

Từ ta có mối quan hệ moment hệ số trượt hay tốc độ sau:

(31)

Điểm cực đại hình có toạ độ cho dM/ds = suy hệ số trượt tới hạn:

2 ' n th X R R s  

Thay smax vào phương trình ta moment cực đại ) ( 2 1 max n X R R U M     Nhận xét:

- Moment max tỷ lệ với U12

- Moment max không phụ thuộc vào điện trở rôtor - Điện trở rotor R’2 lớn sth lớn

- Với tần số cho trước, Mmax tỷ lệ nghịch với điện kháng Xn=(2L).f tỷ lệ nghịch với f2.

(32)

Đối với động lồng sóc thường tỷ số sau:

, 1 , M

M

dm

m   1,6 2,5

M M

dm max

 

(33)

Quan hệ M, Mmax sth viết gần sau: s s s s M M th th   max

Nếu gọi (s1, M1) (s2, M2) giá trị chế độ 2:

2 2 2 ) / ( ) / ( s s s s s s M M th th   

(34)

(35)

Bài tập 2:

Động không đồng pha, 100 HP (1HP = 746W), stator nối Y, 600 V, có tốc độ đồng 1800 v/ph Động tiêu thụ công suất điện P = 70 kW, dòng stator Is = 78 A, tốc độ rotor nr = 1763 v/ph, tổn hao sắt PFe = kW, tổn hao ma sát quạt gió Pcơ = 1,2 kW, điện trở đo đầu cực dây quấn stator R s-s = 0,34  Tính:

a – Cơng suất truyền từ stator qua rotor b – Tổn hao đồng rotor

c – Công suất học trục máy d - Hiệu suất

(36)

Khi mở máy n = => s = Thay s = vào phương trình dịng moment ta có:

Dịng mở máy: ' 2

2 ' 1 ) ( )

(R R X X

U Imm    

Moment mở máy:

) ( 2 ' n n mm X R U R M   

Phương trình cân động moment:

dt d J M

M

M  c  j  

Trong đó:

- M, Mc Mj: moment điện từ, moment cản moment quán tính

5.10 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB

(37)

g D G J 

- g = 9,81 m/s2: gia tốc trọng trường

- G D: trọng lượng đường kính phần quay - : tốc độ góc rotor

-: số quán tính

-Khi mở máy động cần xét đến yêu cầu sau: - Phải có moment mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải

- Dòng điện mở máy nhỏ tốt

- Phương pháp mở máy thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắn

- Tổn hao công suất trình mở máy thấp tốt 5.10 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB

(38)

Bài tập 1:

Cho động không đồng ba pha rotor lồng sóc, có thơng số sau: Uđm = 400 V; fđm = 60Hz; đấu Y; có số cực 2p = 4; R1 = 2R’2 = 0,2 ; X1 = 0,5 ; X’2 = 0,2 ; Xm = 20 

a – Dịng điện vào động cơ

b – Cơng suất vào P1

c – Công suất P2 công suất Pcơ

d – Moment M2

e – Hệ số công suất hiệu suất động cơ

f – Moment điện từ cực đại

g – Dòng điện mở máy moment mở máy

(39)

a/ Mở máy trực tiếp động điện rotor lồng sóc

(40)

a/ Mở máy trực tiếp động điện rotor lồng sóc

Đặc tính mở máy:

(41)

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

(42)

- Nối điện kháng (hoặc điện trở) nối tiếp vào mạch điện stator:

U’1 = k.U1đm , Imm giảm k lần Mmm giảm k2 lần

(43)

- Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy: U’1 = k.U1đm , Imm giảm k2 lần M

mm giảm k2 lần

(44)

Bài tập 1:

Cho động khơng đồng ba pha rotor lồng sóc, có thông số sau: Uđm = 400 V; fđm = 60Hz; đấu Y; có số cực 2p = 4; R1 = 2R’2 = 0,2 ; X1 = 0,5 ; X’2 = 0,2 ; Xm = 20 

a – Dòng điện vào động cơ

b – Công suất vào P1

c – Công suất P2 công suất Pcơ

d – Moment M2

e – Hệ số công suất hiệu suất động cơ f – Moment điện từ cực đại

g – Dòng điện mở máy moment mở máy

(45)

- Biến đổi Y-: Imm giảm lần Mmm giảm lần 5.10 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB

(46)

- Biến đổi Y-: Imm giảm lần Mmm giảm lần 5.10 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB

(47)

c/ Mở máy cách thêm điện trở phụ vào mạch rotor

(48)

c/ Mở máy cách thêm điện trở phụ vào mạch rotor ` 2 '     n p th X R R R s

Điện trở phụ xác định: Lúc Mmm = Mmax

(49)

c/ Mở máy cách thêm điện trở phụ vào mạch rotor

(50)

+ Thay đổi số đôi cực ) ( 60 ) ( 1 s p f s n

n    

+ Thay đổi tần số nguồn

5.11.2 Thay đổi độ trượt động làm việc (s)

5.11.1 Thay đổi tốc độ đồng từ trường quay (n1)

+ Thay đổi điện áp nguồn

+ Thêm điện trở phụ vào mạch rotor

+ Thêm dịng điện có tần số thích hợp vào mạch rotor

(51)

5.11.1 Thay đổi tốc độ đồng từ trường quay (n1)

+ Thay đổi số đôi cực

(52)

+ Thay đổi số đôi cực

P = M./p = M.2f/p = M. = M 2n/60

(53)

+ Thay đổi tần số nguồn M M f f U U ' ' 1 ' 

Ta có: ; P = M./p = M.2f/p = M. * Khi yêu cầu moment không đổi M = M’ (như máy cắt gọt kim loại) ' 1 ' f f U U

 hay const

f U



* 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 ' 1 ' f f M M  ' 1 ' f f U U  hay

(54)

* Khi yêu cầu moment tỷ lệ với bình phương tốc độ, nghĩa M tỷ lệ với f2 (như quạt gió)

2 ' 1 '          f f U U 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

(55)

(56)

5.11.2 Thay đổi độ trượt động làm việc (s)

+ Thay đổi điện áp nguồn

)

.( 2

1

x s n

(57)

+ Thêm điện trở phụ vào mạch rotor

' 2

s R R

s

R  p



(58)

+ Thêm dịng điện có tần số thích hợp vào mạch rotor: f2s = s.f => s = f2s/f

(59)

5.12.1 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 5.12 TRẠNG THÁI HÃM CỦA MÁY ĐIỆN KĐB

(60)

Cách đảo chiều động pha

5.12.1 Hãm ngược (đổi thứ tự pha)

(61)

5.12.2 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 => n > n1

5.12.3 Hãm động năng

Động nhận từ phận chuyển động biến thành điện tiêu tán thành nhiệt động

+ Dùng để dừng nhanh động

(62)

5.13.1 Thí nghiệm khơng tải

(63)

5.13.2 Thí nghiệm ngắn mạch

(64)

Bài tập 3:

Một động không đồng rotor lồng sóc, ba pha, nối hình sao, điện áp định mức 380 V, tần số 50 Hz, điện trở stator pha 0,26  Trong điều kiện không tải, động tiêu thụ 400 W dịng khơng tải A Trong điều kiện mở máy trực tiếp, động tiêu thụ kW dòng 40 A

a – Từ số liệu đo điều kiện không tải, xác định hệ số công suất không tải, tổn hao sắt từ tổn hao tổn hao sắt từ gấp 1,5 lần tổn hao

b – Từ số liệu đo điều kiện mở máy trực tiếp, xác định điện trở rotor, điện kháng tản rotor, trở kháng nhánh từ hóa hệ số cơng suất trường hợp (giả định điện cảm tản từ rotor stator nhau)

c – Tíng dịng stator, hệ số cơng suất cơng suất đầu vào máy điều kiện định mức (cho vận tốc định mức 1450 vòng/phút)

(65)

5.14.1 Các thông số định mức

(66)

5.14.2 Phân loại máy điện không đồng bộ

(67)

(68)

=> cải thiện moment mở máy

(69)

(70)

5.16.1 Làm việc với lưới điện

5.16.2 Làm việc độc lập với lưới điện

(71)

5.17.1 Từ trường đập mạch dây quấn pha

- Phân bố cuộn dây cực (P = 1) => tốc độ nhanh

- Phân bố cuộn dây cực (P = 2) => tốc độ chậm

không tự khởi động được

(72)

5.17.2 Nguyên lý làm việc

B = Bm cost

2

1 B

B

B  

Với B1m = B2m = Bm/2

(73)

5.17.2 Nguyên lý làm việc B B B B

Từ trường quay quay chiều với rôto lúc động làm việc, gọi từ trường quay thuận.

Từ trường quay quay ngược chiều vi rôto lúc động làm việc, gọi từ trường quay ngược.

Từ trường quay thuận tác dụng lên dịng điện rơto tạo mơmen quay thuận M1; cịn từ trường quay ngược tạo mơme quay ngược M2 Tổng đại số hai mômen cho ta đặc tuyến mômen - vận tốc:

M = M1 + M2 = f(n)

(74)

5.17.2 Nguyên lý làm việc

(75)

5.17.3 Động dùng dây quấn phụ mở máy (2 pha) + Động dùng cuộn dây phụ công tắc ly tâm

(76)

5.17.3 Động dùng dây quấn phụ mở máy (2 pha) + Động dùng tụ điện thường trực

(77)

5.17.3 Động dùng dây quấn phụ mở máy (2 pha) + Động dùng tụ mở máy

(78)

5.17.3 Động dùng dây quấn phụ mở máy (2 pha) + Động dùng tụ mở máy

(79)

5.18.1 Động có vịng ngắn mạch - Shading Motor

(80)

5.18.1 Động có vịng ngắn mạch - Shading Motor

(81)

5.18.2 Động từ trở - SRM

(82)

5.18.2 Động từ trở - SRM

(83)

5.18.3 Động vạn - Universal Motor

(84)

(85)

(86)

5.18.4 Động bước - Stepper Motor

(87)

(88)

(89)

(90)

5.18.5 Động không chổi than - Brushless Motor

(91)

5.18.5 Động không chổi than - Brushless Motor