Loaûi âäüng cå náöy coï cuäün dáy phuû bäú trê lãûch so våïi cuäün dáy chênh mäüt goïc 90 0 âiãûn trong khäng gian, âãø taûo goïc lãûch vãö.. thåìi gian ta màõt näúi tiãúp våïi cuäün d[r]
(1)Khoa Điện - Nhóm Chun mơn Điện Cơng Nghiệp
Giáo trình MÁY ĐIỆN
Biên soạn: Bùi Tấn Lợi
Chỉång 16
ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA
16.1 PHẠM VI ÁP DỤNG, CẤU TẠO & NGUN LÝ LM VIỆC
16.1.1. Phảm vê ap dủng
Động điện khơng đồng pha sử dụng rộng rãi dân dụng công nghiệp máy giặt, tủ lạnh, máy lau nhà, máy bơm nước, quạt, dụng cụ cầm tay, Nói chung động cơng suất nhỏ Cụm từ “động công suất nhỏ” động có cơng suất nhỏ 750W Phần lớn động pha thuộc loại nầy, mặt dù chúng cịn chế tạo với cơng suất đến 7,5kW hai cấp diện áp 110V 220V
16.1.2. Cấu tạo
+ Stato : giống động ba pha, đặt dây quấn pha + Rơto : rơto lồng sóc giống động ba pha
16.1.3. Nguyên lý làm việc
p
1 ω
Từ thông rôto
Từ thông stato
U∼
Chiều lực điện từ
(b)
I &
m
12
F&
m
F&11 p
1 ω
Ω (a)
Hình 16.1 Động không đồng pha dây quấn
(2)Khi nối dây quấn pha stato vào lưới điện có điện áp u1 dây quấn
có dịng điện xoay chiều hình sin chạy qua : i1= 2I1sinωt
Dòng điện sinh từ trường stato có phương khơng đổi có độ lớn thay đổi hình sin theo thời gian, gọi từ trương đập mạch:
F=Fmsinωtcosα (16.1)
Ta phân stđ đập mạch thành hai stđ quay :
• Stđ quay thuận : F mej 1t 11
ω
&
• Stđ quay ngược : F me j 1t 12
ω −
& Hai stâ quay ny cọ :
• Biên độ từ trường đập quay: I
p k W F
F
F dq
m m
m 1
12 11
1
2 = = = π
• Tốc độ quay : + Sóng quay thuận :
p
1
ω =
Ω chiều quay rơto + Sóng quay ngược : Ω2 =−Ω1 ngược chiều quay rơto So với rơto có hệ số trượt :
+ Thuận : s =s
Ω Ω − Ω =
1 1
+ Ngược : ( s)
) (
) (
s = −
Ω −
Ω − Ω −
=
1
Phương trình cân stđ tổng :
+ Thuận : F& 01m=F& 11m+F& 21m sinh từ cảm B mej( 1t 1)
α + ω
+ Ngược : F& 02m=F&12m+F& 22m sinh từ cảm B me j( 1t 2)
α + ω −
Từ cảm tổng :
s M
0 1
M1
M2 M
Hình 16.2 Mơmen động khơng đồng pha
) t ( j me
B
B~ 1
1
α + ω
= + B me j( 1t 2)
ω +α −
hình thành từ trường quay Ellip
Từ trường quay thuận Br1 tác dụng với dịng điện rơto tạo mơmen quay thuận M1 (hình 16.2); Cịn từ trường
quay ngược Br2 tác dụng với dịng điện rơto tạo mơmen quay ngược M2
(3)M = M1 + M2 = f(s)
Từ đặc tính ta thấy lúc mở máy (n = 0, s = 1), M1 = M2 ngược chiều nên M = 0, động khơng thể tự quay Nếu ta quay động theo chiều đo,ï s ≠ tức M ≠ động tiếp tục quay theo chiều Vì để động pha làm việc được, ta phải có biện pháp mở máy, nghĩa tìm cách tạo cho động mômen lúc rôto đứng yên (M = Mk s =1)
16.2 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN & SƠ ĐỒ THAY THẾ
16.2.1. Caïc phổồng trỗnh cồ baớn
U1
A B
B
I I & &1 =
I &
1
A
I
& I&A2
11
1 I
IB &
& = I&B2 =I&12
A
I &
Hình 16.2Sơ đồ động pha tạo nên cách tách hai pha
Xét động không đồng pha chế độ không đối xứng động hai pha m =2, có hai cuộn dây đặt lệch góc 900 điện, pha A tách
ra nên dịng IA= pha B cịn lại có , máy nối vào lưới điện có điện áp
Ta coï :
B
I I & &1=
U&
I&A =I&A1+I&A2 (16.2a)
I&B =I&B1+&IB2 (16.2b)
Với &IA1;&IB1 I&A2;I&B2 dòng thứ tự thuận ngược, :
1
1 B
A jI
I &
& = vaì I&A1 =−jI&B1
Giải hệ phương trình (16.2a,b) ta tìm :
&IB1 =&I11(I&B−jI&A)/2=&IB/2 vỗ I&A =0
2 21
2 I (I jI )/ I /
IB & &B &A &B
& = + = vỗ &IA =0
Điện áp pha :
12 11
1 U U U U U
U& = &B = &B + &B = & + &
(4)U&B11 =U&1111=I&1111Z1111 =I&11Z1111/22 (16.3a)
2 12 12 12 12
2 U I Z I Z /
U&B = & =& =& (16.3b)
Trong : dòng điện thứ tự thuận ngược Còn Z11; Z12 tổng trở thứ
tự thuận ngược
12
11;I
I & &
Và Z11 =Z1+(Zm−1+Z'21−1)−1 với 21 jx'2 s
r ' Z
'
+
= (16.4a)
Z12 =Z1+(Zm−1+Z'22−1)−1 với 22 2
2 s jx'
' r '
Z +
−
= (16.4b)
16.2.2. Mạch điện thay
Từ phương trình cân ta vẽ mạch điện thay động khơng đồng hình 16.4a Đây mạch điện thay xác động pha
r1/2 '
I21 &
1
I
& jx1/2
Hình 16.4 Mạch điện thay gần động không đồng pha s
r , 2'
1
U&
1
I
& 0,5x’
2 x1
r1
2 xm 0,5X’2
s
r , 2'
−
2 xm
(b)
Trong âoï :
r1/2 jx1/2
jxm/2
jxm/2 rm/2
rm/2
jx’2/2
jx’2/2 s
r2'
) s (
r2' −
'
I22 &
01
I &
02
I &
1
U&
11
U&
12
U&
Chuï yï : r’2 = kr2 x’2 = kx2 k = kekI m1=
(a)
1
U&
1
I
&
RT
XT
r1 x1
ZT
RN
XN
ZN
(5)x1 = điện kháng tản dây quấn stator
xm = điện kháng từ hóa
r’2 = điện trở dây quấn rotor qui dây quấn stator
x’2 = điện kháng tản dây quấn rotor qui dây quấn stator
U1 = điện áp nguồn
Giả thiết rotor quay với tốc độ từ trường quay thuận, ứng hệ số trượt s Lúc dòng điện cảm ứng dây quấn rotor có tần số sf, f tần số lưới điện nối vào dây quấn stator Cho tổn hao sắt không đáng kể gộp vào tổn hao quay Như giống máy điện không đồng ba pha, tổng trở dây quấn rotor ứng với từ trường quay thuận qui dây quấn stator 0,5r’2/s +
j0,5x’2.(hình 16.4b) Cũng tương tự từ trường quay ngược, ta có
tổng trở dây quấn rotor ứng với từ trường quay ngược qui dây quấn stator 0,5r’2/(2-s) + j0,5x’2.(hình 16.4b) Mạch điện tương đương trình bày hình
16.4c, có tổng trở thứ tự thuận ZT thứ tự ngược ZT sau :
) X X ( , j s / R , ) s / R , X , j ( X , j jX R Z ' m ' ' ' m T T T + + + = +
= (16.5)
) X X ( , j ) s /( R , )] s /( R , X , j [ X , j jX R Z ' m ' ' ' m N N N + + − − + = +
= (16.6)
Cơng suất điện từ (khe hở khơng khí) từ trường thứ tự thuận ngược :
(16.7)
2 T âtT R I
P =
(16.8)
2 N âtN R I
P =
Moment tương ứng :
1 âtT T P M Ω
= (16.9)
1 âtN N P M Ω
= (16.10)
Moment tổng :
) R R ( I M M
M T N
1 N T − Ω = −
= (16.11)
Công suất :
Ω =M
PCå (16.12)
) s ( M
(6)Để có mơmen mở máy, người ta tạo góc lệch pha dịng điện qua cuộn Ic dịng qua cuộn dây phụ Ip cách mắc thêm điện trở nối
tiếp với cuộn phụ dùng dây quấn cở nhỏ cho cuộn phụ, góc lệch nầy thường nhỏ 300 Dịng dây quấn dây quấn phụ sinh từ
trường quay để tạo momen mở máy Đồ thị vectơ lúc mở máy trình bày hình 16.5b
Khi tốc độ đạt 70÷75 % tốc độ đồng bộ, cuộng dây phụ cắt nhờ công tắt ly tâm K động tiếp tục làm việc với cuộn dây Đặc tính momen trình bày hình 16.4c
16.3.2. Động dùng tụ điện (hình 16.6)
Các động không đồng pha có cuộn dây phụ mắt nối tiệp với tụ điện gọi động tụ điện Loại động nầy có cuộn dây phụ bố trí lệch so với cuộn dây góc 900 điện khơng gian, để tạo góc lệch
thời gian ta mắt nối tiếp với cuộn dây phụ tụ điện Nếu tụ điện mắt nối tiếp với cuộn phụ chọn giá trị thích hợp góc lệch pha IC Ip gần 900 (hình
16.6b) Tùy theo yêu cầu momen mở máy momen lúc làm việc, ta có loại động tụ điện sau:
1. Động dùng tụ điện mở máy (hình 16.6a) Khi mở máy tốc độ động đạt đến 75÷85% tốc độ động bộ, cơng tắt K mở động đạt đến tốc độ ổn định
2. Động dùng tụ điện thường trực (hình 16.6b) Cuộn dây phụ tụ điện mở máy mắt động làm việc bình thường Loại nầy có cơng suất thường nhỏ 500W có đặc tính tốt
WC
Wp K CD
IC
IP
(a) I
C
WC
Wp CD
IC
IP
(b) I
C
U&
c
I
& p I &
I
&
(c)
(7)hai tụ điện Một tụ điện mở máy lớn (khoảng 10 ÷15 lần tụ điện thường trực) ghép song song với tụ điện thường trực Khi mở máy tốc độ động đạt đến 75÷85% tốc độ động bộ, tụ điện mở máy cắt khỏi cuộn phụ, tụ điện thường trực nối với cuộn dây phụ làm việc bình thường
16.3.3. Động dùng vịng ngắn mạch (hình 16.7)
Hình 16.7a cho thấy cấu tạo loại động nầy Trên stato ta đặt dây quấn pha cực từ chia làm hai phần, phần có vịng ngắn mạch K ơm 1/3 cực từ rơto lồng sóc Dịng điện chạy dây quấn stato tạo nên từ thông qua phần cực từ khơng vịng ngắn mạch từ thơng qua phần cực từ có vịng ngắn mạch Từ thơng cảm ứng vòng ngắn mạch sđđ , chậm pha so với góc 900 (hình 16.7b) Vịng ngắn mạch có điện trở điện kháng nên tạo dòng điện chậm pha so với góc ϕn < 900 Dịng điện tạo từ thơng ta có
từ thơng tổng qua phần cực từ có vịng ngắn mạch :
1
I
& φ&'
''
φ&
''
φ& E&n φ&''
n
I
& E&n I&n φ&n
n φ + φ = φ&∑ &'' &
Hình 16.7 Động KĐ pha có vịng ngắn mạch cực từ
a) Cấu tạo; b) Đồ thị vectơ; c) Đặc tính mơmen φΣ
n
E&
n φ& n
I
&
'
φ&
0
(b)
''
φ&
ϕn
ϕ
M
1 Mmax
0 s s
th
(c) φ
(a) φ” φ’
φΣ
φn K
1
I
&
Từ thông nầy lệch pha so với từ thơng qua phần cực từ khơng có vịng ngắn mạch góc ϕ Do từ thông φ&' φΣ lệch không gian nên chúng tạo từ trường quay làm quay rôto Loại động nầy có momen mở máy nhỏ Mk= (0,2-0,5)Mđm, hiệu suất thấp (từ 25 - 40%), thường chế tạo với công suất 20 - 30W, có chế tạo cơng suất đến 300W hay sử dụng làm quạt bàn, quạt trần, máy quay đĩa