GT MÁY ĐIỆN 2( tác giả: NGUYEÃN TROÏNG THAÉNG) - Nguồn: Internet

Thöôøng chæ söû duïng vôùi caùc maùy phaùt ñieän coâng suaát nhoû, coù theå ñoùng vaøo löôùi theo phöông phaùp töï ñoàng boä sau: Noái maïch kích töø qua moät ñieän trôû trieät töø ñeå[r]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN -0 -

GVC-ThS NGUYỄN TRỌNG THẮNG

GIÁO TRÌNH

MÁY ĐIỆN II

LỜI NĨI ĐẦU

Giáo trình MÁY ĐIỆN II sách GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN gồm tập nhằm giúp sinh viên bậc đại học cao đẳng ngành Điện Công Nghiệp, Điện Tự Động trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM làm tài liệu học tập, dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Công nghệ Điện- Điện tử, Công nghệ Điện tử –Viễn thông ngành khác liên quan đến lĩnh vực điện –điện tử

Giáo trình máy điện trình bày lý thuyết về: cấu tạo; nguyên lý làm việc; quan hệ điện từ; đặc tính tượng vật lý xảy trong: Máy điện chiều; Máy biến áp; Máy điện không đồng bộ; Máy điện đồng loại máy điện đặc biệt

Tồn giáo trình máy điện chia làm tập:

Tập I gồm phần: Máy điện chiều Máy điện chiều đặc biệt Máy biến áp loại máy biến áp đặc biệt

Tập II gồm phần: Những vấn đề lý luận chung máy điện xoay chiều Máy điện không đồng dạng khác Máy điện không đồng

Máy điện đồng loại máy điện đồng đặc biệt

Để giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức mơn học, giáo trình trình bày nội dung cách ngắn gọn, Ở chương có ví dụ minh họa, câu hỏi tập để sinh viên hiểu sâu vấn đề học

Tác giaû

(Email: t_nguyentrong@yahoo.com)

Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn

MUÏC LUÏC

Trang

Phần III: Các vấn đề lý luận chung máy điện xoay chiều

Chương 1: Sưcù điện động dây quấn máy điện xoay chiều

Chương 2: Dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều 11

Chương 3: Sức từ động dây quấn máy điện xoay chiều 30

Phần IV: Máy điện không đồng (MĐKĐB) 47

Chương 1: Đại cương MĐKĐB 48

Chương 2: Các quan hệ điện từ MĐKĐB 54

Chương 3: Mở máy điều chỉnh tốc độ động không đồng 77

Chương 4: Máy điện không đồng đặc biệt 90

Phần V: Máy điện đồng (MĐĐB) 101

Chương 1: Đại cương MĐĐB 102

Chương II: Các quan hệ điện từ MĐĐB 106

Chương III: Máy phát điện động điện đồng 116

Chương IV: Máy điện đồng đặc biệt 135

Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1- Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện I,II NXB khoa học kỹ thuật - 1998

2- Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Thế Kiệt, Cơng nghệ chế tạo tính tốn sửa chữa Máy điện , NXB Giáo dục, 1995

3- A.E Fitzerald, Charles kingsley Electrical Machines Mc Graw - Hill, 1990

4- Jimmie J Cathey Electric machines Analysis and Design Applying Matlab Mc Graw - Hill - 2001

5- E.V.Armensky, G.B.Falk, Fractional Horsepower Electrical machines, Mir Publishers, Moscow, 1985

6- Mohamed E El-Hawary, Principle of Electric Machines with Power Electronic Applications, Prentice-Hall, 1986

7- M.Kostenko, L.Piotrovsky, Electrical machines, vol.1,2, Mir Publishers Moscow, 1974

8- Stephen J Chapman, Electric machinery and Power System fundamental, Mc Graw Hill, 2002

Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn

PHAÀN III

CÁC VẤN ĐỀ LÍ LUẬN CHUNG CỦA

CHƯƠNG I: SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU

§ 1.1 ĐẠI CƯƠNG

Sức điện động (s.đ.đ) xoay chiều có đặc tính bản: - Độ lớn

- Tần số

- Dạng đường cong

Thường người ta mong muốn có s.đ.đ máy điện dùng thiết bị điện khác có dạng hình sin Đặc biệt đối vơiù máy phát điện sóng điều hịa bậc cao khơng có tác hại máy phát điện mà phụ tải làm tăng tổn thất làm xuất điện áp đoạn khác đường dây Trong chương nghiên cứu s.đ.đ dây quấn biện pháp làm giảm triệt tiêu s.đ.đ bậc cao đưa dạng sóng hình sin

§ 1.2 SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN

1 Sức điện động cảm ứng dây quấn từ trường bản:

a) Sức điện động dẫn:

Đặt dẫn stator cực từ rotor song song với trục máy điện (h1–1) Khởi động máy cho quay với tốc độ n = Cte = const trị số tức thời s.đ.đ cảm ứng dẫn là:

etd = Bx.l.v (V)

với Bx = Bmsinωt (T), Bx từ cảm nơi dẫn quét qua

f pn

Dn

v π τ 2τ

60

60 = =

= (m/sec)

v: Vận tốc dài dẫn

D: Đường kính phần ứng

Với:

p

D π =

τ (m)

l: Chiều dài dẫn nằm từ trường

t B

2 f l t B

v l

etd m m ω

π π τ = ω

= sin sin

VớiΦ=Btblτ từ thơng trung bình tương

ứng với bước cực

m

tb B

2 B

π

=

Hình 1.1 Chuyển động tương đối của dẫn từ trường

Ta coù : etd =πΦf sinωt=Etd sinωt

Trị số hiệu dụng là: f 222 f

Etd = π Φ = , Φ (1 - 1)

b) Sđđ vòng dây bối dây:

™ Sđđ vịng dây: + Trường hợp bước đủ:

Nếu vòng dây có dẫn đặt cách khoảng τ

=

y (dây quấn bước đủ) gọi sđđ dẫn E1, dẫn E2 s.đ.đ vòng dây bước đủ là:

td

1 E 2E

E

Eν = + =

=2x2,22Φf =4,44Φf

+ Trường hợp bước ngắn:

Ta kí hiệu β bước tương đối dây quấn

p

Z =

τ (raõnh) τ

=

β y, π

τ =

βπ y

Thì:

2 f 44 E

2

E td

βπ Φ

= βπ =

ν sin , sin

Đặt:

2

kn =sinβπ hệ số bước ngắn dây quấn thì: fk

44

Eν = , Φ

Hình 1.2 Sức điện động vòng dây

π

τ

td

E ′′

βτ =

y

td

E′

π π

τ τ

τ

=

y

βπ

βπ

1

td

E′&

1

td

E ′′

− &

1

td

E ′′&

v

E&

td

E′&

1

td

E ′′

− &

1

td

E ′′&

™ Sđđ phần tử (bối dây)

Nếu bối dây có Ws vòng s.đ.đ bối dây là:

n s s 444W fk

E = , Φ (1-3)

c) Sức điện động nhóm bối dây:

Ta tính s.đ.đ nhóm bối dây có q bối dây cực:

mp

Z

q=

Thí dụ: hình 1.3: q =

Góc độ điện rãnh kề là: Trong Z/p số rãnh đôi cực

(Z/2p số rãnh mặt cực) Giả sử số rãnh mặt cực

p 2Z = =

τ

30 = ñ

α thời điểm xét bối dây nằm đường trung tính hình học trị số tức thời sđđ cảm ứng bối dây 1, 2, 3, là:

0 sm

s E

E = sin

0 sm

sm

s E E 30

E = sinαñ = sin sm

sm

s E E 60

E = sin αñ = sin

0 sm

sm

s E E 90

E = sin αñ = sin

Esm: biên độ sđđ/phần tử

Ta biểu diễn qr lệch góc α h1-4 (q: số rãnh pha

dưới cực) Mỗi vector biểu diễn trị số biên độ hay trị số hiệu dụng s.đ.đ Es bối dây với tỉ lệ tương ứng (h1-4a) Những vector gần lệch góc αđ =

0

30 Tổng hình học vector hình thành đa giác

ABCDE (h1-4b) vector AE biểu diễn trị số hiệu dụng tổng s.đ.đ Eq

Z 360 p p Z

2

đ =

π = α

Hình 1.4 Sức điện động vòng dây

Để tính Eq ta vẽ đường trịn ngoại tiếp với đa giác ABCDE có bán kính R Cuối ta tính được:

Eq = q Es kr (1-4) Trong đó: s.đ.đ học số Tổng s.đ.đ học hình Tổng = = s q r qE E k qsin 2 q2Rsin đ đ đ đ α α α α q q

Rsin sin

2

=

= : hệ số quấn rải dây quấn

Chứng minh:

Ta coù Eq Es1 Es2 Es3 Es4 + + + =

Về mặt trị số Eq = AE = 2AF =

2 R

2 sinqαđ

Tính R theo Eq , xét tam giác OO1A ta có:

2 R

Es = sinαñ

2 E R s ñ sinα = ⇒ sin 2 sin ñ ñ α α q E

Eq = s

⇒ s r

s K qE q q qE = α α = ñ ñ sin sin r n s

q w q fk k

E = Φ

⇒ 4,44 (1-5)

Đặt kdq = knkr : hệ số dây quấn

dq s

q w q fk

E = Φ

⇒ 4,44 (1-6)

d) Sức điện động dây quấn pha:

Một pha có n nhóm bối dây có vị trí giống từ trường cực từ nên sđđ chúng cộng số học với nhau:

dq s

f nqw fk

E = Φ

⇒ 4,44

Trong đó: w = n.q.ws số vòng dây nối tiếp pha

2 Sức điện động dây quấn từ trường bậc cao:

Giả thiết đường cong cường độ tự cảm đối xứng với trục hồnh (vì tính chất đối xứng với trục hoành nên đường cong chứa sóng hài lẻ) trục cực Trong trường hợp này, đường cong cường độ tự cảm bao gồm sóng điều hồ bậc hay sóng điều hồ vơ số sóng điều hồ bậc cao

ν = 3, 5, 7, …, nghĩa ν = 2k ± Trong sóng điều hồ bậc có biên độ Bm1 bước cực τ tương ứng với số đơi cực p Những sóng điều hồ bậc cao có biên

dq

độ Bm3, Bm5, Bmν bước cực τ, τ, ν

τ tương ứng với số đôi cực 3p, 5p,…, p

ν Tần số fν =νf1

Từ từ thơng tương ứng là:

1 m

tb

1 lB

2 B

l

τ π = τ = Φ 3

3

3

3 lBtb lBm

τ π τ = = Φ … ν ν ν ν τ π = ν τ =

Φ l.Btb l.Bm

Các sức điện động: td1 1 lBtb1 f1 lBm1f1

f

E = π Φ = π τ = τ

1 m m 3

td B 3f lB f

2 l f

E = τ

π τ π = Φ π = … m

td f lB f

2

E ν = π Φν ν = τ ν

Sức điện động hiệu dụng tổng dẫn:

= td

E E2td1+Etd23 + +E2tdν

td td td td td E E E E E ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = . ν m m m m td B B B B E ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = . ν B B

td k k

E + + + ν

= B B

1f k k

2 Φ + + ν

π

=

Những hệ số:

1 m m B m m B B B k B B

k = , , ν = ν tỉ số biên độ từ cảm sóng bậc

cao biên độ từ cảm sóng hài

Mặc khác từ thông tổng cực từ biểu diễn tổng đại số sau: Φ=Φ1±Φ3 ±Φ5 ± ±Φν

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ Φ Φ ± ± Φ Φ ± Φ Φ ± Φ = ν 1

1

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ν ± ± ± ± Φ = ν m m m m m m B B B B B B ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ν ± ± ± ± Φ

= 1 B3 kB5 1kBν

Từ ta có: ν ν ν ± ± ± + + + Φ π = B B B B td k k 1 k k f E

+ Biểu thức tổng quát sức điện động:

Hiện dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều dùng nhiều loại dây quấn rải lớp bước ngắn nên ta có:

Đối với sóng điều hoà bậc 1:

1 m 1 dq 1 r n

1 2wk k f 2 lwk f B

E =π Φ = τ (1)

Đối với sóng điều hồ bậc ν:

ν ν ν ν ν ν

ν =π 2wkn kr Φ f =2 2τlwkdq f1 Bm E (2)

Ở đây, kdq1 =kn1.kr1, ,kdqν =knνkrν hệ số dây quấn cho sóng điều hồ bậc 1, …,

bậc ν Khi sức điện động tổng dây quấn là:

( ) ( ) ν ν ν ν ± ± ± + + + Φ π = B B B 3 B 1 dq td k k 1 k k k k f k w 2 E Trong đó: dq dq dq dq k k k k k

k = , , ν = ν trị số tương đối hệ số dây quấn cho

sóng điều hồ bậc cao

§ 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG SỨC ĐIỆN ĐỘNG

1 Chế tạo mặt cực từ máy phát điện đồng theo quy luật

Nguyên nhân khiến cho dạng sóng sđđ không sin phân bố từ trường khác hình sin Thơng thường B phân bố hình thang, muốn sđđ hình sin cực từ phải gọt vạt đầu theo hình dạng kích thước thích hợp Thường người ta chế tạo mặt cực theo quy luật:

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ τ π δ = δ x x cos

δ: khe hở nhỏ mặt cực;

( ÷ )δ

=

δmax 1,5 2,6

với b=(0,65÷0,75)τ

2 Rút ngắn bước dây quấn:

Khi quấn bước đủ y=τbiết knν =±1, nghĩa tất sóng hài bậc cao

đều tồn Để cho sđđ bậc cao bị triệt tiêu người ta phải chọn β

để

0

knν = Maø

2

knν =sinνβπ chọn

ν − =

β 1

( ) ⎥⎦⎤ ⎢⎣ ⎡ π − ν = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ π ν ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ν − = ⇒ ν 2 1

kn sin sin

Khi ν=5⇒kn5 =0⇒E5 =0 tương ứng với =

β

Khi ν=7⇒kn7 =0⇒E7 =0 tương ứng với =

β

Nghĩa ta rút ngắn bước dây quấn

1τ τ =

7 vaøE E

và Rõ ràng biện pháp không đồng thời triệt tiêu tất s.đ.đ bậc cao nên người ta chọn bước dây quấn cho giảm sức điện động bậc cao mạnh bậc 5, Trong trường hợp thường rút ngắn bớt τ

6

1 Lúc ( )

86 0, ÷ , =

β tuyø

theo máy

3 Quấn rải:

Khi q = krν =±1, tức tất sóng bậc cao tồn

Khi q > q tăng krν giảm, song krν lập lại trị số ban đầu sau

1 số sóng bậc cao theo chu kì tương ứng Một số sóng bậc cao có

ν r

k = kr1 gọi sóng điều hồ tăng (ν=νz với νz =2mqk±1 k = 1, 2,

3 ) Tóm lại phương án cải thiện dạng sóng phần

4 Rãnh chéo:

Tác dụng để khử sóng điều hồ Từ hình vẽ ta thấy sức điện động có từ cảm

z

m B ν

cảm ứng dẫn có chiều ngược bị triệt tiêu Bước rãnh chéo cần phải chọn

z z

c 2

b ν τ = τ = ν p z p bc ± τ =

(với k = p z z = ±

ν )

Trong thực tế, thường chọn

z p bc

τ

=

sóng điều hồ giảm nhỏ nhiều

Câu hỏi:

1 Vì u cầu sức điện động máy điện xoay chiều phải có dạng hình sin Làm để đảm bảo yêu cầu đó?

2 Hãy xác định biểu thức sức điện động dây quấn pha từ trường không hình sin?

3 Các biện pháp để cải thiện dạng sóng sức điện động hiệu lực biện pháp đó?

4 Khi dùng rãnh chéo trị số sức điện động từ trường dây quấn thay đổi nào?

Thí dụ:

1 Cho máy phát điện có p = 2, đường kính Stator D = 0.7m từ cảm trung bình Btb1 = 0,6T, chiều dài tính tốn Stator l = 1,3m Cho biết

Btb3 = 0,325Btb1; Btb5 = 0,15Btb1 Hãy tính sức điện động E1, E3, E5 sức điện động tổng Etd dẫn (bỏ qua sóng bậc cao 5), f = 50Hz

Đáp số: E1 = 47,6V; E3 = 15,5V; E5 = 7,1V; E = 50,6V

Giải:

1 Ta có: Biểu thức tổng quát sức điện động:

ν ν ν

ν ν ν

ν =π 2wkn kr Φ f =2 2τlwkdq f1 Bm

E

Đối với sóng điều hồ bậc 1:

E1 =π 2.w.kn1.kr1.Φ1.f1 =2 2.τ.l.w.kdq1.f1.Bm1

Thanh daãn: E1 = 2τ.l.Bm1.f1

Với 055

2

7 p

D ,

,

=

π = π = τ

m1 Btb1

B = π

1 tb

1 B f

2 l p

D

E = π π ⇒

50

7

2

, , , π =

= 47,63(V)

Tương tự: E3 = 2τ.l.Bm3.f3 = 0,325E1 = 15,5(V)

E5 = 2τ.l.Bm5.f5 = 0,15E1 = 7,14(V)

Sức điện động tổng dẫn:

2 B

3 B

td E k k

E = + +

2

15 325 63

47, + , + ,

Bài tập:

1.1 Tính hệ số dây quấn kdq dây quấn hai lớp có q = 2; p = 2; z = 24;

6 =

β Biết bối dây có ws = vịng sức điện động dẫn Etd = 5V Hãy tính sức điện động nhóm s.đ.đ pha dây quấn

Đáp số: Eq = 93,3V, Ef = 93,3V

1.2 Cho maùy phaùt điện ba pha 6000kW; 6300V; 3000 vòng/phút; f = 50Hz;

ϕ

cos = 0,8; đường kính stator D = 0,7m; chiều dài stator l = 1,35m; Btb = 0,4890T; z = 36; dây quấn lớp; y = 13; số vòng dây nối tiếp pha W = 24 Hãy tính sức điện động pha máy

CHƯƠNG II: DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU

§ 2.1 ĐẠI CƯƠNG

Dây quấn máy điện xoay chiều có nhiệm vụ cảm ứng sức điện động (s.đ.đ) định đồng thời tham gia vào việc tạo nên từ trường cần thiết cho biến đổi lượng điện từ máy

Kết cấu dây quấn phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật sau: + Tiết kiệm dây quấn (phần đầu nối)

+ Bền cơ, nhiệt, điện

+ Chế tạo đơn giản, lắp ráp, sửa chữa dễ dàng Phân loại dây quấn:

+ Theo soá pha: m = 1, 2,

+ Theo số rãnh pha bước cực q + Theo lớp: lớp, lớp

+ Theo hình dạng phần đầu nối: dây quấn đồng khn, đồng tâm, xếp, sóng v.v.v

Thường số rãnh pha cực q số nguyên số trường hợp cần thiết q phân số Dây quấn máy điện xoay chiều đặt rãnh thành lớp lớp tương ứng dây quấn lớp lớp Trong thực tế nhiều loại dây quấn, phần ta đề cập đến 1, loại phổ biến thường gặp loại nêu phương pháp phân tích sơ đồ nối dây

§ 2.2 DÂY QUẤN PHA CÓ Q LÀ SỐ NGUYÊN

1 Dây quấn lớp:

Thường dùng cho động điện có cơng suất < 7kW Trong rãnh đặt cạnh tác dụng nên số bối dây S = Z/2

Thí dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn kiểu đồng khuôn tập trung lớp,

Z = 24, 2p =

• Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn lớp với q số nguyên: - Xác định góc độ điện rãnh liên tiếp:

0 0

30 24

360 Z 360 p

= =

=

αñ

Nên cạnh tác dụng từ đến 12 đơi cực thứ làm thành hình s.đ.đ có 12 tia hình -1a Do vị trí cạnh 13 đến 24 đơi cực thứ hồn tồn giống vị trí cạnh đến 12 đôi cực thứ nên s.đ.đ chúng biểu thị hình s.đ.đ trùng với hình s.đ.đ thứ

- Số rãnh pha cực:

2

24 mp

Z

q= = =

- Số phần tử dây quấn:

12 24 Z

S= = =

- Số phần tử dây quấn pha: 12 m

S

Sfa = = =

- Số nhóm bối dây pha: 2 12 mq

S

n= = =

So sánh với số đôi cực 2p ta suy dây quấn đấu cực giả - Pha A cách pha B 1200 điện tương đương với:

4 30 120 120

0 0

= =

αñ

rãnh - Bước dây quấn y=τ=6

- Giản đồ khai triển dây quấn:

2 Dây quấn lớp:

Là loại dây quấn mà rãnh đặt cạnh tác dụng, nên số phần tử số rãnh lõi thép ⇒S = Z

so với dây quấn lớp dây quấn lớp có ưu điểm sau:

- Loại thực bước ngắn làm giảm sức điện động bậc cao, cải thiện dạng sóng sức điện động, đặc tính làm việc máy tốt

- Đầu nối bối dây chắn, gọn, choán chỗ, tránh phần đầu nối chạm vào nắp máy

Tuy nhiên việc lồng dây sửa chữa gặp nhiều khó khăn dây quấn lớp

Có kiểu dây quấn: Quấn xếp quấn sóng, đa số dùng dây quấn xếp Dây quấn sóng dùng với rotor dây quấn động điện khơng đồng

a) Dây quấn xếp:

Thí dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn xếp pha, lớp với Z = 24, 2p =

• Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn xếp pha lớp với q số nguyên: 1 Vẽ hình tia sức điện động

Hình 2.2 Sơ đồ khai triển dây quấn pha lớp đồng khuôn tập trung với Z = 24; 2p = 4; q =

0

30 24

360 Z 360 p

= =

=

αñ

p

Z =

τ : bước cực

τ =

β y: hệ số rút ngắn bước dây

y: bước dây

- Số rãnh pha bước cực:

2

24 mp

Z

q= = =

- Số phần tử dây quấn: S = Z = 24

- Số phần tử pha: 24 m

S

Spha = = =

- Số nhóm bối dây pha: n = 2p ⇒ đấu cực thật (c – c, đ - đ)

2 Bước dây quấn: Quấn bước ngắn

5 y

y = =

β = τ ⇒ = τ β

=

AA ZZ BB XX CC yy AA ZZ BB XX CC yy A ZZ BB XX CC yy AA ZZ BB XX CC yy A

Cách vẽ: Đầu tiên ta phân bố cuộn dây theo vùng pha với q = cho vùng Nếu rãnh thuộc vùng pha A vùng pha B phải đặt rãnh 5, pha B cần phải dịch chuyển so với pha A 1200 tức rãnh (1 + = 5, + = 6)

4

24

= =

=

q m

S n

Pha C dịch chuyển tương pha B chiếm rãnh (5 + = 9, + = 10) Còn khoảng rãnh từ 13…24 phân bố xen kẽ pha A, B, C với quy luật (pha A: 13, 14, pha B: 17, 18, pha C: 21, 22) Như nửa vùng pha lớp phân bố, vùng pha khác phân bố theo pha A, B, C kí hiệu tương ứng X, Y, Z Lúc vùng X thuộc pha A dịch chuyển so với vùng A t = tức rãnh (1 + = 7, + = 8, 13 + = 19, 14 + = 20) Tương tự vùng Y thuộc pha B rãnh (5 + = 11, + = 12, 17 + = 23, 18 + = 24) Còn vùng Z thuộc pha C rãnh (9 – = 3, 10 – = 4, 21 – = 15, 22 – = 16) Sự khác vùng pha A, B, C X, Y, Z sức điện động cạnh tương ứng

b) Dây quấn sóng:

Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn sóng hai lớp:

Bước 1: Lấy số liệu Z, 2p Suy τ kiểm tra lại điều kiện Z τ

Bước 2: Chọn bước quấn dây tổng hợp y

p b Z

y= ( ± )

™ Khi Z = np (n số nguyên) chọn b = Trường hợp tương ứng với Z bội số p

™ Khi số cạnh tác dụng rãnh bội số (4, 6, 8,…) ta thường chọn b =

™ Khi rãnh có cạnh tác dụng, ta chọn b =

Bước 3: Gọi N tổng số cạnh tác dụng dây quấn

¾ Nếu (N/6) số chẵn nhánh pha có (N/6) cạnh tác dụng ¾ Nếu (N/6) số lẻ nhánh pha có (

6 −

N ) cạnh tác dụng,

nhánh lại có ( +

N ) cạnh tác dụng

Bước 4: Lập bảng số xác định cách quấn dây, bảng số thiết lập sau:

• Chia bảng dây quấn thành 2p cột

• Lần lượt ghi lớp trên, lớp dưới, lớp trên, lớp dưới, … vào đầu cột biểu thị cho cạnh tác dụng bối dây Sau đó, ghi số thứ tự rãnh vào ô Gọi y1 bước bối dây bước y2 tính sau:

y2 = y – y1

Ta ghi số sau cách số trước bước y1, y2

• Mỗi ghi hết dịng, trước viết đầu dịng tiếp theo, ta xem mạch có bị khép kín sớm hay khơng Nếu có khép kín mạch sớm phải tăng hay giảm bước y2 đơn vị

• Nếu sơ đồ quấn dùng cho stator phải tiến hành biện pháp vừa nêu bình thường trên, ngược lại dây quấn dùng cho rotor ta phải ý cách đặt đầu dây vào pha số rãnh 1; ⎟

⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +

3 Z

1 ; vaø ⎟ ⎠ ⎞ ⎜

⎝ ⎛ +

3 Z

1 vào vị trí ô

2p cột

CH: Chuyển hướng

• Lập bảng số qui định đầu dây, suy số nối chuyển hướng pha

Bước 5: Thực sơ đồ khai triển dây quấn Nên vẽ chuyển hướng

các đầu vào nhóm bối trước tiên

Hình dạng bảng số xác định nhóm pha mơ tả hình vẽ sau

Bảng xác định cách đấu pha:

Lớp Lớp Lớp Lớp … Lớp Lớp

Tổng số hàng bảng xác định cách đấu cho bối dây gồm

p U

Z r

2

hàng, với

Ur: số cạnh tác dụng rãnh

Chú ý: Cũng dây quấn xếp, dây quấn sóng bước ngắn làm cho đặc tính

điện máy tốt

Thí dụ: Dây quấn sóng pha, lớp có Z = 24, 2p =

Bước tổng hợp:

12

2 24 p Z

y= = =

Chọn bước bối dây y1 bước ngắn, với y1 = Bước dây y2 = 12 – =

Số rãnh pha cực:

4

24 mp

Z

q= = =

Số phần tử S = Z =24

 Bảng xác định cách đấu pha:

Bảng có cột tương ứng với cực Số hàng = 12

2

24 = (haøng)

+(y + 1)

Đầu

Nhóm bối dây Pha Vào Ra CH

Nhóm Pha A Nhóm Pha C Nhóm Pha B Nhóm Pha A Nhóm Pha C Nhóm Pha B Lớp Lớp Lớp Lớp

+y1 6’ +y2 13 +y1 18’

2 7’ 14 19’ 8’ 15 2’ 9’ 16 21’ 10’ 17 22’ 11’ 18 23’ 12’ 19 24’ 13’ 20 1’ 14’ 21 2’ 10 15’ 22 3’ 11 16’ 23 4’ 12 17’ 24 5’

} } } } } }

§ 2.3 DÂY QUẤN PHA CÓ Q LÀ PHÂN SỐ

Ta có phương pháp bố trí dây quấn (khi q phân số) phương pháp bố trí theo Clement phương pháp bố trí theo Pyδo

™ Đối với phương pháp Clement, ta bố trí dây quấn theo dạng lớp hay lớp Tuy nhiên dạng lớp biến dạng suy từ kết cấu lớp Và phương pháp Clement khơng sử dụng stator hay rotor có số rãnh lẻ, lúc dây quấn lớp khơng bố trí nên khơng tìm dạng dây quấn lớp

™ Phương pháp bố trí theo Pyδo thích hợp cho dây quấn lớp với Z chẳn hay lẻ

Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn lớp, q phân số theo Clement:

Bước 1:

Xác định Z 2p, sau tính ra: τ q, α, đ

Viết q dạng sau:

d c b q= +

Trong b, c, d số nguyên (c < d c/d phân số tối giản không rút gọn được)

Bước 2: Lập bảng số xác định phân bố rãnh cho pha

• Bảng số thành lập gồm cột (tương ứng pha A, B, C) số hàng bảng ln ln 2p

• Sau kẻ xong bảng, ta điền giá trị vào ô chứa bảng (tổng số ô bảng 6p ơ)

Giá trị ô xác định sau: Nếu 05

d c < ,

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝

⎛ : ta ghi giá trị b cho ô bảng

Neáu 05 d

c > , ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝

⎛ : ta ghi giá trị (b + 1) cho ô bảng

Neáu 05 d

c = , ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝

⎛ : ta ghi giá trị b hay (b + 1) cho ô bảng

Bước 3: Bảng số thành lập bước bảng phân bố rãnh cho pha

mỗi khoảng bước cực Nếu cộng tổng số giá trị ghi cho ô bảng, giá trị có thể:

ƒ Nhỏ tổng số rãnh thực Z động cơ, ô ghi giá trị b ƒ Lớn tổng số rãnh Z động cơ, ô ghi giá trị (b + 1)

Như bước ta điều chỉnh giá trị ghi theo bảng để có phân bố rãnh theo tổng số rãnh thực Z có stator

¾ Từ ta đánh dấu *, sau bắt đầu đếm từ trái sang phải, từ xuống khoảng cách số cực 2p, dừng lại ô đánh ô đó; tiếp tục thực phép đánh dấu phương pháp mở đầu

¾ Trên cột hàng bên ô vừa đánh dấu, ta đánh dấu tiếp Thông thường, với phương pháp lần đánh dấu bảng ta có hay bội số ô đánh dấu

¾ Tại đánh dấu ta điều chỉnh giá trị ghi ô theo qui tắc sau:

o Nếu trị số ghi ô b ta chỉnh thành (b + 1) o Nếu trị số ghi ô (b + 1) ta chỉnh thaønh b

Bước 4: Căn theo giá trị bảng phân bố theo Clement vừa hiệu chỉnh ta

xác định phân bố rãnh cho pha bước cực

Sau đó, tuỳ theo dạng sơ đồ dây quấn lớp muốn thực ta vẽ sơ đồ (phương pháp vẽ sơ đồ lúc thực tương tự thực dây quấn lớp q nguyên)

Thí dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn cho động pha có Z = 30, 2p =

Ta coù: 75

4 30 p

Z ,

= = = τ

2 2

30 pm

Z

q= = = = +

Vaäy b = 2, c = 1, d =

Lập bảng phân bố:

A C B

2* 2

2* 2* 2

2 2* 2*

2 2*

A C B

3 2

3

2 3

Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn theo Pyδo

Bước 1: Xác định Z, 2p, sau tính ra: τ q, α, đ

Viết q dạng sau:

d c b q= +

Trong b, c, d số nguyên (c < d c/d phân số tối giản)

Bước 2: Căn giá trị b, c, d ta lập nhóm số thứ tự theo qui tắc sau:

Vieát số có giá trị (b + 1) thành c lần Viết số có giá trị b thành (d - c) lần

Sau đó, tính tổng số hạng nhóm số thứ tự vừa lập, cách tổng quát ta xác định sau:

bc bd c bc c d b c

b+ + − = + + −

= ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜

⎝

⎛ ( ) ( )

tự thứ số nhóm

hạng số Tổng

Xác định tỉ số M định nghĩa là:

bd c

Z M

+ =

Vì

d c bd d c b

q= + = +

Hay qd = bd + c Vaäy

d p

p

Z d

Z

3 d

Z qd

Z

M =

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ τ = =

Hình 2.6 Dây quấn lớp đồng khuôn tập trung, đầu vào pha liên tiếp lệch

120

Theo Pyδo, M số lần viết lập lại nhóm số thứ tự chuỗi số tuần hồn tìm cách viết M lần nhóm số thứ tự xác định xác định phân bố rãnh cho pha dây quấn stator

Bước 3: Chọn y theo phân bố rãnh định bước ta vẽ sơ đồ dây quấn lớp

Thí dụ: Dây quấn pha với q phân số, Z = 15, 2p =

4 1 12 15 mp

Z

q= = = +

Tức b = 1, c = d = q = bd + c = + = số rãnh đương lượng (đẳng trị) pha cực

Bước cực 1:

Bước cực 2:

Bước cực 3:

Bước cực 4:

- Bước cực: ( ) ( ) 3 1 q

m = + = +

=

τ (tính số rãnh)

Chúng ta lấy bước rãnh y =

Khi đó: 08

5 4 3

3

y ,

= = + = τ = β

Trong trường hợp ta có d = nhóm bối dây phân bố cực, phải có d - c = - = nhóm có b = bối dây, phải có c = nhóm có b + = + = bối dây

48 15

360 Z 360 p

= =

=

αđ

Rãnh Pha A A C B Raõnh Pha A C C B Raõnh 10 11 12

Pha A C B B Raõnh 13 14 15

Pha A C B

Hình 2.7 Dây quấn pha lớp với Z = 15, 2p = 4,

4 1 q= + ,

§ 2.4 DÂY QUẤN NGẮN MẠCH KIỂU LỒNG SÓC

Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc tạo dẫn đồng đặt rãnh, đầu hàn với đầu ngắn mạch đồng Các dẫn vòng ngắn mạch nói đúc nhơm

Sức điện động dẫn lệch pha góc pha

z p đ

π =

α

có thể biểu thị thành hình sức điện động có z/t vector, t ước số chung lớn z p Ở trường hợp dây quấn lồng sóc vector sức điện động ứng với pha số pha

t Z

m= có t hình sức điện động

trùng pha có t dẫn ghép song song Trên thực tế, lúc tính để đơn giản thường xem dẫn ứng với pha m = z, số vòng dây pha w = 1/2 hệ số bước ngắn, hệ số quấn rải tất sóng điều hồ knv = krv =

Sơ đồ mạch điện dây quấn lồng sóc hình 2-8a Trong đó:

+ rt điện trở dẫn + rv điện trở đoạn dẫn vành ngắn mạch

Để xem dây quấn m pha đấu hình bị nối ngắn mạch, ta thay mạch điện thực nói mạch điện tương đương (hình 2-8b) dựa sở tổn hao điện trở mạch điện phải

Đối với nút bất kỳ, thí dụ nút ta có: it2 = iv23 – iv12

Do dòng điện đoạn chia vành ngắn mạch lệch pha góc α hình (2-9) nên:

z p l 2 l

lt = vsinα = vsin π

vaø

z p

l

l t

v = π

sin

Vì tổn hao điện trở mạch

điện thực mạch điện thay cuộn dây phải nhau, nghĩa là:

r Zl r Zl r

Zl v 2t

2 v t

2

t + =

Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện thực (a) tương đương (b)

Hình 2.9 Quan hệ dòng điện thanh dẫn dòng điện vòng

nên kết hợp với lv suy điện trở pha dây quấn:

z p

r r

r

2 v

t + π

=

sin

§ 2.5 CÁCH THỰC HIỆN DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU

Dây quấn máy điện xoay chiều đặt rãnh stator rotor Các rãnh có miệng rãnh nửa kín, nửa hở hở hình 2.9

Rãnh nửa kín thường dùng cho dây quấn stator máy công suất tới 100kW điện áp đến 650V Cách điện rãnh thường dày khoảng (0,35÷0,65)mm gồm phần tử nhiều vịng tiết diện trịn với đường kính (2,2÷2,5)mm Khi lồng dây phải cho hai vòng dây qua miệng

rãnh Rãnh nửa hở thường dùng cho máy có cơng suất lớn từ (300 ÷

400)kW tốc độ 1500vg/ph đến 650V Ở trường hợp này, bối dây (hay phần tử) chia làm nửa bối theo chiều rộng rãnh, nửa bối gồm nhiều vòng dây tiết diện chữ nhật quấn theo khn định hình Các nửa bối dây bọc vải lồng dây cho nửa bối qua miệng rãnh Rãnh hở thường dùng với loại máy có công suất lớn, điện áp cao Trong trường hợp dây quấn chế tạo từ dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật bối cách điện trước đặt vào rãnh

Sau lồng dây vào rãnh, miệng rãnh nêm kín nêm vật liệu cách điện tre, gỗ xử lý

Hình 2.10 Rãnh nửa kín (a), rãnh nửa hở (b) rãnh hở của máy điện xoay chiều

Hình 2.11 Cố định phần đầu nối dây quấn rotor

gêtinắc, textôlit,… tác dụng bối dây ép chặt rãnh Nếu dây quấn đặt rotor phần đầu nối đai chặt dây thép để tránh bị tung lực li tâm rotor quay Ở máy điện công suất lớn, để tránh lực điện từ mạnh lúc xảy ngắn mạch làm hỏng phần đầu nối dây quấn Stator, phận buộc chặt vào vịng thép có bulơng bắt vào thân máy hình (2-11)

§ 2.6 DÂY QUẤN PHA

1 Khái niệm

Trong phần ứng stator động hay pha, ta thường bố trí hai dây quấn lệch pha khơng gian 900, tạo dòng điện qua dây lệch pha thời gian 900 (hay gần 900) để tạo từ trường quay tròn khởi động cho động

Nếu pha phụ cắt khỏi nguồn điện tốc độ quay rotor đạt khoảng 75% tốc độ đồng bộ, động dạng pha

Tương tự dây quấn stator động pha, dây quấn stator động pha phân loại thành dạng:

o Dây quấn lớp đồng khuôn hay đồng tâm o Dây quấn lớp

o Dây quấn sin; hình dạng nhóm bối dây quấn sin giống nhóm bối dây đồng tâm, số vịng bối nhóm bối dây quấn sin không (chênh lệch số vịng bối dây quấn sin nhóm tuân theo tỉ lệ định trước)

Đặc điểm dây quấn động pha thường khơng có dạng q phân số dây quấn động pha Do đó, tổng số rãnh stator phải phân bố theo tỉ lệ định trước cho pha pha phụ

Thông thường, gọi QA: Tổng số rãnh phân bố cho pha QB: Tổng số rãnh phân bố cho pha phụ Ta có tỉ lệ phân bố sau:

ƒ QA = 3QB ƒ QA = 2QB ƒ QA = QB

Phân bố tỉ lệ dùng cho trường hợp dây quấn dạng lớp hay lớp  Các cơng thức kí hiệu hay dùng cho dây quấn lớp hay lớp: Gọi qA : Số rãnh phân bố cho pha bước cực từ

qB : Số rãnh phân bố cho pha phụ bước cực từ Với định nghĩa trên, ta có quan hệ sau:

QA + QB = Z (2-1)

p Q

q A

A = (2-2)

p Q

q B

τ = + B A q

q (2-4)

Tuỳ theo loại động pha hay pha, dùng dây quấn hay lớp ta chọn phân bố:

™ QA = 2QB hay QA = QB động dạng pha dùng tụ thường trực ™ QA = 3QB hay QA = 2QB động dạng pha dùng pha phụ khởi động

hay dùng tụ khởi động

Tuy nhiên, với kết cấu stator, tương ứng với số rãnh stator Z có trước với giá trị 2p yêu cầu ta chọn phân bố tuỳ ý mà phải có điều kiện qA qB dạng phân số

Các yêu cầu điều kiện xác định sau:  Điều kiện sử dụng phân bố QA = QB:

Muoán dùng phân bố

2 Z Q

QA = B = cho dây quấn stator, ta cần có qA qB số nguyên

Khi = = τnguyên⇔τlà bộisốcủa2

q

qA B

Tóm laïi:

Muốn sử dụng phân bố QA = QB ta cần có điều kiện τ bội số  Điều kiện sử dụng phân bố QA = 2QB:

Khi

3 Z

Z Q

2

QA = B tacoùQA = vàQB =

Muốn qA qB số nguyên

3 số bội

nguyên q

và

nguyên B

τ ⇔

τ = τ

= ⇔

3

2 qA

Tóm lại:

Muốn sử dụng phân bố QA = 2QB ta cần có điều kiện τ bội số Tương tự, xét phân bố QA = 3QB, ta suy điều kiện sau:

Muốn sử dụng phân bố QA = 3QB ta cần có điều kiện τ bội số 2 Trình tự xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn lớp:

Tương tự trường hợp động pha, ta tiến hành theo bước sau đây:

Bước 1: Xác định Z 2p, sau tính giá trị τ αđ, ta có:

τ = α =

τ 1800

p

Z

đ

và

Tuỳ theo τ bội số 2, hay 4, chọn phân bố rãnh cho pha

Bước 2: Phân bố rãnh cho pha pha phụ theo τ, qA qB (phương pháp thực tương tự trường hợp động pha)

Bước 3: Tuỳ theo dạng dây quấn cần vẽ, ta tạo đầu nối cho nhóm bối dây, vẽ

cho pha pha phụ

Một điều khác biệt cho dây quấn động pha so với pha đầu vào pha phụ so với pha khơng cần lệch pha 900 điện Việc xét lệch pha khơng gian pha pha phụ xét theo phương pháp khác

Thí dụ1: Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn lớp cho stator động pha

coù Z = 36 2p =

Giải:

Bước 1: Với Z = 36 2p = 4, ta tính được:

• Bước cực τ = 9rãnh/bướccực, τ có giá trị lẻ bội số 3, dùng phân bố QA = 2QB

Vậy

phụ pha rãnh

chính pha rãnh 12 Z Q

24 Z Q

B A

= =

= =

• Số rãnh phân bố cho pha bước cực qA = 6rãnh/pha chính/bước cực

Số rãnh phân bố cho pha phụ bước cực qB = 3rãnh/pha phụ/bước cực

• Góc lệch điện rãnh liên tiếp đ 180 =200 điện τ

= α

Bước 2: Phân bố rãnh cho pha pha phụ

Căn theo giá trị τ, qA qB ta phân bố rãnh cho stator dây quấn lớp sau (hình 2-12)

Bước 3: Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn lớp

Aùp dụng phép vẽ đầu nối tạo nhóm bối dây trường hợp dây quấn stator động pha, ta có:

Trong hình 2.13, dây quấn lớp dạng đồng khn phân tán đơn giản Trong đó, ta kí hiệu đầu pha A, X pha phụ B, Y

3 Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn lớp:

Bước 1: Xác định tham số Z 2p Từ tính tham số:

a Bước cực từ τ, theo giá trị chẵn hay lẻ τ chọn phân bố

rãnh cho pha pha phụ Tính QA, QB suy qA qB b Chọn bước bối dây y, với ymin ≤y≤(τ−1)

Trong = τ ymin

ƒ Tính αđ : Góc lệch điện rãnh liên tiếp

Bước 2:

ƒ Căn theo τ, qA, qB ta xác định phân bố rãnh cho pha pha phụ ƒ Phân bố xác định vị trí cho cạnh tác dụng bối dây

trong dây quấn lớp

Bước 3:

ƒ Tuỳ theo giá trị y ta vẽ nhóm bối dây cho pha pha phụ

ƒ Vẽ hồn chỉnh pha pha phụ

ƒ Kiểm tra cực tính tạo dây góc lệch pha vị trí cho pha phụ

Thí dụ 2: Vẽ sơ đồ dây quấn lớp cho stator động pha có Z = 36 2p = Giải:

Bước 1: Với Z = 36 2p = 4, ta tính được:

Bước cực τ = 9rãnh/bướccực, τ có giá trị lẻ bội số 3, có

thể dùng phân bố Q = 2Q

Vậy

phụ pha rãnh

chính pha raõnh 12 Z Q

24 Z Q

B A

= =

= =

Số rãnh phân bố cho pha bước cực qA = 6rãnh/pha chính/bước cực Số rãnh phân bố cho pha phụ bước cực qB = 3rãnh/pha phụ/bước cực Góc lệch điện rãnh liên tiếp đ 180 =200 điện

τ = α

Bước 2: Phân bố rãnh cho pha pha phụ

Trong rãnh

2

y = τ= =

τ - = – = raõnh

Vậy bước bối dây y chọn khoảng 6≤y≤8

Giả sử ta chọn y = rãnh

Bước 3: Ta có sơ đồ khai triển dây quấn lớp theo hình 2.14

Câu hoûi:

1 Nguyên tắc quấn dây dây quấn pha lớp lớp với q số nguyên?

2 Nguyên tắc quấn dây dây quấn pha lớp với q phân số? Ý nghĩa dây quấn việc cải thiện dạng sóng sức điện động dây quấn stator? Phạm vi ứng dụng nó?

3 Vì dây quấn pha đặt 2/3 số rãnh cực?

Bài tập:

2.1 Dây quấn pha máy điện xoay chiều có số liệu sau: z = 24, 2p

= 2, q = Vẽ giản đồ khai triển dây quấn đồng khuôn phân tán đơn giản

2.2 Vẽ giản đồ khai triển dây quấn xếp pha lớp với số liệu sau: z = 36,

2p = 4, β = 7/9

2.3 Vẽ giản đồ khai triển dây quấn sóng pha lớp với số liệu sau:

CHƯƠNG III: SỨC TỪ ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU

§ 3.1 ĐẠI CƯƠNG

Dịng điện chảy dây quấn máy điện quay tạo sức từ động (s.t.đ) dây quấn sinh từ trường bao quanh dây quấn Để việc nghiên cứu tính tốn dễ dàng người ta thường chia xét từ trường dây quấn máy điện quay ba vùng không gian: từ trường khe hở stator rotor, từ trường rãnh từ trường phần đầu nối Trong chương ta xét từ trường khe hở Với giả thiết khe hở δ từ trở lõi thép stator rotor mạch từ không đáng kể, (hệ số dẫn từ μFe =∞), phân

bố từ trường khe hở phân bố s.t.đ dây quấn Nói chung s.t.đ khe hở phụ thuộc vào kiểu dây quấn tập trung hay quấn rải vào dòng điện Khi dịng điện chiều s.t.đ khe hở không đổi từ dẫn khe hở không đổi đập mạch từ dẫn khe hở thay đổi Nếu dòng điện xoay chiều pha, s.t.đ đập mạch Dòng điện xoay chiều m pha (với m ≠ 1) đối

xứng sinh s.t.đ quay trịn; cịn dịng điện xoay chiều m pha khơng đối xứng sinh s.t.đ quay elip

Để thuận tiện cho việc phân tích s.t.đ dây quấn máy điện xoay chiều ta cần nhắc lại khái niệm s.t.đ đập mạch, s.t.đ quay quan hệ s.t.đ

™ S.t.đ đập mạch

Biểu thức tốn học s.t.đ đập mạch viết sau:

α ω =F sin tcos

F m (3-1)

trong α góc không gian

Trong biểu thức cho t = const thì:

) ( cosα= α

=F f

F m1 ,

trong Fm1 =Fmsinωt biên độ tức thời s.t.đ đập mạch lúc phân

bố F hình sin khoâng gian

Khi α = const nghĩa vị trí cố định bất kỳ, thì:

t F

F= m2sinω

trong Fm2 =Fmcosα trị số F vị trí biến đổi tuần hoàn theo thời

gian

Từ nhận xét ta thấy s.t.đ đập mạch sóng đứng, trường hợp đơn giản phân bố hình sin khơng gian biến đổi hình sin theo thời gian (hình 3-1a)

Ta biểu thị s.t.đ đập mạch vị trí khơng gian α = vector

có độ dài thay đổi theo t hình 3-1b ™ S.t.đ quay tròn

F=Fmsin(ωt±α) (3-2)

Thật vậy, giả sử ta xét điểm tuỳ ý sóng s.t.đ có trị số khơng đổi thì:

const t±α =

ω )

sin(

hay laø ωt±α =const

Lấy vi phân biểu thức theo thời gian ta có:

ω ± = α dt

d (3-3)

Đạo hàm α theo t theo biểu thức (3-3) tốc độ góc quay biểu thị rad/s,

dt

dα < ứng với sóng quay ngược [dấu “+” biểu thức (3-2)]

Hình 3-2a b cho thấy vị trí sóng quay thuận ngược thời điểm khác

Hình 3.1 a S.t.đ đập mạch thời điểm khác nhau; b Vector s.t.đ đập mạch α=0

S.t.đ quay trịn biểu thị vector có độ lớn Fm khơng đổi quay với tốc độ góc +ω -ω, mút vector vẽ thành hình trịn hình 3-2c

Để thấy rõ quan hệ s.t.đ đập mạch s.t.đ quay trước rằng:

2 m m m F F t F t F t F + = = α + ω + α − ω = α

ω cos sin( ) sin( )

sin (3-4a)

nghĩa s.t.đ đập mạch tổng hai s.t.đ quay: F1 quay thuận với tốc độ +ω F2 quay ngược với tốc độ -ω Biên độ s.t.đ quay nửa s.t.đ đập mạch Hình 3-3 biểu thị vector s.t.đ đập mạch F tổng hai vector s.t.đ quay F1 F2 thời điểm

4 T t = vaø

12 T t =

Mặc khác từ biểu thức:

α ω ± α ω = α ±

ω ) sin cos cos sin

sin( t F t F t

Fm m m

) cos( ) sin( cos sin 2 t F t

Fm ω α m ω −π α−π

= m (3-4b)

ta thấy s.t.đ quay tròn tổng hợp hai s.t.đ đập mạch khác pha thời gian

2

π lệch không gian góc π

™ Sức từ động quay elip: Khi hai s.t.đ đập mạch (của dây quấn hai pha) lệch khơng gian góc

2 π

nhưng lệch pha thời gian góc

2 π ≠ β : ) cos( ) sin( cos sin t F t F

F= m ω α+ m ω −β α−π (3-5)

hoặc có biên độ khác nhau:

) cos( ) sin( ' cos sin 2 t F t F

F= m ω α+ m ω −π α−π (3-6)

hoặc hai s.t.đ đập mạch có biên độ nhau, lệch pha

2

π thời gian

nhưng lệch không gian góc

2 π ≠ γ : ) cos( ) sin( cos

sinω α+ ω −π α−γ

= t F t F

F m m (3-7)

thì s.t.đ tổng hợp F chúng ba trường hợp biểu thị vector quay mà mút vector vẽ thành hình elip Từ trường quay máy từ trường elip

Trước hết xét tổng hợp hai s.t.đ đập mạch theo (3-6):

) cos( ) sin( ' cos sin 2 t F t F

F= m ω α+ m ω −π α−π

Phân tích s.t.đ đập mạch biểu thức thành hai s.t.đ quay tròn theo biểu thức (3-4a), với ý sin(ωt+α−π)=−sin(ωt+π) ta có:

) sin(

) sin(

) sin(

' )

sin( '

α + ω +

α − ω =

α + ω −

+ α − ω +

= t F t F t

2 F F t

2 F F

F m m m m 1 2 (3-8)

Vậy s.t.đ F tổng hợp hai s.t.đ có biên độ khác quay theo hai chiều thuận ngược với tốc độ, biểu thị vector quay F mà mút vector vẽ thành hình elip hình 3-4 Trục lớn a trục nhỏ b từ trường elip có giá trị bằng:

a = 2(F1 + F2) = 2Fm (ứng với

2 t ω = π =

α , )

b = 2(F1 – F2) = 2F’m

Cũng chứng minh tương tự trường hợp hai s.t.đ đập mạch lệch pha thời gian góc

2 π ≠

β , theo hình (3-5) ta coù:

) cos( ) sin( cos

sin

2 t

F t

F

F m m

π − α β − ω +

α ω

=

=F1sin(ωt−α )'+F2sin(ωt+α'−β) (3-9)

trong đó: F1 =Fmcosβ'; F2 =Fmsin( β− )'

với

4

π − β =

β' ;

4

π − β + α = α'

S.t.đ tổng F trường hợp biểu thị vector quay mà mút vector vẽ thành hình elip có trục lớn a = 2(F1 + F2) ứng với

2 t

t−α = ω +α−β = π

ω )' ( ' )

( hay laø

2 β =

α' vaø

2 t= π+β

ω Từ trường elip hai s.t.đ

lệch pha thời gian góc

3 π =

β trình bày hình 3-5

Khi hai s.t.đ đập mạch lệch pha khơng gian góc

2 π ≠

γ theo (3-7) ta coù:

) cos( ) sin(

cos

sinω α+ ω −π α−γ

=

2 t F

t F

F m m

) '' sin(

)' ' sin(

2 t

F t

F1 ω −α + 2 ω +α −π

= , (3-10)

trong đó: F1 =Fm cosγ' ' sin γ = m F

F

với

2

γ − π =

γ'

2

γ − π + α = α'

Ở trường hợp S.t.đ F s.t.đ elip Trục lớn hình elip a = 2(F1 + F2) ứng với

4 π = α'' vaø

4 t = π ω

Từ trường elip hai s.t.đ đập mạch lệch khơng gian góc

4 π = γ

được trình bày hình 3-6

Như thấy phần sau chương này, s.t.đ elip hình thành dây quấn nhiều pha dịng điện pha không đối xứng Các thành phần thứ tự thuận thứ tự ngược dịng khơng đối xứng sinh từ trường quay thuận F1 từ trường quay ngược F2 với tốc độ Tổng hợp F1 F2 tạo từ trường elip

Hình 3.5 Từ trường elip theo biểu thức (3-5),

3 π = β

Hình 3.6 Từ trường elip theo biểu thức (3-7),

§ 3.2 SỨC TỪ ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN PHA

Để nghiên cứu sức từ động dây quấn pha, trước hết ta xét s.t.đ phần tử sau đến s.t.đ dây quấn lớp gồm có q phần tử cuối s.t.đ pha lớp bước ngắn

1 Sức từ động phần tử:

Giả sử ta có phần tử gồm Ws vịng dây bước đủ (y=τ) đặt stator máy điện hình 3-15a Khi phần tử có dịng điện i=I 2sinω.t

các đường sức từ trường phần tử có dịng điện i sinh phân bố đường nét chấm

Theo định luật tồn dịng điện, dọc theo đường sức từ khép kín ta viết:

∫Hdl=i.ws (3-11)

Trong H cường độ từ trường dọc theo đường sức từ

Từ trở thép nhỏ (μFe =∞) nên HFe = sức từ động iws xem

như cần thiết để sinh từ thông qua lần khe hở khơng khí δ :

s w i

H =δ (3-12)

Như sức từ động ứng với khe khơng khí bằng:

s

s iw

2

F = (3-13)

Vì i= 2Isinω.t nên sức từ động Fs phân bố dọc khe hở theo dạng hình chữ nhật có độ cao r thay đổi trị số dấu theo dòng điện xoay chiều i

Sức từ động phân bố hình chữ nhật khơng gian biến đổi hình sin theo thời gian phân tích theo dãy Fourier thành sóng điều hịa bậc 1, 3, 5, 7,… với góc toạ độ chọn hình (3 -15b) ta có:

να = = + να + + α + α = ∑ = ν ν ν cos cos cos cos , , 53 s s s s s F F F F F (3-14) Trong đó: sin cos 2 π ν π υ α να π π π

ν s s

s F d F

F = ∫ =

−

(3-15)

∑ να ω

=

⇒Fs Fsmν cos sin t (3-16)

ν ± = νπ ± = π ν νπ =

ν s s s

sm w I w I 2 w I 2

F sin , (3-17)

⎩ ⎨ ⎧ = − = + , 11 , , " " , , , " " υ υ khi khi

Ta thấy sức từ động phần tử có dịng điện xoay chiều tổng hợp ν sóng đập mạch phân bố hình sin khơng gian biến đổi hình sin theo thời gian

2 Sức từ động dây quấn lớp bước đủ:

Ta xét sức từ động dây quấn lớp có q = phần tử, phần tử có ws vịng dây hình (3-8) Sức từ động dây quấn tổng ba phần tử phân bố hình chữ nhật lệch góc khơng gian

Z p 2π =

α Nếu đem phân tích sóng chữ nhật theo cấp số Fourier tổng sóng tổng tất sóng điều hồ chúng

Dưới ta cộng sóng điều hoà bậc sức từ động phần tử, cuối lấy tổng sức từ động hợp thành ứng với tất bậc

ν để có sức từ động tổng dây quấn

Hình 3.9 Cộng s.t.đ 3 phần tử

Với ν =1 ta có sóng sức từ động hình sin 1’, 2’, 3’ lệch

khơng gian góc α biểu thị vector lệch góc khơng

gian α hình (3-9) Tổng sóng sức từ động hình sin sóng hình sin (đường 4) sóng sức từ động nhóm phần tử Biên độ có trị số độ dài vector tổng vector 1, hình 3-9

Đối với sức từ động tổng nhóm phần tử ta có sức từ động nhóm q phần tử:

Fql = qkrl.Fsml (3-18)

Với sóng bậc ν góc lệch sóng từ động bậc ν ν.α vector sức từ động tổng bậc ν có biên độ:

ν ν ν = r sm q qk F

F (3-19)

Như sức từ động dây quấn lớp bước đủ biểu thị sau:

t k qF F r sm

q = ν να ω

= ν∑ ν sin cos , , (3-20)

3 Sức từ động dây quấn pha lớp bước ngắn:

Sức từ động dây quấn lớp bước ngắn xem tổng sức từ động dây quấn lớp bước đủ đặt lớp đặt lớp lệch góc điện α hình 3-18

Đối với sóng (ν=1) góc lệch γ =(1−β)π τ =

β y nên có:

1 n q q

f 2F k

2 F

2

F = cos( −β)π = (3-21)

Tương tự sóng bậc ν:

ν ν ν ν = π β −

= q q n

f 2F k

2 F

2

F cos( ) (3-22)

Kết sức từ động dây quấn pha lớp bước ngắn biểu thị dạng:

t F

k qk

F n sm

5

r

f = ν ν να ω

= ν∑ ν sin cos , , (3-23)

Thay trò số Fsmν ý

trong dây quấn lớp số vòng dây pha

W = 2pq.ws nên ta viết:

t F F f

f = ∑ να ω

= ν ν sin cos , , (3-24) Trong đó: I p wk I p wk 2

Ff dq dq

ν = ν π

= . ν , ν (3-25)

Do sức từ động dây quấn pha tổng hợp dãy sóng đập mạch, nghĩa phân bố hình sin khơng gian biến đổi hình sin theo thời gian với tần số dòng điện chảy dây quấn

§ 3.3 SỨC TỪ ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN M PHA

Ta xét tổng quát sức từ động dây quấn m pha từ suy sức từ động dây quấn pha (m = 3) sức từ

động dây quấn pha (m = 2)

Giả sử cho dây quấn m pha đặt lệch khơng gian góc điện

m

2π (hình

3-20) có dịng điện m pha đối xứng lệch thời gian góc

m 2π t

I i1 = sinω

) sin( m t I

i2 = ω − π (3-26)

…… ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ω − − π = m m t I

im sin ( )

Như biết sức từ động pha sức từ động đập mạch biểu thị sau:

να ω = ∑ = ν ν cos sin , , t F F f ) ( cos ) sin( , , m m t F F f π − α ν π − ω = ∑ = ν ν (3-27) …… ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡α− − π ν ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ω − − π = ∑ =

ν ν m

2 m m m t F F f

m sin ( ) cos ( )

, ,

Để có sức từ động dây quấn m pha ta lấy tổng m sức từ động đập mạch Muốn cho phân tích dễ dàng, ta phân tích sức từ động bậc ν pha thành sức từ động quay thuận ngược Như sức từ Hình 3.11 Cộng s.t.đ (ν=1) của

2 lớp dây quấn pha hình 3.10

Hình 3.12 Dây quấn m pha

m

m -

động dây quấn m pha tổng tất sức từ động quay thuận sức từ động quay ngược

Ta có: ) sin( ) sin( cos

sinω να= ω −να + ω +να

= ν ν ν t F t F t F

F f f

f = π − α π − ω

= νsin( )cos( )

m m t F

F2 f

⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ω +να + ν+ π + ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ω −να + ν− π = ν ν m t F m t

Ff sin ( ) ( ) f sin ( . ) ( ) (3-28) = ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡α− − π ν ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ω − − π = ν m m m m t F

Fm f sin ( ) cos ( )

⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ω +να − − ν+ π + ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ω −να + − ν− π = ν ν m 1 m t F m 1 m t F f f ) )( ( ) ( sin ) )( ( ) ( sin

Trong đó: ν = 1, 3, 5,… chia thành nhóm sau:

⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ − = ν + = ν = ν mk mk 2 mk (3-29) Trước hết ta xét tổng sức điện động quay thuận, tức tổng số hạng thứ vế phải biểu thức Các sức từ động quay thuận viết sau:

) sin(ω −να = ν

ν t

2 F F1 l f

⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ω −να + ν− π = ν ν m t F F f l

2 sin ( ) ( ) (3-30)

…… ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ω −να + − ν− π = ν ν m 1 m t F F f l

m sin ( ) ( )( )

Tổng chúng tổng sóng quay hình sin lệch góc

m

1 π

−

ν )

( ν có trị số xác định sau: ¾ Với nhóm ν =mk :

m k m mk m

1 π= − π = π− π

−

ν ) ( )

(

Ta thấy với trị số m, k sức từ động sóng hình sin quay với tốc độ, vector tương ứng với sóng sin lệch góc

m 2π làm

thành hình đối xứng (hình 3-13a) tổng chúng khơng ¾ Với nhóm ν =2mk+1 ta có: k

m π = π −

ν )

Các sức từ động tương ứng với trị số k sức từ động quay thuận trùng pha (hình 3-21b) tổng chúng bằng:

) sin(ω −να

= ν

+ = ν ∑

t F

2 m

F f

1 mk

t (3-31)

¾ Với nhóm ν =2mk−1:

m k m

1 π = π − π

−

ν )

(

Các sức từ động tương ứng với trị số k sức từ động quay với tốc độ lệch

m

4π (hình 3-13c) tổng chúng khơng

Tương tự xét tổng sức từ động quay ngược tức tổng số hạng thứ hai vế phải biểu thức ta thấy tổng sức từ động có ν =mk vàν=2mk+1 khơng Riêng nhóm sức từ động ứng với

1 mk

2 −

=

ν trùng pha nên tổng chúng laø:

) sin(ω +να

= ν

− = ν ∑

t F

2 m

F f

1 mk

ng (3-32)

Như sức từ động dây quấn m pha, ta viết gộp lại cho tổng sóng quay thuận quay ngược sau:

( ) = νsin(ω να)

± =

ν ∑ m

t F

2 m

F f

1 mk

m (3-33)

Trong đó:

I p wk m 45 F

m dq

f

ν

= ν

ν , (3-34)

Tốc độ quay sức từ động quay bậc ν

ν ± = ν

w

w hay laø

ν ± = ν

n

n (3-35)

Điều chứng minh cách lấy đạo hàm theo t biểu thức

const t±να=

Đối với dây quấn pha ta thay m = lúc sức từ động dây quấn ba pha sau:

( ) = νsin(ω να)

± =

ν∑ m

t F F f k

3 (3-36)

Trong đó: I p wk 35 F dq f ν = ν

ν , (3-37)

Ta kết luận sức từ động dây quấn ba pha tổng sức từ động bậc ν =6k+1 = 1, 7, 13,… quay thuận sức từ động bậc

1 k − =

ν = 5, 11, 17,… quay ngược Biên độ sức từ động quay bậc ν

3/2 lần biên độ sức từ động pha bậc ν tốc độ quay sức từ động bậc ν

ν = ν

n

n

Đối với dây quấn hai pha đặt lệch không gian góc điện

2 π

thay m = vào ta được:

( ) = ∑ sin(ω να)

± =

ν ν m

t F F k f

2 (3-38)

Trong đó: I

p wk

Ff dq

ν

= ν

ν ,

Nghĩa sức từ động dây quấn hai pha tổng sức từ động

1 k + =

ν quay thuận sức từ động bậc ν =4k−1 quay ngược Biên độ

sức từ động quay bậc ν biên độ sức từ động pha bậc ν, tốc độ quay sức từ động bậc ν

ν = ν n n Chú thích:

Khi dòng điện m pha dây quấn m pha khơng đối xứng ta phân tích dịng khơng đối xứng thành dịng điện m pha thứ tự thuận I1, dòng điện m pha thứ tự ngược I2 dòng điện m pha thứ tự không I0 theo phương pháp thành phần đối xứng

Thành phần dòng điện đối xứng thứ tự thuận I11, I21, , Im1 sinh sức từ động dây quấn m pha:

( ) = νsin(ω να)

± =

ν ∑ m

t F

2 m

F 1f

1 mk m

1 (3-39)

Trong đó: dq f I p wk m 45 F m ν = ν ν ,

Thành phần dòng điện đối xứng thứ tự ngược I12, I22,…,Im2 sinh sức từ động dây quấn m pha:

( ) = νsin(ω ±να)

± = ν ∑ t F m

F 2f

1 mk m

2 (3-40)

2 dq f

2 I

p wk m 45 F m

ν

= ν

ν ,

Thành phần dòng điện thứ tự không:

sin

i 2I t

i i

i01 = 02 = 03 = = 0m = 0 ω

sinh dây quấn m pha sức từ động đập mạch pha thời gian lệch không gian

m 2π:

⎥⎦ ⎤ ⎢⎣

⎡α− − π

ν ω =

⎥⎦ ⎤ ⎢⎣

⎡α− π ν

ω =

να ω

=

ν ν ν

m m t

F F

m t

F F

t F

F

f m

f 02

f 01

) ( cos

sin

cos sin

cos sin

(3-41)

Với ν=mk, sức từ động đập mạch dịng thứ tự khơng m pha lệch

nhau 2kπ không gian cộng số học với ( ) =∑F νsin tω cosνα

F0 m 0f (3-42)

Trong đó:

dq f

0 I

p wk m F

ν

= ν

ν ,

Với ν=2mk±1 sức từ động đập mạch dịng thứ tự khơng m pha

hình thành hệ vector lệch góc không gian

m

2π có tổng không

Qua phân tích ta thấy sức từ động dây quấn m pha có dòng điện m pha đối xứng chạy qua bao gồm sức từ động quay sức từ động đập mạch Trong máy điện xoay chiều sức từ động đập mạch chủ yếu sinh từ trường tản dây quấn, sức từ động quay tham gia trực tiếp vào trình biến đổi lượng điện, ta thấy sức từ động quay tròn thuận ngược bậc, có biên độ khác I1 ≠ I2 tổng hợp lại cho sức từ động elip

Đối với dây quấn pha (m = 3) ứng với ν = 1, 7, 13,… sức từ động elip quay thuận, ν = 5, 11,… sức từ động elip quay ngược

Hình 3-14 trình bày sức từ động elip ứng với ν=1 ν=5 dây quấn pha

Phân tích sức từ động dây quấn m pha phương pháp đồ thị:

Ở ta nghiên cứu sức từ động dây quấn m pha phương pháp giải tích đến kết luận dòng điện pha (hoặc pha) chạy dây quấn ba pha (hoặc pha) tạo từ trường quay Ở ta dùng phương pháp đồ thị để chứng minh điều

Để đơn giản trước hết ta xét sức từ động sinh dòng điện pha iA, iB, iC chảy dây quấn pha A-X, B-Y, C-Z, có q = 1, p = hình (3-15) thời điểm khác

Giả sử thời điểm t = dòng điện pha A cực đại: iA = + Im

Coøn: iB = iC = -

2 Im

và giả sử dịng điện pha A có chiều từ X đến A pha B C có chiều từ B đến Y C đến Z kí hiệu hình (3-15)

Các sức từ động FA, FB, FC có trị số tỷ lệ vớiΩ dịng điện chảy pha phân bố dọc cực trình bày đường biểu diễn 1, 2, hình (3-15a) Cộng tung độ ba đường biểu diễn điểm ta

được sức từ động tổng dây quấn pha đường Ta thấy trị số cực đại sức từ động tổng trùng với trục pha A pha có dòng điện cực đại thời điểm t =

Ở thời điểm t = T/3 thì: iB = Im

Coøn: iA = iC = -

2 Im

Lập lại cách vẽ ta có đường biểu diễn sức từ động pha sức từ động tổng hình (3-18b)

Ta thấy dòng điện biến đổi phần ba chu kỳ T/3 sức điện động tổng dây quấn ba pha xê dịch không gian khoảng cách

3

2τ có

trị số cực đại sức từ động tổng trùng với trục pha B pha có dịng điện cực đại thời điểm t=T3

Từ kết phân tích ta kết luận sau: 1 Sức từ động dây quấn pha sức từ động quay

Khi dịng điện biến đổi chu kỳ T sức từ động quay 2τ

trong khơng gian Nếu máy có p đơi cực sức từ động quay 1/p vịng Vậy tốc độ quay sức từ động là:

p f 60

n= (vg/ph)

2 Trục sức từ động trùng với trục pha có dịng điện cực đại:

Để có phương pháp tổng quát vẽ đường phân bố sức từ động dây quấn q≠1, ta nhận xét trị số sức từ động tăng tỷ lệ với phụ tải đường A

dọc chu vi hở Do dây quấn đặt tập trung rãnh nên sức từ động không thay đổi khoảng rãnh mà thay đổi vị trí rãnh tỷ lệ với tổng đại số dịng điện rãnh Trục ngang đường biểu diễn vẽ vị trí cho hình thành với đường biểu diễn sức từ động diện tích trục ngang nhau, thể từ thông cực N cực S phải trị số

Trình tự tiến hành sau:

1 Vẽ giản đồ khai triển dây quấn hình 9-15 xác định vùng pha lớp lớp dây quấn

2 Xác định trị số dòng điện pha thời điểm cho biết, sau xác định trị số chiều dòng điện lớp lớp rãnh tổng đại số dòng điện rãnh

3 Vẽđường phân bố s.t.đ tỷ lệ với tổng đại số dòng điện rãnh Xác định vị trí trục ngang

Câu hỏi:

1 Phân biệt s.t.đ đập mạch s.t.đ quay Sức từ động máy biến áp khác s.t.đ nào?

2 Phân tích s.t.đ dây quấn pha quấn rải bước ngắn Biểu thức tính chất s.t.đ đó?

3 Phân tích s.t.đ dây quấn pha quấn rải bước ngắn Biểu thức tính chất s.t.đ đó?

4 Tác dụng bước ngắn quấn rải s.t.đ?

5 Đặt điện áp xoay chiều pha vào dây quấn ba pha Giả sử pha bị đứt s.t.đ dây quấn thuộc loại s.t.đ nào?u5:

1 Cho máy phát điện pha tốc độ quay n = 75vg/ph, dây quấn lớp, dòng điện qua phần tử I = 230A (trị số hiệu dụng), số rãnh phần tĩnh Z = 480, phần tử có vịng dây, tần số f = 50Hz Tính:

a Biên độ sóng điều hoà s.t.đ bậc 1, 3, phần tử I = Iđm b Biên độ sức từ động 1, 3, dây quấn pha

Giải: a) Biên độ sóng điều hồ s.t.đ

s

s Iw

F 2

υπ υ =± ⎩ ⎨ ⎧ = − = + , 11 , , " " , , , " " υ υ khi khi

‘ Biên độ sóng điều hồ s.t.đ bậc 1:

3 , 828 230 2 2

1 = υπ s = π =

s I w

F (A/cực)

‘ Biên độ sóng điều hoà s.t.đ bậc :

276 230 2 2

3 =− υπ s =− π =−

s I w

F (A/cực)

‘ Biên độ sóng điều hồ s.t.đ bậc 5:

66 , 165 230 2 2

5 = υπ s = π =

s Iw

F (A/cực)

b) Biên độ sức từ động 1, 3, dây quấn pha

I p k w Ffυ 2 dqυ

υπ = 40 75 50 60

60 = =

= n f p 40 480

2 = =

2 40 480

2 = =

= p m Z q 320 40 = =

=q pws w sin sin sin ñ ñ α υ α υ π β υ q q kdq =

‘ υ =1

933 , 30 sin 2 30 sin sin sin sin

sin = =

= α π υ α υ π β υ ñ ñ q q kdq

.230 1545,6

40 933 , 320 2 2 = = = π υπ υ υ I p k w

Ff dq (A/cực)

‘ υ =3

5 , 30 sin 2 30 sin sin sin sin

sin = =−

= α π υ α υ π β υ ñ ñ q q kdq , 276 230 40 ) , ( 320 2 2 − = − = = π υπ υ υ I p k w

Ff dq (A/cực)

‘ υ =5

067 , 30 sin 2 30 sin sin sin sin

sin = =

= α π υ α υ π β υ ñ ñ q q kdq , 22 230 40 067 , 320 2

2 = =

= π υπ υ υ I p k w

PHAÀN IV

CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

§ 1.1 PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU

1 Phân loại:

- Theo kết cấu vỏ chia làm loại: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu chống nổ, kiểu chống rung,…

- Theo kết cấu rotor chia làm loại:Rotor dây quấn rotor lồng sóc - Theo số pha: m = 1, 2,

2 Kết cấu: Giống máy điện quay khác, máy điện không đồng gồm phận sau:

Phần tónh hay stator: Trên stator có vỏ, lõi thép dây quấn

α Vỏ máy:

Để cố định lõi thép dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ Thường làm gang hay thép hàn lại

β Lõi thép: Là phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi

thép từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi sắt làm thép kỹ thuật điện dày 0,35mm hay

0,5mm ép lại Khi đường kính ngồi lõi thép Dn < 990mm dùng trịn ép lại, mặt có sơn cách điện Khi Dn > 990mm phải dùng hình rẽ quạt (segment) ghép lại thành khối tròn Mặt thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn

γ Dây quấn: Dây quấn stator đặt vào

các rãnh lõi sắt cách điện tốt rãnh

Phaàn quay hay rotor: Gồm lõi thép dây quấn

α Lõi theùp:

Dùng thép kỹ thuật điện stator Lõi sắt ép trực tiếp lên trục quay, phía ngồi có xẻ rãnh để

đặt dây quấn

β Dây quấn: Có loại:

Loại rotor kiểu dây quấn: Rotor có dây quấn giống dây quấn stator Dây quấn pha rotor thường đấu hình sao, cịn ba đầu nối vào vành trượt thường làm đồng đặt cố định

Hình 1.2 Rotor dây quấn động điện không đồng

1

2

3 Hình 1.1 Stator máy

điện khơng đồng 1 Vỏ máy

ở đầu trục thơng qua chổi than đấu với mạch điện bên ngồi Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor nối ngắn mạch

Loại rotor kiểu lồng sóc: Kết cấu loại dây quấn khác với dây quấn stator Trong rãnh rotor đặt vào dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi thép nối tắt lại đầu hai vành ngắn mạch đồng hay nhôm làm thành lồng mà người ta quen gọi lồng sóc (hình 1-3)

c) Khe hở: Khe hở máy điện không đồng nhỏ (từ 0,2 đến

1 mm máy điện cỡ nhỏ vừa), nhỏ tốt để hạn chế dịng điện từ hố lấy từ lưới vào

Kết cấu động điện không đồng rotor lồng sóc rotor dây quấn trình bày hình 1.4, hình 1.5

Hình 1.3 Rotor lồng sóc động điện khơng đồng

Hình 1.4 Động điện khơng

Hình 1.7 Chế độ máy phát điện của máy điện khơng đồng

§ 1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Máy điện khơng đồng loại máy điện làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ Khi cho dòng điện ba pha vào dây quấn ba pha đặt lõi thép stator máy sinh từ trường quay với tốc độ đồng n1 = 60f 1-/p, f tần số lưới điện đưa vào, p số đôi cực máy Từ trường quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt lõi thép rotor cảm ứng s.đ.đ dịng điện Từ thơng dịng điện sinh hợp với từ thông stator tạo thành từ thông tổng khe hở Φδ Dòng điện dây quấn rotor

tác dụng với từ thông sinh moment Tác dụng có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n rotor, với phạm vi tốc độ khác chế độ làm việc máy khác Để phạm vi tốc độ máy, người ta dùng hệ số trượt s Theo định nghĩa hệ số trượt bằng:

100 n

n n s

1

1

%= −

Như khi: n = n1 ⇒ s = 0; n = ⇒ s =

n > n1 ⇒ s < 0; n < ⇒ s > (rotor quay ngược chiều từ trường quay) 1 Trường hợp rotor quay thuận với từ trường quay n1 > n > hay < s <

Giả sử chiều quay n1 Φδ chiều quay n

rotor hình vẽ Do n < n1 nên chiều chuyển động dẫn suy chiều Eư, Iư xác định quy tắc bàn tay phải Iư tác động với Φδ

sinh lực điện từ F moment M có chiều xác định qui tắc bàn tay trái, moment M làm rotor quay theo chiều từ trường quay với n < n1 Máy làm việc chế độ động điện (biến điện thành năng)

2 Trường hợp rotor quay thuận nhanh tốc độ đồng +∞ > n > n1 hay −∞ < s <

Dùng động sơ cấp quay rotor máy

điện không đồng nhanh tốc độ đồng từ trường quay n > n1 Chiều từ trường quay quét qua dẫn ngược lại, chiều Eư, Iư đổi chiều nên chiều moment M ngược với chiều quay rotor nên moment hãm Máy biến thành điện Máy làm việc chế độ máy phát

3 Trường hợp rotor quay ngược chiều từ trường quay (−∞ < n < hay

+∞ > s > 1)

Vì lý rotor quay ngược chiều với từ trường quay lúc chiều Eư, Iư , máy làm việc giống chế độ động điện Vì moment M sinh ngược chiều với n nên có tác dụng hãm rotor lại Trong trường hợp máy vừa lấy điện lưới điện vừa lấy động sơ cấp Chế độ làm việc gọi chế độ hãm điện từ

Tóm lại ta biểu thị chế độ làm việc theo s n sau: Chế độ Hãm điện từ Động Máy phát

n −∞ n1 +∞

s +∞ −∞

Vì máy làm việc tốc độ n khác n1 từ trường quay nên ta gọi máy

điện không đồng

§ 1.3 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC

Máy điện khơng đồng có đại lượng định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật máy Các trị số nhà máy thiết kế, chế tạo quy định ghi nhãn máy Vì máy điện khơng đồng chủ yếu làm việc chế độ động điện nên nhãn máy ghi trị số định mức động ứng với tải định mức Các trị số thường bao gồm:

+ Công suất định mức đầu trục (công suất đầu ra) Pđm (kW hay W) Hp Cv, 1Cv = 736W (theo tiêu chuẩn Pháp), 1kW = 1,358Cv, 1Hp = 746W (theo tiêu chuẩn Anh)

+ Dòng điện dây định mức Iđm (A) + Điện áp dây định mức Uđm (V) + Kiểu đấu dây stator

+ Tốc độ quay định mức nđm (vg/ph) + Hiệu suất định mức ηđm

+ Hệ số công suất định mức cosϕđm

Công suất định mức mà động điện tiêu thụ: P1đm = đm đm đm

ñm

ñm = cosϕ

η 3U I

P ,

ñm ñm ñm

ñm

ñm = 3U I cosϕ η P

Moment định mức đầu trục:

) ( ) / ( n

) ( ,

,

ñm ñm ñm

ñm kGM

ph vg

W P 975 81

1 P

M =

ω =

Thí dụ:

Hình 1.9 nhãn máy động điện pha rotor dây quấn Các số liệu biểu thị:

Δ/Y 220/380 V: Động hoạt động với điện áp dây nguồn 220 V động đấu Δ 380V động đấu Y

42/24 A: Dòng điện dây định mức tương ứng với cách đấu Δ/Y 11kW: Công suất định mức động

14551 1/min: Tốc độ quay định mức động 50 Hz: Tần số định mức nguồn

Lfr Y 250V: Dây quấn rotor đấu hình Y, điện áp dây rotor 250V 25A: Dòng điện định mức rotor

Isol – KL.B: Cấp cách điện động

IP 44: Loại kiểu bảo vệ ghi kí hiệu ngắn, số thứ cấp bảo vệ chống vật lạ bên (cấp bảo vệ chống vật lạ bên φ >1mm), số thứ hai cấp bảo vệ chống nước (cấp chống tia nước từ hướng)

§ 1.4 CƠNG DỤNG CỦA MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ

Máy điện khơng đồng loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động không đồng loại máy dùng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụï,… Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nơng nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện khơng đồng chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động tủ lạnh, máy bơm nước, … Tóm lại phạm vi ứng dụng máy điện không đồng ngày rộng rãi

Typ AM 160 L4 R1 ~ Mot Nr 28600 –

Υ

Δ / 220/380 V 42/24 A 11kW

cosϕ 0,77 1455 1/min 50 Hz Lfr Y 250 V 25 A Isol – KL B lP 44 VDE 0530/69

Tuy vậy, máy điện không đồng có nhược điểm như: cosϕ máy thường khơng cao đặc tính điều chỉnh tốc độ khơng tốt nên ứng dụng có phần bị hạn chế

Câu hỏi:

1 Cơng thức tính tốc độ đồng bộ?

2 Các cách phân loại máy điện không đồng pha? Đặc điểm loại?

CHƯƠNG II: CÁC QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Ta coi máy điện không đồng máy biến áp mà dây quấn stator dây quấn sơ cấp, dây quấn rotor dây quấn thứ cấp liên hệ sơ cấp thứ cấp thông qua từ trường quay Do dùng cách phân tích kiểu máy biến áp để thiết lập phương trình bản, mạch điện thay thế, đồ thị vector,… Ta xét đến tác dụng sóng mà khơng xét đến tác dụng sóng bậc cao tác dụng chúng thứ yếu

§ 2.1 MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC KHI ROTOR ĐỨNG N

Mục đích chứng minh rotor đứng yên máy điện không đồng xem máy biến áp khác phần cấu tạo Còn phần chất vật lý Để nghiên cứu cách hợp lý ta bắt đầu nghiên cứu từ trạng thái làm việc giới hạn máy: không tải, ngắn mạch để phần sau mở rộng khái niệm máy điện không đồng máy biến áp trường hợp với rotor quay

1 Không tải máy điện không đồng n = (Rotor đứng yên)

Ta giả thuyết rotor máy điện khơng đồng hở mạch (vị trí hình 2.1) đứng yên, stator đặt vào lưới điện có điện áp U1, tần số f1 Trong trường

Hình 2.2 Từ thơng stator rotor hở mạch

hợp máy điện không đồng xem máy biến áp lúc không tải Dưới tác dụng điện áp U1 stator có dịng điện khơng tải I0 tạo nên sức từ động F1, F1 tạo nên từ thông phần lớn từ thơng Φ móc vịng với hai dây quấn máy, cịn phần Φσ1 móc vịng với dây quấn stator Nếu máy có

p đơi cực tốc độ đồng n1 Φ n1 = 60f1/p (vịng/phút) Từ thơng Φ sinh dây quấn stator rotor s.đ.đ E1 E2 xác định theo công thức:

Φ π = Φ π = dq 2 dq 1 k w f E k w f E (2-1)

Từ thông tản Φσ1 tạo nên dây quấn stator s.đ.đ tản Eσ1 1 .x jI Eσ =−

với x1 điện kháng tản dây quấn stator

1

1 L f.L

x =ω = π

1

σ

L : Hệ số tự cảm dây quấn Stator

Ngồi dây quấn stator cịn có điện trở tác dụng r1, kể đến có mặt hình thức điện áp rơi I0r1 Phương trình cân s.đ.đ dây quấn stator máy điện không đồng tương tự máy biến áp

1

1 E I Z

U + −

= (2-2)

Đồ thị vector không tải máy điện không đồng tương ứng nguyên tắc với đồ thị vector không tải máy biến áp Nhưng quan hệ lượng đồ thị có khác rõ rệt:

Trong máy điện không đồng bộ: I0 = (20÷50)%Iđm Trong máy biến áp: I0 = (3÷10)%Iđm

Điện áp rơi dây quấn máy điện không đồng khơng tải chiếm (2÷5)%Uđm cịn máy biến áp thường khơng q (0,1÷0,4)%Uđm

Hệ số biến đổi s.đ.đ máy điện không đồng bộ:

2 dq dq dq 1 dq 1 e k w k w k w f k w f E E k = Φ π Φ π = = (2-3) Trong máy điện không đồng máy biến áp đại lượng dây quấn rôtor quy đổi dây quấn stator nghĩa thay cuộn rơtor thật cuộn khác có số vòng dây, bước dây quấn số rãnh pha cực cuộn sơ cấp

Sức điện động dây quấn rotor quy đổi stator:

E’2 = keE2 = E1 (2-4) Khi rotor hở mạch đứng yên máy có tổn hao đồng stator

=

2 Ngắn mạch máy điện không đồng n = 0:

Nếu dịch chuyển điểm tiếp xúc động biến trở mạch rotor từ vị trí sang vị trí (h 2-1), có tình trạng ngắn mạch máy điện không đồng Về chất vật lý ngắn mạch tương tự ngắn mạch máy biến áp Đặt điện áp U1 = (15÷25)%Uđm vào dây quấn stator Trong dây quấn stator có dịng điện I1 chạy với tần số f1, rotor có dịng điện I2 chạy với tần số f2, n = f2 = f1 I1, I2 sinh F1, F2, ta xét đến sóng sức từ động bản:

⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎬ ⎫ π = π = 2 dq 2 1 dq 1 I p k w m F I p k w m F (2-5)

F1, F2 quay với tốc độ n1 = 60f1/p tác dụng với sinh sức từ động tổng khe hở F0

F1 F2 F0

=

+ (2-6)

Giống cách phân tích máy biến áp, coi dòng điện stator gồm thành phần: ( ' )

I I

I = + −

I0 →

dq 1 I p k w m F π = I'2

− →

1

2 '

2 ' I p k w m F dq π − = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛−

So sánh sức từ động F2

dòng điện I.2 rotor thành phần '2

I dòng

điện stator sinh ra, ta coù: F2 = F'2

Hay:

1 dq 1 2 dq 2 I p k w m I p k w

m . . . ..'

π = π

Từ tìm tỷ số biến đổi dòng điện:

2 dq 2 dq 1 2 i k w m k w m I I k = . =

' (2-7)

Do dịng điện quy đổi rotor sang stator bằng:

i 2 k I I ' =

Dùng hệ số biến đổi s.đ.đ dòng điện (2-3), (2-7) xác định điện trở điện kháng qui đổi r’2 x’2 rotor

Khi qui đổi r’2 xuất phát từ tổn hao đồng dây quấn rotor không phụ thuộc vào qui đổi đó:

2 2 2

2I r m I r

m = ' '

2 2 dq 2 dq 1 2 2 2 r k w m k w m m m r I I m m

r ⎟⎟

⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = ' ' 2 dq 2 dq 1 dq dq r k w m k w m k w k w

= = kekir2 = kr2 (2-8) Trong k = keki hệ số quy đổi tổng trở

Khi qui đổi điện kháng x2 ta xuất phát từ góc ψ2 E2 I2 không phụ thuộc

vào qui đổi:

2 2 2 r x r x tg ' ' = = ψ

⇒ 2

2

2 x kx

r r

x' = ' = (2-9)

các phương trình s.đ.đ sơ cấp máy điện khơng đồng lúc ngắn mạch viết hồn toàn máy biến áp:

⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ ⎫ = − = + = + − = + − = m 1 2 2 1 1 Z I E I I I E E Z I E Z I E U ' ' ' ' ' (2-10)

Ở Z1 = r1 + jx1; Z’2 = r’2 + jx’2 Với

' E

E = vaø

' I

I =− (vì I0 nhỏ ≈ 0) giải phương trình đầu ta có: n 1 Z U Z Z U I ' = + ≈

Trong Zn =rn + jxn:Tổng trở ngắn mạch

rn =r1 +r'2: Điện trở ngắn mạch

xn =x1+x'2: Điện kháng ngắn mạch

Đồ thị vector mạch điện thay thế:

Hình 2.4 Mạch điện thay máy điện không đồng ngắn mạch Hình 2.3 Đồ thị véc tơ máy điện

§ 2.2 MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC KHI ROTOR QUAY

Trong trường xem máy biến áp tổng hợp nghĩa biến đổi điện áp dịng điện số pha mà tần số dạng lượng Tóm lại viết phương trình s.đ.đ máy điện khơng đồng giải theo dịng điện, có nguyên tắc, giản đồ đẳng trị máy biến áp

1 Các phương trình bản:

Máy điện khơng đồng làm việc dây quấn rotor thường nối ngắn mạch Nối dây quấn stator với nguồn pha dây quấn có dịng điện I1 chạy, ta có phương trình cân s.đ.đ dây quấn stator cũ:

) (

1 1

1 E I r jx

U =− + + (2-11)

Từ thôngΦ quay với tốc độ:

p f 60 n1 =

a) Tần số sức điện động cảm ứng dây quấn rotor:

Khi rotor quay với tốc độ n từ trường quay có tốc độ n1 (và chiều) tốc độ quay tương đối từ trường quay Φ với rotor có tốc độ n2 = n1 – n tần số dòng điện rotor là:

1

1

2 sf

60 p n n

n n 60

p n

f = = − = (2-12)

Thường động điện không đồng tải định mức sđm =0,02÷0,05

nên ta suy tần số rotor thấp tổn hao

b) Sức điện động rotor: Theo biểu thức chung

2

dq 2

dq 2 s

2 444f w k 444sf w k sE

E = , Φ= , Φ=

Qui đổi stator: E’2s = s.E’2 (2-13) Nghĩa với từ thơng cho Φ s.đ.đ cảm ứng rotor quay s.đ.đ E2 rotor đứng yên nhân thêm với hệ số trượt s

Ví dụ: Khi n = rotor hở mạch ta có vành trượt U2 = E2 = 600V, vừa nâng cao dần tốc độ quay rotor theo chiều từ trường quay n = đến n = n1 ta có biến thiên bậc E2s từ E2s = 600 V đến với n > n1 E2s bắt đầu tăng có trị số âm nghĩa biến đổi góc pha so với lúc ban đầu 1800

c) Điện trở dây quấn rotor:

Giả sử rotor khép kín mạch qua điện trở phụ đó, muốn dịch điểm tiếp xúc biến trở vị trí Vậy điện trở rotor là:

R2 = r2 + rf

Với r2: điện trở tác dụng rotor; rf: điện trở phụ Qui đổi R’2 = r’2 + r’f

d) Điện kháng rotor:

Trong Lσ2 hệ số tự cảm xác định từ thơng tản φσ2 từ thơng

tản qua không khí neân Lσ2 = const

s x x hay s x L s f L f x

s '

' : 2 2 2 = = = = π σ π σ

2 Phương trình sức điện động dịng điện rotor:

Nếu mạch rotor kín có I2 chạy I2 tạo nên φσ2

qua r2, tương ứng với điều có s.đ.đ E2s = E2.s tạo nên Φ s.đ.đ tản:

s x I j E 2 2

− =

σ tạo φσ2

Theo định luật Kirchhop 2:

2 2 s 2 s

2 E E jI x s I r

E + σ = − =

hay E.2s =I.2.Z2s =I.2(r2 +j.x2.s)

Với Z2s = r2 + jx2s: tổng trở phức rotor Do đó: s x j r s E Z E I 2 s s 2 + =

= (2-15)

Hay: 2 2 2 s x r s E I + =

Với dạng rotor qui đổi stator: E’2s = I’2.z’2s

Với z’2s = r’2 +j.x’2.s: Tổng trở qui đổi rotor stator

s x j r s E Z E I 2 s s 2 ' ' ' ' ' ' + =

= hay

2 2 2 2 s x r s E I ' ' ' ' + =

Để thiết lập phương trình có ý nghĩa, ta biến đổi (2-15) sau:

2 2 2 2 x j s r E s x j r s E I + = +

= (2-16)

Biểu thức

I có ý nghĩa vật lý mới: mạch thứ cấp thay cho

s.đ.đ rotor quay E2s với f2 = s.f1 s.đ.đ E2 rotor đứng yên với tần số f1 Điện kháng rotor quay x2.s mạch thứ cấp điện kháng rotor đứng yên x2 Muốn mạch thứ cấp có dịng điện I2 có trị số pha I2 cần thiết thay r2 thực điện trở bằng:

s s r r s r 2

2 = + − : đặc

trưng cho cơng suất trục Trong

s s r2 =1−

Như vậy, rotor quay muốn dịng điện ấy, cần đưa vào mạch thứ cấp điện trở giả tưởng:

s s r2

3 Tốc độ quay sức từ động (s.t.đ) rotor:

Trong dây quấn rotor, I2 tạo nên F2 quay với tốc độ n2 tương ứng với tần số f2 Ngoài ra, thân rotor quay với tốc độ n Do đó, F2 quay tương đối so với stator tốc độ n2 + n

Nhöng: n s

p s f 60 p f 60

n 1

2

= =

= ⇒ n n

n n n n n 1 1

2 = −

− =

Như vậy: n2 + n = n1 – n + n = n1

Nghĩa s.t.đ rotor quay không gian luôn quay với tốc độ chiều s.t.đ stator (không phụ thuộc vào tình trạng làm việc)

Bởi F1 F2 quay tốc độ chiều khơng gian nên xem chuyển động tương tạo thành sóng s.t.đ tổng F0 Như vậy, hình sin s.t.đ F2 cần phải lệch khơng gian tương F1 góc F0 đủ để tạo nên Φ, theo điều kiện cân s.t.đ:

1 F

+ F'2

= F0

I1 I2 I0

' = +

⇒ (2-17)

Tóm lại, hệ phương trình lúc rotor quay là:

⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ ⎫ = − = + = + + − = + + − = m 1 2 2 1 1 Z I j E I I I E E x j s r I E x j r I E U ' ' ) ' ' ( ' ' ) ( (2-18)

4 Mạch điện thay máy điện không đồng bộ: Tương tự của máy biến áp

Dựa vào hệ phương trình (2-18), ta thiết lập mạch điện thay hình T cho máy điện không đồng với

s s

r'2 − đặc trưng cho thể cơng

suất Pcơ trục (Pcơ = ⎟

⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − s s r I

m1 '22 '2 )

Khác với máy biến áp có biến đổi điện điện áp qua điện điện áp khác, động không đồng máy điện biến đổi điện Khi giảm phụ tải điện áp cực thường không thay đổi, cịn phụ tải biến đổi từ thơng hỗ cảm s.đ.đ tương ứng với

E1 = E’2 đầu cực mạch từ hố hình T biến đổi ảnh hưởng điện áp rơi I1z1 mạch sơ cấp Với lý trên, ta thấy mạch điện thay hình T không tiện lợi cho việc nghiên cứu q trình cơng tác máy điện khơng đồng

Tiện lợi giản đồ thay hình Γ mạch từ hố đưa đầu cực stator với biến thiên phụ tải, nghĩa hệ số trượt s thay đổi dịng điện khơng đổi dịng điện khơng tải lý tưởng I00 s = (hình 2-6)

Cách biến đổi: ta coi dịng điện mạch -I’’2 giản đồ biến đổi hình

Γ hiệu số hình học dòng điện mạch I1

dịng điện không tải lý tưởng i00 lúc s = giản đồ thay hình T

Từ hình 2-2 ta có:

1 2 2 1 ' ' ' '

' z z z z z z U

z z z z z z z U I m s m s m s m s m

s + +

+ =

+ +

=

Và dịng điện mạch từ hố s = 0:

m m 1 m m m 1 00 z U z U z z z U z z U I ' ) ( = σ = + = + = Với m 1 z z 1+ =

σ vaø z'm=σ1zm =z1+zm

σ : hệ số hiệu chỉnh (hệ số sửa chữa biến đổi) Dịng điện mạch giản đồ biến đổi:

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + − + + + = − =

− 2s m

1 00 z z z z z z z z z z U I I I ' ' ' ''

( )( ) 2 1 2 1 ' ' ' ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = + + + = m s m m s m s m m z z z z z z U z z z z z z z z z U ) ' ' ( ) (

' 2

1 1 1 jx s r jx r U z z U

s + + +

= + = σ σ σ σ

Các quan hệ vừa nhận tương ứng với giản đồ thay hình Γ (dựa vào biểu thức I00 −I''2 ta vẽ giản đồ thay thế)

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + + − = − = − m s m s 1 m s s s 1 z z z z z z z z z z U z z i U I ' ' ) ' ( ' ' '' s m s z z U z z z z U 1 1 ' ) ( ' +Γ = + + =

Do đó, tỷ số dịng điện mạch hình T Γ là:

, '' ' m 2 z z I I σ = +

= coi rm << xm ,

m m m 1 r r j x x z z

1+ = + −

= σ ( ) Vì m r

r bé nên bỏ qua phần ảo

1 σ Φ Φ + = + =

⇒ 1

1 1

σ

σ

m x

x thực tế :

08 04

1 = , ÷ ,

σ

§ 2.3 GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

1 Máy làm việc chế độ động điện (0 < s <1):

a) Giản đồ lượng:

Động điện lấy điện từ lưới điện vào với P1 =m1U1I1cosϕ1 Một

phần nhỏ cơng suất biến thành tổn hao đồng dây quấn stator

2 1 Cu m I

p =

Δ tổn hao lõi sắt stator m Fe m I r

p =

Δ , lại phần lớn công suất đưa vào chuyển thành công suất điện từ Pđt truyền qua rotor Như vậy:

s r I m p p P P 2 Fe Cu t ' '

đ = −Δ −Δ = : công suất điện từ

Vì rotor có dịng điện nên có tổn hao đồng rotor pCu2 m1I'2r'2

=

Δ ,

đó cơng suất trục động điện là:

2 2 Cu r s s I m p P

P ' ( ) '

vậy Pcơ =

s s pCu2( − ) Δ

Pcơ = (1-s)Pđt

2 Cu p

Δ = sPđt

Cơng suất đưa đầu trục động điện P2 nhỏ cơng suất máy quay có tổn hao Δpcơ tổn hao phụ Δpf :

f c

2 P p p

P = cô −Δ ô −Δ

Như tổng tổn hao động là: ∑P=ΔpCu1 +ΔpFe+ΔpCu2 +Δpcơ +Δpf 1 P P P P ∑ − = = η

Động điện không đồng lấy công suất phản kháng từ lưới vào:

1 1 1 m U I

Q = sinϕ

Một phần nhỏ công suất phản kháng sử dụng để sinh từ trường tản mạch điện stator q1 rotor q2:

⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ = = 2 2 1 x I m q x I m q ' '

Phần lại dùng để sinh từ

trường khe hở:

m 1

m m E I m I x

Q = =

Từ đó, ta vẽ giản đồ lượng hình 2.7:

b) Đồ thị vector:

Giống máy biến áp, đồ thị vector máy điện không đồng thành lập tương ứng với giản đồ thay hình T Các đồ thị vẽ cho pha m pha với dạng rotor qui đổi stator Φ tạo nên

2 E E '

= với điện áp cực mạch từ hoá giản đồ hình T I0 vượt trước Φ góc tương ứng với tổn hao sắt stator I'2

chậm sau E'2

một góc ψ2: ' '

2 2 = >

s r x

tgψ ; 0<ψ2 <π/2

2

1 I I

I '

−

= ; U.1 =−E.1+I.1(r1+jx1)

( 2)

'

2 ' '

' I jx

E = rs +

2 2 ' ' ' '

' jI x

s r I

E = +

⇒

1

I chaäm sau U1

góc π <

ϕ

Hình 2.7 Giản đồ lượng động điện không đồng

2 Máy làm việc chế độ máy phát (−∞<s<0):

a) Giản đồ lượng:

Công suất P1 đưa vào trục, trừ tổn hao

cô

p

Δ , tổn hao phụ Δpf Ta có công suất hiệu dụng

Pcơ Cơng suất Pcơ trừ ΔpCu2 ta có Pđt, Pđt trừ

tổn hao sắt ΔpFe ΔpCu1 ta có công suất điện phát

ra P2

Pcô = P1 – (Δpcô + Δpf )

Pđt = Pcơ - ΔpCu2

P2 = Pđt – (ΔpCu1 + ΔpFe)

Hiệu suất máy phát điện:

b) Đồ thị vector:

Khi s < r2 s

s I m

P ' ( ) '

−

= < 0, nghóa

máy lấy cơng suất từ ngồi vào, ta có:

0 r sx s r x tg 2 2

2 = = <

ψ

' ' '

'

nên góc pha ψ2 s.đ.đ E2

dòng ñieän I2

nằm khoảng 900 <

2

ψ < 1800 Từ đồ thị vector ta thấy

1 >90

ϕ , cơng suất điện

0 cos 1

1 1

1 =mU I ϕ <

P nên máy phát công suất

tác dụng vào lưới

3 Máy làm việc chế độ hãm điện từ (1< s<+∞):

Khi s > công suất r2 s

s I m

P ' ( ) '

−

= < 0, nên máy lấy công suất

từ ngồi vào Cơng suất điện từ

s r I m P 2 '

đt = > nên máy nhận công suất điện

từ Tất cơng suất điện lấy vào biến thành tổn hao đồng mạch rotor: 2 2 2 2

1 ' '

1 ' '

)

( m I r pCu

s s I m I m P

P ⎥= =Δ

⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − + = − +

đt

Hình 2.9 Giản đồ lượng máy phát điện không đồng

Hình 2.10 Đồ thị vec tơ máy phát điện không đồng

Thí dụ 1:

Một động điện không đồng rotor dây quấn để rotor hở mạch cho điện áp định mức vào stator điện áp vành trượt cạnh 250V Khi động làm việc với tải định mức tốc độ n = 1420 vịng/phút Tính:

a) Tốc độ đồng

b) Tốc độ từ trường quay dòng điện sinh so với tốc độ rotor c) Tần số dòng điện rotor

d) Sức điện động rotor tải định mức

Giải:

a) Vì hệ số trượt động bé s = (3 ÷ 6)% nên tốc độ đồng từ trường quay n1 = 1500vịng/phút, tức máy có đơi cực (khi tần số 50 Hz)

b) Tốc độ từ trường rotor so với rotor là:

n2 = n1 – n = 1500 – 1420 = 80 vòng/phút n2 quay chiều với rotor

c) Tần số dòng ñieän rotor:

Hz 66 60

80 60 pn

f2 ,

=

=

=

hay f2 = sf1 = 0,053.50 = 2,66Hz

Trong 0053

1500 80 1500

1420 1500

n n n s

1

1− = − = = ,

=

d) Sức điện động rotor quay tốc độ định mức: E2s = sE2 = 0,053.250 = 13,4V

Câu hỏi:

1 Phân tích điểm giống khác nguyên lý làm việc máy điện không đồng máy biến áp

2 Một động điện không đồng dây quấn, trước số vòng dây pha dây quấn rotor nối nối tiếp, phân đôi thành mạch song song Hỏi có ảnh hưởng đến điện áp dịng điện vành trượt rotor hay khơng? Có ảnh hưởng đến tham số rotor qui đổi r’2 x’2? Nếu hệ số trượt s trước sau đổi cơng suất đưa vào đưa có thay đổi khơng?

3 Nếu dây quấn stator động không đồng đặt vào điện áp thứ tự thuận có tần số f1 để sinh từ trường thuận, dây quấn rotor đặt vào điện áp thứ tự nghịch có tần số f2 để sinh từ trường nghịch Hỏi lúc rotor quay theo chiều nào? Tốc độ bao nhiêu? Khi tải thay đổi tốc độ thay đổi khơng?

4 Tại dịng điện khơng tải phần trăm máy điện không đồng I0% lớn dịng điện khơng tải phần trăm máy biến áp, cịn dịng điện ngắn mạch phần trăm In% lại nhỏ hơn? Dịng điện khơng tải lớn ảnh hưởng đến tính máy?

5 Tìm liên hệ cơng suất giản đồ lượng với công suất, tổn hao mạch điện thay

Bài tập: 2.1

Một động khơng đồng có số liệu sau: dây quấn stator rotor nối Y; số rãnh stator Z1 = 72; số rãnh rotor Z2 = 12; số dẫn rãnh stator

Sr1 = rotor Sr2 = 2; dây quấn bước đủ có đơi cực

Khi làm thí nghiệm ngắn mạch, điện áp đặt vào stator Un = 110V; dòng điện In = 61A cosϕ = 0,336 Tính:

a) Điện trở điện kháng ngắn mạch rn, xn

b) Điện trở điện kháng dây quấn rotor r2, x2 Cho biết r1 = 0,159Ω; x1 = 0,46Ω

c) Công suất động điện tiêu thụ công suất tiêu hao dây quấn ngắn mạch

2.2

Một động điện không đồng ba pha rotor lồng sóc có số liệu sau: Pđm = 11,9kW; Ufđm = 220V; Ifđm = 25A; f = 50Hz; 2p = 6; ΔpCu1 = 745W;

2.3

Một máy điện không đồng ba pha cực, 50Hz Khi đặt điện áp định mức lên stator cịn dây quấn rotor hở mạch s.đ.đ cảm ứng pha dây quấn rotor 110V Giả thiết tốc độ lúc làm việc định mức

n = 980vòng/phút, rotor quay chiều với từ trường quay Hỏi: a) Máy làm việc chế độ nào?

b) Lúc s.đ.đ rotor E2s bao nhiêu?

c) Nếu giữ chặt rotor lại đo r2 = 0,1Ω, x2 = 0,5Ω; hỏi chế độ làm việc định mức I2 bao nhiêu?

2.4

Một động điện không đồng ba pha đấu Y, 380V, 50Hz, nđm = 1440Vòng/phút Tham số sau: r1 = 0,2Ω, r’2 = 0,25Ω, x1 = 1Ω, x’2 = 0,95Ω, xm = 40Ω, bỏ qua rm Tính số đơi cực, tốc độ đồng bộ, hệ số trượt định mức, tần số dòng điện rotor lúc tải định mức Vẽ mạch điện thay hình T vào tính trị số thực tương đối dòng điện I1, I0 I’2

2.5

Một động điện không đồng ba pha cực, điện áp định mức 380V, đấu Y, tần số 50Hz, công suất định mức 28kW, tốc độ định mức 980vòng/phút, lúc tải định mức cosϕ = 0,88; tổn hao đồng sắt stator

2,2kW, tổn hao 1,1kW Tính hệ số trượt, tổn hao đồng rotor, hiệu suất, dòng điện stator tần số dòng điện rotor tải định mức

2.6

Một động điện không đồng ba pha, tiêu thụ lượng điện 60kW, tổng tổn hao stator 1kW, hệ số trượt s = 0,03 Tính cơng suất tổn hao đồng rotor

§ 2.4 MOMENT ĐIỆN TỪ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ

1 Phương trình cân moment

Khi động không đồng làm việc ổn định n = cte = Const phải khắc phục moment phụ tải Mcđm tạo nên từ moment cản không tải M0 moment cản hiệu dụng M2 Do moment điện từ phát sinh rotor động lúc n = cte = Const phải có hai thành phần moment cản tương ứng Như vậy:

Mđt = M0 + M2 Với

n P P

n P

p p

M c f

0

0 9,55

2 60

= =

= Δ + Δ =

π ω ω

n P P

M 2

2 = ω =9,55

n P 55 P P P

M cơ

đt = ω + ω = ω = , 60

n 2π =

ω Tốc độ góc quay rotor

n: tốc độ quay rotor Mặc khác ta có:

1 ñt ñt

ñt , n

P 55 P M = ω = 60 n 1 π =

ω : tốc độ góc quay đồng từ trường quay từ ta có: đt đt Pđt (1 s)Pđt

n n P P P P 1 − = = ω ω = ⇒ ω = ω

2 Biểu thức moment

a Theo quan heä I2 vaø Φ:

p f k w f E I E m P M 1 m dq 2 2 2 π = ω Φ π = ω ψ = ω = cos ñt ñt 2 M 2 dq

2pw k I C I

m

2

Mñt = Φ cosψ = Φ cosψ

CM: hệ số kết cấu máy

b Theo hệ số trượt s:

p f s p P M Cu 2π ω Δ = = ñt ñt 2 2 2 2 2

2 m I r m I' r' m I '' R'

pCu = = =

Δ ( ) ″ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = 2 2 1 ' ' '' X X s R R U I 2 I

I' =σ '' (2-19)

với R1 =σ1r1 ; 2

2 r

R' =σ '

1

1 x

X =σ ; X'2=σ12x'2

( ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = 2 2 1 2 1 ' ' / ' X X s R R f s R U pm M π

ñt (Nm) (2-20)

Kết luận: Với tần số tham số cho trước, Mđt tỉ lệ thuận với bình phương điện áp tỉ lệ nghịch với bình phương tần số

Dựa vào (2-19), (2-20) ta tìm đặc tính I = f(s); M = f(s); I’2max s = ±∞

s < ⇒ Mđt < (máy phát điện)

c Tính moment cực đại Mmax: Muốn tính Mmax ta lấy ds

dM = ta tính sm ứng với Mmax

( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 1 ' ' ) ( ' ' ' ' ' ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + − = X X s R R f s R s R R s R s R X s R R P U m f ds dM n π π ( ) 2 2 2 2 2 2 1 ' ' ) ( ' ' ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + − − = X X s R R f s R X R s R P U m f ds dM n π π

Muốn cho đạo hàm dM/ds = thì:

2 2 2 2 2 ' ' n

n R X

s R s

R X

R − + = ⇒ = +

− 2 ' n m X R R s + ± =

⇒ (2-21)

Trong máy điện không đồng bộ: R1 << Xn thường R1 = (10 ÷ 12)%Xn R1 bé Xn đến mức bỏ qua Trong trường hợp này:

2 2 ' ' X X R X R s n

m ≈± = + ′

Theá (2-21) vào (2-20) ta có Mmax:

( ) ⎥⎦⎤ ⎢⎣ ⎡ ± + + + ± = 2 2 1 2 1 max

2 n n

n X X R R f X R U pm M π ( )

[ 2 2]

1 2 1 1 2 1 max

2 n n n

n X X R X R R R f X R U pm M + + + + ± + ± = π

[ 2]

1 2 1 2 1 max

4 f R R X X R

X R U pm M n n n + + + ± + ± = π

[ 2]

1 1 1 max

4 f R R Xn

U pm M + + ± ± =

π (2-22)

( ) ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛± + + + ± = 2 1 1 1 max '

4 f r r x x

U pm M

σ π

Nếu tính gần bỏ qua 2 Xn

R << ta coù:

[ ] [ ( ' )]

4 1 1 1 1 1 2

2 1 1 1 max x x r f U pm X R f U pm M

n π σ σ

π ± + + ± ≈ + ± ±

= (2-23)

+ Dấu cộng tương ứng với trường hợp động + Dấu trừ tương ứng với trường hợp máy phát Nhận xét Mmax:

+ Moment cực đại tỉ lệ thuận với bình phương điện áp + Moment cực đại tỉ lệ nghịch với điện kháng máy + Moment cực đại không phụ thuộc vào điện trở rotor Tỉ số

ñm max

M M

km = gọi hệ số lực tải động cơ, nói lên khả

năng sinh Mmax động

d) Tính moment mở máy Mmm: Bên cạnh Mmax, Mmm động đặc tính vận hành quan trọng Biểu thức M-mm có từ cơng thức Mđt (2-20) s =

( )

[ ] [( ) ( )2]

2 1 2 1 1 2 1 2 1 2 1 ' ' ' ' ' x x r r f R U pm X R R f R U pm M n mm σ σ σ σ π π + + = + + +

= (2-24)

Nếu muốn có Mmm = Mmax sm = 1:

( ) ( 2 2)12

1

2

2 ' '

' r r f R Xn

R =σ + = + hay gần đúng:

r’2 + r’f = x1 + x’2 (2-25)

Nhận xét:

• Mmm = Mmax với điều kiện điện trở tác dụng rotor điện kháng tản máy

• Mmm giảm xn máy lớn điều kiện khác máy giống

• Moment mở máy thường biểu diễn tỉ số:

ñm

M M

kmm = mm : bội số Mmm

e) Sự phụ thuộc M R2:

Neáu rf = 2

2 r

R' =σ ' tỉ số

n

X

R'2 thường bé M

đt qua trị số Mmax với s không lớn lắm: sm = 0,12 – 0,2 Đồng thời Mmm động rotor dây quấn có điện kháng tản lớn điện kháng tản rotor lồng sóc nên Mmm giảm xuống giới hạn cho phép mở máy, làm

động không mở máy Để loại trừ điều ấy, cần thiết phải đưa vào rotor điện trở phụ rf Như từ biểu thức (2-22), (2-21) Mmax = const sm tăng lên

3 Biểu thức KLOSS

Trong truyền động điện việc xác định M = f(s) theo số cho cẩm nang quan trọng Các thông số thường cho: Mđm, sđm, kM,… Nếu khơng có tham số cấu tạo động R1, X1, R2, X2 ta tính sm, Mmax vẽ đặc tính máy Lấy quan hệ (2-20) chia (2-22) dùng dấu (+) trường hợp động ta có:

( ) 2 2 1 max ' n n X s R R X R R s R M M + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + + =

Theo (2-21) ta coù: 2 ' n m x R s R + =

Đưa trị số vào biểu thức trên:

⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = s R R s R s R s s R R R M M m m 2 2 2

max ' ' '

' '

2

Đặt

max '2

R làm thừa số chung:

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = m m m m m m s R R s s s s s R R s R s R M M 2 2 max ' ' ' ' ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = m m m m s R R s s s s R s R M M 2 max ' '

Trong động không đồng rf = thường r1 = r’2 R1 ≈ R’2, sm = 0,12 ÷ 0,2, nên sm

R R

2

'

2 nhỏ bỏ qua

s s s s M M s s s s M M m m m m + = ⇒ + = max max

2 (2-26)

(2-26) biểu thức Klox để vẽ đường đặt tính máy Với smax tính sau:

( + −1)

= m m

m s k k

s đm

4 Đặc tính vấn đề ổn định

Ta biết: M2 = Mđt – M0

Do M0 << M2 nên đặc tính động M2 = f(n) coi Mđt = f(n) có dạng M = f(s) h2-12

Phân tích làm việc ổn định động cơ:

Giả sử động làm việc với moment

phụ tải Mc Theo phương trình cân moment động làm việc hai điểm A B

9 Xét trường hợp máy làm việc điểm A: Nếu lý MCA tăng

MCA1 > MCA ⇒ Mñl < 0; nA → nA1 Tại nA1: MĐA1 > MCA1 ⇒ Mđl >

⇒ nA1 → nA nên điểm A điểm làm việc ổn định Điều kiện làm việc ổn định:

ds dM dM > C

ds Đ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ < dn dMC dn dM hay Ñ

9 Xét trường hợp máy làm việc điểm B:

Giả sử MCB tăng đến MCB1 > MĐB ⇒ Mđl < ⇒ nB → nB1

Tại nB1: Mđl = MĐB1 - MCB1< ⇒ Mđl <

⇒ n giảm đến ⇒ điểm B điểm làm việc khơng ổn định

Điều kiện làm việc không ổn định:

ds dM

dM C

<

dsÑ ⎟⎠

⎞ ⎜

⎝

⎛ >

dn dMC dn

dM

hay Đ

§ 2.5 CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

I Các đặc tính động khơng đồng điều kiện định mức

Các đặc tính làm việc động không đồng bao gồm:n, M, η

cosϕ = f(P2) với U1 = const, f1 = const

1 Đặc tính tốc độ n = f(P2)

Từ công thức: = − ⇒

1

n n n

s

n = n1(1-s) Với

ñt

P p s= Δ Cu2

Khi không tải ΔpCu2 ≈0⇒s=0,n≈n1

Khi khơng tải lí tưởng

1

Cu s n n

p = ⇒ = =

Δ , Khi phụ tải tăng MC = Mđm hiệu suất η động nên

(, )%

ñt

5 P

p P

p s

2 Cu

Cu ≈ Δ = ÷

Δ

= Số bé ứng

với động công suất lớn, số lớn ứng với động công suất nhỏ (3 ÷ 10)kW Do s nhỏ, tốc độ giảm s giảm coi quan hệ n = f(P2) đường thẳng nghiêng trục hồnh

2 Đặc tính moment M = f(P2)

Ta biết tình trạng làm việc ổn định M = M2 + M0 MC = ÷ Mđm coi n = const (s biến đổi giới hạn bé) nên M = f(P2) coi đường thẳng ⎟

⎠ ⎞ ⎜

⎝

⎛ =

n P 55

M ,

3 Tổn hao đặc tính hiệu suất động η = f(P2)

Khi máy làm việc có tổn hao: Tổn hao đồng stator rotor

ΔpCu1 ΔpCu2, tổn hao sắt ΔpFe, tổn hao Δpcơ, tổn hao phụ Δpf,… loại tổn hao đầu có cơng thức xác định

( 2 f)

2 2 Cu m Fe 1

Cu m I r p m I r p m I r p P P p

p = Δ = Δ = Δ = − −Δ

Δ , , ' ' , cơ cơ tổn hao phụ

bao gồm tổn hao phụ đồng sắt Cách tính phức tạp nên thường lấy pf = 0,5%P1

Hiệu suất máy:

∑ ∑

∑

+ = −

= −

= = η

p P

P P

p P

p P

P P

2

1 1

100 p P

P

2

2

%

∑

+ = η

Thường thiết kế ηmax vào khoảng (0,5 ÷ 0,75)Pđm

4 Đặc tính hệ số công suất cosϕ = f(P2)

Động không đồng lấy công suất phản kháng từ lưới vào nên hệ số công suất luôn khác cosϕ <

Khi không tải cosϕ ≤ 0,2 sau tăng tương đối nhanh theo phụ tải

đạt cosϕmax P2 ≈ P2đm, phụ tải tăng nĐ giảm, tương ứng

2

r x s arctg

' ' =

ψ taêng cosψ2 cosϕ2 giảm

5 Năng lực q tải

ñm max

M M kM =

Khi làm việc bình thường M ≤ Mđm thời gian ngắn, máy có

thể chịu tải lớn (quá tải) mà không bị hư hỏng gọi lực tải máy Thường động công suất bé trung bình có kM = 1,6

÷ 1,8 Động cơng suất trung bình lớn có kM = 1,8 ÷ 2,5 Động đặc biệt kM = 2,8 ÷ cao

II Các đặc tính động khơng đồng điều kiện không định mức

1 Điện áp không định mức:

Giả thiết U < Uđm, ta biết M≡U12 nên U1 giảm x lần M giảm x

2 lần Nếu bỏ qua điện áp rơi coi U1 ≈E1 ≡Φ U1 giảm s.đ.đ Φ giảm theo mức độ Nếu moment tải M =CMΦI2cosϕ2 =const I2 tăng

làm nóng máy (hệ số trượt phải thay đổi I2 biến thiên nghịch với Φ) Khi động điện làm việc với điện áp thấp tải nhẹ (< 40%) ∑p

giảm, I2 tăng máy nóng cosϕ giảm →η tăng Khi máy làm việc đầy tải nên cung cấp Uđm để I2 khỏi tăng

2 Tần số không định mức f ≠ f1

Nếu f =f1±5%f1 coi f = const

Nếu bỏ qua điện áp rơi: U≈E= 2πf1w1kdqΦ≅fΦ=const U = const f

1 ≅

Φ Khi f giaûm → Φ taêng → I0 taêng → ΔpFe = m 1I r

m tăng (lõi sắt nóng) const

I C

MC = MΦ 2cosψ2 = → Φ tăng → I2 giảm → s.Pđt = ΔpCu2 = 2 1I r m ' '

giaûm → s giaûm Khi f giaûm →

p f 60

Thí dụ 1:

Một động điện không đồng ba pha rotor lồng sóc có số liệu sau: Pđm = 11,9kW; Ufđm = 220V; Ifđm = 25A; f = 50Hz; 2p = 6; nđm = 960vòng/phút;

ΔpCu1 = 745W; ΔpCu2 = 480W; I’2 = 20,25A; xn = x1 +x’2 = 2,18Ω Tính moment điện từ động Coi σ1 =1

Giaûi:

Điện trở: = Δ = =0398Ω 25

3 745 mI

p

r 2 2

1 Cu , Ω = = Δ

= 039

25 20 480 I m p

r 2 2

2

2 Cu

2 ' . , ,

'

Tốc độ đồng bộ: 1000 50 60 p f 60

n= = = vòng/phút

Hệ số trượt: 004

1000 960 1000 n n n s

1− = − = ,

=

Moment điện từ:

( ) ) ( 120 18 , 04 , 39 , 398 , 50 04 , 39 , 220 ' ' / ' 2 2 2 1 2 1 Nm x x s r r f s r pU m M = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = π π Câu hỏi:

1 Nếu điện áp nguồn giảm 5% ảnh hưởng đến Mmax, Mmm nào? Nếu moment tải khơng đổi ảnh hưởng đến n, I1, Φ, cosϕ nào?

2 Một động điện không đồng thiết kế với tần số f = 60Hz đem dùng tần số 50Hz giữ điện áp khơng đổi điện kháng tản, cosϕ, Mmax, Mmm tổn hao không tải thay đổi nào?Có ảnh hưởng đến cơng suất máy hay không?

3 Moment phụ động không đồng moment nào? Ý nghĩa ảnh hưởng loại moment đó?

4 Vẽ giải thích đường đặc tính làm việc động không đồng

5 Cho kết luận động làm việc điều kiện khơng định mức điện áp không đối xứng

2.7

a Lúc tải định mức tính Pđt; sđm%; nđm; Mđm

b Giả sử moment tải không đổi, cho dây quấn phần quay điện trở quy đổi r’f = 0,1Ω hệ số trượt, tốc độ quay tổn hao đồng rotor bao nhiêu?

c Bieát r1 = r’2; x1 = x’2 = 0,06Ω Tính Mmax, sm

d Tính điện trở phụ cần thiết phải cho vào rotor để moment mở máy cực đại

ĐS: a) Pđt = 160,16kW; sđm = 1,38%; nđm = 1479vòng/phút; Mđm = 1000,7Nm;

b) s’ = 12,88%; n’ = 1307vòng/phút; ΔpCu2 = 20,63kW c) Mmax = 20892Nm; sm = 0,1

d) rf = 0,108Ω

2.8

Một động điện khơng đồng ba pha rotor lồng sóc có: Pđm = 20kW; U1 = 380V; đấu Y; η = 88%; cosϕ = 0,84; nđm = 970vòng/phút Biết Imm/Iđm = 4,5; Mmax/Mđm = 1,8; Mmm/Mđm = 1,2 Tính:

a) Iñm, Imm, sñm

b) Mđm, Mmm, Mmax tổng tổn hao động làm việc định mức ĐS: a) Iđm = 41,1A; Imm = 185A, sđm = 0,03

CHƯƠNG III: MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

§ 3.1 Q TRÌNH MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ

Quá trình mở máy động điện trình đưa tốc độ động từ n = ÷ nđm n tăng phương trình cân động moment sau:

MÑ – MC = Mñl =

dt d J ω

Trong đó: MĐ, MC, Mđl: moment điện từ động cơ, moment cản, moment quán tính

49 D G J

2

= : số quán tính

g = 9,81m/s2: gia tốc trọng trường G: khối lượng phần quay

D: đường kính phần quay

ω: tốc độ góc rotor

Để tốc độ động tăng thuận lợi MĐ > Mc dt dω > →

Khi bắt đầu mở máy s = 1: Dòng điện mở máy Imm:

( ) ( ) ñm

ñm

' X I

R R

U I

2 n 2

pha

mm = ÷

+ +

=

Trong đó: U1phađm: Điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stator

Trên thực tế, mạch từ tản máy bão hồ nhanh X giảm → Imm cịn lớn nhiều so với trị số tính theo cơng thức

§ 3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY

Các yêu cầu mở máy:

+ Mmm phải đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải + Imm phải hạn chế đến mức thấp

+ Thời gian mở máy nhanh

+ Phương pháp thiết bị mở máy phải đơn giản, vận hành chắn

+ Tổn hao cơng suất q trình mở máy thấp

1 Mở máy trực tiếp động rotor lồng sóc

Dòng điện mở máy lớn, dùng cho máy có

cơng suất nhỏ Nếu máy có cơng suất lớn dùng lưới điện có cơng suất lớn Phương pháp mở máy nhanh, đơn giản

2 Phương pháp hạ điện áp mở máy:

Chỉ dùng với thiết bị yêu cầu moment mở máy nhỏ

a) Dùng cuộn kháng bão hoà mạch stator:

Khi mở máy đóng D1, D2 mở: Khi n ≈nđm đóng D2

- Lúc mở máy trực tiếp:

n n mm Z U x U I ñm n ñm

R + =

= 2 mm mm r I m M ω = '

- Lúc mở máy có cuộn kháng (điện kháng xk):

( )2

k n mmk x x U I + + = n ñm R 2 mmk mmk r I m M ω = '

Từ ta có:

(x x ) k

R x R I I k n n n n mm

mmk = <

+ +

+ =

( )2

k n n n n mm mmk k x x R x R M M = + + + = ⇒

Theo phương pháp Imm giảm k lần Mmm giảm k2 lần Phương pháp dùng trường hợp mà vấn đề trị số Mmm khơng có ý nghĩa quan trọng

b) Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy:

Khi mở máy đóng D1 D3, n ≈nđm đóng D2, ngắt D3

Gọi: - U1, I1: điện áp dòng điện lưới

- U’mm, I’mm: điện áp cực động dòng điện stator động mở máy

- kT: tỉ số biến áp (kT < 1)

1 mm mm T I I U U w w k ' ' = = =

- Zn: tổng trở ngắn mạch pha động

T mm

k U U' =

T n mm

mm I k

Z U

I' = ' =

T mm

k I

I = '

2 T n T n mm k Z U k Z U I ' = =

Hình 3.2 Hạ điện áp mở máy điện kháng

Như vậy, mở máy biến áp tự ngẫu dòng điện từ lưới vào sơ cấp máy biến áp giảm

T

k so với Imm nối trực tiếp moment mở máy giảm k2T

lần so với Mmm trực tiếp

c) Phương pháp đổi nối Y - Δ:

Chỉ sử dụng với động có cấp điện áp 220/380 làm việc bình thường cấp điện áp 220V

Cách mở máy: Đóng cầu dao đổi nối D2 vị trí mở máy (Y)

Đóng D1 n≈nđm đổi D2 sang vị trí làm việc

Gọi: - UL: điện áp dây lưới

- UfY, UfΔ: điện áp pha dây quấn nối Y, Δ

- ImmLY, ImmLΔ: dòng điện dây mở máy lưới

đấu Y, Δ

- ImmfĐY, ImmfĐΔ: dòng điện pha mở máy

trong dây quấn stator nối Y, Δ - Zn: tổng trở ngắn mạch pha

¾ Nếu đóng động điện vào lưới đấu Y:

n L n

fY mmLY

Z U Z

U I

I

mmfĐY = = =

¾ Nếu đóng động vào lưới đấu Δ:

n L n f

Z U Z U IImmfĐΔ = Δ =

Và

n L mmL

Z U I

3

I Δ = mmfĐΔ =

Lập:

3 U

Z Z U I

I

L n n L mmL

mmLY = =

Δ

Dòng điện mở máy lưới nối Y nhỏ nối Δ lần Mmm giảm lần:

3 U U M

2 L Y

mmY ≡ =

Trong

L

mm U U

M Δ ≡ Δ =

3 Thêm Rf vào dây quaán rotor

Chỉ áp dụng với động không đồng rotor dây quấn Mc > MĐ mà động sinh s = động khơng thể khởi động Ta phải đóng Rf vào để mở máy

Mmmmax cần phải choïn

2 n

f R x R

R = + −

Quá trình mở máy ứng với Rf hình vẽ 3.5

Hình 3.4 Mở máy phương pháp tam giác

§ 3.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Người ta phân biệt phương pháp điều chỉnh tốc độ theo cách tác động vào động cơ:

ƒ Từ phía stator: Thay đổi điện áp U1, tần số f, số đôi cực p

ƒ Từ phía rotor: Thay đổi điện trở mạch rotor, đưa vào mạch rotor s.đ.đ phụ có tần số với s.đ.đ rotor

1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực p:

Tốc độ quay đồng

p f 60

n1 = f1 cho p thay đổi → n1 thay

đổi → thay đổi

n = n1(1-s)

Sơ đồ nguyên tắc đổi số đơi cực: Có thể đổi nối số đơi cực stator cách sau:

™ Đặt vào stator dây quấn thay đổi số cực cách đổi nối tương ứng phần nó, dùng với động có cấp tốc độ có tỉ số biến tốc :

™ Chế tạo dây quấn độc lập có số đơi cực khác

nhau, dùng với động có tỉ số biến tốc 4/3 6/5 ™ Chế tạo dây quấn độc lập stator, dây lại có đổi nối cực

Ví dụ: Muốn cho động có cấp tốc độ quay đồng

bộ quay đồng 1500, 1000, 750, 500vịng/1 phút stator đặt dây quấn: dây quấn có số cực 2p = 2p = 8, cịn dây quấn có số cực 2p = 2p = 12

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý thay đổi số đôi cực

Sơ đồ dây biểu diễn sau:

Tốc độ Sơ đồ Liên kết Nhanh Δ Nguồn vào T4; T5; T6

Chậm Y//Y Nguồn vào TNối taét T 1; T2; T3 – T5 – T6

Tốc độ Sơ đồ Liên kết Nhanh Y//Y Nguồn vào TNối tắt T 4; T5; T6

1 – T2 – T3 Chậm Δ Nguồn vào T1 , T2 , T3

Tốc độ Sơ đồ Liên kết

Nhanh Y//Y Nguồn vào TNối taét T 4; T5; T6 – T2 – T3 Chậm Y Nguồn vào T1; T2; T3

Hình 3.7 Sơ đồ dây, động hai cấp tốc độ, loại moment không đổi (M = const)

Hình 3.8 Sơ đồ dây, động hai cấp tốc độ, loại công suất không đổi (P = const)

Nếu động rotor dây quấn phải đổi nối số đôi cực đồng thời stator rotor, điều phức tạp nên động có đổi nối số đơi cực p thường rotor lồng sóc Cách đổi nối hình 3.6a, b gọi đổi nối nối tiếp, cịn cách đổi nối hình 3.6c gọi đổi nối song song

Phương pháp đấu pha để đổi cực:

Tuỳ theo cách đấu Y hay Δ cách đấu dây quấn pha song song hay nối

tiếp mà người ta chế tạo động điện hai tốc độ thành hai loại: M = const P = const

Khảo sát sơ đồ đổi tốc độ ta rút nhận xét để vận hành tính tốn sửa chữa; để đơn giản khảo sát ta đặt:

Ud : Điện áp dây nguồn cung cấp cho động

I : Dòng điện cho phép qua dây dẫn pha dây quấn (tương ứng với giá trị mật độ dòng điện chọn cho dây dẫn)

th

η : Hiệu suất động vận hành tốc độ thấp (ứng với 2p2)

c

η : Hiệu suất động vận hành tốc độ cao (ứng với 2p1)

th ϕ

cos : Hệ số công suất động tốc độ thấp

c ϕ

cos : Hệ số công suất động tốc độ cao

a) Trường hợp thay đổi tốc độ (M = const)

+ Khi vận hành tốc độ cao ta có mạch điện đấu Y//Y + Điện áp pha dây quấn:

3 U

U d

pha =

+ Dòng điện pha (một pha có hai nhánh) 2I

+ Cơng suất trục động vận hành tốc độ cao Pc ; ta có:

c c

d

c 2I

3 U

P ⎟⎟ η ϕ

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛

= ( ) cos

Vaäy : Pc =2 3(Ud.I)ηc.cosϕc

- Khi vận hành tốc độ thấp, ta có mạch điện đấu Δ

- Điện áp pha dây quấn là: Upha = Ud

- Dòng điện qua pha I

- Công suất trục động vận hành tốc độ thấp Pth, ta có:

th th

d th U I

P = ( )( )η cosϕ

Vaäy : Pth =3(Ud.I)ηth.cosϕth

Lập tỉ số (3-2) (3-1) ta có:

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ϕ η ϕ η = ϕ η ϕ η = c c th th c c d th th d c th I U I U P P cos cos cos ) ( cos ) (

Hay : ⎟⎟

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = c c th th c th P P ϕ η ϕ η cos cos 866 ,

Gọi Mc moment động tốc độ cao Gọi Mth moment động tốc độ thấp Ta suy ra:

c c c n P M Π

= (3-4)

th th th n P M Π =

Trong nc = 2nth Vậy : c th th c c th c th P P n n P P M M = = Tóm lại:

Theo số tài liệu thiết kế máy điện cho động cấp tốc độ tỉ số biến tốc 2/1 ta có được:

07 c c th th , cos cos ≈ ϕ η ϕ η

Thay (3-8) vaøo (3-3) vaø (3-7) ta suy ra:

06 12 P P c th , M M , c th ≈ ≈ TÓM LẠI:

Với sơ đồ đấu đổi tốc độ, dạng Y//Y (tốc độ nhanh) Δ (tốc độ chậm) thay đổi tốc độ:

™ Tại tốc độ thấp công suất đạt khoảng 0,6 lần công suất vận hành tốc độ cao

™ Tại tốc độ thấp moment đạt khoảng 1,2 lần moment vận hành tốc độ cao (trong kỹ thuật ta xem moment không đổi)

b) Trường hợp thay đổi tốc độ (P = const)

+ Khi vận hành tốc độ cao ta có mạch điện đấu Δ + Điện áp pha dây quấn: Upha =Ud

+ Dòng điện pha I

+ Cơng suất trục động vận hành tốc độ cao Pc ; ta có:

- Khi vận hành tốc độ thấp, ta có mạch điện đấu Y//Y - Điện áp pha dây quấn là:

3 U

U d

pha =

- Dòng điện qua pha 2I (mỗi pha có nhánh song song) - Cơng suất trục động vận hành tốc độ thấp Pth :

th th

d

th 2I

3 U

P ⎟⎟ η ϕ

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛

= ( ) cos

Vaäy :

Lập tỉ số (3-10) (3-9), ta suy ra:

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ϕ η ϕ η = ϕ η ϕ η = c c th th c c d th th d c th 3 I U I U P P cos cos cos ) ( cos ) (

Suy :

(3-9) (3-10) (3-12) (3-11) c c d c U I

P = ( )( )η cosϕ

th th

d th U I

P = ( )η cosϕ

⎟⎟ ⎞ ⎜⎜ ⎛ ϕ η ϕ η

= th th

Theo (3-6) (3-12) ta có:

Thay (3-8) vào (3-12) vaø (3-13) suy ra:

08 16

P P

c

th ,

M M vaø ,

c th ≈

≈

TÓM LẠI:

Với sơ đồ đấu đổi tốc độ dạng đấu Δ (tốc độ nhanh), Y//Y (tốc độ chậm) thay đổi tốc độ:

™ Tại tốc độ thấp công suất 0,8 lần công suất vận hành tốc độ cao (trường hợp này, kỹ thuật xem công suất không đổi)

™ Tại tốc độ thấp moment gấp 1,6 lần moment vận hành tốc độ cao

c) Trường hợp thay đổi tốc độ, moment công suất thay đổi (M, P = var)

+ Khi vận hành tốc độ cao ta có mạch điện đấu Y//Y + Điện áp pha dây quấn:

3 U

U d

pha =

+ Doøng điện pha 2I (một pha có hai nhánh song song)

+ Công suất trục động vận hành tốc độ cao Pc ; ta có:

c c

d

c 2I

3 U

P ⎟⎟ η ϕ

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛

= ( ) cos

Vaäy : Pc =2 3(Ud.I)ηc.cosϕc

- Khi vận hành tốc độ thấp, ta có mạch điện đấu Y nối tiếp - Điện áp pha dây quấn là:

3 U Upha = d

- Dòng điện qua pha I

- Công suất trục động vận hành tốc độ thấp Pth, ta có:

th th

d

th I

3 U

P ⎟⎟ η ϕ

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛

= ( ) cos

(3-13)

(3-14)

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜

⎝ ⎛

ϕ η

ϕ η

=

c c

th th

c th 23 M

M

cos

Hay : Pth = 3(Ud.I)ηth.cosϕth

Lập tỉ số (3-14) (3-15) ta có:

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = = c c th th c c d th th d c th I U I U P P ϕ η ϕ η ϕ η ϕ η cos cos , cos ) ( cos ) ( Suy ra:

Thay (3-8) vào (3-16) (3-17) ta có:

035 07

P P c th , M M , c th ≈ ≈ TÓM LẠI:

Với sơ đồ đấu đổi tốc độ, dạng Y//Y (tốc độ nhanh) Y (tốc độ chậm) thay đổi tốc độ:

™ Tại tốc độ thấp, công suất đạt khoảng 0,35 lần công suất vận hành tốc độ cao

™ Tại tốc độ thấp moment đạt khoảng 0,7 lần moment vận hành tốc độ cao

2 Thay đổi tần số:

Ta biết: ( ) ( )1 s p f 60 s n

n= − = −

M.P Kôxtenkô nghiên cứu vấn đề chứng minh rằng: Nếu ta muốn cho động làm việc tần số khác với trị số hiệu suất, hệ số công suất, kM … không đổi, mạch từ khơng bão hồ, đồng thời với việc biến thiên tần số ta phải điều chỉnh U1 theo f M theo qui luật sau:

M M f f U U 1

1 ' '

'

= (1)

Ở đây: U’1, M’ điện áp moment ứng với f’1 U1, M điện áp moment ứng với f1

Khi M = const: const

f U f f U U 1 1

1 = ' ⇒ =

' Tức điện

áp đặt vào động phải tỉ lệ thuận với f

Khi P = const: Thì moment động biến thiên tỉ lệ nghịch với n:

1 f M n

M≡ ⇒ ≡

Tức 1 f f M M '

' = vào (1), ta có: const f U f f U U f f f f U U 1 2 1 1 1

1 = ⇒ = ⇒ =

' ' ' ' ' ' '

Khi 2( 2): f M n

M≡ ≡

const f U f f U U f f M M 1 2 1 2

1 ⇒ = ⇒ =

= ' ' '

'

Điện áp đặt vào động phải tỉ lệ thuận với bình phương f

3 Thay đổi điện áp đặt vào dây quấn stator U1:

Giả thiết đường ứng với U = Uđm, Mc = const

Nếu U1 giảm x lần: U1 = xUđm (x < 1) M giảm x2 lần: M = x2Mđm Mc = const ⇒ n giảm ⇒ tăng từ sa → sb → sc

Nếu bỏ qua điện áp rơi dây quấn stator: U1 ≈F1 ≡Φ nên U1 giảm x lần → Φ

,

1

E giảm x lần (Φ=xΦm) mà Mc =cMI'2Φcosψ2 =const I’2 tăng x 1 lần

Để M = const Nhưng: s

x s const M P M r I m P p

s 1 1 2

1 2 2

Cu = ω = → =

ω = Δ

= ' ' ; đt '

đt

(vì M = const, ω1 = const)

Tốc độ quay rotor: ( ) ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = − = s x 1 n s n

n 1 ' 1 2

4 Thêm điện trở phụ Rf vào mạch rotor (đối với rotor dây

quaán):

Hiện tượng vật lý trình xảy điều chỉnh tốc độ: Đưa Rf vào n chưa thay đổi kịp ⇒ I2 giảm ⇒ M=cMI2Φcosψ2 giảm ⇒ Mđl < ⇒ n giảm ⇒

s tăng ⇒ E2s = sE2 tăng ⇒ tăng đặt tới trị số mà M = Mc

Ta xem đường cong M = f(s) hình: Nếu M = const động làm việc ổn định tương ứng với điểm a, b, c, d Ta thấy đưa R vào

rotor điều chỉnh n < nđm giới hạn đủ rộng Xong có tổn hao Rf (ΔpCuRf )⇒ P2 giảm ⇒ η giảm

Thí dụ:

Cho động điện KĐB pha rotor dây quấn p = 2; f = 50Hz; r2 = 0,02Ω; n = 1485vịng/phút Nếu moment tải khơng đổi, muốn có n = 1050vịng/phút phải thêm điện trở phụ vào rotor bao nhiêu?Nếu thay đổi điện áp đặt vào dây quấn stator để có tốc độ nói (khơng có điện trở phụ vào rotor) phải đặt vào stator điện áp bao nhiêu?

ÑS: rf = 0,58Ω; U’= 0,316m

Giải:

1 Tốc độ đồng bộ: 1500vg/phút

50 60 p

f 60

n1 = = =

Hệ số trượt định mức:

01 , 1500

1485 1500

n n n s

1

ñm =

− =

− =

Khi n’ = 1050vg/phút ta có:

3 , 1500

1050 1500

n ' n n s

1

1− = − =

=

Khi mắc thêm điện trở phụ:

's r 'r s

r2 = 2+ f

Ω = −

= − = − =

⇒ 0,58

01 ,

) 01 , , ( 02 , s

) s 's ( r s

s r 's r

r 2

f

Để đạt n’ = 1050vg/phút cách hạ điện áp mở máy, ta có:

s X

1 's= 2

30 X

30 ,

01 , 's s X2

= ⇒

= =

= ⇒

ñm ñm

ñm U 0,183U

30 U

X '

U= = =

⇒

Câu hỏi:

1 Tại thêm điện trở phụ vào mạch rotor cải thiện đặc tính mở máy động điện khơng đồng rotor dây quấn? Nếu thêm điện kháng vào đặc tính mở máy có bị ảnh hưởng khơng?

2 Tóm tắt phương pháp mở máy động không đồng so sánh ưu nhược điểm phương pháp

3 Trong động điện rotor dây quấn, nối điện kháng vào mạch điện rotor điều chỉnh tốc độ khơng, lúc đặc tính thay đổi nào?Mmm, Mmax, sm, sđm, hiệu suất, cosϕ thay đổi nào? Tóm tắt phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ, so

CHƯƠNG IV: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (KĐB) ĐẶC BIỆT

§ 4.1 MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA

I Đại cương

Động không đồng pha thường được dùng dụng cụ sinh hoạt công nghiệp, công suất từ vài watt đến khoảng vài nghìn watt nối vào lưới điện xoay chiều pha

Do nguyên lý mở máy khác yêu cầu tính khác mà xuất kết cấu khác nhau, nói cho có kết cấu giống động điện KĐB ba pha, khác stator có dây quấn: Dây quấn hay dây quấn làm việc dây quấn phụ hay dây quấn mở máy Rotor thường lồng sóc Dây quấn

thường nối vào lưới điện suốt q trình làm việc, cịn dây quấn phụ thường nối vào mở máy Trong trình mở máy, tốc độ đạt đến 75 đến 80% tốc độ đồng dùng ngắt điện kiểu ly tâm cắt dây quấn phụ khỏi lưới Có loại động sau mở máy, dây quấn phụ nối vào lưới Đó động điện pha kiểu điện dung (hay gọi động điện hai pha)

II Nguyên lý làm việc

Đầu tiên, ta xét chế độ làm việc động điện pha dây quấn mở máy ngắt khỏi lưới Dây quấn làm việc nối với điện áp pha, dòng điện dây quấn sinh từ trường đập mạch Φ Từ trường phân

Hình 4.1 Động điện không đồng pha

tích thành hai từ trường quay ΦA ΦB có chiều ngược nhau, có n1A = n1B

biên độ ½ biên độ từ trường đập mạch (hình 4.2a) Như vậy, xem động điện pha tương đương động điện ba pha giống có rotor đặt trục dây quấn stator nối nối tiếp cho từ trường chúng sinh không gian theo chiều ngược (hình 4.2b) Đến lượt chúng lại tương đương động điện ba pha có hai dây quấn nối nối tiếp tạo ΦA ΦB (hình 4.2c)

Trong động điện pha hai mơ hình chúng, từ trường quay thuận quay nghịch tác dụng với dòng điện rotor chúng sinh tạo thành moment MA MB Khi động đứng yên (s = 1) MA = MB ngược chiều nhau, moment tổng M = MA + MB = Động khơng quay khơng có Mc trục

Nếu quay rotor động điện theo chiều (ví dụ quay theo chiều từ trường dây quấn A hình 4.2b) với tốc độ n tần số s.đ.đ, dịng điện cảm ứng rotor từ trường quay thuận ΦA sinh là:

1

1 1

A

2 sf

n 60

n n pn 60

n n p

f = ( − ) = ( − ) =

Còn từ trường quay ngược ΦB tần số là: 1

1 1

B

2 s f

n n n n 60 pn 60

n n p

f = ( + )= [ −( − )]=( − )

Ở (2-s) hệ số trượt rotor từ trường ΦB

Cho M > chúng tác dụng theo chiều quay từ trường ΦA, ta

có dạng đường MA MB hình 4.3:

Khi s = M = 0, động khơng thể bắt đầu quay stator có dây quấn điều kiện làm việc động rotor quay theo chiều

này chiều với tốc độ n giống (vì đường đặc tính moment có tính chất đối xứng qua góc toạ độ)

III Phương pháp mở máy loại động điện pha 1 Các phương pháp mở máy:

i.Dùng dây quấn phuï:

Như biết, có dây quấn nối vào lưới điện từ trường dây quấn pha từ trường đập mạch, nên động điện không đồng pha khơng thể tự mở máy s = M = Muốn động tự mở máy (khởi động) từ trường máy phải từ trường quay từ trường quay ngược ΦB phải yếu so với từ trường quay thuận ΦA, để

tạo từ trường quay dùng vòng ngắn mạch dây quấn phụ phần tử mở máy Dây quấn phụ đặt lệch pha với dây quấn góc 900 điện khơng gian mạch từ stator, phần tử mở máy dùng để tạo lệch pha thời gian dòng điện dây quấn dây quấn phụ điện trở, cuộn dây tụ điện, tụ điện dùng phổ biến dùng tụ động có moment mở máy lớn, hệ số cơng suất cosϕ cao dòng điện mở máy tương đối nhỏ

α Dùng điện trở để mở máy:

Để làm cho Imm lệch pha so với Ilv ta nối thêm điện trở hay điện cảm vào cuộn dây mở máy Mmm loại động tương đối nhỏ Trong thực tế tế cần tính tốn cho thân dây

quấn phụ có điện trở tương đối lớn

được (dùng bối dây quấn ngược) khơng cần nối thêm điện trở ngồi

β Dùng tụ điện mở máy:

Nối tụ điện vào dây quấn mở máy ta kết tốt Có thể chọn trị số tụ điện cho s = Imm lệch pha so với Ilv 900 dòng điện dây quấn có trị số cho từ trường chúng sinh Như khởi động động cho từ trường

quay troøn

γ Động điện pha kiểu điện dung:

Ta để nguyên dây quấn mở máy có tụ điện nối vào lưới điện động làm việc Nhờ động điện coi động điện hai pha Loại có đặc tính làm việc tốt, lực tải lớn, hệ số công suất máy cải thiện Nhưng trị số điện dung có lợi cho mở máy lại thường lớn chế độ làm việc, số trường hợp mở máy kết thúc phải cắt bớt trị số tụ điện công tắc ly tâm

ii.Dùng vòng ngắn mạch:

Vịng ngắn mạch F đóng vai trị cuộn dây phụ F qng 1/3 cực từ Khi đặt điện áp vào cuộn dây để mở máy, dây quấn sinh từ trường đập mạch Φc Một phần Φc Φ'c

đi qua F sinh In F (In →Φn), bỏ qua

tổn hao vòng ngắn mạch Φn trùng pha

với In Φn tác dụng với Φ'c sinh c

n

f '

Φ + Φ =

Φ Φf lệch pha so với phần thơng cịn

lại Φc - Φ'c Do sinh từ trường gần

giống từ trường quay cho moment mở máy đáng kể

II Phân loại:

Động điện pha phân làm loại sau: + Động điện pha có vịng ngắn mạch

+ Động điện pha mở máy điện trở (pha phụ) + Động điện pha mở máy điện dung

+ Động điện pha kiểu điện dung: - Có điện dung làm việc

- Có điện dung làm việc mở máy

Hình 4.7 Động điện pha có vịng ngắn mạch

III Sử dụng động điện ba pha lưới điện pha:

i.Khi điện áp nguồn điện pha điện áp pha động ba pha

- Sơ đồ hình 4.8a

+ Điện áp nguồn điện áp pha động Ung = Uf + Điện dung làm việc tụ điện F

U I 4800 C

ng f

LV = μ

+ Điện áp làm việc tụ: Uc ≈Ung(V)

+ If: Dòng điện pha định mức động ba pha, (A) - Sơ đồ hình 4.8b

+ Điện áp nguồn điện áp pha động Ung = Uf + Điện dung làm việc tụ điện F

U I 1600 C

ng f

LV = μ

+ Điện áp làm việc tụ: Uc ≈2Ung

Cách đấu dây theo sơ đồ 4.8b có ưu điểm sơ đồ hình 4.8a: Moment mở máy lớn hơn, lợi dụng công suất hơn, điện dung tụ nhỏ điện áp tụ lớn

ii.Khi điện áp nguồn điện pha điện áp dây động ba pha

Có thể đấu dây theo sơ đồ sau:

- Sơ đồ hình 4.9a - Sơ đồ hình 4.9b + Ung = Ud + Ung = Ud

+ F

U I 2800 C

ng f

LV = μ + F

U I 2740 C

ng f

LV = μ

+ Uc ≈Ung + Uc ≈1,15Ung

§ 4.2 ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH KHƠNG ĐỒNG BỘ ( AC SERVOMOTOR)

Để điều khiển đối tượng đó, tín hiệu điều khiển dẫn trực tiếp đến mà thường qua khâu trung gian Thí dụ muốn biến tín hiệu điện áp thành tín hiệu học tác động vào đối tượng điều khiển người ta dùng khâu trung gian động chấp hành Động cần thỏa mãn yêu cầu chính:

- Độ nhạy cao, quán tính bé, nghĩa phải quay dừng tức khắc có tín hiệu tín hiệu điều khiển mà khơng nhờ cấu hãm

- Moment mở máy lớn, động làm việc ổn định

- Đặc tính tuyến tính, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng - Công suất điều khiển nhỏ

Động chấp hành không đồng (KĐB) loại động KĐB pha cơng suất bé ( 0,1÷ 300W) Kết cấu sau: Stator ghép thép kỹ thuật điện có cuộn dây đặt lệch 900.

Trong cuộn Wkt làm nhiệm vụ kích thích, cuộn Wđk làm nhiệm vụ điều khiển, cuộn đặt vào điện áp lệch 900 thời gian Nguồn kích

thích lấy lưới điện xoay chiều, nguồn điều khiển lấy tín hiệu điều khiển, có nhiều loại điều khiển : Điều khiển biên độ, điều khiển pha, điều khiển hỗn hợp (cả biên độ pha) Tổng quát từ trường quay ellip tính bất đối xứng điện áp pha (pha nhỏ 900)

Khi có tín hiệu điều khiển khe hở hình thành từ trường quay động làm việc với đặc tính moment thuận (đặc tính thơng thường) Khi tín hiệu điều khiển, dây quấn stator nguồn điện pha ( Ukt), từ trường đập mạch dòng điện pha sinh phân thành từ trường quay thuận ngược, tương ứng ta có đặc tính thuận ngược, đặc tính tổng M∑ tạo moment ngược với moment thuận (là đặc tính thơng thường động KĐB có điện áp kích thích điều khiển) làm rotor đứng lại (H 4.10c)

Để máy làm việc ổn định đặc tính tuyến tính rotor phải chế tạo với điện trở lớn để sm = ÷ , với sm lớn chống tượng tự quay (cịn động pha thơng thường điện trở rotor bé → đặc tính có dạng hình 4.10b, rotor quay ta ngắt mạch khởi động động tiếp tục quay)

Động chấp hành KĐB có kết cấu tương tự động KĐB thường rotor lồng sóc phải chế tạo với độ xác cao, qn tính bé Thơng thường hay làm theo kiểu rotor rỗng (hình cốâc) cấu tạo hình 4.10d

Stator gồm phần : Ngoài trong, stator gồm thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau, gồm có rãnh để đặt dây quấn kích thích dây quấn điều khiển Stator gồm thép ghép lại khơng có rãnh dùng làm mạch dẫn từ Rotor rỗng thường làm vật không dẫn từ nhôm hay đuy-ra bắt lên trục vành đỡ quay khe hở stator Ngồi rotor làm hợp kim đồng nhơm có điện trở suất cao làm sắt, hay vải ép mặt tráng vật liệu dẫn điện

Do khe hở khơng khí lớn (δ=0,3 ÷ 1,4 mm) nên I0 lớn , cosϕ thấp, hiệu suất thấp, trọng lượng lớn (vì δ lớn nên muốn Φ cao phải tăng stđ F = I W → W

tăng) (hình 4.10d)

§ 4.3 MÁY ĐIỆN KĐB LAØM VIỆC TRONG HỆ TỰ ĐỒNG BỘ (Selsyl)

Máy điện KĐB làm việc hệ tự đồng gồm nhiều máy đặt cách nối với điện Khi máy quay góc ( gọi máy phát) máy khác (máy thu) quay góc Hệ thống thường dùng kỹ thuật khống chế đo lường Những máy điện thường thuộc loại pha pha làm việc nhiều chế độ : Chỉ thị, vi sai, biến áp

1 Hệ tự đồng pha ( Selsyl pha):

Đơn giản gồm máy điện KĐB rotor dây quấn Dây quấn stator chúng nối với lưới điện dây quấn rotor nối với theo pha Như máy vị trí rotor stator giống sđđ E2 thứ tự mạch rôto chúng ngược dòng điện I2

T F

j T F 2

Z Z

e E E

I . .

.

− −

= ±θ

(+) rotor F quay chiều với ΦF ( E2T vượt trước E2F ) (–) Khi rotor F quay ngược chiều với ΦF

Trong : Z2F Z2T : Tổng trở rotor máy phát (F) máy thu (T)

Từ đồ thị vectơ ta thấy thành phần tác dụng I2 chiều với E2T MT làm quay rotor máy T góc θ Trái lại thành phần tác dụng I2 ngược chiều với E2F nên có moment MF kéo rotor máy F trở vị trí

θ= Hoặc giải thích sau:

- Góc ψ2F ≈ 1800, cos ψ2 < → MF < ( M hãm) : Kéo rôto máy F trở vị trí - Góc ψ2 ≈ 0, cos ψ2 > → MT > (M quay) : Kéo rơto máy T góc θ

Hệ thống máy làm việc cân góc lệch θ máy F T

bằng Vì giữ roto máy F góc θ roto máy T quay góc θ Sự liên lạc gọi liên lạc kiểu trục

điện

2 Hệ tự đồng pha ( selsyl pha):

Stator máy F T có pha nối với lưới điện chung, rotor máy dây quấn pha nối với theo thứ tự pha

Khi cho dịng điện pha vào dây quấn stator khe hở sinh từ trường đập mạch phân thành từ trường quay ngược chiều ΦA

và ΦB ta coi ø có hai hệ thống đồng ba pha hợp lại Như dùng nguyên lý làm việc hệ pha tìm moment phần moment tổng

Quay rotor máy F theo chiều ΦAF góc θ Đối với từ trường quay thuận ΦAF ΦAT giống hệ pha MAF MAT có khuynh hướng kéo rotor trở vị trí Đối với từ trường quay ngược ΦBF ΦBT Vì moment từ trường quay sinh máy chiều nên trị số tuyệt đối chúng tổng moment phân lượng từ trường làm trục quay Như quay roto máy F góc θ roto máy T quay góc θ

Thường đặt dây quấn sơ cấp pha rotor dây quấn thứ cấp pha lắp stator giảm vành trượt Để có đặc tính moment tốt, dây quấn pha thường đặt cực lồi

Ngày người ta chế tạo selsyl pha không vành trượt

PHAÀN V

CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

§ 1.1 KHÁI NIỆM

Máy điện đồng sử dụng rộng rãi công nghiệp chủ yếu dùng làm máy phát điện Ngoài máy điện đồng dùng làm động cơ, thiết bị lớn chúng có khả phát công suất phản kháng

Thông thường máy đồng tính tốn cho chúng phát cơng suất phản kháng gần công suất tác dụng Đôi việc đặt máy đồng gần trung tâm công nghiệp phát công suất phản kháng đủ bù hệ số cơng suất cosϕ cho lưới điện Khi máy đồng gọi máy bù đồng

Các động đồng công suất nhỏ (đặc biệt động kích từ nam châm vĩnh cửu) dùng rộng rãi trang bị tự động điều khiển

§ 1.2 PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1 Phân loại

- Theo kết cấu chia máy điện đồng làm loại:

+ Máy điện đồng cực ẩn thích hợp với tốc độ cao (2p = 2) + Máy điện đồng cực lồi thích hợp tốc độ thấp (2p≥4)

- Theo chức chia máy điện đồng thành: + Máy phát điện đồng bộ:

• Máy phát turbin có n cao thường chế tạo cực ẩn có trục máy nằm ngang

• Máy phát turbin nước: Vì tốc độ thấp, thường chế tạo theo cực lồi • Máy phát Diezen: Kéo động Diezen thường cấu tạo cực lồi

+ Động điện đồng bộ: Thường chế tạo cực lồi, để kéo tải khơng địi hỏi phải thay đổi tốc độ

+ Máy bù đồng bộ: Để cải thiện hệ số cosϕ lưới

Kết cấu

a) Máy đồng cực ẩn:

™ Rotor làm thép hợp kim chất lượng cao rèn thành khối trụ, gia công phay rãnh để đặt dây quấn kích từ, phần khơng phay rãnh hình thành mặt cực từ Máy chế tạo với số cực từ 2p = 2p = nên có tốc độ quay cao Máy đồng đại cực ẩn thường 2p = 2, D = (1,1 ÷ 1,15)m, chiều dài tối đa rotor l≤6,5m

vòng dây cách điện với Hai đầu dây quấn luồn vào trục nối với vành trượt chổi than

™ Stator tương tự máy điện không đồng bộ, lõi thép ghép tơn silic E41 dày 0,5 mm có phủ sơn cách điện mặt

b) Máy đồng cực lồi:

Các cực lồi chế tạo với số cực 2p≥4 Đường kính rotor D lớn

tới 15m Chiều dài l nhỏ lại với tỉ lệ l/D = 0,15 đến 0,2

™ Rotor máy điện đồng cực lồi công suất nhỏ trung bình có lõi thép chế tạo thép đúc gia công thành khối lăng trụ khối hình trụ, có đặt cực từ Cực từ lõi thép rotor ghép thép dày (1 ÷ 1,5)mm (hình 1.1), cố định cực từ lõi thép nhờ hình T, đai ốc,…

Dây quấn kích từ chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật, cuộn dây sau gia công lồng vào thân cực

™ Dây quấn cản (trường hợp máy phát điện đồng bộ) dây quấn mở máy (trường hợp động điện đồng bộ) đặt đầu cực Được làm đồng nhôm, hai đầu cực nối hai vành ngắn mạch Dây quấn mở máy có điện trở lớn dây quấn cản Dây quấn cản mục đích để cản dịu dao động rotor xảy trình độ (đối với máy phát) dây quấn mở máy để mở máy động đồng phương pháp không đồng (đối với động cơ)

Hình 1.1 Cố định cực từ lõi thép

™ Stator máy điện đồng cực lồi giống stator máy điện đồng cực ẩn

™ Trục máy đồng cực lồi đặt nằm ngang động đồng bộ, máy bù đồng bộ, máy phát điện Diezen, máy phát turbin nước công suất nhỏ

Đối với máy phát tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm , trục máy đặt thẳng đứng

§ 1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN

Stator máy điện đồng có cấu tạo giống stator máy điện không đồng Dây quấn ba pha hay m pha nói chung stator có số đơi cực rotor Stator có dây quấn gọi phần ứng Rotor máy điện đồng có cuộn dây kích từ, cung cấp dịng điện chiều từ nguồn qua vành trượt chổi than Cơng dụng cuộn kích từ tạo máy từ trường Rotor cuộn kích từ gọi phần cảm Nguyên lý làm việc sau:

Cho dịng điện kích từ chiều vào dây quấn kích từ rotor tạo từ trường rotor Khi quay rotor động sơ cấp với tốc độ n, từ trường rotor cắt dây quấn phần ứng stator cảm ứng s.đ.đ xoay chiều hình sin (nếu từ trường phân bố khe hở khơng khí hình sin), có trị số hiệu dụng là:

Φ

= 1 1

0 4,44fwkdq E

Trong đó: E0, w1, kdq, Φ s.đ.đ pha, số vòng dây pha, hệ số dây quấn, từ thơng trung bình cực từ rotor Nếu rotor có p đơi cực tần số s.đ.đ

f = p.n(Hz), n tính vòng/giây

a Cực lồi 2p = b Cực ẩn 2p =

Hình 1.3 Cấu tạo máy điện đồng

60 .n

p

f = (Hz), n tính vòng/phút

Sức điện động stator bao gồm hệ thống s.đ.đ ba pha đối xứng, có trục lệch khơng gian 1200 điện, s.đ.đ pha lệch 1200 điện Khi nối dây quấn stator với tải pha đối xứng cuộn dây mang hệ thống dòng điện đối xứng lúc tạo nên từ trường quay dây quấn stator máy điện không đồng Từ trường quay stator quay theo chiều quay rotor với tốc độ:

p f n1 = 60

thay f1 vào cơng thức ta có n = n1

Nghĩa tốc độ quay rotor tốc độ từ trường quay Chính được gọi máy điện đồng

Máy điện đồng làm việc động cơ, đặt vào cuộn dây stator dịng điện pha từ lưới đặt nguồn điện chiều vào cuộn dây kích từ rotor Khi làm việc bình thường rotor quay theo chiều từ trường quay với tốc độ trường quay stator

Lưu ý động đồng không tự mở máy Muốn mở máy động đồng người ta phải dùng động phụ trợ mở máy theo phương pháp khơng đồng

§ 1.4 CÁC TRỊ SỐ ĐỊNH MỨC

Công suất có ích cơng suất đầu máy tính tốn theo điều kiện phát nóng làm việc lâu dài gọi công suất định mức máy, sđm (VA)

Các đại lượng định mức ghi nhãn máy: kiểu máy, số pha, tần số, điện áp dây stator định mức, dòng điện dây stator định mức, cách đấu dây stator, điện áp kích từ định mức, dịng điện kích từ định mức, …

Công dụng máy điện đồng

Máy phát điện đồng nguồn điện lưới điện quốc gia, động sơ cấp turbin nước, turbin khí, turbin hơi,… Cơng suất máy phát đạt đến 600 MVA lớn chúng thường làm việc song song Ở lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng kéo động Diezen turbin khí, làm việc đơn lẻ nhiều máy làm việc song song

CHƯƠNG II: CÁC QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Các quan hệ điện từ bao gồm phương trình cân điện áp đồ thị vector tương ứng, giản đồ lượng, công suất điện từ máy điện không đồng Ta xét quan hệ điện từ nói trường hợp máy làm việc máy phát điện động điện

Vì phản ứng phần ứng phụ thuộc nhiều vào cấu tạo máy (cực ẩn hay cực lồi), tính chất phụ tải (điện cảm, điện dung), mức độ đối xứng phụ tải (phụ tải đối xứng hay không đối xứng) nên phải xét đến tất yếu tố

§ 2.1 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1 Đại cương

Từ trường máy điện đồng dòng điện dây quấn stator rotor sinh Khi máy điện làm việc không tải, dây quấn xoay chiều stator khơng có dịng điện (I = 0) từ trường máy điện dòng điện chiều It chạy dây quấn kích từ đặt cực từ sinh Nếu rotor quay, từ trường cực từ quét dây quấn stator cảm ứng s.đ.đ khơng tải E0 máy

Khi máy làm việc có tải ( I≠0) ngồi từ trường cực từ cịn từ trường

của dịng điện tải I sinh Khi có tải từ trường máy tổng từ trường:

+ Từ trường dây quấn kích từ It sinh ra, tạo s.đ.đ E0

+ Từ trường dòng điện phụ tải I qua dây quấn phần ứng gây nên gọi từ trường phần ứng tạo s.đ.đ Eư Nếu máy ba pha từ trường dịng điện tải ba pha chạy dây quấn ba pha từ trường quay Từ trường phân tích thành từ trường từ trường bậc cao có chiều quay tốc độ khác Trong số từ trường này, từ trường quan trọng có tốc độ chiều quay giống từ trường cực từ

Sức điện động (s.đ.đ) từ trường khe hở sinh ra:

ö

E E Eδ = 0+

Tác dụng từ trường (từ trường phần ứng) với từ trường cực từ (từ trường phần cảm) gọi phản ứng phần ứng

2 Phản ứng phần ứng

Khi máy phát điện làm việc, từ trường cực từ rotor Φt cắt dây quấn

stator cảm ứng s.đ.đ E0 chậm pha so với Φt góc 90

c) Tải trở R:

Khi tải đối xứng trở dịng điện ba pha dây quấn stator trùng pha với s.đ.đ tương ứng (ψ =0 ) hình 2.1,

ψ góc lệch pha E& I&

Dịng điện sinh từ thơng phần ứng pha với dịng điện Phương Fư thẳng góc với phương Ft phản ứng phần ứng là ngang trục (làm méo từ trường cực từ), Ft : từ trường cực từ vượt trước s.đ.đ góc 900

i Tải cảm L:

S.đ.đ E vượt trước dịng điện I góc

ψ = + 900 hình 2.2 ta thấy Fư Ft phương ngược chiều phản ứng phần ứng dọc trục khử từ có tác dụng làm giảm từ trường tổng

ii Tải dung C:

S.đ.đ E chậm sau dòng điện I góc 900 nghóa

90 − =

ψ chiều Fư trùng với chiều Ft, phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ có tác dụng làm tăng từ trường tổng

iii Tải hỗn hợp:

Có thể phân tích Fư làm hai thành phần dọc trục ngang trục:

Fưd = Fưsinψ Fưq = Fưcosψ

Tương tự ta phân tích dịng điện I làm hai thành phần:

Id = I.sinψ Idq = I.cosψ

Hình 2.1 Đồ thị véc tơ sức điện động tải trở ψ =

Hình 2.2 Đồ thị véc tơ sức điện động tải cảm ψ = +900

Hình 2.3 Đồ thị véc tơ sức điện động ở tải dung ψ = -900

Hình 2.4 Đồ thị véc tơ sức điện động tải

hỗn hợp

Khi tải có tính cảm

2

0<ψ< π phản ứng phần ứng ngang trục khử từ

Khi taûi có tính dung <ψ< π

− phản ứng phần ứng ngang trục trợ từ

§ 2.2 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Ta biết sức từ động (s.t.đ) cực từ Ft sinh E0, s.t.đ Ft + Fư = Fδ sinh

s.đ.đ khe hở Eδ Ở tải đối xứng ta xét riêng rẽ pha phương

trình cân điện áp tổng quát pha có dạng sau: Đối với máy phát điện đồng bộ:

( ö ö)

σ

δ− +

=E I r jx

U (2-1)

Đối với động điện đồng (hoặc máy bù đồng bộ):

) (

ö

ö σ

δ I r jx

E

U =− + + (2-2)

Trong đó: U điện áp đầu cực máy

rư, xσư: điện trở, điện kháng tản dây quấn phần ứng δ

E : S.đ.đ cảm ứng dây quấn từ trường khe hở Fδ sinh

Khi mạch từ máy khơng bão hồ xem từ trường Ft, Fư độc lập sinh dây quấn s.đ.đ E0, Eư theo nguyên lý xếp chồng ta có:

ư

E E

Eδ = 0+ (2-3)

1 Trường hợp máy phát điện

a) Khi mạch từ không bão hoà:

Giả sử máy phát điện đồng cực ẩn làm việc với tải đối xứng, phụ tải mang tính điện cảm

90

0<ψ< S.đ.đ E0 đóng vai trị nguồn điện có chiều trùng với dịng điện Nó cân với điện áp U hai cực máy phát điện áp rơi điện trở điện kháng đồng dây quấn phần ứng Phương trình cân điện áp:

)

( ö ö

σ

δ− +

=E I r jx U

)

( ö ö

ö

σ

+ − +

=E E I r jx

U

Ta có: ö

x I j

E =− nên

( )

[ư ư ]

σ + + −

=E Ir jx x

U

) ( ö ñb

jx r I E

U= 0− + (2-4)

Đồ thị vector:

Đặt vector điện áp cực máy phát theo chiều dương trục đứng (hình 2.5) Dòng điện I chậm sau điện áp U góc ϕ Vẽ vector s.đ.đ E0 gây từ thơng kích từ Φt vượt trước vctor dịng điện I góc ψ Theo quy tắc

chung từ thơng Φt vượt trước s.đ.đ E0 góc 900 Sóng s.t.đ phản ứng phần ứng Fư quay đồng với rotor máy Đối với máy phát cực ẩn bỏ qua khác biệt từ dẫn dọc trục ngang trục coi Fư sinh Φư Từ thông

này trùng pha với dịng điện I, sinh dây quấn stator s.đ.đ Eư chậm sau I góc 900 Cộng hình học vector từ thơng

ö

Φ Φt, vector s.đ.đ E0 Eư ta vector hợp thành Φδ sinh Fδ chậm sau 900 Bên cạnh từ

thơng phản ứng phần ứng cịn có từ thơng tản Φσư dây quấn stator,

giống Φư trùng pha với dịng điện I, gây nên s.đ.đ

σ σ =−jIx

E Ởû tải có

tính cảm, phản ứng phần ứng khử từ dẫn đến kết Eδ > E0 Trong

hình 2.5b vẽ đồ thị s.đ.đ cho trường hợp tải có tính dung −900 <ψ<0 Khi phụ

tải có tính điện dung, phản ứng phần ứng trợ từ dẫn đến kết Eδ >E0

Trong trường hợp máy điện cực lồi ta phân tích s.t.đ phần ứng Fư thành hai thành phần dọc trục Fưd ngang trục Fưq Các s.t.đ sinh từ thông Φưd

và Φưq Các từ thông sinh s.đ.đ ưd ưd

x I j

E =− d ưq

ưq

x I j

E =− q

Vector ö

σ

− xjI từ thông tản sinh không phụ thuộc vào từ dẫn khe hở Hình 2.5 Đồ thị vector sức điện động máy phát điện cực ẩn

theo hướng dọc trục ngang trục Tuy nhiên phân tích thành thành phần theo hai hướng đó: −jI.xσư =−j(I.xσư cosψ+I.xσưsinψ)

ư

σ σ −

−

= jIq x jId x

Kết phương trình cân điện áp có dạng:

)

( ư

öq öd

σ

+ − + +

=E E E I r jx

U

ö ö öq öd

σ

− − −

−

=E0 jId x jIqx Ir jIx

ö ö öq ö öd

) (

)

(x x jI x x Ir

I j

E0− d + − q + −

= σ σ

ö

r I x I j x I j

E0− d d − q q −

= (2-5)

Đồ thị vector tương ứng trình bày hình 2.6 gọi đồ thị Blondel

Trên hình 2.6a đồ thị vector s.đ.đ máy phát điện cực lồi tải có tính cảm

0 90

0<ψ< Đồ thị vẽ sau: Phân tích dịng điện I thành thành phần ngang

trục với E0 Iq = Icosψ, chiều với s.đ.đ E0 thành phần dọc trục so với E0 Id = Isinψ, chậm sau s.đ.đ E0 góc 900 Dòng điện Iq gây nên s.t.đ Fưq từ thơng Φưq phản ứng ngang trục trùng pha với dịng điện Iq Dòng điện Id gây nên s.t.đ Fưd từ thông Φưd phản ứng dọc trục trùng pha với dịng điện Id Các

từ thơng Φưq Φưd sinh dây quấn stator s.đ.đ Eưq Eưd có tần số

cơ chậm sau từ thông 900 Sau vẽ vector s.đ.đ

ö ö

σ σ =−jIx

E

r

r I

E = cộng hình học s.đ.đ E0, q, d,

σ σ =−jIx

E ,

ö r

r I

E = với ta vector điện áp U cực máy phát, vector vượt

pha trước I góc ϕ

Trên hình 2.6b vẽ đồ thị s.đ.đ cho trường hợp phụ tải điện dung

0 900 <ψ<

− , dòng điện vượt trước s.đ.đ

2 Khi máy làm việc chế độ động

Khi máy làm việc chế độ động điện, máy tiêu thụ công suất điện từ lưới để biến thành S.đ.đ E0 đóng vai trị sức phản điện, có chiều ngược với chiều dịng điện Điện áp U đặt vào động phải cân với sức phản điện E0

điện áp rơi Irư, jIxđb Động điện đồng thường có cấu tạo cực lồi nên ta có:

)

( ö ö

öq öd

σ

+ + − − −

= E E E I r jx

U

ö ö öq öd

σ

+ + +

+ −

= E0 jIdx jIqx Ir jIx

ö

r I x I j x I j

E0+ d d + q q +

−

= (2-6)

trong đó: ưq ưq

ưd ưd

,E jIx

jIx

E =− =−

§ 2.3 QUÁ TRÌNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Giả sử máy đồng có cấu tạo thơng thường có nghĩa cực từ kích thích đặt rotor máy kích thích đặt trục

1 Trường hợp máy phát điện đồng

Công suất điện từ Pđt chuyển từ rotor sang stator công suất P1 đưa vào trừ tổn hao Δpcơ, tổn hao kích từ Δpt tổn hao phụ Δpf từ

trường bậc cao lõi sắt stator rotor

) ( cơ

đt P1 p pt pf

P = − Δ +Δ +Δ

Công suất điện P2 đầu công suất điện từ trừ tổn hao đồng

Cu p

Δ dây quấn phần ứng tổn hao sắt từ ΔpFe: Fe

2 P p p

P = ñt −Δ Cu −Δ

2 Đối với động điện

Giả thiết P1 công suát điện đưa vào động Một phần để bù vào tổn hao đồng ΔpCu tổn hao thép ΔpFe stator, phần cịn lại cơng suất điện từ

chuyển từ stator sang rotor

Fe

1 p p

P

Pñt = −Δ Cu −Δ

Công suất Pđt trừ tổn hao ma sát quạt gió Δpcơ tổn hao phụ Δpf

cịn lại chuyển thành cơng suất có ích P2 q trình biến đổi lượng tiến hành ngược lại Giản đồ lượng máy phát điện động điện đồng trình bày hình 2.8 Ta thấy trường hợp động điện, công suất điện từ Pđt truyền qua từ trường stator sang rotor, ngồi tổn hao kích từ Δpt lấy

từ công suất điện lưới khác trường hợp máy phát điện, lấy từ công suất trục

§ 2.4 CÁC ĐẶC TÍNH GĨC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1 Đặc tính góc công suất tác dụng

Đặc tính góc cơng suất tác dụng máy điện đồng quan hệ P= f(θ)

khi U = const, f = const (công suất lưới điện vơ lớn), E0 = const (kích từ khơng đổi), θ góc tải vector s.đ.đ E điện áp U Trong

nghiên cứu đặc tính góc để đơn giản ta bỏ qua trị số rư trị số nhỏ so với điện kháng đồng (xđb, xq, xd)

Công suất tác dụng máy phát cung cấp cho tải:

ϕ =mUIcos P

Trong đó: m: số pha stator

U, I: điện áp, dòng ñieän pha

Đối với máy điện cực lồi theo đồ thị vector h2.6a với rư = ta có:

d d x U E

I = − cosθ

q q

x U

I = sinθ (2-7)

và ϕ=ψ−θ đó:

) sin I cos mU(I ) sin Isin cos mU(Icos sin mUIsin cos mUIcos ) cos( cos d

q θ+ θ

= θ ψ + θ ψ = θ ψ + θ ψ = θ − ψ = ϕ

=mUI mUI

P

Vì Icosψ=Iq Isinψ =Id biểu thức Id Iq ta có: θ − + θ = x x U m x E mU P d q d

0 sin ( )sin (2-8)

Trong hệ đơn vị tương đối ta có:

θ − + θ = x x U x U E P d q d sin ) ( sin * * * * * *

* (2-9)

Ta nhận thấy công suất điện từ gồm thành phần: Thành phần sinθ

d c x E mU P =

là thành phần cơng suất điện từ máy phát Nó phụ thuộc vào điện lưới U kích từ s.đ.đ E0

Thành phần thứ 2: ( 1 )sin2θ

2 d q x x U m

Pp = − thành phần công suất điện từ phụ, không phụ thuộc vào kích từ xuất xd ≠ xq Đối với máy cực ẩn xd = xq nên thành phần không Từ biểu thức (2-9) ta có:

= sinθ

d x mUE

P (2-10)

2 Đặc tính góc công suất phản kháng

Cơng suất phản kháng máy điện đồng bộ:

) sin(

sinϕ= ψ−θ

=mUI mUI

Q

) sin cos cos

sin

( ψ θ− ψ ϕ

=mU I I

) sin cos

( θ− θ

=mU Id Iq

Sau thay trị số Id, Iq ta có:

) (

cos ) (

cos

q d d

q

d x

1 x

1 mU

x x

1 mU x

mUE

Q= θ+ − θ− +

Vì θ có trị số dương âm, trị số Q theo công thức khơng đổi nên đặc tính góc cơng suất phản kháng máy phát điện động điện đồng giống có dạng hình 2.10

Hình 2.10 Đặc tính góc cơng suất phản kháng của máy phát điện đồng cực lồi

Thí dụ:

Một máy phát điện turbin nước có tham sốxd∗ =0,843;xq∗ =0,554 Giả thử

máy làm việc tải định mức với Uđm; Iđm;cosϕđm =0,8 Hãy tính sức điện động

(s.đ.đ)E0, góc tải θđm độ thay đổi điện áp ΔU

Giải:

Ta có: 0 1∠ = ñm

U&

9 36 1∠− =

đm

I& (vì cosϕđm =0,8; ϕđm =3609 )

554 , ) 36 (

1∠ + ∠− =

+ jI xq∗ ϕ

U&ñm &ñm

=1+ j(0,8− j0,6).0,554

=1,332+ j0,443

18 332 ,

443 ,

0 =

= artg đm

θ

Góc véctơ E&0 U& có trị số:

4 55 18

360 + = =

+ =ψñm θñm ψ

∗ ∗ ∗

∗ = +

⇒E&0 U cosθ Id xd

Trong đó: Id∗ =I∗sinψ =1.sin5504=0,823 643 , 844 , 823 , 18 cos

1

0 = + =

⇒E& ∗

Và độ thay đổi điện áp: Δ %= − 100=64,3%

ñm ñm ñm

U U E U

Câu hỏi:

1 Vì máy phát điện đồng cực lồi phải chia sức từ động Fư thành thành phần Fưd Fưq?

CHƯƠNG III: MÁY PHÁT ĐIỆN VAØ ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ

§ 3.1 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Sơ đồ nối dây máy phát điện đồng cần thiết để làm thí nghiệm lấy đặc tính máy phát điện đồng trình bày hình 3-1 Tải máy phát điện tổng trở Z biến đổi (ví dụ tải điện trở ba pha ghép song song với tải điện cảm ba pha) Dịng điện kích thích it máy phát điện lấy từ nguồn điện bên điều chỉnh nhờ biến trở rt

1 Đặc tính không tải

Đặc tính khơng tải quan hệ E0 = U0 = f(it) I = f = fđm Dạng đặc tính khơng tải máy phát điện đồng cực ẩn cực lồi khác khơng nhiều biểu thị theo đơn vị tương đối E* = E0/Uđm it* = i1/itđm0 hình (3-2), itđm0 dịng điện khơng tải U = Uđm Ta ý mạch từ máy phát điện tuabin bão hoà mạch từ máy phát điện tuabin nước

Khi E0 = Uđm = E* = 1, máy phát điện tuabin kμd =kμ =1,2;

đối với máy phát điện tuabin nước kμd =1,06

2 Đặc tính ngắn mạch tỷ số ngắn mạch K

Đặc tính ngắn mạch quan hệ In = f(it) U = 0; f = fđm (khi dây quấn phần ứng nối tắt đầu máy)

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn dây quấn phần ứng (rư = 0) mạch điện dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch cảm ( 0)

90 =

ϕ ,

I I

0

Iq =cosϕ= vàId = sinϕ= đồ thị vector máy phát điện lúc

hình 3-3a Theo biểu thức (2-5), ta có:

Hình 3-1 Sơ đồ nối dây xác định đặc tính máy phát điện đồng bộ.

Hình 3.2 Đặc tính không tải máy phát turbin (a), máy

d jIx

E

+

= (3-1)

và mạch điện thay máy có dạng hình 3-3b

Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng khử từ, mạch từ máy khơng bão hồ, từ thông khe hở Φδ cần thiết để sinh

ö

öd σ

δ =E −Ix =Ix

E 0 nhỏ Do quan hệ I

= f(it) đường thẳng trình bày hình 3-4

Tỷ số ngắn mạch K theo định nghóa tỷ

số dịng điện ngắn mạch Ino ứng với dịng điện kích thích sinh s.đ.đ E0 = Uđm khơng tải với dịng điện định mức Iđm, nghĩa là:

ñm

I I

K= no (3-2)

Theo định nghĩa từ hình 3-4 ta có:

d đm

x U

Ino = (3-3)

trong xd trị số bão hoà điện kháng đồng dọc trục ứng với E0 = Uđm

Thay trị số Ino theo (3-3) vào (3-2), ta có:

* đm d

ñm

x xd

1 I

U

K= =

Thường xd* > K < dịng điện ngắn mạch xác lập Ino < Iđm , kết luận dòng điện ngắn mạch xác lập máy phát điện đồng không lớn Sở dĩ tác dụng khử từ mạnh phản ứng phần ứng

Từ hình 3-5, dựa vào tam giác đồng dạng OAA’ OBB’ biểu thị tỷ số ngắn mạch K theo dòng điện kích thích sau:

tn to no

i i I

I

K= =

ñm

(3-4)

Trong đó:

it0 dòng điện kích thích không tải lúc U0 = m Itn dòng điện kích thích lúc ngắn mạch I = Iđm

Hình 3.3 Đồ thị véc tơ mạch điện thay máy phát đồng

bộ lúc ngắn mạch

Tỷ số ngắn mạch K tham số quan trọng máy điện đồng Máy với K lớn có ưu điểm cho độ thay đổi điện áp ΔU nhỏ

theo biểu thức (2-7) sinh công suất điện từ lớn khiến cho máy làm việc ổn định tải dao động Nhưng muốn K lớn nghĩa xd* nhỏ, phải tăng khe hở δ địi hỏi phải tăng cường dây quấn kích thích từ tương ứng phải tăng kích thước máy Kết phải dùng nhiều vật liệu giá thành máy cao

Thông thường máy phát turbin nước

8

K= , ÷ , ; cịn máy phát turbin hơi,

1

K= , ÷ ,

3 Đặc tính ngồi độ thay đổi điện áp ΔUđm máy phát đồng bộ:

Đặc tính ngồi quan hệ U = f(I) it = const; cosϕ=const f = fđm Nó cho thấy lúc giữ kích thích khơng đổi,

điện áp máy thay đổi thể theo tải Khi lấy đặc tính phải thay đổi tải I hình 3-1 cho

const = ϕ

cos đo U I ứng với trị số khác tải Z Dạng đặc tính ngồi ứng với tính chất khác tải trình bày hình 3-6 Chú ý trường hợp phải điều chỉnh dòng điện kích thích cho I = Iđm có U = Uđm, sau giữ khơng đổi thay đổi tải Dòng điện it ứng với U =Uđm;

I = Iđm; cosϕ=cosϕđm; f = fđm gọi

là dịng điện từ hố định mức

Từ hình 3-6 ta thấy dạng đặc tính ngồi phụ thuộc vào tính chất tải Nếu tải có tính cảm I tăng, phản ứng khử từ phần ứng tăng, điện áp giảm đường biểu diễn xuống Ngược lại tải có tính dung I tăng, phản ứng phần ứng trợ từ, điện áp tăng đường biểu diễn lên

Độ thay đổi điện áp định mức ΔUđm máy phát điện đồng theo định nghĩa

là thay đổi điện áp tải thay đổi với cosϕ=cosϕđm đến không tải,

điều kiện thay đổi dịng điện kích thích Trị số ΔUđm thường biểu thị theo

phần trăm điện áp định mức, nghĩa là:

Hình 3.5 Xác định tỷ số ngắn mạch K

100 U E

U

ñm ñm

ñm% U

− =

Δ (3-5)

Máy phát điện tuabin có xd lớn nên có ΔU(1) lớn so với máy phát

điện tuabin nước Thơng thường ΔU%=25÷35%

Trị số ΔU máy phát điện có thể xác định thí nghiệm

trực tiếp máy chế tạo Lúc thiết kế để tính ΔU dựa vào cách

vẽ đồ thị vector trình bày hình

4 Đặc tính điều chỉnh

Đặc tính điều chỉnh quan hệ it = f(I) U = const; cosϕ=const, f = fđm Nó cho biết chiều hướng điều chỉnh dòng điện it máy phát đồng để giữ cho điện áp U đầu máy không đổi Khi

làm thí nghiệm lấy đặc tính điều chỉnh theo sơ đồ hình 3-1 , phải thay đổi Z đồng thời thay đổi it để có cosϕ=const

và U = const Dạng đặc tính trị số cosϕ khác hình 3-7 Ta thấy với tải cảm I tăng, tác dụng khử từ phản ứng phần ứng tăng làm cho U bị giảm Để giữ cho U không đổi phải tăng dịng điện từ hố it, ngược lại tải dung I tăng, muốn giữ U không đổi phải giảm it Thông thường

8 0,

cosϕđm = (thuần cảm), nên từ không

tải (U = Uđm; I = 0) đến tải định mức (U =Uđm; I = Iđm) phải tăng dịng điện từ hố it khoảng 1, ÷7 2,2 lần

5 Đặc tính tải

Đặc tính tải quan hệ U = f(it) I = const; cosϕ=const f = fđm Với trị số khác I

ϕ

cos có đặc tính tải khác nhau, có ý nghĩa đặc tính tải cảm ứng với

) ( cos

2 ϕ= π =

ϕ vaø I = Iđm

Để có đặc tính phải điều chỉnh rt Z (khi phải có cuộn cảm điều chỉnh được) cho I = Iđm (hình 3-1) Dạng đặc tính tải cảm đường hình 3-8

Hình 3.7 Đặc tính điều chỉnh máy phát điện đồng

Hình 3.8 Xác định đặc tính tải cảm từ đặc tính khơng tải tam giác

Đồ thị vector tương ứng với chế độ làm việc bỏ qua trị số nhỏ rư hình 3-9

Đặc tính tải cảm suy từ đặc tính khơng tải tam giác điện kháng Cách thành lập tam giác điện kháng sau:

Từ đặc tính ngắn mạch (đường hình 3-8) để có trị số In = Iđm, dịng điện kích thích itn s.t.đ Ftn cần thiết

OC i

Ftn ≡ tn = Như biết (xem mục 2),

máy làm việc chế độ ngắn mạch, s.t.đ cực từ Ftn = OC gồm phần: phần để khắc phục phản ứng khử từ phần ứng

öd ödF

k

BC= sinh Eưd; phần lại OB = OC – BC sinh s.đ.đ tản từ

AB x

I

Eσ = đm σư =

ö

Điểm A nằm đoạn

thẳng đặc tính khơng tải (đường 1) lúc mạch từ khơng bão hồ Tam giác ABC hình thành gọi tam giác điện kháng Các cạnh BC AB tam giác tỷ lệ với dòng điện tải định mức

Iđm

Dưới trình bày cách thành lập đặc tính tải cảm từ đặc tính khơng tải tam giác điện kháng

Đem tịnh tiến tam giác điện kháng ABC (hoặc tam giác OAC được) cho đỉnh A tựa đặc tính khơng tải đỉnh C vẽ thành đặc tính tải cảm (đường 3) Nếu cạnh tam giác điện kháng vẽ tỷ lệ với dòng điện tải I = Iđm, đặc tính tải cảm U = f(it) ứng với I = Iđm Để chứng minh ta ý rằng, hai trường hợp ngắn mạch với I = Iđm tải cảm với I = Iđm, s.đ.đ Eσư phản ứng khử từ Fưd khơng thay đổi,

các cạnh AB=Eσư vàBC=kưdFưd tam giác điện kháng không đổi Như

vậy với s.đ.đ tuỳ ý cực từ F0 = OP lúc không tải, điện áp đầu cực máy U0 = E0 = PM, cịn có tải cảm với I = Iđm, điện áp đầu cực máy U = PC’ Sở dĩ lúc có tải cảm trên, s.t.đ có hiệu lực OP – PQ = OQ (trong PQ = B’C’ = BC phản ứng khử từ phần ứng) s.đ.đ

' QA

Eδ = Kết U=Eδ −Eσư =QA'−AB'=QA'−AB=QB'=PC'

Trên thực tế ảnh hưởng bão hồ, đặc tính tải cảm có thí nghiệm tải trực tiếp khác có dạng đường nét đứt Nguyên nhân sai khác chỗ, dịng điện kích từ tăng, cực từ máy bão hồ từ thơng tản dây quấn kích từ lớn s.t.đ cực từ cần thiết để khắc phục phản ứng khử từ phản ứng phải lớn hơn, nghĩa cạnh BC tam giác điện kháng phải dài

Hình 3.9 Đồ thị véc tơ sức điện động máy điện đồng

§ 3.2 GHÉP MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC SONG SONG

I Những khái niệm chung

Hiện trạm phát điện thường có nhiều máy phát điện làm việc song song Điều giải thích sau: Một mặt đồ thị phụ tải dao động nhiều thời gian ngày đêm thời gian khác năm, dùng máy phát điện với cơng suất đặt lớn làm việc với phụ tải nhỏ hiệu suất động sơ cấp giảm thấp Mặc khác trạm phát điện thường có công suất lớn chế tạo máy phát có cơng suất lớn Ngồi ra, để nâng cao tính bảo đảm an toàn, liên tục cung cấp điện cho trung tâm công nghiệp lớn thường người ta sử dụng vài trạm phát điện nối với lưới điện chung Điều có nhiều ưu điểm:

- Các trạm phát điện giảm thiết bị dự trữ để phòng hư hỏng sửa chữa

- Có thể phân phối hợp lý phụ tải Trạm phát điện nhằm mục đích nâng cao tiêu kinh tế

II Ghép song song máy phát điện đồng

1 Điều kiện làm việc song song

Khi ghép máy phát điện đồng làm việc song song hệ thống điện lực với máy phát điện đồng khác, để tránh dịng điện xung Mđt có trị số lớn gây cố hỏng máy thiết bị khác hệ thống phải đảm bảo điều kiện sau:

¾ Điện áp máy phát phải với điện áp lưới UF = UL ¾ Tần số máy phát phải tần số lưới:

fF = fL

¾ Đối với máy phát điện ba pha cần phải thêm điều kiện thứ 3: Cùng thứ tự pha

¾ Điện áp pha máy phát trùng pha với điện áp pha lưới

Khi ghép song song việc điều chỉnh điện áp UF máy phát điện thực cách thay đổi dịng điện kích thích máy Tần số fF máy điều chỉnh cách thay đổi moment tốc độ quay động sơ cấp kéo máy phát Sự trùng pha điện áp máy phát điện lưới điện kiểm tra đèn, volmet không dụng cụ đo đồng bộ, thứ tự pha máy phát điện đồng thường kiểm tra lần sau lắp ráp máy hoà đồng với lưới điện lần đầu

2 Các phương pháp hồ đồng xác:

Có thể dùng hồ đồng kiểu ánh sáng đèn hoà đồng kiểu điện từ (cột đồng bộ)

a) Hoà đồng kiểu ánh sáng:

Ta hồ đồng kiểu ánh sáng hai phương pháp: phương pháp nối tối hay đèn tối (máy phát điện 2) phương pháp ánh sáng quay (máy phát điện 3)

α Phương pháp đèn tối:

Sơ đồ hoà đồng phương pháp đèn tối thể H3.10a H3.11

Quay máy phát đến n = n1

Điều chỉnh cho UFII = UL UFII trùng pha thứ tự pha với UL khơng có điện áp đặt đèn nên đèn tối Nếu tần số máy phát lưới khơng vector điện áp lưới máy phát quay với tốc độ góc khác nhau, góc lệch pha α chúng thay đổi từ đến

1800, điện áp đặt lên đèn thay đổi từ đến hai lần điện áp pha đèn sáng tối, sai khác điện áp máy phát lưới lớn đèn sáng tối

càng nhanh: fFII ≠fL nhiều đèn nhấp nháy nhanh, fFII ≈fL đèn

sáng tối chậm Khi đèn tối tương đối lâu (khoảng đến giây) người ta

Hình 3.10 Hoà đồng máy phát điện pha ánh sáng

Hình 3.11 Đồ thị vector điện áp pha lưới máy phát nối

đóng máy phát điện vào lưới Để đóng máy xác người ta mắc thêm volt mét khơng (có điểm khơng thang đo)

β Phương pháp ánh sáng đèn quay:

Ta nối đèn vị trí:

(A – A2), (B – C2), (C – B2) (H3-10b)

đồ thị vector điện áp hình 3-12 Nếu vị trí h3.12 đèn tối mờ, đèn sáng nhiều, đèn sáng vừa Ở vị trí A ≡ A2 đèn tắt đèn sáng kết hợp với volt mét khơng đóng máy hồ đồng

Nếu n’ > n đèn sáng dần lên, đèn sáng nhiều lên đèn sáng yếu

Vậy n’> n ánh sánh quay từ 1-2-3 n’ < n ánh sáng quay từ 1-3-2 n’ = n đèn tắt

Do nhìn chiều quay đèn biết cần phải tăng hay giảm tốc độ máy phát ghép với lưới để đến gần vận tốc đồng

Chú ý: Nếu nối dây theo sơ đồ đèn tối mà kết đèn quay hay ngược lại

nối theo đèn quay mà đèn sáng, tối chứng tỏ thứ tự pha nối sai Lúc cần đổi thứ tự nối hai ba pha máy phát với lưới điện

b) Hoà đồng kiểu điện từ (dùng cột đồng bộ)

Cột đồng dùng ba đồng hồ để kiểm tra điều kiện hoà đồng bộ: + Hai volt mét để kiểm tra điện áp UL UF

+ Hai tần số kế để kiểm tra tần số fL fF tần số kế kép có hai dãy phiến rung để đồng thời tần số fL fF

+ Một đồng kế tác động theo khác fL fF định hoà đồng Khi

fL = fF kim quay chậm (fL ≈fF) thời điểm đóng cầu dao lúc kim trùng

với đường thắng đứng hướng lên

3 Phương pháp tự đồng

Thường sử dụng với máy phát điện công suất nhỏ, đóng vào lưới theo phương pháp tự đồng sau: Nối mạch kích từ qua điện trở triệt từ để tránh dòng điện cảm ứng dây quấn rotor lớn, cầu dao D2 đóng phía điện trở

Dùng động sơ cấp quay rotor đến gần tốc độ đồng bộ, đóng D1 để nối máy phát vào lưới điện chưa có kích từ, cuối đóng dây quấn kích từ vào nguồn kích từ, máy làm việc đồng Tuyệt đối khơng đóng stator

Hình 3.12 Đồ thị vector điện áp pha lưới máy phát nối theo

máy phát điện vào lưới theo phương pháp tự đồng mạch kích từ hở mạch lúc cuộn dây kích từ cảm ứng s.đ.đ lớn làm hỏng cách điện

Phương pháp tự đồng cho phép hồ đồng nhanh chóng cần xử lý khẩn cấp Tuy nhiên có khuyết điểm dịng điện đóng cầu dao lớn

§ 3.3 MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH CƠNG SUẤT TÁC DỤNG, CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Tải hộ dùng điện lưới điện thường thay đổi theo điều kiện sản xuất có trường hợp tải khơng thay đổi điều kiện vận hành lưới điện mà cần thiết mà cần thiết phải thay đổi chế độ làm việc máy phát điện, thực tế phải điều chỉnh công suất tác dụng P công suất phản kháng Q máy phát điện đồng

Ta xét vấn đề hai trường hợp điển hình Trường hợp thứ trường hợp máy phát điện làm việc hệ thống điện lực có cơng suất vơ lớn với U, f = const, hay nói khác tổng cơng suất máy phát điện làm việc song song hệ thống lớn so với công suất máy phát điện xét, việc điều chỉnh P Q máy phát điện khơng làm thay đổi U, f hệ thống điện Trường hợp thứ hai trường hợp có hai vài máy phát điện công suất tương tự làm việc song song thay đổi chế độ làm việc máy làm thay đổi U, f chung máy phát điện

1 Điều chỉnh công suất tác dụng P máy phát điện đồng

a) Trường hợp máy phát điện làm việc hệ thống điện công suất vô lớn

Ở trường hợp U f không đổi nên giữ dịng điện kích thích It khơng đổi E0 số, theo biểu thức (2-8) P hàm số góc θ đường biểu diễn có dạng biết hình 2-9 Ở chế độ làm việc xác lập công suất tác dụng P máy ứng với góc θ định phải cân với công suất trục quay máy phát điện Đường biểu diễn công suất động sơ cấp biểu thị đường thẳng song song với trục ngang cắt đặc tính góc điểm A hình 3-14 Như muốn điều chỉnh cơng suất tác dụng P máy phát phải thay đổi góc θ, nghĩa dịch chuyển giao điểm A cách thay đổi công suất trục máy Công suất tác dụng cực đại Pm mà máy phát điện cung cấp cho hệ thống điện ứng với dP dθ=0

Aùp dụng điều kiện biểu thức (2-9) máy phát đồng cực ẩn suy

0 m =90 θ vaø:

d m

x U mE

P = (3-6)

cũng máy cực lồi, từ (2-7) suy góc θm xác định bởi:

B

A B

A2

m

− + =

θ cos

Trong đó:

d

x U mE

A= , ( )

d q

x x

1 mU

B= −

Vaø m

d q m

d

m

x x

1 mU x

U mE

P = sinθ + ( − )sin θ (3-7)

Khi điều chỉnh công suất tác dụng cần ý máy phát điện đồng làm việc ổn định tĩnh 0<θ<θm Để thấy rõ điều đó, giả thử máy

đang làm việc giao điểm A ứng với θ1 <θm Nếu nguyên nhân

cơng suất Pcơ động sơ cấp tăng lên thời gian ngắn, sau lại trở trị số ban đầu rotor máy phát điện quay nhanh Như góc θ tăng thêm +Δθ tương ứng cơng suất P tăng thêm ΔP Vì lúc

cơng suất Pcơ trở trị số ban đầu nên P + ΔP > Pcơ, kết rotor bị ghìm máy phát điện trở lại làm việc góc θ ban đầu sau vài chu kỳ dao

động Trái lại máy phát điện làm việc xác lập θ2 >θm, ví dụ điểm B

cho P máy phát điện giảm, P < Pcơ, kết rotor quay nhanh thêm, góc θ tăng máy phát điện đồng với lưới điện

Từ điều nói ta thấy rằng, điều chỉnh công suất tác dụng mà muốn giữ cho máy phát điện làm việc ổn định phải có điều kiện sau:

0 d dP >

θ (3-8)

Trong

θ d

dP gọi công suất chỉnh đặc trưng cho khả giữ cho máy

làm việc đồng lưới điện kí hiệu Pcơ

Từ biểu thức (2-8), (2-9) suy công suất chỉnh máy cực lồi: cosθ 2( 1 )cos2θ

d q cb

x x mU x

U mE

P = + −

d

(3-9) Và máy cực ẩn: = cosθ

ñb

x U mE

P

cb

Đường biểu diễn cơng suất chỉnh hình (3-14) Ta thấy không tải(θ=0), khả chỉnh tức khả ΔP công suất đưa

vào máy công suất tác dụng đưa lưới điện ứng với thay đổi Δθ làm cho máy phát trì làm việc đồng với lưới điện lớn nhất, cịn θ=θm

thì khả chỉnh

Trên thực tế vận hành để đề phòng trường hợp U E0 giảm nguyên nhân khác làm cho công suất P đưa lưới điện giảm theo trì đồng bộ, máy phát điện thường làm việc với công suất định mức Pđm ứng với

30 <

θ Như khả tải máy phát điện đồng xác định tỉ số:

ñm

P P

k m

m =

gọi hệ số lực tải Đối với máy cực ẩn

m m

1 k

đ sinθ =

Theo quy định cần đảm bảo km > 1,7 muốn máy phải có tỉ số ngắn mạch K lớn, nghĩa xd phải nhỏ (hoặc khe hở lớn)

Cần ý điều chỉnh công suất tác dụng P, θ thay đổi nên công suất phản kháng thay đổi theo

b) Trường hợp máy phát điện công suất tương tự làm việc song song

2 Điều chỉnh công suất phản kháng máy phát điện đồng

Ta xét việc điều chỉnh công suất phản kháng máy phát điện đồng làm việc lưới điện có cơng suất vơ lớn (U, f = const) công suất tác dụng máy giữ khơng đổi

Giả sử máy có cực ẩn để đơn giản, bỏ qua tổn hao dây quấn phần ứng (rư = 0) Trong trường hợp đó, đồ thị vector s.đ.đ có dạng hình (3-15) Vì P=mUIcosϕ≡OA không đổi,

và với điều kiện U = const nên thay đổi Q, mút vector I ln nằm đường thẳng 1, thẳng góc vớiU Với trị số I có trị số cosϕ vẽ đồ thị vector s.đ.đ tương ứng xác định độ lớn độ lớn vector E0, từ suy dịng điện kích thích It cần thiết để sinh E0, cần ý P const

x mUE

P

0 θ≈ =

= sin

đb

, U, xđb khơng đổi nên P≡E0sinθ=OB=const mút vector E nằm đường thẳng

2 thẳng góc với OB

Kết phân tích cho thấy rằng, muốn điều chỉnh cơng suất phản kháng Q phải thay đổi dịng điện kích thích It máy phát điện

Với trị số P = const., thay đổi Q vẽ đồ thị vector s.đ.đ ta xác định quan hệ I = f(It) gọi đặc tính hình V máy phát điện đồng Thay đổi trị số P với phương pháp thành lập họ đặc tính hình V tương ứng với cosϕ=1 Khu vực bên phải đường Am ứng với

tải có tính cảm ϕ>0 chế độ làm việc kích thích máy phát điện, khu

vực bên trái đường ứng với tải có tính dung (ϕ<0) chế độ làm việc

thiếu kích thích máy Đường Bn ứng với giới hạn làm việc ổn định lưới máy phát điện làm việc chế độ thiếu kích thích

Ở ta xét máy phát điện cực ẩn, tất phân tích áp dụng cho máy phát điện cực lồi

Trong trường hợp công suất lưới điện nhỏ (thí dụ có hai máy phát điện công suất làm việc song song), tăng dịng điện kích thích It máy mà giữ dịng điện kích thích máy thứ hai khơng đổi, cơng suất phản kháng máy tăng, tổng cơng suất

Hình 3.15 Điều chỉnh công suất phản kháng máy

phát điện đồng

Hình 3.16 Họ đặc tính hình V máy phát

phản kháng tăng làm thay đổi điện áp U lưới điện, ảnh hưởng đến trạng thái làm việc bình thường hộ dùng điện Như để trì trạng thái làm việc bình thường lưới điện với U = const, tăng dịng điện kích thích máy phải giảm tương ứng dịng điện kích thích máy thứ hai Bằng phương pháp thực phân phối lại công suất phản kháng Q hai máy phát điện

3 Động điện đồng

a Các phương pháp mở máy động điện đồng Mở máy theo phương pháp không đồng

Các động điện đồng phần lớn mở máy theo phương pháp không đồng Thông thường động điện đồng cực lồi có đặt dây quấn mở máy Dây quấn mở máy có cấu tạo kiểu lồng sóc đặt rãnh mặt cực, đầu nối với hai vành ngắn mạch

Trong số động cơ, mặt cực thép nguyên khối nối với hai đầu hai vòng ngắn mạch hai đầu rotor thay cho dây quấn ngắn mạch dùng việc mở máy Ở lưới điện lớn cho phép mở máy trực tiếp với điện áp lưới động đồng công

suất vài trăm có tới hàng nghìn kilowatt Đối với động động đồng cực ẩn, việc mở máy theo phương pháp khơng đồng có khó khăn hơn, dịng điện cảm ứng lớp mỏng mặt rotor nguyên khối gây nóng cục đáng kể Trong trường hợp đó, để mở máy dễ dàng, cần hạ điện áp máy biến áp tự ngẫu cuộn kháng

Quá trình mở máy động đồng phương pháp khơng đồng chia thành hai giai đoạn Lúc đầu việc mở máy thực với it = 0, dây quấn kích thích nối tắt qua điện trở RT hình 3-17a Sau đóng cầu dao nối dây quấn stator với nguồn điện, tác dụng moment không đồng rotor quay tăng tốc độ đến gần tốc độ đồng n1 từ trường quay Trong giai đoạn này, việc nối dây quấn kích thích với điện trở RT có trị số 10 ÷12 lần điện trở r thân dây quấn kích từ cần thiết, để

Hình 3.17 Sơ đồ mạch kích từ động đồng lúc mở máy với dây quấn kích thích

nối tắt qua điện trở RT(a) nối thẳng vào

máy kích thích (b) 1 Phần ứng động đồng 2 Phần ứng máy kích thích

3 Dây quấn kích từ động đồng

dây quấn hở mạch có điện áp cao, làm hỏng cách điện dây quấn, lúc bắt đầu mở máy từ trường quay stator quét với tốc độ đồng

Cũng cần ý rằng, đem nối ngắn mạch dây quấn kích thích tạo thành mạch pha có điện trở nhỏ rotor sinh moment cản lớn khiến cho tốc độ quay rotor vượt tốc độ nửa tốc độ đồng Hiện tượng giải thích sau Dịng điện có tần số f2 = sf1 dây quấn kích thích bị nối ngắn mạch sinh từ trường đập mạch Từ trường phân tích thành hai từ trường quay thuận quay ngược với chiều quay rotor tương đối so với rotor n1 – n, n1 tốc độ từ trường quay stator n tốc độ rotor

Từ trường quay thuận có tốc độ so với dây quấn phần tĩnh: nth = n + (n1 – n) = n1

nghĩa quay đồng với từ trường quay stator Tác dụng với từ trường quay stator tạo nên moment không đồng hỗ trợ với moment không đồng dây quấn mở máy sinh có dạng đường hình 3-18

Từ trường quay ngược có tốc so với dây quấn phần tĩnh:

nng = n – (n1 – n) = 2n – n1 = 2n (1-s) – n1 = n1 (1-2s) sinh dây quấn phần tónh dòng điện tần số:

f = f1(1-2s)

Như 0,5<s<1, nghóa tốc

độ quay rotor n < n1/2 từ trường quay ngược quay so với dây quấn phần tĩnh theo chiều ngược so với chiều quay rotor Tác dụng với dòng điện phần tĩnh tần số f’ sinh moment phụ dấu hỗ trợ với moment không đồng từ trường quay thuận tác dụng với dây quấn mở máy (đường hình 3-18) Khi s = 0,5 (n < n1/2), từ trường quay ngược đứng yên so với dây quấn phần tĩnh, moment phụ không Và < s < 0,5 (n < n1/2), từ trường quay ngược quay chiều với chiều quay rotor Tác

dụng với dịng điện phần tĩnh tần số f’ lúc sinh moment phụ trái dấu với moment không đồng từ trường quay thuận, có tác dụng moment hãm

Kết dây quấn kích từ bị nối ngắn mạch, đường biểu diễn moment động trình mở máy tổng đường có tác dụng đường hình 3-18 Rõ ràng moment cản Mc trục động đủ lớn

Hình 3.18 Đường cong mômen của động đồng mở máy

thì rotor làm việc điểm A ứng với tốc độ n≈n1/2 đạt đến tốc độ gần tốc độ đồng

Khi rotor quay đến tốc độ n ≈n1, tiến hành giai đoạn thứ hai

quá trình mở máy: đem nối dây quấn với điện áp chiều máy kích thích Lúc ngồi moment khơng đồng tỉ lệ với hệ số trượt s moment gia tốc tỉ lệ với ds/dt có moment đồng phụ thuộc vào góc θ tác dụng Do rotor

chưa quay đồng nên góc θ ln thay đổi Khi 0<θ<1800 moment đồng

bộ cộng tác dụng với moment không đồng làm tăng thêm tốc độ quay rotor rotor lôi vào tốc độ đồng sau trình dao động

Kinh nghiệm cho biết, để đảm bảo cho rotor đưa vào tốc độ đồng cách thuận lợi, hệ số trượt cuối giai đoạn thứ lúc chưa có dịng điện cần phù hợp với điều kiện sau:

tñm tñb ñm ñm m

i i n P GD

k 04 ,

s < (3-10)

trong đó:

km lực tải chế độ đồng với dịng điện kích từ định mức itđm; Pđm công suất định mức, kW;

itđb dịng điện kích từ đồng hố;

GD2 moment động lượng động máy cơng tác nối trục nó, kG.m2 Để tránh việc mở máy qua hai giai đoạn trình bày trên, phải thao tác tách dây quấn kích thích khỏi điện trở RT sau nối máy kích từ, nối thẳng dây quấn với máy kích

từ suốt q trình mở máy theo sơ đồ hình 3-17b thường gặp gần Như vậy, dây quấn phần ứng máy kích từ có dịng điện xoay chiều điều khơng gây tác hại Khi rotor đạt đến tốc độ quay n=(0,6÷0,7)nđm, máy kích

thích bắt đầu cung cấp dịng điện kích từ cho động điện đồng bộ, nhờ mà lúc đến gần tốc độ đồng động kéo vào tốc độ đồng Cần ý trình mở máy theo sơ đồ hình 3-17b thực điều kiện khó khăn

hơn động điện đồng kích thích sớm, tạo nên dịng ngắn mạch:

Hình 3.19 Quan hệ U, I, it, n = f(t)

2 d 2

ö

0 n

x ) s ( r

E ) s ( I

− +

−

= (3-11)

trong đó:

E0 s.đ.đ cảm ứng dịng điện kích từ it; xd điện kháng đồng dọc trục s =

Do động phải tải thêm cơng suất:

ö n n mI r P =

và kết trục động điện có thêm moment cản:

ω

= n

c

pP

M (3-12)

khiến cho trình kéo động vào tốc độ đồng gặp khó khăn hơn, phương pháp mở máy động đồng theo sơ đồ hình 3-17b áp dụng tốt moment cản trục động điện Mc =(0,4÷0,5)Mđm Chỉ dây quấn

mở máy thiết kế hoàn hảo cho phép mở máy với Mc = Mđm Do cách mở máy đơn giản, hoàn toàn giống cách mở máy động điện không đồng nên ngày ứng dụng rộng rãi

Hình 3-19 trình bày biến đổi dòng điện phần ứng I, dòng điện kích từ it tốc độ quay n q trình mở máy lúc khơng tải động đồng

(Pđm = 1500kW; Uđm = 6kV; nđm = 1000vg/ph) trực tiếp với điện áp định mức theo sơ đồ hình 3-17b

9 Các phương pháp mở máy khác Mở máy theo phương pháp hoà đồng

Các điều kiện hoà đồng động đồng hoàn toàn giống máy phát điện đồng Trường hợp động đồng quay máy nối trục với (thí dụ động đồng bộ- máy phát điện chiều, máy phát điện chiều lúc mở máy làm việc động điện để quay động đồng đến tốc độ đồng bộ)

Trong số trường hợp mở máy động điện đồng nguồn có tần số thay đổi Muốn động đồng phải lấy điện từ máy phát điện riêng có tần số điều chỉnh từ không đến tần số định mức trình mở máy Như động quay đồng với máy phát từ lúc tốc độ thấp Cần ý trường hợp này, dịng điện kích thích động máy phát điện phải nguồn điện chiều riêng cung cấp b Điều chỉnh công suất phản kháng động điện đồng

Động điện đồng có đặc điểm thay đổi cosϕ máy cách thay đổi dịng kích từ Ta dùng đồ thị đơn giản để chứng minh điều

Dựa vào phương trình cân điện áp động cơ:

) (

0 I rư jxđb

E

Khi động kéo tải khơng đổi cơng suất tác dụng P đưa vào động

không đổi: Ix const

x U m mUI

P= cosϕ = ñbcosϕ =

ñb

Với U = const P = const (tải khơng đổi) Nếu It thay đổi -E0 thay đổi dẫn đến ϕ thay đổi, cosϕ thay đổi

Tương ứng ta có đặc tính hình V sau:

c Các đặc tính làm việc động điện đồng

Các đặc tính động điện đồng làm việc với dịng điện kích từ it = const lưới điện có U, f = const bao gồm quan hệ

) P ( f cos ; ; I ;

P1 η ϕ= có dạng

trình bày hình 3-22

Cũng giống máy phát điện đồng bộ, động điện đồng thường làm việc với góc

0 30 20 ÷ =

θ

Đặc điểm động đồng làm việc với cosϕ cao khơng tiêu thụ công suất phản kháng Q lưới điện nhờ thay đổi dịng điện từ hố it Điều thấy dựa vào đặc

Hình 3.20 Điều chỉnh công suất phản kháng máy động điện

đồng Hình 3.21 Họ đặc tính hình V

động điện đồng

Hình 3.22 Đặc tính làm việc động điện đồng Pđm = 500 kW, 600V, 50Hz,

tính hình V tức quan hệ I = f(it) động điện đồng Cách thành lập đặc tính động đồng hoàn toàn giống máy phát điện đồng Ta thấy kích thích thiếu, động tiêu thụ cơng suất điện cảm lưới điện ( >ϕ 0) ngược lại q kích thích, động phát cơng suất điện cảm

vào lưới điện ϕ<0, nghĩa tiêu thụ cơng suất điện dung Vì lợi dụng chế độ làm việc kích thích động điện đồng để nâng cao hệ số công suất cosϕ lưới điện

Thí dụ:

Hai máy phát điện giống làm việc song song có điện trở phần ứng rư = 2,18Ω, điện kháng đồng xđb = 62Ω cung cấp điện cho tải 1830 kW với cosϕ = 0,83 (chậm sau) Điện áp đầu cực tải 13800V Điều

chỉnh kích từ hai máy cho máy có dịng điện phản kháng 40A Tính: a) Dịng điện máy phát điện

b) S.đ.đ E0 máy góc pha s.đ.đ

Giải:

Dòng điện tải có trị số:

) ( , ,

cos 3x13800083 923A 10

x 1380 U

3 P I

3 = =

ϕ =

chậm sau điện áp ϕ=arccos0,83=3309 biểu thị dạng số phức sau: )

( , ,

,3 33 768 j514 A 92

I= ∠− = −

Vì cơng suất tác dụng phân phối cho hai máy nên dòng điện tác dụng máy , 38,4(A)

2

76 = , dòng điện phản kháng máy A

40A, đó: I&A = 38,4 –j40 I&B =I&−I&A = 38,4 – j11,4(A)

Ứùng dụng biểu thức (3-4) ta có:

A

A U I

E&0 = & + & (rö + jxñb) =

) ( , )

, )( ,

(384 j40 218 j62 10720 1222 V

13800

EOA∠θA = + − + = ∠

=

Cũng vậy: E&0B =U& +I&B (rư + jxđb) = E0B∠θB =9030∠15, V10( )

Góc lệch pha hai s.đ.đ đó:

0

0 B

A −θ =15,1 −12,22 =2,88 θ

Câu hỏi:

1) Phân tích hậu xảy máy phát điện hoà đồng mà không thoả mãn điều kiện ghép song song với lưới điện 2) Vì ghép song song máy phát điện vào lưới điện

3) Làm để điều chỉnh công suất tác dụng P công suất phản kháng Q máy phát điện đồng Việc điều chỉnh P Q làm việc lưới điện công suất lớn làm việc lưới điện công suất nhỏ (thí dụ có hai máy phát điện cơng suất tương tự làm việc song song) khác nào?

Bài tập 3.1

Cho hai máy phát điện đồng làm việc song song, cung cấp điện cho hai tải:

Taûi 1: St1 = 5000kVA; cosϕ1 = 0,8

Taûi 2: St2 = 3000kVA; cosϕ2 =

Máy thứ phát P1 = 4000kW; Q1 = 2500kVAr

Tính cơng suất máy phát thứ hai hệ số công suất máy phát ĐS: P2 = 3000kW; Q2 = 500kVAr

Cosϕ1 = 0,848; Cosϕ2 = 0,986

3.2

Cho hai máy phát điện đồng nối Y hoàn toàn giống có xđb = 4,5Ω làm việc song song Tải chung, điện áp 13,2 kV 26000 kW, hệ số công suất 0,866 phân cho hai máy Nếu thay đổi kích từ để phân phối lại cơng suất phản kháng cho hệ số công suất máy cosϕ1 =

thì lúc hệ số công suất cosϕ2 máy bao nhiêu? Tính E0 θ

mỗi máy trường hợp

ĐS: cosϕ2 = - 49

0 E1 = 8039,1V; θ1 = 19

0 E2 = 10880,83 V; θ2 = 14

CHƯƠNG IV: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ĐẶC BIỆT

§ 4.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN PHẢN KHÁNG (RELUCTANCE MOTOR)

Là loại máy điện đồng khơng có dây quấn kích từ, nguyên lý làm việc dựa vào khác từ trở dọc trục xd ngang trục xq Vì ta biết Cơng suất điện từ máy điện đồng gồm hai phần :

Pđt = Pe + Pu

Trong đó: Pe : Cơng suất điện từ Pu: Cơng suất điện từ phụ

Khi khơng có nguồn kích từ Pe = 0, lúc lợi dụng cơng suất điện từ phụ Pu để tạo môment

Pu = ⎟⎟ θ

⎠ ⎞ ⎜

⎜ ⎝ ⎛

− Sin2

x x

1

d q mU2

Để thực xd ≠ xq rôto máy chế tạo hình 4.1 với cấu tạo hình 4.1a, rơto ghép thép trịn có chỗ khuyết để tăng khe hở cá cực tăng từ trở mạch từ hướng ngang trục, rơto có đặt dây quấn mở máy kiểu lồng sóc để mở máy Ở hình 4.1 b – c, rôto chế tạo cách đổ nhôm vào tập thép, nhơm có tác dụng dây quấn mở máy

Do khơng có dây quấn kích từ nên động phải lấy dịng điện từ mạng điện có cosϕ thấp ( cấu tạo rơto nên dịng điện từ hố lớn để tạo nên từ thơng cần thiết qua mạch từ có từ trở lớn ) Trọng lượng động phản kháng thường gấp 2, lần trọng lượng động không đồng công suất Thường động phản kháng chế tạo với cơng suất 50 ÷ 100 W

§ 4.2 ĐỘNG CƠ BƯỚC (STEPPER MOTOR)

Động bước loại động dùng để biến đổi lệnh cho dạng xung điện thành dịch chuyển dứt khốt góc hay đường thẳng – bước bước mà không cần cảm biến phản hồi

Động làm việc phải có kèm theo đổi chiều điện tử dùng để chuyển đổi cuộn dây điều khiển động bước với thứ tự tần số tùy theo lệnh cho Góc quay tổng hợp rotor động bước tương ứng xác với số lần chuyển đổi cuộn dây điều khiển, chiều quay phụ thuộc theo thứ tự chuyển đổi, tốc độ quay phụ thuộc tần số chuyển đổi Như trường hợp tổng quát xem động bước với điều khiển đổi chiều điện tử hệ thống điều chỉnh tần số động đồng với khả định vị trí góc xoay rotor, tức cách thay đổi tần số không

Động bước sử dụng nhiều hệ thống điều khiển tự động, thí dụ máy cơng cụ điều khiển theo chương trình, thiết bị kỹ thuật máy tính,… Trong hệ thống trên, động bước sử dụng để thực truyền động theo chương trình điều khiển cấu thừa hành nhiệm vụ động chấp hành, phần tử phụ biến đổi mã xung thành tín hiệu điều chế cho hệ thống

Với nhiệm vụ chức nói trên, động bước địi hỏi u cầu riêng kỹ thuật, yêu cầu chung :

- Có bước chuyển dịch bé

- Moment đồng hoá đủ lớn đảm bảo sai số góc nhỏ thực bước di chuyển

- Khơng tích lũy sai số tăng số bước - Tác động nhanh

- Làm việc bảo đảm có cuộn dây điều khiển - Động điều khiển đổi chiều có cấu tạo đơn giản Tùy theo cấu tạo động, bước có loại :

- Chỉ thị hay động lực

- Thuận nghịch hay không thuận nghịch - Có stator hay nhiều stator

- Có hay nhiều cuộn dây điều khiển (quấn tập trung quấn rải) - Rotor phản kháng (khơng có dây quấn) rotor tác dụng (có dây quấn

- Bước dịch chuyển xoay hay dịch chuyển thẳng trực tiếp…

1 Động bước nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet stepper motor)

Hình 4-2 : Cấu trúc động bước nam châm vĩnh cửu

2 Động bước từ trở biến đổi, tầng (single stack variable – reluctance stepper motor)

Cấu tạo động trình bày hình 4-2 Rotor stator chế tạo vật liệu.từ Động có pha, pha quấn cực hay stator Ví dụ pha quấn cực 1, 4, 7, 10 stator Stator có 12 rotor có 16 Cực ngược cực tính quấn theo chiều ngược lại để tạo cân từ thông vào khỏi rotor Giả sử dòng điện I1 đặt vào pha rotor đối đỉnh với 1, 4, 7, 10 stator Từ thông vào rotor từ stator 4, 10, khỏi rotor qua 1, 7, từ thơng khép kín qua khung stator, thấy đỉnh stator cực bắc đỉnh đối đỉnh với stator cực nam (cảm ứng) Sự phân cực phải tồn phép từ thông lớn qua khe hở hai đối đỉnh Tương tự cho pha lại

Để rotor tiến bước theo chiều kim đồng hồ pha quấn stator 2, 5, 8, 11 đặt dòng điện I3 vào dòng điện I1 cắt Bây đường sức chọn đường có từ dẫn lớn hay từ trở bé nên xuất moment phản kháng kéo rotor gần stator 2, 5, 8, 11 vào vị trí đố đỉnh Đó rotor a, d, b, c, đối đỉnh với tương ừng 2, 5, 8, 11 stator Kết rotor vị trí cân Nếu dòng điện I2 đưa vào pha 2, I3 bị cắt rotor bước thêm bước theo chiều kim đồng hồ

Như trình tự 1-3-2-1 cho rotor động tiến theo chiều kim đồng hồ Muốn rotor quay ngược lại trình tự kích thích 1-2-3-1 Nguồn kích thích loại đơn cực

ZS : Số Stator m : Soá pha

tR =

R Z

360 : Bước Rotor (độ)

tS =

S Z

360 : Bước Stator (độ)

θS =

m tR =

R Z m

360

= Góc bước (độ/bước)

RS =

S 360

θ = ZR.m (bước/vòng)

Tốc độ : n = S

R f 60 =

m Z

f 60

R

=

6 f S

θ (vòng/phút)

Thì động hình 2, ta có : tR =

R Z 360 =

16

3600 = 22.50 tS =

S Z 360 =

12

3600 = 300 θS =

R Z m

360

= 316 3600

= 7.5

0

RS = ZR.m = 16.3 = 48 bước/vịng

Có thể giải thích nguyên lý làm việc động bước đơn giản sau:

a) b) c)

Hình 4.3 Nguyên lý làm việc động bước

các mạch tự động điều chỉnh, thiết bị đồng hồ, tính tốn, máy cắt gọt làm việc theo chương trình

Hình 4.3 trình bày cấu tạo loại động bước đơn giản Stator rotor có số đơi cực khác Khi đóng điện áp vào dây quấn 1-1, rotor vị trí hình 4.3 a, tiếp tục đóng điện vào dây quấn 2-2 rotor quay góc 150 ( b ) Ngắt dịng điện qua dây quấn 1-1 rotor quay tiếp thêm 150 ( hình 4.3 c ), v.v…

Có thể thay đổi góc quay cách thay đổi số đôi cực ghép đôi stator rotor lệch góc định trục

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt