1 Âải Hc  Nàơng - Trỉåìng Âải hc Bạch Khoa Khoa Âiãûn - Nhọm Chun män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giạo trçnh MẠY ÂIÃÛN 1 Biãn soản: Bi Táún Låüi Chỉång 16 ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄƯNG BÄÜ MÄÜT PHA 16.1 PHẢM VI ẠP DỦNG, CÁÚU TẢO & NGUN L LM VIÃÛC 16.1.1. Phảm vê ap dủng Âäüng cå âiãûn khäng âäưng bäü mäüt pha âỉåüc sỉí dủng ráút räüng ri trong dán dủng v cäng nghiãûp nhỉ mạy giàût, t lảnh, mạy lau nh, mạy båm nỉåïc, quảt, cạc dủng củ cáưm tay, . Nọi chung l cạc âäüng cå cäng sút nh. Củm tỉì “âäüng cå cäng sút nh” chè cạc âäüng cå cọ cäng sút nh hån 750W. Pháưn låïn âäüng cå mäüt pha thüc loải náưy, màût d chụng cn âỉåüc chãú tảo våïi cäng sút âãún 7,5kW v åí hai cáúp diãûn ạp 110V v 220V. 16.1.2. Cáúu tảo + Stato : giäúng âäüng cå ba pha, nhỉng âàût trãn âọ dáy qún mäüt pha. + Räto : räto läưng sọc giäúng âäüng cå ba pha 16.1.3. Ngun l lm viãûc p 1 ω Tỉì thäng räto Tỉì thäng stato U ∼ Chiãưu lỉûc âiãûn tỉì (b) 1 I & m12 F & m F 11 & p 1 ω Ω (a) Hçnh 16.1 Âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha mäüt dáy qún a) Tỉì trỉåìng âáûp mảch phán thnh hai tỉì trỉåìng quay thûn v quay ngỉåüc b) Tỉì thäng v lỉûc âiãûn tỉì tạc dủng lãn räto. 2 Khi nọỳi dỏy quỏỳn mọỹt pha stato vaỡo lổồùi õióỷn coù õióỷn aùp u 1 thỗ trong dỏy quỏỳn coù doỡng õióỷn xoay chióửu hỗnh sin chaỷy qua : tsinIi = 11 2 Doỡng õióỷn naỡy sinh ra tổỡ trổồỡng stato coù phổồng khọng õọứi nhổng coù õọỹ lồùn thay õọứi hỗnh sin theo thồỡi gian, goỹi laỡ tổỡ trổồng õỏỷp maỷch: = costsinFF m (16.1) Ta phỏn stõ õỏỷp maỷch naỡy thaỡnh hai stõ quay : Stõ quay thuỏỷn : tj m eF 1 11 & Stõ quay ngổồỹc : tj m eF 1 12 & Hai stõ quay naỡy coù : Bión õọỹ tổỡ trổồỡng õỏỷp quay: I p kW FF F dq mm m 11 1211 1 2 2 === Tọỳc õọỹ quay : + Soùng quay thuỏỷn : p 1 1 = cuỡng chióửu quay rọto. + Soùng quay ngổồỹc : 12 = ngổồỹc chióửu quay rọto. So vồùi rọto coù hóỷ sọỳ trổồỹt : + Thuỏỷn : ss = = 1 1 1 + Ngổồỹc : )s( )( )( s = = 2 1 1 2 Phổồng trỗnh cỏn bũng stõ tọứng : + Thuỏỷn : sinh ra tổỡ caớm mmm FFF 211101 &&& += )t(j m eB 11 1 + + Ngổồỹc : sinh ra tổỡ caớm mmm FFF 221202 &&& += )t(j m eB 21 2 + Tổỡ caớm tọứng : s M 0 1 2 M 1 M 2 M Hỗnh 16.2 Mọmen cuớa õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ mọỹt pha )t(j m eBB ~ 11 1 + = + )t(j m eB 21 2 + hỗnh thaỡnh tổỡ trổồỡng quay Ellip Tổỡ trổồỡng quay thuỏỷn 1 B r taùc duỷng vồùi doỡng õióỷn rọto seợ taỷo ra mọmen quay thuỏỷn M 1 (hỗnh 16.2); Coỡn tổỡ trổồỡng quay ngổồỹc 2 B r taùc duỷng vồùi doỡng õióỷn rọto seợ taỷo ra mọmen quay ngổồỹc M 2 (hỗnh16.2). Tọứng õaỷi sọỳ hai mọmen 3 náưy cho ta âàûc tuún M=f(s) : M = M 1 + M 2 = f(s) Tỉì âàûc tênh ta tháúy ràòng lục måí mạy (n = 0, s = 1), M 1 = M 2 v ngỉåüc chiãưu nhau nãn M = 0, vç váûy âäüng cå khäng thãø tỉû quay âỉåüc. Nãúu ta quay âäüng cå theo mäüt chiãưu no âo,ï s ≠ 1 tỉïc M ≠ 0 âäüng cå s tiãúp tủc quay theo chiãưu âọ. Vç váûy âãø âäüng cå mäüt pha lm viãûc âỉåüc, ta phi cọ biãûn phạp måí mạy, nghéa l tçm cạch tảo ra cho âäüng cå mäüt mämen lục räto âỉïng n (M = M k khi s =1). 16.2 PHỈÅNG TRÇNH CÅ BN & SÅ ÂÄƯ THAY THÃÚ 16.2.1. Cạc phỉång trçnh cå bn U 1 A B B II && = 1 1 I & 1A I & 2A I & 111 II B && = 122 II B && = A I & Hçnh 16.2 Så âäư âäüng cå mäüt pha tảo nãn bàòng cạch tạch ra mäüt trong hai pha Xẹt âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha nhỉ chãú âäü khäng âäúi xỉïng ca âäüng cå hai pha m =2, cọ hai cün dáy âàût lãûch nhau mäüt gọc 90 0 âiãûn, trong âọ pha A tạch ra nãn dng I A = 0 v pha B cn lải cọ , mạy näúi vo lỉåïi âiãûn cọ âiãûn ạp . Ta cọ : B II && = 1 1 U & (16.2a) 21 AAA III &&& += (16.2b) 21 BBB III &&& += Våïi v l dng thỉï tỉû thûn v ngỉåüc, cn : 11 BA I;I && 22 BA I;I && 11 BA IjI && = v 11 BA IjI && −= Gii hãû phỉång trçnh (16.2a,b) ta tçm âỉåüc : 22 111 /I/)IjI(II BABB &&&&& =−= vç 0= A I & 22 212 /I/)IjI(II BABB &&&&& =+= vç 0= A I & Âiãûn ạp ca mäüt pha : 1211211 UUUUUU BBB &&&&&& +=+== Biãøu diãùn âiãûn ạp thỉï tỉû thûn v ngỉåüc theo dng I v Z tỉång ỉïng : 4 2 1111111111 2 1111111111 /ZIZIUU B &&&& === (16.3a) 2 1211212122 /ZIZIUU B &&&& === (16.3b) Trong õoù : laỡ doỡng õióỷn thổù tổỷ thuỏỷn vaỡ ngổồỹc. Coỡn Z 11 ; Z 12 laỡ tọứng trồớ thổù tổỷ thuỏỷn vaỡ ngổồỹc. 1211 I;I && Vaỡ vồùi 11 21 1 111 ++= )'ZZ(ZZ m 2 2 21 'jx s r 'Z ' += (16.4a) vồùi 11 22 1 112 ++= )'ZZ(ZZ m 2 2 22 2 'jx s ' r 'Z + = (16.4b) 16.2.2. Maỷch õióỷn thay thóỳ Tổỡ caùc phổồng trỗnh cỏn bũng ta veợ maỷch õióỷn thay thóỳ õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ nhổ hỗnh 16.4a. ỏy laỡ maỷch õióỷn thay thóỳ chờnh xaùc cuớa õọỹng cồ mọỹt pha. r 1 /2 ' I 21 & 1 I & jx 1 /2 Hỗnh 16.4 Maỷch õióỷn thay thóỳ gỏửn õuùng cuớa õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ mọỹt pha s r5,0 ' 2 1 U & 1 I & 0,5x 2 x 1 r 1 2 x m 0,5X 2 s2 r5,0 ' 2 2 x m (b) Trong õoù : r 1 /2 jx 1 /2 jx m /2 jx m /2 r m /2 r m /2 jx 2 /2 jx 2 /2 s.2 r ' 2 )s2(2 r ' 2 ' I 22 & 01 I & 02 I & 1 U & 11 U & 12 U & Chuù yù : r 2 = kr 2 x 2 = kx 2 k = k e k I m 1 = 2 (a) 1 U & 1 I & R T X T r x 1 1 Z T R N X N Z N (c) 5 r 1 = õióỷn trồớ cuớa dỏy quỏỳn stator. x 1 = õióỷn khaùng taớn cuớa dỏy quỏỳn stator. x m = õióỷn khaùng tổỡ hoùa. r 2 = õióỷn trồớ cuớa dỏy quỏỳn rotor qui vóử dỏy quỏỳn stator. x 2 = õióỷn khaùng taớn cuớa dỏy quỏỳn rotor qui vóử dỏy quỏỳn stator. U 1 = õióỷn aùp cuớa nguọửn. Giaớ thióỳt rũng rotor quay vồùi tọỳc õọỹ naỡo õoù trong tổỡ trổồỡng quay thuỏỷn, ổùng hóỷ sọỳ trổồỹt s. Luùc naỡy doỡng õióỷn caớm ổùng trong dỏy quỏỳn rotor coù tỏửn sọỳ sf, f tỏửn sọỳ lổồùi õióỷn nọỳi vaỡo dỏy quỏỳn stator. Cho rũng tọứn hao sừt khọng õaùng kóứ hoỷc gọỹp vaỡo tọứn hao quay. Nhổ vỏỷy giọỳng maùy õióỷn khọng õọửng bọỹ ba pha, tọứng trồớ cuớa dỏy quỏỳn rotor ổùng vồùi tổỡ trổồỡng quay thuỏỷn qui vóử dỏy quỏỳn stator laỡ 0,5r 2 /s + j0,5x 2 .(hỗnh 16.4b). Cuợng tổồng tổỷ nhổ vỏỷy õọỳi vồùi tổỡ trổồỡng quay ngổồỹc, ta coù tọứng trồớ cuớa dỏy quỏỳn rotor ổùng vồùi tổỡ trổồỡng quay ngổồỹc qui vóử dỏy quỏỳn stator laỡ 0,5r 2 /(2-s) + j0,5x 2 .(hỗnh 16.4b). Maỷch õióỷn tổồng õổồng trỗnh baỡy trón hỗnh 16.4c, coù tọứng trồớ thổù tổỷ thuỏỷn Z T vaỡ thổù tổỷ ngổồỹc Z T nhổ sau : )XX(5,0js/R5,0 )s/R5,0X5,0j(X5,0j jXRZ ' 2m ' 2 ' 2 ' 2m TTT ++ + =+= (16.5) )XX(5,0j)s2/(R5,0 )]s2/(R5,0X5,0j[X5,0j jXRZ ' 2m ' 2 ' 2 ' 2m NNN ++ + =+= (16.6) Cọng suỏỳt õióỷn tổỡ (khe hồớ khọng khờ) cuớa tổỡ trổồỡng thổù tổỷ thuỏỷn vaỡ ngổồỹc : (16.7) 2 1TõtT IRP = (16.8) 2 1NõtN IRP = Moment tổồng ổùng : 1 õtT T P M = (16.9) 1 õtN N P M = (16.10) Moment tọứng laỡ : )RR( I MMM NT 1 2 1 NT == (16.11) Cọng suỏỳt cồ : = MP Cồ (16.12) )s1(MP 1Cồ = (16.13) 6 (16.14) )s1)(RR(IP NT 2 1Cồ = )s1)(PP(P õtNõtTCồ = (16.15) Cọng suỏỳt trón õỏửu truỷc : P 2 = P Cồ - p q (16.16) p q laỡ tọứn hao quay, gọửm tọứn hao cồ vaỡ tọứn hao phuỷ, cuợng coù khi gọỹp caớ tọứn hao sừt vaỡo tọứn hao quay. Tọứn hao õọửng trong dỏy quỏỳn rotor ổùng vồùi tổỡ trổồỡng quay thuỏỷn vaỡ ngổồỹc : p Cu2T = sP õtT (16.17) p Cu2N = (2-s)P õtN (16.18) Tọứn hao õọửng trong dỏy quỏỳn rotor : p Cu2 = sP õtT + (2-s)P õtN (16.19) Vấ DU 16.1 Mọỹt õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ mọỹt pha cọng suỏỳt 1/4 maợ lổỷc, 230V, 60Hz vaỡ 4 cổỷc tổỡ coù tham sọỳ vaỡ tọứn thỏỳt nhổ sau : R 1 = 10 ; X 1 = X 2 = 12,5 ; R 2 = 11,5 ; X m = 250 ; Tọứn hao sừt ồớ 230V laỡ 35W; Tọứn hao ma saùt vaỡ quaỷt gioù laỡ 10W; Vồùi hóỷ sọỳ trổồỹt laỡ 0,05, xaùc õởnh doỡng õióỷn stato, cọng suỏỳt cồ, cọng suỏỳt ra trón truỷc, tọỳc õọỹ vaỡ hióỷu suỏỳt khi õọỹng cồ laỡm vióỷc nhổ õọỹng cồ mọỹt pha ồớ õióỷn aùp vaỡ tỏửn sọỳ õởnh mổùc vồùi dỏy quỏỳn khồới õọỹng cừt ra. Giaới Tổỡ caùc thọng sọỳ õaợ cho, ta tờnh õổồỹc tọứng trồớ thổù tổỷ thuỏỷn Z T vaỡ thổù tổỷ ngổồỹc Z T cuớa õọỹng cồ mọỹt pha nhổ sau : )XX(5,0js/R5,0 )s/R5,0X5,0j(X5,0j jXRZ ' 2m ' 2 ' 2 ' 2m TTT ++ + =+= j65,5759 )5,12250(5,0j05,0/5,115,0 )05,0 /5,115,05,125,0j(2505,0j jXRZ TTT += ++ì ì+ìì =+= )XX(5,0j)s2/(R5,0 )]s2/(R5,0X5,0j[X5,0j jXRZ ' 2m ' 2 ' 2 ' 2m NNN ++ + =+= j01,667,2 )5,12250(5,0j)05,02/(5,115,0 )]05,02 /(5,115,05,125,0j[2505,0j jXRZ NNN += ++ì ì+ìì =+= Tọứng trồớ vaỡo tổồng õổồng : Z tõ = Z 1 + Z T + Z N = 10 + 12,5j +59 + 57,65j +2,67 + 6,01j 7 = 71,67 + 76,16j = 104,6 ∠46,74 o Ω. Dng âiãûn vo stato : A74,462,2 74,466,104 0230 Z U I o o o tâ 1 −∠= ∠ ∠ == & & Hãû säú cäng sút : cosϕ = cos 46,74 o = 0,685 Täúc âäü âäüng cå : 710.1 2 6060 )05,01(n)s1(n 1 = × −=−= vg/ph. Cäng sút cå : = 2,2 2 .(59-2,67).(1-0,05) = 259 W )s1)(RR(IP NT 2 1Cå −−= Cäng sút trãn âáưu trủc : P 2 = P Cå -p Fe - p q = 259 -35- 10 = 214 W. Cäng sút âäüng cå tiãu thủ tỉì lỉåïi âiãûn : P = U.Icosϕ = 230.2,2 cos 46,74 o = 346,77 W Hiãûu st ca âäüng cå : %7,61617,0 22.347 214 P P 1 2 ====η 16.3. MÅÍ MẠY ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄƯNG BÄÜ MÄÜT PHA 16.3.1. Âäüng cå khäng âäưng bäü dng cün dáy phủ Loải âäüng cå ny âỉåüc dng khạ phäø biãún nhỉ mạy âiãưu ha, mạy giàût, dủng củ cáưm tay, quảt , båm ly tám . Cạc pháưn chênh ca loải âäüng cå náưy cho trãn hçnh 16.5a, gäưm dáy qún chênh (dáy qún lm viãûc), dáy qún phủ (dáy qún måí mạy ). Hai cün dáy náưy âàût lãûch nhau mäüt gọc 90 o âiãûn trong khäng gian. V räto läưng sọc. c N k N 1 M s M k M âm 0 (c) Cün chênh Cün chênh V cün phủ CD K I U & Hçnh 16.5 Âäüng cå dng dáy qún phủ . a) Så âäư kãút cáúu. b) Âäư thë vectå lục måí mạy. c) Âàûc tênh M = f(s) c I & p I & I & 0 (b) N C N I P I C p (a) 8 Âãø cọ âỉåüc mämen måí mạy, ngỉåìi ta tảo ra gọc lãûch pha giỉỵa dng âiãûn qua cün chênh I c v dng qua cün dáy phủ I p bàòng cạch màõc thãm mäüt âiãûn tråí näúi tiãúp våïi cün phủ hồûc dng dáy qún cåí nh hån cho cün phủ, gọc lãûch náưy thỉåìng nh hån 30 0 . Dng trong dáy qún chênh v trong dáy qún phủ sinh ra tỉì trỉåìng quay âãø tảo ra momen måí mạy. Âäư thë vectå lục måí mạy âỉåüc trçnh by trãn hçnh 16.5b. Khi täúc âäü âảt âỉåüc 70÷75 % täúc âäü âäưng bäü, cüng dáy phủ âỉåüc càõt ra nhåì cäng tàõt ly tám K v âäüng cå tiãúp tủc lm viãûc våïi cün dáy chênh. Âàûc tênh momen âỉåüc trçnh by trãn hçnh 16.4c. 16.3.2. Âäüng cå dng tủ âiãûn (hçnh 16.6) Cạc âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha cọ cün dáy phủ âỉåüc màõt näúi tiãûp våïi mäüt tủ âiãûn âỉåüc gi l âäüng cå tủ âiãûn. Loải âäüng cå náưy cọ cün dáy phủ bäú trê lãûch so våïi cün dáy chênh mäüt gọc 90 0 âiãûn trong khäng gian, âãø tảo gọc lãûch vãư thåìi gian ta màõt näúi tiãúp våïi cün dáy phủ mäüt tủ âiãûn. Nãúu tủ âiãûn màõt näúi tiãúp våïi cün phủ chn giạ trë thêch håüp thç gọc lãûch pha giỉỵa I C v I p l gáưn 90 0 (hçnh 16.6b). Ty theo u cáưu vãư momen måí mạy v momen lục lm viãûc, ta cọ cạc loải âäüng cå tủ âiãûn nhỉ sau: 1. Âäüng cå dng tủ âiãûn måí mạy (hçnh 16.6a). Khi måí mạy täúc âäü âäüng cå âảt âãún 75÷85% täúc âäü âäüng bäü, cäng tàõt K måí ra v âäüng cå s âảt âãún täúc âäü äøn âënh. 2. Âäüng cå dng tủ âiãûn thỉåìng trỉûc (hçnh 16.6b). Cün dáy phủ v tủ âiãûn måí mạy âỉåüc màõt ln khi âäüng cå lm viãûc bçnh thỉåìng. Loải náưy cọ cäng sút thỉåìng nh hån 500W v cọ âàûc tênh cå täút. W C W p K CD I C I P (a) I C W C W p CD I C I P (b) I C U & c I & p I & I & 0 (c) Hçnh 16.6 Âäüng cå mäüt pha dng tủ âiãûn . a) Tủ âiãûn måí mạy. b) Tủ âiãûn thỉåìng trỉûc. c) Âäư thë vectå. 9 Ngoi ra, âãø ci thiãûn âàûc tênh lm viãûc v momen måí mạy ta dng âäüng cå hai tủ âiãûn. Mäüt tủ âiãûn måí mạy khạ låïn (khong 10 ÷15 láưn tủ âiãûn thỉåìng trỉûc) âỉåüc ghẹp song song våïi tủ âiãûn thỉåìng trỉûc. Khi måí mạy täúc âäü âäüng cå âảt âãún 75÷85% täúc âäü âäüng bäü, tủ âiãûn måí mạy âỉåüc càõt ra khi cün phủ, chè cn tủ âiãûn thỉåìng trỉûc näúi våïi cün dáy phủ khi lm viãûc bçnh thỉåìng. 16.3.3. Âäüng cå dng vng ngàõn mảch (hçnh 16.7) Hçnh 16.7a cho tháúy cáúu tảo loải âäüng cå náưy. Trãn stato ta âàût dáy qún mäüt pha v cỉûc tỉì âỉåüc chia lm hai pháưn, pháưn cọ vng ngàõn mảch K äm 1/3 cỉûc tỉì v räto läưng sọc. Dng âiãûn chảy trong dáy qún stato tảo nãn tỉì thäng qua pháưn cỉûc tỉì khäng vng ngàõn mảch v tỉì thäng qua pháưn cỉûc tỉì cọ vng ngàõn mảch. Tỉì thäng cm ỉïng trong vng ngàõn mảch sââ , cháûm pha so våïi mäüt gọc 90 0 (hçnh 16.7b) . Vng ngàõn mảch cọ âiãûn tråí v âiãûn khạng nãn tảo ra dng âiãûn cháûm pha so våïi mäüt gọc ϕ n < 90 0 . Dng âiãûn tảo ra tỉì thäng v ta cọ tỉì thäng täøng qua pháưn cỉûc tỉì cọ vng ngàõn mảch : 1 I & ' φ & '' φ & '' φ & n E & '' φ & n I & n E & n I & n φ & n φ+φ=φ ∑ &&& '' Hçnh 16.7 Âäüng cå K mäüt pha cọ vng ngàõn mảch åí cỉûc tỉì a) Cáúu tảo; b) Âäư thë vectå; c) Âàûc tênh mämen φ Σ n E & n φ & n I & ' φ & 0 (b) '' φ & ϕ n ϕ M 1 M max 0 s s th (c) φ (a) φ” φ’ φ Σ φ n K 1 I & Tỉì thäng náưy lãûch pha so våïi tỉì thäng qua pháưn cỉûc tỉì khäng cọ vng ngàõn mảch mäüt gọc l ϕ . Do tỉì thäng v φ ' φ & Σ lãûch nhau trong khäng gian nãn chụng tảo ra tỉì trỉåìng quay v lm quay räto. Loải âäüng cå náưy cọ momen måí mạy khạ nh M k = (0,2-0,5)M âm , hiãûu sút tháúp (tỉì 25 - 40%), thỉåìng chãú tảo våïi cäng sút 20 - 30W, âäi khi cng cọ chãú tảo cäng sút âãún 300W v hay sỉí dủng lm quảt bn, quảt tráưn, mạy quay âéa . ] [ . BA I; I && 22 BA I; I && 11 BA IjI && = v 11 BA IjI && −= Gii hãû phỉång trçnh (16.2a,b) ta tçm âỉåüc : 22 111 /I/ )IjI(II. nä i vo lỉå i i ûn cọ i ûn ạp . Ta cọ : B II && = 1 1 U & (16.2a) 21 AAA III &&& += (16.2b) 21 BBB III &&& += Våïi