- Cấu tạo
Phần tĩnh (Stato): gồm vỏ máy, lõi sắt và dây quấn.
* Vỏ máy: th−ờng làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (trên 1000kW), th−ờng dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng bảo vệ và cố định các chi tiết máy.
* Lừi thộp: Đ−ợc làm bằng cỏc lỏ thộp kỹ thuật điện dày từ 0.35mm đến 0.5 mm ghép lại với nhau. Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ tr−ờng đi qua lõi sắt là từ tr−ờng xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá
thộp kỹ thuật điện đều cú phủ lớp sơn cỏch điện. Mặt trong của lừi thộp cú xẻ rãnh để đặt dây quấn.
* Dõy quấn: Dõy quấn đ−ợc đặt vào trong rónh của lừi sắt và cỏch điện với lừi sắt nhờ giấy cách điện. Dây quấn stato gồm ba cuốn đặt lệch nhau 1200 điện.
Phần quay (Rôto)
* Trục: Làm bằng thộp, dựng để đỡ lừi sắt roto.
* Lõi sắt: Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống nh− ở phần stato. Lõi thếp
đ−ợc ộp trực tiếp lờn trục. Bờn ngoài lừi sắt cú xẻ rónh để đặt dõy quấn.
* Dây quấn gồm hai loại: loại rôto dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc.
Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn rôto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số cực stato. Các động cơ công suất trun trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm đ−ợc những đầu nối dây và kết cấu dây quấn
được chặt chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao (Y). Ba đầu kia nối vào ba vòng tr−ợt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. Thông qua chổi than và vòng tr−ợt, đ−a điện trở phụ vào mạch rôto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ.
Loại rôto kiểu lòng sóc: Loại dây quấn này khác với dây quấn stato.
Mỗi rónh của lừi sắt đ−ợc đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhụm và
đ−ợc nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch làm bằng đồng hoặc nhôm, hình thành một cái lồng, người đó gọi là lồng sóc.
Dây quấn rôto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.
* Khe hở: Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0.2mm ữ1mm).
- Đặc điểm của động cơ không đồng bộ ba pha * Cấu tạo đơn giản.
* Đấu trực tiếp vào l−ới điện xoay chiều ba pha.
* Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n< n1. Trong đó: n Tốc độ quay của rôto.
n1 Tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của
động cơ)
+ Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ
sẽ sinh ra một từ tr−ờng quay. Từ tr−ờng này sẽ quét qua các thanh dẫn rôto, làm cảm ứng lên dây quấn rôto một sức điện động E2 sẽ sinh ra dòng điện I2 chạy trong dây quấn. Chiều của sức điện động và chiều của dòng điện đ−ợc xác định theo quy luật bàn tay phải.
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ
Chiều dòng điện ở nửa phía trên rôto h−ớng từ trong ra ngoài, còn chiều dòng điện của các thanh dẫn ở nửa phía d−ới của rôto h−ớng từ ngoài vào trong.
Dòng điện I2 tác động tương hỗ với từ trường stato tạo ra lực điện từ trên dây dẫn rôto và mômen quay làm cho rôto quay với tốc độ n theo chiều từ tr−êng quay.
Tốc độ quay của rôto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n1. có sự chuyển động tương đối giữa rôto và từ trường quay stato duy trì được dòng điện I2 và mômen M. Vì tốc độ của rôto khác với tốc độ của từ trường quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ.
M n1
Đặc tr−ng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số tr−ợt:
1
1
n n
S n
= − (2 -4)
Trong đó:
n là tốc độ quay của rôto f1 là tần số của dòng điện l−ới.
P số đôi cực.
n1 tốc độ quay của từ trường quay
1 1
60f
n = p (2- 5)
Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n1 thay đổi làm cho n thay đổi theo. Khi mở máy thì n= 0 và S= 1 gọi là độ tr−ợt mở máy.
Dòng điện trong dây quấn và từ tr−ờng quay tác dụng lực t−ơng hỗ lên nhau khi rôto chịu tác dụng của momen M thì từ tr−ờng quay cũng chịu tác dụng của mômen M theo chiều ngược lại. Muốn cho từ trường quay với tốc độ n1 thì nó phải nhận một công suất đ−a vào gọi là công suất điện từ.
2 1 ω 60
πn
= =
ủt 1
P M M (2 6)−
Khi đó công suất điện đ−a vào:
P1 = 3UIcosϕ (2- 7)
Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây quÊn stato.
ΔPd1= 3r12I12 (2- 8) Tổn hao sắt: Δ = ΔPst P (2- 9) Công suất cơ ở trục là:
2,
2 60
P =Mω=M πn (2- 10)
Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì còn tổn hao trên dây quấn rôto:
P2= P®t - ΔPd2 (2-11) ΔPd2 = m2I2r2 (2- 12) Trong đó:
m2 số pha của dây quấn rôto.
Vì P’2 < pđt do đó n < n1 công suất cơ của P2 đ−a ra nhỏ hơn P2, vì còn tổn
hao do ma sát trên trục động cơ và tổn hao và tổn hao phụ khác:
'
2 2 c f
P = P = Δ − Δ P P (2- 13) Hiệu suất của động cơ: 2
1
P
η = P = (0,8÷ 0,9) (2- 14)
+ Các đại l−ợng và ph−ơng trình cơ bản của động cơ không đồng bộ - Các đại l−ợng
Hệ số tr−ợt:
Để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của rôto n và tốc độ của từ tr−ờng quay stato n1.
ta cã : 1
1
n n
s n
= − (2- 15)
Hay tÝnh theo phÇn tr¨m:
1
1
n n100%
s n
= − (2- 16)
Xét về mặt lý thuyết giá trị S sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100 o/o Trong đó: 1= 60f1
n p (2- 17) n= n1(1- s) (2- 18)
Sức điện động của mạch rôto lúc đứng yên:
E2 = 4,44 K f W2 2 2φm (2- 19)
Trong đó:
φm Trị số cực đại của từ thông trong mạch K2 là hệ số dây quấn rôto của động cơ.
f2 Tần số xác định ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây, vì
rôto đứng yên nên:
2 1
60
f = pn (2- 20) f2 bằng với tần số dòng điện đ−a vào f1
-Khi roto quay:
Tần số trong dây quấn rôto:
1 1 1
2
60 1 60
s
n n n n n p
f p
n
− −
= = (2- 20)
VËy f2s = s.f1 (2 -22) Sức điện động trên dây quấn rôto lúc đó là:
E2s= 4,44f2sW2K2φm (2- 23) Với f2s = s.f1 thế vào (2- 20)
Ta đ−ợc:
E2s= 4,44f1W2K2φms (2- 24) + −u nh−ợc điểm của động cơ không đồng bộ ba pha - −u điểm
Trong công nghiệp hiện nay phần lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha. Vì nó tiện lợi hơn, với cấu tạo mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so với động cơ một chiều
Ngoài ra động cơ không đồng bộ ba pha dùng trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba pha, không phải tốn kém thêm các bộ biến đổi. Vận hành tin cậy, giảm chi phí vận hành, bảo trì sửa chữa.
- Nh−ợc điểm
Bên cạnh những −u điểm động cơ không đồng bộ ba pha còn có những nh−ợc điểm sau:
Dễ phát nóng với Stato, nhất là khi điện áp lưới tăng và đối với rôto khi điện
áp l−ới giảm.
Làm giảm bớt độ tin cậy vì khe hở không khí nhỏ.
Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mômen cực đại giảm rất nhiều vì mômen tỉ lệ với bình ph−ơng điện áp.
2.2.2 Khái quát về động cơ đồng bộ