I. Nguồn động lực của robot
1. Động cơ điện ba pha
1.3. Từ trờng quay của dây quấn ba pha
Dòng điện xoay chiều ba pha có u điểm lớn là tạo ra từ trờng quay trong các máy điện.
a) Sự tạo thành từ trờng quay.
Trên hình 2.6a,b,c vẽ mặt cắt ngang của máy điện ba pha đơn giản, trong đó dây quấn ba pha đối xứng ở stato AX, BY, CZ đặt trong 6 rãnh. Trục của các dây quấn lệch nhau trong không gian một góc 120o điện.
Giả thiết trong 3 dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy qua (hình 2.6)
iA= Imaxsinωt
iB= Imaxsin(ωt-1200) iC= Imaxsin(ωt-2400)
Để thấy rõ sự hình thành từ trờng, khi vẽ từ trờng ta qui ớc chiều dòng điện nh sau:
- Dòng điện pha nào dơng có chiều từ đầu đến cuối pha, đầu đợc ký hiệu bằng vòng tròn có dấu nhân ở giữa , còn cuối ký hiệu bằng vòng tròn có ấu chấm ở giữa . Dòng điện pha nào âm có chiều và ký hiệu ngợc lại, đầu ký hiệu bằng , cuối ký hiệu bằng .
Bây giờ ta xét từ trờng ở các thời điểm khác nhau:
29
i i A iB iC wt 0 wt wt=90+120 wt=90+240 tổng tổng tổng Hình 2.5
- Thời điểm pha ωt=900: ở thời điểm này, dòng điện pha A cực đại và dơng (Xem hình 2.5a), dòng điện pha B và C âm theo qui định trên, dòng điện pha A d-
30
ơng, nên đầu A ký hiệu là , cuối X ký hiệu là ; dòng điện pha B và C ký hiệu là , cuối Y và Z ký hiệu là (xem hình 2.5a).
Dùng qui tắc vặn nút chai xác định chiều đờng sức từ trờng do các dòng điện sinh ra (hình 2.5a), từ trờng tổng có một cực S và một cực N, đợc gọi là từ tr- ờng một đôi cực (p=1). Trục của từ trờng tổng trùng với trục dây quấn pha A là pha có dòng điện cực đại.
- Thời điểm pha ωt=900 +1200: Là thời điểm sau thời điểm đã xét ở trên một phần ba chu kỳ. ở thời điểm này, dòng điện pha B cực đại và dơng, các dòng điện pha A và C âm (hình 2.5b). Dùng qui tắc vặn nút chai xác định chiều đờng sức từ trờng. Ta thấy từ trờng tổng đã quay đi một góc là 1200 so với thời điểm tr- ớc. Trục của từ trờng tống trùng với trục dây quấn pha B là pha có dòng điện cực đại.
- Thời điểm pha ωt=900+2400: Là thời điểm chậm sau thời điểm đầu 2/3 chu kỳ; lúc này dòng điện pha C cực đại và dơng còn dòng điện pha A và B âm (hình 2.5c).
Từ trờng tổng ở thời điểm này đã quay đi một góc 2400 so với thời điểm đầu. Trục của từ trờng tổng trùng với trục của dây quấn pha C là pha có dòng điện cực đại.
Qua sự phân tích ở trên, ta thấy từ trờng tổng của dòng điện ba pha là từ tr- ờng quay. Từ trờng quay móc vòng với cả hai dây quấn stato và roto, đó là từ trờng chính của máy điện, tham gia vào quá trình biến đổi nằng lợng.
Với cách cấu tạo dây quấn nh trên, ta có từ trờng quay một đôi cực. Nếu thay đổi cách cấu tạo dây quấn, ta có từ trờng 2, 3 hay 4 v..v.. đôi cực.
b) Đặc điểm của từ trờng quay.
Từ trờng quay của hệ thống dòng điện ba pha đối xứng có 3 đặc điểm quan trọng.
- Tốc độ từ trờng quay
31
Tốc độ từ trờng quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f và số đôi cực p. Thật vậy, ở hình 2.6 khi dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trờng quay đợc một vòng, do đó trong một giây dòng điện stato biến thiên f chu kỳ, từ trờng quay đợc f vòng. Vậy khi từ trờng có một đôi cực, tốc độ của từ trờng quay là n1=f vòng/giây. khi từ trờng có 2 đôi cực, dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trờng quay đợc f/2 vòng (từ cực N qua S đến N là 1/2 vòng), do đó tốc độ từ trờng quay là n1=f/2. một cách tổng quát, khi từ trờng quay có p đôi cực, tốc độ từ trờng quay (còn gọi là tốc độ đồng bộ) là:
p f
n1 = (vòng/giây) (2.1a) Hoặc n1 =60pf (vòng/phút) (2.1b)
- Chiều quay của từ trờng.
Chiều quay của từ trờng phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện. Muốn đổi chiều quay của từ trờng ta thay đổi thứ tự hai pha với nhau (hình2.6)
Thật vậy, ở hình 2.6 khi thứ tự dòng điện các pha cực đại lần lợt là pha A, pha B rồi đến pha C một cách
chu kỳ thì từ trờng quay từ trục dây quấn pha A đến trục dây quấn pha B rồi đến trục dây quấn pha C một cách tơng ứng.
Nh vậy nếu thay đổi thứ tự hai pha cho nhau, ví dụ dòng điện iB cho vào dây quấn CZ, dòng điện iC cho vào dây quấn BY, từ trớng sẽ quay theo chiều từ trục dây quấn AX đến trục dây quấn CZ (có dòng điện iB) rồi đến trục dây quấn BY (có dòng điện iC), nghĩa là từ trờng quay theo chiều ngợc lại.
- Biên độ của từ trờng quay.
Từ trờng quay sinh ra từ thông φ xuyên qua mỗi dây quấn. ví dụ ta xét từ thông của từ trờng quay xuyên qua dây quấn AX.
Dây quấn các pha lệch về không gian với pha A một góc lần lợt là 1200 , 2400, từ thông xuyên qua dây quấn AX do dây quấn ba pha là:
32 A B C A B C X Y Z Hình 2-6
φ = φA + φBcos(-1200) + φCcos(-2400) (2.2) = φA - 12 (φB + φC)
Hệ thống dòng điện ba pha đối xứng φA + φB + φC=0 hay φB + φC = - φA Do đó: φ φA φA φA 2 3 2 = + = (2.3) Dòng điện iA=Imaxsinωt, nên:
Từ thông của dòng điện pha A là:
φA =φAmaxsinωt Cuối cùng ta có: φ = 2 max 3 A φ sinωt
Vậy từ thông của từ trờng quay xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng 3/2 từ trờng cự c đại của một pha.
φmax= 2 max
3
p
φ , (2.4)
Trong đó φpmax là từ thông cực đại của một pha.
Đối với dây quấn m pha thì:
φmax= 2 pmax
mφ (2.5)