5. Phương pháp nghiên cứu máy điện
3.9.4. Máy điệnkhông đồng bộ làm việc trong hệthống tự đồng bộ(xenxin)
Má y điện không đồng bộ làm việc trong hệ thống tự đồng bộ gồm nhiều má y đặt cá ch nhau (có thể xa) và chỉ nối vớ i nhau bằng điện. Khi một trong những má y đó (gọi là má y phá t) quay bất kì một góc nào đó thì những má y khá c (má y thu) cũng quay một góc như vậy. Hệ thống này thư ờng dù ng trong kỹ thuật khống chế và đo lư ờng. Những má y điện này thuộc loạ i ba pha và một pha.
Hệthống tự đồng bộ đang đư ợ c á p dụng rộng rã i trong ngành tự động hoá và điều khiển.
1. Hệ tự đồng bộ ba pha (xenxin 3 pha)
Hệ tự động bộ ba pha đơn giản nhất gần hai má y không đồng bộ rôto dây quấn. Dây quấn stato của chúng đư ợ c nối vớ i lư ớ i điện còn dây quấn rôto đư ợ c nối vớ i nhau theo đúng thứ tự pha (hình 3.54). Như vậy, nếu ở hai má y vị trí của rôto đối vớ i stato giống nhau thì trong mạ ch rôto sức điện động E2 của chúng ngư ợ c nhau và dòng điện trong mạ ch rôto I2trong mạ ch sẽ bằng không.
θ
Hình 3.54: Sơ đồ nguyên lý của xenxin 3pha Hình 3.55: Đ ồ thị véc tơ của xenxin 3 pha khi quay rôto má y phá t đi một góc
Gọi F là má y phá t tín hiệu và T là má y thu tín hiệu thì khi có tín hiệu tá c động vào má y F làm quay rôto của nó đi một gócθ (Hình 3.54) thì giữa cá c sức điện động
F 2
E vàE2Tsẽ có góc lệchθvà do đó trong mạ nh rôto sẽ xuất hiện dòng điện I2:
T 2 F 2 T 2 F 2 2 z z E E I + + =
Trong đó z2Fvà z2Tlà tổng trở rôto của má y phá t và má y thu.
Qua đồ thị véc tơ ở hình 3.55 ta thấy thành phần tá c dụng của dòng I2 cù ng chiều vớ i do đó lực điện từ ’
t
f và mômen của má y thu MTsinh ra sẽ làm quay rô to của má y thu đi một gócθ.
Hệ thống hai má y trên sẽ làm việc cân bằng khi góc lệch pha của 2 má y phá t và thu bằng nhau. Vì vậy khi giữ rôto của má y phá t F ở gócθthì rôto của má y thu T cũng sẽ quay một góc đúng bằngθ.
Sự liên lạ c như thế nhiều khi ngư ời ta còn gọi là sự liên lạ c kiểu trúc điện. 2. Hệ tự đồng bộ một pha (xenxin một pha)
Xenxin một pha là má y điện cảm cảm ứng nhỏ, có cuộn dây một pha kích thích và cuộn dây đồng bộ hoá ba pha .
Sơ đồ xenxin một pha tiếp xúc vớ i cuộn kích thích trên stato và cuộn đồng bộ hoá ba pha trên roto. Trong cá c sơ đồ tự động, thư ờng sử dụng hai hệ thống truyền góc. Hệ thống chỉ thị đư ợ c sử dụng ở những nơi mà trục nhận góc quay (xenxin thu) có tải nhỏ.
Trong hệ thống chỉ thị, xenxin thu tự tạ o ra góc quay tư ơng ứng vớ i góc mà xenxin phá t đặt. Hệ thống liên lạ c đư ờng bộ biến á p đư ợ c sử dụng ở những nơi mà trục nhận góc quay(xenxin thu) có mômen cản lớ n, trong trư ờng hợ p này xenxin thu không tự tạ o ra góc quay do xenxin phá t đặt, mà nhờ một động cơ chấp hành.
) ( 2 2 2 . T F x x I j + − ) ( 2 2 2 . T F x x I j + 2 . I T U2 . T E2 . F U2 . F E2 . . E ∆
ở hệ tự đồng bộ một pha, stato của má y phá t và má y thu chỉ có một pha nối vớ i lư ớ i điện chung như ng rôto của hai má y vẫn là dấy quấn ba pha đấu vớ i nhau đúng theo thứ tự pha (Hình 3.56).
Khi cho dòng điện một pha vào dây quấn stato thì trong khe hở sinh ra từ trư ờng đập mạ ch. Ta có thể phân từ trư ờng đó làm hai từ trư ờng quay ngư ợ c chiều nhauФAvà ФBvà ta coi như có hai hệ thống đồng bộ ba pha hợ p lạ i. Như vậy có thể dù ng nguyên lý làm việc của hệ ba pha tìm ra mômen từng phần và mômen tổng.
EaF EbF EcF E bT cT aT E E θ θ T F U1
Hình 3.56. Sơ đồ nguyên lý của xenxin một pha
Quay rôto má y phá t F theo chiều củaФAF một gócθ như hình 3.56. Đ ối vớ i phân lư ợ ng từ trư ờng quay ngư ợ cФAF vàФATmômen MAF và MATcó khuynh hư ớ ng kéo 2 roto về cù ng một vị trí. Đ ối vớ i phân lư ợ ng từ trư ờng quay ngư ợ c ФBF vàФBT cũng như vậy, vì vậy mômen do hai phân lư ợ ng từ trư ờng sinh ra trên mỗi má y cù ng chiều nên trị số tuyệt đối của chúng là tổng của hai mômen của từng phân lư ợ ng nên làm trục quay. Như vậy nếu quay rôto của má y phá t một gócθ thì rôto má y thu cũng quay đi một gócθ.
Thư ờng ngư ời ta đặt dây quấn sơ cấp một pha trên rôto còn dây quấn thứ cấp ba pha lắp trên stato, như vậy giảm đi đư ợ c vành trư ợ t. Đ ể có đặc tính mômen tốt, dây quấn một pha thư ờng lắp trên cực cực từ lồi.
Ngày nay ngư ời ta đã chế tạ o những xenxin một pha không vành trư ợ t.
3.9.5. Động cơ thừa hành không đồng bộ
Đ ộng cơ thừa hành không đồng bộ đư ợ c dù ng rộng rã i trong hệ thống tự động khống chế. Đ ây là một loạ i động cơ điện không đồng bộ hai pha công suất 0,1ữ300 W.
Stato ghép bằng thép lá kỹ thuật điện, có hai cuộn dây đặt lệch nhau 900, trong đó một cuộn WKlàm nhiệm vụ kích thích, một cuộn WĐ K làm nhiệm vụ điều khiển.
Rôto gồm nhiều loạ i theo yêu cầu cụ thểcó thể là rôto lồng sóc thư ờng hoặc rôto rỗng làm bằng vật liệu không dẫn từ hoặc rôto rỗng làm bằng vật liệu dẫn từ có dá t đồng thau ngoài bề mặt…
Đ ể tạ o nên từ trư ờng quay trong má y, ngoài việc đặt hai dây quấn trong không gian còn cần có sự lệch pha nhau về thời gian giữa hai dòng điện trong cuộn dây WKvà WĐ K. Yêu cầu này đư ợ c thực hiện nhờ đặt một tụ điện nối tiếp trên quận kích thích WK.
Dây quấn kích thích WK đư ợ c đặt thư ờng trực dư ớ i điện á p UK, dây quấn điều khiển WĐ K thì chờ nhận tín hiệu điều khiển từ ngoài đư a vào. Khi có tín hiệu, nghĩa là có điện á p UĐ Kđặt lên cuộn WĐ K, trong má y sẽ có từ trư ờng quay do hai dòng điện lệch pha nhau trong hai cuộn dây quấn WKvà WĐ K sinh ra và làm cho rôto
quay. Hình 3.57: Sơ đồ nguyên lý động cơ
thừa hành không đồng bộ
Đ ộng cơ thừa hành không đồng bộ cũng như cá c loạ i động cơ thừa hành khá c thư ờng đòi hỏi những yêu cầu sau:
- Không có quá n tính, nghĩa là phải quay hoặc dừng tức khắc khi có hoặc mất tín hiệu điều khiển mà không nhờ một cơ cấu hã m.
- Mômen mở má y lớ n. - Đ ặc tính cơ tuyến tính.
- Phạ m vi điều chỉnh tốc độ rộng. - Công suất điều khiển nhỏ.
Yêu cầu không quay theo đà là một trong những yêu cầu cơ bản nhất của động cơ thừa hành. Đ ể thực hiện đư ợ c điều này, ngư ời ta có thể thiết kế động cơ có khả nă ng tự hã m về phư ơng tiện điện từ hoặc chế tạ o động cơ thừa hành có mômen quá n tính phần quay nhỏ, như loạ i động cơ thừa hành không đồng bộ rôto rỗng. Rôto của loạ i động cơ rỗng hình cốc này thư ờng làm bằng nhôm hoặc đuyara. Dòng điện trong rôto là dòng điện xoay chiều cảm ứng trên mặt ngoài của cốc nhôm hoặc duyara đó. Đ ộng cơ thừa hành này có mômen quá n tính nhỏ, như ng khe hở không khí lớ n (δ = 0,3 đến 0,4 mm) nên dòng điện từ hóa lớ n, cosφthấp, hiệu suất thấp, trọng lư ợ ng lớ n.