Từ trường quay – từ trường đập mạch

2. Nguyờn lý hoạt động của động cơ khụng động bộ ba pha

2.1. Từ trường quay – từ trường đập mạch

2.1.1. Từ trường đập mạch của dõy quấn một pha

Từ trường của dõy quấn một pha là từ trường cú phương khụng đổi, song trị số và chiều biến đổi theo thời gian, được gọi là từ trường đập mạch.

Xột dõy quấn một pha AX đặt trong 4 rónh của stato (hỡnh 7.5a,b).

Cho dũng điện hỡnh sin iA = Imsinωt chạy qua dõy quấn.

Hỡnh 7.5Từ trường đập mạch 2 cực của dõy quấn một pha

Giả thiết chiều dũng điện trong cỏc dõy dẫn được vẽ trờn hỡnh 7.5a,b. Căn cứ vào chiều dũng điện, vẽ chiều từ trường theo qui tắc vặn nỳt chai. Dõy quấn hỡnh 7.5a tạo thành từ trường một đụi cực.

Hỡnh 7.6 Từ trường đập mạch 4 cực của dõy quấn một pha

Trường hợp đấu dõy quấn như trờn hỡnh 7.6, ta sẽ được một từ trường đập

mạch 4 cực. Chỳ y rằng trờn hỡnh 7.5 dõy quấn được chia làm hai nhúm nối song

song, cũn trờn hỡnh 7.6 dõy quấn được mắc nối tiếp.

2.1.2. Từ trường quay

Dũng điện ba pha cú ưu điểm lớn là tạo ra từ trường quay trong cỏc mỏy điện xoay chiều.

Hỡnh 7.7.Từ trương quay hai cực cua dấy quấn ba pha

Dũng điện 3 pha cú ưu điểm lớn là dễ tạo ra từ trường quay trong cỏc mỏy

điện 3 pha. Để khảo sỏt ta hóy xột trường hợp đơn giản nhất của mỏy điện khụng

đồng bộ với stator cú cấu trỳc gồm 6 rónh, trong đú đặt 3 cuộn dõy quấn 3 pha đối xứng AX, BY và CZ. Trục cỏc cuộn dõy quấn đặt lệch nhau trong khụng gian một

gúc 1200, mỗi cuộn dõy cú một phần tử, mồi phần tử cú một vũng dõy.

Giả sử, dũng điện 3 pha đưa vào 3 dõy quấn của mỏy điện cú biểu thức:

iA = Imaxsin ωt

iB = Imaxsin(ωt -120°) iC = Imaxsin(ωt – 240°)

và đồ thị tức thời của chỳng như hỡnh 7.7.

Để thấy sự hỡnh thành từ trường quay ta quy ước về chiều dũng điện trờn cỏc cuộn dõy 3 pha như sau:

Dũng điện pha nào dường cú chiều từ đầu pha đến cuối pha, đầu ký hiệu

bằng vũng trũn cú dấu nhõn ở giửa , cũn cuối ký hiệu bằng vũng trũn cú dấu chấm ở giữa .

Dũng điện pha nào õm cú chiều và ký hiệu ngược lại: đầu ký hiệu , cuối ký hiệu. Xột từ trường tại ba thời điểm khỏc nhau sau:

+ Thời điểm ωt= 900.

Ở thời điểm này, dũng pha A dương và cú giỏ trị cực đại, dũng pha B và pha C õm và cú giỏ trị bằng một nửa giỏ trị cực đại. Theo quy ước trờn, đầu A ký hiệu

, cuối X ký hiệu ; cỏc đầu B, C ky hiếu và cuối Y, Z ký hiệu .

Dựng quy tắc vặn nỳt chai, xỏc định chiều đường sức từ trường do dũng điện

trong cỏc cuộn dõy sinh ra (hỡnh 7.7a). Ta thấy từ trường tổng cú một cực S và một cực N tà gọi là từ trường một đụi cực (p =1). Trục của từtrường tổng trựng với trục dõy quấn pha A là pha cú dũng điện cực đại.

+ Thời điểm ωt= 900+ 1200.

Ở thời điểm này, dũng pha B dương và cú giỏ trị cưc đại, dong pha C và pha A õm và cú giỏ trị bằng một nửa giỏ trị cực đại. Dựng quy tắc vặn nỳt chai xỏc định chiều t trường tà thấy rằng từ trường tổng đó quay đi một gúc 1200so với thới điểm

trước. Trục của từ trường tổng trựng với trục của dõy quấn pha B là pha cú dũng cực đại ra (hỡnh 7.7b).

+ Thời điểm ωt= 900+ 2400.

Lỳc này dũng pha C dương và cú giỏ trị cực đại, dũng pha A và pha B õm và

cú giỏ trị bằng một nửa giỏ trị cực đại. Từ trường tổng đó quay đi một gúc 2400 so

với thời điểm ban đầu. Trục của từ trường tổng trựng với trục cử dõy quấn pha C là pha cú dũng cực đại ra (hỡnh 7.7c).

quay. Từ trường quay múc vũng qua dõy quấn của stator và của cả dõy quấn rotor.

Đõy là từtrường chớnh tạo ra cỏc quỏ trỡnh biến đổi năng lượng trong mỏy điện.

b. Đặc điểm của từ trường quay.

Từ trường quay của hệ thống dũng điện ba pha đối xứng cú ba đặc điểm sau:

+ Tộc độ từ trường quay.

Tốc độ của từ trường quay phụ thuộc vào tần số dũng điện stator f và số đụi cực p. Thật vậy, trong vớ dụ trờn, khi dũng điện biến thiờn một chu kỳ từ trường

quay được một vũng, do đú trong một phỳt dũng điện stator biến thiờn 60f chu kỳ, từ trường quay được 60f vũng. Như vậy, khi từ trường cú một đụi cực, tốc độ từ

trường quay là n1=60f vũng/phỳt. Khi từ trường cú 2 đụi cực, dũng điện biến thiờn một chu kỳ, từ trường quay được 1/2 vũng, do đú tốc độ từ trường quay là n1=60f/2.

Một cỏch tổng quỏt, khi từ trường quay cú pđụi cực, tốc độ quay của từ trường là:

p 60f

n1  (vũng/phỳt) (7-1)

+ Chiều quay của từ trường

Chiều của từ trường quay phụ thuộc vào thứ tự pha của dũng điện. Muốn đổi chiều quay của từ trường ta thay đổi thứ tự hai trong ba pha cho nhau (hỡnh 7.8). Điều này dễ nhận thấy, vỡ nếu thứ tự

pha lần lượt là A, B, C một cỏch chu kỳ thỡ từ trường quay như đó xột ở trờn. Nhưng khi đổi pha B và C cho nhau, tức cho dũng iB

vào dõy quấn CZ, dũng iC vào dõy quấn BY từ trường sẽ quay theo chiều ngược lại.

Hỡnh 7.8

+ Biờn độ của từ trường quay:

Từ trường quay sinh ra từ thụng xuyờn qua mỗi dõy quấn. Xột từ thụng của từ trường xuyờn qua dõy quấn AX: ta thấy dõy quấn pha B và C lệch với pha A một

) φ (φ 2 1 φ ) cos(120 φ ) 120 cos( φ φ φ C B A 0 C 0 B A        (7-2)

Vỡ hệ thống dũng điện ba pha đối xứng tức:

0 φ φ φA B C  hay φBφC φA Do đú: A A A φ 2 3 2 φ φ φ   (7-3) Dũng iA = Imaxsinωt, nờn từ thụng của dũng điện pha A là:

φA φAmaxsinωi

nờn: φ sinωi

2 3

φ Amax

Vậy từ thụng của từ trường quay xuyờn qua cỏc dõy quấn biến thiờn hỡnh sin và cú biờn độ bằng 3/2 từ thụng cực đại một pha: max φPmax

2 3

φ  (7-4)

Tổng quỏt, nếu mỏy cú m pha thỡ: max φPmax

2 m

φ  (7-5)

Kết luận:

Khi dõy quấn đối xứng và dũng điện cỏc pha đối xứng, từ trường quay quay trũn cú biờn độ khụng đổi. Từ trường quay trũn sẽ cho đặc tớnh của mỏy tốt. Khi khụng đối xứng, từ trường quay elip cú biờn độ biến đổi.