Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng nhiều nhất trong thực tế do các ưu điểm như cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ, làm việc tin cậy, chi phí vận hành thấp và hơn nữa nó có thể đấu trực tiếp vào lưới điện 3 pha công nhiệp. Về cấu tạo có 2 loại chính là động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc và động cơ không đồng bộ 3 pha rô to dây quấn. Tuy nhiên cả 2 loại này nguyên lý làm việc không khác nhau nên ta khảo sát chung cả 2 loại không phân biệt.
2.5.1 Các đặc tính tự nhiên
a. Cấu tạo, nguyên lý làm việc, mạch điện thay thế động cơ không đồng bộ 3pha pha
+ Cấu tạo: Có 2 phần chính
- Stato: Lõi thép: Gồm nhiều lá thép KTĐ dập định hình ghép lại với nhau thành hình trụ tròn mặt trong có rãnh để đặt dây quấn.
Dây quấn: Bằng đồng có tiết diện tròn bề mặt có lớp men cách điện rải đều trong rãnh lõi thép theo qui luật, được chia thành 3 cuộn dây giống nhau AX, BY, CZ, đặt lệch nhau trong không gian 1200 điện.
Vỏ máy bằng gang đúc gồm thân máy để cố định lõi thép và 2 nắp máy để bảo vệ dây quấn và đỡ trục quay rô to.
- Rô to: Lõi thép gồm nhiều lá thép KTĐ dập định hình ghép lại với nhau thành hình trụ tròn mặt ngoài có rãnh để đặt dây quấn. Dây quấn chia thành 2 loại là quấn dây và ngắn mạch.
Loại ngắn mạch (lồng sóc) gồm các thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm đặt trong rãnh lõi thép, 2 đầu nối với 2 vòng đồng hoặc nhôm.
Loại dây quấn gồm bộ dây quấn 3 pha đấu sao, 3 đầu đầu nối với 3 vành trượt, nhờ 3 chổi điện đưa ra ngoài.
Trục quay làm bằng thép tốt, ép nóng vào lõi thép rô to…
+ Nguyên lý hoạt động:
Hình 2. 21 Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ 3 pha
Đặt điện áp 3 pha vào bộ dây quấn 3 pha stato sẽ có hệ dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn stato, và trong máy xuất hiện từ trường quay 3 pha stato với tốc độ
quay
p f n1 =60
vòng/phút, ở đây: f là tần số dòng điện stato, Hz; p là số đôi cực của 1 pha dây quấn stato.
Từ trường quay stato quét qua các thanh dẫn rô to làm xuất hiện trong dây quấn rô to sđđ e2. Chiều sđđ e2 được xác định theo quy tắc bàn tay phải khi giả định từ trường là đứng yên thì thanh dẫn chuyển động theo chiều ngược lại.
Do dây quấn rô to khép kín nên sđđ e2 sinh ra dòng điện i2 cùng chiều với nó. Dòng điện rô to i2 nằm trong từ trường quay stato nên bị từ trường này tác dụng lực điện từ F có chiều xác định theo qui tắc bàn tay phải.
Lực điện từ F gây ra mô men quay M đổi với trục quay kéo rô to quay theo cùng chiều từ trường quay với tốc độ n. Ta thấy tốc độ quay rô to n bao giờ cũng nhỏ hơn tốc độ tường trường quay stato n1.
Để đặc trưng cho sự chênh lệch tốc độ giữa từ trường quay stato và rôto người ta
đưa ra đại lượng độ trượt (hệ số trượt) 1
11 1 1 ω ω ω − = − = n n n s ; ở chế độ động cơ luôn có 0≤ ≤s 1 .
+ Mạch điện thay thế động cơ không đồng bộ 3 pha:
Để thuận lợi cho việc nghiên cứu động cơ không đồng bộ 3 pha người ta đưa ra một số giả thiết:
- Ba pha động cơ là đối xứng.
- Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở rô to không phụ thuộc vào tần số dòng điện rô to, mạch từ không bão hòa nên điện kháng x1, x2 không đổi.
- Tổng dẫn mạch từ hóa không thay đổi, dòng điện từ hóa không phụ thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato động cơ.
- Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép. - Điện áp lưới 3 pha hoàn toàn sin và đối xứng.
Thành lập các phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ 3 pha, thực hiện quy đổi mạch rô to về mạch stato ta có sơ đồ mạch điện thay thế một pha của động cơ không đồng bộ 3 pha như hình 2.21. Trong đó:
U1 – Điện áp pha stato;
I1, I2’ , I0 – các dòng điện stato, rô to quy đổi về stato và dòng điện từ hóa; R1, R2’, R0 – các điện trở stato, rô to quy đổi vè stato và điện trở của mạch từ; X1, X2’, X0 – điện kháng stato, rô to quy đổi về stato và điện kháng mạch từ hóa.
s – độ trượt của động cơ
1 11 1 1 1 n n s n ω ω ω − − = = ; 1 1 2 f p π ω =
Hình 2. 22 Mạch điện thay thế một pha của động cơ không đồng bộ 3 pha