- Vẽ sơ đồ khai khiển dây quấn song đơn 2p=4, G=S=Znt=15.
Chương 2: CÁC QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ
2.1. MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC KHI ROTO ĐỨNG YÊN
Trong trường hợp này máy điện không đồng bộ được xem như máy biến áp khi không tải.
Giả sử rotor của máy điện không đồng bộ hở mạch nghĩa là khi các chổi than ở vị trí 1 như hình vẽ
Khi đặt vào bộ dây quấn stator một điện áp xoay chiều hình sin U1 có tần số là f1, trong dây quấn stator sẽ có dịng điện xoay chiều I1 với tần số là f1 và trong dây quấn rotor cũng có dịng điện I2 biến thiên với tần số cũng là f1. Dòng điện I1 và I2 sinh ra suất từ động quay F1 và F2. Hai sức từ động F1 và F2 cũng quay với tốc độ đồng bộ n1 = 60f1 / p và tác dụng với nhau sinh ra sức từ động tổng trong khe hở F0. Phương trình cân bằng sức từ động được viết như sau
F1 + F2 = F0
Sức từ động tổng F0 tạo ra từ thông tổng = m + , trong đó từ thơng m móc vịng qua dây quấn stator và dây quấn rotor, cịn từ thơng chỉ móc vịng
qua dây quấn stator.
Từ thơng m sẽ sinh ra các sức điện động E1 và E2 được xác định theo công
thức:
E1 = 4, 44 f1 W1 kdq1 m (2 – 1)
E2 = 4, 44 f1 W2 kdq2 m (2 – 2)
Trong đó kdq1, kdq2 là hệ số dây quấn của một pha stator và hệ số dây quấn của một pha rotor
Hệ số dây quấn kdq1< 1 nói lên sự giảm sức điện động của dây quấn do quấn rải trên các rãnh và quấn dây bước ngắn so với kiểu quấn dây tập trung ớ máy biến áp
W1 và W2 là số vòng dây quấn stator và rotor
m là biên độ từ thông của từ trường quay
Đồng thời từ thông tản sẽ tạo ra trong dây quấn stator sức điện động tản E = - jI0X1, trong đó X1 là điện kháng tản của dây quấn stator. Ngoài ra trong dây quấn stator cịn có điện trở tác dụng được biểu diễn dưới dạng điện áp rơi I0r1. Do đó phương trình sức điện áp dây quấn stator của máy điện không đồng bộ
Ů1 = İI0Z1- Ė1 (2 – 3)
Trong đó:
Z1 = R1 + jX1 là tổng trở dây quấn stator R1 là điện trở dây quấn stator
X1 = 2fL1 là điện kháng tản của dây quấn stator, đặc trưng cho từ thông tản stator
Đồ thị không tải của máy điện không đồng bộ về nguyên tắc tương tự như đồ thị không tải của máy biến áp. Tuy nhiên quan hệ giữa hai đồ thị có sự khác biệt rõ rệt
Trong máy biến áp I0 = ( 3 10 ) Iđm Trong máy điện không đồng bộ I0 = ( 20 50 ) Iđm
Điện áp rơi trên trên bộ dây quấn ở máy điện không đồng bộ khi không tải chiếm khoảng ( 2 5 )Uđm trong khi ở máy biến áp thường không vượt quá (0.1
0.4 )Uđm
Tương tự, ta cũng xác định hệ số biến đổi sức điện động của máy điện không đồng bộ
kE = E1E2 = 4.44f1 W1 kdq1 m 4.44f1W2 kdq2 m
Hay kE = W1 kdq1 W2 kdq2 (2 – 4)
Giống như ở máy biến áp, máy điện không đồng bộ ta cũng qui đổi dây quấn rotor về stator (về sơ cấp ). Sức điện động của dây quấn thứ cấp được qui đổi
Suy ra E’2 = kE E2 = E1 (2 – 5)
Trong đó: kE là hệ số qui đổi sức điện động rotor về stator
Khi rotor hở mạch và đứng n, trong máy điện khơng đồng bộ chỉ có tổn hao đồng ở stator là Pcu1 = m1I2R1, tổn hao sắt từ ở stator và rotor lần lượt là Pfe1 và Pfe2. Ở máy điện không đồng bộ, dịng điện khơng tải I0 và R1 tương đối lớn nên tổn hao đồng Pcu1 chiếm một phần đáng kể ( trong khi đó ở máy biến áp, ta bỏ qua Pcu1 khi không tải )
Công suất P10 do máy điện tiêu thụ từ lưới điện được xác định theo biểu thức sau
P10 = Pcu1 + Pfe1 + Pfe2
*)Ngắn mạch của máy điện không đồng bộ khi rotor đứng yên
Nếu ta dịch chuyển chổi than xuống vị trí 2 như hình vẽ, ta sẽ có tình trạng ngắn mạch của máy điện không đồng bộ.
Về bản chất vật lý, cũng giống như ngắn mạch ở máy biến áp. Nghĩa là khi đặt vào bộ dây quấn stator một điện áp xoay chiều U1 =1525Uđm, sẽ có dịng điện I1 chạy trong dây quấn stator và dòng điện I2 chạy trong dây quấn rotor. Các dòng điện này sẽ tạo ra sức từ động F1 và F2 được xác định theo biểu thức
F1 = m1W1kdq1I1 2 p (2 – 6a )
Các sức từ động F1 và F2 quay với tốc độ n1= 60f/p và tác động với nhau sinh ra sức từ động tổng ở khe hở stator – rotor là F0
Ta có F1 + F2 = F0
Hay F1 = F0 – F2 ( 2 – 7 )
Như vậy, ta có thể xem dịng điện I1 trong dây quấn stator gồm hai thành phần là I0 và - I2.
I1 = I0 - I2 ( 2 – 8 )
Sở dĩ có dấu trừ I2 là vì ta chọn chiều dịng điện I2 khơng phù hợp với chiều của từ thông theo qui tắc vặn nút chai
Hệ số biến đổi dòng điện, được xác định như sau kI = I’2I2 = m2W2kdq2 m1W1kdq1
Suy ra dòng điện qui đổi về stator là
I’2 = kI I2 ( 2 – 9)
Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ khi ngắn mạch như hình vẽ Để qui đổi điện trở và điện kháng rotor về stator, ta dựa vào các hệ số biến đổi sức điện động và hệ số biến đổi dịng điện.
Ta có m2 I22 R2 = m1 I’22 R’2 Suy ra R’2 = m2 I2’ R2 m1 I2’2 = m1 m2 I2
2 I’22 R2 I’22 R2 R’2 = W1kdq1 W2kdq2 (m1W1kdq1) 2 (m2W2kdq2)2 R2 R’2 = kE kI R2 R’2 = k R2 ( 2 – 10 )
Trong đó k = kE kI gọi là hệ số qui đổi của điện trở
Khi qui đổi điện kháng X2, ta dựa vào góc lệch pha 2 giữa E2 và I2 Ta có tg 2 = X R2 = 2 R’2 X’2 Suy ra X’2 = R’2 X2 R2 X’2 = kE kI R2 R2 X2 X’2 = k X2 ( 2 – 11 ) R1 X1 R’2 X’2 U1 I1 = - I2 inh 2-1