- 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 khơng đồng bộ được xem như máy biến áp khi khơng tải.
Giả sử rotor của máy điện khơng 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 cĩ tần số là f1, trong dây quấn stator sẽ cĩ dịng điện xoay chiều I1 với tần số là f1 và trong dây quấn rotor cũng cĩ dịng điện I2 biến thiên với tần số cũng là f1. Dịng 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 thơng tổng = m + , trong đĩ từ thơng m
mĩc vịng qua dây quấn stator và dây quấn rotor, cịn từ thơng chỉ mĩc vịng qua dây quấn stator.
Từ thơng m sẽ sinh ra các sức điện động E1 và E2 được xác định theo cơng thức:
E1 = 4, 44 f1 W1 kdq1 m (2 – 1)
E2 = 4, 44 f1 W2 kdq2 m (2 – 2)
Trong đĩ 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 nĩi 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 vịng dây quấn stator và rotor
m là biên độ từ thơng của từ trường quay
Đồng thời từ thơng tản sẽ tạo ra trong dây quấn stator sức điện động tản E = - jI0X1, trong đĩ X1 là điện kháng tản của dây quấn stator. Ngồi ra trong dây quấn stator cịn cĩ điện trở tác dụng được biểu diễn dưới dạng điện áp rơi I0r1. Do đĩ phương trình sức điện áp dây quấn stator của máy điện khơng đồng bộ
Ů1 = İI0Z1- Ė1 (2 – 3) Trong đĩ:
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 thơng tản stator
Đồ thị khơng tải của máy điện khơng đồng bộ về nguyên tắc tương tự như đồ thị khơng tải của máy biến áp. Tuy nhiên quan hệ giữa hai đồ thị cĩ sự khác biệt rõ rệt
Trong máy biến áp I0 = ( 3 10 ) Iđm Trong máy điện khơng đồng bộ I0 = ( 20 50 ) Iđm
Điện áp rơi trên trên bộ dây quấn ở máy điện khơng đồng bộ khi khơng tải chiếm khoảng ( 2 5 )Uđm trong khi ở máy biến áp thường khơng vượt quá (0.1
0.4 )Uđm
Tương tự, ta cũng xác định hệ số biến đổi sức điện động của máy điện khơng đồng bộ kE = EE1 2 = 4.44f 4.44f1 W1 kdq1 m 1W2 kdq2 m Hay kE = W W1 kdq1 2 kdq2 (2 – 4)
Giống như ở máy biến áp, máy điện khơng 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 đĩ: kE là hệ số qui đổi sức điện động rotor về stator
Khi rotor hở mạch và đứng yên, trong máy điện khơng đồng bộ chỉ cĩ 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 khơng đồng bộ, dịng điện khơng tải I0 và R1 tương đối lớn nên tổn hao đồng Pcu1 chiếm một phần đáng kể ( trong khi đĩ ở máy biến áp, ta bỏ qua Pcu1 khi khơng tải )
Cơng 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 khơng đồng bộ khi rotor đứng yên
Nếu ta dịch chuyển chổi than xuống vị trí 2 như hình vẽ, ta sẽ cĩ tình trạng ngắn mạch của máy điện khơng 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 cĩ dịng điện I1 chạy trong dây quấn stator và dịng điện I2 chạy trong dây quấn rotor. Các dịng điện này sẽ tạo ra sức từ động F1 và F2 được xác định theo biểu thức
F1 = m1W1kdq1pI1 2 (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 cĩ F1 + F2 = F0
Hay F1 = F0– F2 ( 2 – 7 )
Như vậy, ta cĩ thể xem dịng điện I1 trong dây quấn stator gồm hai thành phần là I0 và - I2.
I1 = I0 - I2 ( 2 – 8 )
Sở dĩ cĩ dấu trừ I2 là vì ta chọn chiều dịng điện I2 khơng phù hợp với chiều của từ thơng theo qui tắc vặn nút chai
Hệ số biến đổi dịng điện, được xác định như sau kI = II’2
2 = mm1W1kdq1
2W2kdq2 Suy ra dịng điện qui đổi về stator là
I’2 = kI2
I ( 2 – 9)
Mạch điện thay thế của máy điện khơng 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 cĩ m2 I22 R2 = m1 I’22R’2 Suy ra R’2 = m m2 I2’ R2 1 I2’2 = m m12 I2 2 I’22 R2 R’2 = W W1kdq1 2kdq2 (m1W1kdq1)2 (m2W2kdq2)2 R2 R’2 = kE kI R2 R’2 = k R2 ( 2 – 10 )
Trong đĩ k = kE kI gọi là hệ số qui đổi của điện trở
Khi qui đổi điện kháng X2, ta dựa vào gĩc lệch pha 2 giữa E2 và I2 Ta cĩ tg 2 = X R2 2 = X’2 R’2 Suy ra X’2 = R’ R2 X2 2 X’2 = kE kI R R2 X2 2 X’2 = k X2 ( 2 – 11 ) R1 X1 R’2 X’2 U1 I1 = - I2 inh 2-1