- Cấu tạo gồm hai phần chính là stato và roto.
Chương 6: ĐỘNG CƠ VÀ MÁY BÙ ĐỒNG BỘ
6.1. ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Trong sản xuất thường dùng các động cơ điện xoay chiều khơng đồng bộ vì những ưu điểm vượt trội của nĩ.Tuy động cơ điện đồng bộ cũng cĩ những ưu điểm nhất định nên trong thời gian gần đây cũng được sử dụng rộng rãi hơn.
Ưu điểm :
cos = 1.
Khơng tiêu thụ cơng suất phản kháng của lưới điện.
Ít chịu ảnh hưởng đến sự thay đổi của điện áp lưới
Khả năng chịu tải lớn hơn động cơ khơng đồng bộ.
Hiệu suất cao.
Nhược điểm:
Cấu tạo phức tạp, giá thành cao.
Mở máy và điều chỉnh tốc độ phức tạp.
6.1.1. Cấu tạo
Cấu tạo động cơ đồng bộ giống như máy phát điện đồng bơ.
6.1.2. Nguyên lý làm việc
Khi đĩng nguồn điện 3 pha vào dây quấn stato và nguồn điện một chiều vào dây quấn roto, dịng điện chạy trong dây quấn stato tạo nên từ trường quay cĩ tốc độ đồng bộä n f
p
1 60 60
, cịn roto biến thành nam châm điện.
Giả sử tại một thời điểm đang xét như hình 2, ta hình dung từ trường quay stato như một nam châm quay (thể hiện bằng nét đứt), cực bắc của roto bị cực nam của stato (do từ trường quay tạo ra) kéo theo, làm roto cĩ khuynh hướng quay theo chiều quay của từ trường
quay. Nhưng do quán tính lớn và từ trường quay quét qua cực từ roro qúa nhanh, trong khi roto chưa kịp quay tới thì nửa chu kỳ sau cực bắc của roto đối diện với cực bắc của stato, làm roto bị đẩy quay ngược lại. Kết quả momen mở máy trung bình bằng 0, khiến roto khơng quay được.
NF F
Hình 2. Sự tạo ra momen trong động cơ đồng bộ
NS S S S F F n1 n1 N S N F n1 n1 F inh 6.1: Nguyên lý làm việc
Tuy nhiên bằng cách nào đĩ để cho roto quay với tốc độ đồng bộä, các cực roto sẽ bị khĩa chặt vào các cực stato trái dấu và cả hai sẽ cùng quay với tốc độ đồng bộ n1.
6.1.3. Mở máy động cơ đồng bộ
*) Mở máy theo phương pháp khơng đồng bộ
Quá trình mở máy động cơ đồng bộ bằng phương pháp khơng đồng bộ cĩ thể chia thành hai giai đoạn:
Lúc đầu việc mở máy được thực hiện với it = 0 dây quấn kích thích được nối tắt qua điện trở Rt.
Khi rotor đã quay đến tốc độ n n1 ta tiến hành giai đoạn thứ hai của quá trình mở máy: đem nối dây quấn kích từ với điện áp một chiều của máy kích thích
Để tránh việc mở máy qua hai giai đoạn ta cĩ thể nối thẳng dây quấn kích thích với máy kích từ trong suốt quá trình mở máy.
*)Mở máy theo phương pháp hịa đồng bộ
Các điều kiện hịa đồng bộ giống việc hịa đồng bộ máy phát điện đồng bộ. Trong trường hợp này động cơ đồng bộ được quay bởi máy nối cùng trục với nĩ.
Các đặc tính của động cơ đồng bộ làm việc với dịng kích từ it = const. U = const.
f = const.
Bao gồm các quan hệ P1, I1, , cos = f(P2)
Động cơ điện đồng bộ thường làm việc với gĩc = 200-300
Đặc tính làm việc của động cơ điện đồng bộ Pđm = 500Kw, 600V, 50Hz, 600v/p, cos = 0.8(quá kích thích).
Khi mới mở máy động cơ, momen điện từ tác dụng lên roto luơn luơn đổi chiều, do đĩ động cơ khơng quay được. Muốn mở máy được, ta phải dùng một biện pháp nào đĩ để quay roto lên đến gần tốc độ từ trường quay, sau đĩ mới đưa dịng điện một chiều vào dây quấn kích từ của động cơ. Momen điện từ tác dụng lên roto sẽ theo một chiều nhất định và động cơ được đưa vào tốc độ đồng bộ.
Để tạo momen mở máy, trên các mặt cực từ, người ta đặt các thanh dẫn được nối ngắn mạch như lồng sĩc ở động cơ khơng đồng bộ và gọi là dây quấn mở máy.
Với cấu tạo như trên, quá trình mở máy động cơ gồm hai giai đoạn: giai đoạn mở máy khơng đồng bộ và giai đoạn đưa vào đồng bộ.
Trong giai đoạn đầu, dây quấn stato nối vào lưới điện xoay chiều ba pha, dây quấn kích từ nối kín mạch với một điện trở phĩng điện lớn gấp (10 – 15) lần điện trở bản thân dây quấn. Động cơ được mở máy như động cơ khơng đồng bộ roto lồng sĩc. Sau khi động cơ đã quay đến gần tốc độ đồng bộ, ta ngắt điện trở ra khỏi dây quấn kích từ, rồi đĩng vào nguồn điện một chiều. Roto động cơ sẽ được
kéo vào tốc độ đồng bộ. Như vậy, roto phải cĩ gia tốc tức thời lớn để đuổi kịp từ trường stato và vì vậy động cơ thường được mở máy khơng tải hoặc non tải.
Trong giai đoạn mở máy khơng đồng bộ, dây quấn kích từ sẽ cảm ứng điện áp rất lớn, cĩ thể phá hỏng cách điện dây quấn, vì thế dây quấn kích từ phải khép mạch qua điện trở phĩng điện. Ngồi ra, để giảm dịng điện khi mới mở máy, người ta thường dùng điện kháng hay máy tự biến áp nối tiếp vào mạch stato.
6.1.4. Phương trình điện áp và đồ thị vectơ của động cơ đồng bộ
Ta cĩ sơ đồ mạch điện thay thế động cơ điện đồng bộ Căn cứ vào sơ đồ điện, phương trình điện áp là:
U E. . 0IR jIX, . đb
Khi bỏ qua điện trở dây quấn stator R (vì R rất nhỏ). Ta cĩ: U E. . 0jIX. đb
Từ phương trình điện áp (b), đồ thị vectơ đơn giản (bỏ qua R) của động cơ đồng bộ thể hiện như hình 3b.
6.1.5. Điều chỉnh hệ số cơng suất của động cơ đồng bộ
Ưu điểm đặc biệt động cơ đồng bộ là
cĩ thể điều chỉnh hệ số cơng suất cos của động cơ khi đang hoạt động thơng qua điều chỉnh dịng điện kích từ Ikt.
Để thấy rõ sự thay đổi hệ số cơng suất cos, ta dựa vào đồ thị vectơ của động cơ đồng bộ như sau:
Khi động cơ đồng bộ kéo phụ tải khơng đổi, cơng suất tác dụng đựa vào động cơ sẽ khơng đổi:
φθ E. 0 I. U. E. 0 I. U. jIX. đb Hình 3. Mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của động cơ đồng bộ
a) b)