a. Cấu tạo
Phần Stator: Gồm cuộn dây đồng quấn trên khung ghép bởi các lá thép kỹ thuật điện. Khi cho dòng điện chạy qua đó, điện năng sẽ biến đổi thành hệ thống các đường sức từ có hướng. Khép kín trên mạch từ.
Phần Rotor: Được chia làm hai dạng, rotor lồng sóc và dây quấn. Nhưng trong thực tế động cơ rotor lồng sóc chiếm ưu thế hơn cả vì dễ dàng chế tạo và lắp đặt, chi phí giá thành rẻ hơn. Nó gồm các thanh đồng được đúc xuyên qua các rãnh rotor và được nối tắt ở hai đầu, kèm theo cánh tản nhiệt và quạt làm mát.
b. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ ba pha: Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ n1= 60f/p. Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rotor và cảm ứng các sức điện động. Vì dây quấn rotor nối kín mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rotor. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rotor, kéo rotor quay với tốc độ n<n1 và cùng chiều với n.
35
Tốc độ quay của rotor n luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1 vì tốc độ bằng nhau thì dây quấn rotor không còn sức điện động và dòng điện cảm ứng, cho nên lực điện từ bằng không.
Hệ số trượt của tốc độ: 𝑠 = 𝑛1− 𝑛 𝑛1 (2.2) Tốc độ của động cơ: n = 60f p(1−s) (2.3) Trong đó: • 𝑛1: tốc độ từ trường quay. • n: tốc độ rotor. • f: tần số.
• p: số cặp cực của dây quấn stator.
c. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ
Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi số cặp cực:
Đây là các điều chỉnh tốc độ có cấp. Đặc tính cơ thay đổi vì tốc độ đồng bộ theo số cặp cực.
Động cơ thay đổi số cặp cực là động cơ được chế tạo đặc biệt để cuộn dây stator có thể thay đổi được cách nối tương ứng với các số cặp cực khác nhau.
Các đầu dây để đổi nối được sinh đưa ra các hộp đấu dây ở vỏ động cơ. Số đôi cực của cuộn dây rotor cũng phải thay đổi như cuộn dây stator.
Do vậy phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho động cơ rotor lồng sóc. Các động cơ chế tạo sẵn các cuộn dây stator có thể đổi nối để thay đổi số cực đều có rotor lồng sóc. Tỉ lệ chuyển đổi số cặp cực cụ thể là 2:1, 3:1, 4:1 hay là 8:1. Mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhưng có ưu điểm là giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ, động cơ nhiều cấp tốc độ được sử dụng rộng rãi trong các máy luyện kim, máy tàu thủy…
Điều khiển điện áp stator
Thực hiện được phương pháp này với điều kiện giữ tần số không đổi. Điện áp cấp cho động cơ lấy từ một bộ biến đổi điện áp xoay chiều.
36
Phương pháp này chỉ thực hiện khi động cơ mang tải, khi động cơ không mang tải mà giảm điện áp nguồn thì tốc động cơ gần như không đổi.
Hình 2.22 Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi điện áp stator Nhận xét:
Thay đổi điện áp chỉ được thực hiện về phía giảm dưới giá trị nhất định mức nên kéo theo moment giới hạn giảm nhanh theo bình phương của điện áp.
Khi điện áp đặt vào điện áp động cơ giảm, moment giới hạn của các đặc tính cơ giảm, trong khi tốc độ tải lý tưởng (hay tốc độ không đồng bộ) giữ nguyên nên khi giảm tốc độ thì độ cứng đặc tính cơ giảm, độ ổn định tốc độ kém đi.
Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn áp:
Vận tốc đồng bộ: ns =60f p (2.4) Vận tốc quay roto: nr = ns. (1 − s) (2.5) Trong đó: • f: tần số nguồn áp. • s: hệ số trượt.
Khi thay đổi tần số nguồn áp sẽ làm cho vận tốc đồng bộ 𝑛𝑠 thay đổi, kéo theo
vận tốc quay rotor cũng thay đổi theo:
s = nr− ns
ns (2.6)
Sức điện động cảm ứng trong stator:
37
Ta thấy E tỉ lệ với tích của tần số cung cấp và từ thông khe hở không khí. Nếu giảm f nhưng giữ V thì sẽ làm từ thông tăng. Việc tăng từ thông quá mức sẽ làm bão hòa mạch từ, khiến dòng từ hóa tăng, méo dạng vàng và áp cung cấp.
Ngược lại mà tăng f mà từ thông giảm sẽ làm giảm khả năng mang tải.
Do vậy việc thay đổi tần số nguồn dẫn đến việc thay đổi của từ thông kéo theo và thường động cơ sẽ được điều khiển hoạt động với từ thông không đổi theo nguyên lý điều khiển V/f= const.
Nguyên lý điều khiển từ thông không đổi:
𝑈 𝑓 = 𝑈𝑑𝑚 𝑓𝑑𝑚 = 𝐾1 (2.8) 𝐾1: Hằng số hàm điều khiển. Trường hợp vận tốc động cơ thấp: Mmax = 2 3. ωms. U2 Rs ± √R2s + (Xs+ Xr′)2 (2.9)
Để giữ moment cực đại ở f thấp:
U f >
Udm
fdm (2.10)
Trường hợp vận tốc lớn hơn định mức:
Điều khiển tốc độ theo nguyên lý công suất không đổi. Moment cực đại sẽ giảm khi tăng f.