+ Cấu tạo và đặc điểm.
- Cấu tạo
* Vỏ máy: th−ờng làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (trên 1000kW), th−ờng dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng bảo vệ và cố định các chi tiết máy.
* Lõi thép: Đ−ợc làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0.35mm đến 0.5 mm ghép lại với nhau. Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ tr−ờng đi qua lõi sắt là từ tr−ờng xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
* Dây quấn: Dây quấn đ−ợc đặt vào trong rãnh của lõi sắt và cách điện với lõi sắt nhờ giấy cách điện. Dây quấn stato gồm ba cuốn đặt lệch nhau 1200 điện.
Phần quay (Rôto)
* Trục: Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt roto.
* Lõi sắt: Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống nh− ở phần stato. Lõi thếp đ−ợc ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
* Dây quấn gồm hai loại: loại rôto dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc. Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn rôto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số cực stato. Các động cơ công suất trun trở lên th−ờng dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm đ−ợc những đầu nối dây và kết cấu dây quấn đ−ợc chặt chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ th−ờng dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto th−ờng đấu hình sao (Y). Ba đầu kia nối vào ba vòng tr−ợt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. Thông qua chổi than và vòng tr−ợt, đ−a điện trở phụ vào mạch rôto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ.
Loại rôto kiểu lòng sóc: Loại dây quấn này khác với dây quấn stato. Mỗi rãnh của lõi sắt đ−ợc đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm và đ−ợc nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch làm bằng đồng hoặc nhôm, hình thành một cái lồng, ng−ời đó gọi là lồng sóc.
Dây quấn rôto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.
- Đặc điểm của động cơ không đồng bộ ba pha
* Cấu tạo đơn giản.
* Đấu trực tiếp vào l−ới điện xoay chiều ba pha.
* Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ tr−ờng quay của stato n< n1. Trong đó: n Tốc độ quay của rôto.
n1 Tốc độ quay từ tr−ờng quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ)
+ Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Khi nối dây quấn stato vào l−ới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ra một từ tr−ờng quay. Từ tr−ờng này sẽ quét qua các thanh dẫn rôto, làm cảm ứng lên dây quấn rôto một sức điện động E2 sẽ sinh ra dòng điện I2 chạy trong dây quấn. Chiều của sức điện động và chiều của dòng điện đ−ợc xác định theo quy luật bàn tay phải.
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ
Chiều dòng điện ở nửa phía trên rôto h−ớng từ trong ra ngoài, còn chiều dòng điện của các thanh dẫn ở nửa phía d−ới của rôto h−ớng từ ngoài vào trong.
Dòng điện I2 tác động t−ơng hỗ với từ tr−ờng stato tạo ra lực điện từ trên dây dẫn rôto và mômen quay làm cho rôto quay với tốc độ n theo chiều từ tr−ờng quay.
Tốc độ quay của rôto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ tr−ờng quay stato n1. có sự chuyển động t−ơng đối giữa rôto và từ tr−ờng quay stato duy trì đ−ợc dòng điện I2 và mômen M. Vì tốc độ của rôto khác với tốc độ của từ tr−ờng quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ.
Đặc tr−ng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số tr−ợt: 1 1 n n S n − = (2 -4) Trong đó:
n là tốc độ quay của rôto f1 là tần số của dòng điện l−ới. P số đôi cực.
n1 tốc độ quay của từ tr−ờng quay 1 1
60f
n
p
=
(2- 5)Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n1 thay đổi làm cho n thay đổi theo. Khi mở máy thì n= 0 và S= 1 gọi là độ tr−ợt mở máy.
Dòng điện trong dây quấn và từ tr−ờng quay tác dụng lực t−ơng hỗ lên nhau khi rôto chịu tác dụng của momen M thì từ tr−ờng quay cũng chịu tác dụng của mômen M theo chiều ng−ợc lại. Muốn cho từ tr−ờng quay với tốc độ n1 thì nó phải nhận một công suất đ−a vào gọi là công suất điện từ.
2 1 ω 60 n
π
= = ủt 1 P M M (2 6)−Khi đó công suất điện đ−a vào:
P1 = 3UIcos
ϕ
(2- 7)Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây quấn stato.
ΔPd1= 3r12I12
(2- 8)
Tổn hao sắt: Δ = ΔPst P (2- 9)
Công suất cơ ở trục là: 2, 2 60 n P =Mω=M π (2- 10)
Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì còn tổn hao trên dây quấn rôto: P2= Pđt - ΔPd2 (2-11)
ΔPd2 = m2I2r2 (2- 12) Trong đó:
m2 số pha của dây quấn rôto.
Vì P’2 < pđt do đó n < n1 công suất cơ của P2 đ−a ra nhỏ hơn P2, vì còn tổn
hao do ma sát trên trục động cơ và tổn hao và tổn hao phụ khác:
'
2 2 c f
P = P = Δ − ΔP P
(2- 13)Hiệu suất của động cơ: 2
1
P P
η = = (0,8ữ 0,9) (2- 14)
+ Các đại l−ợng và ph−ơng trình cơ bản của động cơ không đồng bộ
- Các đại l−ợng
Hệ số tr−ợt:
Để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của rôto n và tốc độ của từ tr−ờng quay stato n1. ta có : 1 1 n n s n − = (2- 15)
Hay tính theo phần trăm: 1 1 100% n n s n − = (2- 16)
Xét về mặt lý thuyết giá trị S sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100 o/o Trong đó: = 1 1 60f n p (2- 17) n= n1(1- s) (2- 18)
Sức điện động của mạch rôto lúc đứng yên:
E
2= 4,44K f W
2 2 2φ
m (2- 19)Trong đó:
φm Trị số cực đại của từ thông trong mạch K2 là hệ số dây quấn rôto của động cơ.
f2 Tần số xác định ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây, vì rôto đứng yên nên:
2 1
60
pn
f = (2- 20)
f2 bằng với tần số dòng điện đ−a vào f1
-Khi roto quay:
Tần số trong dây quấn rôto:
1 1 1 2 1 60 60 s n n n n n p f p n − − = = (2- 20) Vậy
f
2s= s.f
1(2 -22)
Sức điện động trên dây quấn rôto lúc đó là: E2s= 4,44f2sW2K2φm (2- 23) Với
f
2s= s.f
1 thế vào (2- 20)Ta đ−ợc:
E2s= 4,44f1W2K2φms (2- 24)
+ −u nh−ợc điểm của động cơ không đồng bộ ba pha
- −u điểm
Trong công nghiệp hiện nay phần lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha. Vì nó tiện lợi hơn, với cấu tạo mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so với động cơ một chiều
Ngoài ra động cơ không đồng bộ ba pha dùng trực tiếp với l−ới điện xoay chiều ba pha, không phải tốn kém thêm các bộ biến đổi. Vận hành tin cậy, giảm chi phí vận hành, bảo trì sửa chữa.
Bên cạnh những −u điểm động cơ không đồng bộ ba pha còn có những nh−ợc điểm sau:
Dễ phát nóng với Stato, nhất là khi điện áp l−ới tăng và đối với rôto khi điện áp l−ới giảm.
Làm giảm bớt độ tin cậy vì khe hở không khí nhỏ.
Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mômen cực đại giảm rất nhiều vì mômen tỉ lệ với bình ph−ơng điện áp.
