CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.4. Động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc
Rotor lồng sóc là loại động cơ bao gồm nhiều lớp thép ở trong lõi với các thanh đồng hoặc nhôm được cách đều nhau và đặt dọc theo trục ngoại vi, cuối cùng sẽ bị chập vĩnh viễn ở 2 đầu khi đến các vòng cuối. Cấu trúc đơn giản nhưng rất chắc chắn này sẽ giúp cho rotor hoạt động thuận. thường được ứng dụng rỗng rãi trong đời sống và sản xuất công nghiệp như bơm nước, trộn nguyên liệu…
2.4.1. Cấu tạo của động cơ ba pha
Hình 2.7: Cấu tạo động cơ ba pha [3]
Cấu tạo của động cơ ba pha bao gồm 2 phần chính: Stator và Rotor.
Phần Stator: gồm các dây đồng quấn trên khung được ghép lại từ các lá thép kỹ thuật. Khi cho dịng 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: đây là phần quay của động cơ được ghép từ nhiều thanh kim loại tạo thành một cái lồng hình trụ.
2.4.2. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều ba pha là: khi ta cho dịng điện ba pha có tần số f vào ba dây quấn stator, chúng sẽ tạo ra từ trường quay có tốc độ là n1 = 60 f/p. Từ trường quay này sẽ cắt các thanh dẫn của dây quấn rotor và cảm ứng các sức điện động. Dây quấn rotor được nối kín mạch. Vì thế, sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rotor. Lực tác dụng tương hỗ của từ trường quay của máy và thanh dẫn mang dòng điện rotor, làm rotor quay với tốc độ n < n1 và cùng chiều với n1. Rotor ln có tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1. Nếu tốc độ của chúng bằng nhau, trong dây quấn rotor sẽ khơng cịn sức điện động và dịng điện cảm ứng, lực điện từ bằng khơng.
2.4.3. Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ ba pha
Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi số đơi cặp cực: dây quấn stator
có thể được nối thành bao nhiêu cặp số đơi cực khác nhau thì tốc độ động cơ cũng có bấy nhiêu cấp. Vì vậy, việc thay đổi tốc độ động cơ chỉ có thể thay đổi từng cấp một cách khơng bằng phẳng. Có nhiều cách để tiến hành thay đổi số đôi cực của phần dây quấn stator, chẳng hạn:
Đổi cách nối dây để có được các cặp số đôi cực khác nhau, thường dùng trong động cơ điện hai tốc độ, căn cứ theo tỷ lệ 2:1. Trên rãnh stator, đặt hai dây quấn độc lập có các cặp số đơi cực khác nhau, thường thì để đạt hai tốc độ theo tỷ lệ là 4:3 hoặc 6:5. Trên rãnh stator của động cơ có đặt hai dây quấn độc lập ln có cặp số đơi cực khác nhau, mỗi dây quấn của nó lại có thể thay đổi cách nối để có được các số đơi cực khác nhau.
Dây quấn rotor trong động cơ ba pha khơng đồng bộ chính là rotor dây quấn có số đơi cực bằng với số đơi cực của tồn bộ dây quấn stator. Do đó, khi đấu lại dây quấn stator cho động cơ để có được các cặp số đơi cực khác nhau thì dây quấn rotor cũng phải được đấu lại, điều này sẽ không tiện lợi chút nào.
Ngược lại, cuộn dây quấn rotor lồng sóc ln thích ứng với bất kì cặp số đơi cực nào của dây quấn stator. Do đó thích hợp cho động cơ điện thay đổi cặp số đôi cực để điều chỉnh tốc độ. Mặc dù điều chỉnh ở tốc độ nhảy cấp, nhưng động cơ ba pha này có có ưu điểm đó là giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Tốc độ của động cơ khơng đồng bộ có giá trị bằng n = n1(1-s) = (60f/p).(1-s).
Khi đó hệ số trượt có sự thay đổi ít thì tốc độ sẽ tỷ lệ thuận với tần số. Mặt khác, từ biểu thức E1=4.44f1W1KdqØmax, do đó, ta nhận thấy Ømax lại tỷ lệ thuận với E1/f1.
Nếu mong muốn giữ cho giá trị Ømax = const thì cần phải điều chỉnh đồng thời
cả E/f. Điều này có nghĩa là động cơ phải sử dụng một nguồn điện đặc biệt, đó chính là các bộ biến tần.
Do sự phát triển mạnh mẽ như vũ bão của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất nên các bộ biến tần cũng đã ra đời. Chúng đã mở ra một triển vọng vô cùng lớn trong lĩnh vực điều khiển động cơ điện xoay chiều bằng phương pháp thay đổi tần số. Sử dụng biến tần để giúp điều khiển động cơ theo các quy luật khác nhau (quy luật U/f, điều khiển véc tơ…) đã tạo ra những hệ điều khiển tốc độ động cơ với nhiều tính năng vượt trội.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stator: ta đã biết,
hệ số trượt giới hạn của Sth không hề phụ thuộc vào điện áp, nếu R’2 không đổi thì khi chúng ta thực hiện giảm tốc điện áp nguồn U, hệ số trượt tới hạn là Sth sẽ khơng cịn là Mmax giảm tỷ lệ với U2. Phương pháp này chỉ được áp dụng đối với máy mang tải, cịn khi máy khơng mang tải mà có sự giảm điện nguồn, tốc độ lúc này cũng gần như không đổi.
Điều tốc bằng cách thay đổi điện trở của động cơ rotor dây quấn:
Thông qua vành trượt, chúng ta nối một biến trở ba pha để có thể điều chỉnh được vào trong dây quấn rotor. Với một moment tải nhất định, khi đó điện trở phụ càng lớn bao nhiêu sẽ đồng nghĩa với giá trị của hệ số trượt ở điểm làm việc càng lớn bấy nhiêu, nghĩa là tốc độ động cơ lại càng giảm xuống. Vì moment thường có tỷ lệ cùng với cơng suất Pđt, cho nên ta có: (r2/ s2) = ((r2 + rf)/ s).
Do Pđt của bản thân khơng đổi, dịng điện I2 cũng không đổi cho nên một bộ
phận công suất cơ trước kia đã được biến đổi thành tổn hao đồng: I2 x Rf. Vì lúc đó cơng suất đưa vào được tính là khơng đổi nên dẫn đến hiệu suất giảm, đây cũng chính là nhược điểm của phương pháp này.