Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng tốc độ quay của từ trường n1 gọi là máy điện đồng bộ. Máy điện đồng bộ có 2 dây quấn: dây quấn stato nối với lưới điện có tần số f không đổi, dây quấn rôto được kích thích bằng dòng điện một chiều. ở chế độ xác lập máy điện đồng bộ có tốc độ quay rôto luôn không đổi khi tải thay đổi.
Động cơ đồng bộ đ−ợc sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suất trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao. Động cơ đồng bộ thường dùng cho máy bơm, quạt gió, các hệ truyền động của nhà máy luyện kim và cũng thường được sử dụng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát -
động cơ công suất lớn.
−u điểm của động cơ đồng bộ là có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cosφ và hiệu suất lớn.
Mạch stato của nó tương tự động cơ không đồng bộ, mạch rôto có cuộn kích từ và cuộn dây khởi động.
+ Các đặc tính của động cơ đồng bộ
Khi đóng stato động cơ đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tấn số f1 không đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ không đổi là tốc độ đồng bộ:
ω= 2πf1p-1 (2- 25)
Trong phạm vi mômen cho phép M≤ Mmax , đặc tính cơ là tuyệt đối cứng, nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ β= ∞. Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ
đ−ợc trình bày trên hình: 2.5 ω
ω1
0 Mmax M Hình 2.5: Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ
Khi mômen v−ợt quá trị số Mmax thì tốc độ động cơ sẽ mất đồng bộ . Trong hệ truyền động dùng động cơ đồng bộ người ta còng sử dụng đặc tÝnh gãc:
M= f(θ)
Đặc tính góc biểu diễn quan hệ giữa mômen của động cơ với góc lệnh của véc tơ điện áp pha lưới điện và vectơ sức điện động cảm ứng trong dây quấn stato do từ tr−ờng một chiều rôto sinh ra.
Đặc tính M= f(θ) đ−ợc xây dựng bằng cách sử dụng đồ thị véctơ của mạch stato với giả thiết bỏ qua điện trở R của mạch stato.
Hình 2.6: Đồ thị véc tơ của mạch stato động cơ đồng bộ.
Trên đồ thị véctơ Hình 2.6:
U - điện áp pha l−ới (V)
E - sức điện động pha stato (V) I1- dòng điện stato (A)
XS- điện kháng pha stato bằng tổng điện kháng cuộn dây một pha của cuén stato: Xs = Xμ + X1,
θ góc lệch pha giữa U và E
φ - góc lệch pha giữa véctơ điện áp U1 và dòng điện I1. Từ đồ thị véctơ ta có:
U1cosφ = Ecos(φ - θ) Theo tam giác ABC: cos(φ - θ)=
1
sin
s
U I X
θ Thay vào ph−ơng trình trên ta
đ−ợc: U1cosφ = E
1
sin
s
U I X
θ hay U1I1 cosφ = 1sin
s
EU
X θ
U1I1 cosφ là công suất một pha của động cơ.
Vậy công suất ba pha của động cơ là:
P = 3 1sin
s
EU
X θ (2- 26) Momen động cơ:
M=
1
P
ω = 1
1
3 sin
s
EU
X θ
ω (2- 27)
Đây là phương trình đặc tính góc của động cơ đồng bộ.
Một cách gần đúng ta thấy đặc tính góc có dạng hình sin biểu diễn trên hình 2.7
Hình 2.7: Đặc tính góc của động cơ đồng bộ.
Khi θ= π/2 ta có biểu đồ cực đại:
Mmax= 1
1
3
s
EU
ωX (2- 28)
Lúc này: M= Mmsinθ, Mm đặc tr−ng cho khả năng quá tải của động cơ, khi tải tăng góc lệch θ, nếu θ > π/2 thì mômen giảm.
Động cơ đồng bộ thường làm việc định mức với θđm = 450. Hệ số quá tải về mômen:
λM = Mm
Mủt = 2ữ 2.5
Những điều phân tích ở trên chỉ đúng với động cơ đồng bộ cực ẩn và mômen chỉ xuất hiện khi có kích từ voà rôto. Còn với động cơ đồng bộc cực lồi do sự phân bố khe hở không khí giữa rôto và stato không đều nên trong máy xuất hiện mômen phản kháng phụ và phương trình đặc tính góc có dạng sau:
M=
2
1 1
1
3 1 1
sin sin 2
d 2 q d
U E U
X θ X X θ
ω
⎡ ⎛ ⎞ ⎤
+ −
⎢ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎥
⎢ ⎝ ⎠ ⎥
⎣ ⎦ (2- 29)
Xq, Xd là điện kháng dọc trục và ngang trục.
Đ−ờng cong biểu diễn momen sẽ là tổng của hai thành phần:
M1= 3 1sin
d
EU
X θ, và M2=
2 1
1
3 1 1
sin 2
2 q d
U
X X θ
ω
⎛ ⎞
⎜ − ⎟
⎜ ⎟
⎝ ⎠ (2- 30)
Trên đồ thị đặc tính góc biểu diễn M1, M2 bằng các đường nét đứt. Đối với máy cực ẩn Xq= Xd nên M2= 0 và M= M1. Nh−ng th−ờng M2 rất nhỏ nên có thể bỏ qua. Khi đó đặc tính góc của động cơ cực ẩn và cực lồi nh− nhau.
Ch−ơng 3