MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
VII. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
4. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch rôto của động cơ rôto dây quấn
Thay đổi điện trở dây quấn rôto bằng cách mắc thêm biến trở ba pha vào mạch rôto như (hình 3-20a). Biến trở điều chỉnh tốc độ phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn hơn so với biến trở mở máy. Họ đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn khi có biến trở điều chỉnh tốc độ vẽ trên hình 3-20b. Ta thấy rằng khi tăng điện trở, tốc độ quay của động cơ giảm.
Nếu mômen cản không đổi, dòng điện rôto không đổi, khi tăng điện trở để giảm tốc độ sẽ tăng tổn hao công suất trong biến trở, do đó phương pháp này không kinh tế.
Tuy nhiên phương pháp đơn giản, điều chỉnh trơn và khoảng điều chỉnh tương đối rộng, được sử dụng điều chỉnh tốc độ quay của động cơ công suất cỡ trung bình.
Nhìn chung, khả năng điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ bị hạn chế.
Đây là nhược điểm của động cơ không đồng bộ.
VIII. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 1. Động cơ không đồng bộ một pha.
Động cơ không đồng bộ một pha thường được dùng trong các thiết bị điện sinh hoạt và công nghiệp, công suất thường bé, từ vài Watt đến vài trăm Watt, sử dụng nguồn điện xoay chiều một pha.
Do sử dụng nguồn xoay chiều 1 pha nên động cơ không đồng bộ 1 pha được dùng khá phổ biến trong sinh hoạt & sản xuất nhỏ. Tuy nhiên do cấu tạo tương đối phức tạp, nên giá thành thường cao, vận hành, bảo quản cũng khó khăn hơn.
a). Cấu tạo.
Gồm hai bộ phận chính:
+ Stato (Phần tĩnh);
+ Rôto (Phần quay).
Ngoài ra còn có các bộ phận khác: vỏ máy, nắp máy, chân đế, hộp đấu dây, tụ điện, quạt làm mát, ngắt điện ly tâm, hay rơle dòng điện, rơle điện áp,...
- Stato (phần tĩnh):
Phần tĩnh gồm: mạch từ, dây quấn.
+ Mạch từ có cấu tạo giống như mạch từ stato máy điện không đồng bộ 3 pha.
+ Dây quấn stator gồm: dây quấn chính (dây quấn làm việc), và dây quấn phụ (dây quấn khởi động) có kết cấu thường không giống nhau, đặt lệch nhau 1 góc 900 điện trong không gian.
- Rôto (phần quay):
Rôto động cơ không đồng bộ 1 pha thường là rôto lồng sóc, có cấu tạo như rôto động cơ không đồng bộ 3 pha.
b) Nguyên lý làm việc.
Để hiểu được nguyên lý làm việc của động cơ điện một pha, trước tiên ta phải phân tích sự hình thành từ trường trong bộ dây quấn một pha.
Để động cơ điện một pha có thể tự khởi động được và quay theo chiều nhất định thì phải có mômen mở máy (nghĩa là lúc n = 0 và M ≠ 0), tức phải có từ trường quay.
Muốn thế, trên mạch từ phải bố trí hai bộ dây quấn: một bộ gọi là cuộn làm việc và bộ kia gọi là cuộn khởi động đặt cách cuộn làm việc một góc 900 điện trong không gian và dòng điện trong 2 cuộn dây đó phải lệch nhau một góc 900 về thời gian.
Để tạo sự lệch đó người ta mắc nối tiếp vào dây quấn phụ (cuộn khởi động) một tụ điện hay một điện trở hay một cuộn dây gọi chung là phần tử dịch pha trong đó tụ điện thường được dùng hơn vì có nhiều ưu điểm hơn.
Để hiểu rừ hơn ta xột sự hỡnh thành từ trường quay của động cơ đơn giản có dây quấn hai pha, mỗi pha chỉ có 1 bối dây, dòng điện chạy trong dây quấn chính iA và dây quấn phụ iB.
Biểu thức dòng điện các pha:
A max
i = I sin t
0
B max
i = I sin( t + 90 )
c) Mở máy động cơ không đồng bộ một pha.
+ Khởi động động cơ dùng tụ thường trực.
Tụ điện được mắc nối tiếp với dây quấn phụ vừa tham gia vào quá trình khởi động động cơ vừa tham gia vào quá trình làm việc, chính vì vậy mới gọi là tụ thường trực (hình 3-31). Nhờ thế động cơ được xem như là động cơ hai pha, loại này có đặt tính làm việc ổn định, hệ số công suất cosφ tương đối cao nhưng mômen khởi động thấp. Do đó thường được sử dụng cho các động cơ có công suất bé.
+ Khởi động động cơ dùng tụ khởi động.
Để tạo mômen khởi động lớn, dây quấn phụ được mắc nối tiếp với 1 tụ điện có điện dung lớn và 1 ngắt điện tự động (vít ly tâm hay rơle dòng điện,…) (hình 3-32). Khi tốc độ động cơ đạt khoảng 75% tốc độ định mức, vít ly tâm sẽ tác động ngắt mạch phụ ra khỏi nguồn, lúc này chỉ có cuộn chạy làm việc. Động cơ loại này có mômen khởi động lớn nhưng hệ số công suất không cao, được sử dụng cho các không cơ công suất lớn.
+ Khởi động động cơ dùng tụ thường trực và tụ khởi động.
Để có được ưu điểm của 2 dạng trên, nhất là để tạo ra mômen khởi động lớn người ta dùng 2 tụ điện: một tụ thường trực và một tụ khởi động. Khi khởi động điện dung nối tiếp với cuộn dây phụ (CLV + CKĐ) nhờ thế MKĐ sẽ lớn, thời gian khởi động được rút ngắn (hình 2-33).
Hình 3-29. Đồ thị hình sin một pha.
Hình 3-32. Động cơ một pha dùng tụ khởi động.
Hình 3-31. Động cơ một pha dùng tụ thường trực.
+ Khởi động động cơ không dùng tụ điện.
Ở một số động cơ, thường công suất bé khoảng 1/4
1/3 HP có thể dùng chính trở kháng của dây quấn phụ để tạo sự lệch pha của dòng điện trong dây quấn chính và dây quấn phụ, nhưng lúc này góc lệch pha bé thường chỉ đạt từ 300 đến 450. Loại này có mômen khởi động lớn hơn so với loại dùng tụ điện thường trực nhưng bé hơn loại dùng tụ khởi động (hình 2-34).
+ Khởi động động cơ một pha dùng vòng đồng ngắn mạch:
Với các động cơ điện 1 pha công suất nhỏ khi khởi động thường không mang tải hay tải nhỏ thì được chế tạo theo kiểu vòng ngắn mạch. Trên các cực từ lồi của stato người ta xẻ rãnh và đặt vào đó 1 vòng đồng ngắn mạch ôm lấy khoảng 1/3 cực từ. Vòng ngắn mạch đóng vai trò như cuộn dây quấn phụ.
Khi cấp điện áp vào cuộn dây, sẽ xuất hiện dòng điện xoay chiều chạy trong dây quấn sinh ra trên các cực từ một từ thông . Từ thông chia ra 2 phần.
+ Từ thông 1 xuyên qua phần cực từ ngoài vòng ngắn mạch có giá trị lớn.
+ Từ thông 2 xuyên qua phần cực từ có vòng ngắn mạch 2 = - 1.
Từ thông 2 biến thiên nên trong vòng ngắn mạch sẽ cảm ứng 1 sđđ ev chậm sau
2 một góc 900. Sđđ ev sinh ra dòng iv chậm sau ev một góc là v, dòng iv lại sinh ra từ thông 2’ cùng pha chạy trong phần mạch từ có vòng ngắn mạch có khuynh hướng làm giảm từ thông tổng trong vòng ngắn mạch là v = 2 + 2’.
Có thể gọi 1 là từ thông chính, v là từ thông phụ cả hai từ thông này đều khép mạch qua rôto và các cực từ. Hai từ thông 1 và 2 lệch nhau 1 góc về thời gian và lệch nhau 1 góc về không gian nên tạo ra một từ trường quay và động cơ sẽ có mômen khởi động làm cho động cơ quay.
Động cơ điện 1 pha dùng vòng ngắn mạch có cấu tạo đơn giản nên giá thành hạ, nhưng mômen khởi động nhỏ, hệ số công suất cos thấp, hiệu suất thấp và khả năng quá tải kém nên chỉ được dùng ở công suất nhỏ.
Hình 3-36. Véctơ từ thông .