quay, điện năng đã được biến thành cơ năng.
Đồ thị quá trình năng lượng được biểu diễn như hình 1.8. rong đó số pha stato m1=3.
15
Hình 1.8. Giản đồ năng lượng trong động cơ không đồng bộ
P1: công suất điện động cơ tiêu thụ từ lưới điện:
P1 =3. U1 .I1 .cosφ1 (1.20) rong đó: 1, I1 là điện áp pha và dòng điện pha.
Pđt: công suất điện từ:
Pđt = 2' 2 '2 2 22 2
3 R R
I m I
s s (1.21)
Pcơ: công suất cơ trên trục:
Pcơ = 2' 2 21 2 22 21
3 ' s s
I R m I R
s s
(1.22)
P2: công suất hữu ích trên trục động cơ:
P2 = Pcơ - ∆Pmq (1.23)
Hiệu suất của động cơ điện:
(1.24)
∆P: tổng các công suất tổn hao trong máy:
∆P = Pth +Pj1 +Pj2 +Pmq (1.25) Pth: tổn hao thép hay tổn hao trong dây quấn trên stato
Pth = 3.R1 .I12 (1.26) Pj1: tổn hao đồng hay tổn hao sắt từ trong stato do dòng điện xoáy và từ trễ gây ra.
Pj2: tổn hao đồng hay tổn hao sắt từ trên dây quấn rotor
Pj2 = 3.R2’.I2’2 = m2.R2.I22 (1.27) Pmq: tổn hao ma sát cơ ở ổ trục quạt gió và phụ.
Tổn hao sắt từ trong lõi thép rotor nhỏ có thể bỏ qua vì tần số dòng điện rotor nhỏ.
hông thường người ta xác định gần đúng hiệu suất như sau:
2 2
2 0 t . n
P P P k P
(1.28)
16 rong đó: kt = I1/ I1đm hệ số tải
P0 = Pj1 + Pmq: tổn hao không tải
Pn: tổng tổn hao trên dây quấn stato và rotor (ηđm = 0,75 ÷0,95) 1.8. oment và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha 1.8.1. Moment của động cơ không đồng bộ ba pha
oment điện từ đt đóng vai trò moment quay:
M = Mđt = Pđt/ω1= Pđt.p/ω0 (1.29) ω1: tần số góc của từ trường quay ; ω0 : tần số góc dòng điện stato
(ω1 = ω0/p); p là số đôi cực từ.
Công suất điện từ: Pđt= 3I’22
R’2/s (1.30)
Dựa vào sơ đồ (b) hình1.6. ta tính được:
2
1 1 2
2 2 2
2 2 2
2 0 1 1 2
1 1 2
3. . . ' '
' ' . . ' '
U pU R
I M
R s R R X X
R X X
s s
(1.31)
Đồ thị moment theo hệ số trượt = fi(s) (hình 1.9.a)
Thay s = (n1-n)/n1 vào biều thức ta có mối quan hệ n = fi(M).
uan hệ n = fi( ), gọi là đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ (hình 1.9.b). Động cơ sẽ làm việc ở điểm q =Mc (hình 1.9.b ).
a) b)
Hình 1.9.a) Đồ thị thể hiện quan hệ giữa moment và hệ số trượt trong động cơ không đồng bộ; b) Đường đặt tính cơ của động cơ không đồng bộ.
17 Đặc điểm của moment quay:
oment tỉ lệ với bình phương điện áp M~U12, nếu 1 thay đổi, moment động cơ thay đổi rất nhiều.
oment có trị số cực đại max hay moment tới hạn Mth ứng với giá trị tới hạn sth
2 2
2 2
1 2
1 1 2
2 2
1 1 1
ax 2 2 2 2
0 1 1 1 2 1 1 1 1 2
2 1
0 1 1 2
' '
' '
3. . . .
2 ' 4 '
3. .
2 '
th
m th
R R
s R X X X X
pU m pU
M M
R R X X f R R X X
pU
R X X
(1.32)
Moment khởi động:
2
1 2
k 2 2
0 1 2 1 2
3. . '
. ' '
đ
p U R M
R R X X
(1.33) 1.8.2. ặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha
1.8.2.1. ặc tính tốc độ n = f(P2) Theo công thức hệ số trượt ta có:
n = n1 (1-s) hay 60f (1 )
n s
p (1.34)
rong đó: s = Pj2 /Pđt. Khi động cơ không tải Pj2<<Pđt nên s 0 động cơ điện quay gần tốc độ đồng bộ n n1. Khi tăng tải thì tổn hao đồng cũng tăng lên n giảm một ít, nên đường đặc tính tốc độ là đường xuống dốc.
1.8.2.2. ặc tính moment =f(P2)
a có = f(s) thay đổi rất nhiều nhưng trong phạm vi 0<s<sm thì đường = f(s) gần giống đường thẳng, nên 2 = f(P2) đường đi qua gốc tọa độ.
1.8.2.3. Đặc tính hiệu suất η = f(P2)
a có hiệu suất của máy điện không đồng bộ:
2 2
P 100%
P P
(1.35)
∑P tổng tổn hao, nhưng ở đây chỉ có tổn hao đồng thay đổi theo phụ tải còn các tổn hao khác là không đổi.
18 1.8.2.4. ặc tính hệ số công suất cosφ = f(P2)
Vì động cơ luôn luôn nhận công suất phản kháng từ lưới. Lúc không tải cosφ rất thấp thường < 0,2. Khi có tải dòng điện I2 tăng lên nên cosφ cũng tăng lên.
1
2 2
1 1
os P
c
P Q
(1.36)
rong đó P1 là công suất tác dụng (điện) động cơ tiêu thụ để biến đổi sang công suất cơ P2. Q1 là công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ để tạo ra từ trường cho máy.
Khi tải tăng, công suất P1 tăng và cosφ được tăng lên đạt đến giá trị định mức cosφ = 0,8 - 0,9.Khi quá tải dòng điện vượt định mức, từ thông tản tăng, Q1 tăng; do đó cosφ lại giảm xuống.
Hình 1.10. Các đường đặt tuyến của động cơ không đồng bộ 1.8.3. nh hưởng của các tham số đến dạng đặc tính cơ
1.8.3.1. nh hưởng của điện áp
Khi điện áp đặt vào động cơ giảm:
Từ phương trình: Mmax = Mth =
2 1
2 2
0 1 1
3
2 ( nm)
pU
R R X
(Dựa trên công thức (1.32) viết lại với Xnm = X1 + X’2)
Ta thấy moment tới hạn giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ giảm của điện áp.
Trong khi tốc độ đồng bộ: 0 2 60
n
không thay đổi.
19
Độ trượt tới hạn
2 2 2
1 1 2
' '
th
S R
R X X
không thay đổi.
- Mth nói lên khả năng quá tải của động cơ.
- Moment khởi động (Mkđ K U2 12P) giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp.
Hình 1.11. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha khi thay đổi điện áp Đặc tính này thích hợp với phụ tải bơm và quạt gió, không thích hợp với phụ tải không đổi. Ngoài ra đối với động cơ công suất lớn với phụ tải bơm hoặc quạt gió; người ta dùng phương pháp tăng dần điện áp đặt vào động cơ để hạn chế dòng điện khi khởi động.
1.8.3.2. nh hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator
Khi thêm điện trở phụ Rp vào Stator thì 0 không đổi, độ trượt tới hạn Sth giảm, momen tới hạn Mth giảm.
Khi thêm điện kháng phụ Xp vào mạch Stator thì tốc độ 0 không đổi, độ trượt tới hạn Sth giảm, momen tới hạn Mth giảm.
Chú ý: Nên chọn Rp hoặc Xp sao cho có cùng một moment khởi động (Mkđ), thì đường đặc tính ứng với Rp nằm gần trục tung hơn vì nó có tổn thất năng lượng lớn hơn.
S
0
U1
TN(Udm)
M
(N.m) MC
U2<U1<Udm Sth
0
U2
Mth Mth1
Mth2
20
1.8.3.3. nh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor
Đối với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn người ta mắc thêm điện trở phụ Rpvào mạch rotor để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ.
Khi đưa Rpvào mạch rotor thì ω0 = const; Mth = const; Sth=
' '
2 2
1 '2
R Rf
X X
= Var Rpcàng lớn thì Sth sẽ càng lớn, càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng mềm.
Khi thay đổi Rpta được một họ đường đặc tính biến trở .
Hình 1.12. Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn rotor.
1.8.3.4. nh hưởng của số đôi cực từ p
Để thay đổi số đôi cực ở stato người ta thường thay đổi cách đấu dây vì:
) 1 2 ( ) 1
0( S
p S f
(1.37) Nếu thay đổi số đôi cực p thì 0 thay đổi, do đó tốc độ động cơ cũng thay đổi.
Còn Sth không phụ thuộc vào p nên không thay đổi, nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ vẫn giữ nguyên. hưng khi thay đổi số đôi cực sẽ thay đổi cách đấu dây ở động cơ stato nên một số thông số như p, R1, X1 có thể thay đổi và do đó tùy từng trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến moment tới hạn Mth của động cơ.
Hình 1.13 biểu diễn đặc tính cơ thay đổi với p = 2 p1
và Mth= const.
0
0 s
Sth
TN (Rf=0)
Rp1
Sth1
Rp2
M (N.m)
Mth Rp1<Rp2
21
M(N.m) 0
02
01
p=1 p=2
S
Mth2 Mth1
P=1 P=2
0
01
02
Mth
M (N.m) S
Hình 1.13. a) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực, Mth= const; b) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực p1= const.
1.8.3.5. nh hưởng của tần số
Từ biểu thức
p f1
0
2
ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm thay đổi tốc độ từ trường quay và tốc độ động cơ thay đổi.
Xét trường hợp khi tăng tần số f1 f1đm, từ biểu thức (1.32) biến đổi ta có.
Mth= 2
1 2 1 2
8 . 3
f L
U p
n m f
(1.38)
Khi tăng tần số, Mth giảm (với điện áp giữ nguyên không đổi) do vậy:
Mth~ 2
1
1 f
rường hợp tần số f1 f1đm, nếu giữ nguyên điện áp thì dong điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ sẽ giảm theo tần số). Do vậy khi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định.
Trên (hình 1.14) trình bày đặc tính cơ khi f1 f1đm với điều kiện thì Mth giữ không đổi. Ở vùng f1 f1đm, Mth tỉ lệ nghịch với bình phương tần số.
22
Hình 1.14. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ Kết luận chương
Với chương I như nêu trên em đã trình bày được những nội dung chính:
Cấu tạo của động cơ gồm hai phần chính đó là stato và rotor.
ừ trường quay của dây quấn ba pha được hình thành ra sao và đặc điểm của từ trường đó.
Nguyên lý hoạt động của động cơ.
Thiết lập các phương trình cân bằng (cân bằng điện áp, cân bằng sức từ động).
Sơ đồ thay và biểu đồ năng lượng và hiệu suất động cơ điện không đồng bộ ba pha.
oment và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha.
f13
f1dm
0
01
02
Mth
M (N.m) S
f13<f1dm
f11>f12>f1dm
f11
f12
23
Chương : Á P Ơ P ÁP Ở Ộ Ộ Ơ Ô ỒNG BỘ BA PHA