Đề tài MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM LLV SIM ĐỂ MÔ PHỎNG 3D MÁY ĐIỆN 1 PHA AC

CHƯƠNG 1:CÁC NGUYÊN LÝ CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ I.Các nguyên lí của quá trình biến đổi năng lượng điện cơ I.1.Lực và moment trong hệ các mạch từ - Khi thanh dẫn mang dòn

ĐỀ CƯƠNG BÁO CÁO Học Phần: Đồ Án 1

Đề tài: MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM LLV SIM ĐỂ MÔ PHỎNG 3D

MÁY ĐIỆN 1 PHA AC

Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn Khấn

Sinh viên thực hiện : Huỳnh Thanh Sử

Cần thơ, ngày 24 tháng 01 năm 2022

ĐỀ CƯƠNG BÁO CÁO Học Phần: Đồ Án 1 Đề tài: MÔ

PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM LLV SIM ĐỂ MÔ PHỎNG 3D MÁY ĐIỆN 1 PHA AC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án trên là công trình nghiên cứu của riêng bản thân mìnhdưới sự hướng dẫn của Ths Nguyễn Văn Khấn Những nhận định được nêu ratrong đồ án cũng là kết quả từ sự nghiên cứu trực tiếp, nghiêm túc, độc lập của bảnthân tác giả dựa và các cơ sở tìm kiếm, hiểu biết và nghiên cứu tài liệu khoa họchay bản dịch khác đã được công bố Đồ án vẫn sẽ giúp đảm bảo được tính kháchquan, trung thực và khoa học

Cần Thơ, ngày 24 tháng 01 năm 2022

Sinh viên thực hiện

CÁC NGUYÊN LÝ CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ 1

I Các nguyên lí của quá trình biến đổi năng lượng điện cơ 1

I.4 Năng lượng và lực từ trong hệ một nguồn kích từ 5

I.6 Lực và moment trong hệ các mạch từ có nam châm vĩnh cửu 9 I.7 Năng lượng và lực từ trong hệ nhiều nguồn kích từ 10

I.1 Máy điện không đồng bộ 11

I.5.Sức điện động cảm ứng trong máy điện xoay chiều 21

II.Nguyên lý hoạt động máy điện không đồng bộ (KĐB) 3 pha 23

II.5 Thông số động cơ KĐB

VI Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 45

1 Tìm hiểu cấu tạo và ghi các số liệu định mức của động cơ 47

3 Đổi chiều quay và đo tốc độ của động cơ, xác định hệ số trượt: 49

7 Thí nghiệm điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp U 1 : 52

CHƯƠNG 1:

CÁC NGUYÊN LÝ CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ

I.Các nguyên lí của quá trình biến đổi năng lượng điện cơ

I.1.Lực và moment trong hệ các mạch từ

- Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường ( đó là trường hợp thường gặp trong động cơ điện, thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng, có trị số là:

= Bil

Trong đó : B - từ cảm do bằng T;

I - dòng điện do bằng A ;

L - chiều dài hiệu dụng thanh dẫn đo bằng m;

- lực điện từ đo bằng N (Niuton)

- Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái

Định luật Lorentz: = q ( + × )

Nếu chỉ có từ trường: = q ×

Mà q = I.t

I.2

Moment trong hệ mạch từ

Mạch từ là mạch kép kín dùng để dẫn từ thông Là mạch từ đơn giản , đồng nhất bằng thép kĩ thuật điện, và có một dây quấn

HL = wi

Trong đó: H - cường độ từ trường trong mạch từ do bằng A/m;

l - chiều dài trung bình của mạch từ đo bằng m;

W - số vòng dây của cuộn dây;

Dòng điện i tạo ra từ thông cho mạch từ, gọi là dòng điện từ hóa

Tích số wi được gọi là sức từ động

Hl được gọi là từ áp rơi trong mạch từ

Biết I=10A, B=0,5T, R=0,1m, l=0,3m, α=30o

Tính lực điện từ Fe tác động lên mỗi thanh dẫn rotor?

Tính moment tác động lên 2 thanh dẫn rotor?

W

elec  W Wfld W W

mech

I.3 Cân bằng năng lượng

elec - dWmech = dWfld

I.4 Năng lượng và lực từ trong hệ một nguồn kích từ

- Năng lượng là đại lượng vật lý mà phải được chuyển đến một đối tượng để thực hiện một công trên, hoặc để làm nóng, các đối tượng Năng lượng là một đại lượng được bảo toàn; định luật bảo toàn năng lượng cho biết năng lượng có thể được chuyển đổi thành các dạng khác nhau, nhưng không tự nhiên sinh ra hoặc mất đi

- Các dạng năng lượng phổ biến bao gồm động năng của vật chuyển động, năng lượng tiềm tàng được lưu trữ bởi vị trí của vật trong trường lực (lực hấp

dẫn, điện hoặc từ), năng lượng đàn hồi được lưu trữ bằng cách kéo căng vật thể rắn, năng lượng hóa học được giải phóng khi nhiên liệu bị đốt cháy, năng lượng bức xạ mang theo ánh sáng và năng lượng nhiệt do nhiệt độ của một vật thể

Wfld = v

b) Với x=0,01m, tính và lực ?

Với

Vì F = NI= =N = N với =

- Mạch tuyến tính, nên =

I.5 Tính toán lực từ: Đồng năng lượng

d ( ,x)=id - dx tính theo lva x

( ,x) = Định nghĩa “ đồng năng lượng” theo i và x:

(i,x) =i ( ,x)Tương tự, moment:

Với hệ thống tuyến tính, , có thể đồng năng lượng:

Khi mạch từ tuyến tính, và I tỷ lệ:

ffld = -

ffld =

-I.6 Lực và moment trong hệ các mạch từ có nam châm vĩnh cửu

(i,x) =i ( ,x)= ( ,x) Với ( =0,x)= ,x)d

Trong đó là dòng điện chạy trong cuộn dây giả tưởng tạo ra từ trường vừa đủkhử từ trường NCVC

W fld(0, x0)=  0

W' fld= i2

I.7 Năng lượng và lực từ trong hệ nhiều nguồn kích từ

Ví dụ: Máy điện có 2 cuộn dây, mạch từ tuyến tính (chế độ động cơ)

Chương 4: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

I Giới thiệu máy điện quay AC

I.1 Máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện

từ, có tốc độ của rotor n khác với tốc độ từ trường quay trong máy n Máy điện khôngđồng bộ có thể làm việc ở hai chế độ: động cơ và máy phát

Khi phân loại máy điện không đồng bộ, có thể căn cứ theo:

● Theo kết cấu của vỏ, có thể chia làm các loại: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín,kiểu chống nổ, kiểu chống rung…

PAGE \* MERGEFORMAT 14

● Theo kết cấu của rotor chia làm hai loại: kiểu rotor dây quấn và kiểu rotor lồngsóc

● Theo số pha: kiểu một pha, hai pha, ba pha.

Dây quấn stator

Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các ranhcủa lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từtrường quay

Trục của máy điện không đồng bộ làm bằng thép, trên đó gắn lõi thép roto

Dây quấn rotor

Dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ có hai kiểu: rotor ngắn mạch còn gọi là rotorlồng sóc và rotor dây quấn

PAGE \* MERGEFORMAT 14

Rotor lồng sóc: gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch

bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu Với động cơ nhỏ, dây quấn rotor được đúc nguyênkhối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát Các động cơcông suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặtvào vành ngắn mạch

Rotor dây quấn: cũng quấn giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ như

dây quấn stator Dây quấn kiểu này luôn luôn đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu vào bavành trượt, gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục Ba chổi than cố định vàluôn tỳ trên vành

trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi độnghoặc điều chỉnh tốc độ

- Nguyên lý làm việc máy phát điện không đồng bộ

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khí xuấthiện từ trường quay với tốc độ n = 60f/p (f là tần số lưới điện; p là số đội cực từcủa máy; n là tốc độ từ trường quay bậc một) Từ trường này quét qua dây quấnnhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt roto, làm cảm ứng trong dây quấn roto cácsức điện động E, Do roto kín mạch nên trong dây quấn roto có dòng điện I, chạyqua Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từthông tống ở khe hở Dòng điện trong dây quấn roto tác dụng với từ thông khe hởsinh ra mô men Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của roto.Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khácnhau Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ

- Các đại lượng định mức

Máy điện không đồng bộ có các đại lượng định mức đặc trưng cho điều kiện kỹthuật của máy Các trị số này do nhà máy thiết kế, chế tạo qui định và được ghitrên nhãn máy Máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ nêntrên nhãn máy chỉ ghi các trị số làm việc của chế đô động cơ ứng với tải định mức

● Dòng điện định mức

● Điện áp dây định mức

● Kiểu đấu sao hay tam giác

PAGE \* MERGEFORMAT 14

● Tốc độ quay định mức

● Hiệu suất định mức

● Hệ số công suất định mức

- Công dụng của máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơđiện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nênđộng cơ không đồng bộ là loại máy được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngànhkinh tế quốc dân Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làmnguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy côngcụ… Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng làmmáy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày máy điệnkhông đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, động cơ tủlạnh…Tóm lại phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi

Tuy vậy máy điện không đồng bộ có những nhược điểm sau: cosφ của máy thườngkhông cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của nó có phần

bị hạn chế

PAGE \* MERGEFORMAT 44

Với dòng điện một chiều cấp vào cuộn dây, sức từ động trên khe hở kk là: Fa

=

Họa tần bậc 1 của sức từ động theo không gian: Fa1 = cos

Dây quấn rải, có họa tần bậc 1 của sức từ động : Fa1 = cos )

Dây quấn rải, nhiều cặp cực=P, có họa tần bậc 1: Fa1 = cos )

Ví dụ 4.1: Cho máy điện như hình trên, stator pha a có:2 cực8 vòng/khe,mang dòng điện ia

Có tất cả 24 khe quấn dây, trong đó pha a ở vị trí 8 khe:a=67,5o, 82,5o, 97,5o,112,5o và

PAGE \* MERGEFORMAT 44

Sức từ độngphía rotor:

I.3Từ trường trong máy điện quay

H= =

Ví dụ 4.2a: Cho máy điện có rotor 4 cực, dây quấn rải, 263 vòng/pha, hệ sốdây quấn 0,935, khe hở kk 0,7mm Tính biện độ dòng điện cần cung cấp để tạo rabiên độ từ trường 1,6T trong khe hở kk?

Ví dụ 4.2b: Cho máy điện có rotor 2 cực, dây quấn rải, 830 vòng/pha, khe hở kk 2,2cm Từ trường được tạo ra bởi dòng điện có biện

độ 47A, và từ trường đo được trong khe hở kk là 1,35T? Tính hệ số dây quấn rotor kr

Stator

Roto

- Nguyên lý làm việc máy phát điện không đồng bộ

- Các đại lượng định mức

- Công dụng của máy điện không đồng bộ

I.4.Sức từ động trong máy điện xoay chiều

PAGE \* MERGEFORMAT 44

Nếu cấp vào cuộn dây dòng điện xoay chiều: ia=Imcos(ωet), sức từ động theo

không gian và thời gian : = cos(P ) cos(ωet)

là 2 vector quay ngược chiều nhau với tốc độ ψωe theo thời gian

+ -

5.2 Các phương trình cơ bản.

-Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn stato:

- Máy điện KĐB làm việc thì dây quấn rôto phải kín mạch (thường ngắnmạch) Khi nối dây quấn stato với nguồn ba pha, ta có phương trình cânbằng sđđ khi rôto quay giống như khi đứng yên:

Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rôto: Từ trường khe hở do stđ F0 sinh

ra quay với tốc độ n1 Nếu rôto quay với tốc độ n cùng chiều từ trường thìgiữa rôto và từ trường có tốc độ trượt n2 = n1 - n, vậy tần số sđđ và dòngđiện trong dây quấn rôto:

PAGE \* MERGEFORMAT 44

Phương trình cân bằng stđ : (vì stđ stato và rôto quay cùng )

+ = + =

Phương trình đặc trưng của máy điện KĐB khi rôto quay:

+

Nhiều pha:

ia(t) =Im cos(ωet)

ib(t) = Im cos(ωet – 1200)

ic(t) = Im cos(ωet+ 1200) =

PAGE \* MERGEFORMAT 44

=

=> F( ,t)= hay F( ,t)=

Sức từ động tổng quay với vận tốc góc: = =

Vận tốc quay của từ trường:n = 60 = = (vòng/phút=r/min=RPM)

Ví dụ 4.3: Tính tốc độ quay (vòng/phút) của từ trường cho máy điện 3 pha50Hz có số cáp cực là 1, 2, 3?

Phân tích hình học:

I.5.Sức điện động cảm ứng trong máy điện xoay chiều

B = H= cos(P = P )

= = =

Ví dụ 4.4: Máy phát 3 pha, nối Y, 50Hz:

Rotor quay 3000RPM, dòng kích từ rotor If = 720Adc Tínha)Sức từ động cực đại Fm?

b)Cường độ từ trường B m trong khe hở kk?

c)Từ thông dưới mỗi cực từ?

d)Sức điện động cảm ứng hở mạch phía stator?

I.6.Hiện tượng bảo hòa mạch từ và từ thông tản

Hiện tượng bảo hòa mạch từ

Từ thông tản

II.Nguyên lý hoạt động máy điện không đồng bộ (KĐB) 3 pha

II.1.Cấu tạo

Động cơ KĐB: Tốc độ rotor # tốc độ trường quay

Dễ sản xuất, giá thành rẻ, dễ vận hành, không bảo trì

>2HP (1500W) hay 3HP (2250W) : 3 pha

Stator: ba cuộn dây nối Y hay ∆, lá thép kỹ thuật điện.

B

C

PAGE \* MERGEFORMAT 44

Rotor: rãnh nghiêng (tránh dao động, khóa răng stator)

Lồng sóc (đơn giản, dễ chế tạo, bền, không bảo trì, )

Dây quấn(luôn đấu Y, có vành trượt, chổi than để mở máy Thông thường số

cực của rotor bằng với số cực stator) Rotor bar

Rotor dây quấn Rotor lồng sóc

PAGE \* MERGEFORMAT 44

II.2.Từ trường quay

PAGE \* MERGEFORMAT 44

Xét khi p=2, mỗi chu kỳ (360º) thì từ trường quay 1/2 vòng

A

PAGE \* MERGEFORMAT 44

PAGE \* MERGEFORMAT 44

= (vòng/ phút)

Rotor bar



B rotati ng

B

PAGE \* MERGEFORMAT 44

Số cực của rotor dây quấn bằng với số cực của stator.

Dây quấn rotor nối Y

PAGE \* MERGEFORMAT 44

Nối thêm biến trở cho ba cuộn dây rotor để mở máy hay điều khiển tốc độ

Khi từ trường quay sinh dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn (cuộn dây)rotor.Dòng điện trong từ trường sinh ra lực từ kéo rotor quay theo quy tắc bàn tay

trái.Tốc độ rotor n< để còn tồn tại dòng điện cảm ứng: Không đồng bộ

II.4 Dòng điện rotor.

= -(90º + ) với là hệ số công suất của rotor

PAGE \* MERGEFORMAT 44

II.5 Thông số động

cơ KĐB

Công suất cơ hữu ích trên trục ψ(W, ψkW, ψHP ψ≈745.7W)

Điện áp dây stator (V, kV)

Dòng điện dây stator (A)

III.Mạch tương đương

= do sức từ động không đổi khi rotor quay hay đứng yên

PAGE \* MERGEFORMAT 44

Stator với dòng từ hóa Rotor quay quy về đứngyên

Stator với dòng từ hóa Rotor quy về stator

Stator với dòng từ hóa Rotor quy vềstator

Stator với dòng từ hóa Rotor quy về stator

jX m

PAGE \* MERGEFORMAT 44

Mạch tương đương động cơ KĐB với tổn hao sắt từ

Mạch tương đương động cơ KĐB

Mạch tương đương dạng hình Γ

Mạch tương đương đơn giản của động cơ K ĐB

I. Phân bố công suất và hiệu suất

1 s s

jX m

1 s s

P in P gap =P đt Pm= Pcơ P out

Phân bố công xuất trong ĐC KĐB 3 pha

V Thí nghiệm không tải, thí nghiệm ngắn mạch

Loại Động cơ

6

Theo tiêu chuẩn IEEE 112

V.2 Thí nghiện không tải

Không tải: n → ψns :s→0, Pthcơ ψ ψ≠ 0

PAGE \* MERGEFORMAT 52

Mạch tương đương dạng hình Γ

Không tải: n → ψns :s→0, Pthcơ ψ ψ≠ 0

VI Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Mạch tương đương động cơ KĐB

Mạch tương đương của động cơ KĐB

' r

Sử dụng biến đổi Thevenin chon mạch stator

Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐBGiả sử Rm << Xm (hay Rc>>Xm):

İ m

PAGE \* MERGEFORMAT 52

PHẦN II MÔ PHỎNG 3D LLV SIM VÀ KẾT QUẢ

I MỤC ĐÍCH & YÊU CẦU THÍ NGHIỆM:

1. Mục đích thí nghiệm:

- Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ ba pha

- Nắm được các phương pháp hòa đồng bộ bằng các thiết bị đơn giản

- Khảo sát và nghiên cứu một số đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ

2.Yêu cầu :

- Xem kỹ phần phụ lục để biết được các thiết bị, cách ghép nối, các từ và thuật ngữmới

cần thiết cho bài thí nghiệm

- Xem lại các đặc điểm chính của mạch điện 3pha Lý thuyết máy phát đồng bộ

- Tìm hiểu cấu tạo ghi các số liệu định mức của máy phát điện đồng bộ thí nghiệm

II. CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:

NỘI DUNG THÍ NGHIỆM:

Tìm hiểu cấu tạo và ghi các số liệu định mức của động cơ.

Công tắt DISPLAY để ở vị trí SPEET

Đo điện trở một chiều của các cuộn dây stato.

Sơ đồ nối dây để do điện trở một chiều của các cuộn dây stato như hình 2-8.Trên cửa sổ Metering chuyển các cửa sổ đo dòng điện và điện áp sang chế

độ do dòng diện và điện áp một chiều

Dùng nguồn cung cấp điện một chiều DC điều chỉnh được từ 0-220V (đầu N) Vôn kế E1, E2, E3 Ampe kế I1, I2 ,I3 đấu nối với các cuộn dây của động cơnhư hình 2-8

7-Bật nguồn, xoay núm điều chỉnh tăng điệp áp ghi lại các trị số đo được trêncác cửa sổ đo E và I vào bảng số liệu, sau đó mở bảng số liệu để in hoặc ghi vàobảng 1 Từ các số liệu đo được xác định điện trở một chiều của cuộn dây theo côngthức sau:

Hình 2-8Tắt nguồn, xoay núm điều chỉnh điện áp về vị trí min, tháo gỡ các dây nối

+

E1 2

I 3 3