Chương3 máy điện 1 DHDL

• Cho dòng điện xoay chiều 3 pha vào dây quấn 3 pha củastato máy điện, trong lõi thép stato sẽ hình thành một từ trường quay quay với tốc độ: ?? = ???? ? 3-1 trong đó: f1- tần số của dòn

 3.1 Đại cương về máy điện không đồng bộ

(MĐKĐB)

 3.1.1 Nguyên lý làm việc của MĐKĐB

 3.1.2 Cấu tạo của MĐKĐB

 3.1.3 Các đại lượng định mức của MĐKĐB

 3.2 Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha

 3.2.1 Mở máy ĐCKĐB

 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ và đảo chiều ĐCKĐB

 3.2.3 Đặc điểm và phạm vi sử dụng của ĐCKĐB

• Cho dòng điện xoay chiều 3 pha vào dây quấn 3 pha của

stato máy điện, trong lõi thép stato sẽ hình thành một từ

trường quay quay với tốc độ:

𝒏𝟏 = 𝟔𝟎𝒇𝟏

𝒑 (3-1)

trong đó: f1- tần số của dòng xoay chiều 3 pha

p - số đôi cực của máy

• Từ trường quay của stato quét qua các thanh dẫn của dây

quấn rôto Do cảm ứng trong dây quấn rôto xuất hiện sức

• Vì dây quấn rôto luôn kín mạch nên trong nó có dòng điện iR Dòng iR lại sinh ra từtrường, từ trường rôto kết hợp với từ trường quay của stato tạo thành từ trường trongkhe hở giữa stato và rôto.

• Tác dụng giữa từ trường khe hở với dòng điện trong dây quấn rôto sinh ra lực điện từ

Fđt, chiều của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Tập hợp các lực điện từ tácdụng lên các thanh dẫn của rôto tạo ra mômen làm cho rôto quay theo chiều từ trườngquay với tốc độ n

• Tốc độ của rotor n luôn luôn khác tốc độ của từ trường quay ( n ≠ n1), vì vậy gọi làđộng cơ không đồng bộ

• Sự khác nhau giữa tốc độ rôto và tốc độ từ trường quay được biểu hiện ở hệ sốtrượt s:

𝑠 = 𝑛1−𝑛

𝑛1𝑠% = 𝑛1−𝑛

𝑛1 100 (3-2)hay :

• Các chế độ làm việc của máy điện KĐB:

1 1

60 (1 ) f (1 )

p

• Tác dụng giữa từ trường tổng và dòng điện trong dây quấn rotor sinh ra lực điện từ F

• Chiều của F xác định theo quy tắc bàn tay trái

• Lực điện từ sinh ra mô men điện từ kéo rotor quay theo chiều từ trường quay

• Điện năng đưa vào dây quấn stator biến thành cơ năng trên trục máy => chế độ động

cơ điện

• Mômen điện từ có chiều ngược với chiều của tốc độ và trở thành mô men hãm

• Máy điện không đồng bộ đã biến cơ năng thành điện năng cung cấp cho mạng

=> chế độ máy phát điện

3.1.1.3 Chế độ hãm điện từ

• Rotor quay ngược chiều với từ trường (n < 0 hay s > 1)

• Sđđ cảm ứng trong dây quấn rotor, dòng điện và mô men điện từ có chiều giốngchế độ động cơ điện

• Mômen điện từ có chiều ngược với chiều quay của rotor nên có tác dụng hãmcho rotor dừng lại

• Máy vừa lấy điện năng từ lưới, vừa lấy cơ năng từ động cơ sơ cấp => Chế độhãm điện từ

• Máy điện không đồng bộ gồm các bộ phận chính sau:

3.1.2.1 Phần tĩnh gồm:

a) Lõi sắt

 Khi đường kính máy nhỏ, các lá thép được dập theo hình tròn như ở hình 8-2a.Khi đường kính ngoài lõi thép lớn (trên 990 mm) các lá thép được dập thànhhình rẻ quạt (hình 8-2b)

 Các lá thép ghép lại với nhau rồi ép chặt tạo thành hình trụ rỗng, bên trong hìnhthành các rãnh để đặt dây quấn như ở hình 8-2c

 Nếu lõi thép dài quá thì các lá thép được ghép thành từng thếp dày 6 ÷ 8 cm, cácthếp đặt cách nhau 1 cm để tạo đường thông gió hướng tâm

Hình 8-2 Lõi thép stato máy điện không đồng bộ a) Hình vành khăn; b) Hình rẻ quạt; c) Mạch từ stato

3.1.2.1 Phần tĩnh gồm:

b) Dây quấn

• Là phần dẫn điện, được làm bằng dây đồng có bọc cách điện

 Dây quấn stato của máy điện không đồng bộ 3 pha gồm ba dây quấn pha đặtlệch nhau 1200 trong không gian

 Mỗi pha gồm nhiều bối dây, mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây (hình 8-3a)

 Các bối dây được đặt vào rãnh của lõi thép stato (hình 8-3b) và được nối vớinhau theo một quy luật nhất định

Hình 8-3 Dây quấn stato

dây quấn, đồng thời bảo vệ an

toàn cho người khỏi chạm vào

3

4

Hình 8-4 Stato của máy điện không đồng bộ

1 Mạch từ; 2 Vỏ máy; 3 Dây quấn; 4 Chân đế

 Lõi sắt rôto được làm bằng các lá thép kĩ thuật điện, dập như hình 8-5a

 Các lá thép sau khi ghép lại thành khối hình trụ mặt ngoài hình thành các rãnh

để đặt dây quấn rôto, ở giữa có lỗ để ghép trục

 Trên thực tế, tổn hao sắt ở lõi thép rôto khi máy làm việc là rất nhỏ nên khôngcần dùng thép kĩ thuật điện

 Nhưng để lợi dụng phần thép kĩ thuật điện sau khi dập lõi sắt stato, người tadùng để ép lõi thép rô to luôn (hình 8-5b)

a)

b)

Hình 8-5 Lá thép rôto của máy điện không đồng bộ

3.1.2.2 Phần quay gồm:

b) Dây quấn rôto

• Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ chia thành hai loại:

• Rôto kiểu dây quấn

• Rôto kiểu lồng sóc

• Rôto kiểu dây quấn:

• Dây quấn được đặt trong rãnh của lõi thép rôto

• Dây quấn 3 pha của rôto thường đấu hình sao (Y), ba đầu còn lại được nối với

ba vòng trượt làm bằng đồng cố định ở đầu trục (hình 8-6a), tì lên ba vòngtrượt là ba chổi than (hình 8-6b)

Hình 8-6 Rôto (a) và sơ đồ mạch điện (b) của rôto dây quấn

a)

R

b)

Vòng trượt Chổi than Dây quấn

rôto

3.1.2.2 Phần quay gồm:

b) Dây quấn rôto

• Rôto kiểu dây quấn:

• Thông qua chổi than có thể ghép thêm điện trở phụ hay đưas.đ.đ phụ vào mạch rôto để cải thiện đặc tính mở máy, điềuchỉnh tốc độ hoặc cải thiện cos

• Khi làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắnmạch

• Rôto lồng sóc (còn gọi là rôto ngắn mạch) :

• Trong mỗi rãnh của lõi thép rôto đặt vào thanh dẫn bằngđồng hoặc bằng nhôm, hai đầu dài ra khỏi lõi thép Cácthanh dẫn được nối tắt lại với nhau ở hai đầu bằng hai vòngngắn mạch cũng bằng đồng hoặc nhôm tạo thành một cáilồng (quen gọi là lồng sóc) Dây quấn lồng sóc không cầncách điện với lõi sắt

• Dây quấn lồng sóc có cấu tạo đơn giản hơn so với rôto kiểudây quấn

Hình 8-7 Dây quấn rôto lồng sóc (a)

3.1.2.2 Phần quay gồm:

b) Dây quấn rôto

• Rôto lồng sóc (còn gọi là rôto ngắn mạch) :

• Để cải thiện tính năng mở máy, trong các máy có công suất tương đối lớnrãnh rôto thường làm rãnh sâu hoặc lồng sóc kép (2 rãnh lồng sóc).Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thường làm chéo đi một góc so với tâmtrục để cải thiện dạng sóng s.đ.đ (hình 8-7b)

Hình 8-7 rôto lồng sóc rãnh chéo (b)

b)

3.1.2.3 Khe hở:

 Giữa rôto và stato có khe hở rất đều

 Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (khoảng 0,2 ÷ 1,0 mm) để hạnchế dòng từ hoá lấy từ lưới vào, làm cho cos của máy cao hơn

• Công suất định mức ở đầu trục: Pđm (W, kW) Đây là công suất cơ, nói lên khảnăng sinh công của động cơ Ngoài đơn vị W, kW còn có đơn vị là sức ngựa HP(1 HP = 0,736 kW)

• Điện áp định mức U đm (V)

• Dòng điện dây định mức: I đm (A). Đây là dòng điện của cuộn dây stato lấy từnguồn khi điện áp đặt vào động cơ là định mức và trục động cơ kéo phụ tải địnhmức Trên nhãn động cơ thường ghi hai trị số dòng điện ứng với hai cách đấudây

• Tốc độ quay định mức n đm (vòng/phút) Đây là tốc độ quay của động cơ khiđiện áp đặt vào động cơ là định mức và mômen cản trên trục động cơ là địnhmức.

• Hệ số công suất định mức cosđm

Từ các số liệu định mức trên nhãn máy, có thể tìm được các trị số quan trọng khácnhư công suất điện định mức mà động cơ tiêu thụ từ lưới P1đm, mômen quay địnhmức ở đầu trục động cơ Mđm

3.2.1 Mở máy ĐCKĐB:

 Trong quá trình mở máy động cơ điện, muốn cho máy quay được, mômen mởmáy của động cơ phải lớn hơn mômen tải tĩnh và mômen ma sát tĩnh

 Phương trình cân bằng động về mômen của động cơ:

M, MC, Mj - mômen điện từ, mômen cản và mômen quán tính của động cơ

G, D - trọng lượng, đường kính phần quay; g = 9,81m/s2 gia tốc trọng trường; ω tốc độ góc của rôto

-dt

d J M

g

3.2.1 Mở máy ĐCKĐB:

• Những yêu cầu mở máy động cơ không đồng bộ ba pha:

 Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải

 Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt

 Phương pháp mở máy, thiết bị sử dụng đơn giản, rẻ tiền, an toàn và chắcchắn

 Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt

• Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ ba pha:

 Mở máy trực tiếp động cơ điện rôto lồng sóc

 Hạ điện áp khi mở máy (3 phương pháp):

o Mắc nối tiếp cuộn kháng vào mạch stato

o Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy

o Mở máy bằng đổi nối Y – Δ

 Mở máy bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch rôto

a) Mở máy trực tiếp động cơ điện rôto lồng sóc

• Đóng trực tiếp động cơ vào lưới với Umm = Uđm

• Ưu điểm: Đơn giản, thiết bị sử dụng ít, mômen mở

máy Mmm lớn, thời gian mở máy nhanh

• Nhược điểm: Không hạn chế được dòng điện mở máy

Imm

• Mở máy trực tiếp thường áp dụng cho ĐCKĐB rôto

lồng sóc công suất nhỏ vì: Thời gian mở máy nhanh,

thực hiện đơn giản và dòng điện mở máy tăng nhiều

CC CD

U ~

Hình 3.2-1

Mở máy trực tiếp động cơ KĐB

3.2.1 Mở máy ĐCKĐB

b) Phương pháp hạ điện áp mở máy:

b1 Mắc nối tiếp cuộn kháng vào mạch stato

• Khi mở máy, đóng cầu dao D1, mở cầu dao D2, mạch

stato động cơ được nối tiếp với điện kháng K

• Mở máy xong, đóng cầu dao D2 các cuộn kháng bị nối

• Ưu : thiết bị đơn giản, giảm được dòng Imm

• Nhược: Mômen mở máy giảm bình phương lần

U l

I ’ mm

3.2.1 Mở máy ĐCKĐB

b2 Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy

• Biến áp tự ngẫu T bên cao áp nối với lưới, bên hạ áp nối

với động cơ điện

• Khi mở máy: đóng cầu dao D1 và D3, còn D2 mở

• Mở máy xong: đóng cầu dao D2 và mở D3, biến áp tự ngẫu

hở mạch, động cơ làm việc trực tiếp với lưới

• Gọi kT là tỷ số biến đổi điện áp của BATN (kT < 1) thì:

U , mm

U l

I 1

3.2.1 Mở máy ĐCKĐB

b2) Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy

• So với phương pháp mở máy dùng cuộn kháng, nếu chọn kT = k thì:

• Mở máy bằng cuộn kháng:

I’mm = k.Imm; M’mm = k2.Mmm

• Mở máy bằng biến áp tự ngẫu:

I’1 = k2T.Imm; M’mm = k2T.Mmm

• Như vậy: cùng mômen mở máy như nhau, dòng điện mở máy khi dùng BATN

nhỏ hơn nhiều Ngược lại, nếu dòng điện mở máy lấy từ lưới vào như nhau thì mômen mở máy khi dùng BATN lớn hơn Đó là ưu điểm của phương pháp dùng BATN để mở máy.

3.2.1 Mở máy ĐCKĐB – Phương pháp hạ điện áp mở máy:

b3) Mở máy bằng đổi nối Y – Δ

• Phương pháp mở máy Y – Δ chỉ thích ứng với những động cơ

khi làm việc bình thường đấu Δ

• Lúc mở máy, đóng cầu dao D1, còn D2 đóng về phía dưới,

động cơ đấu hình Y, điện áp đặt vào cuộn dây chỉ còn Ul/3

• Sau khi mở máy xong, đóng D2 lên phía trên, động cơ đấu

thành Δ, điện áp đặt vào mỗi cuộn dây pha là Ul

• Nếu mở máy trực tiếp đấu Δ thì: Ummf = Ul và Imm = 3.Immf

• Khi đấu Y, điện áp pha trên dây quấn stato là: U’

mmf = Ul/3,trong đó Ul là điện áp lưới: 𝐼𝑚𝑚𝑓′ = 1

3.2.1 Mở máy ĐCKĐB – Phương pháp hạ điện áp mở máy:

d) Mở máy bằng đổi nối Y – Δ

• Như vậy, cả dòng điện và mômen mở máy đều giảm đi 3 lần so với mở máy trực tiếp Trường hợp này

• Phương pháp mở máy bằng đổi nối Y-Δ có ưu điểm giảm được dòng mở máy, tương đối đơn giản, được dùng rộng rãi đối với những động cơ điện khi làm việc bình thường đấu Δ.

3.2.1 Mở máy ĐCKĐB:

e) Mở máy bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch

rôto

• Phương pháp này chỉ áp dụng với động cơ điện rôto dây quấn

• Khi điện trở rôto thay đổi, đặc tính M = f(s) cũng thay đổi.

• Sau khi động cơ đã quay, để duy trì mômen nhất định trong quá trình

mở máy, ta cắt dần điện trở phụ ở mạch rôto.

• Kết thúc quá trình mở máy, toàn bộ điện trở phụ được cắt ra, động cơ

tăng tốc đến điểm làm việc (điểm a trên hình 3.2-5).

• Ghép thêm điện trở phụ vào mạch rôto dây quấn vừa đạt được mômen

mở máy lớn, vừa giảm được dòng điện mở máy Tuy nhiên nhược điểm

của động cơ điện rôto dây quấn là rôto dây quấn chế tạo phức tạp hơn

rôto lồng sóc nên đắt hơn, bảo quản khó khăn hơn, hiệu suất của máy

cũng thấp hơn.

Hình 3.2-5 Đặc tính mômen khi thêm điện trở phụ vào để mở máy

3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB:

• n= (1-s) 𝒏𝟏 = 𝟏 − 𝒔 𝟔𝟎.𝒇

𝒑

• Trên stato:

 Thay đổi số đôi cực của dây quấn stato

 Thay đổi tần số nguồn cung cấp

 Thay đổi điện áp đưa vào dây quấn stato

• Trên roto:

 Thay đổi điện trở

 Nối tiếp trên mạch rôto một hay nhiều máy điện (gọi là nối cấp)

3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB:

a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

 Động cơ điện KĐB khi làm việc bình thường có hệ số trượt s nhỏ nên

 Như vậy tốc độ chỉ có thể thay đổi từng cấp, không bằng phẳng

 Có nhiều cách thay đổi số đôi cực của dây quấn stato:

3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB:

a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

C1: Đổi cách nối để có số đôi cực khác nhau Cách này dùng trong động cơ điện 2 cấptốc độ

C2: Trong rãnh stato đặt hai dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, thường để đạthai cấp tốc độ theo tỷ lệ 4 : 3 hay 6 : 5

C3:Trên rãnh stato có hai dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, mỗi dây quấn lại

có thể đổi nối để có số đôi cực khác nhau (dùng trong động cơ có 3 , 4 cấp tốc độ)

• Với động cơ rôto dây quấn, dây quấn rôto có số đôi cực bằng số đôi cực của dây quấnstato, vì vậy khi đấu lại dây quấn stato để có số đôi cực khác thì dây quấn rôto cũng phảiđấu lại Do đó động cơ điện loại này không dùng phương pháp thay đổi số đôi cực để điềuchỉnh tốc độ

• Với động cơ rôto lồng sóc, rôto có thể thích ứng với mọi số đôi cực của stato, do đó thíchhợp với điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

 Cũng có thể đổi từ đấu nối tiếp (hình 3.2-6a) sang đấusong (hình 3.2-6c) hai cuộn dây tuỳ theo yêu cầu của

điện áp và dòng điện để có số đôi cực khác nhau.

3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB:

a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

• Đổi cách nối – Y-YY- Δ :

 Với động cơ 3 pha, tuỳ theo cách đấu Y hay Δ và cáchđấu dây quấn pha song song hay nối tiếp mà ta cóloại động cơ hai cấp tốc độ có mômen không đổihoặc công suất không đổi

 Hình 3.2-7, chuyển từ đấu hình Y sang YY

Khi chuyển từ đấu Y sang YY, số đôi cực giảm đi mộtnửa (p2 = 2p1), tốc độ tăng gấp đôi (n1 = 2 n2), mômenkhông đổi

Hình 3.2-7 Sơ đồ đấu dây quấn khi đổi tốc độ theo tỉ lệ 2:1 với mômen không đổi

I ’ f

I ’ f

3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB:

a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

• Hình 3.2-8, chuyển từ đấu Δ sang YY số đôi cực

giảm đi một nửa (p2 = 2p1), tốc độ tăng gấp đôi (n1

= 2 n2), công suất không đổi

Hình 3.2-8 Sơ đồ đấu dây quấn khi đổi tốc độ theo tỉ lệ 2:1 với công suất không đổi

I , f

I , f

I , f

3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB:

b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số

• Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ:

n = (1-s)n1 = (1-s).60f1/p

• Khi hệ số trượt thay đổi ít thì n tỷ lệ với f1

• Theo phương pháp này:

• Động cơ có thể quay với bất kỳ tốc độ nào, phạm vi điều chỉnh rộng, điềuchỉnh bằng phẳng

• Phải có nguồn điện có tần số thay đổi được, giá thành cao

• Phương pháp này chỉ có ý nghĩa thực tế khi dùng một nguồn điện biến tầnchung điều chỉnh nhiều động cơ điện có cùng quy luật thay đổi tốc độ

3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB:

c) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

• Khi thay giảm điện áp xuống 𝑥 lần so với điện áp định mức, U = 𝑥 Uđm (𝑥 < 1) thìmômen sẽ giảm xuống còn M = 𝑥2Mđm Nếu mômen tải của động cơ không đổi thìtốc độ động cơ sẽ giảm, hệ số trượt tăng

• Khi điện áp giảm x lần thì s.đ.đ E và từ thông Φ cũng giảm x lần so với trị số banđầu

• Hệ số trượt s tăng 1/𝑥2 lần so với hệ số trượt cũ bằng 1

𝑥2 𝑠

• Tốc độ động cơ ở điện áp mới U = 𝑥.Uđm là: n = 1 − 𝑠

𝑥2 𝑛1s: hệ số trượt của động cơ với Uđm

3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB:

d) Điều chỉnh tốc độ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch rôto

• Phương pháp này chỉ dùng đối với động cơ rôto dây quấn

• Khi thêm điện trở phụ vào mạch rôto thì đường đặc tính M = f(s) nghiêng vềphía trái (hình 3.2-12)

• Với mômen tải không đổi, điện trở phụ càng lớn thì hệ số trượt ở điểm làm việccàng lớn, nghĩa là tốc độ càng giảm

Hình 3.2-12 Điều chỉnh tốc độ bằng cách ghép them điện trở phụ vào rôto

1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

1 2

M/M đm

1 2

3 4

a

d c b

M C /M đm

3.2.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB:

d) Điều chỉnh tốc độ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch rôto

• Vì mômen tỷ lệ với công suất điện từ nên ta có:

trong đó rp là điện trở phụ ghép vào

• Nhược điểm của phương pháp điều chỉnh này là: tổn hao công suất lớn, hiệusuất của máy giảm, phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào phụ tải Khi không tảikhông thể dùng phương pháp này

'

2 2

s

r r

s

