2 May Dien Kdb Mach Dien Tuong Duong 2.2.Pdf

No Slide Title 1 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ MÁY ĐIỆN ❑ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 Khái niệm chung 2 Cấu tạo 3 Từ trường của máy điện KĐB 4 Nguyên lý làm việc 5 Mô hình toán học của ĐC KĐB 6 Mạch điện thay t[.]

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

❑ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

1 Khái niệm chung

2 Cấu tạo

3 Từ trường của máy điện KĐB

4 Nguyên lý làm việc

5 Mô hình toán học của ĐC KĐB

6 Mạch điện thay thế của ĐC KĐB

7 Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của ĐC KĐB

8 Moment quay của ĐC KĐB

9 Các phương pháp mở máy ĐC KĐB

10 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB

MÁY ĐIỆN

3 Từ trường của máy điện KĐB

❖ Từ trường quay của dây quấn 3 pha:

▪ Xét một máy KĐB đơn giản gồm có 3 cuộn dây statorAX, BY, CZđặt trong 6 rãnh Trục của các dây quấn lệch nhau trong không gian 1 góc120ođiện

▪ Giả thiết trongdây quấn 3 phacó dòng điện 3 pha đối xứng chạy qua

▪ Từ cảm Bdo cả 3 dòng điện tạo ra là tổng véctơ: B  B A B B B C

+ +

=

max

0 max

0 max

.sin sin( 120 ) sin( 240 )

A B C







=

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Xét B tại các thời điểm khác nhau:

Như vậy từ trường tổng của dòng điện 3

pha làtừ trường quay1 đôi cực Nếu thay

đổi cách cấu tạo dây quấn stator ta có từ

trường quay2, 3, 4 p đôi cực

❖ Từ trường quay của dây quấn 3 pha:

❖ Tính chất của từ trường quay:

▪ Tốc độ của từ trường quay:

p

f

n1 =60.

p

f

n =1 (vòng/giây) hoặc (vòng/phút)

▪ Chiều quay của từ trường quay:Chiều quay của từ trườngphụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện Muốnthay đổi chiều quaycủa từ trường, tađảo thứ tự 2 trong 3 phavới nhau

▪ Biên độ của từ trường quay:Từ trường quay sinh ra từ thông  xuyên qua mỗi dây quấn

và có biên độ bằng3/2từ thông cực đại của mỗi pha

▪ Tổng quát, đối với dây quấn m pha:

max max

2

3

p



=



max max

m 

=



MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

4 Nguyên lý làm việc:

❖ Động cơ điện không đồng bộ:

• Từ trường quay trong lõi théo stator, p đôi cực, quay với tốc

độ: n1= 60f/p

• Từ trường quay này cắt các thanh dẫn của dây quấn rotor nối

ngắn mạch cảm ứng trên đó sức điện động vàdòng điện

• Từ trường do dòng điện rotor kết hợp từ trường startor tạo ra

từ trường khe hở không khí

• Dòng điện rotor tác dụng với từ trường khe hở tạo ra mô-men

quay, kéo rotor quay với tốc độn

▪ Độ chênh lệch tốc độ giữa từ trường quay và rotor gọi làtốc độ trượt (n2):

▪ Hệ số trượt của tốc độ là:

▪ Chế độ làm việc của MĐKĐB phụ thuộc vào quan hệ giữa tốc độnvàn1:

0 < s < 1 : Chế độ động cơ điện

s < 0 : Chế độ máy phát điện

s >1 : Chế độ hãm

n n

n2 = 1−

n n n s

−

) 1 (

60 ) 1 (

p

f s

n



1 1

n n s

n

−

=

1

60

p

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

❖ Máy phát điện không đồng bộ:

▪ Ở chế độ máy phát thì stator vẫn nối với lưới điện, nhưng trục rotor không nối với tải

mà nối với một động cơ sơ cấp

▪ Dùng động cơ sơ cấp kéo rotor quay cùng chiều vớin1và với tốc độ quayn lớn hơn tốc

độ từ trường n1 Lúc này, chiều dòng điện rotor I2 ngược lại với chế độ động cơ và lực điện từ đổi chiều Lực điện từ tác dụng lên rotor ngược với chiều quay, gây ra moment hãm cân bằng với moment quay của động cơ sơ cấp, máy điện làm việc ở chế độ máy phát

1

=

n

n n s

5 Mô hình toán học của ĐC KĐB

1 Phương trình điện áp dây quấn stator:

Dây quấn stator của động cơ KĐB tương tự như dây quấn MBA, nên ta cóphương trình cân bằng điện áp stator là:

Trong đó:

: là tổng trở dây quấn stator

R1là điện trở dây quấn stator;

X1=2.f.L1:là điện kháng tản dây quấn stator

L1là điện cảm tản stator

1 1

1 R jX

thông của từ trường quay sinh ra:

E1= 4,44.f.W1.kdq1.max

kdq1 là hệ số dây quấn của 1 pha stator

maxlà biên độ cực đại của từ thông của

từ trường quay

1

U = I Z − E

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

2 Phương trình điện áp dây quấn rotor:

❖ Khirotor đứng yên:

- Giống như trường hợp mở máy: n=0, f1=f2

- Đặt điện áp U1, dòng điện I1và I2trong dây quấn stato và roto sinh ra các sức từ động F1

và F2:

1

2

2

2

dq

dq

w k m

p

w k m

p

=



=



đôi cực; w1, w2, kdq1,kdq2: là số vòng dây quấn 1 pha và hệ số dây quấn stator và rotor

-Hai sức từ động này tác dụng với nhau tạo ra sức từ động tổng ở khe hở F0:

2

F F F

2 Phương trình điện áp dây quấn rotor:

❖ Khirotor đứng yên (tt)

Giống như ở MBA, coi I1gồm 2 thành phần:

➢ Thành phần I0tạo nên stđ F0

➢ Thành phần (-I2) tạo nên stđ –F2’bù lại stđ F2

2

1

2

2

2

dq

dq

w k m

p

w k m

p

=





.

'

.

'

I I I

= + −





MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

2 Phương trình điện áp dây quấn rotor:

❖ Khirotor đứng yên(tt): f1=f2=f

-So sánh std F2do dòng điện I2cuả rotor và I’2của dòng điện stator sinh ra, ta có:

-Sức điện động pha trong dây quấn startor là: E1= 4,44.f.W1.kdq1.max

-Sức điện động pha trong dây quấn rotor là: E2= 4,44.f.W2.kdq2.max

.

. dq

e

k W

k W E

E

k = =

.

.

1 1 1 2

.

2

.

dq i

dq

m W k I

k

m W k I

.

.

2

i

I

I

k

=

2 Phương trình điện áp dây quấn rotor:

❖ Khirotor đứng yêntần số dòng điện rotor:

Io: dòng điện từ hóa sinh ra STT F0

Zm= rm+jxm;

rm: điện trở từ hóa, xm:trở kháng từ hóa

2

'

.

'

0

m

E I Z

E E

I I I

E I Z











 + =



− =



MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

2 Phương trình điện áp dây quấn rotor:

❖ Khi rotor quayvớitốc độ n:

▪ Phương trình điện áp staotor:

▪ Tần số dòng điện roto thay đổi theo hệ số trượt:f2=sf1

▪ Trị số điện khángx2s= s.x2

▪ Sức điện động pha trong dây quấn rotor lúcquay tốc độ n, độ trượtslà:E2s= s.E2

E2s= 4,44.f2.W2.kdq2.max= 4,44.s.f.W2.kdq2.max; kdq2là hệ số dây quấn của dây quấn rotor

1

U = I Z − E

▪ Phương trình cân bằng điện áp dây quấn rotor lúcquay tốc độ nlà:

0 ) (

:

) (

2 2 2 2

2 2

2 2

= +

−

−

−

= +

s s

s s

jX R I E Hay

E jX

R I









▪ Dòng điện:

2 2 2

2

2 2

) (

X s R

E s I

+

=

Khi rotor quayvớitốc độ n: (tt)

Phương trình mạch rotor:

Từ phương trình

Chia 2 vế chosta được:

Nhân tiếp 2 vế cho ke:

0 )

2

s

R I

E  

0 ) (

.

0 ) (

2 2

2 2

2 2 2 2

= +

−

−



= +

−

−

X js R I E s

jX R I









2

2 2

2

'

i

R

k E I k jX k

s

I R

k E k k jX k k

k s R

E I jX

s

2

'

E I jX

s

Trong đó:

2 2

2 2

2 2 1 2 2

'

; '

'

; '

X k k X R k k R

k

I I E E k E

e i e

i

i e

=

=

=

=



qui đổi về tần số stator

: làsđđ pharotor qui đổi về stator : làdòng điệnrotor qui đổi về stator X’2 : làđiện khángdây quấn rotor qui đổi về stator R’2 : làđiện trởrotor qui đổi về stator

2 '

E

2 '

I

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

2 Mạch điện thay thế động cơ KĐB

Giống như máy biến áp: là điện áp rơi trên tổng trở từ hóa

Ta có mô hình toán của động cơ KĐB:

1 '2 0( th th)

2

'

'

th th

th th

R

s







= +



2

1 E '

E  = − 

−

1

2

'

'

'

R

s

=

= +

' 2

R s

' 2

R s

R1

Rth

X’2

X1

Xth

.

U1

.

I1 .I0

.I’2

R1

R0

X’2

X1

X0

.

U1 .I

0

I’2

-MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Với:

Nếu làm phép biến đổi:

Sơ đồ thay thế của động cơ KĐB có thể như hình

vẽ, trong đó:

đặc trưng cho công suấtcơcủa động cơ

' 2

s

R −s

R0

Xn

Rn

X0

.

U1

.

I1

.

I0

I’2

s

s R

R s

'

2

th

th X X X

R R R

+

=

+

=

1 0

1 0

2 1 2

1 R ' ; X X X '

R

s

s

R '2( 1 − )

7 Biểu đồ năng lượng và hiệu suất ĐC KĐB

Biểu đồ quá trình năng lượng ĐC KĐB như hình vẽ, trong đó số pha stator m1= 3

P1

Pđ1

Pst

Pđ2 P

cf

Pđt

P2

Pcơ

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

P1:Công suất điện động cơ tiêu thụ của lưới điện: P1= 3.U1I1cos1

U1, I1:là điện áp pha và dòng điện pha

Pđt:Công suất điện từ chuyển từ stator sang rotor:

Pcơ: Công suất cơ trên trục

P2:Công suất cơ hữu ích trên trục động cơ

st đ

P = 1−  1− 

'

3 ' 3 .

đt

đt đ

đt

s

s R I m s

s R I

P = 3 '22 '21 − = 2. 22. 21 − = −  2 = ( 1 − )



−

=

Công suất trong máy điện KĐB:

ΔPđ1: tổn hao đồng của dây quấn stator

ΔPst: tổn hao trong lõi sắt stator

ΔPđ2: tổn hao đồng của dây quấn rotor

ΔPcf:tổn hao cơ do ma sát ổ trục, quạt gió và tổn hao phụ

Như vậy tổng tổn hao trong động cơ điện bằng:

Công suất cơ hữu ích là:

Hiệu suất của động cơ điện:

2

1 3 .1 1

đ

2 0

3 .

 =

2 3 ' '2 2 3 .2 2

P I R I R s P

cf đ

đ

P

P= + + +



−

P2 1

+

=

=

P P

P P

P

2

2

1

2



21