PHẦN III máy điện KHÔNG ĐỒNG bộ

ĐẠI CƯƠNG VỀ M.Đ.K.Đ.B• Máy điện không đồng bộ được dùng trong thực tế để làm các động cơ điện • Máy điện không đồng bộ có các ưu điểm:  Kết cấu đơn giản...  Tần số của s.đ.đ cảm ứng t

1 Nguyên lý làm việc của máy điện không

đồng bộ

2 Vận hành máy điện không đồng bộ

PHẦN III: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG

BỘ

 Đại cương về m.đ.k.đ.b

 Cấu tạo của m.đ.k.đ.b

 Nguyên lý làm việc của m.đ.k.đ.b

 Các phương trình của m.đ.k.đ.b

 Mạch điện thay thế của m.đ.k.đ.b

 Các dạng khác của mạch điện thay thế

 Quá trình năng lượng

 Mô men điện từ

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ MÁY ĐIỆN

KHÔNG ĐỒNG BỘ

§1 ĐẠI CƯƠNG VỀ M.Đ.K.Đ.B

• Máy điện không đồng bộ được dùng trong thực tế

để làm các động cơ điện

• Máy điện không đồng bộ có các ưu điểm:

 Kết cấu đơn giản

§1 CẤU TẠO CỦA M.Đ.K.Đ.B

1 Hình dạng bên ngoài:

2 Stato: gồm lõi thép, dây quấn và vỏ máy

2 Rôto: gồm lõi thép, dây quấn và trục máy

• Rôto lồng

sóc

• Rôto dây

quấn

§2 NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA M.Đ.K.Đ.B

• Rôto quay cùng chiều từ trường nhưng n < n1

• Rôto quay cùng chiều từ trường nhưng n > n1

• Rôto quay n ngược chiều n1

• Hệ số trượt: 1

1

n ns

n

−

=

n1n

n2 + F

n1n

 Tần số của s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn roto:

 M.đ.k.đ.b rôto lồng sóc

 M.đ.k.đ.b rôto dây quấn

 Phân theo số pha

 Phân theo kết cấu rôto

M.b.a 3 pha M.đ.k.đ.b 3 pha

• Sơ cấp có dây quấn 3 pha • Stato có dây quấn 3 pha

• Sơ cấp nối với nguồn có f1 • Stato nối với nguồn có f1

• Thứ cấp nối với tải • Rôto nối kín mạch

• Dây quấn sơ cấp và thứ cấp

chỉ liên hệ với nhau qua từ

trường Khi làm việc mỗi dây

quấn có từ trường tản

• Dây quấn stato và rôto chỉ liên hệ với nhau qua từ trường Khi làm việc mỗi dây quấn có từ trường tản

 Ta nghiên cứu m.đ.k.đ.b như là m.b.a với stato là sơ cấp

và rôto là thứ cấp

§5 SO SÁNH M.Đ.K.Đ.B VÀ M.B.A

1 Phương trình cân bằng dòng điện

• Cho điện áp U1, tần số f1 vào stato Trong dây quấn stato có dòng I1; trong rôto có dòng I2 tần số f2 Các s.t.đ là:

• Như vậy F1 và F2 cố định so với nhau Chúng tác động tương hỗ để tạo ra s.t.đ tổng:

1 2 o

F F F& + =& & hay F F ( F ) F F&1 = + −&o &2 = +&o &2′

• Phương trình trên cho thấy F1 gồm hai thành phần: thành phần Fo dùng để tạo ra từ thông và thành phần F&2′ngược chiều F2 để cân bằng với tác dụng của F2

• Như vậy dòng điện stato dùng để tạo ra F1 cũng gồm

I& - dòng điện stato dùng để cân bằng với dòng ′2

điện roto I&2

i

II

a

′ =

1 dq1

2 1 i

N k

I ma

I m N k

= =

′

• Trong đó:

2 Phương trình cân bằng điện áp

• Từ thông chính Φm do s.t.đ Fo sinh ra sẽ cảm ứng trong các dây quấn s.đ.đ:

• Từ thông tản Φt1 tạo ra s.đ.đ tản Et1 Vậy giống m.b.a

ta có phương trình điện áp phía sơ cấp:

2s 2 2 dq2 m

E = 4.44f N k Φ = 4.44sf N k1 2 dq2Φ =m sE2

• Khi roto quay, trong dây quấn có s.đ.đ:

• Điện kháng tản của dây quấn roto:

2s 2 2 2 2s

E& = I R& + jI X& = sE& 2 = I Z&2 2s

2 2

2s

sEI

2s

sEI

=

+

2 2

2

sXarctg

2 2

E 0(z / s)

∠

=

∠ψ 2 2 2

E(z / s)

= ∠ − ψ

§6 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA M.Đ.K.Đ.B

• Các phương trình cơ bản của m.đ.k.đ.b là:

& & &

• Từ các phương trình này ta có sơ đồ thay thế:

R1 X1 R2/s X2

M.b.a lý tưởng

• Trong sơ đồ này m.b.a lý tưởng là một m.b.a tổng quát hóa, thể hiện quan hệ biến áp giữa stato và roto

• Nhân điện áp roto với ae ta có:

2 e 2 1

E& ′ = a E& = E&

• Để công suất của máy không thay đổi thì:

1 2 2 2 2 2

m I E& &′ ′ = m I E& &  2 2 2 2 2

1 2 i

m I E II

R1 X1 R s′2 X′2

• Ta có thể bỏ m.b.a lý tưởng có tỉ số biến đổi điện áp bằng 1 đi và có sơ đồ thay thế IEEE:

1I& I&′2

1U& E&1

mI&

R′

• Cũng như m.b.a, khi tính đến tổn hao trong lõi thép

do từ trễ và dòng điện xoáy ta cần đưa thêm điện trở

RFe và mạch điện thay thế

• Cũng như m.b.a, khi tải gần định mức, ta có thể đưa nhánh từ hóa ra phía trước mà không gặp phải sai số quá lớn Như vậy ta có sơ đồ thay thế sau:

1I& I&′2

1

U&

1E&

mI&

R′

FeI&

oI&

• Trong các sơ đồ thay thế trên, điện trở

1I& I&′2

1

U&

1E&

mI&

oI&

2

1 s Rs

− ′

được gọi là điện trở giả tưởng

• Khi tải thay đổi, n thay đổi, do đó s thay đổi và điện trở này thay đổi theo

• Điện trở này xuất hiện trong mạch điện dùng để đặc trưng cho công suất cơ trên trục máy

 m2 = Z2 N2 = 1/2 kdq2 = 1

1 dq1 e

2 dq2

N ka

N k

1 12

=

×

1 dq12N k

=

1 1 dq1 i

2 2 dq2

m N ka

• Từ sơ đồ thay thế của m.đ.k.đ.b ta có:

o 2

Z ZZ

2

EI

• Công suất vào

P1 = m1U1I1cosϕ1

• Tổn hao đồng trên stato

2 Cu1 1 1 1

• Tổn hao đồng trên rôto

2 Cu2 1 2 2

PP

η =

1

p1

I′

& I&1

1E& I R1 1

&

1 1

jI X&

1U&

xtg

Φ&

oI&

1I&

3 Chế độ hãm1< s < +∞

• Công suất cơ:

• Công suất điện từ:

Φ&

oI&

Ví dụ 1: Một đ.c.k.đ.b f = 50Hz, 2p = 6 khi đầy tải tạo

ra mô men M = 160Nm, tổn hao cơ và tổn hao sắt tạo

ra mô men là Mo = 10Nm S.đ.đ của dây quấn roto tạo

ra 120 chu kỳ trong một phút Tính tổn hao trong dây quấn roto, công suất đưa vào động cơ và hiệu suất của

nó biết tổng tổn hao trong stato là 800W

2 1

P 17090 0.8647

P 18602

η = = =

§8 MÔ MEN ĐIỆN TỪ

1 Biểu thức mô men

1U& E&1

mI&

R′

• Ta biến đổi mạch điện thay thế về dạng sau:

R′a

X X

&

=

+2

Ω = − Ω = −

• Từ sơ đồ thay thế Thévenin ta có dòng điện roto:

th

th 2 th 2

UI

th 2

Rs

1 th

m 0.5UM

(X X )

≡

′+

 Mmax ∉R′2

 sm ≡ R′2  sm ∉ U1

• Khi khởi động n = 0, s = 1 nên ta có mô men:

2 1 2

R′ = X X+ ′

M

s1

• Bội số mômen khởi động

• Bội số dòng khởi động

k k

dm

Mm

M

=

k i

dm

Im

1 m

1 3 3U10

Ω

+ =  Ω  f 0.417

2 f (R R / s) (X X )

′

π  + + + 

• Khi không cần độ chính xác cao ta có thể dùng sơ đồ sau để tính mô men của m.đ.k.đ.b:

1I& I&′2

1

U&

1E&

mI&

oI&

1 2

Rs

(R X )

= ± ×

§8 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ MẠCH THAY

THẾ CỦA M.Đ.K.Đ.B

1 Thí nghiệm với dòng điện một chiều

• Mục đích của thí nghiệm này là xác định điện trở của dây quấn stato R1

Umc

Imc

Umc

Imc

UR

2I

=

• Stato nối ∆

mc 1

• Để tránh hư hỏng máy, ta phải giảm điện áp đưa vào động cơ

• Từ số liệu đo ta có:

n n

n

Uz

3 Thí nghiệm không tải

• Trong thí nghiệm này, động cơ chạy không tải với điện áp và tần số định mức

2 2

n 1 2 n n

X = X X+ ′ = z − R

• Sơ đồ thí nghiệm như hình sau:

• Các số liệu đo bao

gồm công suất vào Po,

dòng điện Io và điện áp

đưa vào Uo

A A

R′1

I& I&′2

1

U&

1E&

mI&

R1 X1

o 2

o

1 sR

s

−

′Fe

I&

oI&

• Từ sơ đồ thay thế và số liệu đo ta có:

o o

o

Uz

1:0.5 Tính dòng điện stato, hệ số công suất, công suất

cơ và mô men khi s = 0.04

n n

cosϕ = cos32.8 = 0.84

1 1 1 1

P = 3U I cosϕ = 3 400 16.84 0.84 9800W× × × =Công suất điện từ là công suất tiêu thụ trên Rf

2 co co

P P= − p = 8970 607 8360W− =

2 1

§9 ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN

• Ta xét sơ đồ thay thế sau:

1I& I&′2

1

U&

1E&

mI&

oI&

• Khi tải thay đổi, hệ số trượt s thay đổi nên điện trở giả tưởng R2 1 s

s

−

′ thay đổi theo

• Tổng trở của toàn mạch roto sẽ vẽ nên đường thẳng trong mặt phẳng phức.

roto trong mặt phẳng phức là đường tròn

phức là một đường tròn

• Đường tròn tròn này được gọi là đồ thị vòng tròn của máy điện không đồng bộ

U&

oI&

2

I′

&1I&