sua chua dong co 1 pha

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.1 Khái niệm chung 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 đ

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.1 Khái niệm chung

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 1 Máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở hai chế độ: Động cơ và máy phát Máy phát điện không đồng bộ ít dùng vì có đặc tính làm việc không tốt , nên trong chương trình này ta chủ yếu là xét động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ được sử dụng nhiều trong sản xuất và trong sinh hoạt vì chế tạo đơn giản, hiệu suất cao và gần như không bảo trì Gần đây do kỹ thuật điện tử phát triển, nên động cơ không đồng bộ đã đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh tốc độ vì vậy động cơ càng sử dụng rộng rãi hơn Dãy công suất của nó rất rộng từ vài wat đến hàng ngàn kilowat Hầu hết là động cơ

ba pha, có một số động cơ công suất nhỏ là một pha.

1.2 Cấu tạo

+ Starto: là phần cố định, bao gồm lõi thép và vỏ máy Lõi thép Startor được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện và được xẻ rãnh để đặt bộ dây quấn Startor Vỏ máy thường được đúng bằng Gang hoặc hợp kim nhôm có cấu tạo phù hợp cho việc thông gió, làm mát trong quá trình làm việc.

Dây quấn Startor là dây điện tử, được quấn thành các bối dây lồng vào các rãnh trên lõi thép Startor và đấu nối theo quy luật nhất định.

+ Roto: là phần quay, phổ biến là rotor lồng sóc có cấu tạo như sau:

- Lõi thép được ghép bởi các lá thép kỹ thuật điện.

- Thanh dẫn : được làm bằng đồng hoặc nhôm.

- Vòng đoản mạch: gồm 2 vòng ở 2 đầu rotor ( thanh dẫn được nối với vòng đoản mạch.

• Ngoài ra còn có loại rotor dây quấn ( dùng cho động cơ công suất lớn)

- Lõi thép được ghép bởi lá thép kỹ thuật điện ( có rãnh để quấn dây).

- Dây quấn là đây điện tử được quấn quanh lõi thép.

1.3 Nguyên lý làm việc.

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của động cơ KĐ bộ một pha một dây quấn

a) Từ trường đập mạch phân thành quay thuận và quay ngược

b) Từ thông và lực điện từ tác dụng lên roto

Khi nối dây quấn một pha stato vào lưới điện có điện áp u1 thì trong dây quấn có dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua:

i1 = I1sinwt Dòng điện này sinh ra từ trường stato có phương không đổi nhưng có độ lớn thay đổi hình sin theo thời gian, gọi là từ trường đập mạch:

F = Fm.sinwt.cos

Ta phân sdt đập mạch này thanh hai std quay:

• Std quay thuận : F11m

• Std quay nghịch : F12m Hai std quay này có :

- Biên độ tự trường đập mạch :

I

- Tốc độ quay :

- Sóng quay thuận : 1 =

- Sóng quay ngược : 2 = - 1 ngược chiều quay roto So với roto có

hệ số trượt:

- Thuận : s1 =

- Ngược : s2 =

- Phương trình cân bằng std tổng :

- Thuận : = + sinh ra từ cảm

- Ngược : = + sinh ra từ cảm

quay Ellip.

Từ trường quay thuận B1 tác dụng với dòng điện roto sẽ tạo ra momen quay thuận M1; còn từ trường quay ngược B2 tác dụng với dòng điện roto sẽ tạo ra mômen quay ngược M2.

Hình 2: Momen của động cơ KĐ bộ một pha Tổng đại số hai momen này cho ta đặc tuyến M = f(s):

M = M1 + M2 = f(s)

Từ đặc tính ta thấy lúc mở máy ( n = 0, s = 1 ), M1 = M2 và ngược chiều nhau lên

M = 0 , vì vậy động cơ không thể quay được Nếu ta quay động cơ theo một chiều nào

đó, s # 1 tức M # 0 động cơ sẽ tiếp tục quay theo chiều đó Vì vậy để động cơ một pha làm việc được, ta phải có biện pháp mở máy, nghĩa là tìm cách tạo ra cho động cơ một momen lúc roto đứng yên ( M = Mk khi s = 1)

1.4 Phạm vi áp dụng

Động cơ điện không đồng bộ một pha được sử dụng rất rộng rãi trong dân dụng và công nghiệp như máy giặt, tủ lạnh, máy lau nhà, máy bơm nước, quạt, các dụng cụ

cầm tay,…….Nói chung là các động cơ công suất nhỏ Cụm từ “ động cơ công suất nhỏ” chỉ các động cơ có công suất nhỉ tầm 750w Phần lớn động cơ một pha thuộc loại này, mặc dù chúng còn được chế tạo với công suất đến 7.5kw và ở hai cấp điện áp 110v và 220v.

2 Các phương pháp khởi động động cơ một pha

2.1 Động cơ không đồng bộ dùng cuộn dây phụ

Loại động cơ này được dùng khá phổ biến như máy điều hòa, máy giặt, dụng

cụ cầm tay, quạt, bơm ly tâm,……

Hình 3: Sơ đồ kết cấu, đồ thị vecto, đặc tính M của động cơ dùng dây quấn phụ a) Sơ đồ kết cấu; b) Đồ thị vecto lúc mở máy; c) Đặc tính M = f(s)

Các phần chính của loại động cơ này cho trên hình 3a, gồm dây quấn chính ( dây quấn làm việc ), dây quấn phụ ( dây quấn mở máy ) Hai cuộn dây này đặt lệch nhau một góc 90 0 điện trong không gian Và roto lồng sóc.

Để có được mômen mở máy, người ta tạo ra góc lệch pha giữa dòng điện qua cuộn chính Ic và dòng qua cuộn dây phụ Ip bằng cách mắc thêm một điện trở nối tiếp với cuộn phụ hoặc dùng dây quấn cỡ nhỏ hơn cho cuộn phụ, góc lệch này thưởng nhỏ hơn 300 0 Dòng trong dây quấn chính và trong dây quấn phụ sinh ra từ trường quay để tạo ra momen mở máy Đồ thị vecto lúc mở máy được trình bày trên hình 3b.

Khi tốc độ đạt được ( 70 75%) tốc độ đồng bộ, cuộn dây phụ được cắt ra nhờ công tắc ly tâm K và động cơ tiếp tục làm việc với cuộn dây chính Đặc tính momen được trình bày trên hình 3c.

2.2 Động cơ dùng tụ điện

Các động cơ không đồng bộ một pha có cuộn dây phụ được mắc nối tiếp với một tụ điện được gọi là động cơ tụ điện Loại động cơ này có cuộn dây phụ bố trí lệch

so với cuộn dây chính một góc 90 0 điện trong không gian, để tạo góc lệch về thời gian

ta mắc nối tiếp với cuộn dây phụ một tụ điện Nếu tụ điện mắc nối tiếp với cuộn phụ chọn giá trị thích hợp thì góc lệch pha giữa IC và IP là gần 90 0 tùy theo yêu cầu về mômen mở máy và mômen lúc làm việc ta có các loại động cơ tụ điện như sau.

1 Động cơ dùng tụ điện mở máy.

Khi mở máy tốc độ động cơ đạt đến 75 85% tốc độ đồng bộ, công tắc K mở ra

và động cơ sẽ đạt đến tốc độ ổn định

2 Động cơ đùng tụ điện thường trực.

Cuộn đây phụ và tụ điện mở máy được max luôn khi động cơ làm việc bình thường Loại này có công suất thường nhỏ hơn 500w và có đặc tính cơ tốt.

Ngoài ra, để cải thiện đặc tính làm việc và mômen mở máy ta dùng động cơ hai tụ điện Một tụ điện mở máy khá lớn ( khoảng 10 11 lần) tụ điện thường trực được ghép song song với tụ điện thường trực Khi mở máy tốc độ động cơ đạt đến 75 85% tộc động đồng bộ, tụ điện mở máy được cắt ra khỏi cuộn phụ, chỉ còn tụ điện thường trực nối với cuộn dây phụ khi làm việc bình thường.

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý của động cơ một pha dùng tụ điện.

a) Tụ điện mở máy, b) Tụ điện thường trực, c) Đồ thị vecto 3.Động cơ dùng cả tụ làm việc lẫn tụ khởi động

Động cơ này sử dụng 2 tụ có điện dung khác nhau.Khi khởi động nó dùng tụ có điên dung lớn để tạo moment lớn giúp động cơ nhanh chóng đạt đến vận tốc cao.Khi

đã đạt vận tốc đủ lớn rồi thì nó ngắt tụ điện lớn ra , chỉ sử dụng tụ điện dung nhỏ.

Tụ điện được đóng ngắt tự động bằng công tắc ly tâm.

2.3.Động cơ dùng vòng ngắn mạch

Hình 5: Cấu tạo, đồ thị vecto, đặc tính mômen của Động cơ KĐ một pha có vòng ngắn

mạch ở cực từ a) Cấu tạo; b) Đồ thị vecto; c) Đặc tính mômen Hình 5a cho thấy cấu tạo loại động cơ này Trên stato ta đặt dây quấn một pha và cực từ được chia làm hai phần, phần có vòng ngắn mạch K ôm 1/3 cực từ và roto lồng sóc Dòng điện chạy trong dây quấn stato I1 tạo nên từ thông qua phần cực từ có vòng ngắn mạch Từ thông cảm ứng trong vòng ngắn mạch sdd En một góc

En < 90 0 Dòng điện In tạo ra từ thông và ta có từ thông tổng qua phần cực từ có vòng ngắn mạch:

Từ thông lệch pha so với từ thông qua phần cực từ không có vòng ngắn mạch một góc là Do từ thông và lệch nhau trong không gian nên chúng tạo ra từ trường quay và làm quay roto Loại động cơ này có mômen mở máy khá nhỏ M k = ( 0,2 -0,5)Mdm hiệu suất thấp ( từ 25 - 40%), thường chế tạo với công suất 20-30w, đôi khi cũng có thể chế tạo công suất đến 300w và hay sử dụng quạt bàn, quạt trần, máy quay đĩa,……

3 Động cơ điện xoay chiều một pha.

3.1.Khái niệm chung

Trong quá trình khai thác bảo vệ tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, không thể không nói đến sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dang khác Trong đó động cơ điện là thiết bị biến đổi từ điện năng sang cơ năng va có vai trò lớn trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng và rất nhiều lĩnh vực khác

Hiện nay, động cơ điện được sử dụng rộng rãi chiếm tỉ lệ rất cao với mức công suất nhỏ từ vài chục W đến múc công suất trung bình hàng trăm kW

Với những ưu điểm nổi bật của nó như :giá thành hạ (chỉ bằng 1/6 động cơ điện 1 chiều ), làm việc tin cậy chắc chắn, hiệu suất cao… Các lĩnh vực ứng dụng của động cơ không đồng bộ như :trong công nghiệp thường dùng làm nguồn lục cho máy cán thép loại vùa và nhỏ, cho các máy công cụ của các nhà máy công nghiệp nhẹ…Trong hầm mỏ thường làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp thường dùng trong các trạm bơm hay máy gia công nông sản phẩm

Trong đời sống sinh hoạt hằng ngày , động cơ điện không đồng bộ cung chiếm 1 vị trí quan trọng làm quạt gió, máy bơm nước, tủ lạnh diều hòa nhiệt độ… Tóm lại cùng với nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa thì phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng dược cải thiện và mở rộng Với những ưu điểm của động cơ không đồng bộ thì việc ứng dụng nó trong những lĩnh vực của cuộc sống ngày càng được phát triển và cải tiến mọi mặt

3.2.Công dụng

So với động cơ hơi nước và động cơ đốt trong, động cơ điện có ưu điệm tiếng ồn nhỏ, không gây ô nhiễm môi trường, kích thước nhỏ gọn, dùng nguồn năng lượng rẻ tiền, tiện lợi cho sử dụng, có khả năng tự động hóa và điều khiển

từ xa… Vì vậy, nó được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật cũng như trong dân dụng

Trong đời sống, động cơ điện dùng để phục vụ cho tiện nghi sinh hoạt của con người Đó là quạt điện , tủ lạnh ,điều hòa nhiệt độ…

Trong công nghiệp đa số các máy đều có nguồn động lực là động cơ điện

Ở đó, động cơ điện được sử dụng để truyền động lực cho các máy công cụ nhờ

hệ thống truyền lục băng puli, day cualoa, trục khuỷu và các bánh răng trung

gian theo yêu cầu về công suất mà các động cơ điện có thể có các kích thước khác nhau Các động cơ điện có các công suất lớn thì kích thước phải lớn và ngược lại theo cấu tạo và nguồn điện sử dụng, người ta chia động cơ thành động

cơ điện 1 chiều và động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện 1 chiều có momen khởi động lớn và có khả năng điều chỉnh

vô cấp vận tốc quay nhưng do cấu tạo phức tạp nên chỉ sử dụng trong những trường hợp cần thiết như cần phải điều chỉnh vận tốc trơn, mini trong 1 khoảng rộng và trong các thiết bị di động mà nguồn điện là pin ắcquy

Động cơ điện xoay chiều là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong

kỹ thuật cũng như trong dân dụng

Động cơ rôto ngắn mạch là động cơ xoay chiều thông dụng, chỉ trong những trường hợp đặc biệt người ta mới chế tạo rôtor cuốn dây

3.3 Các thông số cơ bản

Các thông số ghi trên nhãn mác của các động cơ

Thông thường trên tất cả các động cơ đều ghi các thông số cơ bản sau

Công suất định mức: Pđm (kW)

Điện áp định mức: Uđm (V)

Dòng điện định mức: Iđm (A)

Tần số định mức: f( Hz)

Tốc độ quay rôtor : nđm vòng/phút hoặc (rpm)

Hệ số công suất : Cos

Loại động cơ 3 pha hoặc 1pha ngoài các thông số định mức,bên cạnh còn có các thông số về rotor, lõi thép, vòng bi, cấp cách điện…

3.4 Cấu tạo

Cấu tạo của động cơ điện một pha gôm hai phần

3.4.1 Stator (phần tĨnh)

1 Stator gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy

3.4.1.1 Lõi thép

Lõi thép stator có dạng hình trụ (hình 2b), làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, được dập rãnh bên trong (hình 2a) rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõi thép được ép vào trong vỏ máy

3.4.1.2 Dây quấn stator

2 Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rãnh của lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn

ba pha stator sẽ tạo nên từ trường quay

3.4.1.3 Vỏ máy

Vỏ máy gồm có thân và lắp thường làm bằng gang

Kết cấu stator máy điện không đồng bộ a) Lá thép stator; b) Lõi thép stator

3.4.2 Rotor (phần quay)

Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy

3.4.2.1 Lõi thép

Lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại, mặt ngoài dập rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có dập

lỗ để lắp trục

3.4.2.2 Trục

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

3.4.2.3 Dây quấn rotor

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

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 nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát Các động cơ công suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào 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 ba vành trượt, gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cúng nối sao nằm ngoài động cơ, để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ

Roto lồng sóc

Roto dây quấn

3.5 Nguyên lý làm việc

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p (f1 là tần số lưới điện; p là số đôi cực từ của máy; n1 là tốc độ từ trường quay bậc một) Từ trường này quét qua dây quấn nhiều

pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rôto, làm cảm ứng trong dây quấn rôto các sđđ E2 Do rôto kín mạch nên trong dây quấn rôto có dòng điện I2 chạy qua

Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn rôto tác dụng với từ thông khe hở sinh

ra mômen Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rôto Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ

Hệ số trượt s của máy:

1

1 1

1

ω

ω −

=

−

=

n

n n I s

Như vậy khi n = n1 thì s = 0, còn n = 0 thì s = 1; khi n > n1, s < 0 và khi rôto quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì s > 1

3.5.1 Roto quay cùng chiều từ trường quay nhưng có tốc độ n < n 1 (0 < s < 1)

Giả thiết về chiều quay n1 của từ trường khe hở Φ và của rôto n như hình 5a Theo qui tắc bàn tay phải, xác định được chiều sđđ E2 và I2; theo qui tắc bàn tay trái, xác định được lực F và mômen M Ta thấy F cùng chiều quay của rôto, nghĩa là điện năng đưa tới stato, thông qua từ trường đã biến đổi thành cơ năng

Hình 5 Quá trình tạo moment của máy điện không đồng bộ

trên trục làm quay rôto theo chiều từ trường quay n1, như vậy máy làm việc ở chế độ động cơ điện

3.5.2 Roto quay cùng chiều từ trường quay nhưng có tốc độ n > n 1 (s < 0)

Dùng động cơ sơ cấp quay rôto của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ đồng bộ n > n1 Lúc đó chiều của từ trường quay quét qua dây quấn rôto sẽ ngược lại, sđđ và dòng điện trong dây quấn rôto cũng đổi chiều nên chiều của mômen M cũng ngược chiều của n1, nghĩa là ngược chiều của rôto, nên đó là mômen hãm (hình 5b) Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động cơ điện, do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện, nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện

3.5.3 Roto quay ngược chiều từ trường quay tức tốc độ n < 0 (s > 1)

Vì nguyên nhân nào đó mà rôto của máy điện quay ngược chiều từ trường quay (hình 5c), lúc này chiều sđđ, dòng điện và mômen giống như ở chế độ động cơ điện Vì mômen sinh ra ngược chiều quay với rôto nên có tác dụng hãm rôto lại Trong trường hợp này, máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào, vừa lấy cơ năng

từ động cơ sơ cấp Chế độ làm việc như vậy gọi là chế độ hãm điện từ

3.6 Phân loại động cơ một pha

3.6.1 Phân theo kết cấu võ máy

+ Kiểu kín

+ Kiểu bảo vệ

+ Kiểu hở

3.6.2 Phân theo số pha

Ta có máy điện không đồng bộ

+ Một pha

+ Hai pha

+ Ba pha

3.6.3 Phân theo kiểu dây quấn rôto

+ Máy điện không đồng bộ rôto lồng sóc

+ Máy điện không đồng bộ rôto dây quấn