Máy điện 1 - Chương 9

Máy điện một chiều(MĐ1C) hiện ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong sản xuất và đời sống. Nó dùng làm động cơ điện, máy phát điện hoặc tổ hợp máy, thiết bị điện một chiều chuyên dụng. Cô

PHẦN THỨ BA

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Chương 9

NGUYÊN LÝ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

9.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lýcảm ứng điện từ và có tốc độ của rotor n khác với tốc độ từ trường quay trongmáy n1 Máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở hai chế độ: Động cơ và máyphát

Máy phát điện không đồng bộ ít dùng vì có đặc tính làm việc không tốt, nêntrong chương nầy 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, giáthàng rẽ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao và gần như không bảotrì Gần đây do kỹ thuật điện tử phát triễn, nên động cơ không đồng bộ đã đápứng được yêu cầu điều chỉnh tốc độ vì vậy động cơ này càng sử dụng rộng rãihơn Dãy công suất của nó rất rộng từ vài watt đến hàng ngàn kilowatt Hầu hếtkhông đồng bộ là động cơ ba pha, có một số động cơ công suất nhỏ là một pha.Trên nhãn máy người ta ghi các số liệu định mức của động cơ không đồng bộlà:

Công suất cơ có ích trên trục: Pđm.(W, kW)

Dòng điện dây định mức stator: Iđm.(A)

Tốc độ quay định mức của rotor: nđm.(vòng/phút)

Công suất định mức của động cơ là công suất cơ có ích trên trục, nên côngsuất tác dụng định mức động cơ không đồng bộ nhận từ lưới điện:

âm âm

âm âm

)W(PM

đm

đm đm



Trong đó: Pđm (W, kW) là công suất cơ có ích trên trục

đm (rad/s) = tốc độ góc định mức của động cơ

Trên nhãn động cơ ba pha ghi Uđm - /Y- 220/380V, nghĩa là điện áp dây củalưới 220V, động cơ nối tam giác, còn 380V nối sao

9.2 CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Cấu tạo của máy điện không đồng bộ được trình bày trên hình 9-1, gồm hai

bộ phận chủ yếu là stator và rotor, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy.Trục làm bằng thép, trên đó gắn rotor, ổ bi và phía cuối trục có gắn một quạt gió

để làm mát máy dọc trục

9.2.1 Stator (sơ cấp hay phần ứng)

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

và nắp máy Còn hình 9-3c là ký hiệu động cơ trên sơ đồ điều khiển

a) Lõi thép :

Hình 9-1 Cấu tạo của động cơ điện không đồng bộ

1 Lõi thép stato; 2 Dây quấn stato; 3 Nắp máy; ; 4 Ổ bi; 5 Trục máy; 6.Hộp dầu cực; 9- Lõi

thép rôto; 8 Thân máy; 9 Quạt gió làm mát; 10 Hộp quạt

1

7

2 8

3 4 9

5 6

10

Lõi thép stator là phần dẫn từ, có dạng hình trụ (hình 9-2b), được làm bằngcác lá thép kỹ thuật điện để giảm tổn hao vì từ trường đi qua lõi thép là từ trườngquay Phía trong lõi thép được dập rãnh (hình 9-2a) rồi ghép lại với nhau tạothành các rãnh theo hướng trục Lõi thép được ép vào trong vỏ máy.

b) Dây quấn :

Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặttrong các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõi sắt Kiểu dây quấn, hình

dạng và cách bố trí dây quấn đã được trình bày ở chương 3 (xem lại chương 3)

Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên

từ trường quay (xem lại chương 5)

c) Vỏ máy :

.Vỏ máy gồm có thân và nắp, thường làm bằng gang (hình 9-1)

9.2.2 Rotor (thứ cấp hay phần quay)

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

Hình 9-3 Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ

a) Dây quấn rotor lồng sóc c) Lõi thép rotor d) Ký hiệu động cơ trên sơ đồ

ĐC(d)

(a

Hình 9-2 Kết cấu stator máy điện không đồng bộ

a) Lá thép stator và rotor; b) Lõi thép stator

(a )

iA

iA

(b )

a)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 lõi thép dập rãnh (hình 9-2a) để đặtdây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục

b)Dây quấn: 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 (hình 9-3a) gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặttrong 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 tảnnhiệt và cánh quạt làm mát (hình 9-3b) Các động cơ công suất trên 100kW thanhdẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào vành ngắn mạch

 Rotor dây quấn (hình 9-4) cũng quấn giống như dây quấn ba pha stator và

có cùng số cực từ như dây quấn stator Dây quấn kiểu nầy luôn luôn đấu sao (Y)

và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt Vành trượt gắn vào trục quay của rotor vàcách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt nầy để dẫnđiện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điềuchỉnh tốc độ

Hình 9-4 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn

9.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Khi có hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha, tần số f1, chảy trong dây quấnstator, hệ thống dòng dòng điện này sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ n1=60f1/p

Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rotor và cảm ứng trong đó cácsđđ E2 Vì dây quấn rotor nối ngắn mạch, nên sđđ cản ứng E2 sẽ sinh ra dòng điện

I2 trong các thanh dẫn rotor Từ thông do dòng điện nầy sinh ra hợp với từ thôngcủa stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn rotor I2 tácdụng với từ thông khe hở sinh ra moment Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với

tốc độ quay n của rotor (hình 9-5) 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 củachúng trong ba phạm vi tốc độ

Hệ số trượt s của máy

Sự khác nhau giữa tốc độ từ trường quay (tốc độ đồng bộ) n1 và tốc độ của

rotor n được gọi là tốc độ trược n2, và tỉ số của tốc độ trược trên tốc độ đồng bộ

gọi là hệ số trượt s Các biểu thức tương ứng là:

Như vậy khi tốc độ của rotor bằng tốc độ từ trường quay (n = n1) thì hệ sốtrượt s = 0, còn n = 0 thì s = 1; khi n > n1, s < 0 và khi rotor quay ngược chiều từtrường quay n < 0 thì s > 1

9.3.1 Rotor quay cùng chiều từ trường quay có tốc độ n < n1 (0 < s < 1)

Gỉa thiết về chiều quay của từ trường khe hở quay với tốc độ n1 và của rotorquay với tốc độ n như trình bày trên hình 9-5a Theo qui tắc bàn tay phải, xácđịnh được chiều sđđ E2 và I2; theo qui tắc bàn tay trái, xác định được lực F vàmoment M Ta thấy lực F cùng chiều quay của rotor, nghĩa là điện năng đưa tớistator, thông qua từ trường đã biến đổi thành cơ năng trên trục làm quay rotortheo chiều từ trường quay với tốc độ n, như vậy máy làm việc ở chế độ động cơđiện

Hình 9-5 Quá trình tạo moment của máy điện không đồng bộ

Tốc độ rotor của máy n luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1, vì nếu tốc độbằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn rotor không

có sđđ và dòng điện cảm ứng, nên lực điện từ bằng không

Khi rotor đứng yên, tốc độ n = 0, hệ số trượt s = 1; khi rotor quay định mức

sđm= 0,02  0,08 và từ công thức (9-5), ta có tốc độ động cơ là:

n = n1(1-s) = 60pf1 (1-s) vg/ph (9-6)Như vậy động cơ khi làm việc ở chế độ định mức thường hệ số trượt trongkhoảng sđm= 0,02  0,08, như vậy rotor có tốc độ n gần bằng tốc từ trường quay(độ đồng bộ) n1

9.3.2 Rotor quay cùng chiều từ trường quay nhưng có tốc độ n > n1 (s < 0)

Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độđồng bộ, n > n1 Lúc đó chiều của từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽngược lại, sđđ và dòng điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều củamoment M cũng ngược chiều của n1, nghĩa là ngược chiều của rotor, nên đó làmoment hãm (hình 9-5b) Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động

cơ, do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện, nghĩa là máyđiện không đồng bộ làm việc ở chế độ máy phát điện

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

Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy quay ngược chiều từ trường quay(hình 9-5c), lúc nầy chiều sđđ, dòng điện và moment giống như ở chế độ động

cơ Vì moment sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãm rotor lại.Trong trường hợp nầy, máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào, vừa lấy cơ năng từđộng cơ sơ cấp Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ

9.4 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

9.4.1 Phương trình điện áp ở dây quấn stator.

Dây quấn stator của động cơ tương tự như dây quấn sơ cấp máy biến áp, ta

có phương trình điện áp là:

1 1 1 1 1 1 1

trong đó: Z1 = R1 + jX1: tổng trở pha của dây quấn stator

* R1 là điện trở của dây quấn stator

* X1 là điện kháng tản của dây quấn stator

E1 là sđđ pha stator do từ thông của từ trường quay sinh ra có trị số là:

Với N1, là số vòng dây của một pha dây quấn stator

kdq1 là hệ số dây quấn của dây quấn stator

max là biên độ từ thông của từ trường quay

f1 là tần số dòng điện trong dây quấn stator

9.4.2 Phương trình điện áp ở dây quấn rotor

a Ảnh hưởng của hệ số trượt đến tần số của rotor

Từ trường chính quay với tốc độ n1, rotor quay với tốc độ n theo chiều từtrường quay Vậy giữa từ trường quay và dây quấn rotor có tốc độ trượt n2:

n2 = n1 - nTần số sđđ và dòng điện trong dây quấn rotor :

1 1

1 1

1 2

n

p n n

n n 60

p n

trong đó, s - là hệ số trượt của động cơ không đồng bộ, lúc làm việc ở chế độ tảiđịnh mức, thường sđm = 0,02  0,08 Nếu f1 = 50Hz thì f2 = (1-4)Hz

b Ảnh hưởng của hệ số trượt đến sđđ của rotor

Sđđ pha cảm ứng trong dây quấn rotor lúc quay E2s là:

Từ công thức (9-13), thế vào (9-14a), ta có:

Trong đó: N2 là số vòng dây của một pha dây quấn rotor

kdq2 là hệ số dây quấn của dây quấn rotor

Khi rotor đứng yên s = 1, tần số f2 = f1 Sđđ cảm ứng trong dây quấn rotor lúcđứng yên E2 là:

1 1 dq 2

1 e

N

N N k

N k E

E

với: ae gọi là hệ số qui đổi sđđ rotor về stator

Ns = kdq1N1 là số vòng dây hiệu dụng của dây quấn stator

Nr = kdq2N2 là số vòng dây hiệu dụng của dây quấn rotor

c Phương trình điện áp ở dây quấn rotor

Phương trình cân bằng điện áp ở dây quấn rotor của của động cơ không đồng

bộ có được bằng cách phân tích mô hình mạch điện một pha trình bày trên hình9-16 Để thuận tiện cho việc phân tích, ta giả thiết stator lí tưởng nghĩa là từtrường do nó sinh ra có biên độ và tốc độ quay không đổi, không có tổn hao sắt,đồng và sụt áp trên dây quấn stator Rotor được thay bằng mạch điện đứng yêngồm điện trở R2, điện kháng X2 và sđđ cảm ứng trong dây quấn rotor E2 Sđđ cảmứng trong dây quấn rotor do từ trường quay stator có tần số f2 =f1 Mô hình mộtpha của động cơ rotor dây quấn trình bày trên hình 9-6a, nếu rotor lồng sóc quiđổi về rotor dây quấn tương đương

Điện trở của rotor R2 phụ thuộc vào chiều dài, tiết diện ngang, điện trở xuất vàhiệu ứng mặt ngoài của thanh dẫn rotor, cũng như điện trở điều chỉnh nếu nó làđộng cơ rotor dây quấn Điện kháng tản của dây quấn rotor phụ thuộc vào chiềusâu của rãnh, tần số dòng điện trong dây quấn rotor và khe hỡ không khí giữa lõithép stator và rotor.

Điện kháng tản của dây quấn rotor lúc đứng yên (blocked-rotor):

Điện kháng tản của dây quấn rotor lúc quay:

X2s = 2f2L2 = 2sf1L2

trong đó: L2 là điện cảm tản của dây quấn rotor

Hình 9-6 Sơ đồ mạch điện tương đương của động cơ điện không đồng bộ

với stator lí tưởng và rotor thực

(a)

2

E s

Giống như MBA, ta viết phương trình cân bằng điện áp của mạch điện rotorlúc quay, nhưng chú ý ở đây là dây quấn rotor ngắn mạch nên U2 = 0, vậy ta cóphương trình là:

) jX R ( I E

hay: 0s E  2  I  2 ( R 2jsX 2 )s E  2 I  2 Z 2 s (9-18)trong đó: Z2s = R2 + jsX2 là tổng trở của dây quấn rotor lúc quay được trình bàytrên hình 9-6c, còn R2 là điện trở pha của dây quấn rotor

Từ phương trình (9-18), ta có mạch điện tương đương hình 9-6b, và tínhđược dòng điện trong dây quấn rotor:

2 2

2 s

2

2

E s Z

E s I

2 s

2

2

E s

/ Z

E I

2 2 2

o 2 s

2

2

E s

/ Z

0 E s / Z

Biểu diễn Ẕ2/s và 2 trong các mối quan hệ hình thành chúng, được trìnhbày trên hình 9-6e Từ phương trình (9-21), ta có trị số hiệu dụng dòng điệnrotor:

2 2

2 2

2 s

2

2 2

) sX ( R

sE Z

sE I

2 2

X ) s

R (

E I

Xartg

2

2

VÍ DỤ 9-1

Động cơ không đồng bộ ba pha nối Y có công suất Pđm = 75kW, Uđm = 380V, fđm

= 50Hz, 4 cực từ Khi làm việc với công suất định mức có hệ số trượt sđm = 0,05.Xác định :

1 Tốc độ đồng bộ và tốc độ của rotor

2 Tốc độ của từ trường quay trong khe hở không khí

3 Tần số của dòng điện trong dây quấn rotor.

4 Tốc độ trượt

5 Tốc độ của từ trường rotor so với :

+ rotor

+ stator

+ từ trường quay stator

6 Điện áp cảm ứng trong dây quấn rotor khi máy làm việc định mức Cho rằng

tỉ số biến đổi điện áp ae =2

Bài giải

2

50 60 p

f 60

Tốc độ của rotor : n = (1-s)n1 = (1-0,05)1500 = 1425 vòng/phút

2 Tốc độ của từ trường quay trong khe hở không khí :

1500 2

50 60 p

f 60

+ từ trường quay stator : 0 vòng/phút

6 Điện áp cảm ứng trong dây quấn rotor khi máy làm việc định mức :

E2s = sE2 =s E1/ae

= 0,05 x 3803 2

 = 5,485 V

VÍ DỤ 9-2

Động cơ không đồng bộ ba pha nối Y có công suất Pđm = 18,5kW, Uđm = 380V,

fđm = 50Hz, 6 cực từ Điện trở và điện kháng tương ứng của rotor là 0,1 /pha vào,54 /pha Khi làm việc với công suất định mức có tốc độ nđm = 970 vòng/phút.Nếu sđđ pha khi rotor đứng yên là 150V Hãy xác định :

1 Tốc độ đồng bộ và hệ số trược định mức

2 Dòng điện trong dây quấn rotor

3 Dòng điện trong dây quấn rotor nếu giảm tải đến hệ số trượt còn 0,02 Tínhtốc độ quay lúc này

Bài giải

3

50 60 p

f 60

Hệ số trượt định mức:

03 , 0 1000

970 1000 n

n n s

o o

2 2

2

54 , 0 j 03 , 0 / 1 , 0

0 150 jX

s / R

2 2

2

54 , 0 j 02 , 0 / 1 , 0

0 150 jX

s / R

9.4.3 Phương trình stđ của động cơ không đồng bộ.

Khi động cơ làm việc, từ trường quay trong máy do dòng điện của cả haidây quấn sinh ra Dòng điện trong dây quấn stator sinh ra từ trường quay statorquay với tốc độ n1 so với stator Dòng điện trong dây quấn rotor sinh ra từ trườngquay rotor quay với tốc độ n2 so với rotor bằng:

p

s f 60 p

f 60

Vậy từ trường quay stator và từ trường quay rotor quay cùng tốc độ n1, nên

từ trường tổng hợp là từ trường quay với tốc độ n1

Từ thông max trong máy điện không đồng bộ có trị số hầu như không đổiứng với chế độ không tải và có tải Do đó ta có thể viết phương trình sức từ độngcủa động cơ như sau:

m1kdq1N1 I  1

- m2kdq2N2 I 2 = m1kdq1N1 I 0 (9-26)trong đó: I0 là dòng điện stator lúc không tải;

I1, I2 là dòng điện stator và rotor khi có tải;

m1, m2 là số pha của dây quấn stator và rotor;

kdq1, kdq2 là hệ số dây quấn của dây quấn stator và rotor

Chia hai vế cho m1N1kdq1 và đặt:

' 2 i 2

2 dq 2 2

1 dq 1 1

a I k N m

k N m

1 1 dq 1

i m k N

N k m

9.5 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và tính toán các quá trình năng lượng, tathay thế động cơ điện không đồng bộ bằng mô hình mạch điện tương đương gồm

các tham số của máy, hệ số trượt, nguồn điện đặt vào dây quấn stator như trìnhbày trên hình 9-7a, gọi là mạch điện thay thế động cơ điện không đồng bộ Mạchđiện rotor như đã thấy ở hình 9-6d, còn mạch điện stator tương đương phươngtrình cân bằng điện áp phía stator (9-7), gồm điện trở của dây quấn stator R1, điệnkháng tản của dây quấn stator X1, điện trở Rfe đặt trưng cho tổn hao sắt trong lõithép và điện kháng từ hóa XM đặt trưng cho thành phần từ hóa của đòng điệnkhông tải.

Mô hình mạch điện động cơ không đồng bộ trình bày trên hình 9-7a giốngnhư mạch điện thay thế MBA đã biết ở chương 2, trong đó điện trở và điệnkháng tản của động cơ giống như dây quấn sơ cấp và thứ cấp MBA Do giốngnhau như vậy nên sử dụng mạch điện thay thế MBA đã nghiên cứu cho động cơkhông đồng bộ Vì vậy mạch điện thay thế hình 9-7a có thể bỏ qua hai nhánhsong song thay máy lí tưởng và các tham số qui đổi về phía stator được trình bàytrên hình 9-7b, nghĩa là để nối trực tiếp dây quấn rotor về dây quấn stator thì sđđ

E2 phải bằng sđđ E1, vì vậy ta phải qui đổi rotor về stator Để qui đổi, ta nhânphương trình (9-20) với ae, chia và nhân số hạng thứ hai với ai, ta có:

) a a jX a a s

R ( a

I E a

i

2 2

) jX s

R ( I E

s 1 R ( I E

trong đó: E’2 = aeE2 =E1 là sđđ pha rotor qui đổi về stator; I2’= I2/ai là dòng điệnrotor qui đổi về stator; R2’= R2aiae = a2R2 là điện trở dây quấn rotor qui đổi vềstator; X2’= X2aiae = a2X2 là điện kháng dây quấn rotor qui đổi về stator; a2 = aiae

là hệ số qui đổi tổng trở; còn điện trở R2’/s phân ra làm hai thành phần:

'

s

) s 1 ( R R s

' 2

' 2 ' s

M fe

jX R Z







0 2

0 2 P

Z Z

Z Z Z

' 2 2

U   

) jX R s

) s 1 ( R ( I E

2

' 2

' 2

' 2

'

' 2 0

phụ tải máy biến áp là điện trở cơ giả tưởng Rcơ =R’2(1-s)/s, đây là điện trở đặctrưng cho công suất cơ Pcơ của động cơ

9.6 CÁC DẠNG KHÁC CỦA MẠCH ĐIỆN THAY THẾ

Để thuận tiện cho việc tính toán, sơ đồ hình 9-7 được xem gần đúng tươngđương với sơ đồ hình 9-8a, khi chuyển nhánh từ hóa về nối trực tiếp với điện ápnguồn U1 cũng được sử dụng nhiều trong tính toán động cơ điện không đồng bộ.Ngoài ra, nếu làm một vài phép biến đổi đơn giản, ta có sơ đồ thay thế nhưhình 9-8b,c, trong đó:

' 2 1 n

' 2 1 n

X X X

R R R

33)

Máy

Lý tưởng+

_



Hình 9-7 Mạch điện thay thế của động cơ điện không đồng bộ; a) Mạch điện thay thế

động cơ điện không đồng bộ rotor và stator rời nhau; b) Mạch điện thay thế động cơ điện không đồng bộ với các tham số qui đổi về stator

1

U

(b)

i 2

Trong máy điện không đồng bộ, do có khe hở không khí lớn nên tồn tại dòngđiện từ hóa lớn, khoảng (30-50)%Iđm Điện kháng tản X1 cũng lớn Trong trườnghợp như vậy điện kháng từ hóa XM không nên dịch chuyển về đầu nguồn (hình 9-8) mà giữ nguyện vị trí và bỏ qua điện trở Rfe như trìnhbày trên hình 9-9 Ở đây

bỏ qua điện trở Rfe không có nghĩa là bỏ qua tổn hao sắt mà gộp nó vào tổn hao

cơ và tổn hao phụ, gọi chung là tổn hao không tải Mạch điện thay thế hình 9-9

do I EEE (đọc là I ba E) đề xướng Ở đây sđđ E1 vẫn khác so với U1

9.7 QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG ĐỘNG CƠ

I

s

s1

R'2 

R’2X’2

X1

R1

Hình 9-9 Mạch điện thay thế IEEE

Hình 9-8 Sơ đồ thay thế gần đúng máy điện không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ nhận điện năng từ lưới điện, nhờ từ trườngquay điện năng đã được biến đổi thành cơ năng trên trục động cơ.

Công suất tác dụng động cơ điện nhận từ lưới điện :

Trong đó: U1, I1 là điện áp pha và dòng điện pha, còn 1 là góc lệch pha củadòng điện và điện áp pha; m1 là số pha của dây quấn stator

Công suất này một phần bù vào:

+ tổn hao đồng trên dây quấn stator pCu1 = m1I2R1

+ tổn hao sắt thép trong lõi thép: pFe = m1I2

feRfe Công suất còn lại gọi là công suất điện từ truyền qua rotor:

Pđt = P1 - (pCu1+pFe) =

s

R I

m ' 2 '2 2

Công suất điện từ truyền qua rotor, sau khi mất một phần vì tổn hao đồngtrên dây quấn rotor: pCu2 = m1I’2R’2 Còn lại là công suất cơ trên trục:

Pcơ = Pđt - pCu2 =

s

R I

m ' 2 '2 2

1 - m1I’2R’2 = m I R ' 1ss

2 2 ' 2

Tổng tổn hao trong động cơ điện không đồng bộ:

Hiệu suất của động cơ điện:

1 1

2

P

p 1 P



VÍ DỤ 9-3

Động cơ không đồng bộ ba pha nối Y có công suất Pđm = 11kW, Uđm = 380V, fđm

= 50Hz, 4 cực từ, nđm = 1440 vòng/phút Tổn hao quay (quạt gió, ma sát và phụ )

là 750W Xác định :

1 Công suất cơ ?

2 Công suất điện từ ?

3 Tổn hao đồng trong dây quấn rotor ?

Bài giải

1 Công suất cơ của động cơ :

Công suất cơ = Công suất trên đầu trục + Tổn hao quay

= 11000 + 750 = 11750W

2 Công suất điện từ :

Tốc độ đồng bộ :

1500 2

50 60 p

f 60

11750 s

Động cơ không đồng bộ ba pha nối Y có công suất Pđm = 15hp, Uđm = 460V, nối

Y, fđm = 60Hz, 6 cực từ Khi làm việc với công suất định mức có tốc độ nđm =

1185 vòng/phút Tổn hao quay là 166W và các tham số tính trên một pha nhưsau:

5 Công suất điện từ và công suất cơ và trên trục (đầu ra)

6 Hiệu suất của máy

Bài giải

3

60 60 p

f 60

Hệ số trượt định mức:

0125 , 0 1200

11850 1200

n

n n s

s

2 j 1 , 29 20 1 , 29 j 20 , 042 3 , 69

0125 , 0

25 , 0 jX s

M fe

j 42 317

) 90 42 (

317 jX

R

jX R

0 2

0 2

453 , 82 636 , 41 69 , 3 042 , 20

453 , 82 636 , 41 69 , 3 042 , 20 Z

Z

Z Z Z

P 1

0 58 , 265 Z

U

0 0

,20823,1623,3011,15Z

I

E'2 1 P   0  0   o

A 88 , 6 69 , 12 69

, 3 042 , 20

19 , 3 23 , 254 Z

E

0 '

23 , 30 11 , 15 58 , 265 I

U S

~

0

0

* 1 1

5 Công suất điện từ và công suất cơ và trên trục:

W 9655 0125

, 0

69 , 120 s

p

Pcơ = (1-s)Pđt = (1-0,0125) 9655 = 9534W

P2 = P1 -p = 10.040 – 1,035 = 9005W

6 Hiệu suất của máy

8969 , 0 10040

9005 P

9.8 MOMENT CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Thường lợi dụng mạch điện thay thế để tính moment điện từ theo hệ số trượt

Từ mạch điện thay thế hinh 9, biến đổi thành mạch điện tương đương hình

9-11 Bên trái a-b hình 9-11, theo Thévenin, ta có :

ZTh = (R1 + jX1)//jXM = RTh + jXTh (9-41)

) X X (j R

jX U

U

M 1 1

M 1

M 1

X X

X U

M

X X

X (



1 1 Th 1 M 1

M

X X

f 60 2 60

Th '

2

) X X ( ) s / R R (

U I

' 2

2 Th 1

1

) X X ( ) s / R R (

s / R U m

U

' 2

I

s

s1

R'2 

R’2X’2

Ay M

2 Th

1 U R m A



2 Th

2

Th ( X X )

' 2

Th R R 2

) Dy B ( A dy

dM

2 2 m m

2 m y

ym 



B / D

sm 



2 ' 2 Th

2 Th

' 2 m

) X X ( R

R s

2 Th Th

2 Th 1

1 max

) X X ( R R

U 5 , 0 m

' 2 Th

' 2 m

X X

R s





' 2 Th

2 Th 1

1 max

X X

U 5 , 0 m M

+ Mmax ở chế độ máy phát lớn hơn một ít so với chế độ động cơ

+ R’2 càng lớn thì sm càng lớn và sm không phụ thuộc điện áp

+ R’2 tăng thì Mmax không đổi mà dịch sang phải như hình 9-13a

2 Mômen khởi động

Điểm s = 1 (n = 0) ứng với chế độ khởi động của động cơ, vậy mômen khởiđộng:

2 ' 2 Th 2 ' 2 Th

' 2

2 Th 1

1 K

) X X ( ) R R (

R U m

+ MK tỉ lệ nghịch với ZTh2

+ Tìm MK = Mmax thì hệ số trược sm = 1 (hình 9-13a) Ta có:

1 X X

R

2 Th

' 2



' 2 Th

'

R   : đây là điện trở rotor để MK = Mmax

3 Đặc tính cơ của động cơ điện

Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ n = f(M2) hoặc M2 = f(n) Mà ta có

M = M0 + M2, ở đây ta xem M0 = 0 hoặc chuyển M0 về mômen cản tĩnh MC, vìvậy M2 = M = f(n)

s10