Chương 5: Máy điện không đồng bộ

b – Từ số liệu đo được trong điều kiện mở máy trực tiếp, xác định điện trở rotor, điện kháng tản rotor, trở kháng nhánh từ hóa và hệ số công suất trong trường hợp này (g[r]

Trang 1

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

5.1 CẤU TẠO

Trang 2

5.1 CẤU TẠO

Trang 3

5.1 CẤU TẠO

Trang 4

Rotor Lồng sóc (Squirrel Cage)

5.1 CẤU TẠO

Trang 5

Rotor Dây quấn (Wound)

5.1 CẤU TẠO

Trang 6

Quạt làm mát, bạc đạn, vỏ (nhôm, gang), bộ dây quấn (đồng, nhôm), vật liệu cách điện

5.1 CẤU TẠO

Trang 7

Quạt làm mát, bạc đạn, vỏ (nhôm, gang), bộ dây quấn (đồng, nhôm), vật liệu cách điện

5.1 CẤU TẠO

Trang 9

- Phân bố cuộn dây 2 cực (P

Trang 10

- Từ trường quay => động cơ tự khởi động

- Từ trường đập mạch => động cơ không tự khởi động

- Để đảo chiều động cơ => đảo chiều từ trường quay

+ Cuộn dây 3 pha: đảo đầu dây 2 trong 3 cuộn bất kỳ+ Cuộn dây 2 pha: đảo đầu dây 1 cuộn so với cuộn còn lại+ Cuộn dây 1 pha: phải dùng lực bên ngoài

Xem Clip

5.2 TỪ TRƯỜNG QUAY

Trang 11

5.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ

- Lực điện từ theo nguyên tắc bàn tay trái

- Tốc độ từ trường quay (n1) > tốc độ rotor (n)

- Lực điện từ (Fđt) cùng chiều quay rotor

Trang 12

- Dùng ngoại lực (động cơ sơ cấp) quay rotor

- Tốc độ quay của rotor (n) > tốc độ quay của từ trường (n1)

- Lực điện từ (Fđt) ngược chiều quay rotor

5.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ

Trang 13

5.4 MÁY ĐIỆN KĐB LÀM VIỆC KHI RÔTOR ĐỨNG YÊN (giống MBA ở chế độ ngắn mạch)

1 1 1

1 1

=IjX+IR+E

=U

5.4.1 Phương trình điện áp stator

E1 = 4,44.f.kdq1.N1.ΦmTrong đó:

1 R jX

Z   là tổng trở một pha dây quấn stator, Ω

R1: điện trở một pa dây quấn stator, Ω

X1: Điện kháng một pha dây quấn stator, Ω

Trang 14

2 2 2

2 2

=IjX+IR

=E

2

Z

5.4.1 Phương trình điện áp Rotor

Khi rotor đứng yên ta có sức điện động cảm ứng là:

E2 = 4,44.f.kdq2.N2 Φm

Vì rotor ngắn mạch nên phương trình điện áp rotor là:

: tổng trở một pha dây quấn rotor, Ω

R2: Điệ trở một pha dây quấn rotor, Ω

X2: điện kháng tản một pha dây quấn rotor, ΩTrong đó:

5.4 MÁY ĐIỆN KĐB LÀM VIỆC KHI RÔTOR ĐỨNG YÊN (giống MBA ở chế độ ngắn mạch - chế độ nm của MĐKĐB )

Trang 15

Khi rotor quay với vận tốc n tức hệ số trượt s, từ trường stator quay đối với rotor với vận tốc tương đối là s.n1 nên tần số dòng điện rotor, điện kháng tản rotor và sức điện động cảm ứng rotor lần lượt là:

2 2

2 2 2

2

• s

•

• s

•

I Z

= I jsX +

I R

= I jX + I R

= E

= E sPhương trình điện áp lúc rotor quay là:

Trang 16

2 2 2

•

I jX + s R

= E

Mạch tương đương rotor qui về stato

i

2 2 i e

2 i e 2

e

k

I)Xk

jks

Rkk(E

1 1

dq

dq e

k w

k

w

k 

2 2

2

1 1

1

dq

dq i

k w m

k w

Trang 17

5.6 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY ĐIỆN KĐB

Mạch nối tiếp

Mạch song song

Trang 18

Mạch nối tiếp gần đúng

Được chấp nhận khi giải

tích mạch đối với máy

điện KĐB

Mạch song song gần đúng

Được chấp nhận khi giải

tích mạch đối với máy

điện KĐB

5.6 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY ĐIỆN KĐBCHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Trang 19

1 2

2 ' k E E

E   Gọi: : sức điện động pha rotor quy về stator.

k/I

: dòng rotor quy về stator

: điện trở dy quấn rotor quy về stator

X’

2 = k2X2 : điện kháng dây quấn rotor quy về stator

2 ' ' 2

' 2 2

s

R(

5.6 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY ĐIỆN KĐB

Trang 21

- Công suất điện nhận từ nguồn:

- Còn lại công suất đưa vào rotor gọi là công suất điện từ:

- Tổn hao đồng trong dây quấn rotor:

Pđ2 = 3.R’2.I’2

2 = sPđt

2 2 '

' 2

3 I s

Trang 22

P + P

P

= P

2

- Công suất cơ sau khi trừ đi tổn hao cơ Pmq do ma sát, quạt gió

và tổn hao phụ (Pcơ + Pf), sẽ còn lại công suất có ích trên trục, hay công suất ra:

P2 = PC - Pcơ - Pf

- Công suất cơ trên trục:

dt 2

' 2

C I ( 1 s ) P

s

s 1 R 3

- Hiệu suất của động cơ:

- Tổng tổn hao công suất trong động cơ là:

Pth = Pđ1+Pt+Pđ2+Pcơ+Pf

5.7 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC - GỈAN ĐỒ NĂNG LƯỢNG - ĐỒ

THỊ VECTƠ CỦA MÁY ĐIỆN KĐB

Trang 23

a – Dòng điện vào động cơ

b – Công suất vào P 1

c – Công suất cơ P cơ và Công suất ra P 2

d – Moment ra M 2

e – Hệ số công suất và hiệu suất của động cơ

f – Moment điện từ cực đại

g – Dòng điện mở máy và moment mở máy

h – Giả sử để mở máy động cơ người ta dùng biến áp tự ngẫu Hãy tính tỷ số biến áp để dòng điện mở máy giảm đi ½ lần so với câu g

Trang 24

Bài tập:

Trang 25

5.7 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC - GỈAN ĐỒ NĂNG LƯỢNG - ĐỒ THỊ VECTƠ CỦA MÁY ĐIỆN KĐB

Trang 28

5.7 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC - GỈAN ĐỒ NĂNG LƯỢNG - ĐỒ THỊ VECTƠ CỦA MÁY ĐIỆN KĐB

Trang 29

5.8 MOMENT ĐIỆN TỪ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB

Gọi n1 và Ω1 = 2πn1 là vận tốc từ trường stator tính bằng vòng/giây và rad/ giây

n = n1(1-s) và Ω = Ω1(1-s) là vận tốc rotor tính bằng vòng/ giây và rad/giây

Ta có Ω1= 2πf/p = ω/p; với ω là tần số góc của dòng điện stator

Moment quay của động cơ là:

1

dt

1

2 ' 2

' 2

1

2 ' 2

' 2

s

I R

3 )

s 1 (

I s

s 1 R 3 P

2 '

2 1

1 '

2

X )

S / R R

(

U I





] X )

s / R R

[(

s

U R 3

N

2 '

2 1

1

2 1

' 2

Trang 30

Từ đó ta có mối quan hệ giữa

moment và hệ số trượt hay tốc

độ như sau:

5.8 MOMENT ĐIỆN TỪ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐBCHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Trang 31

Điểm cực đại trên hình có toạ độ cho bởi dM/ds = 0 suy ra hệ số trượt tới hạn:

2 2

1

' 2

n

th

X R

R s





Thay smax vào phương trình ta được moment cực đại

) (

2

.

3

2 2

1 1

1

2 1 max

n

X R

R

U M

- Moment max tỷ lệ với U12

- Moment max không phụ thuộc vào điện trở của rôtor

- Điện trở rotor R’2 càng lớn thì sth càng lớn

- Với tần số cho trước, Mmax tỷ lệ nghịch với điện kháng

Xn=(2L).f và tỷ lệ nghịch với f2

Trang 32

Đối với động cơ lồng sóc thường các tỷ số sau:

7 , 1 1 ,

1 M

Trang 33

Quan hệ giữa M, Mmax và sth có thể viết gần đúng như sau:

s

s s

s

M M

th th



 2 max

Nếu gọi (s1, M1) và (s2, M2) lá các giá trị ở các chế độ 1 và 2:

2 1

2 2

) / ( 1

s s

s

s s

s M

Trang 34

5.9 CÁC ĐẶC TUYẾN CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB

Trang 35

Bài tập 2:

Động cơ không đồng bộ 3 pha, 100 HP (1HP = 746W), stator nối Y, 600

V, có tốc độ đồng bộ 1800 v/ph Động cơ tiêu thụ công suất điện P =

70 kW, dòng stator Is = 78 A, tốc độ rotor nr = 1763 v/ph, tổn hao sắt

PFe = 2 kW, tổn hao do ma sát và quạt gió Pcơ = 1,2 kW, điện trở đo được giữa 2 đầu cực của dây quấn stator R s-s = 0,34  Tính:

a – Công suất truyền từ stator qua rotor

Trang 36

Khi mở máy n = 0 => s = 1 Thay s = 1 vào phương trình dòng và moment ta có:

2 1

2 ' 2 1

1

) (

) (R R X X

3

2 2

1

2 1

' 2

n n

mm

X R

U R M

5.10 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB

Trang 37

D G J

4

-Khi mở máy một động cơ cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau:

- Phải có moment 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 và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn

- Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt

Các phương pháp mở máy:

Trang 38

d – Moment ra M2

f – Moment điện từ cực đại

g – Dòng điện mở máy và moment mở máy

h – Giả sử để mở máy động cơ người ta dùng biến áp tự ngẫu Hãy tính tỷ số biến áp để dòng điện mở máy giảm đi ½ lần so với câu g

Trang 39

a/ Mở máy trực tiếp động cơ điện rotor lồng sóc

Trang 40

a/ Mở máy trực tiếp động cơ điện rotor lồng sóc

Đặc tính mở máy:

Trang 41

b/ Hạ điện áp mở máy

- Nối điện kháng (hoặc điện trở) nối tiếp vào mạch điện stator:U’1 = k.U1đm , Imm giảm k lần và Mmm giảm k2 lần

Trang 42

- Nối điện kháng (hoặc điện trở) nối

tiếp vào mạch điện stator:

U’1 = k.U1đm , Imm giảm k lần và Mmm

giảm k2 lần

Trang 43

- Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy:U’1 = k.U1đm , Imm giảm k2 lần và Mmm giảm k2 lần

Trang 44

d – Moment ra M2

f – Moment điện từ cực đại

g – Dòng điện mở máy và moment mở máy

h – Giả sử để mở máy động cơ người ta dùng biến áp tự ngẫu Hãy tính tỷ số biến áp để dòng điện mở máy giảm đi ½ lần so với câu g.

Trang 45

- Biến đổi Y-: Imm giảm 3 lần và Mmm giảm 3 lần

Trang 46

- Biến đổi Y-: Imm giảm 3 lần và Mmm giảm 3 lần

Trang 47

c/ Mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rotor

Trang 48

`

1

2

2 1

' 2

X R

R

R s

Điện trở phụ được xác định:

Lúc đó Mmm = Mmax

Trang 49

Trang 50

+ Thay đổi số đôi cực

) 1 (

60 )

n

+ Thay đổi tần số nguồn5.11.2 Thay đổi độ trượt khi động cơ làm việc (s)5.11.1 Thay đổi tốc độ đồng bộ của từ trường quay (n1)

+ Thay đổi điện áp nguồn+ Thêm điện trở phụ vào mạch rotor+ Thêm dòng điện có tần số thích hợp vào mạch rotor

5.11 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB

Trang 51

5.11.1 Thay đổi tốc độ đồng bộ của từ trường quay (n 1 )

Trang 52

P = M./p = M.2f/p = M. = M 2n/60

Trang 53

+ Thay đổi tần số nguồn

M

M f

f U

.

1

' 1

1

' 1

f

f U

' 1

1

'

f

f M

M



1

' 1 1

' 1

f

f U

U

hay

Trang 54

* Khi yêu cầu moment tỷ lệ với bình phương của tốc độ, nghĩa là

M tỷ lệ với f2 (như trong quạt gió)

2

1

' 1 1

' 1

U

Nhận xét:

+ f < fđm: M = const và P = M. tỷ lệ tuyến tính với

 hay f

+ f > fđm: U = Uđm, M giảm theo f và P = const

Trang 55

5.11.1 Thay đổi tốc độ đồng bộ của từ trường quay (n 1 )

Trang 56

5.11.2 Thay đổi độ trượt khi động cơ làm việc (s)

+ Thay đổi điện áp nguồn

)1

.( 2

1

x

s n

n   trong đó: U = x.Uđm

5.11 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐBCHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Trang 57

+ Thêm điện trở phụ vào mạch rotor

'

2 2

s

R

R s

R  p



5.11 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐBCHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Trang 58

+ Thêm dòng điện có tần số thích hợp vào mạch rotor:

f2s = s.f => s = f2s/f

Trang 59

5.12.1 Hãm ngược (đổi thứ tự pha)

Động cơ nhận điện năng từ lưới và cơ năng từ các bộ phân truyền động biến thành nhiệt năng tiêu tán trên động cơ

+ Khi Mc có tính chất thế năng và lớn hơn moment ngắn mạch của động cơ Mnm ( = 0)

+ Đổi thứ tự 2 pha điện áp đặt vào stator động cơ chuyển sang trạng thái hãm ngược

Mc > Mnmđộng cơ đảo chiều quay và làm việc ở trạng thái hãm ngược

5.12 TRẠNG THÁI HÃM CỦA MÁY ĐIỆN KĐB

Trang 60

Cách đảo chiều động cơ 3 pha

5.12.1 Hãm ngược (đổi thứ tự pha)

Trang 61

5.12.2 Hãm tái sinh (đổi thành máy phát điện)

Động cơ nhận năng lượng phản kháng từ nguồn để tạo ra

từ trường quay và trả năng lượng tác dụng vào nguồn

+ Khi điều chỉnh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp+ Khi tải có tính thế năng (hệ thống cần trục, thang máy,…)

có thể xảy ra hãm tái sinh khi hạ tải => n > n1

5.12.3 Hãm động năng

Động cơ nhận cơ năng từ các bộ phận chuyển động biến thành điện năng tiêu tán thành nhiệt năng trong động cơ

+ Dùng để dừng nhanh động cơ

Trang 62

5.13.1 Thí nghiệm không tải

5.13 THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI VÀ THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH

Trang 63

5.13.2 Thí nghiệm ngắn mạch

5.13 THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI VÀ THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH

Trang 64

Bài tập 3:

Một động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, ba pha, nối hình sao, điện áp định mức 380 V, tần số 50 Hz, điện trở stator trên mỗi pha là 0,26  Trong điều kiện không tải, động cơ tiêu thụ 400 W và dòng không tải là 3 A Trong điều kiện mở máy trực tiếp, động cơ tiêu thụ 5

kW và dòng là 40 A

a – Từ số liệu đo được trong điều kiện không tải, xác định hệ số công suất không tải, tổn hao sắt từ và tổn hao cơ nếu tổn hao sắt từ gấp 1,5 lần tổn hao cơ

b – Từ số liệu đo được trong điều kiện mở máy trực tiếp, xác định điện trở rotor, điện kháng tản rotor, trở kháng nhánh từ hóa và hệ số

công suất trong trường hợp này (giả định là các điện cảm tản từ của rotor và stator là bằng nhau)

c – Tíng dòng stator, hệ số công suất và công suất đầu vào của máy ở điều kiện định mức (cho vận tốc định mức là 1450 vòng/phút)

d - Tính moment điện từ của máy ở điều kiện định mức

Trang 65

5.14.1 Các thông số định mức

5.14 CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC VÀ PHÂN LOẠI MĐ KĐB

Trang 66

5.14.2 Phân loại máy điện không đồng bộ

5.14 CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC VÀ PHÂN LOẠI MĐ KĐB

Trang 67

5.15 ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB ROTOR RÃNH SÂU VÀ ROTOR 2 LỒNG SÓC

Trang 68

=> cải thiện moment mở máy

Trang 69

Trang 70

5.16.1 Làm việc với lưới điện

5.16.2 Làm việc độc lập với lưới điện

5.16 MÁY PHÁT ĐIỆN KĐB

Trang 71

5.17.1 Từ trường đập mạch của dây quấn 1 pha

= 1) => tốc độ nhanh

= 2) => tốc độ chậm

không tự khởi động được

5.17 ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB 1 PHA VÀ 2 PHA

Trang 72

Trang 73

Từ trường quay quay cùng chiều với rôto lúc động cơ làm việc,

gọi là từ trường quay thuận.

Từ trường quay quay ngược chiều vi rôto lúc động cơ làm việc,

gọi là từ trường quay ngược.

Từ trường quay thuận tác dụng lên dòng điện rôto sẽ tạo ra mômen quay thuận M1; còn từ trường quay ngược tạo ra môme quay ngược M2 Tổng đại số của hai mômen này cho ta đặc tuyến mômen - vận tốc:

M = M1 + M2 = f(n)

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	6,95 MB