Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 Chương 2: Động cơ không đồng bộ

Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 1 Chương 2: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I. Giới thiệu I.1. Cấu tạo Rotor dây quấn Rotor lồng sóc Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 2 Stator cực từ ẩn Stator cực từ lồi A B C N A N Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 3 Rotor dây quấn Rotor lồng sóc Force Brotating Ir Ring Rotor bar ω Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 4 I.2. Từ trường quay A B C N Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 5 I.3. Nguyên lý làm việc A B C N Force Brotating Ir Ring Rotor bar ω Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 6 II. Mạch tương đương ' r ' r ' r R s s1R s R ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+= Rs sI& jXs sE&sU& Stator với dòng từ hoá mI& jXm s R 'r jX’r ' rE& ' rI& Rotor quy về stator Rs sI& jXs sE&sU& Stator với dòng từ hoá mI& jXm s R 'r jX’r ' rE& ' rI& Rotor quy về stator Rs sI& jXs sE&sU& Stator với dòng từ hoá mI& jXm s R r jXr rE& rI& Rotor quay quy về đứng yên Rs sI& jXs sE&sU& Stator với dòng từ hoá mI& jXm Rr jsXr rI& Rotor quay s rE& Rr jXr rE& rI& Rotor đứng yên Rs sI& jXs sE&sU& Stator jXm Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 7 Rs sI& jXs sU& ' rI& ' rR jX’r Maïch töông ñöông dạng hình Γ ' rRs s1− RFe jXm mI&FeI& Rs sI& jXs sU& Mạch tương đương động cơ KĐB với dòng từ hoá mI& jXm jX’r 'rI& ' rR ' rRs s1− Rs sI& jXs Rm mI& sU& jXm ' rI& s R 'r jX’r Mạch tương đương của động cơ KĐB Rs sI& jXs sU& ' rI& ' rR jX’r Mạch tương đương động cơ KĐB với tổn hao sắt từ ' rRs s1− RFe jXm mI&FeI& Rs sI& jXs Rm mI& sU& jXm ' rI& ' rR jX’r Mạch tương đương của động cơ KĐB ' rRs s1− Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 8 III. Phân bố công suất và hiệu suất IV. Thí nghiệm không tải, thí nghiệm ngắn mạch IV.1. Thí nghiệm ngắn mạch PCus/3sI& 'rI& PCur/3 Phân bố công suất trong ĐC KĐB 3 pha Pc/3 PFe/3 mI&FeI&Pin/3 Psr/3 Pthcơ + Pout Pin Psr=Pđt Pout PCur PCus PFe Pthcơ Pc= Pcơ Rs sI& jXs Rm mI& sU& jXm m ' r II && >> 'rR jX’r Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 ' rRs s1− Rs jXs nU& nI& ' rR jX’r Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 Rs jXs sU& sI& s R 'r jX’r Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 9 IV.2. Thí nghiệm không tải Rs sI& jXs sU& ' rI& ' rR jX’r Mạch tương đương động cơ KĐB với tổn hao sắt từ ' rRs s1− RFe jXm mI&FeI& Rs sI& jXs sU& ' rI& ' rR jX’r Maïch töông ñöông dạng hình Γ ' rRs s1− RFe jXm mI&FeI& nU& nI& nR jXn Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 Pn/3 Pn/3 Rs 0I& jXs Rm 0I& 0U& jXm 0I'r →& Pthcơ ≠0 Không tải: n→ns: s→0, Pthcơ ≠ 0 PCus/3 PFe/3 P0/3 Rs sI& jXs Rm mI& sU& jXm 0I'r →& ∞→ s Rr ' jX’r Không tải: n→ns: s→0 Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 10 V. Khởi động động cơ không đồng bộ VI. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ Rs sI& jXs sU& mI& jXm jX’r 'rI& ' rR ' rRs s1− Rs sI& jXs sU& ' rI& s R 'r jX’r Mạch tương đương của động cơ KĐB RFe jXm mI&FeI& 0I& 0U& Không tải: n→ns: s→0, Pthcơ ≠ 0 RFe jXm mI&FeI& Pthcơ ≠0 PFe/3 P0/3 Rs sI& jXs Rm mI& sU& jXm ' rR jX’r Khởi động: n = 0: s = 1: Is = Ist ' rI& Rs sI& jXs Rm mI& sU& jXm s R 'r jX’r Mạch tương đương của động cơ KĐB ' rI& Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 11 Rt jXt tU& tI& s R 'r jX’r Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator Rs jXs sU& ' rI& s R 'r jX’r Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 12 Giả sử Rm > Xm): ( )mss m st XXjR X.jUU ++= && và ( )( )mss mss ttt XXjR X.jX.jR X.jRZ ++ +=+= Tính được: ( )'rs'rs s' r XXj s RR U I ++⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + = Momen quay ( )( ) ( )2'rs 2' r s ' r2 s s đt s dt s dtc XX s RR s RU3 1T P s1 Ps1P T ++⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ===− −== ωωωω Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax 0ds dT = , hay 0 dn dT = ( )2'ts2s ' r p XXR Rs ++ = ( )2'rs2ss 2 s s max XXRR U2 31T +++ = ω ( ) ( )2'rs2'rs ' r 2 s s st XXRR RU31T +++= ω s s s s 2 T T p p max + = 0 s1sp Tst Tmax T 0 nnr Tst Tmax T ns np Trate TL A T Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 13 Đặc tính momen của động cơ không đồng bộ Đặc tính momen – độ trượt của máy điện không đồng bộ ở chế độ động cơ (0<s<1) và máy phát (s<0) Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 14 Phân bố điện kháng tản trong các loại động cơ không đồng bộ: Tỷ lệ giữa Xs và Xr’ Loại Động cơ Mô tả Xs X’r A Momen khởi động bình thường Dòng điện khởi động bình thường 0,5 0,5 B Momen khởi động bình thường Dòng điện khởi động thấp 0,4 0,6 C Momen khởi động cao Dòng điện khởi động thấp 0,3 0,7 D Momen khởi động cao Độ trượt cao 0,5 0,5 Rotor dây quấn Tùy thuộc vào sự thay đổi của điện trở rotor 0,5 0,5 Theo tiêu chuẩn IEEE 112 VII. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ VIII. Các đặc tính vận hành 0 n T nsnp A1 A2 A3 Us giaûm 0 n T ns A1 A2 A3 Tmax ' rR giaûm Pout I0 Pout.r cosϕ0 cosϕ Is η n T ns 0 Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 15 IX. Tính toán thí nghiệm ngắn mạch (Blocked-rotor) ở tần số thấp fbl hơn tần số định mức fn (normal) (không bỏ qua điện kháng nhánh từ hóa Xm). Nếu trong thí nghiệm ngắn mạch không bỏ qua Xm thì phải giữ cho Xm = const, hay n n bl bl f U f Uconst f UX ===Φ ~~ 2 bls bl bln I3 P RR == ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= 23 bls bl bl n bl bl n n I Q f fX f fX 2bl2blbl PSQ −= Với ( ) ( ) nnm'r'rssn jXRjX//jXRjXRZ +=+++= ( ) ( ) ( ) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++ ++++⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++= 2'rm2'r ' rm ' r 2' r ms2' rm 2' r 2 m' rsn XXR XXXR XXj XXR X RRZ γ (xem R’r << Xm) ( ) ( ) ( ) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + +++⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++= 2'rm ' rm ' r ms2' rm 2 m' rsn XX XXX XXj XX X RRZ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++= 'rm m' rs 2 ' rm m' rsn XX X XXj XX X RRZ 2 ' rm m' rsn XX X RRR ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++= 'rm m' rsn XX X XXX suy ra ( ) 2 m ' rm sn ' r X XX RRR ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−= ( ) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+−= nsm m sn ' r XXX X XXX Vậy: €với ( ) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − −−= n0 s0 sn ' r XX XX XXX tính sX và 'rX ( sX ≈ 'rX ) với ( )s0m XXX −= tính ( ) 2 m ' rm sn ' r X XXRRR ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−= Rs sI& jXs sU& Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 mI& jXm jX’r rI& ' rR ' rRs s1− Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 16 Rs sI& jXs Rm mI& sU& jXm m ' r II && >> 'rR jX’r Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 ' rRs s1− Rs jXs nU& nI& ' rR jX’r Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0