Bài giảng Máy điện không đồng bộ

Chương 3 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 1 §3.1.KHÁI NIỆM MÁY ĐIỆN KĐB •Trong các MĐ quay xoay chiều có TTQ (tốc độ n1) •MĐKĐB có tốc độ quay n≠n1. •MĐKĐB chủ yếu ở dạng ĐC: biến điện năng Æ cơ năng •Có ĐC 1 pha, 2 pha, 3 pha (trên 600W dùng ĐC 3 pha) Cấu tạo đơn giản, tin cậy, giá rẻ Æ Rất phổ biến Các số liệu định mức của ĐCKĐB: •Tần số dòng điện stato f•Công suất Pđm (CS cơ hữu ích) •Tốc độ quay nđm•Điện áp U1đm (áp dây stato) •Hệ số công suất cosφđm •Hiệu suất ηđm , ...•Sơ đồ nối dây stato •Dòng điện I1đm (dòng dây stato) 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 2 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 3 1.Phần tĩnh (Stato) •Lõi thép: •Dây quấn: 3 dq AX, BY, CZ phân bố đều VD: stato 12 rãnh. hình trụ tròn rỗng, (pha A: 1-4-7-10; ghep bằng lá thép KTĐ; trong xẻ rãnh đặt dq stato. đồng, bọc cách điện B: 3-6-9-12; ... ) §3.2.CẤU TẠO ĐC KĐB 3 PHA 2.Phần quay (Rôto) hình trụ tròn, •Lõi thép: •Dây quấn: Rôto lồng sóc: 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 4 Rôto dây quấn: nối hình sao (Y); ghep bằng lá thép KTĐ; rãnh đặt dq rôto. Lỗ ghép trục 2 loại qua “Vành trượt - Chổi than” nối ra mạch ngoài nhôm (ng/mạch) dây đồng 3 pha; §3.3.TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KĐB 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 5 1.Từ trường đập mạch của dq 1 pha dòng điện 1 pha tạo TT có phương k0 đổi; •Xét TT 1 pha (A): •Thay đổi cách nối dây: chiều & giá trị thay đổi Æ TT đập mạch Vẫn TT đập mạch Æ thay đổi p. •VD: có p=1 hoặc p=2 2.TTQ của dq 3 pha 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 6 a/Sự tạo thành TTQ •Dòng 3p iA, iB, iC •Xét tại ωt=900; ωt=900+1200; ωt=900+2400 Æ tạo thành TTQ trong MĐ trong 3 dq stato AX, BY, CZ (6 rãnh) 00 12090 + 00 24090 +090 •Tốc độ quay: b/Đặc điểm của TTQ )/(601 phvgp fn = •Biên độ: •Chiều quay: theo thứ tự pha của dòng điện (f=50Hz: ;/3000 phvg (Phương pháp đổi chiều quay của TTQ) Æ Điều kiện hình thành TTQ: +Các dây quấn đặt lệch trong không gian (1200) +Các dòng điện lệch pha nhau (1200) “Tốc độ đồng bộ” ;/1500 phvg ;...)/1000 phvg 3/2 biên độ TT 1 pha 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 7 §3.4.NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MĐ KĐB 3P nnn −= 12 1 1 n nns −= 1.Nguyên lí làm việc của ĐC KĐB 3p •Dòng điện stato tạo TTQ tốc độ n1 •TTQ quét qua rôto Æ IR Tạo Mômen quay, kéo rôto quay theo cùng chiều TTQ với n<n1 •Tốc độ trượt: •Hệ số trượt: (Các ĐC có sđm: 0,02÷0,06) 1)1( nsn −=•Tốc độ động cơ: Æ F (Các loại ĐC: 2800vg/ph, 1400vg/ph, …) 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 8 2.Nguyên lí làm việc của MP KĐB •Dòng điện stato tạo TTQ tốc độ n1 •ĐC sơ cấp kéo rôto quay cùng chiều TTQ với n>n1Æ Dòng điện cảm ứng IR •Cơ năng Æ điện năng chuyển qua TTQ vào lưới điện •Đặc điểm: nhận CSPK Q từ lưới để tạo TTQ •Khi làm việc độc lập cần mắc tụ điện kích từ ở đầu cực. Ætạo MC ngược chiều quay rôto Æ F Æ giảm cosφ của hệ thống Æ Thực tế ít dùng MP KĐB 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 9 §3.5.HỆ PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN TỪ CỦA MĐ KĐB 1.Phương trình cân bằng điện áp dây quấn stato •Tương tự mạch sơ cấp MBA mdqkfwE Φ= 111 44,4 (Hệ số dây quấn stato kdq1<1) 11111 iReeu t (u1, e1, et1, R1i1) •TTQ tạo sđđ cảm ứng (pha): 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 10 •Ph/trình: +−−= dt diLet 111 −= )111 jXRZ += − ••• −=−=⇔ 11111 IjXILjEt ω )1(1111 •−•• +−=⇔ IZEU •TT tản Ψt1 tạo: (Tổng trở dq 1 pha stato: 2.Phương trình cân bằng điện áp dây quấn rôto 2222 44,4 sEksfwE mdqs =Φ= 222 2 sXsfLX s == π 2222 0 teiRe −+=−•Tương tự thứ cấp MBA ngắn mạch: a/Rôto đứng yên (n=0): b/Rôto quay: mdqkfwE Φ= 222 44,4•Sđđ cảm ứng (pha): (Hệ số dây quấn rôto kdq2<1) •TT tản Ψt2 tạo: dt diLet 222 −= ;12 nnn −=tốc độ trượt •Điện kháng tản: •Ph/trình: hệ số trượt s; sff •Sđđ cảm ứng: =2 )2(0 222 •−• −−= IZsE s (tổng trở: )222 jsXRZ s += − •Hệ số quy đổi sđđ của ĐC KĐB: 22 11 2 1 dq dq e kw kw E Ek == •••• −=−=−=⇔ 2222222 2 IjXIfLjILjEt πω 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 11 3.Phương trình cân bằng sức từ động 1 2 2 6060 sn p sf p fn === ;0111 ikwm dq 222211110111 ikwmikwmikwm dqdqdq −= •TTr ĐC là tổng của TT stato & TT rôto (quay cùng tốc độ) TT stato quay n1. TT rôto quay so rôto: Æquay so stato: n2+n=n1 •TT chính фm k0 đổi (với U1=cte •Các nguồn STĐ: 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 12 ) )3('201 222 111 2 01 ••• • •• +=⇒+=⇔ III kwm kwm III dq dq •Dòng điện rôto quy đổi: ;2'2 ik II •• = (Hệ số quy đổi dòng điện: ) 222 111 dq dq i kwm kwm k = Æ STĐ k0 đổi: 1111 ikwm dq 2222& ikwm dq §3.6.SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA ĐC KĐB 1. Hệ ph/trình quy đổi của ĐC KĐB )1(1111 •−•• +−= IZEU )2(0 222 •−• −−= IZsE s )3('201 ••• += III •Đưa vào hệ Ptr các thông số từ hóa: ••−• +==− 001 )( IjXRIZE ththth •Quy đổi các lượng ở rôto về phía stato : Chia Ptr(2) cho s; i iee k IjX s RkkEk • • +−−= 2222 )(0 ;21 •• = EkE e Æ )2(0 ''2'20 •−•− −= IZIZth Æ )'1(1101 •−••• += IZIZU th nhân với ke; nhân ki/ki: ;2 ' 2 RkkR ie= ;2'2 XkkX ie= )( '2 ' 2' 2 jXs RZ += − Có: 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 13 )'1()()( 11101 ••• +++= IjXRIjXRU thth )'2()()(0 '2 ' 2 ' 2 0 •• +−+= IjX s RIjXR thth )3('201 ••• += III 2. Sơ đồ thay thế ĐC KĐB •Vẽ sơ đồ mạch tương ứng hệ Ptr quy đổi của ĐC KĐB. (3 biến, 3 nhánh, 2 vòng) •Đặc điểm sơ đồ: nối mạch stato – rôto. •Ý nghĩa các phần tử. mô tả CS điện từ chuyển qua rôto. s R '2• Sơ đồ a) 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 14 Æ sơ đồ b 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 15 : Các dạng sơ đồ thường dùng: Æ sơ đồ b’: b’) c) •R dq rôto quy đổi: thth XXXRRR +=+= 1010 ; ' 2 1 R s s−•Phụ tải cơ: Æ sơ đồ c: 000 jXRZ += − •Tổng trở không tải: •Tổng trở ng/mạch: nnn jXRZ += − ' 21 ' 21 ; XXXRRR nn +=+= b) ' 2 ' 2 ' 2 1 R s sR s R −+= R2’ §3.7.Q/TRÌNH NĂNG LƯỢNG CỦA ĐCKĐB 3p 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 16 1.Biểu đồ năng lượng 1đP∆ 2đP∆ stP∆ 2P coP 1P cfP∆ đtP ;3 2111 IRPđ =∆ 2' 2 ' 22 3 IRPđ =∆ ;3 20IRP thST =∆ 1111 cos3 ϕIUP =•CS điện nhận từ lưới: •Các tổn hao: •C/suất điện từ: 2'2 ' 23 I s RPđt = •C/suất cơ: •C/suất cơ hữu ích: 2' 2 ' 2 13 IR s sPco −= cfco PPP ∆−=2 2.Hiệu suất của ĐC KĐB 1 2 P P=η (ηđm=0,75-0,95) a’) PP P ∆+= 2 2 0 2 2 2 PPkP P nt ++ = 2 2 2 2 Is Rm= 2 222 1 IR s sm −= ;2222 IRm= 1. Đặc tính momen M(s) §3.8.MOMEN QUAY CỦA ĐCKĐB 3 pha ;3 2'2 ' 2 I s RPđt = 1ω đt đt PM = p ωω =1 (là momen quay) •Pđt chuyển vào rôto tạo Mđt: -tốc độ TTQ; ; )()( 2'21 2 ' 2 1 1' 2 XX s RR UI +++ = ])()[( 3 2' 21 2 ' 2 1 2 1 ' 2 XX s RRs UpRMM đt +++ ==⇒ ω •Dạng M(s) (Điểm đặc biệt: M=0, Mmax, Mmở) 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 17 2.Các đặc điểm của momen quay )(2 3 ' 211 2 1 max XXR pUM ++≈⇒ ω •M tỷ lệ U12; 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 18 •Tại s=1 có Mmở: •Tại s=0 (n=n1): M=0; •Mmax tại: ])()[( 3 2' 21 2' 21 2 1 ' 2 XXRR UpRMmo +++= ω ' 21 ' 2 ' 211 ' 2 XX R XXR Rsth +≈++= s s s s MM th th + = max2 •ĐC lồng sóc: ;7,11,1 ÷= đm mo M M •Quan hệ: ;5,26,1max ÷= đmM M ])()[( 3 2' 21 2 ' 2 1 2 1 ' 2 XX s RRs UpRM +++ = ω Sự thay đổi của đặc tính M(s): a/Khi thay đổi U1 (giảm): b/Khi thay đổi R mạch rôto (tăng Rp) của ĐC KĐB rôto dq: Đặc tính hạ xuống (M giảm), sth không đổi. Đặc tính dịch ngang (Mmax k0 đổi), sth thay đổi, Mmở tăng. 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 19 Æ M thay đổi Æ n thay đổi , , thth s s s s =•Quan hệ: •Ứng dụng trong mở máy & đ/c tốc độ ĐC. 3.Đặc tính cơ n(M) 1 1 n nns −=•Trong đặc tính M(s), thay Æ đặc tính cơ n(M) Các điểm đặc biệt: M=0 ứng với tốc độ n=n1; Mmax ứng với tốc độ nth; Mmở ứng với tốc độ n=0; •CS P2, tốc độ rôto Æ Mômen cơ trên trục: R PM ω 2 2 = [M] = Nm; [P] = kW; [n] = vg/ph 60 2 n P π= )(95502 Nmn PM =⇒ 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 20 §3.9.MỞMÁY ĐC KĐB 3 PHA 1.Yêu cầu •Trạng thái mở máy: ;1 n đm mo Z UI = 2.Mở máy ĐC rôto dây quấn •Nối Rp vào mạch rôto •Mmở=Mmax (Rp=Rmở): 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 21 •Yêu cầu: Hạn chế Imở; Tmở nhỏ (Mmở/Mc lớn) 1' 21 '' 2 =+ +≈ XX RRs moth •Thao tác: đặt Rmở, xong loại ra. •Đặc điểm: Mmở lớn; Imở giảm; Imở lớn (7-10)I1đm - chú ý với các ĐC CS lớn. n=0 (s=1); Zn; đặt U1đm: ạo Mmở>MC;T Thao tác phức tạp; η thấp. 3.Mở máy ĐC rôto lồng sóc a/Mở máy trực tiếp •Thao tác: đóng cấp nguồn stato. •Đặc điểm: đơn giản, nhanh, Imở lớn. •Áp dụng: ĐC công suất nhỏ. b/Giảm điện áp stato •Dùng điện kháng: •Dùng BATN: 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 22 •Đổi nối ∆ÆY (chỉ ĐC nối ∆): U giảm k lần, M giảm k2 lần (Áp dụng) .3Udq giảm .3Æ Idq giảm Æ Imở giảm 3 lần. Imở giảm k lần. IĐC giảm k lần; IBA giảm k2 lần. 4.ĐC rôto lồng sóc có đặc tính mở máy tốt a/ ĐC lồng sóc rãnh sâu •Chiều sâu rãnh gấp (10~12) lần chiều rộng •Ψt khi có dòng rôto tập trung dưới sâu. •Khi mở máy: f2 lớn, Xt dưới lớn, Irôto tập trung miệng rãnh. b/ ĐC lồng sóc kép Æ Srãnh coi nhỏ đi, R2 tăng cao ÆMmở lớn Đặc điểm: đặc tính mở máy tốt; Ψt lớn nên cosφ thấp hơn ĐC thông thường. •Lồng sóc ngoài (LS mở máy) S nhỏ, ρ lớn •Khi mở máy, Irôto tập trung LS ngoài, R2 lớn ÆMmở lớn 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 23 §3.10.ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐC KĐB 3P 1.Yêu cầu ;)1( 1nsn −= 2.Thay đổi tần số nguồn f 3.Thay đổi số đôi cực từ p •Thay đổi n theo y/c công nghệ. p fn 601 = •Chỉnh n1 (f, p) hoặc s (U1, Rp mạch rôto) •Thiết bị biến tần CN (0,1~440Hz) •Ph2: U/f hằng (I & Φ k0 đổi), ... •Dải đ/c n rộng, liên tục, khởi động mềm. •Đổi nối dq stato •Tăng p Æ n giảm (nhảy cấp) (Mmở tăng) 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 24 Các ĐC nhiều cấp tốc độ (LK, tàu thủy) 5.Thay đổi Rp mạch rôto 4.Thay đổi điện áp nguồn U1 •Đ/chỉnh U1 vào stato Æ thay đổi s •Biện pháp: điện kháng, BATN, đổi nối ∆ÆY. •Giảm U1ÆM giảm Æ n giảm. •Đ/chỉnh Rp mạch rôto Æ thay đổi s •Tăng RpÆM giảm Æ n giảm. (ĐC dq) (Mmở tăng) •Mắc Rp gây tổn hao Æ k0 kinh tế. •Đơn giản, dải đ/c n khá rộng, liên tục. (Dùng cho ĐC CS trung bình). 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 25 §3.11.CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐC KĐB (Quan hệ các lượng theo P2, khi U1, f hằng) Các đặc tính kỹ thuật 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 26 Các chỉ tiêu kinh tế: •Đặc tính n(P2) •Đặc tính s(P2) •Đặc tính I1(P2) •Đặc tính P1(P2) •Đặc tính M(P2) •Đặc tính η(P2). ηđm=0,75-0,95 •Đặc tính cosφ(P2). cosφ0=0,2~0,3; cosφđm=0,8~0,9 §3.12. ĐỘNG CƠ KĐB 1 PHA 1.Tác động của Momen điện từ 1 pha 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 27 •Mô hình:rôto lồng sóc, dq stato 1 pha •Dòng i tạo TT đập mạch B→→→ += 21 BBB•Phân tích •B ÆMq tương ứng [M(s)] s=s1 0 1 2 s2 2 1 0 •Đặc tính M=M1+M2 Tại s=1 (n=0) có M=0 Æ Rôto k0 tự quay (mở máy) được! 1 1 111 1 1 2 2 )1( s n nsn n nns −=−+=+= 2.Từ trường của dây quấn 2 pha •Stato 2 dq AX & BY lệch nhau 900 •2 dòng iA & iB lệch pha 900 •Xét tại t1 ,t2, t3, t4 (cách nhau T/8) Æ TT tổng là TTQ p fn 601 = Biên độ bằng Bmax của 1 pha 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 28 3.Cấu tạo ĐC KĐB 1 pha a/Loại dùng cuộn dây phụ mở máy •2 mạch nối song song. •Cuộn phụ wmm nối tụ C có i2 lệch pha i1Æ tạo TTQ. •ĐC tụ điện: nối tụ (1); ngắt tụ (2). •cosφ cao, đặc tính khá tốt (mm & lv) b/Loại dùng vòng ngắn mạch ở cực từ •Xẻ rãnh cực từ, đặt vòng dây đồng. Đặc điểm ĐC 1 pha: •Đơn giản, gọn, nguồn 1p. Phổ biến. 8/12/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS - 0810 Bài giảng MĐ 29 •P nhỏ, quá tải & ÔĐ kém, η & cosφ thấp.