Bài giảng Kĩ thuật điện - Chương 7: Động cơ điện không đồng bộ

t = 900 t = 900+1200 t = 900+2400 0i 0i Ii C B mA    0i Ii 0i C mB A    mC B A Ii 0i 0i    CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ o90t  oo 12090t  oo 24090t  ΦA ΦB ΦC Φ ΦA ΦB ΦC Φ ΦA ΦB ΦC Φ Φ Φ Φ o90t  oo 12090t  oo 24090t  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Đặc điểm của từ trường quay Tốc độ của từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f(Hz) và số đôi cực của máy p. Khi có một đôi cực, tốc độ quay của từ trường là n1 = f vòng/giây. Khi từ trường có 2 đôi cực, dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay được 1/2 vòng (từ cực NSN), do đó tốc độ từ trường quay là f / 2 vòng/giây. - Tốc độ từ trường quay: Tổng quát, khi từ trường quay có p đôi cực, tốc độ từ trường quay: p f n1  p f60 n1 (vòng/giây) (vòng/phút) CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ - Chiều quay của từ trường: Chiều quay của từ trường phụ thộc vào thứ tự pha của dòng điện. Muốn đổi chiều quay của từ trường, ta thay đổi thứ tự hai pha cho nhau Nếu thứ tự pha lần lượt là ABC một cách chu kỳ thì từ trường quay quay như đã xét ở trên. Khi đổi pha A và B cho nhau, tức cho dòng iB vào dây quấn AX, dòng iA vào dây quấn BY, từ trường sẽ quay theo chiều từ BAC tức ngược với chiều như đã xét CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ + Biên độ của từ trường quay Từ trường quay sinh ra từ thông xuyên qua mỗi dây quấn. Xét từ thông của từ trường xuyên qua dây quấn AX; ta thấy dây quấn pha B và C lệch với pha A một góc 1200 và 2400. Từ thông tổng xuyên qua dây quấn AX do dây quấn ba pha tạo ra: )120cos()120cos( oC o BA  )( 2 1 CBA  Hệ thống dòng điện ba pha đối xứng )(0 CBACBA  ACBA 2 3 )( 2 1  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Dòng iA = Imaxsint, nên từ thông của dòng điện pha A: tsin 2 3 Am tsinAmA  Từ thông của từ trường quay xuyên qua các dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng 3/2 từ thông cực đại một pha p.mm 2 3  Tổng quát, nếu máy có m pha: p.mm 2 m  Kết luận: Khi dây quấn đối xứng và dòng điện các pha đối xứng → từ trường quay tròn có biên độ không đổi và tốc độ không đổi. Từ trường quay tròn sẽ cho đặc tính của máy tốt. Khi không đối xứng, từ trường quay elíp có biên độ và tốc độ quay biến đổi CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ III. Nguyên lý làm việc của máy điện KĐB ba pha 3.1. Nguyên lý làm việc của động cơ điện KĐB ba pha Cho dòng điện ba pha tần số f đi vào ba dây quấn stato của động cơ không đồng bộ, trong máy sẽ có từ trường quay p đôi cực quay với tốc độ n1 = 60.f / p Từ trường quay quét qua các thanh dẫn của dây quấn rôto, cảm ứng trong dây quấn sđđ. Dây quấn rôto khép kín mạch (ngắn mạch) nên sđđ cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện chạy trong các thanh dẫn rôto. Lực điện từ do trường quay của máy tác động vào dòng điện chạy trong thanh dẫn rôto, kéo rôto quay với tốc độ n cùng chiều với từ trường quay và n<n1 CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Từ trường quay tốc độ n1 có chiều thuận kim đồng hồ. Thanh dẫn chuyển động tương đối với từ trường tốc độ n1 ngược chiều kim đồng hồ. Theo qui tắc bàn tay phải, xác định chiều của sđđ trong các thanh dẫn (như biểu diễn trên hình). Mạch rôto nối tắt, trong thanh dẫn có dòng điện trùng chiều với sđđ. Theo qui tắc bàn tay trái, xác định chiều của lực điện từ, tác động vào thanh dẫn (như biểu diễn trên hình). Lực điện từ cùng chiều với chiều quay của từ trường, rôto quay theo từ trường với tốc độ n CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Tốc độ của rôto (n) luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay (n1). Nếu tốc độ n = n1 thì giữa các thanh dẫn rôto và từ trường quay n1 không có sự chuyển động tương đối, do đó trong dây quấn rôto không có sđđ và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng không Độ lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2 nnn 12  Hệ số trượt tốc độ ký hiệu s: 1 1 1 2 n nn n n s   Tốc độ của rôto tính theo n1 và s: 1n)s1(n  1s0  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3.2. Nguyên lý làm việc của máy phát điện KĐB ba pha Nối dây quấn stato với lưới điện, dùng động cơ sơ cấp kéo rôto quay với tốc độ n > n1 và cùng chiều n1, lúc này chiều của từ trường quay quét qua các thanh dẫn rôto sẽ ngược lại, sđđ và dòng điện rôto ngược chiều so với chế độ động cơ. Chiều của lực điện từ tác dụng lên rôto sẽ ngược so với chiều quay của rôto, tạo ra mômen hãm cân bằng với mômen quay động cơ sơ cấp. Máy làm việc ổn định ở chế độ máy phát CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Hệ số trượt chế độ máy phát: 1 n nn s 1 1    Nhờ từ trường quay do nguồn điện của lưới tạo ra, cơ năng động cơ sơ cấp đưa vào rôto được biến thành điện năng ở stato. Để tạo ra từ trường quay, lưới điện phải cung cấp cho máy phát điện không đồng bộ công suất phản kháng Q, do đó làm cho hệ số công suất cos của lưới điện thấp đi. Khi máy phát làm việc riêng lẻ (không có điện vào dây quấn stato lúc ban đầu) người ta phải dùng tụ nối ở đầu cực của máy để kích từ cho máy. Đây chính là nhược điểm của máy phát điện KĐB, vì thế nó ít được dùng làm máy phát điện trong hệ thống cung cấp điện. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ IV. Phương trình điện từ trong động cơ điện KĐB 4.1. Phương trình cân bằng điện trong dây quấn stato Dây quấn stato của động cơ điện không đồng bộ tương tự như dây quấn sơ cấp của máy biến áp. Lý luận tương tự như với máy biến áp, ta có phương trình cân bằng điện áp trong dây quấn stato 1111 ZIEU   U1 – điện áp đặt lên một pha dây quấn stato Z1 – tổng trở (phức) 1 pha dây quấn stato R1 – điện trở 1 pha dây quấn stato X1 – điện kháng tản 1 pha dây quấn stato CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 11 L.f.2X  f - tần số dòng điện stato, L1 - điện cảm một pha dây quấn stato, E1 – sức điện động pha dây quấn stato m1dq11 .k.f.w.44,4E  w1 - số vòng dây quấn pha stato kdq1 - hệ số dây quấn một pha stato. Hệ số kdq1<1 nói lên sự giảm sức điện động của dây quấn stato do quấn rải trên các rãnh và bước quấn rút ngắn so với quấn tập trung như ở máy biến áp. m - biên độ từ thông của từ trường quay CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 4.2. Phương trình cân bằng điện ở dây quấn rôto Dây quấn rôto được coi như dây quấn thứ cấp máy biến áp, song ở động cơ, dây quấn rôto nối ngắn mạch và chuyển động đối với từ trường quay tốc độ trượt: n2 = n1- n = sn1 Sức điện động và dòng điện trong dây quấn rôto có tần số f2: f.s 60 spn 60 n.p f 122  Tần số sđđ rôto khi quay và khi đứng yên lệch nhau hệ số s. Khi rôto đứng yên, tần số sđđ dây quấn rôto bằng tần số sđđ dây quấn stato, trường hợp này giống như máy biến áp. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ + Khi rôto quay s < 1, tần số sđđ và dòng điện rôto f2 = sf. Sức điện động dây quấn rôto lúc quay: m2dq2m2dq22s2 k.f.sw.44,4kfw.44,4E  + Khi rôto đứng yên s = 1, tần số sđđ và dòng điện rôto f2 = f. Sức điện động dây quấn rôto lúc đứng yên: m2dq22 k.fw.44,4E  w1 - số vòng dây quấn pha stato kdq2 - hệ số dây quấn một pha stato. Hệ số kdq1<1. m - biên độ từ thông của từ trường quay + So sánh sđđ rôto khi quay và đứng yên: 2s2 E.sE  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ + Điện kháng tản dây quấn rôto khi quay và đứng yên: 2222s2 X.sL.sf.2L.f.2X   Tỉ số sđđ pha stato và rôto → hệ số qui đổi sđđ 2dq2 1dq1 2 1 e kw kw E E k  Phương trình cân bằng điện lúc rôto quay (rôto coi như dây quấn thứ cấp nối ngắn mạch) )jXR(IE s222s2   )jsXR(IEs0 2222   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 4.3.Phương trình cân bằng từ của động cơ KĐB Khi động cơ làm việc, từ trường quay trong máy do cả hai dòng điện ở hai dây quấn stato và rôto sinh ra. - Dòng điện trong dây quấn stato sinh ra từ trường quay với tốc độ n1 đối với stato. - Dòng điện trong dây quấn rôto sinh ra từ trường quay rôto, quay với tốc độ n2 so với một điểm trên rôto. Rôto quay so với stato tốc độ n - Tốc độ của từ trường dây quấn rôto so với stato: 1112 nn)s1(n.snn  o Từ trường quay của stato và rôto có tốc độ bằng nhau → không có sự chuyển động tương đối với nhau. o Từ trường tổng hợp của máy sẽ là từ trường quay với tốc độ n1 CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Từ thông m lúc không tải và có tải là không đổi → phương trình cân bằng từ của động cơ KĐB: Nếu dùng động cơ sơ cấp kéo rôto quay với tốc độ n1, bằng tốc độ từ trường quay → không có sự chuyển động tương đối giữa rôto và từ trường → sđđ và dòng điện rôto I2 = 0. Dòng điện stato I0. Động cơ ở chế độ không tải. Stđ của mạch từ động cơ không tải: 01dq11 Ikwm  Khi động cơ quay với tốc độ n < n1 → có sự chuyển động tương đối giữa rôto và từ trường → sđđ và dòng điện rôto I2 ≠ 0. Dòng điện stato I1. Stđ của mạch từ động cơ: 22dq2211dq11 IkwmIkwm   22dq2211dq1101dq11 IkwmIkwmIkwm   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 2 1dq11 2dq22 10 I kwm kwm II   Chia hai vế của phương trình cho m1w1kdq1 2dq22 1dq11 i kwm kwm k Hệ số qui đổi dòng điện ' 212 i 10 III k 1 II   Phương trình cân bằng từ của động cơ điện: 2 i ' 2 I k 1 I   → Dòng điện rôto qui đổi về stato CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ V. Sơ đồ thay thế của động cơ điện KĐB Từ phương trình điện lúc rôto quay với tần số dòng điện rôto f2 = sf; chia 2 vế cho s: )jX s R (IE0 2 2 22   Trong phương trình: các sđđ E2 và điện kháng X2 – các đại lượng rôto đứng yên với tần số dòng điện f, bằng tần số dòng điện stato → qui đổi tần số về stato Nhân cả hai vế với ke.ki / ki : )Xkjk s R kk(I k 1 Ek0 2ie 2 ie2 i 2e   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 2e ' 2 EkE  Sức điện động rôto qui đổi về stato: Dòng điện rôto qui đổi về stato: 2 i ' 2 I k 1 I   Điện trở rôto qui đổi về stato: 2ie ' 2 RkkR  Điện kháng rôto qui đổi về stato: 2ie ' 2 XkkX  )jX s R (IE0 '2 ' 2' 2 ' 2   Phương trình cân bằng điện rôto qui đổi về stato: E1 và E2 ’ là điện áp rơi trên tổng trở từ hóa )jXR(IEE thth0 ' 21   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Hệ phương trình động cơ điện KĐB (rôto qui đổi về stato):                     ' 210 ' 2 ' 2' 2thth0 ththth1111 III )jX s R (IjXRI0 jXRIjXRIU Hệ phương trình gồm 1 phương trình viết cho nút và 2 phương trình viết cho vòng. Mạch điện thỏa mãn các phương trình gồm 3 nhánh, 2 nút. Sơ đồ thay thế cho động cơ điện KĐB CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Sơ đồ thay thế đơn giản: th10 RRR  th10 XXX  Thể hiện công suất cơ trên trục của động cơ, tương tự như công suất P2 ở máy biến áp, trong sơ đồ thay thế thực hiện phép biến đổi: ' 2 ' 2 ' 2 R s s1 R s R   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ s R Im s R ImP 2222 ' 2 2' 21đt  Đặc trưng cho công suất điện từ từ Stato → Rôto: s R '2 Đặc trưng cho tổn hao đồng trong dây quấn Rôto: ' 2R 2 2 22 ' 2 2' 212đ RImRImP  Đặc trưng cho công suất cơ trên trục máy: ' 2R s s1 2 2 22 ' 2 2' 212 R s s1 ImR s s1 ImP     CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ: Biến trở R2’(1-s)/s đặc trưng cho công suất cơ đầu ra động cơ điện KĐB CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ VI. Tổn thất và hiệu suất của động cơ điện KĐB Công suất P1 cấp cho động cơ từ lưới điện: 11111 cosIUmP  Tổn hao đồng trong dây quấn Stato ΔPđ1: 1 2 111đ RImP  Tổn hao sắt từ trong lõi thép Stato ΔPđ1: th 2 01st RImP  Tổn hao trong lõi thép rôto không đáng kể vì tần số f2 của dòng điện rôto nhỏ: f2 =13Hz CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Công suất điện từ truyền sang Rôto Pđt : st1đ1đt PPPP  s R Im s R ImP 2222 ' 2 2' 21đt  Tổn hao đồng trong dây quấn Rôto ΔPđ2: 2 2 22 ' 2 2' 212đ RImRImP  Công suất cơ ở đầu ra Pcơ: s s1 RImRIm s R ImPPP '2 2' 21 ' 2 2' 21 ' 2 2' 212đđtco   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Ngoài các tổn hao trên trong động cơ còn tổn hao cơ (do ma sát) và tổn hao phụ (làm mát), công suất đầu ra P2: fckco2 PPPP  Tổng tổn hao trong động cơ ΔP: fck2đ1đst PPPPPP  Giản đồ năng lượng: CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ  PPP 12 Hiệu suất của động cơ: Công suất đầu ra P2: 11 1 1 2 P P 1 P PP P P      Hiệu suất của động cơ không đồng bộ khoảng 0,75  0,95 CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ VII. Mômen quay của động cơ điện KĐB ba pha Chế độ động cơ điện, mômen điện từ đóng vai trò mômen quay, được tính: 1 đt đt P MM   Pđt – công suất điện từ của động cơ ω1 – tốc độ góc của từ trường quay ω – tốc độ góc của dòng điện Stato p – số đôi cực từ p 1    s R I3P ' 2 2' 2đt  Lập biểu thức tính moomen điện từ ta dùng sơ đồ thay thế gần đúng của động cơ KĐB ba pha. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Dòng điện thứ cấp:  2'21 2 ' 2 1 1' 2 XX s R R U I         Biểu thức mômen điện từ (mômen quay)                   2' 21 2 ' 2 1 ' 2 2 1 đt XX s R R..s RU.p3 MM  Đối với một động cơ nhất định, các thông số dây quấn, số cực không đổi. Giả thiết điện áp U1, tần số dòng điện không đổi ta thiết lập quan hệ M = f(s) CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Đồ thị M = f(s) khi U1 = const, f = const → đường đặc tính cơ: Xác định cực trị của hàm số M=f(s), lấy đạo hàm riêng thss0 ds dM  ' 21 ' 2 ' 211 ' 2 th XX R XXR R s     Hệ số trượt tới hạn: Mô men cực đại: )XXR.(2 pU3 ))XX(RR.(2 pU3 M ' 211 2 1 2' 21 2 11 2 1 max      CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Khi mở máy hệ số trượt s = 1 (n = 0), biểu thức của mômen mở máy: ])XX()RR.[( RU.p3 M 2' 21 2' 21 ' 2 2 1 mm    Quan hệ giữa M, Mmax và sth có thể viết gần đúng như sau (công thức Klox): s s s s 2 M M th th max   Trong lí lịch máy thường cho biết các tỉ số: đmđm đm mm đm max s;M; M M ; M M Từ đó tính sth, M theo hệ số trượt s CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ VIII. Đặc tính của động cơ điện KĐB ba pha Đối với động cơ điện không đồng bộ, khi xét đến vấn đề truyền động (tốc độ, mômen quay), người ta thường chú ý nhiều đến đường đặc tính quan hệ giữa mômen quay với tốc độ quay rôto M = f(n), gọi là đường đặc tính cơ: Biểu thức của hàm M = f(n) có thể suy ra từ biểu thức M = f(s) khi thay tốc độ trượt bằng tốc độ quay n = (1 - s) n1. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ a) Đặc tính cơ M = f(n) khi U = const, f = const, R2 = const Giả sử động cơ làm việc ổn định với một mômen tải Mc nào đó, theo sự cân bằng về mômen, trên đường đặc tính cơ, động cơ có thể làm việc ở 2 điểm a và b Tại điểm a: mômen MC tăng → tốc độ động cơ giảm, theo đường đăc tính → M của động cơ tăng → cân bằng MC. Động cơ làm việc ổn định ở tình trạng cân bằng mới. Tại điểm b: mômen MC tăng → tốc độ động cơ giảm, theo đường đặc tính → M của động cơ giảm càng nhỏ hơn MC. Động cơ không thể xác lập được tình trạng cân bằng mới và phải ngừng quay. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Động cơ chỉ làm việc ổn định trong đọan dc trên đường đặc tính cơ M = f(n), ứng với: Đoạn này đặc tính cơ rất cứng, nghĩa là khi thay đổi phụ tải, tốc độ quay của động cơ thay đổi rất 0 ds dM  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ b) Đặc tính cơ M = f(n) khi thay đổi điện áp U1 Mômen tỉ lệ với bình phương điện áp, nếu điện áp đặt vào động cơ thay đổi, mômen động cơ thay đỏi rất nhiều. Vùng làm việc ổn định của động cơ giảm đi và tốc độ quay của động cơ cũng giảm đi khi điện áp giảm CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ c) Đường đặc tính cơ khi thay đổi điện trở rôto Khi thay đổi điện trở rôto (bằng cách thêm điện trở phụ), sth thay đổi nhưng Mmax không đổi. Tính chất này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ và mở máy động cơ rôto dây quấn. Từ hình vẽ ta thấy khi tăng điện trở mạch rôto, mômen mở máy tăng, vùng làm việc ổn định của động cơ tăng, tốc độ giới hạn nth giảm, tốc độ quay của động cơ giảm CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ IX. Các đặc tính làm việc của động cơ điện KĐB Chế độ làm việc định mức, động cơ KĐB có các đại lượng định mức: - Công suất cơ hữu ích trên trục định mức Pđm - Điện áp dây định mức Uđm - Dòng điện dây định mức Iđm - Tốc độ quay định mức nđm - Hệ số công suất định mức cosđm - Hiệu suất định mức đm CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Các đại lượng định mức không thể cho biết đầy đủ các đặc tính khi tải khác định mức. Với các mức độ tải khác nhau, tính toán chế độ làm việc củ động cơ tương đối phức tạp, vì thế cần biết những đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ. Các đặc tính làm việc bao gồm: - Tốc độ quay rôto: n = f(P2) - Hệ số công suất: cos = f(P2) - Hiệu suất động cơ:  = f(P2) - Mômen quay động cơ:M = f(P2) - Dòng điện stato: I1 = f(P2) Với công suất cơ hữu ích trên trục P2, khi điện áp U1 và tần số f ở stato không đổi. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Các đặc tính làm việc cùng thể hiện trên một đồ thị: Trục ox → mức độ mang tải kt = P2/Pđm Trục oy → η, cosφ, ω/ω1, s, P1/Pđm, I1/Iđm, M/Mđm CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Các đặc tính của động cơ KĐB ba pha: - Đặc tính tốc độ: n = f(P2) CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 2. Đặc tính hiệu suất η = f(P2), hệ số công suất cosφ1 = f(P2) CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ X. Mở máy động cơ KĐB ba pha Mômen mở máy của động cơ KĐB ba pha là mômen tại thời điểm tốc độ n = 0. Để mở máy được, mômen mở máy động cơ phải lớn hơn mômen cản của tải lúc mở máy, đồng thời mômen động cơ phải đủ lớn để thời gian mở máy trong phạm vi cho phép Dòng điện pha mở máy:    2'21 2' 21 1 mm.p XXRR U I   Dòng điện mở máy lớn bằng 5  7 lần dòng điện định mức. Đối với lưới điện công suất nhỏ sẽ làm cho điện áp mạng điện tụt xuống, ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác. Vì thế ta cần có các biện pháp giảm dòng điện mở máy CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1. Mở máy động cơ rôto dây quấn Để giảm dòng điện và tăng mômen mở máy, dây quấn rôto được nối với biến trở mỏ máy. Đầu tiên để biến trở lớn nhất, sau đó giảm dần đến không. Đường đặc tính mômen ứng với các giá trị Rmở CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Có được mômen mở máy bằng mômen cực đại (Mmm = Mmax, hệ số trượt tới hạn sth = 1 (n = 0) 1 XX RR s ' 21 ' mm ' 2 th      '2'21 ie mm RXX kk 1 R  Dòng điện mở máy:    2'21 2' mm ' 21 1 mm.p XXRRR U I   Nhờ có Rmm mômen mở máy tăng, dòng điện mở máy giảm, đó là ưu điểm lớn của động cơ rôto dây quấn CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 2. Mở máy động cơ lồng sóc Đây là phương pháp đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện. Khuyết điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn, làm tụt điện áp mạng điện rất nhiều, nếu quán tính của máy lớn, thời gian mở máy sẽ rất lâu, có thể làm chảy cầu chì bảo vệ. Phương pháp này dùng được khi công suất mạng điện (hoặc nguồn điện) lớn hơn công suất động cơ rất nhiều, việc mở máy sẽ rất nhanh và đơn giản a) Mở máy trực tiếp. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ b) Giảm điện áp stato khi mở máy Khi mở máy, giảm điện áp đặt vào động cơ, để giảm dòng điện mở máy. Khi động cơ hoạt động bình thường cấp điện áp định mức. Điện áp giảm → dòng điện giảm Điện áp giảm → mômen giảm Khuyết điểm của phương pháp này là mômen mở máy giảm rất nhiều, vì thế nó chỉ sử dụng được đối với trường hợp không yêu cầu mômen mở máy lớn. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stato Điện áp mạng điện đặt vào động cơ qua điện kháng Đ.K. Lúc mở máy, cầu dao D2 mở, D1 đóng. Khi động cơ đã quay ổn định thì đóng cầu dao D2 , mở cầu dao D1. Do điện áp rơi trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vào động cơ giảm đi k lần. Dòng điện sẽ giảm đi k lần, song mômen giảm đi k2 lần (vì momen tỷ lệ với bình phương điện áp CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Dùng máy biến áp tự ngẫu Điện áp mạng điện đặt vào sơ cấp máy biến áp tự ngẫu, thứ cấp đưa vào động cơ. Thay đổi vị trí con chạy để cho lúc mở máy điện áp đặt vào động cơ nhỏ, sau đó dần dần tăng lên bằng định mức. Gọi k là hệ số biến áp của máy tự biến áp; U1 là điện áp pha lưới điện ; zn là tổng trở động cơ lúc mở máy. Điện áp pha đặt vào động cơ và dòng điện khi mở máy k U U 1đc  n 1 n đc mm Z.k U Z U I  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Dòng điện I1 lưới điện cung cấp cho động cơ lúc có máy biến áp tự ngẫu chính là dòng điện sơ cấp của máy tự biến áp: n 2 1đc 1 Z.k U k I I  n 1 1 Z U I  Khi mở máy trực tiếp, dòng điện I1: Khi có máy tự biến áp, dòng điện của lưới điện giảm đi k2 lần. Đây là một ưu điểm so với dùng điện kháng (dòng điện giảm k lần). Phương pháp được dùng nhiều đối với động cơ công suất lớn. Điện áp đặt vào động cơ giảm k lần, nên mômen sẽ giảm k2 lần CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ - Phương pháp đổi nối sao – tam giác Phương pháp này chỉ dùng được với những động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato nối hình tam giác Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp đặt vào mỗi pha giảm Sau khi mở máy ta nối lại thành hình tam giác như đúng quy định của máy. Trên hình khi mở máy ta đóng cầu dao sang phía Y, mở máy xong đóng sang phía  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Dòng điện dây khi nối hình tam giác n 1 .d Z U.3 I  Dòng điện dây khi nối hình sao n 1 Y.d Z.3 U I  Mở máy kiểu đổi nối sao tam giác dòng điện dây giảm đi 3 lần, mômen giảm 3 lần CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 10.3. Động cơ điện lồng sóc có đặc tính mở máy tốt a) Động cơ điện lồng sóc rãnh sâu Loại động cơ này, rãnh rôto hẹp và sâu (chiều sâu bằng 10  12 lần chiều rộng rãnh. Khi có dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rôto, từ thông tản rôto t2 phân bố như trên hình bên. Từ thông tản móc vòng với đoạn dưới thanh dẫn nhiều hơn đoạn trên CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Khi rôto chưa quay, dòng điện rôto có tần số lớn bằng tần số stato f. Điện kháng tản rôto sẽ lớn hơn điện trở, và có tác dụng quyết định đến sự phân bố dòng điện rôto. Lúc mở máy điện kháng tản phía dưới lớn, dòng điện tập trung phía trên thanh dẫn gần miệng rãnh. Do sự phân bố dòng điện tập trung nhiều ở phía miệng rãnh, tiết diện dẫn điện của thanh coi như bị nhỏ đi, điện trở rôto R2 tăng lên sẽ làm tăng mômen mở máy. Khi mở máy xong, tần số dòng điện rôto nhỏ, tác dụng trên bị yếu đi, điện trở rôto giảm xuống như bình thường CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ b) Động cơ điện lồng sóc kép Rôto của động cơ có hai lồng sóc , các thanh dẫn của lồng sóc ngoài (còn gọi là lồng sóc mở máy) có tiết diện nhỏ và điện trở suất lớn. Lồng sóc trong có tiết diện lớn điện trở nhỏ. Như ở trên, khi mở máy dòng điện tập trung ở lồng sóc ngoài có điện trở R2 lớn, mômen mở máy lớn. Khi làm việc bình thường, dòng điện lại phân bố đều ở cả hai lồng sóc, điện trở R2 nhỏ xuống. Động cơ điện rãnh sâu và lồng sóc kép có đặc tính mở máy tốt, nhưng vì từ thông tản lớn, nên cos thấp hơn động cơ lồng sóc thông thường CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XI. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện KĐB Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ    s1 p f.60 s1nn 1  Động cơ rôto lồng sóc: Cách điều chỉnh: thay đổi tần số dòng điện stato, đổi nối dây quấn stato để thay đổi số đôi cực từ p của từ trường, thay đổi điện áp đặt vào stato để thay đổi hệ số trượt s. Tất cả các phương pháp đều thực hiện ở phía stato. Động cơ điện rôto dây quấn: thường điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở rôto để thay đổi hệ số trượt s, việc điều chỉnh thực hiện ở phía rôto CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 11.1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số Dùng biến tần thay đổi tần số f của dòng điện stato. Điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp, giữ cho tỷ số giữa điện áp U1 và tần số f không đổi (do từ thông max tỷ lệ thuận với tỷ số U1/ f, và để giữ cho từ thông max không đổi, để mạch từ máy ở tình trạng định mức). Họ đường đặc tính động cơ khi thay đổi tần số f và U1 sao cho tỉ số U1/f không đổi. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 11.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực Số đôi cực của từ trường quay phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn. Động cơ không đồng bộ có cấu tạo dây quấn để thay đổi số đôi cực từ được gọi là động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ. Phương pháp này chỉ sử dụng cho loại rôto lồng sóc. Mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhưng có ưu điểm là giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 11.3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp stato Phương pháp này chỉ được thực hiện bằng việc giảm điện áp. Khi giảm điện áp đường đặc tính M=f(n) sẽ thay đổi. Nhược điểm: Giảm khả năng quá tải Dải điều chỉnh tốc độ hẹp Tăng tổn hao ở dây quấn rôto Pđr = sPđt = sM1. Việc điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp chủ yếu với các động cơ công suất nhỏ có hệ số trượt tới hạn sth lớn CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 11.4. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch rôto Thay đổi điện trở dây quấn rôto, bằng cách mắc biến trở ba pha vào mạch rôto như hình Biến trở điều chỉnh tốc độ phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn hơn so với biến trở mở máy. Họ đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn khi có biến trở điều chỉnh tốc độ vẽ trên hình CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Nếu mômen cản không đổi, dòng rôto không đổi, khi tăng điện trở để giảm tốc độ, sẽ tăng tổn hao công suất trong biến trở, do đó phương pháp này không kinh tế. Tuy nhiên phương pháp đơn giản, điều chỉnh trơn và khoảng điều chỉnh tương đối rộng, được sử dụng điều chỉnh tốc độ quay của động cơ công suất cỡ trung bình CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XII. Hãm động cơ điện không đồng bộ 12.1. Phương pháp hãm đổi thứ tự pha Khi động cơ đang làm việc, rôto quay cùng chiều từ trường quay. Khi cắt điện khỏi động cơ, muốn động cơ dừng một cách nhanh chóng ta đóng cầu dao về phía khác để đổi thứ tự hai trong ba pha điện vào động cơ CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Do quán tính, khi ngắt điện khỏi 1, rôto vẫn quay theo chiều cũ, trong lúc đóng D về phía 2, từ trường quay do đổi thư tự hai trong ba pha đã quay ngược lại. Kết quả mômen điện từ sinh ra ngược với chiều quay của rôto có tác dụng hãm nhanh chóng và bằng phẳng tốc độ quay của động cơ. Khi rôto ngừng quay, phải ngắt ngay điện vào động cơ nếu không động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại. Trong quá trình hãm, dòng điện rất lớn vì thế phải có biện pháp khắc phục như giảm điện áp hoặc tăng điện trở vào mạch rôto CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 12.2. Phương pháp hãm đổi thành máy phát điện Khi động cơ làm việc kéo phụ tải, vì một lý do nào đó phụ tải tăng tốc (ví dụ lúc đầu xe điện xuống dốc, cẩu trục thả hàng) rôto quay cùng chiều nhưng tốc độ lớn hơn tốc độ từ trường quay, lúc đó động cơ làm việc như máy phát điện trả năng lượng cho lưới điện đồng thời sinh ra mômen hãm hãm động cơ lại. Để tạo ra cách hãm này, ta đổi nối dây quấn stato làm tăng số đôi cực từ p, lúc đó tốc độ rôto sẽ lớn hơn tốc độ từ trường quay, tạo mômen hãm hãm động cơ và năng lượng trả cho lưới. Ví dụ: Giả sử động cơ làm việc với hệ số trượt s = 0,03 và có p = 1, lúc này tốc độ từ trường quay n1 =3000vg/ph (nếu f = 50Hz), và tốc độ rôto n = n1(1-s) = 3000(1-0,03) = 2910vg/ph. Khi đổi dây nối cho p =2, ta có n1 = 1500 vg/ph < n CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 12.3. Phương pháp hãm động năng D1 D2 I Khi dừng động cơ, ngắt cầu dao D1 và đóng cầu dao D2. Dòng điện một chiều từ chỉnh lưu đi vào dây quấn stato tạo thành từ trường một chiều. Do quán tính, rôto vẫn quay trong từ trường này, trong dây quấn rôto cảm ứng nên sức điện động và dòng điện. Tác dụng giảm từ trường stato với dòng cảm ứng trong dây quấn rôto tạo nên mômen điện từ ngược chiều với chiều quay rôto, làm cho rôto nhanh chóng dừng lại CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XIII. Động cơ điện không đồng bộ một pha 13.1. Cấu tạo và nguyên lí làm việc Động cơ KĐ một pha có kết cấu cơ bản giống nhau như động cơ điện ba pha: Stato (lõi thép, dây quấn) và Rôto (lõi thép, dây quấn). Điểm khác biệt là Stato động cơ một pha có hai dây quấn : dây quấn chính (hay dây quấn làm việc) và dây quấn phụ (hay dây quấn mở máy). Rôto cũng có hai loại : rôto dây quấn và rôto lồng sóc, nhưng thường là rôto lồng sóc a. Cấu tạo động cơ KĐB một pha CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ b) Nguyên lí làm việc Cấp điện một pha cho dây quấn Stato, dòng dây quấn stato sẽ sinh ra từ trường đập mạch B. Phân tích B thành hai từ trường quay BI và BII, quay ngược chiều nhau, cùng tốc độ n1 và biên độ bằng nửa biên độ từ trường đập mạch mm.IIm.I B 2 1 BB    BBB III CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Trên đồ thị véc tơ: khi từ trường B biến thiên được ½ chu kỳ thì BI và BII quay được ½ vòng với chiều tương ứng. Tốc độ quay của BI và BII bằng tốc độ từ trường đập mạch B p f.60 n1  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Từ trương BI có chiều quay thuận → từ trường thuận Từ trường BII có chiều quay ngược → từ trường ngược Các từ trường BI và BII tác động và thanh dẫn Rôto tạo nên các mô men quay thuận, ngược MI , MII tương ứng. Nếu tốc độ của Rôto là n (vòng/phút): Hệ số trượt đối với từ trường thuận MI: s n nn s 1 1 th    Hệ số trượt đối với từ trường ngược MII:   s2s2 n s1nn n nn s th 1 th11 1 1 ng      CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Mômen quay của động cơ là tổng đại số của hai mômen MI và MII. Từ đường đặc tính mômen: Khi mở máy, s = sth = sng = 1, các mô men MI = MII nên Mmở = 0, động cơ không tự mở máy được. Nếu tác động vào rôto theo chiều nào đó tức là làm cho s≠1 lúc đó động cơ có mômen M ≠ 0, sẽ tiếp tục quay theo chiều đó Do có từ trường ngược nên Mmax, , hệ cố cos của động cơ KĐB một pha nhỏ hơn động cơ điện ba pha cùng công suất CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 13.2. Mở máy động cơ KĐB một pha a) Dùng dây quấn phụ mở máy Dây quấn phụ thiết kế có loại chỉ để mở máy (mở máy xong ngắt ra khỏi lưới điện), có loại làm việc lâu dài. Dây quấn phụ có tác dụng tạo ra từ trường, phối hợp với từ trường dây quấn chính tạo thành từ trường quay sinh ra mômen mở máy ban đầu. Dây quấn phụ phải đặt trong một số rãnh của stato sao cho sinh ra từ thông lệch với từ thông chínhmột góc 90o không gian, và dòng điện trong dây quấn phụ lệch pha với dòng điện trong dây quấn chính một góc 900 CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Tạo ra sự lệch pha giữa hai dòng điện trong hai dây quấn, bằng cách mắc nối tiếp dây quấn phụ với tụ điện C (động cơ một pha kiểu điện dung) hay điện cảm L (động cơ một pha kiểu điện cảm). Thực tế thường dùng động cơ một pha kiểu điện dung. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ b) Dùng vòng ngắn mạch ở cực từ - Áp dụng cho động cơ công suất nhỏ, mở máy không tải hoặc tải nhẹ. - Cực từ được chẻ ra 1/3 và cho vào đó một vòng ngắn mạch - Khi đặt điện áp một pha vào dây quấn, sẽ có từ trường đập mạch chính là c. Một phần của từ trường này là c ’ xuyên qua vòng ngắn mạch, trong vòng này sẽ sinh ra một từ thông n. Từ thông n tác dụng với c ’ để sinh ra từ thông phụ f đi qua vòng ngắn mạch CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Ngoài ra, trong thực tế, khi không có nguồn điện ba pha ta có thể đấu lại động cơ ba pha để nối vào lưới điện một pha, khi chọn trị số điện dung C phù hợp, có thể đạt 70- 80% công suất của động cơ ba pha trước khi đấu lại CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XIV. Các ví dụ Ví dụ 1 Một động cơ điện không đồng bộ ba pha Pđm =7,5kW ; 220/380 V - Δ/Y ; f = 50Hz ; p = 2; cosđm = 0,88 ; đm = 0,88. Tổn hao sắt từ Pst = 220W ; tổn hao cơ và phụ Pcf = 124,5W ; điện trở dây quấn stato R1 = 0,69 . Tính dòng điện định mức I1đm’ công suất tác dụng P1 , công suất phản kháng Q1, tốc độ quay n, mômen điện từ. Biết động cơ mắc vào lưới điện có Uđm = 380V CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Bài giải: Dòng điện định mức stato I1đm A7,14 88,0.88,0.380.3 7500 cosU.3 P I đmđmđm1 đm đm1   Công suất tác dụng P1 động cơ tiêu thụ 8522 88,0 7500P P đm đm 1   852288,0.7,14.380.3cosIU.3P đmđm1đm11   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Công suất phảm kháng Q1 động cơ tiêu thụ 459554,0.8522tgPQ đm11   459547,0.7,14.380.3sinIU.3Q đmđm1đm11   Tổn hao đồng dây quấn stato 44769,0.7,14.3RI.3P 21 2 p.đm11đ  Công suất điện từ Pđt : 78554472208522PPPP 1đst1đt  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Tổn hao đồng dây quấn Rôto 5,23075005,1247855PPPP 2f.cđt2đ  Hệ số trượt định mức 029,0 7855 5,230 P P s đt 2đ đm    Tốc độ vòng từ trường quay )phút/vòng( 1500 2 50.60 p f.60 n1  )s/rad( 314f.21   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Tốc độ động cơ :     1456029,011500s1nn đm1đm  Mô men điện từ: )m.N( 50 314 7855P M 1 đt đt   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Ví dụ 2 Một động cơ điện không đồng bộ ba pha dây quấn stato nối hình tam giác; điện áp lưới 220V ; 50Hz. Số liệu động cơ : p = 2 ; I1 = 21 A ; cos1 = 0,82 ;  = 0,837 ; s = 0,053 . Tính tốc độ động cơ, công suất điện động cơ tiêu thụ P1 , tổng các tổn hao, công suất cơ hữu ích P2, mômen quay M động cơ Bài giải Tốc độ của động cơ:     )s/rad( 68,148s1 p f.2 s11        )phút/vòng( 1420s1 p f.60 s1nn 1  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Công suất điện động cơ tiêu thụ 656182,0.21.220.3cosIU.3P 1111   Công suất cơ hữu ích 54916561.837,0P.P 12  Tổng tổn hao công suất 107054916561PPP 21  Mô men quay động cơ )m.N( 9,36 68,148 5491P M 2   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Ví dụ 3 Động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc : Pđm = 14 kW, tốc độ định mức nđm = 1450 vg/ph, hiệu suất định mức đm = 0,885, hệ số công suất định mức cosđm = 0,88 ; Y/ - 380/220 V ; tỷ số dòng điện mở máy Imm/Iđm = 5,5; mômen mở máy Mmm/Mđm = 1,3 ; mômen cực đại Mmax/Mđm = 2 . Điện áp mạng điện Ud =380 V. Tính : a) Công suất tác dụng và phản kháng động cơ tiêu thụ ở chế độ định mức. b) Dòng điện, hệ số trượt và mômen định mức c) Dòng điện mở máy, mômen mở máy, mômen cực đại CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Bài giải a) Công suất động cơ tiêu thụ: (kW) 82,15 885,0 14P P đm1   (kVAr) 54,854,0.82,15tgPQ 11   a) Dòng điện, hệ số trượt định mức: A3,27 88,0.885,0.380.3 7500 cosU.3 P I đmđm1 đm đm1   033,0 1500 14501500 n nn s 1 1 đm      CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Mômen định mức )m.N( 2,92 1450 14 9550 n P 9550M đm đm đm  Mômen mở máy )m.N( 8,1192,92.3,1M.3,1M đmmm  Mômen cực đại )m.N( 4,1842,92.2M.2M đmmax  Dòng điện mở máy )m.N( 15,1503,27.5,5I.5,5I đmmm  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Ví dụ 4 Động cơ điện không đồng bộ ba pha, rôto dây quấn, R1 = 0,46 ; X1 = 2,24; kdq1 = 0,932; w1 = 192 vòng, R2 = 0,02; X2 = 0,08; kdq2 0,955; w2 = 36 vòng. Dây quấn stato đấu tam giác, mạng điện có Ud = 220 V , f = 50 Hz, số pha của động cơ m1 = m2 = 3. Tính hệ số quy đổi sức điện động ke , hệ số quy đổi dòng điện ki điện trở mở máy mắc vào mạch rôto để mômen mở máy cực đại. Tính dòng điện stato và rôto khi có biến trở mở máy và khi mở máy trực tiếp. Bài giải Hệ số quy đổi sức điện động 2,5 955,0.36 932,0.192 kw kw k 2dq2 1dq1 e  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Hệ số quy đổi dòng điện 2,5 955,0.36.3 932,0.192.3 kwm kwm k 2dq22 1dq11 i  Điện trở, điện kháng rôto quy đổi về stato 54,002,0.2,5.2,5RkkR 2ei ' 2  16,208,0.2,5.2,5XkkX 2ei ' 2  Để mômen mở máy cực đại   88,3RXXsR XX RR s '21 ' 2th ' f 1 ' 2 ' f ' 2 th     CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Điện trở phụ chưa quy đổi 1436,088,3 2,5 1 R kk 1 R 2 ' f ie f  Dòng điện pha Stato khi mở máy bằng điện trở phụ ở mạch Rôto    2'21 2' f ' 21 p1 p.mm XXRRR U I       A75,33 16,224,288,354,046,0 220 I 22 p.mm    Dòng điện dây Stato khi mở máy: A5875,33.3I.3I p.mmmm  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Dòng điện rôto khi mở máy (rôto đấu sao) A17475,33.2,5IkIkI p.mmi1i2  Nếu mở máy trực tiếp thì dòng điện mở máy:    2'21 2' 21 p1 mm XXRR U 3I       A84 16,224,254,046,0 220 3I 22 mm    Dùng điện trở mắc vào mạch rôto, dòng điện mở máy giảm đi: 46,1 58 84  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Một động cơ điện không đồng bộ ba pha có số liệu như ở ví dụ 3 . Điện áp mạng điện U = 380 V. Tính toán các phương pháp mở máy sau : a) Dùng biến áp tự ngẫu để giảm dòng điện mở máy 2,25 lần thì hệ số biến áp phải là bao nhiêu? Tính mômen cản tối đa để động cơ có thể mở máy dược trong trường hợp này. b) Nếu dùng cuộn điện cảm nối vào phía stato để điện áp vào dây quấn giảm đi 10%. Tính dòng điện mở máy và mômen mở máy. Xác định mômen cản Mc lúc mở máy để động cơ có thể mở máy được bằng phương pháp này Ví dụ 5: CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Số liệu tính toán được từ ví dụ 3: Iđm = 27,3A; Imm = 150A; Mđm = 92,2Nm; Mmm = 119,8Nm; Mmax = 184,4Nm Bài giải: Để dòng điện mở máy giảm đi 2,25 lần thì hệ số biến áp kba 5,125,2kba  Dòng điện mở máy dùng biến áp tự ngẫu: A75,66 25,2 150 k I I 2 ba mm ba.mm  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Mômen mở máy khi dùng biến áp tự ngẫu Nm24,53 25,2 8,119 k M M 2 ba mm ba.mm  Để động cơ có thể mở máy khi kba =1,5 thì mômen cản lực mở máy Mc < 53,24 Nm CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Để động cơ có thể mở máy được, trong trường hợp này thì mômen cản lúc mở máy Mc < 97,03 Nm b) Khi dùng cuộn điện cảm, điện áp đặt vào dây quấn động cơ sẽ bằng 0,9Uđm do đó dòng điện mở máy: A135150.9,0I9,0I mmđk.mm  Mômen mở máy khi dùng điện kháng Nm03,978,119.9,0M9,0M 2mm 2 đk.mm  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Một động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn R2 = 0,0278 , tốc độ định mức nđm = 970 vg/ph, hiệu suất định mức đm = 0,885. Tính điện trở phụ mắc vào mạch rôto để tốc độ động cơ là 700 vg/ph. Cho biết mômen cản của tải không phụ thuộc tốc độ. Ví dụ 6: Bài giải: Mômen cản không đổi → mômen điện từ không đổi const s R 2  Hệ số trượt với tốc độ định mức 03,0 1000 9701000 n nn s 1 1 đm      CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Hệ số trượt với tốc độ n = 700 vg/ph 3,0 1000 7001000 n nn s 1 1      Do đó: s RR s R f2 đm 2  25,01 03,0 3,0 0278,01 s s RR đm 2f              CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Điện áp đặt vào mỗi pha động cơ không đồng bộ ba pha U = 380 V, tần số f = 50Hz, số đôi cực p = 3. Bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn stato, hệ số biến đổi sđđ ke = 0,8, tốc độ quay của rôto n = 960vg/ph. Xác định : hệ số trượt s; tần số và sức điện động cảm ứng trong một pha rôto Bài số 7.1 Bài tập Bài giải: Tốc độ từ trường quay )ph/vg(1000 3 50.60 p f.60 n1  Hệ số trượt: 04,0 1000 9601000 n nn s 1 1      CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Tần số sđđ Rôto: )Hz(250.04,0f.sf2  Phương trình cân bằng điện Stato khi bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn Giá trị hiệu dụng 11 EU  1111 EZIU   V380EU 11  Giá trị sđđ Rôto khi đứng yên: V475 8,0 380 k E E e 1 2  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Giá trị sđđ Rôto khi quay: V19475.04,0sEE 2s2  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Điện áp dây trên các cực động cơ điện không đồng bộ là 2000(V), Dây quấn stato và rôto nối Y, biết W2 = 30 vòng, kdq2 = 0,957; kdq1 = 0,92; từ thông  =3,51.10 -2Wb, f = 50Hz. Bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn stato. Xác định: a) Sđđ E2 khi rôto đứng yên? b) Số vòng dây một pha dây quấn stato W1 Bài số 7.2. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Bài giải: Sđđ Rôto khi đứng yên: m2dq22 .k.w.f.44,4E  V22410.51,3.957,0.30.50.44,4E 22   Phương trình cân bằng điện Stato khi bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn Giá trị hiệu dụng sđđ pha Stato: 11 EU  1111 EZIU   V1155 3 2000 UE p11  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Số vòng dây của pha Stato: m1dq11 .k.w.f.44,4E  2 m1dq 1 1 10.51,3.92,0.50.44,4 1155 .k.f.44,4 E w     )vg(161w1  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Một máy điện không đồng bộ ba pha 6 cực, f = 50Hz, sđđ cảm ứng trên mỗi pha rôto là 110V. Giả thiết tốc độ làm việc định mức nđm = 980 vg/ph. Rôto quay cùng chiều với từ trường quay. Hỏi: a) Máy làm việc ở trạng thái nào? b) Lúc đó sđđ E2s là bao nhiêu? c) Nếu giữ chặt rôto lại và đo được R2 = 0,1; X2 = 0,5. Hỏi, chế độ làm việc định mức, dòng điện rôto I2 bằng bao nhiêu? Bài số 7.3. Bài số 7.3. Tốc độ từ trường quay )ph/vg(1000 p f.60 n1  Máy điện làm việc với tốc độ n < n1 → Chế độ động cơ CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Hệ số trượt 02,0 1000 9801000 n nn s 1 1      Sđđ Rôto khi quay V2,2110.02,0E.sE 2s2  Phương trình cân bằng điện khi Rôto quay  222s2 jsXRIE0  A20 02,0.5,01,0 2,2 jsXR E I 22 s2 2      Dòng điện Rôto khi quay CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto dây quấn 4 cực. Trên nhãn ghi: Pđm = 22kW, Uđm = 220/380V, nđm = 1460vg/ph, cosđm = 0,88; đm =0,889%. a) Tính dòng điện dây khi dây quấn stato nối sao và nối . b) Hệ số trượt định mức sđm Bài số 7.4. Bài giải a) Tính dòng điện dây khi dây quấn stato nối sao và nối . - Dây quấn stato nối Y → Uđm = 380V A43 88,0.889,0.380.3 10.22 cosU.3 P I 3 đmđmđm đm Y.đm1   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ - Dây quấn stato nối Δ → Uđm = 220V A5,74 88,0.889,0.220.3 10.22 cosU.3 P I 3 đmđmđm đm .đm1   b) Hệ số trượt định mức sđm 0267,0 1500 14601500 n nn s 1 đm1 đm      CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Động cơ điện không đồng bộ ba pha, rôto dây quấn, số đôi cực p =2, hệ số quy đổi sđđ ke =2, hệ số quy đổi dòng điện ki =2. Điện trở và điện kháng pha rôto lúc đứng yên R2 = 0,2; X2 = 3,6; f = 50Hz; Y/- 380/220V. a) Động cơ nối vào lưới điện có Uđ = 380V, xác định cách đấu dây động cơ. b) Nếu coi sđđ pha stato bằng điện áp đặt vào, tổn hao đồng trong dây quấn stato bằng tổn hao đồng trong dây quấn rôto, tổn hao sắt từ Pst = 145W, tổn hao ma sát và phụ Pmsf= 145W, hệ số trượt s=0,05. Tính dòng điện rôto, công suất cơ hữu ích P2, hiệu suất  của động cơ Bài số 7.5. CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Bài giải: a) Động cơ nối vào lưới điện có Uđ = 380V và dây quấn của động cơ Y/Δ – 380/220V → Dây quấn động cơ nối Y b) Tính dòng điện rôto, công suất cơ hữu ích P2, hiệu suất  Sđđ pha Stato, E1 (sđđ pha bằng điện áp đặt vào Stato) V220 3 U UE 1p.11  Sđđ pha Rôto, E2 khi đứng yên: V110 2 220 k E E e p.1 p.2  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Tổn hao đồng trong dây quấn stato ΔPđ1 bằng tổn hao đồng trong dây quấn rôto ΔPđ2 : W2502,0.44,20.3RI.3PP 22 2 22đ1đ  Sđđ pha Rôto, E2s khi quay với hệ số trượt s = 0,05: V5,5110.05,0E.sE p.2p.s2  Dòng điện pha Rôto, I2 khi quay với hệ số trượt s = 0,05:     A44,20 6,3.05,02,0 5,5 X.sR E I 222 2 2 2 p.s2 2      CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Công suất điện từ Pđt : W5000 05,0 250 s P P 2đđt    Công suất cơ hữu ích P2 : W46551452505000PPPP cf2đđt2  Công suất đầu vào P1 : W53451452505000PPPP st1đđt1  Hiệu suất của động cơ : 87,0 5345 4655 P P 1 2  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Một động cơ không đồng bộ ba pha f = 60Hz, tần số dòngđiện rôto f2 = 3Hz, số cực từ bằng 4. Công suất điện từ Pđt = 120kW; tổn hao đồng ở stato Pđ1 = 3kW; tổn hao cơ và phụ Pcơf = 2kW; tổn hao sắt từ Pst = 1,7kW. a) tính hệ số trượt s, tốc độ động cơ n. b) Tính công suất điện động cơ tiêu thụ P1. c) Tính hiệu suất động cơ. Bài số 7.6. Bài giải: a) Hệ số trượt s, tốc độ động cơ n: 05,0 60 3 f f s 2  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Tốc độ động cơ n:       114005,01 3 60.60 s1 p f60 s1nn 1  Công suất điện động cơ tiêu thụ P1: kW7,1247,13120PPPP st1đđt1  Tổn hao đồng sơ Rôto ΔPđ2: kW6120.05,0P.sP đt2đ  Công suất cơ đầu ra P2: kW11226120PPPP cf2đđt2  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Hiệu suất động cơ : 898,0 7,124 112 P P 1 2  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Một động cơ điện không đồng bộ ba pha Pđm = 45kW; f = 50Hz; Y/ - 380/220V; Imm / Iđm = 6; Mmm / Mđm = 2,7 ; cosđm = 0,86; đm = 0,91; nđm = 1460vg/ph. Động cơ làm việc với lưới điện Uđ = 380V. a) Tính Iđm’ , Mđm’ Imở’ Mmở . b) Để mở máy với tải có mômen cản ban đầu Mc = 0,45Mđm’ Người ta dùng biến áp tự ngẫu, có dòng Imm.ba = 100A. Xác định hệ số biến áp k, và động cơ có thể mở máy được không? c) Cũng với tải trên, dùng điện kháng mở máy với Imm.ĐK = 200A. Xác định điện áp đặt lên động cơ lúc mở máy và động cơ có thể mở máy được không ? Bài số 7.7 CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Bài giải: a) Tính Iđm ; Mđm ; Imở ; Mmở . Dòng điện định mức động cơ: A36,87 91,0.86,0.380.3 10.45 cosU.3 P I 3 đmđmđm đm đm   Mô men định mực động cơ: m.N35,294 1460 45 n P 9550M đm đm đm  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Dòng điện và mômen mở máy động cơ: A52436,87.6I.kI đmI.mmmm  m.N75,79435,294.7,2M.kM đmM.mmmm  b) Hệ số biến áp kba: 29,2 100 524 I I k ba.mm mm ba  Momen khi mở máy bằng biến áp: đm2 đm 2 ba mm ba.mm M515,0 29,2 M.7,2 k M M  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Momen mở máy Mmm = 0,515Mđm > 0,45Mđm = Mc momen cản → Động cơ mở máy được Hệ số giảm dòng khi mở máy bằng điện kháng: 62,2 200 524 I I k dk.mm mm đk  Điện áp đặt vào dây quấn Stato khi mở máy: V145 62,2 380 k U U đk đm mm  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Momen mở máy khi dùng điện kháng: đm2 đm 2 đk mm đk.mm M393,0 62,2 U7,2 k U M  Momen mở máy Mmm.đk = 0,393Mđm < 0,45Mđm = Mc momen cản → Động cơ không mở máy được CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Một động cơ không đồng bộ ba pha đấu sao nối vào lưới Ud= 380V. Biết Rn = 0,122; Xn = 0,4; f = 50Hz. a) Tính dòng điện mở máy Imơ b) Dùng điện kháng mở máy ImoĐK = 300A. Tính điện cảm L của cuộn điện kháng mở máy. Bài số 7.8 Bài giải: a) Dòng điện mở máy Imơ A526 4,0122,0 220 XR U I 222 n 2 n p mm      CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ b) Điện cảm L của cuộn điện kháng mở máy Hệ số giảm dòng khi dùng điện kháng mở máy 753,1 300 526 I I k dk.mm mm đk  Điện áp pha dây quấn Stato khi mở máy: V5,125 753,1 220 k U U đk p.đm p.mm  Điện áp pha điện kháng: V95125220UUU p.mmp.đmđk  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Điện kháng một pha:  316,0 300 95 I U X đk.mm đk đk Điện cảm một pha (tàn số dòng điện 50Hz): )H(001,0 314 316,0 f.2 X L đkđk   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Một động cơ không đồng bộ ba pha dây quấn E2 = 157V; p = 4; f = 50Hz; nđm = 728 vg/ph R2 = 0,105; X2 = 0,525 Tính mômen điện từ của động cơ Bài số 7.9 Bài giải Hệ số trượt định mức: 0293,0 750 728750 n nn s 1 1 đm      Tốc độ từ trường quay: 750 4 50.60 p f.60 n1  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Tổn hao đồng dây quấn Rôto: W5,592105,0.37,43.3RI.3P 22 2 22đ  Dòng điện Rôto: A37,43 015,0105,0 6,4 XR E I 222 s2 2 2 s2 2      Sđđ Rôto khi quay: V6,4157.0293,0EsE 2đms2  Điện kháng Rôto khi quay:  015,0525,0.0293,0XsX 2đms2 CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Công suất điện từ Pđt: W20198 0293,0 5,592 s P P đm 2đ đt    Momen điện từ Mđt: m.N3,257 50.14,3.2 20198.4 f.2 P.p p P M đt 1 đt đt   CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc dây quấn stato đấu tam giác, được cung cấp bởi nguồn điện ba pha có Uđm = 220V. Biết bội số mở máy Mmm / Mđm = 1,2 Có thể dùng phương pháp mở máy Y -  để mở máy động cơ khi tải bằng 25% và bằng 50% tải định mức Bài số 7.10 CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Bài giải: Khi dùng phương pháp mở máy Y - : Dòng điện giảm đi 3 lần và Mômen giảm đi 3 lần đmđmmmY.mm M.4,0M.2,1. 3 1 M 3 1 M  Khi tải bằng 50% định mức (Mc = 0,5Mđm) Khi tải bằng 25% định mức (Mc = 0,25Mđm) → Không mở máy được Y.mmC MM  → Mở máy được Y.mmC MM  CHƯƠNG VII : ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ