Bài giảng Vật lý công nghệ 1 - Chương 8: Máy điện không đồng bộ

28/04/2016 1 Phần II. MÁY ĐIỆN Bài giảng Vật lý công nghệ 1 PGS. TS Nguyễn Hồng Quảng Trung tâm Thực hành thí nghiệm Chương 8 Máy điện không đồng bộ 1. Khái niệm 2. Nguyên tắc cấu tạo 3. Nguyên ly ́ hoạt động của động cơ KĐB 4. Chê ́ độ hoạt động của động cơ KĐB 5. Sơ đồ thay thế động cơ KĐB 1. Khái niệm Máy điện KHÔNG ĐỒNG BỘ (KĐB) là máy điện có tốc độ quay của rotor khác tốc độ quay của từ trường (chậm hơn); Đối với máy điện KĐB, động cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi do nhiều đặc tính ưu việt của nó, ngược lại máy phát điện KĐB ít được sử dụng hơn.  Đây là loại động cơ 1 pha sử dụng phổ biến nhất hiện nay  Được sử dụng trong hầu hết ứng dụng như máy giặt, tủ lạnh, điều hoà, quạt điện,  Có độ tin cậy và hiệu quả kinh tế cao Động cơ không đồng bộ 1 pha 1. Khái niệm  Đặc biệt, động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp, dịch vụ Housing Motor 1. Khái niệm 2. Nguyên tắc cấu tạo Rotor Stator Stator (phần tĩnh) Gồm lõi thép và các cuộn dây Rotor (phần quay) Có hai loại - Rotor dây quấn: gồm cuộn dây quấn quanh lõi thép - Rotor lồng sóc: gồm các thanh kim loại hàn ngắn mạch, tạo thành hình lồng sóc 2. Nguyên tắc cấu tạo Stator: Được làm từ các lá thép KTĐ, ghép sát nhau, trong đó đặt các cuộn dây (gọi là các cuộn stator) 2. Nguyên tắc cấu tạo Rotor : có 2 loại (lồng sóc/dây quấn)  Rotor lồng sóc:  Gồm các thanh kim loại (hợp kim nhôm) gắn ngắn mạch với nhau, tạo thành hình lồng sóc  Các thanh thường được đặt nghiêng với rotor để hạn chế tiếng ồn  Có các cánh nhỏ đặt ở vòng ngoài, có tác dụng như các cánh quạt làm mát động cơ khi vận hành 2. Nguyên tắc cấu tạo Squirrel cage rotor Wound rotor Notice the slip rings 2. Nguyên tắc cấu tạo Rotor lồng sóc trong động cơ KĐB 2. Nguyên tắc cấu tạo Rotor dây quấn của động cơ KĐB 3 pha Rotor dây quấn Gồm các cuộn dây đặt trong lõi thép, nối với bộ điều khiển ở mạch ngoài bằng các chổi than (dùng để thay đổi tốc độ động cơ, đổi chiều quay và các tính năng khác) 2. Nguyên tắc cấu tạo Dòng điện 3 pha đi vào cuộn dây stator Từ thông biến thiên qua các cuộn dây rotor Dòng điện cảm ứng được tao ra trong rotor Từ trường quay stator tác dụng lực lên dòng điện rotor Rotor QUAY Động cơ không đồng bộ Máy phát điện không đồng bộ 3. Nguyên lý hoạt động Sự tạo thành từ trường quay: Giả sử dòng điện 3 pha có phương trình là Khi cho dòng điện 3 pha đi vào các cuộn dây của stator, từ trường của các dòng điện 3 pha sẽ biến thiên, và từ trường tổng hợp của 3 cuộn dây sẽ quay trong không gian. 3. Nguyên lý hoạt động Sự tạo thành từ trường quay 3. Nguyên lý hoạt động Sự tạo thành từ trường quay 3. Nguyên lý hoạt động Sự tạo thành từ trường quay 3. Nguyên lý hoạt động ( ) ( ) ( ) ( )net a b cB t B t B t B t   sin( ) 0 sin( 120 ) 120 sin( 240) 240M M MB t B t B t            ˆsin( ) 3 ˆ ˆ[0.5 sin( 120 )] [ sin( 120 )] 2 3 ˆ ˆ[0.5 sin( 240 )] [ sin( 240 )] 2 M M M M M B t B t B t B t B t                   x x y x y 1 3 1 3 ˆ( ) [ sin( ) sin( ) cos( ) sin( ) cos( )] 4 4 4 4 3 3 3 3 ˆ[ sin( ) cos( ) sin( ) cos( )] 4 4 4 4 net M M M M M M M M M B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t                    x y ˆ ˆ[1.5 sin( )] [1.5 cos( )]M MB t B t  x y 3. Nguyên lý hoạt động 3. Nguyên lý hoạt động Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào số cặp cực từ trong stator và tần số của dòng điện: n1 là tốc độ quay của từ trường f là tần số của dòng điện p là số cặp cực Trong đó: 3. Nguyên lý hoạt động Số cặp cực (p) Tần số f=50 Hz Tần số f=60 Hz 1 3000 3600 2 1500 1800 3 1000 1200 4 750 900 5 600 720 6 500 600 Tốc độ quay cùa từ trường với các tần số và số cặp cực 3. Nguyên lý hoạt động Dòng điện cảm ứng tạo trong rotor chỉ tồn tại khi có sự biến thiên từ thông, tức là phải có chuyển động tương đối rotor đối với từ trường quay: n2 n1  Sự quay không đồng bộ Tốc độ trượt : Độ trượt (hệ số trượt) 3. Nguyên lý hoạt động Khi rotor bị khóa (s =1), điện áp và tần số dòng điện tạo ra trong rotor sẽ lớn nhất. Vì sao? Mặt khác nếu rotor quay đồng bộ (bằng tốc độ từ trường, s = 0), điện áp và tần số dòng cảm ứng sẽ bằng không. Vì sao? 3. Nguyên lý hoạt động Chiều quay của từ trường: phụ thuộc vào thứ tự các pha dòng điện đưa vào 3 cuộn dây Nếu đổi thứ tự của 2 pha cho nhau thì sẽ tạo ra từ trường ngược chiều ban đầu 4. Chế độ hoạt động 5. Sơ đồ thay thế Sơ đồ tương đương (sơ đồ thay thế) tương tự của MBA, ngoại trừ, cuộn sơ cấp MBA = cuộn dây stator còn thứ cấp MBA = rotor Tương tự cho tần số của dòng cảm ứng: Mặt khác, ta có Vì vậy khi tần số của Sdđ cảm ứng thay đổi, cảm kháng của cuộn dây rotor cũng thay đổi theo r ef s f 2X L f L   0 2 2 r r r r r e r r X L f L sf L sX        5. Sơ đồ thay thế Sơ đồ thay thế khi rotor bị khóa 5. Sơ đồ thay thế Dòng cảm ứng trong rotor : Chia cả tử và mẫu cho s : 0 0 ( ) ( ) R R R R R R R E I R jX sE R jsX     0 0( ) R R R R E I R jX s   5. Sơ đồ thay thế Sơ đồ mạch điện tương đương: 5. Sơ đồ thay thế