MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây [4.25 MB, 70 trang ]
Bài 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
3.1 Đại cương về máy điện không đồng bộ
3.1.1 Khái niệm phân loại và kết cấu
3.1.1.1 Khái niệm chung:
Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lí cảm
ứng điện từ, có tốc độ quay rotor n [tốc độ quay của máy] khác với tốc độ quay của từ
trường n1 .
Máy điện không đồng bộ có hai dây quấn stator [sơ cấp] nối với lưới điện tần
số f = const, dây quấn rotor [thứ cấp] được nối tắt lại hoặc khép kín qua điện trở. Dòng
điện trong dây quấn rôto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số f2 phụ
thuộc vào tốc độ rôto nghĩa là phụ thuộc vào tải trên trục của máy. Máy điện không
đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là làm việc ở 2 chế độ động cơ và máy phát.
Máy điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không tốt lằm so với máy phát
điện đồng bộ, nên ít được dùng.
Động cơ điện không đồng bộ so với các loại động cơ khác có cấu tạo và vận hành
không phức tạp, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được dùng nhiều trong sản xuất và
sinh hoạt. Động cơ điện không đồng bộ có các loại: động cơ 3 pha, 2 pha và 1 pha.
Động cơ điện không đồng bộ có công suất trên 600 W là loại 3 pha có 3 dây
quấn làm việc, trục các dây quấn lệch nhau trong không gian 1 góc 120 điện. Các
động cơ có công suất dưới 600 W thường là động cơ 2 pha hoặc 1 pha. Động cơ 2
pha có 2 dây quấn làm việc, truc của 2 dây quấn lệch nhau trong không gian 1 góc
90 điện. Động cơ điện 1 pha, chỉ có 1
dây quấn làm việc.
3.1.1.2 Phân loại
− Theo kết cấu của vỏ, có thể chia làm
các loại: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu
kín, kiểu chống nổ, kiểu chống
run…..vv.
− Theo kết cấu của rotor chia làm hai
loại: Rotor dây quấn và Rotor lồng 2
sóc.
− Theo số pha: m =1,2,3.
3.1.1.3. Kết cấu
a. Phần tĩnh hay stator: Gồm có vỏ
máy lõi sắt và dây quấn
α. Vỏ máy: Để cố định lõi sắt và dây
quấn không dùng làm mạch dẫn từ.
Thường làm bằng gang hay thép tấm
hàn lại.
β. Lõi sắt: Là phần dẫn từ, làm bằng
Hình 3.1 Stator của máy điện không đồng bộ
1. Vỏ máy
2. Lõi thép
3. Dây quấn
thép lá kỹ thuật điện dày 0,35 mm hay
0,5mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi thép D n < 990 mm thì dùng những tấm tròn ép
lại. Khi Dn > 990 mm thì dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn. Mặt
trong của thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
77
γ. Dây quấn: Dây quấn của stator được đặt vào các rãnh của lõi thép và cách điện tốt
đối với rãnh.
b. Phần quay hay rôtor: gồm lõi sắt và dây quấn
α. Lõi sắt: Dùng thép kỹ thuật điện như stator, lõi sắt được ép lên trục quay, phía
ngoài có xẻ rãnh đễ đặt dây quấn
β. Dây quấn: Có hai loại:
Loại rotor kiểu dây quấn: Là rotor có dây
quấn giống như dây quấn của sator. Dây quấn
3 pha của rotor thường được đấu hình sao, còn
ba đầu kia nối vối ba vành trượt đặt cố định ở
một đầu trục và thông qua chổi than đấu với
mạch điện bên ngoài. Khi máy làm việc bình
Hình 3.2 Rotor dây quấn của
thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch. động cơ không đồng bộ
Hình 3.2.
Loại rotor kiểu lồng sóc: Cấu tạo của loại dây quấn này khác với dây quấn stator.
Trong mỗi rãnh của stator đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm dài ra khỏi lõi
Hình 3.3 Rotor lồng sóc động cơ điện không đồng bộ .
sắt và được nối tắt ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hoặc bằng nhôm
mà người ta thường quen gọi là lồng sóc hình 3.3.
c. Khe hở: Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ [từ 0,2 đến 1 mm trong máy
điện cỡ nhỏ và vừa], càng nhỏ càng tốt để hạn chế dòng từ hóa lấy từ lưới điện vào.
Kết cấu của động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc và rotor dây quấn được trình
bày trên hình 3.4, hình 3.5.
Hình 3.4 Động cơ điện không
đồng bộ rotor lồng sóc.
Hình 3.5 Động cơ điện không đồng
bộ rotor dây quấn.
3.1.2. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi
cho một dòng điện ba pha đi vào dây quấn ba pha đặt trong lõi sắt stator thì trong máy
sinh ra một từ trường quay với tốc độ đồng bộ n 1 = 60f/p, f là tần số lưới điện đưa vào
78
f = 50 Hz, p là số đôi cực của máy. Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự
ngắn mạch đặt trên lõi sắt rotor và cảm ứng trong đó sức điện động và dòng điện. Từ
thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ trường tổng ở
khe hở Φ δ . Dòng điện trong dây quấn của rotor tác dụng với từ thông này sinh ra
mômen. Tác dụng của nó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor, với những
phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau. Để chỉ phạm vi
tốc độ của mỗi máy, người ta dùng hệ số trượt s. Theo định nghĩa hệ số trượt bằng:
n −n
s% = 1
100
n1
Như vậy thì: n = n1 ⇒ s = 0; n = 0 ⇒ s = 1
n > n1 ⇒ s < 0; n < 0 ⇒s > 1 [rotor quay ngược chiều từ trường quay]
a. Trường hợp rotor quay thuận với từ trường quay nhưng n < n1 [0 < s < 1].
Giả sử chiều quay n1 của Φ δ và chiều quay n của rotor như hình vẽ. Do n < n 1 nên
chiều chuyển động của thanh dẫn suy ra chiều E ư, Iư được xác định bằng qui tắc bàn
tay phải. Iư tác dụng với Φ δ sinh ra F, M có chiều xác định bằng qui tắc bàn tay trái, M
làm rotor quay theo chiều của từ trừơng với n
Khi Mở Máy dây quấn rôto được nối với biến trở Mở Máy.
Đầu tiên để biến trở lớn nhất, sau đó giảM dần đến không.
Đường đặc tính cơ ứng với các giá trị RMở
Khi có điện trở Mở Máy RMở , dòng điện pha lúc Mở Máy :
Khi RMở tăng thì MMM tăng
Nhờ có RMở dòng điện Mở Máy giảM xuống và MôMen Mở Máy tăng
Đó là ưu điểM của động cơ rôto dây quấn.
Mở Máy trực tiếp
Phương pháp 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. Phương pháp này dùng được khi công suất Mạng điện [hoặc nguồn điện] lớn hơn công suất động cơ rất nhiều.
GiảM điện áp cung cấp cho stato
Khi Mở Máy ta giảM điện áp vào động cơ, cũng làM giảM được dòng điện Mở Máy.
Khuyết điểM của phương pháp này MôMen Mở Máy giảM rất nhiều, vì thế chỉ sử dụng được đối với trường hợp không yêu cầu MôMen Mở Máy lớn.
Các biện pháp giảM điện áp như sau:
- Dùng điện kháng nối tiếp vào Mạch stato
Lúc Mở Máy, cầu dao K2 Mở, cầu dao K1 đóng. Khi động cơ đã quay ổn định thì đóng K2 và ngắt K1.
Nhờ có 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 M~U2]
- Dùng Máy tự biến áp
Gọi k là hệ số biến áp ; U1 là điện áp pha lưới điện ; zn là tổng trở động cơ lúc Mở Máy.
Dòng điện I1 lưới điện cung cấp cho động cơ lúc có Máy tự biến áp :
I1=Iđc/k =Uđc/kzn = U1/k2zn
Khi Mở Máy trực tiếp, dòng điện I1 =U1/zn
Dòng điện của lưới điện giảM đi k2 lần.
Điện áp đặt vào động cơ giảM k lần, nên MôMen sẽ giảM k2 lần.
- 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 đổi nối lại thành hình taM giác như đúng quy định của Máy.
Dòng điện dây khi nối hình taM giác:
Dòng điện dây khi nối hình sao:
Dòng điện dây Mạng điện giảM đi 3 lần. vả MôMen giảM đi 3 lần.
Qua các phương pháp, chúng ta đều thấy MôMen Máy giảM xuống nhiều.
Để khắc phục điều này, người ta đã chế tạo loại động cơ lồng sóc kép và loại rãnh sâu có đặc tính Mở Máy tốt.
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 phân bố. Từ thông tản Móc vòng với đọan dưới thanh dẫn nhiều hơn đoạn trên.
Do lúc Mở Máy, điện kháng tản phía dưới lớn, dòng điện tập trung phía trên thanh dẫn gần Miệng rãnh làM 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.
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 lớn
Lồng sóc trong có tiết diện lớn hơn điện trở nhỏ. Như ở trên khi Mở Máy dòng điện tập trung ở lồng sóc ngoài có điện trở lớn, MôMen Mở Máy lớn. Khi làM việc bình thường, dòng điện lại phân bố đều ở cả hai lồng sóc, điện trở lồng sóc ngoài nhỏ xuống.
Động cơ điện rãnh sâu và lồng sóc kép có đặc tính Mở Máy tốt, nhưng vì từ thông tản lớn, nên hệ số công suất cosP thấp hơn động cơ lồng sóc thông thường.