Khái niệm máy điện không đồng bộ là gì
Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, thao tác theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, có vận tốc của rô to n khác với vận tốc từ trường quay trong máy n1. Máy điện không đồng bộ hoàn toàn có thể thao tác ở hai chính sách : Động cơ và máy phát .
Máy điện không đồng bộ ít dùng vì có đặc tính thao tác không tốt, nên trong chương này ta chỉ xét động cơ không đồng bộ. Động cơ không đồng bộ được sử dụng nhiều trong sản xuất và trong hoạt động và sinh hoạt vì chế tạod dơn giản, giá tiền rẻ, độ an toàn và đáng tin cậy cao, quản lý và vận hành đơn thuần, hiệu suất cao và gần như không bảo dưỡng. Dãy hiệu suất của nó rất rộng từ vài watt đến hàng ngàn kilowatt. Hầu hết là động cơ bap ha, có một só động cơ hiệu suất nhỏ là một pha .
Xem thêm:
Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ ba pha là:
- Công suất cơ có ích trên trục: Pdm (kW).
- Điện áp dây stato: Udm (V).
- Dòng điện dây stato: Idm (A).
- Tốc độ quay rôto: ndm (vòng/phút).
- Hệ số công suất: Cosφdm.
- Hiệu suất: ᶯdm.
- Tần số: fdm(Hz).
Nếu gọi P1dm là hiệu suất tính năng động cơ không đồng bộ bap ha nhận từ lưới điện khi thao tác với tải định mức, ta có :
P1dm = Pdm / ᶯdm = √ 3 UdmIdm Cosφdm
Cấu tạo của động cơ không đồng bộ
Cấu tạo của máy điện không đồng bộ được trình diễn trên hình 7.1, gồm hai bộ phận hầu hết là stator và rotor, ngoài những còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy. Trục làm bằng thép, trên đó gắn roto, ổ bi và phía cuối trục có gắn một quạt gió để làm mát máy dọc trục .
Stato (sơ cấp hay phần ứng)
Stato gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài những còn có vỏ máy và nắp máy ( hình 7.1 ). Còn hình 7.3 c là ký hiệu động cơ trên sơ đồ tinh chỉnh và điều khiển .
1 – Lõi thép stato ; 2 – Dây quấn stato ; 3 – Nắp máy ; 4 – Ổ bi ; 5 – Trục máy ; 6 – Hộp dầu cực ; 7 – Lõi thép stato ; 8 – Thân máy ; 9 – Quạt gió làm mát ; 10 – Hộp quạt
Lõi thép stato
Lõi thép stator có dạng hình tròn trụ ( hình 7.2 b ), làm bằng những lá thép ký thuật điện, được dập rãnh bên trong ( hình 7.2 a ) rồi ghép lại với nhau tạo thành những rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy .
Dây quấn stato
Dây quấn stato thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong những rãnh của lõi thép ( hình 7.2 a ). Trên hình 7.2 c vẽ sơ đồ khai triển dây quấn bap ha đặt trong 12 rãnh của một máy điện, dây quấn pha A đặt trong những rãnh 1, 4, 7, 10 ; pha B đặt trong những rãnh 3, 6, 9, 12 ; pha C đặt trong những rãnh 5, 8, 11, 2 .
Dòng điện xoay chiều bap ha chạy trong dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từ trường quay .
Xem thêm: Sơ đồ quấn dây stato động cơ 3 pha
Vỏ máy
Vỏ máy gồm có thân và nắp, thường làm bằng gang
Rotor (thứ cấp hay phần quay)
Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy .
Lõi thép
Lõi thép rotor gồm những lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại, mặt ngoài dập rãnh ( hình 7.2 a ) để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục .
Dây quấn
Dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ có hai kiểu là rotor ngắn mạch còn gọi là rô to lồng sóc và rotor dây quấn .
- Rotor lồng sóc (hình 7.3a) gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu. Với động cơ cỡ nhỏ, dây quấn rotor được đúc bằng nhôm nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát (hình 7.3b). Các động cơ công suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào vành ngắn mạch.
Xem thêm: máy bơm nước loại nào tốt
Dòng điện xoay chiều 3 pha chạy trong dây quấn bap ha stato sẽ tạo nên từ trường quay .
- Rô to dây quấn (hình 7.4) cũng quấn giống như dây quấn bap ha stato và có cùng số cực từ như dây quấn stato. Dây quấn kiểu này luôn luôn đấu hình sao (Y) và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt, gắn vào trục quay của rô to và cách điện với trục. Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chình tốc độ.
Từ trường của máy điện không đồng bộ
Từ trường đập mạch của dây quấn một pha
Từ trường của dây quấn một pha là từ trường có phương không đổi, tuy nhiên trị số và chiều đổi khác theo thời hạn, được gọi là từ trường đập mạch .
Xét dây quấy một pha AX đặt trong 4 rãnh của stato ( hình 7.5 a, b ). Cho dòng điện hình sin iA = Imsinὼt chạy qua dây quấn. Giả thiết chiều dòng diện trong những dây dẫn được vẽ trên hình 7.5 a, b. Căn cứ vào chiều dòng điện, vẽ chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai. Dây quấn hình 7.5 a tạo thành từ trường một đôi cực .
Từ trường đấu dây quấn như trên hình 7.6, ta sẽ được một từ trường đập mạch 4 cực. Chú ý rằng trên hình 7.5 dây quấn được chia làm hai nhóm nối song song, còn trên hình 7.6 dây quấn được mắc tiếp nối đuôi nhau .
Từ trường quay của dây quấn ba pha
Sự hình thành từ trường quay
Xét máy điện bap ha đơn thuần, trên stato có 6 rãnh ( hình 7.7 ). Trong đó người ta đặt dây quấn bap ha đối xứng AX, BY, CZ. Trục của những dây quấn bap ha lệch nhau trong khoảng trống một góc 1200 điện .
Giả thiết rằng trong ba dây quấn có mạng lưới hệ thống dòng điện ba pha đối xứng thứ tự thuận chạy qua :
| iA = Imsinὼt iB = Imsin ( ὼt – 1200 ) iC = Imsin(ὼt – 2400) Xem thêm: Cách chơi FO4 không cần card màn hình |
( 7.1 ) |
Lúc đó từ cảm BA, BB, BC do những dòng điện iA, iB, iC tạo ra riêng rẽ là những từ cảm đập mạch có phương lần lượt trùng với trục những pha A, B, C còn chiều cho bởi quy tắc vặn nút chai và độ lớn tỉ lệ lần lượt với iA, iB, iC. Từ cảm do cả ba dòng điện tạo ra là tổng vectơ :
B = BA + BB + BC ( 7.2 )
Ta xét B tại những thời gian khác nhau :
- Xét thời điểm ὼt = 900 (hình 7.7a)
Ở thời gian này, dòng điện pha A cực lớn và dương ( iA = Im ) nên BA cũng cực lớn và hướng theo chiều dương của trục pha A ( BA = Bm ). Đồng thời những dòng điện pha B và C âm ( iB = iC = – Im / 2 ) nên BB hướng theo chiều âm của trục pha B và C, và có độ dài Bm / 2. Từ cảm tổng B hướng theo chiều dương của trục pha A và có độ dài ( 3/2 ) Bm .
- Xét thời điểm ὼt = 900 + 1200 (hình 7.7b)
Lúc này là thời gian sau thời gian đã xét ở trên một phần ba chu kỳ luân hồi. Ở thời gian này, dòng điện pha B cực lớn và dương, những dòng điện pha A và C âm. Lý luận tương tự như, ta thấy từ trường tổng B hướng theo chiều dương của trục pha B, có độ dài ( 3/2 ) Bm và đã quay đi một góc 1200 so với thời gian ὼt = 900 .
- Xét thời điểm ὼt = 900 + 2400 (hình 7.7c)
Lúc này là thời gian sau thời gian đầu hai phần ba chu kỳ luân hồi. Ở thời gian này, dòng điện pha C cực lớn và dương, những dòng điện pha A và B âm. Lý luận tựa như, ta thấy từ trường tổng B hướng theo chiều dương của trục pha C, có độ dài ( 3/2 ) Bm và đã quay đi một góc 2400 so với thời gian ὼt = 900 .
Qua nghiên cứu và phân tích trên ta thấy, từ trường tổng của mạng lưới hệ thống dòng điện hình sin bap ha đối xứng chạy qua dây quấn bap ha là từ trường tròn có biên độ bằng 3/2 từ trường cực lớn của một pha. Từ trường quay móc vòng với cả hai dây quấn stato và rô to là từ trường chính của máy điện, nó tham gia vào quy trình biến hóa nguồn năng lượng .
Với cách cấu trúc và quấn như hình 7.7, ta có từ trường quay một đôi cực. Nếu đổi khác cách cấu trúc dây quấn, ta có từ trường quay 2, 3, … đôi cực .
Đặc điểm từ trường quay
Tốc độ từ trường quay
Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào vào tần số dòng điện stato f và số đôi cực từ p. Thật vậy, với dây quấn hình 7.5, máy có một đôi cực p = 1, khi dòng điện biến thiên một chu kỳ luân hồi, từ trường quay một vòng. Do đó dòng điện biến thiên f chu kỳ luân hồi trong một giây, từ trường quay f vòng / giây. Với dây quấn hình 7.6, máy có hai đôi cực p = 2, khi dòng điện biến thiên một chu kỳ luân hồi, từ trường quay ½ vòng ( từ cực N qua S đến N là 50% vòng ). Do đó dòng điện biến thiên f chu kỳ luân hồi trong một giây, từ trường quay f / 2 vòng / giây. Một cách tổng quát, khi máy cóp đôi cực từ, dòng điện biến thiên một chu kỳ luân hồi, từ trường quay 1 / p vòng. Do đó dòng điện biến thiên f chu kỳ luân hồi trong một giây, từ trường quay f / p vòng / giây. Vậy vận tốc từ trường quay ( hay còn gọi là vận tốc đồng bộ ) trong một giây là :
n1 = f / p ( vòng / giây ) hoặc n1 = 60 f / p ( vòng / phút ) ( 7.3 b )
Chiều từ trường quay
Chiều của từ trường quay phụ thuộc vào vào thứ tự pha của dòng điện. Muốn đổi chiều quay của từ trường ta biến hóa thứ tự hai trong ba pha cho nhau. Giả sử đi dọc theo chu vi stato ta lần lượt gặp trục những pha A, B, C theo chiều kim đồng hồ đeo tay ( 7.7 ). Nếu thứ tự pha thuận, từ trường B sẽ lần lượt quét qua những trục pha A, B, C, … theo chiều kim đồng hồ đeo tay ( nam châm hút giả SN quay theo chiều kim đồng hồ đeo tay ). Nếu thứ tự pha ngược, cực lớn dòng những pha iA, iB, iC lần lượt xảy ra theo thứ tự A, C, B, … và từ trường B sẽ lần lượt quét qua những trục pha theo thứ tự A, C, B … nghĩa là ngược chiều kim đồng hồ đeo tay .
Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Khi đặt điện áp xoay chiều ba pha có tần số f1 vào dây quấn stato, trong dây quấn stato sẽ có mạng lưới hệ thống dòng 3 pha chạy qua, dòng điện này sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với vận tốc n1 = 60 f1 / p. Từ trường quay cắt những thanh dẫn của dây quấn roto và cảm ứng trong đó những sức điện động E2. Vì dây quấn rô to nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện I2 trong những thanh dẫn roto. Lực tính năng tương hổ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rô to I2, kéo roto quay theo chiều của từ trường quay với vận tốc n .
Để minh họa, ta xét từ trường quay B của stato đang quay theo chiều kim đồng hồ với tốc độ n1 (hình 7.8). Lúc đó thanh dẫn a của roto đang chuyển động trong từ cảm B với tốc độ (tương đối) v nên trong thanh dẫn a của rô to cảm ứng sức điện động e2 có chiều cho bởi:
e2 = 1 x v x B ( 7.7 )
tức là e2 hướng từ trước ra sau. Vì rô to ngắn mạch nên E2 tạo ra dòng điện I2 cùng chiều E2 .
Dòng điện i2 đặt trong từ cảm B sẽ chịu công dụng lực điện từ có chiều cho bởi :
F2 = 1 x i2 x B ( 7.8 )
tức là cùng chiều từ trường quay stato .
Tốc độ rô to của máy n luôn nhỏ hơn vận tốc từ trường quay n1, vì nếu vận tốc bằng nhau thì không có sự hoạt động tương đối, trong dây quấn rô to không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, nên lực điện từ bằng không .
Độ chênh lệch giữa vận tốc từ trường quay và vận tốc rô to gọi là vận tốc trượt n2 :
n2 = n1 – n
Hệ số trượt của tốc độ là:
s = n2 / n1 = (n1 – n) / n1 = (Ω1 – Ω) / Ω1 (7.9)
trong đó Ω1 = 2 πn1 và Ω = 2 πn là vận tốc góc của từ trường quay và của rô to .
Khi roto đứng yên, vận tốc n = 0, thông số trượt s = 1 ; khi rô to quay định mức s = 0,02 ~ 0,06. Tốc độ động cơ là :
n = n1 ( 1 – s ) = 60 f1 / p ( 1 – s ) vg / ph ( 7.10 )
Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Công nghệ