Chương 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Mã chương: MH 12-03 Giới thiệu: Máy điện không đồng bộ là loại máy điện quay, chiếm một vị trí quan trọng nhất trong các loại máy điện. Máy điện không đồng bộ được ứng dụng rất nhiều trong sinh hoạt và trong công nghiệp chính vì vậy trong nội dung chương trình đào tạo về máy điện thì máy điện không đồng bộ được chiếm hầu như toàn bộ nội dung chương trình. Mục tiêu: Học xong chương này sinh viên hiểu, trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, công dụng phương pháp mở máy, điều chỉnh tốc độ và sơ đồ khai triển dây quấn của máy điện không đồng bộ. Nội dung chính: 1.
Đ i cương về máy điện không đồng bộ: 1.1 Khái niệm phân loại và kết cấu: 1.1 hái niệm: Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rotor n (tốc độ máy) khác với tốc độ quay của từ trường n1. Máy điện không đồng bộ có 2 dây quấn: dây quấn Stator nối với lưới điện tần số không đổi f, dây quấn Rotor nối lại hoặc khép kín trên điện trở. Dòng điện trong dây quấn rotor được sinh ra nhờ cảm ứng điện từ có tần số f 2 phụ thuộc vào tải ở trên trục của máy. Động cơ điện không đồng bộ có công suất lớn trên 600W thường là loại 3 pha, có 3 dây quấn làm việc, trục dây quấn đặc lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện.
Các động cơ công suất nhỏ dưới 600W thường là động cơ 2 pha hoặc 1 pha. Động cơ 2 pha có 2 dây quấn làm việc, trục của 2 dây quấn đặt lệch nhau 1 góc 900 điện. Động cơ điện 1 pha chỉ có 1 dây quấn làm việc.2 Phân loại: Động cơ không đồng bộ có các loại: động cơ 3 pha, 2 pha và 1 pha. Phân loại: Động cơ điện ba pha có thể phân làm các loại sau: - Động cơ KĐB 3 pha rotor lồng sóc - Động cơ KĐB 3 pha rotor dây quấn.
Phân loại: Động cơ điện một pha có thể phân làm các loại sau: - Động cơ điện một pha có vòng ngắn mạch 34 - Động cơ điện một pha mở máy bằng điện trở - Động cơ điện một pha mở máy bằng điện dung - Động cơ điện một pha kiểu điện dung: + Có điện dung làm việc + Có điện dung làm việc và mở máy 1.3 Cấu tạo máy điện không đồng bộ: Hình 3-1: Cấu tạo động cơ ĐB Cấu tạo của máy điện không đồng bộ gồm 2 bộ phận chủ yếu là Stator và rotor, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy.1 Stator (phần tĩnh): Hình 3-2: Stator và bộ dây quấn động cơ ĐB 35 a. Lõi thép: Lõi thép có hình trụ gồm nhiều lá thép mỏng ghép lại với nhau trên đó có phay các rãnh để đặt dây quấn. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy. Dây quấn: Dây quấn thường là dây đồng, bên ngoài có phủ 1 lớp sơn cách điện (dây điện từ), được đặt trong các rãnh của Stator.
Hình 3-3: Sơ đồ trãi của dây quấn trên Stator c. Vỏ máy: Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ. Hai đầu vỏ máy có nắp và ổ đỡ trục. Vỏ và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy.
Hình 3-4: Cấu tạo vỏ máy động cơ ĐB 1. Lõi thép: 36 Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật được dập rãnh ỡ mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục. Dây quấn: Có 2 kiểu: - Rotor lồng sóc: hay còn gọi là rotor ngắn mạch. Ở những động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rotor, tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cách quạt làm mát.
Loại rotor lồng sóc ở những động cơ công suất lớn trên 100kW, trong các rãnh của lõi thép rotor đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch bằng 2 vòng đồng tạo thành lồng sóc. Động cơ này gọi là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc. Hình 3-5: Cấu tạo Rotor lồng sóc - Rotor dây quấn: trong rãnh lõi thép rotor đặt dây quấn 3 pha. Dây quấn rotor thường nối sao, 3 đầu ra nối với 3 đầu tiếp xúc bằng đồng cố định trên trục rotor và cách điện với trục.
Nhờ 3 chổi than tỳ sát vào 3 vòng tiếp xúc đồng thời nối với 3 biến trở bên ngoài để mở máy hay điều chỉnh tốc độ. Động cơ này gọi là động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. Hình 3-6: Cấu tạo Rotor dây quấn 1. Nguyên ý àm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ: Khi cho dòng điện 3 pha có tần số f vào 3 dây quấn Stator, sẽ tạo ra từ 60 f trường quay p đôi cực, quay với tốc độ là n1 .
Từ trường quay cắt thanh p dẫn của dây quấn rotor, cảm ứng các sức đện động. Vì dây quấn rotor nối ngắn 37 mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rotor, lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rotor kéo rotor quay theo chiều quay của từ trường với tốc độ n. Hình 3-7: Sự hình thành từ trường quay Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n 1 vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối trong dây quấn rotor sẽ không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng không. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2 : n2 = n1 – n Hệ số trượt của tốc độ là: n2 n1 n s (3.1) n1 n1 Khi rotor đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = 1.
Khi rotor quay định mức: s = 0,02 – 0,06. 60 f Tốc độ động cơ: n n1 (1 s) (1 s) vòng / phút .3 Các đại lượng định mức: a. Công suất cơ có ích trên trục động cơ Pđm. Điện áp dây Stator: U1đm.
Dòng điện dây Stator: I1đm. Tần số dòng điện Stator: f. Tốc độ quay Rotor: nđm. Hệ số công suất định mức: cosđm.
Hiệu suất định mức: đm.4 Công dụng máy điện không đồng bộ: Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành 38 kinh tế quốc dân. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ. Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió.
Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, động cơ tủ lạnh.Tóm lại phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi. Tuy vậy máy điện không đồng bộ có những nhược điểm sau: cosj của máy thường không cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của nó có phần bị hạn chế. Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ: Ta có thể coi máy điện không đồng bộ như một máy biến áp mà dây quấn stator là dây quấn sơ cấp, dây quấn rotor là dây quấn thứ cấp, sự liên hệ giữa sơ và thứ thông qua từ trường quay (ở máy biến áp là từ trường xoay chiều).
Do đó có thể dùng cách phân tích kiểu máy biến áp để thiết lập các phương trình cơ bản, mạch điện thay thế, đồ thị vectơ. Ta chỉ xét đến tác dụng của sóng cơ bản không xét đến tác dụng của sóng bậc cao vì ảnh hưởng của chúng là thứ yếu.1 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rotor đứng yên: Mục đích của chúng ta là chứng minh rằng khi rotor đứng yên máy điện không đồng bộ được xem như máy biến áp chỉ khác về phần cấu tạo. Còn về phần bản chất vật lý đều như nhau. Để nghiên cứu một cách hợp lý ta bắt đầu nghiên cứu từ những trạng thái làm việc giới hạn của máy: không tải, ngắn mạch để phần sau mở rộng khái niệm máy điện không đồng bộ cũng như máy biến áp ngay cả ở trường hợp với rotor quay.1 hông tải của máy điện không đồng bộ khi n = 0 (Rotor đứng yên) Ta giả thuyết rotor của máy điện không đồng bộ hở mạch (vị trí 1 h3-8) và đứng yên stator được đặt vào lưới điện có điện áp U1, tần số f1.
Trong trường hợp này máy điện không đồng bộ được xem như máy biến áp lúc không tải. Dưới tác dụng của điện áp U1 trong stator có dòng điện không tải I0, I0 F1 , một phần của là m móc vòng với hai dây quấn của máy, còn phần kia 1 chỉ móc vòng với dây quấn stator. Nếu máy có p đôi cực thì tốc độ n 1 của f1 và m là n1 = 60f1/p. Từ thông m sinh ra ở dây quấn stator và rotor hai sức điện động E 1 và E2 xác định theo công thức: 39 E 1 = 2 .3) Từ thông tản 1 sẽ tạo nên ở dây quấn stator sức điện động tản E 1 E 1 = -j.x1 x1 là điện kháng tản của dây quấn stator.Ngoài ra dây quấn stator còn có điện trở tác dụng r1, kể đến sự có mặt của nó dưới hình thức điện áp rơi I0r1.
Phương trình sức điện động sơ cấp của máy điện không đồng bộ dưới dạng máy biến áp: U1 = - E1 + l0 Z1 Hình 3-8: Sơ đồ động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn có biến trở Hình 3-9: Từ thông của stator khi rotor hở mạch Đồ thị không tải của máy điện không đồng bộ tương ứng về nguyên tắc với những đồ thị không tải của máy biến áp. Nhưng trong quan hệ về lượng giữa hai đồ thị có một sự khác nhau rõ rệt: Trong máy điện không đồng bộ: l0 = (20 50) lñm Trong máy biến áp: l0 = (3 10) lñm Điện áp rơi trên dây quấn máy điện không đồng bộ khi không tải chiếm (2 5)% Uđm còn của máy biến áp thường không quá (0,1 0,4)% Uđm. Hệ số biến đổi sức điện động của máy điện không đồng bộ: 40 E1 2.f1w1k dq1 m w1k dq1 ke (3.