Chương I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ Ộ Ơ Ô ỒNG BỘ BA PHA 1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ: áy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rotor n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường n1. Cũng như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, có nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện cũng như chế độ máy phát điện. Tuy nhiên máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ nên ít được dùng.
Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và vận hành đơn giản, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống. Động cơ điện không đồng bộ gồm các loại: động cơ ba pha, hai pha và một pha. ấu tạo động cơ điện không đồng bộ ba pha Hình 1. Cấu tạo động cơ 1.
Phần tĩnh - Stato rên Stato có vỏ máy, lõi thép và dây quấn. Vỏ máy: vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn. hường vỏ máy làm bằng gang. Đối với vỏ máy có công suất lớn (1000kW) thường dùng 3 thép tấm hàn lại vỏ máy, tùy theo cách làm nguội, máy và dạng vỏ máy có dạng khác nhau.
Lõi thép Stato: Lõi thép là phần dẫn từ. Được ghép bằng các lá thép Kỹ thuật điện hình vành khăn dày 0,5 mm ép lại có rãnh ở bên trong để đặt dây quấn Stato. rong trường hợp máy có công suất lớn, kích thước lõi thép lớn thì lõi thép ghép từ nhiều lá thép hình rẻ quạt. Lõi thép được ép vào máy.
Dây quấn Stato: Là dây điện từ có thể là dây Đồng hoặc hôm được quấn thành các bối dây hay tổ bối dây. ùy theo cuộn dây quấn Stato là 1 pha hay 3 pha mà ta có động cơ không đồ bộ 1 pha hay 3 pha. Phần quay – Rotor Phần quay rotor gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. Lõi thép: Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa các lỗ để lắp trục.
Dây quấn: Dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ thường có hai kiểu: rotor lồng sóc (rotor ngắn mạch) và rotor dây quấn. Rotor lồng sóc trong các rãnh của lõi thép rotor đặt các thanh đồng (hoặc nhôm), các thanh đồng thường đặt nghiêng so với trục, hai đầu nối ngắn mạch bằng 2 vòng đồng (nhôm), tạo thành lồng sóc (hình 1.b Cấu tạo rotor Hình 1.c Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ; (a) dây quấn rotor lồng sóc; (b) lõi thép rotor; (d) ký hiệu động cơ rotor lồng sóc. Rotor dây quấn gồm lõi thép và dây quấn. Trong rãnh lõi thép rotor, đặt dây quấn ba pha.
Dây quấn rotor thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng (vành trượt), được nối với ba biến trở bên ngoài để điều chỉnh tốc độ và mở máy. Trục máy: trục máy điện mang Rotor quay trong lòng Stato vì vậy nó cũng là một chi tiết rất quan trọng. rục của máy điện tùy theo kích thước có thể được chế tạo từ thép Cacbon. rên trục của rotor có lõi thép, dây quấn, vành trượt và quạt máy.
Khe hở: vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (0,2 – 1 mm trong máy cỡ vừa và nhỏ) để hạn chế dòng từ hóa lấy từ lưới vào, nhờ đó hệ số công suất của máy cao hơn. Động cơ không đồng bộ có hai loại: Động cơ rotor lồng sóc và động cơ rotor dây quấn. ừ trường quay của dây quấn ba pha 1.
Sự tạo thành từ trường quay của dây quấn ba pha Để tạo ra từ trường quay trong lõi thép Stato, cuộn dây Stato cần phải được chế tạo theo quy luật nhất định, cách bố trí, đấu nối cuộn dây 3 pha của Stato cần nghiêm ngặt tuân thủ công nghệ chế tạo. Dưới đây ta khảo sát cách tạo ra từ trường quay. Phân bố dòng và S.đ trong dây quấn 3 pha Cuộn dây Stato trong hình vẽ trên biểu diễn gồm có 3 vòng dây cho 3 pha, ba cuộn dây của 3 pha X, BY và CZ được đặt lệch nhau những góc 1200. Dòng điện cung cấp cho động cơ cũng là dòng xoay chiều 3 pha : iA, iB và iC cũng lệch pha nhau những góc là 1200.
rong các dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy qua có đồ thị trên: iA = Imax sinωt iB = Imax sin(ωt-1200) iC = Imax sin(ωt-2400) iA chạy vào cuộn dây X, iB chạy vào cuộn BY, iC chạy vào cuộn CZ. 6 Để khảo sát sự biến thiên của từ trường sinh ra trong lõi thép Stato, ta khảo sát chiều và vị trí của từ trường tại các thời điểm khác nhau. a quy ước chiều dòng điện đi từ đầu đến cuối cuộn dây mang dấu dương (+), đi từ cuối đến đầu cuộn dậy mang dấu âm (-). hì chiều dòng điện trong các cuộn dây tại các thời điểm đó, dấu (+) là dòng điện đi vào, dấu (.) là dòng điện đi ra.
Cuộn dây Stato Xét từ trường tổng do dòng ba pha gây ra tại 3 thời điểm: hời điểm pha ωt= 900 (hình a) Dòng điện pha cực đại và dương, các dòng điện pha B và C âm và có độ lớn bằng nhau. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường BA, BB, BC, Btổng. hời điểm pha ωt= 900+1200 (hình b ) Dòng điện pha B cực đại và dương, các dòng điện pha và C âm. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường BA, BB, BC, Btổng .Véc tơ từ trường tổng Btổng đã quay đi ột góc là 1200 so với thời điểm trước theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.
hời điểm pha ωt= 900+2400 (hình c) Dòng điện pha C cực đại và dương, các dòng điện pha và B âm. Véc tơ từ trường tổng Btổng đã quay đi một góc là 2400 so với thời điểm ban đầu theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. 7 Vậy dòng điện ba pha tạo ra từ trường quay. ừ trường tạo ra trong lõi thép Stato có chiều và trị số thay đổi liên tục theo thời gian và trong trường hợp này nó quay theo chiều kim đồng hồ.
hìn trên đồ thị thời gian ta thấy rằng từ điểm a đến thời điểm d tương ứng với khoảng thời gian là ½ chu kỳ ( /2); trong khoảng thời gian đó thì từ trường quay được 1800, như vậy sau một chu kỳ của dòng điện thì từ trường sẽ quay được 3600 (1 vòng). ừ trường trong trường hợp ta vừa xét gồm có 2 cực, nếu ta tăng gấp đôi số cuộn dây của mỗi pha thì số cực cũng sẽ tăng lên gấp đôi, tốc độ của từ trường quay lại bị giảm đi một nửa. rong trường hợp tổng quát, tốc độ quay của từ trường xác định theo công thức: n0 = 60. ặc điểm của từ trường quay - ốc độ từ trường quay: ốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato fi và số đôi cực p.
ốc độ từ trường quay là n1 =60fi/p (vòng /phút). - Chiều quay của từ trường: Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện đạt cực đại. uốn đổi chiều quay của từ trường ta giữ nguyên một pha và thay đổi thứ tự hai pha còn lại với nhau. Ví dụ : Dòng điện iB cho vào dây quấn CZ, dòng điện iC cho vào dây quấn BY, từ trường sẽ quay theo chiều ngược lại tức là cùng chiều kim đồng hồ.
- Biên độ của từ trường quay: Từ trường quay sinh ra từ thông xuyên qua mỗi dây quấn. Dây quấn 3 pha lệch về không gian với pha một góc lần lượt là 1200, 2400.1) 2 ệ thống dòng điện 3 pha đối xứng nếu: A B C 0 hay B C A 3 (1.2) A A A 2 2 8 Dòng điện: 3 iA I max .3) 2 Vậy từ thông của từ trường quay xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin và 3 có biên độ bằng 3/2 từ thông cực đại của một pha max pmax nếu dây quấn 2 m có m pha : max . Nguyên lý hoạt động Khi có dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn Stato thì trong khe hở không khí suất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p (f1 là tần số lưới điện; p là số cặp cực; n1 là tốc độ từ trường quay). Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua.
Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra moment. Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor. Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau.
Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ. Hệ số trượt s của máy: (1.4) hư vậy khi n = n1 thì s = 0, còn khi n =0 thì s =1; khi n > n1 thì s < 0 và rotor quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì s > 1. Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n < n1 ( 0 < s <1) Giả thuyết về chiều quay n1 của từ trường khe hở và của rotor như hình (a). Theo quy tắc bàn tay phải, ta xác định được chiều sức điện động E2 và I2; theo quy tắc bàn tay trái xác định được lực F và moment M.
Ta thấy F cùng chiều quay của rotor, nghĩa là điện năng đưa tới stato thông qua từ trường đã biến đổi thành cơ năng trên trục quay rotor theo chiều từ trường quay n1, như vậy động cơ làm việc ở chế độ động cơ điện. Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n > n1 (s < 0) Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ đồng bộ n > n1. Lúc đó chiều từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽ ngược lại, sức điện động và dòng điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều của cũng ngược chiều n1, nghĩa là ngược chiều với rotor, nên đó là moment hãm (hình (b)).