PHẦN MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ 1. Khái 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 roto n khác với tốc độ quay từ trường n1 (n < n1). Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn dễ chế tạo vận hành an toàn, tin cậy, giảm chi phí vận hành và sửa chữa.
Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha, không cần tốn kém các thiết bị biến đổi 1. Phân loại *Máy điện không đồng bộ có nhiều loại được chia theo nhiều cách khác nhau: + Theo kết cấu của vỏ: máy điện không đồng bộ có thể chia theo các kiểu chính sau: kiểu kín, kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu chống nổ… + Theo kết cấu roto: roto kiểu lồng sóc và roto kiểu dây quấn. + Theo số pha trên dây quấn sato: 1 pha, 2 pha, 3 pha. Đặc điểm * Máy điện không đồng bộ làm việc ở hai chế độ: Động cơ điện và máy phát điện.
Thực tế thường sử dụng ở chế độ ĐC KĐB. + Động cơ điện có cấu tạo vận hành đơn giản, giá thành rẻ, làm việc tin cậy, hiệu suất cao và chi phí bảo trì thấp, được sử dụng rộng rãi, khó điều chỉnh tốc độ và hệ số cosφ thấp. + Máy phát điện có đặc tính làm việc không tốt, ít được sử dụng. Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ - Công suất định mức Pđm (W) 7 - Điện áp định mức Uđm (V) - Dòng điện định mức Iđm (A) - Hệ số công suất định mức cosφđm - Tốc độ quay định mức nđm ( vòng/ phút) - Tần số định mức fđm (hz) - Hiệu suất định mức ηđm 1.
Công dụng của máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ 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 điện không đồng bộ được dùng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ. Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong công nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm.
Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có nhược điểm như: cosφ của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt. Cấu tạo máy điện không đồng bộ Cấu tạo của động cơ không đồng bộ gồm hai thành phần chính là stato và roto, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy. Trục máy làm bằng thép, trên đó gắn roto, ổ bi và phía cuối có gắn một quạt để làm mát máy dọc trục.1: Cấu tạo máy điện không đồng bộ 8 a, Stato (phần tĩnh) Hình 1.2: Cấu tạo của stator Lõi thép: Lõi thép là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm tổn hao , lõi sắt được làm từ những lá thép kĩ thuật điện dày 0,35 ÷ 0,5 mm ép lại.
Khi mà đường kính ngoài của lõi sắt nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại .Khi đường kính ngoài lớn trị số trên thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn. Mỗi lá thép kỹ thuật đều được phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi thép ngắn thì có thể ghép thành một khối. Nếu lõi thép sắt dài thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài từ 6 đến 8 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt.
Mặt trong của lá thép kỹ thuật có xẻ rảnh để đặt dây quấn. Dây quấn: Dây quấn stato máy điện không đồng bộ là dây đồng kĩ thuật có tráng men cách điện và được cách điện tốt với lõi sắt. Kiểu dây quấn máy điện không đồng bộ có ba loại: dây quấn đồng tâm, dây quấn đồng khuôn một lớp, dây quấn đồng khuôn hai lớp. Vỏ máy: 9 Làm bằng gang, thép, nhưng chủ yếu làm bằng gang dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ.
Hai đầu vỏ có nắp máy, vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy.3: Cấu tạo của rotor Lõi thép: Làm bằng các lá thép kĩ thuật điện, mặt ngoài có xẻ rãnh, ở giữa có lỗ để lắp trục, ghép lại thành hình trụ. Dây quấn: - Có 2 kiểu: + Dây quấn kiểu roto lồng sóc + Dây quấn kiểu roto dây quấn * Roto kiểu dây quấn: Rotor dây quấn có kiểu giống như dây quấn stator và có số cực bằng số cực của stator. Trong động cơ trung bình và lớn, dây quấn được quấn theo kiểu sóng hai lớp để bớt được các đầu nối, kết cấu dây quấn chặt chẽ. Trong dây quấn nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm 1 lớp.
Dây quấn ba pha của động cơ thường đấu hình sao, ba đầu ra của nó nối với ba vòng trượt bằng đồng thau gắn trên trục của rotor. Ba vùng trượt này cách điện với nhau và với trục, tỳ 10 trên ba vòng trượt là ba chổi than. Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ vào mạch rotor, có tác dụng cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số công suất được thay đổi. - Ưu điểm : điều chỉnh tốc độ, mở máy dễ dàng.
- Nhược điểm : chế tạo phức tạp, giá thành cao. * Rotor lồng sóc : Kết cấu rất khác với dây quấn stato các dây quấn là các thanh đồng hay các thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép rotor. Hai đầu các thanh dẫn nối với các vòng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch. Như vậy dây quấn rotor hình thành một cái lồng quen gọi là lồng sóc.
- Ưu điểm : đơn giản, dễ chế tạo, độ tin cậy cao, giá thành rẻ. - Nhược điểm : điều chỉnh tốc độ tương đối phức tạp. c, Khe hở Giữa phần tĩnh và phần quay là khe hở không khí, khe hở rất ít (thường là 0,2mm đến 1mm), do rotor là khối tròn nên khe hở rotor rất đều. Mạch từ động cơ KĐB khép kín từ stator sang rotor qua khe hở không khí.
Khe hở không khí càng lớn thì dòng từ hóa gây ra từ thông cho máy càng lớn hệ số công suất càng lớn. d, Vỏ máy và nắp máy Vỏ máy: Luôn được cố định trên bệ máy được dùng để cố định lõi thép stato và dây quấn. Vỏ máy thường làm bằng gang hay thép tấm hàn lại. Ngoài ra, trên vỏ máy còn có cánh tản nhiệt để làm mát.
Nắp máy: Được đặt ở 2 đầu và có liên kết với vỏ máy. Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ a, Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ ba pha 11 Khi được cung cấp dòng điện ba pha có tần số f1 thì trong stator động cơ 60f1 sinh ra từ trường quay, tốc độ quay của từ trường là n1 . Từ trường quay p này cắt các thanh dẫn của rotor và stator, làm sinh ra suất điện động tự cảm e1 ở rotor. Giá trị hiệu dụng của e1 và e 2 tương ứng là: E1 4,44f1w1k dq1max E 2 4,44f 2 w 2 k dq2 max Do cuộn dây rotor tạo thành vòng khép kín nên có dòng điện chạy trong các thanh dẫn.
Sự tác động tương hỗ của dòng điện chạy trong dây dẫn của rotor với từ trường sinh ra ngẫu lực, ngẫu lực này tạo ra momen quay. Momen này làm rotor quay với tốc độ n nhỏ hơn tốc độ của từ trường n1 và có chiều cùng chiều quay của từ trường quay n1. Có thể giải thích sự không đồng bộ giữa tốc độ quay n và n1 như sau: nếu n = n 1 thì từ trường không cắt các thanh dẫn nữa, do đó không có sức điện động cảm ứng, E2 = 0 dẫn đến I2 =0 làm momen quay cũng bằng 0, rotor quay chậm lại. Khi rotor quay chậm lại thì từ trường lại cắt các thanh dẫn nên tạo ra sức điện động, làm sinh ra dòng điện do đó lại xuất hiện momen quay.
Chính momen quay này làm rotor quay. Và rotor có tốc độ n khác tốc độ n1 của từ trường quay nên gọi là động cơ không đồng bộ. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n 2 : n 2 n n1 , hệ số trượt của tốc độ là : n1 n n 2 n n s s% 1 .100 n1 n1 n1 Do đó tốc độ quay của rotor có dạng : n = n1 .(1 - s) Khi rotor đứng yên (n=0), hệ số trượt s =1 , khi rotor quay định mức thường có giá trị s = 0,02 ÷ 0,06. Tốc độ động cơ là: 12 60f n n1(1 s) (1 s) vòng/phút p Hệ số trượt ở chế độ động cơ : 0 < s < 1.
b, Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đồng bộ ba pha Nếu bây giờ làm stato vẫn nối với lưới điện, nhưng trục roto không nối với tải mà nối với tải mà nối với một động cơ sơ cấp. Dùng động cơ sơ cấp kéo roto quay cùng chiều với n1 và với tốc độ n lớn hơn tốc độ từ trường quay, Lúc đó chiều của từ trường quay quét qua dây dẫn sẽ ngược lại sức điện động và dòng điện trong dây dẫn roto cũng đổi chiều nên chiều của momen cũng ngược với chiều quay n1 , nghĩa là ngược với chiều của roto, nên đó là momen hãm. Máy đó biến cơ năng tác dụng lên động cơ do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cấp cho lưới điện, nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Nhờ từ trường quay, cơ năng động cơ sơ cấp đưa vào roto được biến thành điện năng ở stato.
Để tạo ra từ trường quay, lưới điện phải cung cấp cho máy phát không đồng bộ công suất phản kháng Q, vì thế làm cho hệ số công suất cosφ của lưới điện thấp đi. Đó là nhược điểm máy phát điện không đồng bộ, nên ít khi dùng máy phát điện không đồng bộ. Hệ số trượt ở chế độ máy phát: s<0. Giới thiệu chung về thiết kế động cơ không đồng bộ Thiết kế động cơ không đồng bộ căn cứ vào yêu cầu của sản xuất thiết kế ra sản phẩm.
Có những tham số thiết kế không thể dựa vào kết quả tính toán tốt nhất từ sự suy diễn lý thuyết vì công nghệ sản xuất hạn chế như khe hở không khí trong máy điện không đồng bộ.