Xem mẫu
- CHƯƠNG VIII m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé
8.1 Kh¸i niÖm chung
8.2 CÊu t¹o
8.3 Tõ trường quay trong §CK§B 3 pha
8.4 Nguyªn lý lµm viÖc
8.5 Mô hình toán học của ĐCKĐB
8.6 Quy ®æi vµ s¬ ®å thay thÕ
8.7 Qu¸ tr×nh n¨ng lượng
8.8 M« men quay vµ ®Æc tÝnh c¬
8.9 C¸c phương ph¸p më m¸y cña §CK§B 3 pha
8.10 C¸c phương ph¸p điều chỉnh tốc độ
8.11 Động cơ KĐB 1 pha
P®iÖn
8.1 Kh¸i niÖm chung
1. §Þnh nghÜa
• MĐ xoay chiều
• Tốc độ quay rôto n khác tốc độ từ trường n1
2. C¸c sè liÖu ®Þnh møc Pc¬
P®m W, kW
P®m
U®m V, kV
Y/∆-380/220 V
I®m A, kA
(W)
Chú ý: P®m P P®m
M ®m = = ®m = 9,55
Uđm , Iđm: đại lượng dây ω®m 2πn ®m n ®m
n®m vg/ph 60 (vg/ph)
M®m Nm P®m (kW)
M ®m = 9550
η, cosϕ n ®m (vg/ph)
- 2. R«to
a. Lâi thÐp
b. D©y quÊn: cã 2 lo¹i
* R«to lång sãc Dây quấn 3
* R«to d©y quÊn
pha nối Y
Thanh dẫn đồng
hoặc nhôm 3 vành trượt đồng
Vành
ngắn
mạch
Rf
Chổi than
Đặc điểm: Đặc điểm:
- Kết cấu đơn giản - Cấu tạo phức tạp, giá thành cao
- Không thay đổi được R2 - Có thể thay đổi R2
Khe hë kh«ng khÝ : δ = (0,25 ÷1) mm
- Wound-rotor Motor
- 8.3 Tõ trường quay trong §CK§B 3 pha
A,B,C : đầu đầu
1. Định nghĩa: Từ trường do hệ thống
dòng 3 pha trong dây quấn stato tạo ra X,Y,Z : đầu cuối
2. C¸ch t¹o tõ trường quay
Z B
AX : iA = Imsinωt +
BY : iB = Imsin(ωt-120o)
CZ : iC = Imsin(ωt+120o) A + X
+
* T¹i ωt1 = 90o : Y C
iA = Im > 0 qui ước iA ch¹y tõ A (⊕) => X (•)
r
φ tong
< 0 iB ch¹y tõ Y (⊕) => B (•)
Im
iB = −
2
I
iC = − m < 0 iC ch¹y tõ Z (⊕) => C (•)
2 r
Tõ trường tæng φ to n gtrïng víi trôc d©y quÊn pha A
r
* T¹i ωt2 = 90o + 120o φ tong
Z + B
Im +
iA = − < 0 iA ch¹y tõ X (⊕) => A (•)
2 + X
A
i B = Im > 0 iB ch¹y tõ B (⊕) => Y (•)
Y C
= − m < 0 iC ch¹y tõ Z (⊕) => C (•)
I
iC
r 2
φ to n gtrïng víi trôc d©y quÊn pha B r
φ tong
* T¹i ωt3 = 90o + 240o Z B
r
φ to n gtrïng víi trôc d©y quÊn pha C + X
A
* T¹i ωt4 = 90o + 360o + +
Y C
r
φ to n gtrïng víi trôc d©y quÊn pha A
r
φ tong
- Nhận xét : Khi cho i3pha vào dq 3 pha Từ trường quay
* Đặc điểm từ trường quay :
r
- Tốc độ: Khi iS biến thiên 1 chu kỳ T φ tong quay được:
+ số đôi cực p = 1: 1 vòng
+ p đôi cực: 1/p vòng
r f
+ 1 giây: φ tong quay được 1 vòng
r p
60f1
+ Trong 1 phút : φ tong n1 = vòng
p
- Chiều quay từ trường: phụ thuộc thứ tự pha của dây quấn stato
Nếu đổi thứ tự 2 trong 3 pha
của dây quấn cho nhau
Từ trường quay ngược lại B
A C A
B C
Phương pháp đổi chiều quay n1
của ĐCKĐB 3 pha
- Tõ trường cña d©y quÊn 3 pha lµ tõ trường quay trßn cã biªn ®é
kh«ng ®æi :
r 1
r 1
φC = φm
φB = φm
2
3 Z B 2
φm3p = φmp
2 r
A X φA =φm
Y 1 C r 3
φtong = φm
2
r
φ tong
- 8.4 Nguyªn lý lµm viÖc : e2 => i2
- §Æt U~3p vµo d/q 3 pha cña stato
60f1
=> có từ trường quay n1 = •
p Mđt
n1
=> e2 => i2
r +
- T¸c dông φtong vµ i2
r
φtong
=> M => kéo r«to quay cïng chiÒu n1 víi n < n1
n1 − n
§Æt =s => hÖ sè trượt sđm = 0,02 ÷ 0,06
n1
so = 0 => kh«ng t¶i lý tưởng
8.5 Các phương trình cơ bản (mô hình toán học của ĐCKĐB)
Dây quấn stato ~ Sơ cấp MBA
Dây quấn rôto ~ Thứ cấp MBA
Không tải lý tưởng của ĐC MBA không tải
Thời điểm mở máy của ĐC MBA ngắn mạch
- So sánh ĐC KĐB 3 pha và MBA 3 pha
MBA 3 pha ĐCKĐB 3 pha
Trục 3 d/q song song Trục 3 d/q lệch nhau 120o
Từ trường đập mạch Từ trường quay
D/q TC cố định so với SC D/q TC chuyển động tương đối so
f2 = f1 = f với SC với n ≠ n1 f2 ≠ f1
E1 = 4,44f1 W1 φm E1 = 4,44f1 W1 kdq1 φ
D/q tập trung D/q rải
kdq= 1 kdq< 1
2 đầu d/q TC nối với tải điện 2 đầu d/q rôto nối ngắn mạch
U2 ≠ 0 U2 = 0
Từ trường chính khép kín Từ trường chính khép kín 2 lần
trong lõi thép Io nhỏ qua khe hở δ Io lớn
R1
1. Phương tr×nh c©n b»ng ®iÖn X1
I1
a. PhÝa Stato U1 E1
d/q Stato lµ s¬ cÊp, d/q R«to lµ thø cÊp
• • • •
Tương tù như d/q s¬ cÊp MBA: U 1 = − E 1 + jX 1 I1 + R 1 I1
E1 = 4,44f1 w1 kdq1 φm kdq1 < 1: hệ số dây quấn của dây quấn stato
b. PhÝa Rôto Khi R quay víi tèc ®é n => cã s
s.®.® e2 vµ i2 cã tÇn sè f2 = pn 2 n2 = n1 - n
60
p(n1 − n) pn (n − n) n
f2 = = 1 1 = sf1 n2
60 60 n1 n1
f2 = sf1
- f2 = sf1
S.®.® E2 : E2s = 4,44f2 w2 kdq2 φ = s.4,44f1 w2 kdq2 φ
E2 : s.®.® trong d/q R«to khi R«to ®øng yªn E2
E2s = sE2
R2 X2S
Phương trình cân bằng điện áp d/q rôto:
I2
• • •
E2S f2
0 = − E 2S − jX 2S I 2 − R 2 I 2
Trong ®ã : X2S = ω2L2 = 2 π f2 L2 = s. 2 π f1 L2
X2S = sX2
X2
X2 : ®iÖn kh¸ng t¶n khi R«to ®øng yªn
X2S : ®iÖn kh¸ng t¶n khi R«to quay
2. Phương tr×nh c©n b»ng tõ:
• •
kh«ng t¶i, φ do s.t.® Fo : Fo ∼ m1w1k dq1 Io
• • • •
cã t¶i, φ do tæng 2 s.t.® : F1 + F2 ∼ m w k I1 + m w k I 2
1 1 dq1 2 2 dq 2
m1, m2 : sè pha của dây quấn bỏ qua ∆ U1
kdq1, kdq2 : hÖ sè dây quấn U1≈ E1 = 4,44f1 w1 kdq1 φm
=> φ = const • • • const
=> F1 + F2 = Fo •
. . . • I2 •
m1w1k dq1 I1 + m 2 w 2 k dq 2 I 2 = m1w1k dq1 Io I1 + = Io
m1w1k dq1
Chia 2 vÕ cho m1w1 kdq1 m 2 w 2 k dq 2
.
. . . . ' I2 ki
I1 = I o + I 2 víi I 2 = −
'
ki
- I2’
- 8.6 Qui ®æi vµ s¬ ®å thay thÕ:
R1 X1 R2 X2S R2 X2
I1 1− s
E1 E2S f2 I2 E2 f1 I2 R2
U1 f1 s
≠
Phương tr×nh c©n b»ng ®iªn ¸p r«to d¹ng phøc :
. . .
0 = − E 2S + jX 2S I 2 + R 2 I 2
• • TÇn sè f2
0 = − E 2S + I 2 (R 2 + jX 2S )
Chia 2 vÕ cho s Chó ý : E2s = sE2 X2S = sX2
• • 1− s
0 = − E 2 + I 2 (R 2 + jX 2 + R 2 ) TÇn sè f1
s
Quy ®æi tÇn sè f2 ->f1
Sau quy ®æi: R1 X1 R2’ X2’ I2’
1− s Io
R '2 ®Æc trưng Pc¬ I1
s U1 Rth ' 1− s
R2
Io = (20 ÷50)%I®m Xth s
Kh«ng t¶i lý tưởng: s=0 Khi më m¸y : sm =1
X2’ I2
’
R1 X1 R2’
I1
S¬ ®å thay thÕ gÇn ®óng
Io
1− s
R1 X1 R2
'
U1 Rth s
U1 Xth
I2 =
'
'
R
(R1 + 2 ) 2 + (X1 + X 2 ) 2
'
s
- 8.7 Qu¸ tr×nh n¨ng lượng R1 R2’ I2’
C«ng suÊt nhËn tõ lưới P1 Io
∆P®1 I1 ∆P®2
Tæn hao ®ång trªn Stato ' 1−s
P1 ∆Pst P®t R2
∆P®1 =3 R1I12 Pc¬ s
Tæn hao s¾t tõ
∆Pst =3 RthIo2 ∆P®1 + ∆ Pst = ∆P1 =>Tæn hao trªn stato
'
R 2
C«ng suÊt ®iÖn tõ P®t = P1 - ∆P1 = 3 2 I 2 '
s ∆P®2 = sP®t
Tæn hao ®ång trªn R«to: ∆P®2 =3 R2I22 = 3R , I ,2
2 2
1 − s '2
C«ng suÊt c¬ Pc¬ = 3R 2 ' I2
s
C«ng suÊt c¬ h÷u Ých ®Çu trôc: P2 = Pc¬ - ∆Pc¬+fô
P2
HiÖu suÊt η = ≈ 0,7÷ 0,9
P1
8.8 M« men quay vµ ®Æc tÝnh c¬
1. BiÓu thøc m« men
P®t
M« men ®iÖn tõ: M =
ω1
'
R 2 '2
P®t = 3 I2
s
2 '
I2 =
' U1 3pU1 R 2 /s
R
' M= '
(R1 + 2 ) 2 + (X1 + X 2 ) 2 R2 2
'
2πf1[(R1 + ) + (X1 + X 2 ) 2 ]
'
s
s
ω 2πf1
ω1 = =
p p
P2
M2 : M« men cña t¶i M2 =
ωr
- 2 '
3pU1 R 2 /s
§Æc ®iÓm m« men quay : M= '
R2 2
2πf1[(R1 + ) + (X1 + X 2 ) 2 ]
'
- M = f(s) s
+ so = 0 Mo = 0
3pU 1 2 R 2 '
+ sm = 1: më m¸y Mm = ≠0
2 π f 1 [(R 1 + R 2 ' ) 2 + (X 1 + X 2 ' ) 2 ]
+ s = sk, M = Mmax
dM R 2'
=0 sk ≈
ds R12 + (X1 + X 2 ' ) 2 M Duong cong mo men
60
R 2'
sk ≈ ∈
50
'
R
X1 + X 2 '
2
40
3pU 1 2 30
Mmax
M
M max =
4 π f 1 [R 1 + (R 1 2 + (X 1 + X 2 ' ) 2 ] 20
10
Mm
2
3pU 1
≈ ∉ R 2'
2 ω[R 1 + X 1 + X 2 ] s
' 0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
s
- M ∼ U12 => khi ®iÖn ¸p thay ®æi => M thay ®æi nhiÒu
- Mm ∉ R2’ => dïng Rm (Rf ) nèi tiÕp m¹ch r«to ®Ó t¨ng Mm
R + Rf
' '
sk ≈ 2
X1 + X 2
'
3pU 1 2
M max ≈ = const
2 ω[R 1 + X 1 + X 2 ' ]
Mmax
Mm’
§Ó Mm = Mmax : f1
Mm
R + Rf
' '
sk ≈ 2 =1
X1 + X 2
'
s k s k’
U12
- V× R1 < ( X1 + X2’) => Mmax∼
f12
- n k1
2. §Æc tÝnh c¬ : n = f(M) A
1500
n1 − n MC’
s M n s= MC B
n1 1000
0 0 n1
sk Mmax nk MC
500
k2
1 Mm 0 n = (1-s)n1 MC’
AB : vïng æn ®Þnh - đoạn làm việc 0
0 10 20 30 40 50 60
BC : vïng kh«ng æn ®Þnh C M
* Vïng AB: t¹i k1 cã M®/c = Mc
Khi M C > M®/c => n => Mđ/c ®Ó M c©n b»ng MC
* Vïng BC : t¹i k2 cã M®/c = Mc
Khi M C > M®/c => n => Mđ/c cµng < MC
n sÏ gi¶m vÒ 0
8.9 C¸c phương ph¸p më m¸y cña §CK§B 3 pha R
1 X1 R 2’ X2’
1. Tại sao phải mở máy? Mở máy: n = 0, s = 1
Im
U1
Im = = (5 ÷7) I®m U1
(R1 + R 2 ) + (X1 + X 2 )
' 2 ' 2
Khi nhiÒu ®/c cïng më m¸y: Itæng tõ lưới vµo sÏ rÊt lín ∆U
U®/c Mm tm Aptomat t¸c ®éng g©y mÊt ®iÖn
BiÖn ph¸p më m¸y: gi¶m Im
2. §iÒu kiÖn vµ yªu cÇu
dω
+ §iÒu kiÖn: Mm > MC M − M C = J J : m« men qu¸n tÝnh
dt
+ Yªu cÇu:
• Mm lín • Im nhá
• ThiÕt bÞ ®¬n gi¶n • ∆Pm nhỏ
- 3. Phương ph¸p më m¸y động cơ lång sãc
a. Më m¸y trùc tiÕp - Im lín CD
- Công suất động cơ
Pđm ˂˂ Slưới
Direct starter
b. Më m¸y b»ng gi¶m U1
* Cuén kh¸ng khëi ®éng
Do có ∆UCK Uđc giảm
CD1
Uđc = k U 1 , k < 1
U ®c Ul
Imđc = =k CD2
CK
Z® c Z®c ∆ UCK
Imđc = kI m
Im
Vì M ∼ U2 Mmck = k 2 M m
Im, Mm là dòng và mô men mở máy trực tiếp với Uđm
- * Biến áp tự ngẫu
CD1 Iml
I1 = Iml I2 = Imđc
(*) CD2 U1
Im®c
U1 = Ul U2 = Uđc
U2
U1 I2
Trong MBA : = = k BA (**)
U2 I1
Ul Im
U2 = I m®c =
k ba k ba
Im
Từ (*) và (**)
I ml =
k ba 2
I m®c = I m
Iml = Mm
k ba k ba 2 M mBA =
k ba 2
* Đổi nối Y ∆
Mở máy trực tiếp ∆: CD1
Up Ud
I md = I m∆ = 3I mp = 3 = 3 A B C
Z ®c Z ®c
Mở máy bằng nối Y:
X Y Z
Up Ud
I md = I mp = I mY = = Y
Z ®c 3 Z ®c CD2
∆
I m ∆ = 3I m Y Im
I mY =
3
Mm
M mY =
3
- Star- Delta starter
4. Động cơ dây quấn Rm (Rf ) nối tiếp mạch rôto
U1
I mf = CD
(R1 + R 2 + R f ) 2 + (X1 + X 2 ) 2
' ' '
Ưu điểm
động cơ
dây
3pU12 (R2' + R f ' )
Mm ='
quấn
ω[(R1 + R 2' + R f ' )2 + (X1 + X2' )2 ]
Rf
Mmax
sk sk’
- 8.10 C¸c phương ph¸p điều chỉnh tốc độ
Mục tiêu : Điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng
60f1
n = ( 1-s)n1 => n = (1 − s)
p
1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi p:
- Khi p thay đổi thì n sẽ thay đổi
p =1 => n1 = 3000 vg/ph
Điều chỉnh
p =2 => n1 = 1500 vg/ph
nhảy cấp
p =3 => n1 = 1000 vg/ph
- Để thay đổi p a. Thay đổi cách nối dq stato:
S/2 N S N S/2 N S
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
p=2 p=1
§Æc tÝnh c¬ khi thay ®æi p, c«ng suÊt Pc¬ không đổi
n
3000 p=1
2500
2000
1500
p=2
1000
500
0
M
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Phương ph¸p nµy chØ dïng cho ®ck®b lång sãc
a. Động cơ KĐB có 2 dây quấn stato với số đôi cực khác nhau
- 60f1
2. Điều chỉnh tốc độ bằng thay tần số n = (1 − s)
p
- Khi thay đổi f1 mong muốn giữ Mmax = const
Vì : Mmax∼ U12
f12 n1 1500
MC
1450
f1
thay đổi f1 phải kết n 1’
1400
hợp với điều chỉnh (gi¶m) 1350 f1’
U1 n ’’
1300
1 1250
f1 < fcb = 50 Hz 1200
f1’’
Đặc điểm 1150
50 Hz = f1> f1’ > f1’’
1100
• Điều chỉnh trơn, phạm 1050
vi điều chỉnh rộng 1000
0 5 10 15 20 25 30 35
• Phải có bộ biến tần
Điều chỉnh tốc độ hệ thống HVAC
Thí dụ:
Máy nén (với áp suất đặt 80 psi)
50Hz 50Hz
25Hz 25Hz
0Hz 0Hz
Tiết kiệm tới 35% điện năng
Giảm hao mòn cơ khí do khởi động nhiều lần
- 3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi hệ số trượt s
60f1
a. Giảm điện áp U1 n = (1 − s)
p
Khi giảm U1 : 90
' 80
R2
sk ≈ = const 70
X1 + X 2
' Uđm
60
M = f(s) giảm vì M ∼ U12
50
40
MC MC t¶i qu¹t giã
30
NÕu Mc = const phạm vi hẹp 20 U1< Uđm
10
M®/c = CmφI2 = const 0
0 0.1
s1 s2 sk
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
U (0,12 ÷0,2)
máy nóng, tổn hao tăng giảm η
60f1
b. Rf nối tiếp mạch rôto n = (1 − s)
p
R + Rf
' '
3pU 1 2
Khi có Rf sk ≈ 2 M max ≈
X1 + X 2
' 2 ω [R 1 + X 1 + X 2 ' ]
Mmax = const
Đặc điểm :
• Điều chỉnh trơn, phạm
vi điều chỉnh tương đối MC
rộng
• Dòng rôto lớn ∆P s1 s2
tăng
Giảm η
- 8.11: Động cơ KĐB 1 pha
a- Cấu tạo: dây quấn stato là dây quấn một pha
b- Nguyên lý làm việc U~1pha => φ
TT đập mạch φ => φA & φB n
ω1A = ω1B = ω1 φB
n1 φ
φ n1 rA
φmA = φmB = m φ
2
n1 − n r
φA e2A f2A = sA f1 s A = =s r
n1 φB φA
i2A φA & i 2A MA = f(sA)
ω1 ω1
φB e2B cã f2B = sB f1 n +n
sB = 1
n1
n + (1 − s A )n 1 r r
sB = 1
n1
= 2 – sA = 2 - s φB φA
i2B r
φ
φB & i 2B MB s= sA 0 1 2
sB 2 1 0
M = MA + MB
M
100
Nhận xét: 80 MA
60
Tại s = 1 => M = 0 40
20 M
s
Động cơ một pha không có
0
-20
mô men mở máy -40
-60
-80 MB
-100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
- c. Phương ph¸p më m¸y
* D©y quÊn phô k
WC
Z lÖch pha
Zlf = R Zlf = L
R, L or C
β
nguon tai.lieu . vn