Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 8 - Phạm Hùng Phi

Chia sẻ: Hoa Anh đào | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 8 cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái quát chung về máy điện không đồng bộ, nguyên lý làm việc, cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha, phương pháp điều chỉnh tốc độ;.... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 8 - Phạm Hùng Phi

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