zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Bài giảng Máy điện: Chương 4 - TS. Nguyễn Quang Nam

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:39

Báo xấu

134
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Máy điện: Chương 4 gồm 2 phần. Phần 1 trình bày về máy điện không đồng bộ như tổng quan, dòng điện và từ thông trong máy KĐB, mạch tương đương của động cơ KĐB. Phần 2 trình bày về máy điện không đồng bộ 3 pha như phân tích mạch tương đương, tính mômen và công suất bằng Thevenin và một số nội dung khác.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Máy điện: Chương 4 - TS. Nguyễn Quang Nam

Bài giảng Chương 4: Máy điện không đồng bộ 3 pha TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK 2 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần 1 1 Máy điện không đồng bộ – Tổng quan Như đã giới thiệu trước đó, động cơ không đồng bộ (KĐB) là động cơ có dòng điện xoay chiều được đưa vào dây quấn stato (đã được giới thiệu), và dòng điện trong dây quấn rôto xuất hiện do cảm ứng từ phía stato. Khi được cấp nguồn nhiều pha cân bằng, máy sẽ có từ trường khe hở quay ở tốc độ đồng bộ, được xác định bởi số cực stato và tần số dòng điện stato. Rôto của máy KĐB có thể ở dạng dây quấn hoặc lồng sóc. Phần 1 2
Tổng quan (tt) Hình dưới đây minh họa cấu trúc của máy KĐB. Quạt Dây quấn thông gió stato Cánh khuấy Rôto lồng sóc Ổ đỡ Trục Phần 1 3 Tổng quan (tt) Hình dưới đây minh họa các dây quấn nhiều pha phía stato của máy KĐB. Rãnh stato Nêm Đầu nối cuộn dây Răng stato Phần 1 4
Tổng quan (tt) Rôto dây quấn được tạo thành từ các dây quấn nhiều pha giống như phía stato, với số cực bằng với số cực của dây quấn stato. Cần có các chổi than tỳ lên các vành trượt để nối mạch điện rôto với bên ngoài. Các máy KĐB rôto dây quấn ít được dùng, chỉ được tìm thấy trong một số ứng dụng đặc biệt. Phần 1 5 Tổng quan (tt) Hình dưới đây minh họa kết cấu của rôto dây quấn trong các máy KĐB. Thanh dẫn rôto Trục Cánh khuấy Vành trượt Phần 1 6
Tổng quan (tt) Rôto lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc các thanh dẫn trong các rãnh rôto và nối tắt các thanh dẫn với nhau tại hai đầu của rôto. Kết cấu cực kỳ đơn giản và bền chắc của rôto lồng sóc là ưu điểm nổi bật của các động cơ KĐB rôto lồng sóc, giúp nó trở thành loại động cơ được sử dụng phổ biến nhất. Động cơ KĐB rôto lồng sóc có công suất từ vài chục W đến hàng trăm kW hay hơn nữa. Phần 1 7 Tổng quan (tt) Hình vẽ dưới đây biểu diễn kết cấu của rôto lồng sóc trong các máy KĐB. Thanh dẫn rôto Cánh khuấy Vòng ngắn mạch Phần 1 8
Tổng quan (tt) Phần 1 9 Tổng quan (tt) Gọi n (vòng/phút) là tốc độ quay xác lập của động cơ, và ns (vòng/phút) là tốc độ đồng bộ của từ trường quay. Độ chênh lệch giữa tốc độ đồng bộ và tốc độ rôto thường được gọi là tốc độ trượt. Tuy nhiên, mức độ chênh lệch tốc độ thường được biểu diễn ở dạng tương đối, độ trượt n s − n ω s − pω m s= = (4.1) ns ωs Phần 1 10
Tổng quan (tt) Như vậy có thể biểu diễn tốc độ rôto theo độ trượt và tốc độ đồng bộ như sau: n = (1 − s )ns (4.2) Tương tự, có thể biểu diễn tốc độ cơ (rad/s) theo tốc độ đồng bộ (rad/s) và độ trượt như sau: pωm = (1 − s )ω s (4.3) Phần 1 11 Tổng quan (tt) Do đó, tần số của điện áp cảm ứng trong các thanh dẫn rôto sẽ là: f r = sf s (4.4) và được gọi là tần số trượt. Do đó, máy KĐB có thể được xem như một MBA nhưng có thêm đặc tính biến đổi tần số, tạo ra bởi chuyển động tương đối giữa dây quấn stato và rôto. Phần 1 12
Tổng quan (tt) Ở cả hai loại rôto, các cực rôto đều được nối ngắn mạch. Từ thông quay khe hở làm cảm ứng điện áp trong dây quấn rôto ở tần số trượt. Vì vậy, các dòng điện rôto được xác định bởi độ lớn của điện áp cảm ứng và tổng trở rôto ở tần số trượt. Khi mở máy, rôto đứng yên (n = 0) nên độ trượt bằng đơn vị (s = 1), và tần số rôto bằng với tần số stato. Phần 1 13 Tổng quan (tt) Khi rôto quay cùng chiều với từ trường quay, tần số của các dòng điện rôto sẽ là sfs, và sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ sns (vòng/phút) so với hệ rôto, theo cùng chiều quay. Vì rôto đang quay với tốc độ n (vòng/phút), nên so với hệ quy chiếu đứng yên, tốc độ của từ trường quay rôto: sns + n = sns + (1 − s )ns = ns (4.5) Phần 1 14
Tổng quan (tt) Như vậy từ trường quay do dòng rôto tạo ra quay ở tốc độ đồng bộ, và đồng bộ với từ trường quay stato. Hai từ trường quay rôto và stato do đó sẽ đứng yên so với nhau, và tạo ra mômen ổn định, duy trì chuyển động của rôto. Mômen đó, tồn tại ở bất kỳ tốc độ rôto nào khác với tốc độ đồng bộ, được gọi là mômen không đồng bộ. Phần 1 15 Tổng quan (tt) Hình bên cho thấy đặc tính mômen-tốc độ điển Mômen, % mômen định mức hình của động cơ KĐB rôto lồng sóc. Các yếu tố ảnh hưởng đến đường cong này có Tốc độ, % tốc độ đồng bộ (ns) thể thấy từ phương trình Độ trượt s mômen (3.43). Phần 1 16
Tổng quan (tt) Chú ý rằng từ thông tổng gần như không thay đổi khi điện áp và tần số stato không đổi. Còn sức từ động rôto thì tỷ lệ thuận với dòng điện rôto. Do đó (3.43) có thể viết lại dưới dạng T e = − KI r sin (δ r ) (4.6) với K là hằng số và δr là góc vượt trước của sóng sức từ động rôto so với sóng sức từ động tổng. Phần 1 17 Tổng quan (tt) Dấu trừ trong (4.6) phản ánh thực tế là dòng điện rôto trong chương 3 được định nghĩa như dòng điện từ hóa, trong khi dòng điện rôto tính theo điện áp cảm ứng và tổng trở rôto có tác dụng khử từ. Dưới điều kiện làm việc bình thường, độ trượt rất nhỏ: 2% đến 10% khi đầy tải trong hầu hết các động cơ lồng sóc. Do đó, tần số rôto rất thấp (1 đến 5 Hz trong các động cơ 50 Hz). Phần 1 18
Tổng quan (tt) Ở dải tần số này, tổng trở rôto chủ yếu mang tính trở, và do đó không phụ thuộc vào độ trượt. Mặt khác, điện áp cảm ứng tỷ lệ với độ trượt và vượt trước từ thông tổng một góc 90°. Do đó, dòng điện rôto xem như tỷ lệ thuận với độ trượt, và cũng tỷ lệ nhưng lệch pha 180° so với điện áp rôto. Dẫn đến sóng stđ rôto trễ pha so với từ thông tổng khoảng 90°, như vậy sinδr ≈ – 1. Phần 1 19 Tổng quan (tt) Do đó, có thể coi mômen tỷ lệ thuận với độ trượt khi độ trượt có giá trị nhỏ. Khi độ trượt tăng lên, tổng trở rôto tăng lên do có sự đóng góp của điện kháng tản rôto. Và dòng điện rôto sẽ giảm dần mức độ tỷ lệ với độ trượt. Dòng điện rôto cũng trễ pha nhiều hơn so với điện áp cảm ứng, và độ lớn của sinδr giảm xuống. Phần 1 20
Tổng quan (tt) Tổng hợp các yếu tố đó, mômen sẽ tăng theo độ trượt đến một giá trị cực đại, và sau đó giảm, như có thể thấy ở slide 16. Giá trị cực đại của mômen, gọi là mômen mất đồng bộ, thường có giá trị gấp đôi mômen định mức, làm giới hạn khả năng quá tải ngắn hạn của động cơ. Với các động cơ lồng sóc, độ trượt ứng với mômen cực đại là khá nhỏ. Phần 1 21 Tổng quan (tt) Như vậy, động cơ lồng sóc thực tế là một động cơ có tốc độ không đổi, với tốc độ chỉ giảm vài phần trăm từ không tải đến đầy tải. Với động cơ dây quấn, điện trở rôto có thể được tăng lên bằng điện trở phụ bên ngoài, do đó làm tăng độ trượt ứng với mômen cực đại, và giảm tốc độ động cơ tại mômen đã cho. Phần 1 22
Tổng quan (tt) Tuy nhiên, với kết cấu đắt tiền và cồng kềnh hơn, cùng với chế độ bảo trì phức tạp hơn, phương pháp điều khiển tốc độ này ít khi được dùng. Điều này làm giới hạn phạm vi ứng dụng của các động cơ lồng sóc. Trong thời gian gần đây, khả năng ứng dụng các động cơ lồng sóc cho các ứng dụng thay đổi tốc độ đã trở nên hiện thực hơn nhiều, nhờ các bộ biến đổi tần số bán dẫn. Phần 1 23 Dòng điện và từ thông trong máy KĐB Xét một rôto dây quấn, với phân bố từ thông – sức từ động như sơ đồ khai triển dưới đây. Số cực của rôto sẽ bằng với số cực của stato (mặc dù số pha không nhất thiết phải bằng). Từ cảm Stđ rôto Từ cảm Stđ rôto khe hở khe hở Mômen Mômen Chiều quay Chiều quay Phần 1 24
Dòng điện và từ thông trong máy KĐB (tt) Nếu điện kháng tản rôto là rất nhỏ so với điện trở rôto, dòng điện pha a sẽ ở giá trị cực đại, và sóng stđ rôto sẽ đồng trục với pha a. Góc lệch δr dưới các điều kiện này sẽ có giá trị tối ưu là – 90°. Tuy nhiên, nếu điện kháng tản rôto là đáng kể, dòng điện pha sẽ trễ pha so với điện áp cảm ứng 1 góc φ2. Phần 1 25 Dòng điện và từ thông trong máy KĐB (tt) Dòng điện pha a sẽ không ở giá trị. Sóng stđ rôto do đó sẽ không đồng trục với pha a, mà phải sau 1 khoảng thời gian khi sóng từ thông đã di chuyển được φ2 độ. Góc δr bây giờ có giá trị –(90° + φ2). Do đó, góc mômen tổng quát của động cơ KĐB là: δ r = −(90° + φ2 ) (4.7) Phần 1 26
Dòng điện và từ thông trong máy KĐB (tt) Chiều Từ cảm quay Điện áp Hình bên minh họa quá trình ωs thanh dẫn rôto của một rôto lồng sóc có 16 (1-s)ωs Dòng thanh thanh dẫn. dẫn rôto ωs (1-s)ωs Trong hình trên cùng, điện áp cảm ứng trong các thanh dẫn Stđ rôto được biểu diễn bởi 1 vạch thẳng ωs (1-s)ωs đứng nét liền. T/p cơ bản stđ rôto Phần 1 27 Dòng điện và từ thông trong máy KĐB (tt) Sau đó 1 khoảng thời gian ngắn, các dòng điện thanh dẫn có giá trị tức thời được minh họa bởi các vạch thẳng đứng nét liền trong hình giữa. Trong khoảng thời gian này, sóng từ cảm đã di chuyển được 1 khoảng ứng với góc φ2 theo chiều quay, so với rôto. Hình dưới cùng biểu diễn sóng stđ rôto. Thành phần cơ bản của sóng stđ là đường nét đứt. Phần 1 28
Mạch tương đương của động cơ KĐB Xét máy KĐB với dây quấn nhiều pha đối xứng, được kích thích từ điện áp nhiều pha cân bằng. Giả thiết các máy 3 pha được nối hình Y. Dưới đây sẽ rút ra mạch tương đương cho 1 pha, hiểu rằng điện áp và dòng điện trong các pha còn lại có thể tìm được bằng cách thêm vào các góc lệch pha thích hợp. Phần 1 29 Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) Trước hết xét stato của máy. Sóng từ thông quay khi quét qua các dây quấn stato sẽ tạo ra các sức điện động cân bằng. Điện áp đầu cực stato U1 sai lệch so với sức điện động E1 một lượng đúng bằng điện áp rơi trên tổng trở tản stato Z1 = r1 + jx1. Vậy U1 = E1 + I1 (r1 + jx1 ) (4.8) Phần 1 30
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) Dẫn đến mạch tương đương 1 pha như sau của stato máy KĐB. U1 là điện áp pha đầu cực r1 jx1 I’2 Iϕ stato I1 Ic Im U1 E1 gc E1 là sức điện động pha bm I1 là dòng điện stato r1 và x1 là điện trở hiệu dụng và điện kháng tản stato Phần 1 31 Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) Từ thông tổng trong khe hở được tạo ra bởi stđ tổng hợp của các dòng điện stato và rôto. Tương tự như với máy biến áp, dòng điện stato có thể được tách thành 2 thành phần: thành phần dòng tải và thành phần dòng kích từ (từ hóa). Thành phần dòng tải I2 tạo ra stđ tương ứng với stđ của dòng điện rôto. Phần 1 32
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) Thành phần dòng kích từ Iϕ là dòng stato bổ sung để tạo ra từ thông tổng, và nó một hàm số của E1. Dòng kích từ có thể được tách thành tổng của thành phần tổn hao lõi thép Ic (cùng pha với E1) và thành phần từ hóa Im (trễ pha 90° so với E1). Trong mạch tương đương, dòng kích từ có thể được biểu diễn nhờ một nhánh song song. Phần 1 33 Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) Nhánh song song được tạo bởi một điện trở đặc trưng tổn hao lõi thép Rc và một điện kháng từ hóa Xm, mắc song song với nhau, có điện áp E1 đặt vào 2 đầu. Rc và Xm thường được xác định ở tần số stato định mức và cho giá trị E1 xấp xỉ với giá trị làm việc bình thường. Các phần tử được coi như không đổi khi E1 có những thay đổi nhỏ so với giá trị làm việc bình thường. Phần 1 34
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) Mạch tương đương cho stato giống hệt như mạch đã dùng để biểu diễn sơ cấp của máy biến áp. Để hoàn tất mô hình, cần tích hợp các ảnh hưởng của rôto. Nhìn từ mạch tương đương của stato, rôto có thể được biểu diễn bởi một tổng trở tương đương Z2 E1 Z2 = (4.9) I2 tương ứng với tổng trở tản của 1 rôto đứng yên. Phần 1 35 Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) Rôto đứng yên cần phải tương đương với rôto thực, do đó cần phải xác định Z2 bằng cách biểu diễn điện áp và dòng điện stato và rôto theo các đại lượng rôto, rồi quy đổi về stato. Trước hết, cần quy đổi mạch rôto về một rôto tương đương có cùng số vòng dây với dây quấn stato. Nếu tỷ số vòng dây đã biết, việc quy đổi hoàn toàn giống như trong trường hợp của máy biến áp. Phần 1 36
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) Trong máy KĐB, mạch rôto được nối tắt, do đó tổng trở được nối vào điện áp cảm ứng chỉ là tổng trở ngắn mạch của rôto. Do đó, quan hệ giữa tổng trở tản ở tần số trượt Z2s của rôto tương đương và tổng trở tản ở tần số trượt Zr của rôto thực phải là E1s E Z 2s = = a2 r = a2Zr (4.10) I 2s Ir Phần 1 37 Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) với a là tỷ số vòng dây hiệu dụng giữa dây quấn stato và dây quấn rôto thực. Chỉ số s ở đây để nhấn mạnh các đại lượng thuộc về rôto được quy đổi. Tức là E1s là điện áp cảm ứng của rôto tương đương, còn I2s là dòng điện tương ứng. Tiếp theo, cần xét đến chuyển động tương đối của stato và rôto, tức là xét đến yếu tố tần số khác nhau của mạch stato và mạch rôto. Phần 1 38
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) Mục tiêu ở đây là có được 1 mạch tương đương ở 1 tần số (tần số mạch stato) để thực hiện các phân tích. Điều này có nghĩa là rôto tương đương cũng phải vận hành ở cùng tần số. Xét tổng trở tản ở tần số trượt của rôto đã quy đổi (số vòng dây) E1s Z 2s = = r2 + jsx2 (4.11) I 2s Phần 1 39 Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt) Với r2 là điện trở rôto quy đổi, và sx2 là điện kháng tản ở tần số trượt của rôto quy đổi. Chú ý rằng x2 được định nghĩa là điện kháng tản ở tần số stato của rôto quy đổi. Vì tần số của rôto bằng s lần tần số của stato, điện kháng ở tần số trượt được xác định bằng cách nhân x2 với độ trượt s. Tiếp đến, xét sóng stđ khe hở do I1 và I2 tạo ra. Cũng có thể coi stđ này do I1 và I2s tạo ra. Phần 1 40

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2430 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.