Chuong 15- Đại cương về máy điện không đồng bộ

PhÇn thø t M¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé (K§B)

Ch¬ng 15 ®¹i c¬ng vÒ m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé

15-1. Nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé

n 1

60= p

Khi cho dßng ®iÖn xoay chiÒu ba pha lÖch nhau gãc 120 0 ®iÖn ®i vµo d©y quÊn ba pha cña stato ®Æt lÖch nhau 120 0 ®iÖn, trong m¸y sÏ sinh ra mét tõ trêng quay víi tèc , trong ®ã f 1 lµ tÇn sè dßng ®iÖn ®a vµo, p sè ®«i cùc cña m¸y. ®é ®ång bé

Tõ trêng nµy quÐt qua d©y quÊn ®Æt trªn lâi s¾t r«to vµ c¶m øng trong d©y quÊn ®ã s.®.®. vµ dßng ®iÖn. Tõ th«ng do dßng ®iÖn nµy sinh ra hîp víi tõ th«ng cña stato t¹o thµnh tõ th«ng tæng ë khe hë. Dßng ®iÖn trong d©y quÊn r«to t¸c dông víi tõ th«ng khe hë nµy sinh ra m«men ®iÖn tõ. TrÞ sè cña m«men ®iÖn tõ cã quan hÖ mËt thiÕt víi tèc ®é quay n cña r«to. Víi nh÷ng ph¹m vi tèc ®é kh¸c nhau th× chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y còng kh¸c nhau.

§Ó chØ sù kh¸c nhau gi÷a tèc ®é r«to vµ tèc ®é tõ trêng quay ngêi ta dïng hÖ sè trît s. Theo ®Þnh nghÜa, hÖ sè trît s b»ng:

n

n 1

=

s

%

.

100 n 1

Khi n = 0 th× s = 1; n = n 1 th× s = 0; n > n 1 th× s < 0 vµ khi r«to quay ngîc chiÒu tõ trêng quay (n < 0) th× s > 1.

Sau ®©y sÏ nghiªn cøu chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé trong ba ph¹m vi tèc ®é kh¸c nhau.

15.1.1. Trêng hîp r«to quay cïng chiÒu víi tõ trêng quay nhng tèc ®é nhá

h¬n tèc ®é ®ång bé (0 < n < n1 hay 0 < s < 1) Gi¶ thiÕt chiÒu quay cña tõ trêng tæng F vµ cña r«to nh ë h×nh 15-1.

Do n < n 1 nªn tõ trêng ®ã vÉn quÐt qua n1

thanh dÉn theo chiÒu quay cña tõ trêng vµ c¶m øng trong d©y quÊn r«to s.®.®. vµ dßng ®iÖn cã chiÒu x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay ph¶i (dÊu ¯ trªn h×nh 15-1). F n < n1

H×nh 15-1. ChÕ ®é ®éng c¬ ®iÖn cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé

Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL

T¸c dông gi÷a tõ trêng tæng víi dßng ®iÖn trong d©y quÊn r«to sinh ra lùc ®iÖn tõ F, chiÒu cña lùc ®iÖn tõ x¸c ®Þnh b»ng quy t¾c bµn tay tr¸i. Lùc ®iÖn tõ sinh ra m«men ®iÖn tõ kÐo r«to quay theo chiÒu tõ trêng quay. §iÖn n¨ng ®a vµo d©y quÊn stato ®· biÕn thµnh c ¬ n¨ng trªn trôc m¸y, nghÜa lµ m¸y ®iÖn lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ ®iÖn.

M¸y chØ lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c ¬ ®iÖn khi n < n 1 v× chØ khi n < n 1 míi cã sù chuyÓn ®éng t¬ng ®èi gi÷a tõ trêng quay vµ d©y quÊn r«to, trong d©y quÊn r«to míi cã dßng ®iÖn vµ sinh ra m«men kÐo r«to quay.

15.1.2. Trêng hîp r«to quay cïng chiÒu tõ trêng quay nhng nhanh h¬n tèc ®é ®ång bé (n > n1 hay s < 0)

Dïng ®éng c¬ s¬ cÊp kÐo r«to cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé quay cïng chiÒu tõ trêng quay nhng nhanh h¬n tèc ®é ®ång bé n > n 1 (h×nh 15-2). L óc ®ã chiÒu cña tõ trêng quay quÐt qua d©y quÊn cña r«to ngîc l¹i so víi trêng hîp trªn. S.®.®. vµ dßng ®iÖn c¶m øng trong d©y quÊn r«to còng ®æi chiÒu. M«men ®iÖn tõ cã chiÒu ngîc víi chiÒu cña tèc ®é vµ trë thµnh m«men h·m (xem h×nh 15-2). M¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé ®· biÕn c ¬ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng cung cÊp cho m¹ng, nghÜa lµ m¸y lµm viÖc ë chÕ ®é ph¸t ®iÖn.

n1 n1

F F

n > n1 n

H×nh 15-3. ChÕ ®é h·m ®iÖn tõ cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé

H×nh 15-2. ChÕ ®é m¸y ph¸t ®iÖn cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé

15.1.3. Trêng hîp r«to quay ngîc chiÒu tõ trêng quay (n < 0 hay s >1)

V× nguyªn nh©n nµo ®ã, r«to quay ngîc chiÒu tõ trêng quay (h×nh 15-3) th× l óc ¬ ®iÖn. V×

®ã s.®.®, dßng ®iÖn vµ m«men ®iÖn tõ cã chiÒu gièng nh ë chÕ ®é ®éng c m«men sinh ra ngîc víi chiÒu quay cña r«to nªn cã t¸c dông h·m cho r«to ®øng l¹i. Trong trêng hîp nµy m¸y võa lÊy ®iÖn n¨ng tõ líi ®iÖn vµo, võa lÊy c ¬ n¨ng tõ ®éng c¬ s¬ cÊp. ChÕ ®é lµm viÖc nh vËy g äi lµ chÕ ®é h·m ®iÖn tõ. Tãm l¹i cã thÓ biÓu thÞ c¸c chÕ ®é lµm viÖc theo ph¹m vi tèc ®é vµ hÖ sè trît nh sau:

n1 0 n -¥ +¥

n 1

- 1 +¥ -¥ 0

ChÕ ®é lµm viÖc ChÕ ®é h·m §éng c¬ ®iÖn M¸y ph¸t ®iÖn

Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL

V× m¸y ®iÖn lµm viÖc ë nh÷ng tèc ®é kh¸c tèc ®é cña tõ trêng quay nªn g äi lµ m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé.

15-2. Ph©n lo¹i vµ kÕt cÊu cña

m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé

15.2.1. Ph©n lo¹i

Theo kÕt cÊu cña v á, m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé cã thÓ chia thµnh c¸c kiÓu ch Ýnh sau: kiÓu kÝn, kiÓu hë, kiÓu b¶o vÖ, kiÓu chèng næ v.v…

Theo kÕt cÊu cña r«to, m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé chia lµm hai lo¹i: r«to kiÓu d©y quÊn vµ r«to kiÓu lång sãc.

Theo sè pha trªn d©y quÊn stato cã thÓ chia thµnh c¸c lo¹i mét pha, hai pha vµ ba pha.

15.2.2. KÕt cÊu

Gièng nh c¸c m¸y ®iÖn quay kh¸c, m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé gåm c¸c bé phËn chÝnh sau:

1. PhÇn tÜnh (hay stato)

Trªn stato cã lâi s¾t, d©y quÊn vµ vá m¸y.

a. Lâi s¾t

Lâi s¾t lµ phÇn dÉn tõ. V× tõ trêng ®i qua lâi s¾t lµ tõ trêng quay nªn ®Ó gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y (dßng Phuc«), lâi s¾t ®îc lµm b»ng nh÷ng l¸ thÐp k ü thuËt ®iÖn dµy 0,35 mm ‚ 0,5 mm, trªn bÒ mÆt cã phñ s ¬n c¸ch ®iÖn. Khi ®êng k Ýnh ngoµi lâi s¾t nhá h¬n 990 mm th× dïng c¶ tÊm trßn, dËp theo d¹ng nh ë h×nh 15-4a råi Ðp l¹i thµnh h×nh trô rçng, bªn trong h×nh thµnh c¸c r·nh ®Ó ®Æt d©y quÊn (h×nh 15-4c). Khi ®êng kÝnh ngoµi lín h¬n trÞ sè trªn th× ph¶i dïng nh÷ng tÊm h×nh r Î qu¹t (h×nh 15-4b) ghÐp l¹i thµnh khèi trßn.

NÕu lâi s¾t dµi qu¸ th× thêng ghÐp thµnh tõng thÕp ng¾n, m çi thÕp dµi tõ 6 ®Õn 8 cm, ®Æt c¸ch nhau 1 cm ®Ó th«ng giã cho tèt.

a)

c)

b)

H×nh 15-4. Lâi thÐp stato: a) l¸ thÐp h×nh vµnh kh¨n; b) l¸ thÐp h×nh rÎ qu¹t; c) m¹ch tõ stato

b. D©y quÊn

Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL

D©y quÊn stato ®îc ®Æt vµo c¸c r·nh cña lâi s¾t vµ ®îc c¸ch ®iÖn tèt víi lâi s¾t Ý d©y quÊn ®· ®îc tr×nh bµy ë (h×nh 15-5). KiÓu d©y quÊn, h×nh d¹ng vµ c¸ch bè tr phÇn thø ba (Ch¬ng 13). D©y quÊn lµm b»ng ®ång.

c. Vá m¸y

Vá m¸y gåm th©n m¸y, n¾p m¸y vµ ch©n ®Õ. Vá m¸y cã t¸c dông cè ®Þnh lâi s¾t vµ d©y quÊn (h×nh 15-5), kh«ng dïng lµm m¹ch dÉn tõ. Thêng v á m¸y lµm b»ng gang. §èi víi m¸y cã c«ng suÊt t ¬ng ®èi lín (1000 kW) thêng dïng thÐp tÊm cuèn vµ hµn l¹i thµnh vá. Tuú theo c¸ch lµm nguéi m¸y mµ d¹ng vá còng kh¸c nhau.

H×nh 15-5. Stato cña m¸y ®iÖn K§B

1 - Vá m¸y; 2 - M¹ch tõ; 3 - D©y quÊn; 4 - Ch©n ®Õ.

2. PhÇn quay hay r«to

PhÇn nµy gåm cã hai bé phËn chÝnh lµ lâi s¾t vµ d©y quÊn. a. Lâi s¾t

Nãi chung lâi s¾t r«to còng ®îc lµm b»ng c¸c l¸ thÐp k ü thuËt ®iÖn, ®îc dËp nh h×nh 15-6a ®Ó sau khi ghÐp l¹i mÆt ngoµi h×nh thµnh c¸c r·nh lµ n ¬i ®Æt d©y quÊn r«to, ë gi÷a cã lç ®Ó ghÐp trôc. Trªn thùc tÕ tæn hao s¾t trong lâi s¾t r«to khi m¸y lµm viÖc rÊt bÐ nªn kh«ng cÇn dïng thÐp k ü thuËt ®iÖn. Nhng ®Ó lîi dông phÇn thÐp k ü thuËt ®iÖn sau khi ®Ëp lâi s¾t stato (h×nh 15-6b), thêng ngêi ta Ðp lµm lâi s¾t r«to lu«n. Lâi s¾t ®îc Ðp trùc tiÕp lªn trôc m¸y hoÆc lªn mét gi¸ r«to cña m¸y.

a)

b)

H×nh 15-6. L¸ thÐp r«to cña m¸y ®iÖn K§B

Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL

b. D©y quÊn r«to

D©y quÊn r«to cña m¸y ®iÖn K§ B ph©n lµm hai lo¹i ch Ýnh: lo¹i r«to kiÓu d©y quÊn vµ lo¹i r«to kiÓu lång sãc.

D©y quÊn r«to

Vßng trît

Chæi than

- Lo¹i r«to kiÓu d©y quÊn : R«to cã d©y quÊn gièng nh d©y quÊn stato. Trong c¸c

b)

a)

H×nh 15-7. R«to (a) vµ s¬ ®å m¹ch ®iÖn (b) cña r«to d©y quÊn

m¸y ®iÖn cì trung b×nh trë lªn thêng dïng d©y quÊn kiÓu sãng hai líp v× bít ®îc nh÷ng d©y ®Çu nèi, kÕt cÊu d©y quÊn trªn r«to chÆt chÏ. Trong m¸y ®iÖn cì nhá thêng dïng d©y quÊn ®ång t©m mét líp. D©y quÊn ba pha cña r«to thêng ®Êu h×nh sao, cßn ba ®Çu kia ®îc nèi vµo ba vµnh trît thêng lµm b»ng ®ång ®Æt cè ®Þnh ë mét ®Çu trôc (h×nh 15- 7a), t× lªn ba vµnh trît lµ ba chæi than ®Ó ®Êu d©y quÊn r«to víi m¹ch ®iÖn bªn ngoµi (h×nh 15- 7b). §Æc ®iÓm cña lo¹i ®éng c ¬ ®iÖn r«to kiÓu d©y quÊn lµ cã thÓ th«ng qua chæi than ®Ó ®a ®iÖn trë phô hay s.®.®. phô vµo m¹ch ®iÖn r«to ®Ó c¶i thiÖn tÝnh n¨ng më m¸y, ®iÒu chØnh tèc ®é hoÆc c¶i thiÖn hÖ sè c«ng suÊt cña m¸y. Khi lµm viÖc b×nh thêng d©y quÊn r«to ®îc nèi ng¾n m¹ch.

- Lo¹i r«to kiÓu lång sãc : KÕt cÊu cña

kiÓu d©y quÊn nµy rÊt kh¸c víi d©y quÊn stato. Trong m çi r·nh cña lâi s¾t r«to ®Æt vµo thanh dÉn b»ng ®ång hoÆc nh«m dµi ra khái lâi s¾t, c¸c thanh dÉn ®îc nèi t¾t l¹i víi nhau ë hai ®Çu b»ng hai vµnh ng¾n m¹ch b»ng ®ång hay nh«m lµm thµnh mét c¸i lång mµ ngêi ta quen g äi lµ lång sãc (h×nh 15-8). Còng chÝnh v× vËy mµ r«to lo¹i nµy cßn cã tªn g äi lµ r«to ng¾n m¹ch. D©y quÊn lång sãc kh«ng cÇn c¸ch ®iÖn víi lâi s¾t (h×nh 15-9).

H×nh 15-8. D©y quÊn r«to lång sãc

Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL

§Ó c¶i thiÖn t Ýnh n¨ng më m¸y, trong c¸c m¸y cã c«ng suÊt t ¬ng ®èi lín, r·nh r«to cã thÓ lµm r·nh s©u hoÆc lµm thµnh hai r·nh lång sãc hay cßn g äi lµ lång sãc kÐp (h×nh 15-10). Trong m¸y ®iÖn c ì nhá, r·nh r«to thêng ®îc lµm chÐo ®i mét gãc so víi t©m trôc (h×nh 15-9).

H×nh 15-9. R«to lång sãc r·nh chÐo

H×nh 15-10. Nh÷ng kiÓu r·nh ®Æc biÖt cña r«to lång sãc: a) r·nh s©u; b) r·nh hai lång sãc thanh dÉn b»ng ®ång; c) r·nh hai lång sãc thanh dÉn ®óc nh«m.

3. Khe hë

V× r«to lµ khèi trßn nªn gi÷a r«to vµ stato cã khe hë rÊt ®Òu. Khe hë trong m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé rÊt nh á (kho¶ng tõ 0,2 mm ®Õn 1 mm trong m¸y ®iÖn c ì nhá vµ võa) ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn tõ ho¸ lÊy tõ líi vµo vµ nh vËy míi cã thÓ lµm cho hÖ sè c«ng suÊt cña m¸y cao h¬n.

H×nh d¸ng bªn ngoµi vµ cÊu t¹o cña mét ®éng c ¬ kh«ng ®ång bé 3 pha ®îc chØ ra nh ë h×nh 15-11.

a)

b)

H×nh 15-11. §éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha. a) H×nh d¸ng bªn ngoµi; b) CÊu t¹o bªn trong

15-3. C¸c ®¹i lîng ®Þnh møc cña m¸y ®iÖn K§B

Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL

C¸c ®¹i lîng ®Þnh møc ®Æc trng cho ®iÒu kiÖn k ü thuËt cña m¸y, do c¸c nhµ thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o quy ®Þnh vµ ®îc ghi trªn nh·n m¸y. V× m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé chñ

yÕu lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c ¬ nªn trªn nh·n m¸y ghi c¸c trÞ sè ®Þnh møc cña ®éng c ¬ ®iÖn khi t¶i cña m¸y lµ ®Þnh møc. C¸c trÞ sè ®ã bao gåm:

1. C«ng suÊt ®Þnh møc ë ®Çu trôc P ®m (W, kW). §©y lµ c«ng suÊt c ¬, nãi lªn kh¶ n¨ng sinh c«ng cña ®éng c ¬. Ngoµi ®¬n vÞ tÝnh lµ W, kW cßn tÝnh b»ng søc ngùa HP. 1HP = 0,736 kW.

2. §iÖn ¸p d©y ®Þnh møc U®m (V). 3. Dßng ®iÖn d©y ®Þnh møc I ®m (A). §©y lµ dßng ®iÖn d©y cña cuén d©y stato lÊy tõ nguån ®iÖn khi ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c ¬ lµ ®Þnh møc vµ trôc ®éng c ¬ kÐo phô t¶i ®Þnh møc.

4. Tèc ®é ®Þnh møc n ®m (vßng/phót). §©y lµ tèc ®é quay cña r«to khi ®iÖn ¸p ®Æt vµo lµ ®Þnh møc vµ m«men c¶n trªn trôc ®éng c¬ lµ ®Þnh møc.

5. TÇn sè nguån ®Þnh møc f®m (Hz).

6. HiÖu suÊt ®Þnh møc h®m, lµ tû sè gi÷a c«ng suÊt c¬ trªn trôc ®éng c¬ vµ c«ng suÊt ®iÖn mµ ®éng c¬ tiªu thô khi phô t¶i ®Þnh møc:

=h

P P 1

Tõ hiÖu suÊt ®Þnh møc ta t×m ®îc c«ng suÊt ®Þnh møc mµ ®éng c¬ tiªu thô tõ líi:

3=

cos

j

IU dm

P 1dm

P = dm h

vµ m«men quay ®Þnh møc ë ®Çu trôc:

=

M

.

,0

975 KGm

1 81,9

( WP dm v /(

) ph

)

P dm w

n dm

trong ®ã lµ tèc ®é quay tÝnh b»ng rad/s.

w =

np .2 60

, kiÓu m¸y, ®é t¨ng nhiÖt ®é.

15-4. C«ng dông cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé

M¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé lµ lo¹i m¸y ®iÖn xoay chiÒu chñ yÕu dïng lµm ®éng c ¬ ®iÖn. Do kÕt cÊu ®¬n gi¶n, lµm viÖc ch¾c ch¾n, hiÖu suÊt cao, gi¸ thµnh h¹ nªn ®éng c ¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé lµ lo¹i m¸y ®îc dïng réng r·i nhÊt trong c¸c ngµnh cña nÒn kinh tÕ quèc d©n víi c«ng suÊt tõ vµi chôc ®Õn hµng ngh×n kil«wats.

Trong c«ng nghiÖp thêng dïng m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé lµm nguån ®éng lùc cho

Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL

m¸y c¸n thÐp lo¹i võa vµ nh á, ®éng lùc cho c¸c m¸y c«ng cô ë c¸c nhµ m¸y c«ng nghiÖp nhÑ v.v… Trong hÇm m á dïng lµm têi hay qu¹t giã. Trong n«ng nghiÖp dïng ®Ó lµm m¸y b¬m hay m¸y gia c«ng chÕ biÕn n«ng s¶n. Trong ®êi sèng hµng ngµy m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé còng dÇn dÇn chiÕm vÞ tr Ý quan träng nh: qu¹t giã, m¸y quay ®Üa, ®éng c¬ trong tñ l¹nh v.v … Tãm l¹i, theo sù ph¸t triÓn cña nÒn s¶n xuÊt ®iÖn kh Ý ho¸,

tù ®éng ho¸ vµ sinh ho¹t hµng ngµy, ph¹m vi øng dông cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé ngµy cµng réng r·i.

Tuy vËy, m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé cã nh÷ng nhîc ®iÓm nh: cos

φ cña m¸y thêng kh«ng cao l¾m vµ ®Æc t Ýnh ®iÒu chØnh tèc ®é kh«ng tèt l¾m nªn øng dông cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé cã phÇn h¹n chÕ.

M¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé cã thÓ dïng lµm m¸y ph¸t ®iÖn nhng ®Æc t Ýnh kh«ng tèt so víi m¸y ®iÖn ®ång bé, nªn chØ trong mét vµi trêng hîp nµo ®ã (nh trong qu¸ tr×nh ®iÖn khÝ ho¸ n«ng th«n) cÇn nguån ®iÖn phô hay t¹m thêi th× nã còng cã mét ý nghÜa quan träng.

C©u hái

dßng ®iÖn xoay chiÒu 3 pha tÇn sè f quay víi tèc ®é n 1 theo chiÒu kim ®ång hå. Hái lóc ®ã r«to quay theo chiÒu nµo ? TÝnh to¸n hÖ sè trît s nh thÕ nµo? Khi s = 0 th× tèc ®é b»ng bao nhiªu?

2. T¹i sao m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé lµ lo¹i m¸y ®iÖn ®îc dïng réng r·i nhÊt?

Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL

3. M¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé thêng chia thµnh nh÷ng lo¹i nµo ? §Æc ®iÓm cña tõng lo¹i?