Giáo trình Máy điện: Phần II

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

183
lượt xem 34
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Máy điện: Phần II giới thiệu các nội dung: sức từ động của dây quấn máy điện quay, điện kháng của dây quấn máy điện xoay chiều, mạch từ của máy điện quay, phát nóng và làm lạnh của các máy điện, máy điện không đồng bộ, quan hệ điện tử trong máy không đồng bộ, động cơ không đồng bộ ứng dụng hiệu ứng mặt ngoài, mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ, chế độ làm việc khác của máy điện không đồng bộ,... Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Điện.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Máy điện: Phần II

p.N  Eq  .n. m với p là số đôi cực 2a 2. Sức điện động cảm ứngkhi từ thông không đổi, từ dẫn mạch từ thay đổi E  2,22.f .w.( max   min ) Z2 f n 60 CHƯƠNG 11 SỨC TỪ ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN QUAY §11.1 ĐẠI CƯƠNG - Dòng điện chạy trong dây quấn tạo ra sức điện động sinh ra từ trường bao quanh dây quấn - Từ trườngdây quấn bao gồm từ trường khe hở, từ trường rãnh và từ trường gần đầu nối, trong đó từ trường khe hở quan trọng nhất - Khi xem xét từ trường khe hở coi khe hở là đều, từ trở của máy không đáng kể nên sự phân bố từ trường khe hở chính là sự phân bố sức từ động dây quấn mà sức từ động dây quấn phụ thuộc vào kiểu dây quấn và dòng điện chạy trong dây quấn (khe hở là nơi chuyển giao điện và cơ) - Đối với dòng một chiều sức từ động trong khe hở không đổi và nó sẽ đập mạch nếu từ dẫn thay đổi - Đối với dòng xoay chiều một pha sức từ động đập mạch - Đối với dòng xoay chiều m pha sức từ động quay tròn - Đối với dòng xoay chiều m pha không đối xứng sức từ động quay theo hình e líp  Kết luận: + Sức từ động đập mạch là tổng hai sức từ động quay tròn theo chiều thuận và chiều ngược với tốc độ  và - + Sức từ động quay tròn là tổng hai sức từ động đập mạch khác pha nhau về thời   gian ( )và lệch nhau trong không gian một góc 2 2  + Sức từ động e líp sinh ra khi đặt hai dây dẫn lệch nhau một góc , khi đó sức 2  từ động sinh ra cũng lệch nhau một góc nhưng về thời gian thì lệch nhau một góc 2 28
   hoặc hai sức từ động đập mạch lệch nhau góc nhưng khác nhau về biên độ 2 2  hoặc hai sức từ động lệch nhau góc   trong không gian nhưng lại lệch nhau một 2  góc về thời gian. 2 CHƯƠNG 12 ĐIỆN KHÁNG CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU §12.1. ĐẠI CƯƠNG Dòng điện xoay chiều m pha chạy trong dây quấn của máy điện xoay chiều sẽ sinh ra từ trường quay.Từ trường đó có sóng lưu lạc quay với tốc độ đồng bộ; quay thuận hoặc quay ngược Tính điện kháng trong ba vùng từ trường 1.Từ trường ở khe hở:do sức từ động bậc một và bậc cao sinh ra o o m. 2 w.k dq . m  .F  .  .I k  .k  . k  .k  .  .p Bm với k  B m với Bm :trị số cực đại của từ cảm không hình sin B  B m :biên độ sóng B   o ..l  m. 2 w.k dq    B tb ..l   . . 2 .I k a .k  .   .p Tác dụng chủ yếu là thành phần bậc nhất(=1) 1 :sinh ra sức điện động tự cảm trong bản thân dây quấn và các sức điện động hỗ cảm trong dây quấn khác.Tương ứng với nó tự cảm x1 và hỗ cảm x 2 Từ trường bậc cao trong khe hở rất yếu gọi là từ trường tạp: E t  E   E chinh 2.Từ trường rãnh: do dòng điện chạy trong các rãnh tác dụng của dây quấn , vì chạy trong rãnh nên đường sức từ thẳng góc với mặt rãnh Ứng với từ trường rãnh ta có điện kháng rãnh x r 29
3.Từ trường đầu nối:do móc vòng cả cuộn dây rôto và stato sinh ra sức từ động tự cảm và hỗ cảm nhưng trị số rất nhỏ,có một điện kháng tương ứng xdn Sự trao đổi năng lượng điện cơ chủ yếu dựa vào từ trường chính của khe hở.Các từ trường còn lại như rãnh , đầu nối gọi chung là từ trường tản trương ứng có điện kháng tản x §12.2.ĐIỆN KHÁNG CHÍNH CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU  Từ thông 1 biến thiên sinh ra suất điện động E1 E1  . 2 .f .w1.k dq .1 2 2 4.m1.f  o ..l  w1 .k dq1  . . .I1  k  .k  . p 2 2 E 4.m1.f  o ..l  w1 .k dpq1  x1  1  . . I1 I1 k  .k  . p Suất điện động hỗ cảm: E12  . 2 .f .w 2 .k dq1.1 4.m 2 .f  o ..l  w 1..k dq1.w 2 ..k dq 2 E  . . .I1  x12  12  k  .k  . p I1 Kết luận: Điện kháng tỉ lệ với bình phương số vòng dây và tỉ lệ nghịch với khe hở không khí, điều này đúng với mọi máy điện §12.3. ĐIỆN KHÁNG TẢN DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.Điện kháng tản rãnh w2 x r  4. o .f . .l  .  p.q h1 h R   2 3.b.r b.r Xr : phụ thuộc kích thước và hùnh dạng rãnh 2. Điện kháng tản phần đầu nối q  đn  0,34. .l đn  0,64...k 2 n l 3.Điện kháng tản tạp 30
2 E 4.m.f  o ..l  w 2 h dq xt   t  . . .  1 I  k  .k  . p  1  2 w2 x t  4.. o .f . .l  . t p.q 2 m.q.k dq . t  .k t  2 k  .k  . 2 1 h dq1 kt  . k 2 1  1  2 dq 4.Điện kháng tản dây quấn x = xđn + xt + xr w2 4. o ..f . .l  . t   đn   r  p.q CHƯƠNG 13 MẠCH TỪ CỦA MÁY ĐIỆN QUAY §13.1 ĐẠI CƯƠNG Nghiên cứu mạch từ lúc không tải xác định sức từ động cần thiết tạo ra từ thông khe hở. Làm sinh ra trong dây quấn 1 suất điện động điện từ 1.Từ trường chính và từ trường tản Từ trường chính là từ trường khe hở gọi là Ψo Từ trường tản Ψб  Từ trường tổng Ψc : Ψc = Ψo+ Ψб = Ψo(1 + ) = бt Ψo o бt : hệ số tản (1,15 ÷ 1,28 ) 2.Sức từ động  I.w   H.dl Fo = 2. H l + 2.Hr .hr + Hư .lư + 2.Hc .lc +Hg .lg = F + Fr + Fư + Fc + Fg §13.1 TÍNH TOÁN MẠCH TỪ(sgk) CHƯƠNG 14 31
PHÁT NÓNG VÀ LÀM LẠNH CỦA CÁC MÁY ĐIỆN §14.1 ĐẠI CƯƠNG Nhiệt độ của máy phải giới hạn ở mức độ cho phép vì vậy phải tăng công suất và hiệu suất của máy. 1.Sự truyền nhiệt trong máy điện Tuyền dẫn, bức xạ và đối lưu. 2.Chế độ làm việc và nhiệt độ cho phép của máy điện và các biện pháp làm lạnh. - Chế độ làm việc liên tục : S1 ( nhiệt độ của máy có thể tăng đến trị số xác lập). Biện pháp làm mát : quạt gió, khí nén, bức xạ thong thường công suất làm mát tính vào tổn hao của máy. - Chế độ làm việc ngắn hạn tức là máy làm việc với thời gian không đủ để chi tiết đạt tới nhiệt độ xác lập. - Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại : máy làm việc chưa đến nhiệt độ xác lập đã dừng nhưng khi dừng chưa đạt đến nhiệt độ xác lập lại chạy . Tchu kỳ = Tlàm việc + Tnghỉ Tlv  15%,25 %,30%... Tck §14.2 SỰ PHÁT NÓNG VÀ LÀM LẠNH CỦA MÁY ĐIỆN Được thể hiện bằng hệ phương trình phát nóng và làm lạnh ứng với chế độ làm việc §14.3 VẤN ĐỂ LÀM LẠNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 1.Các kiểu chế tạo : Chủ yếu thể hiện qua vỏ máy IPXX IP ( Ingress Protection ) chữ số thứ nhất chỉ mức độ bảo vệ chống sự tiếp xúc của người và máy có 7 cấp từ 0 ÷ 6. Chữ số thứ nhất : chống nước vào có 9 cấp độ từ 0 ÷ 8. + Chữ số thứ nhất : Cấp 0 : Kiểu hở không có vỏ bảo vệ Cấp 1 : Kiểu bảo vệ tránh vật rắn xâm nhập có kích thước 50 mm Cấp 2 : Kiểu bảo vệ tránh vật rắn xâm nhập có kích thước 12 mm Cấp 3 : Kiểu bảo vệ tránh vật rắn xâm nhập có kích thước 2,5 mm Cấp 4 : Kiểu bảo vệ tránh vật rắn xâm nhập có kích thước 1 mm Cấp 5 : Chống bụi ( bụi xâm nhập vào không đáng kể và và không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của thiết bị ). Cấp 6 : Bảo vệ kín hoàn toàn. + Chữ số thứ hai : 32
Cấp 0 : Không bảo vệ chông nước. Cấp 1 : Chống được nước nhỏ giọt theo phương thẳng đứng. Cấp 2 : Chống được nước nhỏ giọt theo phương góc nghiêng 15o. Cấp 3 : Chống được mưa góc rơi đến 60 o. Cấp 4 : Chống được nước nhỏ giọt và mưa từ mọi phía. Cấp 5 : Chống được tia nước từ mọi phía. Cấp 6 : Chống được song nước tràn vào thiết bị. Cấp 7 : Chống được ngập nước vơi áp suất và thời gian xác định. Cấp 8 : Chống được ngập nước kéo dài. 2.Các phương pháp làm lạnh. Làm lạnh tự nhiên : Nhiệt độ trong máy tự phát cân bằng nhiệt độ môi trường. Làm lạnh trong : Lắp quạt gió trong máy. Làm lạnh mặt ngoài : Sử dụng quạt gió ngoài, chất lỏng, khí nén tiếp xúc bề ngoài. Làm lạnh độc lập : Thiết bị làm lạnh không liên quan đến máy. Làm lạnh trực tiếp : Làm mát ngay khu vực phát nhiệt độ, dây đẫn cho nước chảy vào thiết bị. PHẦN BA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG 15 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ § 15.1 PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU 1.Phân loại Theo vỏ máy : hở IP00, kín IP55 Theo rôto : lồng sóc và dây quấn. Theo số pha : một pha, hai pha, ba pha. 2.Kết cấu. 1. Phần tĩnh ( stato) : Thông thường có vỏ máy lõi sắt và dây quấn stato, các chi tiết khác liên quan không quay. 2. Phần động ( Roto) 3. Khe hở. Tên đông cơ : 3K 112 – S4 §15.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 33
P : Công suất cơ đầu trục đối với động cơ. Điện đầu ra đối với máy phát. U : Điện áp 220/380 V Δ/Y I : Dòng điện IΔ / I Y A Hiệu suất η% Cos φ ( ứng với tại định mức ) Cấp bảo vệ IP44; IP23; IP55. Cấp cách điện B, F, E, H. Tiêu chuẩn TCVN 1987-94 Kiểu máy 3K112_ M6 Có bi 2Z6205 Ngày tháng năm sản suất : Môi quan hệ : n = 60f p: số đôi cực p p = 60f n P = P(2) = U.I.η.cosφ. §15.3 CÔNG DỤNG CỦA MÁY ĐIỆN BỘ Chủ yếu ở phụ tải không yêu cầu cao về tốc độ hoặc ít điều chỉnh tốc độ. CHUƠNG 16 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ §16.1 ĐẠI CƯƠNG Coi máy điện không đồng bộ như và sự liên hệ giữa chúng thông qua tử trường quay khe hở. §16.2 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC KHI ROTO ĐỨNG YÊN Lúc khởi động ( n = 0 ) m 2 w1.k dq1 F1 = 1  I1  p m 2 2 w 2 .k dq 2 F2 =  I2  p    F1  F 2  F o : từ trường tổng của khe hở    F o  ( F 2 )  F1 34
      I1  I 0  ( I 2 )  I1  ( I 2 )  I 0  ’  I2 là dòng điên sinh ra F 2 để bù lại F2 w .k F' 2 = m 2 2  2 dq2 I ' 2  F2  p  I2 m1 .w 1 .k dq1 ki    (hệ số biến đổi dòng điện ). I 2 m 2 w 2 .k dq 2 Từ thông ψ do Fo sinh ra E1 và E2 E1  4, 44f1 .w 1 .k dq1 . E 2  4,44f 2 .w 2 .k dq 2 . Khi roto đứng yên f1= f2 E w 1.k dq1 ke  1  E 2 w 2 .k dq 2 E '2  E 1  k e .E 2 Phương trình cân bằng sức từ động : U1 = -E1 + I1Z1 0 = -E2 + I2Z2 U2 = 0 do roto nối ngắn mạch. Tương tự máy biến áp: -E1 = IoZm = Io(rm + j.xm) , rm, xm là điện trở và điện kháng từ hóa.    U1   E1  I1 .Z1   0   E  2  I 2 .Z ' 2   E1  E 2    I1  I2  I o    E 1  I o .Z m  U1 U I1  '  1 Z1  Z 2 Z n Khi U1 = Uđm thì I1 = Imở máy rất lớn. §16.3 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ KHI ROTO QUAY 1. Các phương trình cơ bản :    U1   E1  I1 .Z1 n 2 .p n 1  n n1.p Tần số dòng roto f2 : f2 =    s.f1 60 n1 60 n n s= 1 ( hệ số trượt ). n1 Trên dây quấn roto: E2s = 4,44f2.w2.kdq2 ψ = 4,44s.f1.w2.kdq2. ψ = s.E2 . X2s = 2  .f2.L2 = s.x2 Phương trình cân bằng suât điện động roto : 35
  0   E 2s  I 2 (r2  jx 2s )   0   E  2s  I 2 (r2  jx 2s )  n1 1 1  → E '2  E '2s . n2 s s ’ ’ ’ Giữ cho I 2 = const thì r 2 và x 2 tăng lên 1/s lần. 1 r' 1 s.r ' r2'   2 ; x'2s   2  x'2 s s s s  r2' '   ' 1 s '  0   E 2  I 2 (  jx 2 )  I 2 ( r2'  jx 2  r2 ) s s Phương trình khi roto quay :    U1   E1  I1 .(r1  jx 1 )   r2' ' 0   E  2  I 2 (  jx 2 ) s   E1  E2    I1  I 2  I o    E 1  I o .Z m Coi công suât tiên tán trên điện trở giả từ : 2 1 s ' Pcơ = m1.I '2 . .r2 s Khi n = 0 → s = 1 → P = 0. Dùng mạch điện thay thế tính Dùng sơ đồ thay thế một hệ cơ điện phức tạp để tình toán mạch điện một cách đơn giản. Mạch thay thế hình Г Z C1  1  1 Zm    I1  I 00  I2    U1 U1 I 00   C1 .Z m Z1  Z m 1 s ' s  0;  r2   s  '  '' U1  I2  I2   2 C1  C1 .Z 'c1  C1 Z1 2. Hệ số quy đổi dây quấn lồng sóc : w1.k dq1 m1.w1.k dq1 ke  ; ki  w 2 .k dq 2 m 2 w 2 .k dq2 k = ke.ki m2 = Z2 ; w2 = ½ ; kdq2 = 1; ke = 2.w1.kdq1 36
2m1.w1.k dq1 ki  Z2 4m1 k ( w1.k dq1 ) 2 Z2 §16.4 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC, GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ ĐỒ THỊ VECTƠ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.Động cơ : (0 < s < 1 ) P1 = P2 + Σp Σp = p cu1 + pFe + pcu2 + pcơ + pphụ P1 = m.U1I1.cos 1 ' 2 r2 Pđt = P1 – p cu1– p Fe = m1.I '2 . s ' 2 1 s ' Pcơ = Pđt – pcu2 = m1.I 2 . .r2 s P2 = Pcơ – (pcơ +pphụ) P p   2  1 P1 P1 2.Đồ thị vectơ Q1 = m.U1I1.sin 1 q 1 = m 1.I21.x1 2 q 2 = m1.I'2 x 2 Phần lớn sinh ra từ trường khe hở : Qm = m1,E1.Io = m1.I 2 o.xm Q1 = Qm + q1 + q2 = m.U1I1.sin 1 Do khe hở không khí lớn nên dòng từ hóa Io >> so với dòng máy biến áp nên cos  thấp. 1. Chế độ máy phát điện Khi s < 0 : ' 2 1 s ' Pcơ = m1.I 2 . .r2 < 0. Máy nhân công suất cơ. s x' s.x ' tg 2  2  2  0 , 90o <  2 < 180o, 1 > 90o. ' ' r2 / s r2 P1 = m.U1I1.cos 1 < 0 máy phát công suất tác dụng vào lưới. Q1 = m.U1I1.sin 1 > 0 máy nhânc công suất phản kháng. Đồ thị vectơ : 3.Chế độ hãm 1 < s < ∞ 21 s ' Khi s >1 : Pcơ = m1.I '2 . .r2 < 0. Máy nhận công suất cơ. s 2 r' Pđt = m1.I '2 . 2 > 0. Máy lấy công suất điện từ lưới vào. s 2 Pđt + ( - P cơ ) = m1.I '2 .r2 = pcu2. ' 37
Ví dụ : Tìng huống đặt ra nếu động cơ quay để chuyển gạch lên đến một vị trí, ngoại lực tác động làm cho gạch rơi xuống làm roto chuyển động ngược lại, roto nhận công suất cơ và công suất điện. Điều này có thể gây ra chảy roto, vì vậy cần phải có chế độ hãm. Trường hợp kéo cho tốc đọ quay của động cơ lớn hơn tốc độ quay động cơ cho phép thì động cơ làm việc ở chế độ máy phát. §16.5 BIỂU THỨC MÔMEN ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Phương trình cân bằng momen : M = Mo + M2. P M : mômen điện từ. M = co w Mo : mômen không tải. Mo = Pco  Pf w P2 2n M2 : mômen tải. M2 = ;w= . w 60 M : do từ trường quay tác dụng với dòng điện roto sinh ra từ trường quay quay với 60.f 2..n1 tốc độ n1 ; n 1  ; w1 = P 60 w Pcơ = P đt = n Pđt = (1-s).Pđt. w1 n1 Pcu2 = Pđt – Pcơ = s.Pđt. Pđt = m 2.U2I2.cosΨ2. → Pcơ = m2(1-s).U2I2.cosΨ2. E2 = 2 .f2.w2.kdq2 ψ p 1 → M  co  m 2 .P.w 2 .k dq2 ø.cos 2 .I 2 w 2 Tính theo sơ đồ thay thế Γ : U1 I '2  C1.I '2  ' r' ( r1  C1 2 ) 2  ( x1  C1.x '2 ) s ' 2 r 2 r' m1.U1 . 2 Pdt  m1I '2 . 2  s s ' r (r1  C1 2 ) 2  ( x1  C1.x '2 ) s ' 2 r m1.U1 . 2 P s M dt  dt  w1 ' r 2 f1[( r1  C1 2 ) 2  ( x1  C1.x '2 )] s M tỉ lệ với U12 → U1 thay đổi thì M thay đổi lớn. M tỉ lệ nghịch với điện kháng. dM  0 → sm = stới hạn ta có Mmax. ds 38
'  C1.r2 Và s m  ; r12  ( x1  C1.x '2 ) 2 1 mP.U1 M max  2C1   ` 2f1 r  r 2  ( x  C .x ' ) 1 1 1 1 2 Chú ý : Mmax : tỉ lệ với bình phương điện áp Mmax : không phụ thuộc điện trở của roto. Sm : phụ thuộc điện trở của roto. Mômen khởi động sẽ lớn khi tăng điên trở roto. Thay s = 1 vào biểu thức mômen ta tìm được Mk : mômen khởi động. 2 ' m1P.U1 .r2 Mk  2f1[(r1  C1r2 ) 2  ( x1  C1.x '2 )] ' Mkđ lớn quan trọng, muốn Mkd lớn tăng điện áp hoặc tăng điên trở roto r’2 Biểu thức Klox : M 2 M  ; k m  max Khả năng quá tải. M max s sm M đm  sm s dM dM 2 > thì máy làm việc ổn định. ds ds Kiến thức cần nắm : + Biểu thức M + Mkđb tỉ lệ với U12. §16.6 MÔMEN PHỤ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.Mômen phụ không đồng bộ. ν = 6k +1 : Quay thuận ν = 6k – 1 : Quay ngược 1 Tốc độ từ trường bậc ν : n ν = ± .n 1  n : tốc độ của độ tổng hợp tất cả các loại sóng. 1 n > n1 đối với sóng bậc 7 động cơ chuyển sang chế độ máy phát còn đối với 7 sóng bậc 1 vẫn ở chế độ động cơ n  ( -n 1; -1/5 n1 ) mômen khởi động < 0 máy làm việc ở chế độ máy phát. 2.Mômen phụ đồng bộ Sinh ra các sóng không điều hòa bậc cao, từ trường stato tác dụng với 1 sóng bậc cao nào đó có cùng số đôi cực của từ trường roto. Mômen phụ sinh ra do ảnh hưởng sức từ động bánh răng, do đó thiết kế phải phù hợp số rãnh stato và roto, theo kinh nghiêm : Z1 = Z2 hoặc Z1- Z2 = ±2p. 3.Mômen sinh ra chấn động ở tạp âm Do từ trường sóng điều hòa gây lên, khi làm việc thì thường kêu và rung . Ngoài nguyên nhân cơ khí còn có nguyên nhân do lực từ kéo lệch về một phía. Sự rung động sinh ra cộng hưởng và ta thấy Z1 = Z2 ±1p, 2p thì sinh ra tung động rõ nhất. 4.Phương pháp khử mônmen phụ. 39
Không đồng bộ : Làm triệt tiêu hoặc yếu sóng bậc 5, bậc 7 bằng cách rút ngắn dây quấn. Làm yếu bằng cách tính toán phối hợp răng rãnh roto và stato Làm chéo rãnh ở roto hoặc stato. §16.7 CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.Đặc tính tốc độ. n = f(p2) n = n1( 1-s ) s = pcu2/Pđt 2.Đặc tính mômen 3.CosΨ và hiệu suất η. p2 η= 100% p1 4.Năng lực quá tải M max km = M dm §16.8 CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG ĐỊNH MỨC 1.Điện áp không định mức. Nếu M2 không đổi thì khi U giảm thì I tăng Nếu M2 nhỏ ( động cơ làm việc non tải) khi đó trong một số trường hợp U giảm kéo theo cosΨ tăng. Nếu tải < 40% ( khi non tải ) thì nên giảm điện áp. 2.Tần số không định mức 3.Điện áp không đối xứng. E = 4,44f.w.k.ψ Khi E tăng thì f giảm dẫn đến Ψ tăng P ~ B2 ~ Ψ2 → P tăng lên rất nhiều Ví dụ : Cho một máy 380V_50Hz so với 2 máy 200V_50Hz thì đã tiết kiệm được 1,2 tỉ ở công ty. CHƯƠNG 18 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ỨNG DỤNG HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI 1. Hiệu ứng mặt ngoài ngoài là gì ? Là : dòng có tần số càng cao càng có xu hướng tập trung chạy ở mặt ngoài của dây dẫn → tăng điện trở mặt ngoài. 2. Ứng dụng vào động cơ không đồng bộ : f2 = s.f1 40
n1  n Khi khởi động : n = 0 → s = 1 =  f 2  f1 . n Dòng điện có xu hướng dồn ra phía ngoài r2 tăng lên dẫn đến Mk tăng lên. + Chế tạo roto rãnh sâu + Chế tạo roto hai lồng sóc. +Chế tạo roto có rãnh dạng đặ biệt ( hình chem., hình chai …) CHƯƠNG 19 MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ §19.1 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỘNG BỘ Các phương pháp mở máy : - M mở máy lớn phù hợp với tính chất. - Phương pháp mở máy đơn giản dễ thực hiên - Tổn hao năng lượng thấp. 1.Mở máy trực tiếp + Ưu điểm : đơn giản. + Nhược điểm : dòng mở máy lớn 4 ÷ 7 Iđm làm sụt lưới, ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị khác. Do dòng mở máy lớn tạo ra ứng suất do mối ghép các phần quay. Tổn hao lớn : Pcu tỉ lệ với I2 ; do đó khi I tăng lên thì Pcu tăng lên rất nhanh. Điều này được ứng dụng để mở máy đông cơ công suất nhỏ hoặc động cơ công suất lớn nhưng điện áp cao. 2.Hạ điện áp khi khởi động 2.1 Khởi động bằng phương pháp nối Y – Δ ( chỉ áp dụng cho các động cơ khi làm việc bình thường dây quấn nối Δ ). VD : động cơ chạy ở lưới 380 V. U:Δ/Y 380/660 V Điện áp khởi động giảm lần. Mômen , I giảm 3 lần so với khởi động trực tiếp. + Ưu điểm :Đơn giản, tiết kiệm năng lượng. 41
+ Nhược điểm : Chỉ làm việc với động cơ nối Δ, tốn công tắc tơ khi chuyển tử Y → Δ động cơ bị giật do xung dòng điện lớn +Ứng dụng : phù hợp với tải không yêu cầu Mômen khởi đông lớn. 2.2 Sử dụng máy biến áp tự ngẫu. - Khi khởi động : K1,K2 đóng sau đó K2 mở - Làm việc : K3 đóng K1, K2 mở - Ưu điểm : Khởi động cho mọi động cơ. Điện áp đưa ra khởi động là tùy ý. - Nhược điểm : Tốn kém, giá thành cao, nặng. 2.3 Khởi động bằng điện kháng stato. - Ưu điểm : đơn giản, rẻ tiền, bền, hiệu quả Sử dụng trong môi trường khắc nghiệt Sử dụng cuộn kháng tuyến tính dẫn đến mạch tử không bị kháng bão hòa. 2.4 Mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch roto (áp dụng với động cơ không đồng bộ dây quấn ) Mấy yêu cầu mở máy với Mômen lớn mà các phương pháp khác không đáp ứng được, do đó phải mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch roto. Cấp 1 : Rf = R1 + R2 + R3 Cấp 2 : Rf = R1 + R2 ( K1 đóng ) Cấp 3 : Rf = R1 ( K2 đóng ) Cấp 4 : Rf = 0 ( K3 đóng ) - Ưu điểm : Hạn chế dòng nhưng tăng được mômen . - Nhược điểm : Chế tạo phức tạp, phải có vàng trượt, chổi than, giá thành cao do đo ít được sử dụng. §19.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Động cơ không đồng bộ là loại khó khăn khi điều chỉnh tốc độ : 60f n đb  n n < nđb ; nđb = ;s= → n = n đb( 1-s ) p n đb → n = f ( f, p, s ). Các phương pháp điều chỉnh tốc độ. - Thay đổi tần số áp dụng cho việc điều chỉnh f ở stato - Thay đổi số đôi cực p ( đổi nói dây quấn, nhiều bộ dây quấn với p khác nhau trong một máy ). - Thay đổi s ( giảm áp, Rf lắp ở roto, nối cấp máy điện ) 1.Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số Cho phép điều chỉnh tốc độ vô cấp và ứng dụng cho nhiều loại tải, có thể tạo ra nhiều đặc tính phục vụ tốt cho nhiều động cơ, hiệu suất cao, giá thành cao. U12 Ta có : Mmax = C. 2 f 1 M max Nếu cần = const điều chỉnh theo quy luật : M dm 42
' ' U1 f1 M' = . U1 f1 M Nếu cần M = const điều khiển theo quy luật ' U1 ' f1 = . U1 f1 Nếu cần M tỉ lệ với n 2 điều khiển quy luật 2 U1  f1      f  U1  1  Nguyên lý biến tần 2.Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi số đôi cặp cực p 60f n= p = 1,2,… p Phù hợp với tốc độ có cấp, cách điều chỉnh đơn giản, tuy nhiên cấu tạo phức tạp, công suất lớn, kích thích lớn. Cosφ ở các cấp độ khác nhau thì khác nhau. Trong các cấp độ chỉ có một cấp độ phù hợp và đạt đến chỉ tiêu kinh tế cao nhất. 3.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. 2 PCu 2 m .I ' .r ' s= = 1 2 2 Pdt M.w1 Khi điện áp giảm thì I '2 tăng để đảm bảo bảo toàn cho vấn đề thay đổi công suất. 4.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ thuộc roto 5.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay li hợp điện động ( hay dùng ) CHƯƠNG 20 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÁC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ I. Các chế độ làm việc đặc biệt. 1. Máy phát điện không đồng bộ làm việc độc lập với lưới ( không nhận được công suất phản kháng ) Co : để điều khiển công suất phản kháng cho máy phát tự kích khi không tải. C1 : bộ tụ được bù vào tỉ lệ công suất phản kháng của tải. 3.I M Q Co = 106 ( μF) ; C1 = 2 ( μF) 2.f1.U1 2.f1.U1 Q ; Công suât phản kháng của tải. 2. Chế độ hãm - Hãm ngược( đảo pha điện áp ) - Hãm tái sinh ( tải thế năng ) - Hãm động năng ( sau khi cắt điện ) Đưa dòng 1 chiều vào dây stato sinh ra từ thông hãm lại sức quay của roto. II. Các dạng khác của máy điện không đồng bộ 43
1. Máy dịch pha : Là roto đồng bộ không dây quấn được hoật động theo chu trình như máy biến áp kín. U1 W .k = 1 dq1 U2 W2 k dq 2 Hiệu dụng U1 = const U2 = const ở mọi vị trí roto góc pha thay đổi theo góc lệch roto. 2. Máy điều chỉnh cảm ứng ( máy điều áp ).    3. Tức là : U ra  U s  U r Nếu :   Us  U 2   U ra  0  2. U s    U ra min  U s  U r    U ra max  U s  U ra 4. Máy biến tần số f2 = sf1 n đb  (n ) s= n đb s ≥ 1 → f ≥ f1 CHƯƠNG 21 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA §21.1 ĐẠI CƯƠNG § 22.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Khi có dòng điện vào dây quấn stato từ trường đập mạch là tổng của hai từ trường quay : thuận và ngược. p(n1  n ) p.n1.(n1  n ) Ψ A : f2A = = = s.f1 60 n1.60 p(n1  n ) p.n1  2n1  ( n1  n )  ΨB : f2B = = . 60 60   n   = (2 – s). f1 s = 1 lúc roto đứng yên hoặc lúc khởi động. s < 1 đối với ΨA, làm việc ở chế độ động cơ điện s > 1 đối với ΨB, làm việc ở chế độ động cơ hãm Phương trình : U1 = - E1A – E1B + I1 ( r1 + j.x1) E1A : suất điện động sinh ra bởi tổng hợp từ trường thuận stato với từ trường roto. E1B : suất điện động sinh ra bởi tổng hợp từ trường ngược stato với từ trường roto. 44
Ở mạch roto :    r   E 2 A  I 2A . 2  j.x 2   E 1A s     r    E 2 B  I 2 B . 2  j.x 2   E1B s2    + Khi s = 1 thì E1B  E1A → ΨA = ΨB từ trường đập mạch động cơ không quay. '  r2 r2   + Khi s < 1 thì < do đó E 1A  E 1B  ΨA > ΨB s2 s Sinh ra từ trường quay Elíp với tốc độ n1 làm động cơ quay. § 21.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA Nguyên lí : Tạo ra các từ trường quay lúc động cơ khởi động, từ trường quay tròn hoặc elíp. 1. Động cơ khởi động bằng vành ngắn mạch - Đơn giản, giá thành rẻ. - Hệ số thấp, mômen khởi động yếu, phù hợp với tải gió. 2. Khởi động bằng điện trở Trong lõi thép stato đặt 2 cuộn dây lệch nhau về không gian một góc 90 o. Cuộn dây làm việc nối trực tiếp lưới điện, cuộn dây mở máy nối với điện trở qua hệ thống công tắc ( công tắc li tâm đóng cắt theo tốc độ quay của động cơ ). Ưu điểm : Giá thành rẻ, dùng dây quấn làm điện trở. 3. Khởi động bằng điện dung. Đây là phương pháp phổ biến nhất. - Đặc điểm khởi động : + Mkđ lớn từ 2,2 ÷ 2,5 Mđm + Hiệu suất và cosφ không cao do đó kích thước máy lớn, thường sử dụng cho phụ tải yêu cầu Mkđ lớn, giá thành cao. - Đặc điểm làm việc : + Mkđ khá lớn 1,8 ÷ 2,2 Mđm. + Cosφ tương đối cao, hiệu suất lớn hơn hiệu suất ĐDKĐ, kích thước máy nhỏ hơn ĐDKĐ cùng công suất dùng cho phụ tải không yêu cầu Mkđ lớn, giá thành rẻ hơn ĐDKĐ. - ĐDLV : Mkđ thấp, nhỏ hơn Mđm. Hiêu suất và cosφ khá cao, kích thước máy nhỏ hơn hai loại trước chỉ thích hợp với phụ tải có momen tỉ lệ với tốc độ : quạt gió, bơm nước, giá thành rẻ nhát trong cac loại đông cơ một pha điện dung. 45
PHẦN BỐN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG 22 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ §22.1 PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1. Phân loại Theo kết cấu : - Máy điện đồng bộ cực ẩn : Roto chế tạo bằng thép khối, trên đó có các dãy đặt dây. Máy điện đồng bộ cực ẩn có hai cực đường kính roto nhỏ, tốc độ n = 3000 vòng/phút hay dùng ở nhà máy nhiệt điện. - Máy điện đồng bộ cực lồi : 2. Kết cấu a. Máy cực ẩn : Roto chế tạo bằng thép hợp kim chất lượng cao được rèn thành khối trụ và phay các rãnh đặt dây trên mặt roto, phần không phay hình thành một mặt phẳng từ đường kính roto giới hạn là 1,15m. Để tăng công suất máy chỉ có thể kéo dài lõi thép, chiều dài lõi thép đạt 6,5m. Các vòng dây quấn của cuộn kích từ được chết tạo bằng vật liện đồng cứng đặt trong rãnh và cách điện bằng Mika. Các thanh dẫn được nêm chặt, thanh nêm phi từ tính, các đầu dây được đai banưg ông thép phi cực tính. Đối với máy công suất lớn thường có một máy phát điện làm nhiêm vụ kích từ được gắn đồng trục với máy phát chính có f = 2f máy phát chính. 46
Stato : Lõi thép stato chết tạo bằng thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm. Thân máy chế tạo bằng thép kết cấu hàn lại với nhau và được thiêt kế chung với nắp và trục ngang ổ đỡ có thể đặt riêng hoặc … b. Máy cực lồi Roto : Ghép bởi nhiều cực từ, lõi thép của các cực từ được chế tạo từ thép nguội khối hoặc ghép các lá thép mỏng lại với nhau. Các cực từ được ghép với trục và bạc đỡ qua hệ thống bulông cực từ. Dây quấn cực từ chế tạo bằng đồng chất lượng cao và quấn thành bối xung quanh thân các cực từ. Đối với máy phát điện công suất lớn và động cơ điện ngoài dây quấn cực từ còn có dây quấn cản và dây quấn mở máy chế tạo dưới dạng lồng sóc đặt trên bề mặt cực. Điện trở dây quấn cản nhỏ hơn điện trở dây quấn cản. Trục : chế tạo bằng thép hợp kim rèn trước khi gia công. Stato : khác với stato máy cực ẩn, máy phát cực từ đặt đồng trục với máy phát chính. Trục đặt thắng đứng và bộ đỡ giá treo gọi là máy kiểu treo. Trục đặt thẳng đứng và bộ đỡ giá dưới gọi là máy kiểu dù. §22.2 HỆ THỐNG KÍCH TỪ CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Ur Yêu cầu : động cơ được dòng điên kích từ It = . rt Động cơ được Ut duy trì điện áp ra của máy phát trong điều kiện làm việc bình thường. + Có khả năng tăng cường kích từ mạnh để giữ đồng bộ giữa máy phát và lưới khi có sự cố làm cho điện áp lưới hạ thấp do ngắn mạch từ xa. + Có khả năng truyền từ ( giảm nhanh dòng điện kích từ vể 0 khi có xự cố ngắn mạch nội bộ) khi có : - Điện áp triệt từ không vượt quá 5 lần điện áp kích từ định mức để đảm bảo độ bền cách điên cho dây quấn. - Tăng gấp đôi dòng kích từ trong 1,5 giây. Có 3 loại hệ thống kích từ : Dùng máy điện một chiều, dùng máy phát đồng bộ, dùng hệ thống chỉnh lưu. Tất cả hệ thống đều yêu cầu tự kích từ. CHƯƠNG 23 TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Do dòng điện chạy trong dây quấn roto và stato sinh ra khi máy không tải, từ trường là dòng điện kích từ sinh ra. Khi roto quay từ trường quét qua roto cảm ứng dây quấn sinh ra suất điện động không tải Eo. Khi mạch ngoài nối phụ tải trong dây quấn có dòng điện I, dòng điện này sinh ra từ trường stato hay là từ trường phần ứng, nếu 3 pha thì từ trường là từ trường quay. Sự tương tác từ trường kích từ và từ trường phần ứng gọi là phản ứng phần ứng, làm anh hưởng nhiều hoặc ít tùy thuộc vào tính chất của tải, cấu tạo của máy. Từ trường cực từ ( từ trường phần cảm do dòng i(t) sinh ra. Quét qua các thanh dẫn stato khi roto quay sinh ra Eo. 47