36
Ch"¬ng 16
Quan hÖ ®iÖn tõ trong m¸y ®iÖn K§B
16-1. §¹i c:¬ng
Nãi chung trªn stato cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé cã d©y quÊn m1 pha (thCêng m1
= 3), trªn r«to cã d©y quÊn m2 pha (m2 = 3 ®èi víi ®éng c¬ r«to d©y quÊn, cßn ®èi víi
®éng c¬ r«to lång sãc m2 > 3 - d©y quÊn nhiÒu pha). NhC vËy trong m¸y cã hai m¹ch
®iÖn kh«ng nèi víi nhau vµ gi÷a chóng chØ cã sù liªn hÖ vÒ c¶m øng tõ. Khi m¸y lµm
viÖc b×nh thCêng, trªn d©y quÊn stato cã tõ th«ng t¶n vµ tC¬ng øng cã ®iÖn kh¸ng t¶n,
trªn d©y quÊn r«to còng vËy vµ gi÷a hai d©y quÊn cã sù hç cm. V× vËy ta cã thÓ coi
m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé nhC mét m¸y biÕn ¸p mµ d©y quÊn stato lµ d©y quÊn s¬ cÊp,
d©y quÊn r«to lµ d©y quÊn thø cÊp, sù liªn hÖ gi÷a hai m¹ch ®iÖn s¬ vµ thø lµ th«ng qua
tõ trCêng quay (ë m¸y biÕn ¸p lµ tõ trCêng xoay chiÒu). Do ®ã cã thÓ dïng c¸ch ph©n
tÝch kiÓu m¸y biÕn ¸p ®Ó nghiªn cøu nguyªn lý lµm viÖc c¬ bn cña m¸y ®iÖn kh«ng
®ång bé nhC: thiÕt lËp c¸c phC¬ng tr×nh c¬ bn, m¹ch ®iÖn thay thÕ, ®å thÞ vÐct¬, ... vµ
phÇn nµo sö dông nh÷ng kÕt qu¶ ®¹t ®Cîc khi ph©n tÝch m.b.a.
CÇn chó ý lµ khi ph©n tÝch nguyªn lý lµm viÖc c¬ b¶n cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé,
ta chØ xÐt ®Õn t¸c dông cña sãng c¬ bn mµ kh«ng xÐt ®Õn t¸c dông cña sãng bËc cao v×
t¸c dông cña chóng lµ thø yÕu.
16-2. m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé
lµm viÖc khi r«to ®øng yªn
B×nh thCêng khi lµm viÖc, d©y quÊn r«to cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé ®Cîc nèi
ng¾n m¹ch vµ m¸y quay víi tèc ®é nµo ®ã (n ≠ 0). NhCng cã mét sè quan hÖ mµ khi
r«to ®øng yªn (n = 0) vÉn tån t¹i vµ qua tr¹ng th¸i ®ã cã thÓ hiÓu mét c¸ch dÔ dµng h¬n
nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé. V× vËy trCíc hÕt ta sÏ nghiªn cøu
trCêng hîp r«to ®øng yªn. Thùc ra cã thÓ coi ®éng c¬ ®iÖn lóc më m¸y n»m trong
trCêng hîp nµy.
16.2.1. C¸c ph+¬ng tr×nh c¬ bn
§Æt mét ®iÖn ¸p U1 cã tÇn sè f1 vµo d©y quÊn stato, trong d©y quÊn stato sÏ cã dßng
®iÖn I1 tÇn sè f1; trong d©y quÊn r«to cã dßng ®iÖn I2 tÇn sè còng lµ f1. Dßng ®iÖn I1 vµ
I2 sinh ra c¸c s.t.®. quay F1 vµ F2 cã trÞ sè (nhC ®· biÕn ë phÇn thø ba, chC¬ng 14):
=
=
2
22
2
2
1
11
1
1
2
2
I
P
kW
m
F
I
P
kW
m
F
dq
dq
π
π (16-1)
trong ®ã: m1, m2 lµ sè pha cña d©y quÊn stato vµ r«to;
p - sè ®«i cùc;
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
37
W1, W2, kdq1, kdq2 lµ sè vßng d©y nèi tiÕp trªn mét pha vµ hÖ sè d©y quÊn cña stato,
r«to.
Hai s.t.®. nµy cïng quay víi tèc ®é ®ång bé
P
f
n1
1
60
= vµ t¸c dông víi nhau ®Ó sinh
ra s.t.®. tæng trong khe hë F0. V× vËy phC¬ng tr×nh c©n b»ng s.t.®. cã thÓ viÕt:
021 FFF &&& =+
hay )( 201 FFF &&& −+= (16-2)
Còng gièng nhC c¸ch ph©n tÝch m.b.a, ë ®©y cã thÓ coi nhC dßng ®iÖn stato 1
I
& gåm
hai thµnh phÇn: mét thµnh phÇn 0
I
& t¹o nªn s.t.®. 0
11
1
0
2I
P
kW
m
Fdq &&
π
=vµ mét thµnh phÇn
lµ ( ,
2
I
&
−) t¹o nªn s.t.®. ,
2
11
1
2
2
)'( I
P
kW
m
Fdq &&
π
−=− ®Ó bï l¹i s.t.®. 2
22
2
2
2I
P
kW
m
Fdq &&
π
= cña
dßng ®iÖn thø cÊp 2
I
&. NhC vËy ta cã:
)'( 201 III &&& −+=
021 'III &&& =+ (16-3)
So s¸nh s.t.®. 2
F
& do dßng ®iÖn 2
I
& cña r«to vµ thµnh phÇn '
2
F
&cña dßng ®iÖn stato '
2
I
&
ta cã:
'
22
2
11
1
2
22
2I
P
kW
m
I
P
kW
mdqdq &&
ππ =
Tõ ®ã t×m ®Cîc tû sè biÕn ®æi dßng ®iÖn
222
111
2
2
'dq
dq
ikWm
kWm
I
I
k== &
&
(16-4)
Dßng ®iÖn quy ®æi cña r«to sang stato b»ng:
i
k
I
I2
2'
&
&=
Tõ th«ng chÝnh Φ do s.t.®. F0 sinh ra trong khe hë quÐt qua hai d©y quÊn stato vµ
r«to vµ c¶m øng trong ®ã c¸c s.®.®. cã trÞ sè b»ng:
=
=
φ
φ
2222
1111
44,4
44,4
dq
dq
kWfE
kWfE (16-5)
Khi r«to ®øng yªn f2 = f1 nªn tû sè biÕn ®æi ®iÖn ¸p cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé
b»ng:
22
11
2
1
dq
dq
ekW
kW
E
E
k== (16-6)
Quy ®æi s.®.®. r«to sang stato ta ®Cîc:
E1 = E2’ = keE2
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
38
Do d©y quÊn stato cã tõ th«ng t¶n lµ Φб1 nªn trong d©y quÊn stato sÏ c¶m øng s.®.®.
t¶n 111 xIJE && −=
σ, trong ®ã x1 lµ ®iÖn kh¸ng t¶n cña d©y quÊn stato. NÕu xÐt c¶ ®iÖn ¸p
r¬i trªn ®iÖn trë r1 cña d©y quÊn stato lµ 11rI
& th× phC¬ng tr×nh c©n b»ng vÒ s.®.®. trong
m¹ch ®iÖn stato nhC sau:
111111111
1
11 )()( ZIEjxrIErIEEU &&&&&&&& +−=++−=++−= σ (16-7)
trong ®ã Z1 = r1 + jx1 lµ tæng trë cña d©y quÊn stato.
Trong d©y quÊn r«to còng vËy, do d©y quÊn r«to ng¾n m¹ch nªn phC¬ng tr×nh c©n
b»ng vÒ s.®.®. trong m¹ch ®iÖn r«to nhC sau:
2222222 )( ZIEjxrIEO &&&& +−=++−= (16-8)
trong ®ã:
r2 - ®iÖn trë r«to bao gåm c®iÖn trë phô m¾c vµo nÕu cã;
x2 - ®iÖn kh¸ng t¶n trªn d©y quÊn r«to;
Z2 = r2 + jx2 - tæng trë cña d©y quÊn r«to.
Còng gièng nhC ë m.b.a, ta cã thÓ viÕt:
)(
001 mmm jxrIZIE +==− &&& (16-9)
0
I
& - dßng ®iÖn tõ ho¸ sinh ra søc tõ ®éng 0
F
&;
rm - ®iÖn trë tõ ho¸ ®Æc trCng cho tæn hao s¾t;
xm - ®iÖn kh¸ng tõ ho¸ biÓu thÞ sù hç c¶m gi÷a stato vµ r«to.
Muèn quy ®æi ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng r«to sang bªn stato ph¶i ¸p dông nguyªn t¾c
tæn hao kh«ng ®æi vµ gãc pha gi÷a E2 vµ I2 kh«ng ®æi.
Khi quy ®æi r2 ta cã:
2,
2
2,
212
2
22 rImrIm =
Tõ ®ã ta ®Cîc:
2
2
222
111
1
2
2
2
'
2
2
1
2
'
2r
kWm
kWm
m
m
r
I
I
m
m
r
dq
dq
=
=
r2’ = kiker2 = kr2 (16-10)
Khi quy ®æi x2 ta cã:
'
2
'
2
2
2
2r
x
r
x
tg ==Ψ
vµ ta ®Cîc 22
'
2
2
'
2kxx
r
r
x== (16-11)
Tæng trë Z
,
2
= r2’ +jx2’ = k(r2 + jx2) = kZ2
trong ®ã k = ki.ke lµ hÖ sè quy ®æi ®iÖn trë, ®iÖn kh¸ng vµ tæng trë.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
39
H×nh
1
-
1
:
S¬ ®å m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé cã
trôc d©y quÊn stato vµ r«to trïng pha nhau (a)
vµ lÖch pha nhau mét gãc β (b)
Chó ý: Khi viÕt phC¬ng tr×nh trªn ta coi nhC trôc d©y quÊn stato vµ r«to cïng pha
trïng nhau (h×nh 16-1a).
TrCêng hîp chung, gi sö d©y quÊn r«to lÖch víi d©y quÊn stato mét gãc kh«ng
gian β theo chiÒu cña tõ trCêng quay (h×nh 16-1b) th× khi tõ trCêng quay quÐt qua c¸c
d©y quÊn, ta cã:
βj
e
eE
k
E−
=12
1&&
vµ βj
e
e
z
E
kz
E
I−
==
2
1
2
2
2.
1&&
&
Ta thÊy khi d©y quÊn
r«to dÞch pha trCíc d©y
quÊn stato mét gãc kh«ng
gian β th× s.®.®. vµ dßng
®iÖn cña nã chËm sau mét
gãc pha β vÒ thêi gian so
víi khi hai d©y quÊn cïng
pha cã trôc trïng nhau.
Trong trCêng hîp ®ã, biªn
®é cña s.t.®. quay F2 do
dßng ®iÖn cña r«to I2
sinh
ra sÏ ®¹t tíi vÞ trÝ trïng víi
trôc pha cña d©y quÊn r«to (thÝ dô pha a) chËm mét khong thêi gian øng víi thêi gian
cÇn thiÕt ®Ó F2 quay ®i mét gãc β. V× ë ®©y (h×nh 16-1b) trôc pha a cña r«to ®· cã vÞ trÝ
vCît trCíc trôc pha A cña stato mét gãc β, nªn s.t.®. F2 cã vÞ trÝ tC¬ng ®èi so víi s.t.®.
F1 hoµn toµn gièng nhC khi trôc hai d©y quÊn stato vµ r«to trïng nhau nhC ®· xÐt ë
trCêng hîp cña h×nh 16-1a. KÕt qu lµ s.t.®. tæng F0 vµ tõ th«ng tC¬ng øng sÏ kh«ng
®æi, do ®ã trÞ sè cña s.®.®, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn ®Òu kh«ng thay ®æi.
Tõ ph©n tÝch trªn ta rót ra kÕt luËn lµ: ë mét thêi ®iÓm nhÊt ®Þnh, trôc s.t.®. cña r«to
so víi vÞ trÝ cña d©y quÊn stato vÉn kh«ng thay ®æi dï d©y quÊn r«to ë vÞ trÝ bÊt kú. Do
®ã phC¬ng tr×nh c©n b»ng vÒ s.t.®. (16-2) viÕt ë trªn vÉn ®óng. Khi trôc cña d©y quÊn
r«to lÖch víi trôc cña d©y quÊn stato cïng pha th× chØ cã s.®.®. vµ dßng ®iÖn lÖch ®i mét
gãc pha. NhCng v× chóng ta chØ cÇn gi¶i ra dßng ®iÖn vµ s.®.®. cña stato, cßn r«to chØ
t¸c dông lªn stato th«ng qua s.t.®. cña nã, cho nªn khi β = 0 hay β ≠ 0 ta coi nhC ë bªn
stato kh«ng cã g× thay ®æi, v× vËy dïng trCêng hîp β = 0 ®Ó lËp quan hÖ gi÷a stato vµ
r«to. NhC vËy cã thÓ tr¸nh sù phøc t¹p khi xÐt thªm gãc β.
Tãm l¹i c¸c phC¬ng tr×nh c¬ b¶n ®Æc trCng cho t×nh tr¹ng lµm viÖc ng¾n m¹ch cña
m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé (r«to ®øng yªn) khi quy ® æi sang stato bao gåm:
=+=−
=+
=
+−=++−=
+−=++−=
mmm zIjxrIE
III
EE
zIEjxrIEO
zIEjxrIEU
001
0
'
21
1
'
2
2222222
11111111
)(
''')''(''
)(
&&&
&&&
&&
&&&&
&&&&&
(16-12)
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
40
H×nh
-
: §å thÞ vÐct¬ cña m¸y ®iÖn
kh«ng ®ång bé khi r«to ®øng yªn .
&
I0
−jxI
11
&
&
U1
&
I1
rI
11
&
−&
E1
−′′
jxI
22
&
−′′
rI
22
&
−′
&
I2
Φ
&
r
1
U
1
&&
II
12
≈− ′
H×nh
-
: M¹ch ®iÖn thay thÕ cña m¸y
®iÖn kh«ng ®ång bé khi r«to ®øng yªn
x2'
x
1
r,
2
16.2.2. §å thÞ vect¬ vµ m¹ch ®iÖn thay thÕ
Dùa vµo c¸c phC¬ng tr×nh c¬ b¶n (16-12) ta vÏ ®Cîc ®å thÞ vect¬ cña m¸y ®iÖn
kh«ng ®ång bé khi r«to ®øng yªn nhC ë h×nh 16-2.
Khi r«to ®øng yªn mµ d©y quÊn r«to nèi ng¾n m¹ch, nÕu muèn giíi h¹n c¸c dßng
®iÖn I1 vµ I2 trong d©y quÊn stato vµ r«to ®Õn c¸c trÞ sè ®Þnh møc th× còng nhC ë m.b.a.
khi ng¾n m¹ch cÇn gim thÊp ®iÖn ¸p ®Æt
vµo. §iÖn ¸p ®ã (gäi lµ ®iÖn ¸p ng¾n
m¹ch) vµo kho¶ng (15 ÷ 25)%U
®m. Còng
do ®ã mµ s.®.®. E1 trong m¸y nhá ®i rÊt
nhiÒu vµ tõ c«ng thøc (16-5) ta thÊy tõ
th«ng chÝnh trong m¸y rÊt nhá, nghÜa lµ
s.t.®. tõ ho¸ F0 rÊt nhá so víi F1 vµ F2, do
®ã phC¬ng tr×nh (16-2) cã thÓ bá qua 0
F
&.
Lóc ®ã ta cã:
0
021 ≈=+ FFF &&&
hay 0
,
21 ≈+ II && (16-13)
Thay (16-13) vµo phC¬ng tr×nh thø tC
cña (16-12) cã thÓ tÝnh ®Cîc dÔ dµng dßng
®iÖn stato 1
I
&
:
n
z
U
zz
U
I1
'
21
1
1
&&
&=
+
=
trong ®ã Zn = Z1 + Z2’
= (r1 + r2’) + j(x1 + x2’)
= r
n
+ jx
n
lµ tæng trë ng¾n
m¹ch cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé.
Khi U
1
= U
®m th× I
1
lóc ®ã chÝnh lµ
dßng ®iÖn më m¸y.
M¹ch ®iÖn thay thÕ nhC h×nh 16-3.
16-3. M¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé lµm viÖc khi r«to quay
Khi r«to quay th× trÞ sè tÇn sè s.®.®. vµ dßng ®iÖn cña r«to thay ®æi, ®iÒu ®ã nh
hCëng lín ®Õn sù lµm viÖc cña m¸y ®iÖn, nhCng nã kh«ng lµm thay ®æi quy luËt vµ
quan hÖ vÒ ®iÖn tõ khi r«to ®øng yªn. §iÒu nµy cÇn chó ý khi nghiªn cøu sau nµy.
16.3.1. C¸c ph+¬ng tr×nh c¬ bn
M¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé khi lµm viÖc th× d©y quÊn r«to nhÊt ®Þnh ph¶i kÝn m¹ch vµ
thCêng lµ ng¾n m¹ch. Nèi d©y quÊn stato víi nguån ®iÖn ba pha th× trong d©y quÊn cã
dßng ®iÖn I1, do ®ã phC¬ng tr×nh c©n b»ng vÒ s.®.®. trªn d©y quÊn stato vÉn nhC cò.
11111111 )( ZIEjxrIEU &&&&& +−=++−= (16-14)
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com