ThS Chiêm Trọng Hiển
25
CHƯƠNG 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Mở đầu:
Hiểu cấu tạo; Nguyên lý làm việc; Sơ đồ thay thế; Đặc tính cơ; Một số thông
số kỹ thuật của động cơ điện không đồng bộ 3pha.
Hiểu phương pháp khởi động, đảo chiều quay và điều chỉnh tốc độ động cơ
điện không đồng bộ 3pha.
Hiểu đạc điểm cấu tạo, nguyên lỳ hoạt động của động cơ không đồng bộ 2
pha, 1pha.
Mở đầu.
Máy điện không đòng bộ là máy điện có tốc độ quay của rotor khác với tốc độ
quay của từ trường quay. Máy điện đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát hoặc
chế động cơ.
Máy phát điện đồng bộ có đặc tính kỹ thật không tốt bằng máy phàt điện đồng
bộ nên ít được dùng.
Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo không phức tạp, vận hành đơn giản,
làm việc tin cậy nên được sử dụng rộng rãi.
Máy điện không đồng bộ có các loại: 3 pha, 2 pha và 1 pha.
Các lượng định mức của máy điện không đồng bộ: cũng như các máy điện
khác, máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ
thuật của máy. Các trị số này do nhà sản xuất qui định và được ghi trên nhãn máy.
Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn
máy ghi các trị số định mức của động cơ điện khi máy mang tải định mức. Các
lượng định mức đó thường gồm: công suất định mức ở đầu trục Pđm(W, kW); Điện
áp dây định mức Uđm; Dòng điện dây định mức Iđm(A); Tốc độ quay định mức nđm-
(vg/ph); Hệ số công suất định mức cosdm; Hiệu suất định mức đm=Pđm/31/2UđmIđm
cosdm…
3.1. Cấu tạo máy điện không đồng bộ 3 pha.
Các máy điện quay có cấu tạo gồm 2 phần: phần tĩnh (stator) và phần quay
(Rotor).
3.1.1. Stator của máy điện không đồng bộ 3 pha.
Stator gồm các bộ phận sâu: Lõi thép, dây quân và vỏ máy.
Lõi thép stator có dạng hình vành khăn, được ghép bằng các lá thép kỹ thuật
điện có hình dạng như hình 3.1. Mặt trong của lõi thép có các rãnh để đặt dây quấn.
Rãnh có các dạng: Rãnh kín, là rãnh không có miệng; Rãnh hở, là rãnh có
miệng và đáy bằng nhau; Rãnh nửa hở, là rãnh có miệng bằng ½ đáy; Rảnh nửa
kín, là rãnh có miệng nhỏ hơn đáy. Có 2 dạng rãnh nửa kín phổ biến là rãnh hình
thang và rãnh quả lê.
Dây quấn stator thường là dây đồng có tiết diện tròn hoặc chữ nhật và được
bọc cách điện. Dây quấn được đặt trong các rãnh củalõi thép stator. Tập hợp các
vòng dây nối tiếp nhau cùng nằm trong 2 rãnh dưới 2 cực từ khác tên kề nhau gọi là
1 phần tử dây quấn hay bối dây. Một pha dây quấn là 1 cuộn dây gồm 1 số phần tử
ThS Chiêm Trọng Hiển
26
dây quấn nối với nhau. Dây quấn stator gồm 3 cuộn dây giống nhau, có vị trí lệch
nhau góc không gian 1200điện (120/p độ, trong đó p là số đôi cực từ của động cơ).
Vỏ máy: Vỏ máy có chức năng bảo vệ máy và làm giá rắp các bộ phận khác
của máy.
Vỏ máy có thể làm bẳng thép đúc, hoặc nhôm. Vỏ gồm thân và 2 nắp.
Thân vỏ để chứa lõi thép. Mặt ngoài thân có các gờ tản nhiệt, có các lỗ để lắp
vòng treo, bảng đấu dây và đế máy
2 nắp của thân dùng để che phần đầu nối của dây quấn và là giá chứa 2 ổ trục của
rotor.
Lá thép ghép
thành lõi thép
stator
Rãnh đặt dây quấn
Rãnh kín
Rãnh hình thang Rãnh quả lê
Hình 3.1
Rãnh hởRãnh nửa hở
ThS Chiêm Trọng Hiển
27
3.1.2. Cấu tạo rotor của máy điện
không đồng bộ 3 pha.
Rtor gồm có các bộ phận: Lõi
thép, trục và dây quấn.
Lõi thép được ghép bằng các
lá thép kỹ thuật điện có hình dạng
như hình 3.2. Mặt ngoài có các
rãnh để đặt dây quấn rotor; Ở
giữa có lỗ để lắp trục rotor.
Trục rotor làm bằng thép. Cố định trục với lõi thép thường theo kiểu then hoa.
Dây quấn: Máy điện không đồng bộ có 2 kiểu dây quấn rotor: Kiểu
rotor lồng sóc và kiểu rotor quấn dây.
Rotor lồng sóc (rotor ngắn mạch): Trong mỗi rãnh của lõi thép rotor đặt 1
thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm, đầu các thanh dẫn nối vào 2 vành bằng đồng hoặc
nhôm gọi là 2 vành ngắn mạch. Hệ thống các thanh dẫn và 2 vành ngắn mạch tạo
thành cái lồng như hình 3.3
Rotor quấn dây: Trong các rãnh của lõi thép rotor đặt dây quấn 3 pha giống
như dây quuấn stator. Dây quấn này thường nối sao, 3 đấu dây ra của dây quấn nối
với 3 vành bằng đồng (gọi là vành trượt) gắn cố định trên trục rotor. Các vành trượt
được cách điện với trục rotor. Tỳ nên 3 vành trượt là 3 chổi than gắn cố định trên
giá. 3 chổi than nối với 3 biến trở dùng để mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ
(hình 3.4).
Lá thép ghép thành lõi thép rotor
Hình 3.2
Rãnh
đặt dây
quấn
Lỗ
lắp
trục
Hệ thống thanh dẫn-vành ngắn mạch Rotor lồng sóc
Hình 3.3
3 cuộn dây
rotor Biến trở
Chổi than
Trục
Rotor 3 Vành trượt
Hình 3.4
ThS Chiêm Trọng Hiển
28
Động cơ rotor lồng sóc có cấu tạo bền chắc, nên rất phổ biến. Động cơ rotor
quấn dây có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ nhưng cấu tạo phức tạp, dễ có
sự cố, nên chỉ được dùng trong những ứng dụng mà rotor lồng sóc không đáp ứng
được.
3.1.3. Sơ đồ dây quấn máy điện xoay chiều 3 pha.
Để biểu diễn câu trúc của dây quấn máy điện, người ta dùng một loại hình vẽ
gọi là sơ đồ dây quấn của máy điện. Thường sử dụng sơ đồ khai triển phẳng. Sơ đồ
khai triển phẳng của dây quấn máy điện là hình vẽ của dây quấn máy điện (với qui
ước mỗi bối dây được biểu diễn bằng 1 hình đa giác) sau khi cắt mặt trụ stator (hoặc
rotor) của máy điện theo đường sinh của nó rồi trải măt trụ đó ra trên mặt phẳng.
Để khảo sát sơ đồ dây quấn máy điện, trước tiên cần qui ước 1 số ký hiệu và
định nghĩa 1 số khái niệm.
3.1.3.1. Một số khái niệm, ký hiệu.
Số rãnh đặt dây quấn (trên lõi thép), ký hiệu là Z.
Số đôi cực từ, ký hiệu là p;
Số cực từ, ký hiệu là 2p.
Bước cực từ, ký hiệu là , là độ rộng của 1 cực từ tính bằng số rãnh.
Số rãnh của 1 pha dưới 1 cực từ, ký hiệu là q.
Khoảng cách giữa 2 rãnh kề nhau (tính bằng độ điện), ký hiệu là đ.
Khoảng cách giữa 2 rãnh đầu của 2 pha, ký hiệu là KAB (KAC).
Ta có các quan hệ sau:
p
Z
2
rãnh
3
m
qrãnh
180360*
Z
pđộ/rãnh
d
AB
K
120
rãnh
d
AC
K
240 rãnh
Bối dây (hay phần tử dây quấn) là tập hợp
các vòng dây quấn nối tiếp nhau, cùng nằm
trong 2 rãnh dưới 2 cực từ khác tên. Phần bối
dây nằm trong rãnh gọi là cạnh tác dụng của
bối dây, phần nối 2 cạnh tác dụng với nhau gọi
là đầu nối của bối dây. Bối dây có 2 đầu ra:
một là đầu và một là cuối của bối.
Nhóm bối dây là tập hợp các bối dây của
cùng 1 pha, nằm kề nhau và được nối tếp với
nhau. Nhóm bối dây cũng có 1 đấu đầu và 1
đấu cuối.
Bước dây quấn, ký hiệu y, là khoảng cách giữa 2 cạnh tác dụng của bối dây.
đầu
bối
cuối
bối
C
ạnh tác
dụng
Dầu
nối
Hình 3.5: Bối dây
y
ThS Chiêm Trọng Hiển
29
3.1.3.2. Phân loại dây quấn.
Phân loại theo q, chia làm 2 loại: Dây quấn có q nguyên và dây
quấn có q phân số.
Phân loại theo kích thước các
bối dây trong nhóm bối dây, chia
làm 2 loại:
Dây quấn đồng khuôn: là dây
quấn mà các bối dây trong nhóm
bối dây có hình dáng, kích thước
giống hệt nhau.
Dây quấn đồng tâm: là dây quấn
mà bối dây lớn hơn trong nhóm
bối dây bao lấy bối dây nhỏ hơn
của nhóm.
Phân loại theo y, chia làm 2 loại:
Dây quấn bước đủ: là dây quấn có y=
Dây quấn bước ngắn: là dây quấn có y<
Phân loại theo số lượng cạnh tác dụng của bối dây nằm trong 1 rãnh, chia làm 2
loại:
Dây quấn 1 lớp: là dây quấn trong 1 rãnh chỉ có 1 cạnh tác dụng của bối dây.
Dây quấn nhiều lớp: là dây quấn trong 1 rãnh có từ 2 cạnh tác dụng của bối dây
trở lên.
3.1.3.3. Dây quấn có q nguyên.
Điều kiện để có q nguyên là: Z chia hết cho 3.2p=6p
3.1.3.3.1. Dây quấn bước đủ (Dây quấn một lớp).
Các bước thành lập sơ đồ khai triển phẳng của dây quấn 1 lớp.
Bước 1: Tính các thông số của sơ đồ
p
Z
2
;
m
q;
180
;
d
AB
K
120
Bước 2:
Vẽ Z điểm cách đều nhau đánh số từ 1 đến Z (để biểu diễn Z rãnh).
Căn cứ vào xác định phạm vi các cực từ; căn cú vào q xác định các rãnh
phân chia cho từng pha dưới mỗi cực từ.
Bước 3: Vẽ bối dây, nhóm bối dây, cuộn dây của mỗi pha.
Vẽ dây quấn kiểu tập trung.
Lấy 1 rãnh của pha A ở cực từ thứ nhất nối với 1 rãnh của pha A ở cực từ
thứ 2 tạo thành 1 bối dây. Toàn bộ các rãnh của pha A ở 2 cực từ này kết hợp với
nhau để tạo thành các bối dây của nhóm bối dây đầu tiên của pha A. Nối các bối dây
trong 1 nhóm bối dây theo cách cuối với đầu.
Làm tương tự như trên với các rãnh của pha A ở các cặp cực từ còn lại để tạo
thành các nhóm bối dây tiếp theo của pha A.
Nối các nhóm bối dây của pha A với nhau theo cách cuối với đầu để tạo
thành cuộn dây pha A.
Nhóm b
ối dây
đồng khuôn
Nhóm b
ối dây
đồng tâm
Hình 3.6