Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Kỹ thuật - Công nghệ Kiến trúc xây dựng Nghiên cứu thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc rãnh sâu có đến tí...

Tài liệu Nghiên cứu thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc rãnh sâu có đến tính đến hiệu ứng mặt ngoài trong thanh dẫn rôto

.PDF
114
146
129

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ QUỐC DUY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA RÔTO LỒNG SÓC RÃNH SÂU CÓ TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI TRONG THANH DẪN RÔTO LUẬN VĂN THẠC SĨ NINH THUẬN, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ QUỐC DUY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA RÔTO LỒNG SÓC RÃNH SÂU CÓ TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI TRONG THANH DẪN RÔTO Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60520202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS: Lê Quang Cường NINH THUẬN, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận văn Lê Quốc Duy i LỜI CÁM ƠN Để có kết quả và hoàn thành tốt trong thời gian học tập tại Trường Đại Học Thủy lợi em xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô khoa Năng Lượng Trường Đại Học Thủy lợi. Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp. Trong suốt khoảng thời gian học tập tai trường cho đến nay em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các quý thầy, cô gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến các quí thầy, cô ở khoa Năng Lượng, Trường Đại học Thủy Lợi. Trong suốt thời gian học tập đã truyền đạt những kiến thức hết sức thiết thực và cần thiết về ngành nghề điện mà em theo học, với sự hướng dẫn dạy bảo tận tình của thầy cô trong suốt 5 tháng làm luận văn. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến GVHD là thầy TS Lê Quang Cường đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập cũng như luận văn của em. Do vậy không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn em rất mong nhận được ngững ý kiến đóng góp quý báo của quý thầy cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn. Em gởi lời cảm ơn chân thành và lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô khoa Năng Lượng, Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa học, do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên không tránh khỏi sự thiếu sót em rất mong nhận được sự gớp ý của quý thầy cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và hoàn thành tốt hơn. Em xin chân thành cám ơn ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH...................................................................................... v MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... vii CHƯƠNG 1 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ........................... 1 Kết cấu, các đại lượng định mức và công dụng .....................................................1 1.1.1 Lõi sắt: là phần dẫn từ. ....................................................................................... 1 1.1.2 Dây quấn: ............................................................................................................1 1.1.3 Vỏ máy: gồm thân máy, nắp máy và chân đế.....................................................2 1.1.4 Lõi thép. ..............................................................................................................2 1.1.5 Dây quấn rôto: ....................................................................................................3 1.2 Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ ....................................................5 1.2.1 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto đứng yên ........................................6 1.2.2 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto quay .............................................10 1.3 bộ Các chế độ làm việc, giản đồ năng lượng, đồ thị vectơ của máy điện không đồng .............................................................................................................................. 15 1.4 Các đặc tính của máy điện không đồng bộ ........................................................ 18 1.4.1 Các đặc tính làm việc của động cơ điện không đồng bộ ..................................18 1.4.2 Đặc tính moment .............................................................................................. 19 1.4.3 Tổn hao và đặc tính hiệu suất của động cơ h = f (P2). .....................................19 1.4.4 Đặc tính hệ số công suất cosφ = f (P2) ............................................................. 19 1.4.5 Năng lực quá tải ................................................................................................ 20 1.5 Hiệu ứng mặt ngoài ở thanh dẫn rôto lòng sóc .................................................... 20 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ....................................21 2.1 Những vấn đề chung khi thiết kế động cơ không đồng bộ ..................................21 2.2 Tính toán thiết kế máy điện không đồng bộ ......................................................... 27 2.2.1 Xác định kích thước chủ yếu . ..........................................................................27 2.2.2 Thiết kế stato ....................................................................................................29 2.2.3 Thiết kế rôto......................................................................................................31 2.2.4 Tính toán điện từ ............................................................................................... 34 2.2.5 Tham số của động cơ định mức ........................................................................44 2.2.6 Tính toán tổn hao .............................................................................................. 49 iii 2.2.7 Tính toán các đặc tính làm việc ........................................................................51 2.2.8 Tính toán đặc tính khởi động ............................................................................54 CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA RÔTO LỒNG SÓC RÃNH SÂU KHI TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI TRONG THANH DẪN RÔTO. ......................................................................59 3.1 Xây dựng module tính toán ảnh hưởng của hiệu ứng tần số đến các điện trở và điện kháng của rôto lồng sóc rãnh sâu...........................................................................59 3.1.1 Sự thay đổi các tham số do hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện .....59 3.1.2 Phương pháp tính toán ảnh hưởng của hiệu ứng tần số trong thanh dẫn rôto ..63 3.2 Mô phỏng và khảo sát đặc tính động của động cơ không đồng bộ khi tổng trở của rôto thay đổi trong quá trình làm việc. .........................................................................69 3.2.1 Công nghê xây dựng S-Funtion trong SIMULINK ..........................................69 3.2.2 Mô hình toán học .............................................................................................. 72 3.2.3 Xây dựng mô hình DKB trong Simulink sử dụng hàm S-function đã lập trình cho DKB. ...................................................................................................................78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..................83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 84 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 85 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Lá thép kĩ thuật điện ......................................................................................... 1 Hình 1.2 Dây quấn stator ............................................................................................... 2 Hình 1.3 Stator của máy điện không đồng bộ ................................................................ 2 Hình 1.4 Lá thép rôto kĩ thuật điện không đồng bộ ....................................................... 3 Hình 1.5 Rôto (a) và sơ đồ mạch điện (b) của rôto dây quấn.........................................3 Hình 1.6 Dây quấn rôto lồng sóc (a) và rôto lồng sóc rãnh chéo (b) ............................. 4 Hình 1.7 Đồ thị véc tơ của máy điện điện không đồng bộ khi ngắn mạch ..................10 Hình 1.8 Mạch điện thay thế của máy không đồng bộ khi rôto đứng yên ...................10 Hình 1.9 Giản đồ thay thế hình T .................................................................................14 Hình 1.10 Giản đồ năng lượng của động cơ điện .......................................................... 15 Hình 1.11 Giản đồ năng lượng của máy phát điện không đồng bộ ............................... 17 Hình 1.12 Đồ thị vec tơ của máy điện không đồng bộ ..................................................17 Hình 1.13 Đồ thị vectơ và giản đồ năng lượng của máy điện không đồng bộ ở chế độ hãm điện từ. ...................................................................................................................18 Hình 2.1 Dạng rãnh rôto loại thường ...........................................................................33 Hình 2.2 Kích thước rãnh và cách điện .........................................................................37 Hình 2.3 Kích thước rãnh rôto và vòng ngắn mạch ...................................................... 40 Hình 2.4 Đồ thị biểu thị đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. 53 Hình 3.1 kích thước rãnh rôto dung để xác định chiều sâu qui đổi hx, hr ..................... 61 Hình 3.2 Đường cong  , '  f ( ) ..................................................................................61 Hình 3.3 Sơ đồ thay thế cuộn dây của rôto khi chia nhiều lớp .....................................63 Hình 3.4 Bố trí không gian tổng quát ............................................................................72 Hình 3.5 Mô hình hệ thống được xây dựng ..................................................................78 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Trị số KD ......................................................................................................27 Bảng 2.2 Hiệu suất và cosϕ dãy động cơ điện không đồng bộ 3K .............................. 28 Bảng 2.3 Xác định bước răng stato .............................................................................31 Bảng 2.4 Số liệu đặc tính làm việc ...............................................................................52 vi MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài: Trong các loại động cơ thì động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản nhất, đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc. Do đơn giản nên giá rẻ, làm việc tin cậy, thao tác vận hành thuận tiện. Ngày nay, với sự phát triển của các bộ biến tần nên việc điều khiển Động cơ không đồng bộ được thực hiện dễ ràng. Do những nguyên nhân đó động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi Động cơ không đồng bộ bao gồm động cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc. Các động cơ không đồng bộ rôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc đơn giản không được sử dụng rộng rãi vì mô men mở máy nhỏ và dòng điện mở máy lại lớn. Ngoài ra đối với loại rôto dây quấn phải có vành trượt, cấu tạo phức tạp, đòi hỏi phải có điện trở mở máy nên làm việc kém đảm bảo, điều khiển mở máy phức tạp. Trên thực tế ngưởi ta sử dụng rộng rãi động cơ rôto lồng sóc rãnh kép hoặc rãnh sâu để cải thiện đặc tính mở máy. Khi thiết kế tính toán động cơ không đồng bộ, việc khảo sát tính toán các đặc tính của động cơ thường được nghiên cứu bằng phương pháp giải tích, tính toán các đặc tính của động cơ dự trên sơ đồ thay thế, khảo sát đặt tính theo độ trượt. Trong quá trình tính toán ta coi điện kháng tản của stato và rôto, từ hóa không phụ thuộc vào bão hòa của lõi thép, còn tổn thất do từ thông tản và các sóng điều hòa bậc cao bằng không, bỏ qua sự phụ thuộc của tổng trở rôto vào hệ số trượt. Thực chất các thông số của động cơ sẽ thay đổi do hiện tượng bão hòa mạch từ, hiệu ứng tần số trong rôto. Với sự phát triển của công nghệ thông tin, chúng ta có thể vận dụng để tính toán và khảo sát các đặc tính động của động cơ có tính đến sự thay đổi của các tham số động cơ theo thời gian, nhờ đó chúng ta có thể tính toán được các chỉ tiêu động của động cơ ngay ở bước thiết kế. Chính vì vậy em xin chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc rãnh sâu có đến tính đến hiệu ứng mặt ngoài trong thanh dẫn rôto”. vii 2. Mục đích của Đề tài: Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc rãnh sâu nhằm cải thiện đặc tính khởi động, xây dựng module tính toán và mô hình khảo sát đặc tính động của động cơ khi tham số của động cơ thay đổi trong quá trình làm việc, từ đó có thể tìm được các chỉ tiêu động của động cơ ngay trong quá trình thiết kế. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc rãnh sâu 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, tính toán thiết kế, lập trình giải quyết bài toán trên máy tính, mô phỏng và thực nghiệm trên mô hình mô phỏng để khảo sát đặc tính động của động cơ không đồng bộ. 5. Cấu trúc của luận văn Luận văn gồm 3 chương, 4 bảng và 22 hình được trình bày trong 82 trang với các nội dung đại cương về máy điện, thiết kế máy điện không đồng bộ. Xây dựng module tính toán ảnh hưởng của hiệu ứng tần số đến các điện trở và điện kháng của rôto lồng sóc rãnh sâu. Mô phỏng và khảo sát đặc tính động của ĐCKĐB khi tổng trở của rôto thay đổi trong quá trình làm việc và kết luận của luận văn viii CHƯƠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Kết cấu, các đại lượng định mức và công dụng * Kết cấu Máy điện không đồng bộ gồm các bộ phận chính sau: phần tĩnh, phần quay và khe hở không khi giữa rôto và stato. + Phần tĩnh (stato): Phần tĩnh gồm lõi sắt, dây quấn và vỏ máy. 1.1.1 Lõi sắt: là phần dẫn từ. Lõi sắt được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,35 ÷ 0,5 mm, bề mặt có phủ sơn cách điện để chống tổn hao do dòng điện xoáy. Khi đường kính máy nhỏ, các lá thép được dập theo hình tròn như ở hình a. Khi đường kính ngoài lõi thép lớn (trên 990 mm) các lá thép được dập thành hình rẻ quạt (hình b). Các lá thép ghép lại với nhau rồi ép chặt tạo thành hình trụ rỗng, bên trong hình thành các rãnh để đặt dây quấn như ở hình c. Nếu lõi thép dài quá thì các lá thép được ghép thành từng thếp dày 6 ÷ 8 cm, các thếp đặt cách nhau 1 cm để tạo đường thông gió hướng tâm. b) a) c) Hình 1.1 Lá thép kĩ thuật điện 1.1.2 Dây quấn: Là phần dẫn điện, được làm bằng dây đồng hoặc dây nhôm có bộc cách điện. Dây quấn stato của máy điện không đồng bộ 3 pha gồm ba dây quấn pha đặt lệch nhau trong không gian 1200 điện, mỗi pha gồm nhiều bối dây, mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây (hình a). Các bối dây được đặt vào rãnh của lõi thép stato (hình b ) và được nối với nhau theo một quy luật nhất định. 1 a) b) Hình 1.2 Dây quấn stator 1.1.3 Vỏ máy: gồm thân máy, nắp máy và chân đế. - Vỏ dùng để cố định lõi thép và dây quấn, đồng thời bảo vệ an toàn cho người khỏi chạm vào dây quấn (hình vẽ) - Vỏ không làm nhiệm vụ dẫn từ, thường đúc bằng gang. Vơi các máy công suất tương đối lớn (1000 kw) thường dùng thép tấm cuốn lại và hàn thành vỏ. 1 2 4 4 Hình 1.3 Stator của máy điện không đồng bộ 1. Mạch từ; 2. Vỏ máy; 3. Dây quấn. + Phần quay (rôto): Phần quay gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. 1.1.4 Lõi thép. - Lõi thép rôto được làm bằng các lá thép kĩ thuật điện, dập như hình a - Các lá thép sau khi ghép lại thành khối hình trụ mặt ngoài hình thành các rãnh để đặt dây quấn rôto, ở giữa có lỗ để ghép trục.Trên thực tế, tổn hao sắt ở lõi thép rôto khi 2 máy làm việc là rất nhỏ nên không cần dùng thép kĩ thuật điện. Nhưng để lợi dụng phần thép kĩ thuật điện sau khi dập lõi sắt stato, người ta dùng để ép lõi thép rôto luôn (hình b). a) b) Hình 1.4 Lá thép rôto kĩ thuật điện không đồng bộ 1.1.5 Dây quấn rôto: - Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ chia thành hai loại: loại rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc. Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn được đặt trong rãnh của lõi thép rôto. Dây quấn 3pha của rôto thường đấu hình sao (Y), ba đầu còn lại được nối với ba vòng trượt làm bằng đồng cố định ở đầu trục (hình a), tì lên ba vòng trượt là ba chổi than (hình b).Thông qua chổi than có thể ghép thêm điện trở phụ hay đưa sức điện động phụ vào mạch rôto để cải thiện đặc tính mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện cos. Khi làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch. Vòng trượt R b) a) Hình 1.5 Rôto (a) và sơ đồ mạch điện (b) của rôto dây quấn 3 - Loại rôto lồng sóc (còn gọi là rôto ngắn mạch) b) a) Hình 1.6 Dây quấn rôto lồng sóc (a) và rôto lồng sóc rãnh chéo (b) - Trong mỗi rãnh của lõi thép rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm, hai đầu dài ra khỏi lõi thép. Các thanh dẫn được nối tắt lại với nhau ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch cũng bằng đồng hoặc nhôm tạo thành một cái lồng (gọi là lồng sóc) như ở hình a. - Để cải thiện tính năng mở máy, trong các máy có công suất tương đối lớn rãnh rôto thường làm rãnh sâu hoặc lồng sóc kép (2 rãnh lồng sóc). Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thường làm chéo đi một góc so với tâm trục để cải thiện dạng sóng s.đ.đ (hình b). Ở phần quay còn có các bộ phận khác như trục máy, cánh quạt làm mát (với máy cỡ nhỏ). Khe hở: Giữa rôto và stato có khe hở rất đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (khoảng 0,2 ÷ 1,0 mm) để hạn chế dòng từ hoá lấy từ lưới vào, làm cho cos của máy cao hơn. * Các đại lượng định mức - Công suất định mức ở đầu trục: Pđm (W, kW). Đây là công suất cơ, nói lên khả năng sinh công của động cơ. Ngoài đơn vị W, kW còn có đơn vị là sức ngựa HP. 1 HP = 0,736 kW= 736 W - Điện áp định mức Uđm (V). Trên nhãn máy thường ghi hai trị số điện áp ứng với cách đấu dây của stato. Ví dụ Y/-380/220 V, nghĩa là khi nguồn có điện áp dây Ud = 380V thì dây quấn 3 pha stato đấu hìnhY, còn khi nguồn có Ud = 220V thì dây quấn stato đấu  4 - Dòng điện dây định mức: Iđm (A).Đây là dòng điện của cuộn dây stato lấy từ nguồn khi điện áp đặt vào động cơ là định mức và trục động cơ kéo phụ tải định mức.Trên nhãn động cơ thường ghi hai trị số dòng điện ứng với hai cách đấu dây - Tốc độ quay định mức nđm (vòng/phút). Đây là tốc độ quay của động cơ khi điện áp đặt vào động cơ là định mức và mômen cản trên trục động cơ là định mức. - Tần số nguồn định mức fđm (Hz). - Hiệu suất định mức ηđm là tỉ số giữa công suất cơ trên trục và công suất điện mà động cơ tiêu thụ khi tải định mức. - Hệ số công suất định mức cosđm. - Từ các số liệu định mức trên nhãn máy, có thể tìm được các trị số quan trọng khác như công suất điện định mức mà động cơ tiêu thụ từ lưới P1đm, mômen quay định mức ở đầu trục động cơ Mđm. * Công dụng: Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ... Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, động cơ tủ lạnh...Tóm lại phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi. Tuy vậy máy điện không đồng bộ có những nhược điểm sau: cosj của máy thường không cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của nó có phần bị hạn chế. 1.2 Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ Ta có thể coi máy điện không đồng bộ như một máy biến áp mà dây quấn stator là dây quấn sơ cấp, dây quấn rotor là dây quấn thứ cấp, sự liên hệ giữa sơ và thứ thông qua từ trường quay (ở máy biến áp là từ trường xoay chiều). Do đó có thể dùng cách phân tích kiểu máy biến áp để thiết lập các phương trình cơ bản, mạch điện thay thế, đồ thị 5 vectơ....Ta chỉ xét đến tác dụng của sóng cơ bản không xét đến tác dụng của sóng bậc cao vì ảnh hưởng của chúng là thứ yếu. 1.2.1 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto đứng yên Mục đích của chúng ta là chứng minh rằng khi rôto đứng yên máy điện không đồng bộ được xem như máy biến áp chỉ khác về phần cấu tạo. Còn về phần bản chất vật lý đều như nhau. Để nghiên cứu một cách hợp lý ta bắt đầu nghiên cứu từ những trạng thái làm việc giới hạn của máy: không tải, ngắn mạch để phần sau mở rộng khái niệm máy điện không đồng bộ cũng như máy biến áp ngay cả ở trường hợp với rôto quay. + Không tải của máy điện không đồng bộ khi n = 0 (Rôto đứng yên) Ta giả thuyết của máy điện không đồng bộ hở mạch và đứng yên stator được đặt vào lưới điện có điện áp U1, tần số f1. Trong trường hợp này máy điện không đồng bộ được xem như máy biến áp lúc không tải. Dưới tác dụng của điện áp U1 trong stator có dòng điện không tải I0, I0  F1   , một phần của  là  m móc vòng với hai dây quấn của máy, còn phần kia  1 chỉ móc vòng với dây quấn stator. Nếu máy có p đôi cực thì tốc độ n1 của f1 và  m là n1 = 60f1/p.Từ thông  m sinh ra ở dây quấn stator và rôto rotor hai sức điện động E1 và E2 xác định theo công thức: E1 = 2 .f 1 .k dq1 .  m E2 = 2 .f 1 .k dq2 .  m Từ thông tản  1 sẽ tạo nên ở dây quấn stator sức điện động tản E 1 E  1 = -j.I0.x1 x1 là điện kháng tản của dây quấn stator.Ngoài ra dây quấn stator còn có điện trở tác dụng r1, kể đến sự có mặt của nó dưới hình thức điện áp rơi I0r1. Phương trình sức điện động sơ cấp của máy điện không đồng bộ dưới dạng máy biến áp: U 1 = - E1 + l0 Z1 6 Đồ thị không tải của máy điện không đồng bộ tương ứng về nguyên tắc với những đồ thị không tải của máy biến áp. Nhưng trong quan hệ về lượng giữa hai đồ thị có một sự khác nhau rõ rệt: Trong máy điện không đồng bộ: l0 = (20  50) lđm Trong máy biến áp: l0 = (3  10) lđm Điện áp rơi trên dây quấn máy điện không đồng bộ khi không tải chiếm (2  5)% Uđm còn của máy biến áp thường không quá (0,1  0,4)% Uđm. Hệ số biến đổi sức điện động của máy điện không đồng bộ: ke  2. . f1 .w1 . k dq.1 . m w1 .k dq.1 E1   E2 2. . f1 .w2 . k dq.2 .m w2 .k dq.2 Trong máy điện không đồng bộ cũng như trong máy biến áp dây quấn thứ cấp được đưa về dây quấn sơ cấp nghĩa là thay cuộn dây thứ cấp thật bằng một cuộn khác cũng có số vòng dây, bước dây quấn và số rãnh của một pha dưới một cực như là cuộn sơ cấp. Sức điện động của dây quấn thứ cấp được qui đổi: E/2 = ke E2 = E1 Khi rôto hở mạch và đứng yên trong máy chỉ có tổn hao đồng của stator m1I2r1 tổn hao sắt ở stator, rotor: pfe1+ pfe2. Công suất P10 do máy tiêu thụ từ lưới P10 = m1 I20 r1 + pfe1 + pfe2. Trong máy điện không đồng bộ I0 và r1 tương đối lớn nên tổn hao đồng pcu1 chiếm một thành phần đáng kể trong P10. Đối với máy biến áp ta bỏ qua pcu1 lúc không tải. + Ngắn mạch của máy điện không đồng bộ khi n = 0: Nếu chúng ta dịch chuyển điểm tiếp xúc động của biến trở trong mạch rôto từ vị trí 1 sang vị trí 2 (thì chúng ta có tình trạng ngắn mạch của máy điện không đồng bộ. Về bản chất vật lý ngắn mạch như vậy tương tự ngắn mạch của máy biến áp. Đặt một điện 7 áp U1 = (15  25) % Uđm vào dây quấn stator. Trong dây quấn stator có I1 chạy với tần số f1, trong rôto có I2 chạy với tần số f2, khi n = 0 thì f2 = f1, I1, I2 sinh ra F1, F2 ở đây ta chỉ xét đến các sóng điều hòa bậc một: F1  m1 2 w1kdq1 l1 ,  p F2  m2 2 w2 k dq2 l2  p F1, F2 quay với tốc độ n1 = 60f1/p và tác dụng với nhau sinh ra sức từ động tổng ở khe hở F0 F1 + F2 = F0 F1 = F0+ (-F2) Giống như cách phân tích máy biến áp, ở đây có thể coi dòng điện stato I1 gồm 2 thành phần:   2/   F2/   0  F0  m1 . 2 w1 .k dq1 0  p m1 2 w1k dq1 / 2  p . Như vậy, ta có: I 1  I 0  ( I 2 ) so sánh sức điện động F2 do dòng điện I2 của rôto và thành phần của dòng điện stato sinh ra, ta có: m1 2 w1kdq1 / m2 2 w2 kdq2 2  2  p  p Từ đó tìm được hệ số biến đổi dòng điện: k1  m1 .w1 .k dq1 2   2/ m2 .w2 .k dq2 Do dó dòng điện qui đổi của rotor là: I 2/  1 I2 ki Dùng các hệ số biến đổi sức điện động và dòng điện chúng ta có thể xác định được điện trở và điện kháng qui đổi r/2 và x2/ của rôto. 8 Khi qui đổi r2/ chúng ta xuất phát từ tổn hao đồng của dây quấn rôto không phụ thuộc m2l22 r2  m1l22 r2 vào sự qui đổi đó: 2 2    m1w1k dq1    m  m  .r r2/  2  2  .r 2  2  m1  /  m1  m2 w2 k dq2  2    2   w1 .k dq1 m1 .w1 .k dq1 w2 .k dq2 m2 .w2 .k dq2 r2  k e .k i .r2  k ..r2 Ở đây k = ke.ki là hệ số qui đổi của điện trở. Khi qui đổi điện kháng đến x2 ta xuất phát từ góc y2 giữa E2 và I2 không phụ thuộc vào sự qui đổi: tg 2  x2 x2/  r2 r2/  x2/  r2/ x2  k .x2 r2 Các phương trình sức điện động sơ cấp của máy điện không đồng bộ lúc ngắn mạch viết hoàn toàn như đối vớí máy biến áp: . U 1   E1  I 1 Z 1 O   E 2/   2/ .Z 2/ E 2/  E1 I 1  I 2/  I 0  E1  I 0 Z m Z1=r1+jx1; Z2/ =r2/+jx2/ Ở đây Với E2/ = E1 và I2/ = -I1 (vì F0 nhỏ = 0) Giải 2 phương trình đầu ta có: 1  U1 U  1 / Z1  Z 2 Z1 9 rn = r1 + r2/; xn = x1 + x2/. Trong đó : Zn = rn+jxn; 1.2.2 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto quay Trong trường hợp này nó được xem như một máy biến áp tổng hợp nghĩa là ở đây không chỉ có biến đổi điện áp dòng điện và số pha mà còn có cả tần số và các dạng năng lượng. Tóm lại viết phương trình sức điện động của máy điện không đồng bộ và giải theo dòng điện, chúng ta có thể có được về nguyên tắc, những giản đồ đẳng trị như đối với máy biến áp. Đồ thị véc tơ và mạch điện thay thế U1 jx 1,  1 r1 ,  1  2 1  jx 2 , 2   1   ,r 2 2 0  Hình 1.7 Đồ thị véc tơ của máy điện điện không đồng bộ khi ngắn mạch r1 r'2 X1 X'2 1  2 U1 Hình 1.8 Mạch điện thay thế của máy không đồng bộ khi rôto đứng yên + Các phương trình cơ bản: Máy điện không đồng bộ làm việc thì dây quấn rôto thường nối ngắn mạch. Nối dây quấn stator với nguồn 3 pha thì trong dây quấn có I1 chạy, phương trình cân bằng s.đ.đ trên dây quấn stator vẫn như cũ: U 1   E1  I1 (r  jx1 )  m quay với tốc độ: n1  60 f1 p 10
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan