Đồ án điện tử công suất
======================================================
======================================================
5
Cũng giống như các máy điện khác máy điện không đồng bộ ba pha gồm có
3 phần:phần tĩnh (stato) , phần quay (rôto) và khe hở
1. Phần tĩnh (hay stato):
Trên Stato có vỏ, lõi sắt và dây quấn.
a. Vỏ máy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn,không dùng để
làm mạch dẫn từ.Thường vỏ máy làm bằng gang . Đối với máy có
công su
ất tương đối lớn (1000kw)thường dùng thép tấm hàn lại
thành vỏ.Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.
b. Lõi sắt:
Lõi sắt là phần dẫn từ.Do từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay
nên để giảm tổn hao ,lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện
dày từ 0.5mm ép lại.Khi đường kính trị số trên thì phải dùng những tấm
hình rẻ quạt ,gép lại thành khố
i tròn.Mỗi lá thép kỹ thuật điện dều có chỉ
phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây
nên. Nếu lõi sắt ngắn có thể ghép thành một khối. Nếu lõi sắt quá dài thì
thường ghép thành từng thếp ngắn,mỗi thếp dài 6 đến 8cm chác nhau 1
cm để thông gió cho tốt . Mặt trong của lá thép có sẻ rãnh của lõi sắt và
được cách điện tốt với lõi sắt.
2. Phần quay (hay Rôto):
Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn.
a.Lõi sắt:
Lõi sắt rôto được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện. Phía ngoài
của lá thép được xẻ rãnh để đặt dây quấn. Lõi sắt được éưp trực tiếp lên
trục máy hoặc lên một giá rôto của máy .
b.dây quấn:
Rôto có hai loại chính :Rôto kiểu dây quấn và Rôto kiểu lồng sóc.
-Loại Roto kiểu dây quấn.Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato.Trong
máy điện cỡ trung bình trở lên th
ường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt
được những dây dầy nối,kết cấu dây quấn trên Rôto chặt chẽ .Trong máy điện
cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp.Dây quấn ba pha của rôto
thường đấu hình sao , có ba đầu kia được nối vào ba rãnh trượt thường làm
bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với
mạch điện bên ngoài.
Nh
ận xét: Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là có
thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay s.đ.đ phụ vào mạch điện
rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ
số công suất của máy.
Đồ án điện tử công suất
======================================================
======================================================
6
Nhược điểm: Động cơ điện rôto dây quấn chế tạo phức tạp hơn rôto
lồng sóc nên giá thành dắt hơn mà bảo quản cũng khó khăn hơn(dễ bị
chập pha, mát và dò điện từ các dây ra vỏ máy rất nguy hiểm);hiệu suất
của máy cũng thấp hơn so với rôto lông sóc; khi sử dụng vành trượ
t dễ
phát sinh tia lửa điện gây cháy nổ, làm nhiễu quá trình điều khiển.
-Loại Rôto kiểu lồng sóc : Kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dây
quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt Rôto đặt vào một thanh dẫn bằng đồng
hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và dược nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành mạch
bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta gọi là lồng sóc.
Nhận xét: Rôto lồng sóc ch
ế tạo đơn giản với số lượng lớn trong
dây truyền công nghiệp, giá thành rẻ hơn, bền hơn dễ bảo quản so với
rôto dây quấn, nhưng lại khó mở máy hơn rô to dây quấn dặc biệt những
động cơ công suất lớn . Trong những hệ thống có yêu cầu không cao về
điều chỉnh tốc độ (có thể điều chỉnh theo cấp), điều kiện mở
máy không
quá khó khăn ta nên sử dụng động cơ rôto lông sóc.
3. Khe hở:
Vì rôto là một khối tròn nên khe hở rất đều. Khe hở trong máy điện không
đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới vào như vậy mới có
thể làm cho hệ số công suất của máy cao lên.
2.4 Nguyên lý làm việc:
Máy điện KĐB là loại máy điện xoay chiều làm việ
c theo nguyên lý
cảm điện từ . Khi cho dòng điện 3 pha đi vào dây quấn 3 pha đạt trong lõi sắt
stato của máy thì trong máy sinh ra một từ trường quay vói tốc độ đồng bộ
n
1
=60.f
1
/p. Trong đó f
1
là tần số dòng điện đưa vào , p là số đôi cực của máy
.Từ trường này quét qua dây quấn nhiêu pha tự ngắn mạch dặt trên lõi sắt rôto
và cảm ứng trong dây quấn đó suất điện động và dòng điện . Từ thông do dòng
điện naỳ sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông khe hở . Dòng
điện trong dây quấn rôto tác dụng với từ thông khe hở này sinh ra momen .
Tác dụng đó có quan hệ mât thiế
t với tốc độ quay n của rôto . Với những phạm
vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau . Để chỉ phạm
vi tốc độ của máy , người ta dùng hệ số trượt s .
s%=(n
1
-n)/n
1
.100
Có 3 phạm vi tốc độ của máy điện KĐB:
- Trường hợp rôto quay thuận và nhanh hơn tốc độ đồng bộ (n>n
1
hay s<0).
Dùng một động cơ sơ cấp nào đó quay rôto của máy vượt quá tốc độ đồng bộ .
Lúc đó chiều của từ trường quay quét qua dây dãn sẽ ngược lại , suất điện
Đồ án điện tử công suất
======================================================
======================================================
7
động và dòng điện trong dây dẫn rôto cũng đổi chiều nên chiều của momen
cũng ngược với chiều quay của n
1
nghĩa là ngược chiều quay của rôto nên đó
là momen hãm lúc này máy làm việc ở chế độ máy phát điện .
- Trường hợp rôto quay ngược chiều quay của từ trường quay (n<0 hay s>1).
Do một nguyên nhân nào đó rôto quay ngược chiều với từ trương quay thì lúc
đó chiều quay của suất điện động , dòng điện và momen vẫn giống như lúc ở
chế độ động cơ điện. Vì momen sinh ra ngược với chiều quay của rôto nên có
tác dụng hãm rôto đứng lại . Máy điện làm việc ở chế độ hãm.
- Trường hợp rôto quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc
độ đồng bộ (0<n<n
1
hay 1>s>0) . Giả sử chiều quay n
1
của từ trường tổng và
của rôto n .Do n<n1 , nên từ trường đó vẫn quét qua thanh Dẫn theo chiều
quay của từ trường và chiều suất điện động sinh ra có thể xác định theo quy tắc
bàn tay phảI . Dòng điện sinh ra trong dâyquấn rôto cùng chiều với suất điện
động và tác dụng với từ trường tổng trong khe hở sinh ra lực F và momen M
mà chiều được xác định theo quy tắc bàn tay trái . Momen đó kéo rôto quay
theo chiều từ trường quay . Đ
iện năng đưa tới rôto đã biến thanh cơ năng trên
trục nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ động cơ.
2.5 Mạch điện thay thế của động cơ KĐB
Phương trình thay thế ĐCĐKĐB :
u
1
=i
1
(R
1
+jX
1
) +i
o
(R
th
+jX
th
)
0 =i
o
(R
th
+jX
th
)-i
2
,
(R
2
,
+jX
2
,
)
i
1
=i
o
+i
2
,
x
1
r
1
x
2’
r
2’
1
&
I
x
m
2I
′
−
&
1
&
U
0
&
I
s
s
r
−
′
1
.2
r
m
Hình 1: Sơ đồ mạch điện thay thế của động cơ KĐB
Đồ án điện tử công suất
======================================================
======================================================
8
Trong đó ta có:
•
1
r
: điện trở của dây quấn stato
•
1
x
: điện kháng tản của dây quấn stato
•
'
2
r
: điện trở của dây quấn roto
•
'
2
x
: điện kháng tản trên dây quấn rot
• r
m
: điện trở từ hoá biểu thị sự tổn hao sắt từ
•
x
m
: điện kháng từ hoá biểu thị sự hỗ cảm giữa stato và roto
•
.
1
I
: dòng điện trong dây quấn stato
•
.
'
2
I
: dòng điện qui đổi từ rôto sang stato
•
.
0
I
:dòng điện từ hoá sinh ra sức từ động F
0
•
s: hệ số trượt của động cơ điện
Ta có r2’.(1-s)/s là một điện trở giả tưởng đặc trưng cho sự thể hiện công
suất cơ trên trục máy.
2.6 Đặc tính cơ ĐCĐKĐB
công suất trượt của động cơ:
s=
1
1
ω
ωω
−
dòng điện stato :
I
1
=U
f1
[
22
,
2
1
2
0
2
0
)(
11
nm
X
s
R
R
XR
++
+
+
]
Trong đó :X
nm
=X
1
+X
2
,
:điện kháng ngắn mạch stato
Từ trên ta thấy :
khi
ω
=0 s=1 :I
1
=I
1nm
ω
=
ω
1
s=0 :I
1
=U
1f
[
02
2
1
XR
o
+
] =I
o
I
1nm
:dòng ngắn mạch stato
I
o
:dòng từ hoá có tác dụng tạo ra từ trường quay khi động cơ quay với
tốc độ đồng bộ
-dòng điện rôto quy đổi về stato:
Đồ án điện tử công suất
======================================================
======================================================
9
nm
f
XsRR
U
I
++
=
2,
21
1
,
2
)/(
khi
ω
1
=
ω
,s=0
,
2
I
=0
khi
ω
=0 ,s=1
22,
21
1
2
,
2
)(
nm
f
nm
XRR
U
II
++
==
Phương trình đặc tính cơ của ĐCKĐB:
ở chế độ động cơ , mô men điện từ đóng vai trò mô men quay , được
tính theo :
M=M
đt
=
1
ω
dt
P
P
đt
:công suất điện từ được tính theo:
P
đt
=3
s
R
I
,
2
,
2
.
2
M=
s
RI
.
.3
1
,
2
,
2
2
ω
Thay các giá trị I’
2
tính ở trên vào ta có :
M=
sX
s
R
R
RU
NM
f
].)[(
3
2
,
2
11
,
2
2
1
++
ω
Biểu thức trên là phương trình đặc tính cơ của ĐCĐKĐB . Để tính giá trị tới
hạn của M và s ta giải phương trình dM/dt=0
S
th
=
22
1
,
2
nm
XR
R
+
M
th
=
)(2
3
22
111
2
1
nm
f
XRR
U
++
ω
Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộcó thể được biểu diễn :
M=
th
th
th
thth
sa
s
s
s
s
saM
2
).1(.2
++
+
Trong đó : a=
,
2
1
R
R
ở vùng có độ trượt nhỏ (s<<s
th
)tỷ sốs/s
th
nhỏ coi gần đúng s/s
th
=0 thì đặc tính
cơ ở dạng đơn giản hơn
ở các động cơ công suất vừa và lớn :có thể bỏ qua R
1
. Khi đó :
Đồ án điện tử công suất
======================================================
======================================================
10
M=
s
s
M
th
th
.2
(Nó chính là đường tiếp tuyến với đường đặc tính cơ tại điểm đồng bộ
ω
1
)
Đối với đặc tính s>s
th
; khi s>>s
th
có thể bỏ qua s
th
/s thì phương trình đặc tính
cơ :
M=
s
sM
thth
.2
và b=
2
1
`
.2
s
sM
thth
ω
(Động cơ không làm việc ở đoạn đặc tính này vì độ cứng đặc tính cơ là
dương và có độ lớn thay đổi).
3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ba pha:
Cho đến nay , người ta đã nghiên cứu nhiều về vấn đề điều chỉnh tốc độ
động cơ KĐB , nhìn chung mỗi phương pháp đều có ưu khuyết điểm của nó và
chưa giải quyết được toàn bộ vấn đề như phạm vi điều chỉnh , năng lượng tiêu
thụ , độ bằng phẳng khi điều chỉnh , thiết bị sử d
ụng …Tuy có những khó khăn
nhát định trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB nhưng trong những
trường hợp nào đó thì phương pháp điều chỉnh tốc độ thích hợp cũng có thể
thoả mãn được yêu cầu .
Các phương pháp điều chỉnh chủ yếu được thực hiện :
- trên stato : thay đổi điện áp đua vào dây quấn stato , thay đổi số đôi cực
của dây quấn stato , hay thay đổi tần số nguồn điện .
- trên rôto :thay đổi điện trở rôto hoặc nối tiếp trên mạch rôto một hay
nhiều máy điện phụ gọi là nối cấp .
Các phương pháp chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB là:
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực
2. Điề
u chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số
4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cấp
Đồ án điện tử công suất
======================================================
======================================================
11
3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực:
ĐCĐKĐB trong điều kiện làm việc bình thường có hệ số trượt nhỏ , do
đó tốc độ ĐC gần bằng tốc độ đồng bộ n
1
=60f/p . Khi tần số không đổi thì
tốc độ của ĐC tỷ lệ nghịch với số đôi cực . Do đó khi thay đổi số đôi cực
của stato có thể thay đổi được tốc độ.
Hình 2:Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực
Cùng hai cuộn dây , tuỳ theo cách đấu mà được bước cực khác nhau
nghĩa là số cực khác nhau (theo tỷ lệ 2:1 ) .
Dây quấn stato có thể nối thành bao nhiêu số đôi cực khác nhau thì có
bấy nhiêu cấp . Vì vậy thay đổi tốc độ chỉ có thể thay đổi từng cấp một ,
không bằng phẳng .Thường có hai cấp tốc độ gọi là động cơ điện hai tốc độ ,
cũng có loại ba, bốn tốc
độ.
Phương pháp này không dùng cho loại động cơ rôto dây quấn vì dây
quấn rôto trong loại động cơ này có số đôI cực bằng số đôi cực của dây quấn
stato , do đó khi đấu lại dây quấn stato để có số đôi cực khác nhau thì dây
quấn rôto cũng phải đấu lại nên không tiện lợi . Nhưng rôto lồng sóc có thể
thích ứng với bất cứ số đôi cực nào của dây quấn stato , do đó thích hợp cho
động cơ điện thay đổi số đôi cực để điều chỉnh tốc độ .
A X
A X
τ τ τ τ τ τ
Đồ án điện tử công suất
======================================================
======================================================
12
3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto:
Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ KĐB khi thay đổi điện trở
phụ mạch rôto.
a) b)
Hình a: Sơ đồ nguyên lý
Hình b: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ mạch rôto.
M
r
f
= 0
r
f1
r
f2
r
f3
n
n
1
n
cb
n
1.1
n
1.2
n
1.3
M
t
M
c
a
b
c
d
•
o
r
f
ÑKB
o
o
U
1
~
I
1
↓
I
2
↓
•
•
•
•
•
•
Đồ án điện tử công suất
======================================================
======================================================
13
Hình 3: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phương pháp
xung điện trở
Mạch trên tương ứng với mạch sau:
Đồ án điện tử công suất
======================================================
======================================================
14
Hình 4: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phương pháp
xung điện trở
Hoạt động của khoá bán dẫn tương tự trong mạch điều khiển xung áp
một chiều :
-Khi K đóng :R
d
bị ngắt ra khỏi mạch
-Khi K mở : R
d
đựơc đưa vào mạch
Từ đó ta có giá trị R
e
tương đơng trong mạch:
R
e
=R
d
t
d
/(t
d
+t
n
)=R
d
.t
d
/T =R
d
ρ
Trong đó t
d
:thời gian đóng
t
n
:thời gian ngắt
Điện trở R
e
trong mạch một chiều được quy đổi về mạch xoay chiều ba
pha ở rôto theo quy tắc bảo toàn công suât tổn hao.Ta có :
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét