đồ án: thiết kế động cơ không đồng bộ, chương 2 docx

Chơng 2.
Từ trờng trong máy điện đồng bộ
2.1 Đại cơng.
Từ trờng trong m.đ.đ.b bao gồm: Từ trờng cực từ F
t
do dòng điện kích thích i
t
v từ
trờng phần ứng F

dòng điện phần ứng I

tạo nên.
Khi không tải (I = 0), trong máy chỉ có từ trờng F
t
. Nếu roto quay F
t
quét qua dây
quấn stato v cảm ứng nên trong đó S.đ.đ không tải E
0
Khi có tải (I

0) , trong máy ngoi F
t
còn có F

. Với máy 3 pha F

l từ trờng quay, từ
trờng ny bao gồm từ trờng cơ bản v từ trờng bậc cao. Trong đó từ trờng cơ bản l
quan trọng nhất.

Tác dụng của từ trờng phần ứng F

lên từ trờng cực từ F
t
gọi l phản ứng phần ứng.
Khi mạch từ không bảo ho ta xét riêng F
t
v F

rồi xếp chồng để đợc F

.
Trong chơng ny ta cũng xác định các điện kháng do các từ trờng trên sinh ra.
2.2 Từ trờng của dây quấn kích thích (F
t
).
1. Máy cực lồi.
Sức từ động của một cực từ:
p2
iw
F
tt
t
= 2-1
Từ thông do F
t
sinh ra khi p = 2 nh hình 2.1. Trong đó:

t
l từ thông chính, nó đi qua

khe hở không khí v móc vòng với dây quấn Stato;


t
l từ thông tản của cực từ.
Sự phân bố của từ trờng v từ cảm trong khe hở nh hình 2.1 v 2.2.

Hình 2.1 Sự phân bố của từ trờng kích thích Hình 2.2 Phân bố của từ cảm trong khe hở
Máy điện 2
5
Trên hình 2.2 sự khác nhau giữa từ cảm cơ bản v từ cảm kích từ B
B
t
đợc biểu thị qua
hệ số dạng sóng.

tm
B
tm1
B
t
k =
(2-2)
Trong đó: B
B
tm1
l biên độ của sóng từ cảm cơ bản; B
tm
B l trị số cực đại của từ cảm
k

t


m
/

;

= b
c
/

. Thờng

m
/

= 1-2,5;

= 0,67-0,75 v k
t
= 0.95-1,15
Từ 2.2 ta có:
t
.k
2p
t
.i
t
w

.
d
.kk
0
t
.k
.
d
.kk
t
F
0
tm
.B
t
k
tm1
B








===
(2-3)
k

l hệ số khe hở ; k

d
l hệ số bão ho dọc trục cực từ.
Từ thông ứng với sóng cơ bản

t
k
p
t
.i
t
w
.
.
d
.kk
.l
.
2
0
.l.
tm1
B
2
t1

==

(2-4)
Từ thông móc vòng

td
= w.k
dq
.

t1
.cos

t v sức điện động hổ cảm trong dây quấn
stato

tsin
0m
Etsin
t1

dq
.w.k
dt
td

d
0
e ===

Khi rô to quay với tốc độ góc

= 2.

.f thì từ thông móc vòng với dây quấn phần ứng
sẽ l:

td
= W.k
dq
.

t1
.cos

t
Sức điện động hổ cảm trong dây quấn sẽ l:

t sinEt sin.W.k
dt
d
e
0mt1dq
tud
0

===


Trong đó:
tudtudt
tt
d
0
dq0m
.ix.i.M.i
p
.kW
.
kk
.l
.W.kE ===





2-5

Vậy hệ số hổ cảm của dq kích thích v dq phần ứng l

p
.kW
.
kk

.l
M
tt
d
0
ud




=
2-6
v điện kháng hổ cảm x
d
=

.M
d
2-7
Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích.
L
t
= L
t

+ L

t
2-8
Với: L

t
l hệ số tự cảm do từ trờng tản gây ra (tra ti liệu TK); L
t

l hệ số tự cảm do
từ trờng khe hở

t


gây ra.
Nếu gọi k

l tỷ số giữa diện tích giới hạn bởi đờng 1 v đờng 2 hình 2.2 thì.


t

= k

.

t1

.k.k
p
W
.
kk
.l
i
.W
L
t
2
t
d
0
t
tt
t
==

2-9
Máy điện 2
6
2. Máy cực ẩn.
Hình 2.3 biểu diễn sự phân bố của từ cảm cực từ v sóng cơ bản. Lấy trục cực từ lm
gốc ta tính đợc.
tm
2

2
)(1
tm
2
).(1
0
tm
2

2

ttm1
B
2

2

sin

4
).cos.d
2

(B
.
2
.

4

dcosB

4
dcosB

2
B =+==






Vậy với máy cực ẩn:
2

2

sin
.

4
B
B
k
tm
tm1
t
== 2-10
Thờng

= 0,6 - 0,85, nên k
t
= 1,065 - 0,965.
Hệ số hình dáng
t
k
.
3
2
1
.
2
k



=

2-11
Hệ số hổ cảm v tự cảm của máy cực ẩn cũng
đợc xác định theo biểu thức 2.6 v 2.9.
2.3 Từ trờng phần ứng.
Khi máy điện đồng bộ lm việc từ trờng do
dòng điện I

chạy trong dây quấn Stato sinh ra gọi
l từ trờng phần ứng F

. Tác dụng của F

lên F
t
gọi l phản ứng phần ứng. Tuỳ thuộc vo
tính chất của tải v dạng cực từ m phản ứng phần ứng có các dạng khác nhau.
Hình 2.3 Sự phân bố của từ cảm cực từ

1. Phản ứng phần ứng ngang trục v dọc trục
Xét một máy đồng bộ 3 pha (m = 3), 2p = 2, mỗi pha đợc tợng trng bằng một vòng
dây, thời điểm xét
I
&
A
= I
m
;
I
&
B
=
I
&
C
= - I
m
/2
a/ Khi tải thuần trở.
Khi tải đối xứng v thuần trở,
I
&

v
E
&

trùng pha nhau (

= 0). Tại thời điểm
xét i
A
= I
m
nên F




I
&
A



E
&
A
còn s.t.đ
sinh ra e
A
F
&

A
=
E
&
Am
sẽ vợt pha trớc
E
&
t
A

một góc

/2. Nh vậy trong trờng hợp
ny
u
F
&



, phản ứng phần ứng l
ngang trục. Đồ thị véc tơ thời gian
F
&
I
&
,
E
&

v không gian , nh hình 2.4
u
F
&
t
F
&
Hình 2. 4 Phản ứng phần ứng khi tải thuần trở

Máy điện 2
7
b/ Khi tải thuần cảm.
E
&
A
vợt pha trớc
I
&
A
một góc

/
2 v vợt pha trớc
t
F
&
E
&
A

một góc


/2, nên v trùng phơng nhng
ngợc chiều, phản ứng phần ứng l
dọc trục khử từ. Đồ thị véc tơ thời
gian
u
F
&
t
F
&
I
&
,
E
&
v không gian , nh
hình 2.5
u
F
&
t
F
&
Hình 2.5 Phản ứng phần ứng khi tải thuần cảm
c/ Khi tải thuần dung.
E
&

A
chậm pha so với
I
&
A
một góc

/
2 v vợt pha trớc
t
F
&
E
&
A
một góc


/2, nên v trùng phơng, chiều
với nhau nên, phản ứng phần ứng l
dọc trục khử từ. Đồ thị véc tơ thời
gian
u
F
&
t
F
&
I
&

,
E
&
v không gian , nh
hình 2.6
u
F
&
t
F
&
d/ Khi tải hổn hợp.
E
&
A
lệch so với
I
&
A
một góc

, ta phân
thnh 2 thnh phần:
u
F
&
F
d
= F

.sin

- dọc trục
F
q
= F

.cos

- ngang trục
Vậy khi 0 <

<

/2, phản ứng
phần ứng l ngang trục v khử từ
Vậy khi -

/2 <

< 0, phản ứng
phần ứng l ngang trục v trợ từ
Hình 2.6 Phản ứng phần ứng khi tải thuần dung
Hình 2.7 Phản ứng phần ứng khi tải có tính

2. Từ cảm do từ trờng phần ứng v các điện kháng tơng ứng.
a/ Máy đồng bộ cực ẩn.
Với máy đồng bộ cực ẩn

đều, nếu mạch từ không bảo ho thì từ trở l hằng số, nh

vậy nếu F

l sin thì BB

cũng sin.
.I
p
W.k

2m.
..kk

.F
..kk

B
dq

0
u

0
um
==
2-12
v
.I
p
W.k

2m.
..kk
.l.2.
.l B

2
dq
2

0
umu


==
2-13
Sức điện động phần ứng do từ thông


cảm ứng nên có trị số:
udqudqu
f.W.k2 W.k
2

E

==
v
p
.kW
..k.k

.l.
4.m.f.
I
E
x
2
dq
2


0
u
u
u

==
2-14
Thờng x

= 1,1 - 2,3
Máy điện 2
8
b/ Máy đồng bộ cực lồi.
Máy đồng bộ cực lồi

dọc trục v ngang trục không giống nhau, nên mặc dầu s.t.đ l
sin nhng từ cảm sẽ không sin. Sự không sin của B
B

còn phụ thuộc vo tính chất của tải. Để

thuận lợi ta phân F

ứng với một tải bất kỳ thnh hai thnh phần dọc trục v ngang trục nh
hình 2.8
Hình 2.8 Sự phân bố của s.t.đ v từ cảm dọc trục v ngang trục
Ta có:
d
dqdq
uud
I
p
W.k

2m.
I.sin

p
W.k

2m.
.sin
FF === 2-15
q
dqdq
uuq
I
p
W.k

2m.

I.cos

p
W.k

2m.
.cos
FF === 2-16
v từ cảm tơng ứng.
ud
d
0
udm
F
..kk

B =
v
uq
q
0
uqm
F
.
.kk

B = 2-17
Thực tế B
B
d

v B
q
B phân bố không sin, phân tích thnh sóng cơ bản v sóng bậc cao. Với
các sóng cơ bản ta có hệ số dạng sóng:

udm
udm
ud
B
B
k
1
=
v
uqm
uqm
uq
B
B
k
1
=
2-18
Các hệ số k
d
v k
q
phụ thuộc vo

,

m
/

,

/

đợc tính sẵn trong ti liệu thiết kế
Các điện kháng tơng ứng xác định nh máy cực ẩn:
ud
2
dq
2
d
0
d
ud
ud
k
p
.kW
k.k
.l.
4.m.f.
I
E
x

==
2-19
uq
2
dq
2
q
0
q
uq
uq
k
p
.kW
k.k
.l.
4.m.f.
I
E
x




==
2-20
Thờng: x
d

= 0,5 - 1,5; x
q
= 0,3 - 0,9
Máy điện 2
9
2.4 Quy đổi các S.T.Đ trong máy điện đồng bộ
Chế độ lm việc xác lập, tải đối xứng tác dụng của F

lên F
t
l trợ từ hoặc khử từ. Để
đánh giá đợc mức độ ảnh hởng đó ta phải quy đổi F

về F
t
v nh vậy khi xét các đặc
tính lm việc của máy ta có thể biểu thị chúng trên cùng một hệ trục toạ độ v đờng cong
không tải E = f(i
t
).
Chế độ quá độ ta phải quy đổi ngợc lại F
t
về F

.
Việc quy đổi phải đảm bảo điều kiện:
B
B
tm1
= B

m1
2-21
Chế độ xác lập, máy cực ẩn ta có:
t

0
ttmttm1
.F
.
.kk

.k.BkB ==
v
t

0
tmum1
.F
.
.kk

BB ==
2-22
Vậy
uu
t
u
u
.Fk
k

F
F ==

hay
t
u
k
1
k =

Với máy cực lồi theo hớng dọc trục:
t
d
0
ttmttm1
.F
.
.kk

.k.BkB ==
v
ud
d
0
ududmududm1
.F
.
.kk

.k.BkB ==

2-23
Sức từ động phần ứng dọc trục đã quy đổi về s.t.đ cực từ:
dud
t
ud
udud
.kF
k
k
FF ==

với k
d
= k
d
/ k
t
Cũng vậy, theo hớng ngang trục:

quq
t
uq
uquq
.kF
k
k
FF ==

với k
q

= k
q
/ k
t
Các hệ số k
d
v k
q
phụ thuộc vo

,

m
/

,

/

đợc tính sẵn trong ti liệu thiết kế.

Máy điện 2
10