GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN II - PHẦN IV MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ - CHƯƠNG 1 doc

47




























PHẦN IV

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

48
CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
§ 1.1. PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU
1. Phân loại:
- Theo kết cấu của vỏ có thể chia làm các loại: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu
kín, kiểu chống nổ, kiểu chống rung,…
- Theo kết cấu của rotor chia làm 2 loại:Rotor dây quấn và rotor lồng sóc.
- Theo số pha: m = 1, 2, 3.
2. Kết cấu: Giống như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ
gồm các bộ phận chính sau:
Phần tónh hay stator: Trên stator có vỏ, lõi thép và dây quấn.
α
. Vỏ máy:
Để cố đònh lõi thép và dây quấn, không dùng để
làm mạch dẫn từ. Thường làm bằng gang hay thép
tấm hàn lại.
β
. Lõi thép: Là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi
thép là từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi sắt
được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày
0,35mm hay
0,5mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi thép D
n
<
990mm thì dùng cả tấm tròn ép lại, 2 mặt có sơn
cách điện. Khi D
n
> 990mm thì phải dùng những

tấm hình rẽ quạt (segment) ghép lại thành khối
tròn. Mặt trong của thép có xẻ rãnh để đặt dây
quấn.
γ
. Dây quấn: Dây quấn của stator được đặt vào
các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt đối với
rãnh.
Phần quay hay rotor: Gồm lõi thép và dây quấn.
α . Lõi thép:
Dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator. Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục
quay, phía ngoài có xẻ rãnh để
đặt dây quấn.
β
. Dây quấn: Có 2 loại:
Loại rotor kiểu dây quấn:
Rotor có dây quấn giống như dây
quấn stator. Dây quấn 3 pha của
rotor thường đấu hình sao, còn ba
đầu kia được nối vào 3 vành trượt
thường làm bằng đồng đặt cố đònh
H
ình 1.2 Rotor dây quấn của động cơ
điện không đồng bộ

1
2
3
H
ình 1.1 Stator của máy
điện không đồng bộ.

1. Vỏ máy.
2. Lõi thép.
3. Dây quấn.

49
ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Khi
máy làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch.
Loại rotor kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dây
quấn stator. Trong mỗi rãnh của rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay bằng
nhôm dài ra khỏi lõi thép và được nối tắt lại ở 2 đầu bằng hai vành ngắn mạch
bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc
(hình 1-3).
c) Khe hở
: Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2 đến
1 mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa), càng nhỏ càng tốt để hạn chế dòng điện từ
hoá lấy từ lưới vào.
Kết cấu của động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc và rotor dây quấn được
trình bày trên hình 1.4, hình 1.5.







H
ình 1.3 Rotor lồng sóc động cơ điện không đồng bộ
H
ình 1.4 Động cơ điện không
đồng bộ

H
ình 1.5 Động cơ điện không đồng bộ
rotor dây quấn.

50
H
ình 1.7 Chế độ máy phát điện
của máy điện không đồng bộ
§ 1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện làm việc theo nguyên lý cảm
ứng điện từ. Khi cho một dòng điện ba pha đi vào dây quấn ba pha đặt trong lõi
thép stator thì trong máy sinh ra một từ trường quay với tốc độ đồng bộ n
1
= 60f
1-
/p, f là tần số lưới điện đưa vào, p là số đôi cực của máy. Từ trường này quét qua
dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi thép rotor và cảm ứng trong đó
s.đ.đ và dòng điện. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của
stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở
δ
Φ
. Dòng điện trong dây quấn của rotor
tác dụng với từ thông này sinh ra moment. Tác dụng của nó có quan hệ mật thiết
với tốc độ quay n của rotor, 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 mỗi máy, người ta
dùng hệ số trượt s. Theo đònh nghóa hệ số trượt bằng:
100
n
nn
s

1
1
.%
−
=

Như vậy khi: n = n
1
⇒ s = 0; n = 0 ⇒ s = 1
n > n
1
⇒ s < 0; n < 0 ⇒ s > 1 (rotor quay ngược chiều từ trường quay)
1. Trường hợp rotor quay thuận với từ
trường quay nhưng n
1
> n > 0 hay 0 < s < 1.
Giả sử chiều quay n
1
của
δ
Φ
và chiều quay n của
rotor như hình vẽ. Do n < n
1
nên chiều chuyển
động của thanh dẫn suy ra chiều E
ư
, I
ư
được xác

đònh bằng quy tắc bàn tay phải. I
ư
tác động với
δ
Φ

sinh ra lực điện từ F và moment M có chiều
xác đònh bằng qui tắc bàn tay trái, moment M
làm rotor quay theo chiều của từ trường quay
với n < n
1
. Máy làm việc ở chế độ động cơ điện (biến điện năng thành cơ năng).
2. Trường hợp rotor quay thuận và nhanh hơn tốc độ đồng bộ
+
∞
> n > n
1
hay
∞
−
< s < 0.
Dùng một động cơ sơ cấp quay rotor của máy
điện không đồng bộ nhanh hơn tốc độ đồng bộ của
từ trường quay n > n
1
. Chiều của từ trường quay
quét qua thanh dẫn ngược lại, chiều E
ư
, I
ư

đổi
chiều nên chiều của moment M ngược với chiều
quay của rotor nên nó là moment hãm. Máy biến
cơ năng thành điện năng. Máy làm việc ở
chế độ máy phát.

H
ình 1.
6
Chế độ động cơ điện
của máy điện không đồng bộ

51
3. Trường hợp rotor quay ngược chiều từ trường quay ( ∞− < n < 0 hay
+
∞
> s > 1).
Vì một lý do nào đó rotor quay ngược chiều với từ
trường quay thì lúc đó chiều của E
ư
, I
ư
, máy làm
việc giống như ở chế độ động cơ điện. Vì moment
M sinh ra ngược chiều với n nên có tác dụng hãm
rotor lại. Trong trường hợp này máy vừa lấy điện
năng ở lưới điện vừa lấy cơ năng ở động cơ sơ cấp.
Chế độ làm việc như vậy gọi là chế độ hãm
điện từ.

Tóm lại ta có thể biểu thò các chế độ làm việc theo s và n như sau:
Chế độ Hãm điện từ Động cơ Máy phát
n
∞
−
0 n
1
+
∞

s +
∞
1 0 ∞−
Vì máy làm việc ở các tốc độ n khác n
1
của từ trường quay nên ta gọi là máy
điện không đồng bộ.

§ 1.3. CÁC ĐẠI LƯNG ĐỊNH MỨC

Máy điện không đồng bộ có các đại lượng đònh mức đặc trưng cho điều
kiện kỹ thuật của máy. Các trò số này do nhà máy thiết kế, chế tạo quy đònh 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 trò số đònh mức của động cơ ứng với tải
đònh mức. Các trò số đó thường bao gồm:
+ Công suất đònh mức ở đầu trục (công suất đầu ra) P
đm
(kW hay W) hoặc
Hp hoặc Cv, 1Cv = 736W (theo tiêu chuẩn Pháp), 1kW = 1,358Cv, 1Hp =

746W (theo tiêu chuẩn Anh).
+ Dòng điện dây đònh mức I
đm
(A).
+ Điện áp dây đònh mức U
đm
(V).
+ Kiểu đấu dây stator.
+ Tốc độ quay đònh mức n
đm
(vg/ph).
+ Hiệu suất đònh mức
đm
η
.
+ Hệ số công suất đònh mức cos
đm
ϕ
.
Công suất đònh mức mà động cơ điện tiêu thụ:
P
1đm
=
đmđmđm
đm
đm
cosϕ=
η
IU3
P

,
đmđmđmđmđm
cos ηϕ= IU3P
Moment đònh mức ở đầu trục:
H
ình 1.8 Chế độ hãm điện từ
của máy điện không đồng bộ

52
)(
)/(n
)(
,
,
.
đm
đmđm
đm
kGM
phvg
WP
9750
819
1
P
M =
ω
=
Thí dụ:
Hình 1.9 là nhãn máy của một động cơ điện 3 pha rotor dây quấn. Các số

liệu biểu thò:
Δ /Y 220/380 V: Động cơ có thể hoạt động với điện áp dây nguồn 220 V khi
động cơ đấu
Δ
và 380V khi động cơ đấu Y.
42/24 A: Dòng điện dây đònh mức tương ứng với mỗi cách đấu
Δ /Y.
11kW: Công suất đònh mức của động cơ.
14551 1/min: Tốc độ quay đònh mức của động cơ.
50 Hz: Tần số đònh mức của nguồn.
Lfr. Y 250V: Dây quấn rotor đấu hình Y, điện áp dây rotor 250V.
25A: Dòng điện đònh mức của rotor.
Isol. – KL.B: Cấp cách điện của động cơ.
IP 44: Loại và kiểu bảo vệ được ghi bằng kí hiệu ngắn, số thứ nhất chỉ cấp bảo
vệ chống vật lạ bên ngoài (cấp 4 bảo vệ chống vật lạ bên ngoài
φ >1mm), số
thứ hai chỉ cấp bảo vệ chống nước (cấp 4 chống tia nước từ mọi hướng).

§ 1.4. CÔNG DỤNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ.
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 dùng 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 cụï,… Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp
dùng để 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 vò trí quan trọng: quạt
gió, máy quay đóa, động cơ trong tủ lạnh, máy bơm nước, … Tóm lại phạm vi ứng
dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi.
Typ AM 160 L4 R1 3 ~ Mot Nr 28600 – 1

Υ
Δ / 220/380 V 42/24 A 11kW

ϕ
cos
0,77 1455 1/min 50 Hz
Lfr. Y 250 V 25 A Isol. – KL. B
lP 44 VDE 0530/69
H
ình 1.9 Nhãn máy động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn.

53
Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như: cos
ϕ
của
máy thường không cao lắm và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng
dụng của nó có phần bò hạn chế.

Câu hỏi:
1. Công thức tính tốc độ đồng bộ?
2. Các cách phân loại máy điện không đồng bộ 3 pha? Đặc điểm của từng
loại?
3. Tại sao máy điện không đồng bộ được dùng phổ biến nhất?