Bài giảng chương 8 máy điện không đồng bộ

CHƯƠNG 8 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ


I. KHÁI NIỆM CHUNG
• Máy điện xoay chiều làm việc
theo nguyên lý cảm ứng điện từ
có tốc độ quay của rôto n (tốc
độ của máy) khác với tốc độ
quay của từ trường stato n1.
• Làm việc ở hai chế độ động cơ
điện và chế độ máy phát điện
( Thực tế thường sử dụng làm
động cơ không đồng bộ)
• Động cơ không đồng bộ có các
loại : động cơ ba pha, hai pha và
một pha.


Mô hình máy điện không đồng bộ ba pha

Chế độ động cơ

Chế độ máy phát


II. Cấu tạo máy điện không đồng bộ ba pha
Gồm hai phần chủ yếu:
1. Phần tĩnh Stato
2. Phần quay Rôto

1. Stato
Phần tĩnh gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài
ra còn có vỏ máy và nắp máy.

Lõi thép
Dây quấn
Vỏ máy


Lõi thép stato: Hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện dày
0,35 – 0,5 mm được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau có sơn
cách điện để hạn chế dòng điện xoáy. Trong các rãnh của lõi thép
dùng để đặt dây quấn stato. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy.

Lá thép kỹ thuật điện
của lõi thép stato

Lõi thép stato


•Dây quấn stato: Làm bằng dây dẫn bọc cách điện được đặt trong
các rãnh của lõi thép, dây quấn ba pha stato đặt cách nhau 120 0
điện. Dây quấn stato thường quấn hai lớp. Dòng điện xoay chiều ba
pha chạy trong ba dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay.
Vỏ máy: Làm bằng nhôm ( ở máy điện nhỏ) và bằng gang hoặc thép
(ở máy điện lớn), dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ.
Vỏ máy và nắp máy dùng để đỡ trục rôto và bảo vệ máy.
Hộp nối dây Quạt làm mát Dòng khí làm mát

Dây quấn stato

Nắp máy

Vỏ máy

Chân đế


2. Rôto
 Phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.
• Lõi thép
Có dạng hình trụ giống như stato, gồm các lá thép kỹ thuật điện
được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo
hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục.
• Dây quấn
Dây quấn rôto phải được nối tắt lại hoặc khép kín qua điện trở.
Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ ba pha có hai kiểu:
Rôto ngắn mạch.
Rôto dây quấn.

Lá thép kỹ thuật điện của
lõi thép rôto ngắn mạch


Rôto ngắn mạch ( Rôto lồng sóc)
Rôto lồng sóc ở động cơ công suất lớn, trong các rãnh của
lõi thép rôto đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch
bằng hai vòng đồng nhằm làm kín mạch rôto. (Các thanh
dẫn thường đặt nghiêng làm cho rôto quay êm hơn).
Động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc

các thanh dẫn bằng nhôm với hai vòng ngắn mạch.
Loại động cơ điện có rôto lồng sóc gọi là động cơ không đồng
bộ lồng sóc.


Rôto ngắn mạch ( Rôto lồng sóc)
Thanh dẫn

Lá thép kỹ thuật điện

Vòng ngắn mạch


Rôto dây quấn
Lõi thép do các lá thép kỹ
thuật điện được ghép lại với
nhau tạo thành các rãnh
hướng trục .
Trong rãnh lõi thép rôto
đặt dây quấn ba pha.
Loại động cơ có rôto dây
quấn gọi là động cơ rôto
dây quấn
Lá thép kỹ thuật điện
Dây quấn

Vòng tiếp xúc
Rôto dây quấn

• Dây quấn rôto thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc
bằng đồng, cố định trên trục rôto và được cách điện với trục .
Nhờ ba thổi chan tỳ sát vào ba vòng tiếp xúc, nhờ chổi than dây
quấn rôto được nối với ba biến trở bên ngoài, để mở máy và điều
chỉnh tốc độ.
• Khi mở máy dây quấn rôto được nối với biến trở mở máy, đầu
tiên để để biến trở lớn nhất sau đó giảm dần về không.
• Khi tăng biến trở thì tốc độ quay của động cơ giảm .

Chổi than
Vòng tiếp xúc
Biến trở


So sánh động cơ lồng sóc và rôto dây quấn
• Động cơ lồng sóc là loại rất
phổ biến do giá thành rẻ, cấu
tạo đơn giản, làm việc đảm
bảo và độ tin cậy cao.
Động cơ lồng sóc

• Động cơ rôto dây quấn có
ưu điểm về mở máy và điều
chỉnh tốc độ song giá thành
đắt và có chổi than vận hành
kém tin cậy so với động cơ
lồng sóc.
Động cơ rôto dây quấn

2. Từ trường quay của dây quấn ba pha
Dòng điện xoay chiều ba pha có ưu điểm lớn là tạo ra từ trường
quay trong các máy điện
a. Sự tạo thành từ trường quay. Trên hỡnh vẽ mặt cắt ngang
của máy điện ba pha đơn giaỷn trong đó dây quấn ba pha đối
xứng ở xtato AX, BY, CZ đặt trong 6 rãnh. Trục của các dây
quấn lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện.
Giaỷ thiết trong dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy
qua .
iA = Imax sin t
iB = Imax sin( t –1200)
iC = Imax sin( t –2400)


Thấy rõ sự hỡnh thành từ trường, khi vẽ từ trường ta quy ước
chiều dòngi điện như sau:
- Dòng điện pha nào dương có chiều từ đầu đến cuối pha, đầu
được ký hiệu bằngi vòng tròn có dấu nhân ở giửừa , còn cuối
iB
iC
A
ký hiệu bằng vòng tròn có dấu chấm ở giửừa  . Dòng điện pha
nào âm có chiều và ký hiệu ngược lại, dấu ký hiệu bằng cuối
wt
ký hiệu bằng .
ở thời điểm  t = 900 này, dòng điện pha A cực đại và dương,
dòng điện pha B và C âm.

0

0

0

wt=90 wt=90 +120
A

Z

Y

N

S

B

C

X

0

0

wt=90 +240


Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ
trường do các dòng điện sinh ra.Ta thấy từ trường tổng có

một cực S và một cực N, ta gọi là từ trường một cực (p=1).
Trục của từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha A là
dòng điện cực đại.
i
iA

iB

iC

wt

0

0

wt=90
A

Z

Y

N

S

B

C

X

0

wt=90 +120

0

0

wt=90 +240


Thời điểm pha  t = 900 +1200 : Là thời điểm sau thời điểm đã xét ở
trên một phần ba chu kỳ. ở thời điểm này dòng điện pha B cực đại
và dương, các dòng điện pha A và C âm. Dùng quy tắc vặn nút
chai ta xác định chiều đường sức từ trường. Ta thấy từ trường
tổng đã quay đi một góc là 1200 so với thời điểm trước. Trục của
từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha B là pha có dòng điện
cực đại.

i
iA

iB

iC

wt

wt=9 0

wt=9 0 +120

wt=9 0 +240


• Thời điểm pha  t = 900 +2400 : Là thời điểm chậm sau thời điểm
đầu 2/3 chu kỳ; lúc này dòng điện pha C cực đại và dương, còn
dòng điện pha A và B âm. Ta thấy từ trường tổng ở thời điểm này
đã quay đi một góc là 2400 so với thời điểm đầu. Trục của từ
trường tổng trùng với trục dây quấn pha C là pha có dòng điện
cực đại.
i
iA

iB

iC

wt

0

w t=9 0

0

wt= 90 +120

0

0

0

wt= 90 + 240
A

Y

Z

N

S
C

X

B


Qua sự phân tích ở trên, ta thấy từ trường tổng của dòng điện ba
pha là từ trường quay. Từ trường quay móc vòng với caỷ hai dây
quấn xtato và rôto, đó là từ trường chính của máy điện, tham gia
vào quá trỡnh biến đổi naờng lượng.
A

A
Z

Y

S

Y
S

A

Z

N

Y

Z

N

B

C

C
X

N

B

S
C

X

B

X

Btong

Bb

Bc
Bc

Ba
Btong

Ba

Ba

Bb

Bb

Bc

Btong


. ẸẶC ĐIỂM CỦA TỪ TRƯỜNG QUAY:

TỐC ĐỘ TỪ TRƯỜNG QUAY.
TỐC ĐỘ TỪ TRƯỜNG QUAY PHỤ THUỘC VÀO TẦN SỐ
DÒNG ĐIỆN XTATO F VÀ SỐ ĐÔI CỰC P. MỘT CÁCH
TỔNG QUÁT, KHI TỪ TRƯỜNG QUAY CÓ P ĐÔI CỰC,
TỐC ĐỘ TỪ TRƯỜNG QUAY (CÒN GỌI LÀ TỐC ĐỘ
ĐỒNG BỘ) LÀ :
N1 =60F/P
- CHIỀU QUAY CỦA TỪ TRƯỜNG. CHIỀU QUAY CỦA TỪ
TRƯỜNG PHỤ THUỘC VÀO THỨ TỰ PHA CỦA DÒNG
ĐIỆN. MUỐN ĐỔI CHIỀU QUAY CỦA TỪ TRƯỜNG TA
THAY ĐỔI THỨ TỰ HAI PHA VỚI NHAU.
-


NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG
BỘ
KHI TA CHO DÒNG ĐIỆN BA PHA TẦN SỐ F VÀO BA DÂY
QUẤN XTATO, SẼ TẠO RA TỪ TRƯỜNG QUAY P ĐÔI CỰC,
QUAY
VỚIquay
TỐCcắt
ĐỘcác
LÀthanh

N1 =60F/P
. Từ
trường
dẫn của dây quấn rôto, caỷm ứng
các sức điện động. Vỡ dây quấn rôto nối ngắn mạch, nên sức điện
động caỷm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rôto. Lực
tác dụng tương hỗ giửừa từ trường quay của máy với thanh dẫn
mang dòng điện rôto, kéo rôto quay cùng chiều từ trường với tốc độ
n.


Trên hỡnh vẽ từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động vào
chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn đối với từ trường.
Nếu coi từ trường đứng yên, thỡ chiều chuyển động tương đối của
thanh dẫn ngược với chiều n1, từ đó áp dụng quy tắc bàn tay
phaỷi, xác định được chiều sđđ như hỡnh vẽ (dấu  chỉ chiều đi
từ ngoài vào trong). Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn
tay trái, trùng với chiều quay n1.

Fdt

n

Fdt

n1

Fdt

n1

n

Fdt


Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1 vỡ nếu tốc độ
bằng nhau thỡ không có sự chuyển động tương đối, trong dây
quấn rôto không có sđđ và dòng điện caỷm ứng, lực điện từ bằng
không.
ẹộ chênh lệch giửừa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc
độ trượt n2.
n2 = n1- n
Hệ số trượt của tốc độ là : s= n2 / n1 =
(n1- n) / n1
Khi rôto đứng yên (n=0), hệ số trượt s=1;
Khi rôto quay định mức s= 0,02 ữ0,06.
Tốc độ động cơ là: n= n1(1- s )=60f/p *(1-s) ;


CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN TỪ
a) Phương trình điện áp dây quấn Stato : Tương tự dq sơ cấp MBA










U1   E1  I1 Z1   E 1  I1 R1  jX 1  (1)
U1 : điện áp pha đặt vào dq Stato.
E1 = 4.44fw1kdq1 max : sđđ pha do từ trường quay sinh ra.
kdq1 <1 : hệ số dq Stato, đặc trưng sự giảm  và E1 do quấn rải.
R1 : đặc trưng tổn hao đồng Pcu1 của 1 pha dq Stato.
X1 =  L1 : điện kháng tản, đặc trưng từ trường tản trong dq Stato.
 = 2f (rad/s) với f = 50Hz : tần số dòng điện Stato.


b) Phương trình cân bằng điện áp dây quấn Rôto :
Khi Rôto đứng yên (n = 0, s = 1), tính toán tương tự dq thứ cấp
MBA ta có E2 = 4.44fw2kdq2 max với kdq2 : hệ số dq Rôto.










với X2 = L2 = 2f L2
U 2  0  E 2  I 2 Z 2  E 2  I 2 R 2  jX 2 
E1 w 1k dq1
Hệ số quy đổi sức điện động : k e 

E 2 w 2k dq2

Khi Rôto quay với tốc độ n cùng chiều từ trường quay Stato, từ
trường Stato chỉ quay so với Rôto tốc độ tương đối là n1 – n = n2
 sđđ và dòng điện Rôto có tần số
E2s = 4.44f2w2kdq2 max = sE2 ; X2s = 2f2L2 = sX2 .
Ptcb sđđ dq Rôto :









0  E 2s  I 2 R 2  jX 2s   sE 2  I 2 R 2  jsX 2 

 R2

 0  E 2  I2 
 jX 2 
 s





(2)