May dien 1 chuong 3 va 4 MD KDB 3 pha va 1 pha

CHƯƠNG 3 : MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG
NG BỘ
3 PHA
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.4.
3.5.

Tổng quan
Từ trường trong máy điện KĐB
Mạch điện tương đương động cơ KĐB 3 pha
Các đại lượng đònh mức
Các quan hệ công suất trong động cơ KĐB 3 pha
Moment quay của động cơ KĐB 3 pha

Máy điện 1 - 401005

1


3.1. TỔNG
NG QUAN
1/ KHÁI NIỆM CHUNG :
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc
theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rotor n (tốc
độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường n1.
Máy điện không đồng bộ chủ yếu dùng làm động cơ điện.
Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, làm việc chắc
chắn, hiệu suất cao, giá thành thấp nên được dùng rộng rãi nhất

trong công nghiệp và sinh hoạt.
Tuy nhiên, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như:
cosϕ thấp và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng
của máy điện không đồng bộ có phần bò hạn chế.
Các động cơ từ 5Hp trở lên hầu hết là động cơ 3 pha, còn
động cơ nhỏ hơn 1Hp thường là động cơ 1 pha.
Máy điện 1 - 401005

2


3.1. TỔNG
NG QUAN
2/ CẤU TẠO MÁY ĐIỆN KĐB 3 PHA :
Hộp ra dây

Lõi thép stator

Dây quấn stator

Quạt
thông gió

Trục động cơ
Lõi thép rotor
Vỏ máy
Máy điện 1 - 401005

3

3.1. TỔNG
NG QUAN
2/ CẤU TẠO MÁY ĐIỆN KĐB 3 PHA :
a) Stator (phần đứng yên)
- Lõi thép :

Máy điện 1 - 401005

4


3.1. TỔNG
NG QUAN
2/ CẤU TẠO MÁY ĐIỆN KĐB 3 PHA :
a) Stator (phần đứng yên)
- Dây quấn :

Máy điện 1 - 401005

5


3.1. TỔNG
NG QUAN
2/ CẤU TẠO MÁY ĐIỆN KĐB 3 PHA :
b) Rotor (phần quay) : có 2 dạng
- Rotor lồng sóc :

Lõi thép

Dây quấn

Máy điện 1 - 401005

6


3.1. TỔNG
NG QUAN
2/ CẤU TẠO MÁY ĐIỆN KĐB 3 PHA :
b) Rotor (phần quay) : có 2 dạng
- Rotor dây quấn :

Máy điện 1 - 401005

7


3.2. TỪ TRƯỜNG
NG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG
NG BỘ 3 PHA
1/ Sự hình thành từ trường quay

Máy điện 1 - 401005

8

3.2. TỪ TRƯỜNG
NG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG
NG BỘ 3 PHA
1/ Sự hình thành từ trường quay

Máy điện 1 - 401005

9


3.2. TỪ TRƯỜNG
NG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG
NG BỘ 3 PHA
2/ Đặc điểm của từ trường quay:
Vận tốc của từ trường quay n1
Phụ thuộc vào tần số và số đôi cực

60f
n1 =
p

n1[vòng/phút]
f[Hz] : tần số nguồn điện
p : số đôi cực

Chiều của từ trường quay :
Phụ thuộc vào thứ tự pha của nguồn điện. Muốn đổi chiều
quay động cơ, ta chỉ cần đổi thứ tự 2 trong 3 dây pha bất kỳ.

Biên độ của từ trường quay:
Φ = 3/2 Φmax = const , với Φmax là biên độ max của từ
trường một pha
Máy điện 1 - 401005

10


3.2. TỪ TRƯỜNG
NG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG
NG BỘ 3 PHA
3/ Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB 3 pha
Khi ta cho dòng điện 3 pha tần
số f vào 3 dây quấn stator, sẽ tạo ra
từ trường quay p đôi cực, quay với tốc
độ n1 = 60f/p
Từ trường quay cắt ngang các
thanh dẫn của dây quấn rotor, cảm
ứng các sức điện động. Vì dây quấn
rotor nối ngắn mạch nên sinh ra dòng
cảm ứng trong các thanh dẫn rotor.
Lực tương tác giữa từ trường quay và
dòng cảm ứng trong thanh dẫn sẽ kéo
rotor quay cùng chiều.
Máy điện 1 - 401005

11

3.2. TỪ TRƯỜNG
NG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG
NG BỘ 3 PHA
3/ Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB 3 pha
Tuy nhiên rotor không bao giờ
bắt kòp từ trường quay. Vì nếu vận
tốc rotor n = n1 thì không có sự
chuyển động tương đối, trong dây
quấn rotor mất đi sức điện động cảm
ứng và dòng cảm ứng dẫn đến lực
điện từ không còn.

Máy điện 1 - 401005

12


3.2. TỪ TRƯỜNG
NG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG
NG BỘ 3 PHA
3/ Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB 3 pha
Ta có :
n1 : tốc độ từ trường quay
n : tốc độ rotor
n2 = n1 – n : vận tốc tương đối giữa từ trường quay và rotor
hay còn gọi là vận tốc trượt.
Hệ số trượt :

n2 n1 − n
=
s=
n1
n1

khi rotor đứng yên : n = 0 ; s = 1
khi rotor quay: s<1, tốc độ rotor tính theo s :
n = n1(1 – s) = n1 – n1s = n1 – n2
tốc độ rotor = tốc độ đồng bộ – tốc độ tương đối
Máy điện 1 - 401005

13


3.2. TỪ TRƯỜNG
NG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG
NG BỘ 3 PHA
VÍ DỤ
Một động cơ không đồng bộ 3 pha 4 cực được cung cấp điện
từ nguồn 50 Hz
1. Tính vận tốc đồng bộ.
2. Trên nhãn động cơ có ghi vận tốc đònh mức 1425 vòng/p.
Tính hệ số trượt đònh mức.
3. Giả sử tải của đ/cơ giảm và hệ số trượt chỉ còn s = 0,02 .
Tính vận tốc mới của động cơ

Máy điện 1 - 401005

14


3.2. TỪ TRƯỜNG
NG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG
NG BỘ 3 PHA
GIẢI
1. Tốc độ từ trường quay (tốc độ đồng bộ)
n1 = 60f / p = 60x50 / 2 = 1500 v/p
2. Hệ số trượt đònh mức
s = (n1 – n)/n1 = (1500 – 1425)/1500 = 0,05 = 5%
3. Khi tải (tức là lực cản trên trục động cơ) giảm xuống, động
cơ kéo nhẹ hơn và có khuynh hướng quay nhanh hơn; và s giảm
xuống còn 0,02. Tốc độ động cơ lúc đó :
n = n1(1 – s)= 1500 × (1 – 0,02) = 1470 v/p

Máy điện 1 - 401005

15


3.3. MẠCH
CH TƯƠNG ĐƯƠNG ĐỘNG
NG CƠ KĐB
1/. Phương trình điện áp stator
Tương tự phương trình dây quấn sơ cấp của MBA, ta có
phương trình điện áp pha stator
.

.

.

.

.

U 1 = E 1 + I 1 (R1 + jX 1 ) = E 1 + Z 1 I 1

Trong đó
U1 : điện áp pha stator
Z1 = R1 + jX1 : tổng trở 1 pha dây quấn stator
R1 : điện trở 1 pha dây quấn stator
X1 = 2πfL1 : điện kháng tản 1 pha dây quấn stator
f : tần số dòng điện stator
L1 : điện cảm tản 1 pha dây quấn stator
E1 : sức điện động pha stator do từ thông của từ trường quay sinh ra
E1 = 4,44.f.kdq1.W1.Φm , kdq1 <1: hệ số dây quấn nói lên sự giảm sức
điện động tổng do việc cuộn dây bò phân bố đều trong các rãnh và
bước rút ngắn, so với dây quấn tập trung trong máy biến áp.
Máy điện 1 - 401005

16


3.3. MẠCH
CH TƯƠNG ĐƯƠNG ĐỘNG
NG CƠ KĐB
2/. Phương trình điện áp rotor

Tương tự phương trình dây quấn thứ cấp của MBA, tuy nhiên
dây quấn rotor chuyển động so với từ trường quay tốc độ
n2 = n1 – n = sn1
Như vậy sức điện động và dòng điện trong dây quấn rotor sẽ
có tần số là:
f2 = s.f
a) Khi rotor đứng yên : s=1 ; f2 = f

b) Khi rotor quay : s<1 ; f2 =sf

- Sđđ pha rotor lúc đứng yên:

- Sức điện động pha rotor lúc
quay:

E2 = 4,44.f.W2.kdq2.Φm
- Điện kháng tản rotor lúc đứng yên:
X2 = 2π.f.L2

E2s = 4,44.sf.W2.kdq2.Φm = s.E2
- Điện kháng tản rotor lúc quay:
X2s = 2π.sf.L2 = s.X2

Máy điện 1 - 401005

17


3.3. MẠCH
CH TƯƠNG ĐƯƠNG ĐỘNG

NG CƠ KĐB
2/. Phương trình điện áp rotor
Vậy : phương trình điện áp rotor lúc quay là :
.

.

.

E 2 s = R2 I 2 + jX 2 s I 2
.

.

⇔ s E 2 = I 2 (R2 + jsX 2 )
.

X2s
U2 = 0

.

⇔ s E 2 = I 2 Z2s
Tỉ số biến đổi sức điện động pha stator :

E1 k dq1W1
ke =
=
E 2 k dq 2W2
Máy điện 1 - 401005

18


3.3. MẠCH
CH TƯƠNG ĐƯƠNG ĐỘNG
NG CƠ KĐB
3/. Phương trình sức từ động
Tương tự như MÁY BIẾN ÁP, từ thông Φm có giá trò hầu như
không đổi ứng với chế độ không tải và có tải.
Phương trình sức từ động của động cơ :
m1W1kdq1I1 − m2W2 kdq 2 I 2 = m1W1kdq1I 0
Với:

I0 : dòng điện stator lúc không tải
I1, I2 dòng điện stator và rotor khi động cơ kéo tải
m1, m2 số pha của dây quấn stator và rotor
đặt k = m1W1k dq1 : hệ số qui đổi dòng điện, ta được :
I

m2W2 k dq 2

.
.
.
.
I2 .
I1−
= I 0 ⇔ I 1 = I 0 + I '2
kI

.

I’2 : dòng điện rotor qui đổi về stator
Máy điện 1 - 401005

19


3.3. MẠCH
CH TƯƠNG ĐƯƠNG ĐỘNG
NG CƠ KĐB
4/. Mạch tương đương động cơ
Các phương trình cơ bản của động cơ KĐB :
.

.

.

.

.

.

.

U 1 = E 1 + I 1 (R1 + jX 1 ) = E 1 + Z 1 I 1
s E 2 = I 2 (R2 + js X 2 )
.

.

.

I '1 = I '0 + I '2
Qui đổi phương trình điện áp rotor lúc quay về đứng yên:
.
.
R

E 2 = I 2  2 + jX 2 
 s

.
Qui đổi cá
về stator:
. c đại lượ
. ng rotor
.
.

I2
E '2 = k E E 2 = E1
I '2 =
kI
R'2 = kEkIR2 X'2 = kEkIX2
Máy điện 1 - 401005

20

3.3. MẠCH
CH TƯƠNG ĐƯƠNG ĐỘNG
NG CƠ KĐB
4/. Mạch tương đương động cơ
Phương trình điện áp rotor qui đổi về stator :

 R' 2

E '2 = I '2 
+ jX ' 2 
 s

.

.

Tương tự MÁY BIẾN ÁP, thay thế nhánh E1 = E'2 bằng điện
áp nơi trên nhánh từ hóa, ta có :
.

.

.

.

E 1 = E '2 = I 0 (Rm + jX m ) = I 0 Z m
Biến đổi :

R'2
1− s 
= R'2 + R'2 

s
 s 

Máy điện 1 - 401005

21


3.3. MẠCH
CH TƯƠNG ĐƯƠNG ĐỘNG
NG CƠ KĐB
4/. Mạch tương đương động cơ
Ta có sơ đồ mạch điện thay thế hình T của động cơ KĐB :

Máy điện 1 - 401005

22


3.3. MẠCH
CH TƯƠNG ĐƯƠNG ĐỘNG
NG CƠ KĐB
4/. Mạch tương đương động cơ
Sơ đồ thay thế đơn giản :
Trong đó :

R0 = R1 + Rm
X0 = X1 + Xm
Rn = R1 + R’2
Xn= X1 + X'2
Hay :

I0 = Ic + Im
Gc = 1/Rc
Bm = 1/Xm
Máy điện 1 - 401005

23


3.4. CÁC ĐẠI LƯNG
NG ĐỊNH MỨC
1. Công suất đònh mức : Pđm (W, KW hoặc HP) : công suất có
ích (công suất ra) trên trục động cơ (cơ năng)
Chú ý : 1HP = 746 W
2. Điện áp đònh mức U1đm (V, KV) : điện áp dây stator (cho kèm
với kiểu đấu dây sao hay tam giác)
VD : Y/∆ - 380V/220V
3. Dòng đònh mức I1đm (A) : dòng dây vào động cơ (tương ứng với
kiểu đấu sao hay tam giác)
4. Tần số đònh mức f (Hz)
5. Tốc độ quay rotor nđm (vòng/phút)
6. Hệ số công suất cosϕđm
7. Hiệu suất đònh mức ηđm
Máy điện 1 - 401005

24


3.4. CÁC ĐẠI LƯNG
NG ĐỊNH MỨC
Suy ra các giá trò quan trọng khác :
- Công suất đònh mức mà động cơ tiêu thụ : P1đm
P1đm =

Pđm
= 3 U đm I đm cos ϕ đm
ηđm

- Momen đònh mức : M đm =
với :

ωđm

Pđm
ωđm

2π .nđm
=
60

Máy điện 1 - 401005

25