XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG của GIÁ TRỊ tụ điện c đến đặc TÍNH HIỆU SUẤT của ĐỘNG cơ điện DUNG làm VIỆC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ NGỌC HOÀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: THIẾT BỊ ĐIỆN

Khóa: 2011 - 2013
ĐỀ TÀI
XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA GIÁ TRỊ TỤ ĐIỆN C ĐẾN ĐẶC TÍNH
HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC
(Determination of the influence of the capacitor value to the efficiency
characteristics of capacitance motors)

Người hướng dẫn khoa học: TS Phan Thị Huệ

Hà Nội - 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa công bố trong công trình khoa học
nào trước đó.
Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của tôi đều được
chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả

Vũ Ngọc Hoàn

Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Hà
Nội. Tôi đã hoàn thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật với đề tài: “ Xác định ảnh hưởng
của giá trị tụ điện C đến đặc tính hiệu suất của động cơ điện dung làm việc ”.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phan Thị Huệ đã tận tình hướng dẫn và tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Điện, Viện sau Đại học Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã đọc và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để luận văn của tôi
được hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đồng nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định nơi tôi công tác đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bạn bè đồng nghiệp và gia đình
đã động viên khích lệ để hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 26 tháng 03 năm 2013
Tác giả

Vũ Ngọc Hoàn


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT

NGUYÊN VĂN

KĐB

Không đồng bộ

STĐ

Sức từ động

SĐĐ

Sức điện động


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................2


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.2: Hệ thống véc tơ không đối xứng (a) và.......................................................7

các thành phần đối xứng của nó (b, c, d).....................................................................7
Hình 1.3: Xác định các thành phần đối xứng bằng đồ thị véc tơ................................8
Hình 1.4: Đồ thị véc tơ dòng điện................................................................................9
của máy điện một pha...................................................................................................9
Hình 1.5: Phân tích một từ trường đập mạch thành hai từ trường quay...................12
Hình 1.6: Đồ thị véctơ sức từ động............................................................................13
Hình 1.7: Đồ thị véctơ STĐ ứng với điều kiện nhận từ trường quay tròn................16
Hình 1.8: Động cơ một pha không.............................................................................19
đồng bộ khi roto đứng yên.........................................................................................19
Hình 1.9: Đặc tính cơ của động cơ.............................................................................19
một pha không đồng bộ..............................................................................................19
Hình 1.10: Mạch điện thay thế tổng quát của động cơ không đồng bộ một pha (a).22
và khi không tải (b).....................................................................................................22
Hình 1.11: a - Sơ đồ mạch điện của động cơ điện dung (trường hợp chung);..........24
b – sơ đồ véc tơ khi từ trường tròn.............................................................................24
Hình 1.12: Sơ đồ mắc mạch điện của động cơ không đồng bộ một pha với điện trở
khởi động....................................................................................................................27
Hình 1.13: Sơ đồ mắc mạch điện của động cơ không đồng bộ một pha với tụ khởi
động............................................................................................................................29
Hình 1.14: Sơ đồ mắc mạch điện của động cơ điện dung với tụ làm việc................31
Hình 1.15: Sơ đồ mắc mạch điện của động cơ..........................................................32
với tụ khởi động và tụ làm việc..................................................................................32
Hình 1.16: Động cơ không đồng bộ một pha vòng chập:..........................................33
Hình 2.2: Cách điện rãnh Stato.................................................................................42
Hình 2.4: Kích thước vành ngắn mạch......................................................................46
Hình 2.5: Quan hệ giữa điện dung của tụ và mômen khởi động...............................62
Hình 3.1: Đặc tính hiệu suất của động cơ ứng với tụ làm việc Clv = 17 µF............80


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 3.2: Đặc tính hiệu suất của động cơ khi thay đổi giá trị của tụ làm việc.........82


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Động cơ công suất nhỏ ngày nay được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực như trong công, nông nghiệp, trong tự động hoávà máy tính, trong hàng không,
trong sinh hoạt gia đình...Động cơ công suất nhỏ rất đa dạng và phong phú về chủng
loại và chức năng.... Tất cả động cơ không đồng bộ một pha công suất nhỏ đều có
nhược điểm là luôn có chốt li tâm hoặc rơ le chuyên dụng để ngắt phần tử khởi
động. Điều đó dẫn tới làm tăng giá thành động cơ và làm giảm độ tin cậy của
chúng.Trong trường hợp khi độ tin cậy của động cơ đóng vai trò quan trọng nhất
còn yêu cầu mô men khởi động không quá cao, người ta thường dùng động cơ một
pha với tụ làm việc mắc cố định. Nghĩa là cả hai dây quấn luôn được nối với
nguồn một pha .Cuộn chính nối trực tiếp với nguồn(Cuộn A), cuộn phụ (Cuộn B)
nối với nguồn qua tụ C. Các cuộn dây A và B chiếm số rãnh như nhau trên stato.
Như vậy động cơ điện dung đóng một vai trò rất lớn, bởi vì nó có ưu điểm là
dùng nguồn cấp một pha, hệ số cosϕ cao, độ tin cậy cao…
Vấn đề hiệu suất của động cơ điện dung là một vấn đề cần quan tâm và tìm
hiểu. Đó chính là lý do tôi chọn đề tài “Xác định ảnh hưởng của giá trị tụ điện C
đến đặc tính hiệu suất của động cơ điện dung làm việc”.
2. Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu về động cơ một pha điện dung, tính toán thiết kế và xây dựng

chương trình tính toán thiết kế động cơ điện dung với tụ làm việc và tụ mở máy với
các thông số cho trước. Thay đổi giá trị của tụ làm việc để tìm ra quan hệ giữa giá
trị của tụ với hiệu suất của động cơ.
3. Đối tượng nghiên cứu:
Động cơ điện không đồng bộ một pha điện dung.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Ảnh hưởng của giá trị tụ điện C đến đặc tính hiệu suất của động cơ điện dung
làm việc.

1


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

5. Giới hạn của đề tài:
Đề tài chỉ nghiên cứu về ảnh hưởng của giá trị tụ điện C đến đặc tính hiệu suất
của động cơ điện dung làm việc.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Ngày nay trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp nói chung và trong phục
vụ đời sống gia đình nói riêng thì động cơ điện dung góp một phần rất quan trọng.
Khi nghiên cứu về động cơ điện dung thì hiệu suất của động cơ đóng một vai trò
quan trọng. Vì vậy đề tài nghiên cứu về ảnh hưởng của giá trị tụ điện C đến đặc tính
hiệu suất của động cơ điện dung làm việc là một vấn đề cần quan tâm. Từ đó đưa ra
các biện pháp nâng cao hiệu suất của động cơ điện dung nhằm tăng năng suất lao
động, hiệu quả làm việc… trong công nghiệp và đời sống hàng ngày.
7. Phương pháp nghiên cứu:
Ta sử dụng các phương pháp như tham khảo sách giáo khoa, tài liệu... qua
mạng internet. Dùng lý thuyết kinh điển kết hợp các phương pháp hiện đại như mô

phỏng dùng phần mềm matlab để giải quyết các yêu cầu của đề tài.
8. Bố cục luận văn:
Luận văn có gồm 3 chương
• Chương 1: Tổng quan về động cơ một pha, hai pha
• Chương 2: Xây dựng chương trình thiết kế động cơ một pha với công suất
cho trước
• Chương 3: Thay đổi giá trị C khác nhau để tìm quan hệ giữa hiệu suất và giá
trị của C.

2


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT PHA, HAI PHA
1.1 Cơ sở lý thuyết của máy điện một pha
1.1.1 Khái niệm chung
Hiện nay trong các sơ đồ tự động, điều khiển từ xa và trong tính toán người
ta sử dụng ngày càng nhiều các động cơ điện một pha công suất nhỏ. Người ta gọi
là máy điện một pha vì nguồn cấp là nguồn điện xoay chiều chiều một pha.
Phần lớn các máy điện một pha được bố trí trên stato, hai cuộn dây A và B
tương ứng vuông góc với nhau. Sự không đối xứng của máy thường gây ra bởi số
vòng dây của hai cuộn dây khác nhau hoặc do hai cuộn dây chiếm số rãnh không
bằng nhau.
Trong thực tế, cả máy đối xứng và máy không đối xứng đều có thể làm việc
trong trạng thái đối xứng. Nghĩa là trong máy có từ trường tròn.
Để nghiên cứu các quá trình vật lí xảy ra trong máy điện một pha có thể dùng
nhiều phương pháp khác nhau, ở đây ta dùng phương pháp các thành phần đối

xứng.
Trên hình 1.1 vẽ sơ đồ máy một pha tổng quát. Máy gồm hai cuộn dây stato
A và B tương ứng vuông góc nhau, chiếm số rãnh như nhau N ZA = NZB; có số vòng
dây khác nhau

=

và do đó điện trở và điện kháng sẽ khác nhau RA ≠ RB ;

XA ≠ XB.(theo mục 2.1; trang 13,14,15 TL[4])

Hình 1.1: Mô hình máy điện 1 pha có hai cuộn dây trên stato.

3


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Trong máy sẽ có từ trường quay tròn khi các điện áp

và

đặt vào hai

cuộn dây, lệch pha nhau về thời gian 1/4 chu kì khi ( β = 90°) và có trị số tỉ lệ thuận
với số vòng dây hiệu dụng, nghĩa là

(1.1)

Trong đó:

;

là số vòng dây thực tế của các cuộn dây.

kWA; kWB là hệ số dây quấn của các cuộn dây.
Điều kiện β = 90° chính là một trong hai điều kiện nhận được từ trường tròn, còn
biểu thức (1.1) nhằm thoả mãn điều kiện còn lại φA = φB; hoặc FA = FB. Xuất phát từ
phương trình cân bằng điện áp của các cuộn dây thì

(1.2)
(1.3)
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các tổng trở

và

ta có:

(1.4)
Rõ ràng điều kiện φA = φB sẽ được thực hiện nếu:
(1.5)
Ý nghĩa vật lí của biểu thức 1.5 như sau:
Các từ thông trong hai cuộn dây A và B có các dòng điện xoay chiều cùng
tần số chạy qua sẽ bằng nhau nếu như điện áp trên một vòng dây của chúng bằng
nhau.
Kết hợp hai điều kiện nhận được từ trường quay tròn
FA = FB;

4

Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Ta có thể viết:

j.

hoặc

Từ đó rút ra:
(1.6)
Từ biểu thức 1.5 ta có:
(1.7)
Tỉ số giữa số vòng dây hiệu dụng cuộn dây B và số vòng dây hiệu dụng của
cuộn dây A được gọi là tỉ số biến áp

(1.8)
Thay (1.8) vào (1.7) ta được:

(1.9)
Điện áp

là điện áp cuộn dây B đã quy đổi về số vòng cuộn dây A.

Như vậy khi từ trường quay là tròn thì điện áp trên cuộn dây A và điện áp rơi
trên cuộn dây B quy đổi về số vòng dây của cuộn dây A, phải bằng nhau.
Vì các điện áp và có trị số bằng nhau và lệch pha về thời gian một góc β =

90° nên ta có thể viết

(1.10)
Đây chính là điều kiện nhận từ trường tròn viết dưới dạng đẳng thức các điện
áp, một cách tương tự, khi từ trường là quay tròn, biểu thức (1.6) có thể viết dưới
dạng,

5


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

hoặc

(1.11)
Điều kiện nhận được từ trường tròn viết dưới dạng đẳng thức các dòng điện

như sau,

hoặc là:

(1.12)

1.1.2 Ứng dụng phương pháp các thành phần đối xứng để nghiên cứu máy điện
một pha có hai cuộn dây stato lệch nhau 90° điện trong không gian
Một hệ thống hai pha bất kì của hai véc tơ

và

, có trị số không bằng nhau

và lệch pha về thời gian một góc β , được gọi là hệ thống hai pha không đối xứng.
Nội dung phương pháp các thành phần đối xứng là phân tích một hệ thống
hai pha không đối xứng bất kì thành hai hệ thống đối xứng, trong đó mỗi hệ thống
gồm hai véc tơ, có trị số bằng nhau và lệch pha nhau 1/ 4 chu kì (90°).
Hệ thống đối xứng thứ tự thuận gồm hai véc tơ
vuông pha nhau ; thứ tự pha

và

và

giống hệ thống đối xứng

Hệ thống đối xứng thứ tự ngược gồm hai véc tơ
bằng nhau và vuông pha nhau nhưng thứ tự pha
đối xứng

có trị số bằngnhau và

và

6

và

và .
và

cũng có trị số

ngược pha với hệ thống


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.2: Hệ thống véc tơ không đối xứng (a) và
các thành phần đối xứng của nó (b, c, d).
Trên hình 1.2 vẽ hệ thống hai pha không đối xứng ( , ) và các thành phần
đối xứng của nó (

,

) và (

,

).

Từ hình vẽ ta có:

(1.13)
(1.14)
Trong đó:

(1.15)

(1.16)
Thay các giá trị

và

từ các biểu thức (1.15) và (1.16) vào (1.14) ta được

hoặc

(1.17)

Giải hệ phương trình (2.13) và (2.17)

Ta được:

(1.18)

7


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

(1.19)
Các biểu thức (1.19) và (1.20) giúp ta xác định được các thành phần đối
xứng thứ tự thuận (

) và thứ tự ngược (

), khi đã biết các giá trị

và

của hệ

thống không đối xứng.
Biết được

và

ta sẽ xác định được

và

nhờ các biểu thức (1.15)

và (1.16).
Trên hình 1.3 chỉ rõ cách xác định bằng đồ thị các véc tơ
theo

và

dựa vào các biểu thức (1.18) và (1.19), (1.15) và (1.16).

Hình 1.3: Xác định các thành phần đối xứng bằng đồ thị véc tơ.
Khi nghiên cứu máy điện một pha, các véc tơ
điện áp

các véc tơ STĐ

dòng điện

.

Nếu sử dụng các véc tơ ,

và

có thể là các véc tơ

các véc tơ từ thông

hoặc các véc tơ

với tư cách là véc tơ dòng điện

biểu thức (1.18), (1.19) , và (1.16) có thể viết như sau :

8

. thì các


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

;

(1.22)
;

(1.23)

hoặc
(1.24)

(1.25)
Dòng điện thực tế chạy trong các cuộn dây được xác định bằng cách tổng hợp các
thành phần đối xứng của nó.

;

(1.26)
(1.27)

Khi sử dụng phương pháp các thành phần đối xứng để nghiên cứu máy điện
một pha có hai cuộn dây stato lệch nhau trong không gian một góc 90° điện, cho
phép ta thay thế một từ trường elip (từ trường không đối xứng) bởi hai từ trường
quay tròn (từ trường đối xứng).

Hình 1.4: Đồ thị véc tơ dòng điện
của máy điện một pha
-

Từ trường quay thuận do các dòng điện thứ tự thuận

9

và

sinh ra.


Luận văn thạc sỹ
-

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Từ trường quay ngược do các dòng điện thứ tự ngược

và

sinh ra.

Các biểu thức (1.20) đến (1.27) có thể áp dụng cho máy điện một pha,
trong trường hợp chỉ có một cuộn dây stato (cuộn A mà không có cuộn B), có nghĩa
là

.

Dựa vào (1.20) và (1.21) ta có:

Do đó dòng điện trong cuộn dây pha A bằng

Dòng điện trong dây quấn pha B bằng tổng các thành phần đối xứng của nó

Hình 1.4 vẽ đồ thị dòng điện của máy điện một pha (chỉ có cuộn A, không có
cuộn B), coi như là một trường hợp giới hạn của máy điện một pha không đối xứng

(theo mục 2.2; trang 16,17,18 TL[4]).
1.1.3 Sức từ động và mô men khởi động của máy điện một pha.
Cuộn dây một pha bất kì, khi có dòng điện xoay chiều i = Im cosωt chạy qua,
sẽ tạo ra từ trường đập mạch có từ thông biến thiên từ + ω đến − ω và do đó sức từ
động của cuộn dây cũng biến thiên từ + Fm đến − Fm . Từ trường của cuộn dây một
pha thường hướng theo trục của cuộn dây (theo mục 1.2; trang 6,7,8 TL[4]).
Chúng ta sẽ phân tích sức từ động của cuộn dây một pha:
F = Fm cosωt.

(1.30)

10


Luận văn thạc sỹ
thành hai sức từ động

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
và

quay ngược chiều nhau trong không gian với

tốc độ đồng bộ là ω , có trị số bằng nhau và bằng một nửa biên độ STĐ đập
mạch.

STĐ

quay cùng chiều quay của rôto, được gọi là STĐ quay thuận.

STĐ

quay ngược chiều quay của rôto, được gọi là STĐ quay ngược.
Tại một thời điểm bất kỳ, tổng hình học của STĐ quay

và

về trị số và

chiều sẽ bằng trị số tức thời của STĐ đập mạch
cos

(1.32)

Nếu máy không bão hoà ta cũng có:
(1.33)
Nếu máy bão hoà thì phương pháp xếp chồng chỉ áp dụng cho STĐ.
Trên hình 1.3 vẽ các STĐ

tại các thời điểm t0 , t1, t2 ... cách nhau

những khoảng thời gian bằng 1/8 chu kì.
Việc thay thế một từ trường đập mạch bằng hai từ trường quay cho phép ta
nghiên cứu các quá trình vật lý trong máy điện một pha, dựa trên cơ sở lý thuyết
máy điện ba pha đối xứng.

11


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.5: Phân tích một từ trường đập mạch thành hai từ trường quay.
Ta sẽ xét trường hợp tổng quát khi số vòng dây hiệu dụng của hai cuộn dây
A và B khác nhau WA ≠ WB ; góc lệch pha trong không gian của hai cuộn dây là θ ≠
900 , dòng điện chạy qua hai cuộn dây i A và iB có biên độ không bằng nhau và lệch
pha nhau về thời gian một góc β ≠ 900 :
iA = IAm cosωt;
iB = IBm cos(ωt + β ).
Trong hai trường hợp này, STĐ của hai cuộn dây cũng không bằng nhau về
trị số và lệch pha nhau một góc β về thời gian.
FA = FAmcos ωt ;

(1.34)

FB = FBmcos(ωt + β ).

(1.35)

12


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.6: Đồ thị véctơ sức từ động
Chúng ta sẽ phân tích STĐ của mỗi cuộn dây thành hai STĐ thứ tự thuận và
STĐ thứ tự ngược có biên độ bằng một nửa biên độ STĐ của mỗi cuộn dây tương
ứng.

Trên hình 1.6 vẽ các STĐ thứ tự thuận và thứ tự ngược của hai cuộn dây A
và B tại thời điểm t = 0.
Trên hình vẽ cũng chỉ cách xác định tổng các STĐ thứ tự thuận và tổng STĐ
thứ tự ngược.

Về trị số STĐ thứ tự thuận và thứ tự thuận bằng

Trong đó:

13


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Thay

Ta có:

Tương tự ta xác định được tổng các STĐ thứ tự ngược bằng:

Từ các biểu thức (1.40) và (1.41) ta thấy: khi góc không gian θ và góc thời
gian β thay đổi sẽ làm thay đổi từ trường trong máy điện một pha.
Sử dụng các biểu thức (1.40) và (1.41) ta dễ dàng xác định được mômen
khởi động của máy điện một pha, dựa trên cơ sở khi máy không bão hoà thì từ
thông φ tỉ lệ thuận với STĐ F. Lúc đó mômen khởi động sẽ tỉ lệ thuận với hiệu số
các bình phương STĐ thứ tự thuận và ngược.
Biểu thức mômen khởi động

Trong đó

là hệ số tỉ lệ. Sau khi thay F 1, F2 lấy từ (1.40) và (1.41) vào biểu thức

mômen khởi động ta được
Áp dụng công thức lượng giác:

Ta có:
Vậy mômen khởi động tỉ lệ thuận với các STĐ FAm, FBm và sin của các góc
không gian θ và góc thời gian β .

14


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Chúng ta cũng nhận thấy rằng, ở một trị số nhất định của góc θ thì:
;
Trong đó:
Khi β = 90° thì MK = MKmax = f(sin θ), nghĩa là mômen khởi động cực đại
biến đổi theo góc θ, theo quy luật hình sin.
Ngược lại ở một trị số nhất định của góc β thì:

Trong đó:
Khi θ = 90° thì MK = MKmax = f(sin β), nghĩa là mômen khởi động cực đại
biến đổi theo góc β, theo quy luật hình sin.
Như vậy mômen khởi động cực đại tuyệt đối chỉ xẩy ra khi đồng thời θ = 90°

và β = 90°.

1.1.4 Điều kiện nhận được từ trường quay tròn trong máy điện một pha
Từ trường trong máy điện một pha chỉ là từ trường quay tròn khi từ trường
quay thuận hoặc từ trường quay ngược bằng 0, nghĩa là trong máy chỉ tồn tại một từ
trường quay (thuận hoặc ngược), STĐ của từ trường, quay trong không gian với tốc
độ ω = ωđb không đổi. Đầu mút của véc tơ STĐ vẽ nên một vòng tròn. Giả sử có
F2 = 0 ta có :

Hoặc:

(1.43)

Đẳng thức này đúng khi

hoặc
Vậy điều kiện nhận từ trường quay tròn là :

15


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
(1.44)
(1.45)

Hai điều kiện này được minh hoạ trên hình 1.7 (hình 1.5, trang 10 TL[4])

Hình 1.7: Đồ thị véctơ STĐ ứng với điều kiện nhận từ trường quay tròn.

Trên hình vẽ, hai cuộn dây A và B lệch nhau trong không gian một góc θ;
dòng điện chạy trong các cuộn dây lệch pha về thời gian một góc β và do đó các
STĐ FA và FB của hai cuộn dây lệch pha về thời gian một góc β.

Để cho từ trường quay ngược bằng không thì tổng hình học các thành phần của nó
phải bằng 0.
Điều đó chỉ xẩy ra khi các thành phần STĐ thứ tự ngược của hai cuộn dây có
trị số bằng nhau và ngược chiều nhau.
Giá trị STĐ của từ trường quay (từ trường quay thuận) dễ dàng xác định
được bằng cách thay vào biểu thức F1 các giá trị.

16


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

FAm = FBm = Ffm và θ = 180° - β
Giá trị của từ trường quay cũng có thể xác định trực tiếp từ hình 1.7, vì tứ giác
OKNM là hình thoi (FA1 = FB1) nên

Mặt khác, khi từ trường quay là từ trường tròn thì :

Sau khi biến đổi ta được:
(1.46)
Đẳng thức này cho thấy, có thể nhận được từ trường quay tròn với một góc θ
bất kỳ, nhưng từ trường chỉ đạt cực đại khi θ = 90° điện.
Nếu thay vào biểu thức (1.16) giá trị θ = 180° - β thì ta được:
(1.47)

Đẳng thức này cho thấy, từ trường chỉ đạt cực đại khi β = 90°,
Vậy từ trường chỉ đạt giá trị cực đại tuyệt đối, khi đổng thời θ = 90° và β = 90°;
ta có: F1max = FAm = FBm = Ffm

(1.48)

Trong thực tế hai cuộn dây được bố trí lệch nhau trong không gian một góc
θ = 90°, do đó các điều kiện (1.44) và (1.45) chuyển thành :
(1.49)
(1.50)

17


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

1.2. Động cơ không đồng bộ một pha
1.2.1 Khái niệm chung.
Động cơ động lực công suất nhỏ của hệ thống tự động phổ biến nhất hiện
nay là động cơ không đồng bộ, theo cấu tạo, đây là động cơ có rôto ngắn mạch
thường có dạng lồng sóc, đôi khi được chế tạo thành dạng đặc hay rỗng làm từ gang
hoặc thép, nhằm nhận được đặc tính cơ mềm, tăng độ bền cơ của rôto khi quay
với vận tốc cao và giảm độ ồn của động cơ, động cơ không đồng bộ công suất nhỏ
với rôto dây quấn thường không được chế tạo (theo mục 3.1; trang 34, 35 TL[4]).
Trong phần lớn các hệ thống tự động, động cơ động lực được nuôi bằng
nguồn điện không phải là ba pha, mà là một pha xoay chiều. Chính vì vậy, các động
cơ động lực xoay chiều chủ yếu là động cơ một pha. Động cơ ba pha trong hệ thống
tự động ít được sử dụng.

Động cơ không đồng bộ một pha được gọi là một pha vì được nuôi bằng
nguồn điện một pha, nhưng về cấu tạo trong phần lớn các trường hợp là động cơ hai
pha. Chúng có hai cuộn dây trên stato, thường lệch pha trong không gian một góc
90° điện. Một cuộn được nối trực tiếp với nguồn điện một pha còn gọi là cuộn làm
việc hay cuộn chính. Cuộn còn lại nối với nguồn một pha qua phần tử lệch pha
trong toàn bộ thời gian làm việc hoặc chỉ trong thời gian mở máy, gọi là cuộn phụ
hay cuộn khởi động, ở một số động cơ, cuộn phụ hoàn toàn không nối với nguồn,
sức điện động trong cuộn dây sinh ra bởi luồng từ thông của cuộn chính.
Phụ thuộc vào chủng loại của phần tử lệch pha và phương pháp sử dụng
cuộn phụ (cuộn khởi động) mà động cơ không đồng bộ động lực công suất nhỏ có
thể phân vào năm nhóm:
1) Với điện trở khởi động,
2) Với tụ khởi động,
3) Với tụ khởi động và tụ làm việc,
4) Với tụ làm việc,
5) Với vòng ngắn mạch.

18