Cấu tạo , nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ

1
1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
1.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ:









1.1.1 Phần tĩnh Stato :










1.1.2 Phần động Rôto
:
- Lõi thép: Cũng đợc ghép bằng các lá thép Kỹ thuật điện, có sẻ rãnh ở bên ngoài để
đặt dây quấn Rôto.
- Dây quấn:
Động cơ có cuộn dây Rôto nối ngắn mạch gọi là động cơ không đồng bộ Rôto ngắn

mạch hay Rôto lồng sóc vì có dạng nh lồng sóc.
Đối với loại Rôto dây quấn, cuộn dây Rôto nối hình Sao (Y), còn 3 đầu đợc nối
đến 3 vòng góp cố định trên trục, đợc cách điện với trục và gọi là 3 Vành trợt. Có
3 Chổi than tiếp xúc với 3 vành trợt này để nối ra ngoài; Ngời ta có thể nối nối
tiếp dây quấn Rôto với các điện trở phụ để mở máy hoặc điều chỉnh tốc độ
.






Động cơ Rôto lồng sóc đợc
dùn
g phổ biến nhất, lồng sóc đợc
đúc bằn
g Đồng hoặc Nhôm có dạng
nh hình vẽ.
Hộp nối dây
Lõi thép Stato
Dây quấn Stato
Vòng bi
Trục
Vòng ngắn mạch
Rôto
Quạt gió
Cầu nối dây
- Lõi thép Stato: Đợc ghép bằng các lá
thé
p Kỹ thuật điện hình vành khăn, có xẻ

rãnh ở bên tron
g để đặt dây quấn Stato.
Trờn
g hợp máy có công suất lớn, kích
thớc lõi thé
p lớn thì lõi thép sẽ đợc ghép
từ nhiều lá thép hình rẻ quạt nh hình vẽ.
- Dây quấn Stato: Là dây điện từ, có thể là
dây Đồng hoặc Nhôm, đợc quấn thành các
Bối dây, Tổ bối dây; Tùy theo cuộn dâ
y quấn
Stato là 1fa ha
y 3fa mà ta có động cơ không
đồng bộ 1fa hoặc 3fa.




2
1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha
:
1.2.1 Cách tạo ra từ trờng quay trong lõi thép Stato:
Để tạo ra đợc từ trờng quay trong lõi thép Stato, cuộn dây Stato cần phải đợc chế
tạo theo quy luật nhất định, cách bố trí, đấu nối cuộn dây 3fa của Stato cần nghiêm ngặt
tuân thủ công nghệ chế tạo. Dới đây ta khảo sát cách tạo ra từ trờng quay:

Cuộn dây Stato trong hình vẽ trên đuợc biểu diễn gồm có 3 vòng dây cho 3fa, Ba
cuộn dây của 3fa AX, BY và CZ đợc đặt lệch nhau những góc 120
0
. Dòng điện cung cấp
cho động cơ cũng là dòng xoay chiều 3fa: i
A
, i
B
và i
C
cũng lệch pha nhau những góc là 120
0
.
Để khảo sát sự biến thiên của từ trờng sinh ra trong lõi thép Stato, ta hãy khảo sát
chiều và vị trí của từ trờng tại 4 thời điểm a, b, c và d trên đồ thị thời gian.

Ta quy ớc chiều dòng điện đi từ đầu đến cuối cuộn dây mang dấu dơng (+), đi từ
cuối đến đầu cuộn dây mang dấu âm (-). Thì chiều dòng điện trong các cuộn dây tại các
thời điểm a, b, c và d nh hình vẽ. Dấu (+) là dòng điện đi vào, dấu (
.
) là dòng điện đi ra.
Tại thời điểm a, dòng điện trong cuộn dây AX (i
A
) là cực đại và có dấu dơng, theo
quy ớc ta biểu diễn dòng điện đi vào ở A và đi ra ở X nh trên hình vẽ. Cũng thời điểm đó
thì các dòng điện i
B
và i
C
có giá trị âm, có chiều đi từ cuối đến đầu các cuộn dây BY và CZ.
Theo quy tắc vặn nút chai ta xác định đợc chiều của đờng sức từ trờng tại thời điểm a
nh hình vẽ.
Bằng cách tơng tự, ta xác định đợc chiều và vị trí của từ trờng tại các thời điểm
b, c và d nh hình vẽ.
Rõ ràng là từ trờng tạo ra trong lõi thép Stato có chiều và trị số thay đổi liên tục
theo thời gian và trong trờng hợp này nó quay theo chiều kim đồng hồ. Nhìn trên đồ thị
thời gian ta thấy rằng từ thời điểm a đến thời điểm d tơng ứng với khoảng thời gian là
1/2Chu kì (T/2); Trong khoảng thời gian đó thì từ trờng quay đợc 180
0
, nh vậy là sau 1
Chu kì của dòng điện thì từ trờng sẽ quay đợc 360

0

(1vòng).
A
X
B
Y
C
Z
+
+
+
A
X
B
Y
C
Z
+
+
+
A
X
B
Y
C
Z
+
+
+

(a).
(b).
(c).
(d).
Chiều và vị trí của từ trờng tại các thời điểm tong ứng trên đồ thị thời gian
Biểu diễn dòng điện 3fa dây quấn Stato

Dây quấn Stato động cơ


3
A
X
B
Y
C
Z
+
X
A
Y
B
Z
C
+
+
+
+
+
N

S
S
N
Từ trờng trong trờng hợp ta vừa xét gồm
có 2 cực (1 đôi cực); Nếu ta tăng gấp đôi
số cuộn dây của mỗi pha thì số cực cũng sẽ
tăng lên gấp đôi, tốc độ của từ trờng quay
lại bị giảm đi một nửa. Trong trờng hợp
tổng quát, tốc độ quay của từ trờng xác
định theo công thức:
Từ trờng khi tăng gấp đôi số
bối dây của mỗi pha















Ta lại thấy rằng khi thiết lập thứ tự dòng điện các pha lần lợt là i
A
, i

B
và i
C
thì chiều
của từ trờng quay sinh ra trong lõi thép Stato là cùng chiều kim đồng hồ; Nếu ta thay đổi
thứ tự liên tiếp của dòng điện trong các pha thì chiều quay của Từ trờng cũng sẽ thay đổi.
Điều này sẽ làm chiều quay của động cơ thay đổi, ta sẽ xét kĩ hơn ở phần sau.

1.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ::

Để giải thích nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ, ta giả sử đã tạo ra
đợc từ trờng quay trong lõi thép Stato; Giả sử chiều và vị trí của Từ trờng tại thời điểm
ta xét nh hình vẽ. Hai vòng tròn phía ngoài biểu diễn Lõi thép và dây quấn Stato, vòng
tròn phía trong thể hiện lõi thép Rôto, các vòng tròn nhỏ thể hiện các thanh dẫn của Rôto
lồng sóc.












Các thanh dẫn Rôto bị nối ngắn mạch bởi hai vòng ngắn mạch ở hai đầu Roto (Cấu
tạo của Rôto lồng sóc), do đó Sđđ cảm ứng sẽ tạo thành dòng điện cảm ứng trong các
thanh dẫn; Chiều của dòng điện cảm ứng là cùng chiều với Sđđ cảm ứng. Các thanh dẫn

Rôto mang dòng điện lại nằm trong từ trờng của dây quấn Stato nên chịu tác dụng của lực
điện từ, chiều của lực điện từ F xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Trên hình vẽ biểu diễn
chiều của lực điện từ F tác dụng lên hai thanh dẫn, ta thấy rằng các lực điện từ F tạo thành
ngẫu lực, có xu hớng kéo Rôto quay theo chiều kim đồng hồ (Cùng chiều của từ trờng
quay).
Dây quấn của Rôto lồng sóc gồm có rất nhiều thanh dẫn, bằng cách tơng tự ta xác
định đuợc chiều của lực điện từ F tác động lên từng thanh dẫn. Tổng hợp tác dụng của các
lực điện từ F sẽ tạo thành Mômen quay, kéo Rôto của động cơ quay theo chiều của từ
trờng với tốc độ n < n
0
. Rõ ràng là tốc độ quay của Rôto phải luôn nhỏ hơn tốc độ của từ
tròng; Thật vậy nếu n = n
0
nghĩa là tốc độ tơng đối giữa các thanh dẫn Rôto với từ
trờng là bằng 0, nh vậy sẽ không có Sđđ cảm ứng và dòng điện cảm ứng I = 0, lực điện
n
0
=
p
f.60


Từ trờng quay với tốc độ n
0
cùng chiều kim đồng
hồ. Tại thời điểm mở máy, khi Rôto còn đứn
g yên; Từ
trờn
g quay quét qua các thanh dẫn của Rôto sẽ tạo ra
tron

g các thanh dẫn những Sức điện động cảm ứng. Ta
xét hai thanh dẫn nằm ở vị trí đặc biệt nh trên hình vẽ.
Bằn
g quy tắc bàn tay phải, xác định đợc chiều của Sđđ
cảm ứng trong 2 thanh dẫn nh hình vẽ. ở thanh dẫn
phía
trên, Sđđ cảm ứn
g có chiều đi từ trong ra ngoài (kí hiệu
là dấu
.
); ở thanh dẫn phía dới thì ngợc lại, chiều của
Sđđ cảm ứng là đi từ ngoài vào trong (+).


4
từ F cũng sẽ bằng 0 (F = 0) và Rôto phải quay chậm lại. Vậy nên tốc độ quay của Rôto
phải luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trờng, chính vì vậy động cơ này đợc gọi là động cơ
không đồng bộ.




Hoặc tính theo phần trăm:



Về lý thuyết, hệ số trợt S biến thiên từ 0 đến 1, hoặc 0% đến 100%. Thực tế thì trị
số của S ở tải định mức đối với động cơ không đồng bộ thông thờng trong giớ hạn 2ữ3%;
Với động cơ không đồng bộ có hệ số trợt nâng cao, S có thể đạt đến 10%. Vì vậy tốc độ
làm việc của động cơ không đồng bộ vẫn gần bằng tốc độ từ trờng ở phụ tải định mức, giả

sử tốc độ của từ trờng là 3000v/ph thì tốc độ của Rôto khoảng 2850ữ2950v/ph .

2. Biểu diễn bộ dây quấn Stato động cơ không đồng bộ bằng sơ đồ trải.
2.1 Sơ lợc về cấu tạo bộ dây quấn Stato động cơ không đồng bộ:
Bộ dây quấn gồm các Bối dây riêng lẻ đặt trong các rãnh của lõi thép Stato và đợc
đấu nối theo một quy luật nhất định. Bối dây có thể là 1 hoặc nhiều vòng dây quấn nối tiếp
nhau.
Theo cách đặt dây trong rãnh, ta có cuộn dây một lớp và cuộn dây hai lớp. Nếu
trong rãnh chỉ có 1 cạnh của một bối dây thì ta có dây quấn một lớp; Khi trong rãnh có
hai cạnh của hai bối dây khác nhau, ta có dây quấn hai lớp.

2.2 Các tham số sử dụng khi lập sơ đồ dây quấn:
- Số rãnh của lõi thép Stato: Z
1

- Số pha: m
- Số cực: 2p
- Số mạch nhánh song song: a
- Số vòng dây của một pha: W
1f

- Bớc cực: =
P
Z
2
1

- Bớc quấn dây: y (Thờng tính theo số rãnh)
- Số rãnh ứng với mối cực của 1 pha: q
Từ mục 1.2.1 ta thấy rằng: Từ trờng quay trong lõi thép Stato đợc hình thành do sự

phối hợp chiều dòng điện trong dây quấn của cả 3 cuộn dây (3 pha). Nh vậy: Trong cuộn
dây ba pha, các rãnh nằm trong một cực đợc chia làm 3 phần, mỗi phần thuộc về một pha,
tạo thành các nhóm cực-pha dới mỗi cực. Vậy là dới mỗi cực có ba nhóm cực-pha.
Ngợc lại, dứoi mỗi một cực thì mỗi pha chỉ có một nhóm cực-pha (còn gọi là nhóm bối
dây hoặc tổ bối dây).
Phơng pháp biểu diễn sơ đồ dây quấn đơn giản, trực quan nhất là biểu diễn bằng
Sơ đồ trải; Để thiết lập sơ đồ trải bộ dây quấn Stato của động cơ không đồng bộ ngời ta
tởng tợng nh cắt lõi thép và dây quấn Stato theo một đờng dọc theo lõi thép của máy
rồi trải về cùng một mặt phẳng. Khi đó ta có một hình vẽ biểu đợc các thông số của cuộn
dây:
Bớc quấn dây y: Đếm đợc theo số rãnh.
Bớc cực : Thể hiện qua cách nối các tổ bối dây.
S =
0
0
n
nn


S%=
0
0
n
nn

.100%
Để biểu thị mức độ giảm nhỏ của n so
với n
0
ngời ta dùng khái niệm hệ số

trợt S, theo biểu thức:


5
Số đôi mạch nhánh song song a.
Số rãnh dới một cực của một pha q...

Quá trình biểu diễn sơ đồ trải đợc mô tả nh sau:










Trên sơ đồ trải, cạnh của các bối dây tơng ứng trong các rãnh sẽ đợc biểu diễn
bằng các đoạn thẳng song song, cách đều; Số lợng các đoạn thẳng đúng bằng số rãnh của
lõi thép Stato.
Với cuộn dây quấn 1 lớp, mỗi cạnh của bối dây (cũng chính là các rãnh của lõi thép
Stato) đợc biểu diễn là một đoạn thẳng vẽ bằng nét liền; Với dây quấn hai lớp thì trong
mỗi rãnh sẽ có hai cạnh của hai bối dây khác nhau, một cạnh nằm ở phía dới đáy rãnh ta
gọi là cạnh nằm ở lớp dới - biểu diễn bằng đờng nét đứt, cạnh còn lại nằm ở phía trên -
gần miệng rãnh đợc gọi là cạnh nằm ở lớp trên biểu diễn bằng đờng nét liền.
Hình vẽ dới đây biểu diễn các rãnh của lõi thép Stato với số rãnh Z
1
= 24 trong hai
trờng hợp dây quấn một lớp và hai lớp:

Mỗi Bối dây trên sơ đồ trải đợc tạo bởi hai cạnh nằm trong hai rãnh cách nhau
một bớc quấn dây y; Phần của bối dây nằm trong các rãnh đợc gọi là các Cạnh tác
dụng, phần còn lại của bối dây-nối liền hai cạnh tác dụng đợc gọi là phần đầu nối. Dây
quấn một lớp thì cả hai cạnh của bối dây và phần đầu nối đợc biểu diễn bằng nét liền;
Với cuộn dây quấn hai lớp thì cạnh tác dụng và phần đầu nối nằm ở lớp trên cũng đợc
biểu diễn bằng nét liền, cạnh tác dụng thứ hai của bối dây sẽ nằm ở lớp dới của rãnh
khác nên che khuất Ta biểu diễn bằng đờng nét đứt. Phần đầu nối bị các bối dây khác
che khuất cũng đợc biểu diễn bằng nét đứt.







Dây quấn một lớp
Dây quấn hai lớp:
Dây quấn hai lớp
Dây quấn một lớp
Bối dây Tổ bối dây
Bối dây

Tổ bối dây