Tài liệu Bài giảng các máy điện một chiều và xoay chiều pdf

Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều ©TCBinh
Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 1

Tóm tắc
Tổng quan

Khái niệm:

Tốc độ rotor # tốc độ từ trường quay
Từ trường quay:


m
B
2
3
B =

p
f60
n
1
=
(vòng/phút)
p
f2
1
π
=ω
(rad/sec)
Nguyên lý làm việc:

Độ trượt:
11
1
n
n
1
n
nn
s −=
−
=
(< 5%) Hay
( )
1
ns1n −=

Tốc độ trượt n
2
= n
1
– n = sn
1
(vòng /sec) ⇒ f
2
= sf (Hz)
Mạch tương đương

Mạch tương đương (đã quy về stator):

Tần số dòng điện bên trong stator: f
Tần số dòng điện bên trong rotor: f
2
= sf

11111111
EIZEI)jXR(U
&&&&&&
+=++=


0mm1
I)jXR(E
&&
+=


222222
IZI)jXR(E
&&&&
=+=








Để thiết lập mạch tương đương cần các điều kiện: điện áp, dòng điện, tần số, năng

lượng.
Điện áp:
U
1
= const ≈⇒ E
1
= const ⇒ Φ
m
= const
vì
m1dq1
.fN.k.2E
1
Φπ=
k
dq
: hệ số dây quấn phân bố
Có
m2dq2
.fN.k.2E
2
Φπ=
rotor đứng yên (f = f
2
)
⇒
k
Nk
Nk
E

E
2dq
1dq
2
1
2
1
==
Đặt:
21
'
2
kEEE ==
điện áp rotor qui đổi
Tần số: (qui đổi từ rotor quay về rotor đứng yên)
Khi rotor quay
có tần số sf:

2m2dqm22dqs2
sE).sf(N.k.2.fN.k.2E
22
=Φπ=Φπ=

Điện áp:
2s2
sEE =

Tổng trở rotor:
Rotor đứng yên
:

22222
jXRL)f2(jRZ +=π+=
&

22
fL2X π=

R
1

1
I
&

jX
1

R
m
0
I
&
1
E
&
1
U
&

jX

m

R
2

jX
2

2
E
&

2
I
&
'
2
I
&
Stator

Rotor

Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều ©TCBinh
Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 2

Rotor quay
:
2222s2
jsXRL)sf2(jRZ +=π+=

&


( )
2s222s2
EsIjsXRE
&&&
=+=


22
2
s22
2
2
IjX
s
R
IjX
s
R
E
&&&
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=

Điện trở rotor là R
2
, vì công suất tổn hao khi quy đổi không thay đổi nên I
2
= I
2s
.








Dòng điện: (qui đổi từ rotor quay về satator đứng yên)
Trường hợp không tải I
2
= 0 (s ≈ 0), I
1
= I
0

.
Trường hợp có tải: I
2
# 0, I
0
= const.
Dòng điện không tải I
0
gồm hai thành phần:
mc0
III
&&&
+=








I
c
cùng pha với E1, thành phần tác dụng (tổn hao mạch từ).
I
m
cùng pha với Φ, thành phần từ hóa.
Do từ thông Φ
m
= const nên sức từ động không đổi

( )
mm
RNIF Φ==

⇒
constI.N.kI.N.kI.N.k
01dq22dq11dq
121
==−
&&&

Đặt dòng điện rotor qui đổi:
k
I
I
2
'
2
&
&
=

⇒
'
201
III
&&&
+=

Qui đổi từ rotor quay về satator đứng yên:

Trong đó,
21
'
2
kEEE ==
và
k
I
I
2
'
2
&
&
=

⇒
'
2
'
2
2
2
2
2
22
2
'
2
'

2
'
2
jX
s
R
jX
s
R
k
k
I
IjX
s
R
k
I
E
Z +=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
⎟
⎠
⎞
⎜

⎝
⎛
+
==
&
&
&
&
&

Vậy:
11111
I)jXR(EU
&&&
++=


'
2
'
2
'
2
'
2
IjX
s
R
E
&&

+=

R
1

1
I
&

jX
1

G
c
0
I
&
1
E
&
1
U
&

-jB
m

'
2
I

&
m
I
&
c
I
&
s
R
2

jX
2

2
E
&

2
I
&
Qui về Rotor đứng yên

2
R

jsX
2

s2

E
&

s2
I
&
Rotor chuyển động

Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều ©TCBinh
Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 3


'
201
III
&&&
+=


mc0
III
&&&
+=

với
'
2
'
2
'

2
R
s
s1
R
s
R
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+=








Mạch hình T (d), mạch hình π (b), chuyển nhánh từ hóa về trước (c).
Thí nghiệm không tải, thí nghiệm ngắn mạch

Thí nghiệm không tải:

s ≈0 ⇒ Z’
2

= ∞ U
1đm
⇒ I
0

Mục đích xác đònh tổn hao công suất sắc từ P
Fe
(đã trừ tổn hao cơ P
cơ
):
P
0
= P
Fe
+ P
cơ
(xem tổn hao đồng không đáng kể)
TN quay không tải:P
cơ
(ma sát, thông gió, tổn hao phụ) = P cơ kéo động cơ quay.

Tính R
0
= R
m
+ R
1
:
từ P
0

và I
0
.

Tính được L
s
= L
m
+ L
σs

từ I
0
, U
1đm
và R
0
.

Thí nghiệm ngắn mạch:

s = 1 I
1đm
⇒ U
1n

⇒ Z
2’
<< Z
m

⇒ Z
n

Đo được công suất tổn hao trên stator và rotor: P
n


Tính được Rs, Rr, X
σ
= 2πf(L
σs
+ L
σr
).
với R
s
= R
1
, R’
r
= R
’
2
,
L
s
=L
1
= L
σs

/2, L
r
= L
’
2
= L
σs
/2.


Phân bố công suất và hiệu suất

Phân bố công suất:
Công suất nguồn:
Công suất nguồn P
1
= 3.U
1
.I
1
.cosϕ
Tổn hao đồng stator P
đ1
= 3.R
1
.I
2
1

Tổn hao sắt P

s
= 3.R
m
.I
2
0
= 3.G
m
.E
2
1

R
1

1
I
&

jX
1

R
m
0
I
&
1
U
&

X
m

'
2
I
&
'
2
R
jX’
2

'
2
E
&

Mạch tương đương của động cơ KĐB

'
2
R
s
s1
−

R
1

jX
1

1
U
&

I
1

R
m
I
0
I
2
= 0
X
m
R
n

jX
n

n
U
&

İ

n
=İ
1đm

Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều ©TCBinh
Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 4

Công suất điện từ:
Công suất điện từ:
2
'
2
'
2
dt
I
s
R
3P =

Tổn hao đồng rotor:
dt
2
'
2
'
22d
P.sIR3P ==

Công suất cơ:

dt
2
'
2
'
2co
P)s1(I
s
s1
R3P −=
−
=

Công suất cơ hữu ích:
Công suất cơ hữu ích: P
2
= P
cơ
- P
qp

Công suất tổn hao:
Công suất tổn hao: P
th
= P
đ1
+ P
s
+ P
đ2

+ P
qp

Hiệu suất:

1
th1
th2
2
1
2
P
PP
PP
P
P
P
−
=
+
==η
(0.75 ÷ 0.9)
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Giả sử R
m
<< X
m
:

()
m11
1
1a1
XXjR
X.j
UU
++
=
&&
và
()
()
m11
m11
a1a1a1
XXjR
X.jX.jR
X.jRZ
++
+
=+=

Tính được:
()
'
2a1
'
2
a1

a1
'
2
XXj
s
R
R
U
I
++
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=

Momen quay
()
()
()
2
'
2a1
2
'

2
a1
'
2
2
a1
11
dt
1
dtco
XX
s
R
R
s
R
U3
1
P
s1
Ps1P
M
++
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝

⎛
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
ω
=
ω
=
ω−
−
=
ω
=

Độ trượt tới hạn: s
th
ứng với M
max

0
ds
dM
=
, hay

0
dn
dM
=


()
2
'
2a1
2
a1
'
2
th
XXR
R
s
++
=


()
2
'
2a1
2
a1a1
2
a1

1
max
XXRR
U
2
3
1
M
+++
ω
=


()()
2
'
2a1
2
'
2a1
'
2
2
a1
1
mm
XXRR
RU3
1
M

+++
ω
=


s
s
s
s
2
M
M
th
th
max
mm
+
=



Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều ©TCBinh
Tóm tắt: Chương 2: Động cơ không đồng bộ 5

Mở máy động cơ không đồng bộ

¾ Mở máy động cơ rotor dây quấn:

( )
2

'
2a1
2
a1
'
mm
'
2
XXRRR ++=+

¾ Mở máy động cơ rotor lồng sóc:
– Dùng điện kháng nối tiếp: nếu U
1
/k thì I
mm
giảm k nhưng M
mm
giảm đi k
2
.
– Dùng máy biến áp tự ngẫu: nếu U
1
/k thì I
mm
và M
mm
đều sẽ giảm đi k
2
.
– Đổi Y – Δ: biến áp tự ngẫu, với k =

3
I
mm
và M
mm
đều giảm đi 3 lần.
– Dùng dạng rãnh rôto đặc biệt để cải thiện đặc tính mở máy.
Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ

1. Thay đổi số cực:
p
f60
n
1
=
(vòng/phút)
2. Thay đổi tần số nguồn điện:
p
f60
n
1
=
(vòng/phút).
U
1
/f = const (tránh hiện tượng bão hòa mạch từ)
3. Thay đổi điện áp nguồn điện: s
th
= const, M
max

thay đổi
4. Thay đổi điện trở mạch rôto (dây quấn): s
th
thay đổi, M
max
= const
Phương pháp này đơn giản, nhưng tổn hao nhiệt lớn (động cơ trung bình).
Các đặc tính vận hành

1. Đặc tính dòng điện stato I
1
= f(P
2
)
2. Đặc tính vận tốc n = f(P
2
)
3. Đặc tính mômen điện từ M = f(P
2
)
4. Đặc tính hệ số công suất cosϕ = f(P
2
)
5. Đặc tính hiệu suất η = f(P
2
)
n
2
02
2

P.PP
P
β++
=η

η
max
⇔ P
qp
+ P
s
= P
đ1
+ P
đ2
.











Bài tập:

_Tất cả các ví dụ.

_ Bài tập: (.), (-) 5.3, 5.4, 5.6, 5.14, 5.15, 5.16, 5.18, 5.21, 5.24, 5.25, 5.35, 5.41,
5.48, (*), (**).
P
2
I
0
P
2đm

cosϕ
0
cosϕ
I
1
η
n
M
n
1
0