Tài liệu Động cơ không đồng bộ một pha docx

1
Âải Hc  Nàơng - Trỉåìng Âải hc Bạch Khoa
Khoa Âiãûn - Nhọm Chun män Âiãûn Cäng Nghiãûp
Giạo trçnh MẠY ÂIÃÛN 1
Biãn soản: Bi Táún Låüi



Chỉång 16

ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄƯNG BÄÜ MÄÜT PHA

16.1 PHẢM VI ẠP DỦNG, CÁÚU TẢO & NGUN L LM VIÃÛC
16.1.1. Phảm vê ap dủng
Âäüng cå âiãûn khäng âäưng bäü mäüt pha âỉåüc sỉí dủng ráút räüng ri trong dán
dủng v cäng nghiãûp nhỉ mạy giàût, t lảnh, mạy lau nh, mạy båm nỉåïc, quảt, cạc
dủng củ cáưm tay, Nọi chung l cạc âäüng cå cäng sút nh. Củm tỉì “âäüng cå
cäng sút nh” chè cạc âäüng cå cọ cäng sút nh hån 750W. Pháưn låïn âäüng cå mäüt
pha thüc loải náưy, màût d chụng cn âỉåüc chãú tảo våïi cäng sút âãún 7,5kW v åí
hai cáúp diãûn ạp 110V v 220V.
16.1.2. Cáúu tảo
+ Stato : giäúng âäüng cå ba pha, nhỉng âàût trãn âọ dáy qún mäüt pha.
+ Räto : räto läưng sọc giäúng âäüng cå ba pha
16.1.3. Ngun l lm viãûc

p
1
ω

Tỉì thäng
räto
Tỉì thäng
stato
U
∼

Chiãưu lỉûc âiãûn t
ỉ
ì
(b)
1
I
&

m12
F
&
m
F
11
&

p
1
ω

Ω
(
a
)

Hçnh 16.1 Âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha mäüt dáy qún
a) Tỉì trỉåìng âáûp mảch phán thnh hai tỉì trỉåìng quay thûn v quay ngỉåüc
b) Tỉì thäng v lỉûc âiãûn tỉì tạc dủng lãn räto.

2

Khi nọỳi dỏy quỏỳn mọỹt pha stato vaỡo lổồùi õióỷn coù õióỷn aùp u
1
thỗ trong dỏy quỏỳn
coù doỡng õióỷn xoay chióửu hỗnh sin chaỷy qua :

tsinIi =
11
2
Doỡng õióỷn naỡy sinh ra tổỡ trổồỡng stato coù phổồng khọng õọứi nhổng coù õọỹ lồùn
thay õọứi hỗnh sin theo thồỡi gian, goỹi laỡ tổỡ trổồng õỏỷp maỷch:

= cos
t
si
n
FF
m
(16.1)
Ta phỏn stõ õỏỷp maỷch naỡy thaỡnh hai stõ quay :
Stõ quay thuỏỷn :
t
j
m
eF
1
11

&

Stõ quay ngổồỹc :
t
j
m
eF
1
12

&

Hai stõ quay naỡy coù :
Bión õọỹ tổỡ trổồỡng õỏỷp quay:
I
p
k
W
FF
F
dq
mm
m
11
1211
1
2
2
===

Tọỳc õọỹ quay :
+ Soùng quay thuỏỷn :
p
1
1

= cuỡng chióửu quay rọto.
+ Soùng quay ngổồỹc :
12

=
ngổồỹc chióửu quay rọto.
So vồùi rọto coù hóỷ sọỳ trổồỹt :
+ Thuỏỷn :
ss =


=
1
1
1

+ Ngổồỹc :
)s(
)(
)(
s =



= 2
1
1
2

Phổồng trỗnh cỏn bũng stõ tọứng :
+ Thuỏỷn : sinh ra tổỡ caớm
mmm
FFF
211101

&&&
+=
)
t
(
j
m
eB
11
1

+


+ Ngổồỹc : sinh ra tổỡ caớm
mmm
FFF
221202
&&&
+=
)
t
(
j
m
eB
21
2

+

Tổỡ caớm tọứng :
s
M
0
1
2
M
1
M
2
M
Hỗnh 16.2 Mọmen cuớa õọỹng cồ khọng
õọửng bọỹ mọỹt pha

)
t
(
j
m
eBB
~
11
1
+

= +
)

t
(
j
m
eB
21
2

+



hỗnh thaỡnh tổỡ trổồỡng quay Ellip
Tổỡ trổồỡng quay thuỏỷn
1
B
r
taùc duỷng vồùi
doỡng õióỷn rọto seợ taỷo ra mọmen quay
thuỏỷn M
1
(hỗnh 16.2); Coỡn tổỡ trổồỡng
quay ngổồỹc
2
B
r
taùc duỷng vồùi doỡng õióỷn
rọto seợ taỷo ra mọmen quay ngổồỹc M
2

(hỗnh16.2). Tọứng õaỷi sọỳ hai mọmen

3
náưy cho ta âàûc tuún M=f(s) :
M = M
1
+ M
2
= f(s)
Tỉì âàûc tênh ta tháúy ràòng lục måí mạy (n = 0, s = 1), M
1
= M
2
v ngỉåüc chiãưu
nhau nãn M = 0, vç váûy âäüng cå khäng thãø tỉû quay âỉåüc. Nãúu ta quay âäüng cå theo
mäüt chiãưu no âo,ï s ≠ 1 tỉïc M ≠ 0 âäüng cå s tiãúp tủc quay theo chiãưu âọ. Vç váûy
âãø âäüng cå mäüt pha lm viãûc âỉåüc, ta phi cọ biãûn phạp måí mạy, nghéa l tçm cạch
tảo ra cho âäüng cå mäüt mämen lục räto âỉïng n (M = M
k
khi s =1).
16.2 PHỈÅNG TRÇNH CÅ BN & SÅ ÂÄƯ THAY THÃÚ
16.2.1. Cạc phỉång trçnh cå bn

U
1
A
B
B
II
&&

=
1
1
I
&
1A
I
&
2A
I
&

111
II
B
&&
=
122
II
B
&&
=

A
I
&

Hçnh 16.2 Så âäư âäüng cå mäüt pha tảo nãn bàòng cạch tạch ra mäüt trong hai pha

Xẹt âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha nhỉ chãú âäü khäng âäúi xỉïng ca âäüng cå
hai pha m =2, cọ hai cün dáy âàût lãûch nhau mäüt gọc 90
0
âiãûn, trong âọ pha A tạch
ra nãn dng I
A
= 0 v pha B cn lải cọ , mạy näúi vo lỉåïi âiãûn cọ âiãûn ạp
. Ta cọ :
B
II
&&
=
1
1
U
&
(16.2a)
21 AAA
III
&&&
+=

(16.2b)
21 BBB
III
&&&
+=
Våïi v l dng thỉï tỉû thûn v ngỉåüc, cn :
11 BA
I;I
&&
22 BA
I;I
&&

11 BA
I
j
I
&&
=
v
11 BA
I
j
I
&&
−=

Gii hãû phỉång trçnh (16.2a,b) ta tçm âỉåüc :

22

111
/
I
/
)I
j
I(II
BABB
&&&&&
=−=
vç
0=
A
I
&
22
212
/
I
/
)I
j
I(II
BABB
&&&&&
=+=
vç
0=
A
I

&
Âiãûn ạp ca mäüt pha :

1211211
UUUUUU
BBB
&&&&&&
+=+==
Biãøu diãùn âiãûn ạp thỉï tỉû thûn v ngỉåüc theo dng I v Z tỉång ỉïng :

4

2
1111111111
2
1111111111
/
ZIZIUU
B
&&&&
===
(16.3a)

2
1211212122
/
ZIZIUU
B
&&&&
===

(16.3b)
Trong õoù : laỡ doỡng õióỷn thổù tổỷ thuỏỷn vaỡ ngổồỹc. Coỡn Z
11
; Z
12
laỡ tọứng trồớ thổù
tổỷ thuỏỷn vaỡ ngổồỹc.
1211
I;I
&&
Vaỡ vồùi
11
21
1
111

++= )'ZZ(ZZ
m
2
2
21
'jx
s
r
'Z
'
+=
(16.4a)
vồùi
11

22
1
112

++= )'ZZ(ZZ
m
2
2
22
2
'jx
s
'
r
'Z +

=
(16.4b)
16.2.2. Maỷch õióỷn thay thóỳ
Tổỡ caùc phổồng trỗnh cỏn bũng ta veợ maỷch õióỷn thay thóỳ õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ
nhổ hỗnh 16.4a. ỏy laỡ maỷch õióỷn thay thóỳ chờnh xaùc cuớa õọỹng cồ mọỹt pha.


r
1
/2
'
I
21
&

1
I
&

jx
1
/2

Hỗnh 16.4 Maỷch õióỷn thay thóỳ gỏửn õuùng cuớa õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ mọỹt pha
s
r5,0
'
2
1
U
&

1
I
&

0,5x
2
x
1
r
1
2
x
m

0,5X
2
s2
r5,0
'
2

2
x
m

(b)

Trong õoù :
r
1
/2
jx
1
/2
j
x
m
/2
j
x
m
/2
r
m
/2
r
m
/2
jx
2

/2
j
x
2
/
2
s.2
r
'
2
)s2(2
r
'
2

'
I
22
&
01
I
&

02
I
&

1
U
&

11
U
&

12
U
&

Chuù yù : r
2
= kr
2

x
2
= kx
2

k = k
e
k
I

m
1
= 2
(a)
1
U

&
1
I
&
R
T
X
T
r
x
1 1
Z
T
R
N
X
N
Z
N
(c)


5
r
1
= õióỷn trồớ cuớa dỏy quỏỳn stator.
x
1
= õióỷn khaùng taớn cuớa dỏy quỏỳn stator.
x

m
= õióỷn khaùng tổỡ hoùa.
r
2
= õióỷn trồớ cuớa dỏy quỏỳn rotor qui vóử dỏy quỏỳn stator.
x
2
= õióỷn khaùng taớn cuớa dỏy quỏỳn rotor qui vóử dỏy quỏỳn stator.
U
1
= õióỷn aùp cuớa nguọửn.
Giaớ thióỳt rũng rotor quay vồùi tọỳc õọỹ naỡo õoù trong tổỡ trổồỡng quay thuỏỷn, ổùng hóỷ
sọỳ trổồỹt s. Luùc naỡy doỡng õióỷn caớm ổùng trong dỏy quỏỳn rotor coù tỏửn sọỳ sf, f tỏửn sọỳ
lổồùi õióỷn nọỳi vaỡo dỏy quỏỳn stator. Cho rũng tọứn hao sừt khọng õaùng kóứ hoỷc gọỹp
vaỡo tọứn hao quay. Nhổ vỏỷy giọỳng maùy õióỷn khọng õọửng bọỹ ba pha, tọứng trồớ cuớa
dỏy quỏỳn rotor ổùng vồùi tổỡ trổồỡng quay thuỏỷn qui vóử dỏy quỏỳn stator laỡ 0,5r
2
/s +
j0,5x
2
.(hỗnh 16.4b). Cuợng tổồng tổỷ nhổ vỏỷy õọỳi vồùi tổỡ trổồỡng quay ngổồỹc, ta coù
tọứng trồớ cuớa dỏy quỏỳn rotor ổùng vồùi tổỡ trổồỡng quay ngổồỹc qui vóử dỏy quỏỳn stator laỡ
0,5r
2
/(2-s) + j0,5x
2
.(hỗnh 16.4b). Maỷch õióỷn tổồng õổồng trỗnh baỡy trón hỗnh
16.4c, coù tọứng trồớ thổù tổỷ thuỏỷn Z
T
vaỡ thổù tổỷ ngổồỹc Z

T
nhổ sau :

)XX(5,0js/R5,0
)s/R5,0X5,0j(X5,0j
jXRZ
'
2m
'
2
'
2
'
2m
TTT
++
+
=+=
(16.5)
)XX(5,0j)s2/(R5,0
)]s2/(R5,0X5,0j[X5,0j
jXRZ
'
2m
'
2
'
2
'
2m

NNN
++
+
=+=
(16.6)
Cọng suỏỳt õióỷn tổỡ (khe hồớ khọng khờ) cuớa tổỡ trổồỡng thổù tổỷ thuỏỷn vaỡ ngổồỹc :
(16.7)
2
1TõtT
IRP =
(16.8)
2
1NõtN
IRP =
Moment tổồng ổùng :

1
õtT
T
P
M

=
(16.9)

1
õtN
N
P
M

=
(16.10)
Moment tọứng laỡ :
)RR(
I
MMM
NT
1
2
1
NT


==
(16.11)
Cọng suỏỳt cồ :


=
MP
Cồ
(16.12)

)s1(MP
1Cồ

=
(16.13)

6
(16.14) )s1)(RR(IP
NT
2
1Cồ
=

)s1)(PP(P
õtNõtTCồ


=
(16.15)
Cọng suỏỳt trón õỏửu truỷc :
P
2
= P
Cồ
- p
q
(16.16)
p
q
laỡ tọứn hao quay, gọửm tọứn hao cồ vaỡ tọứn hao phuỷ, cuợng coù khi gọỹp caớ tọứn hao
sừt vaỡo tọứn hao quay.
Tọứn hao õọửng trong dỏy quỏỳn rotor ổùng vồùi tổỡ trổồỡng quay thuỏỷn vaỡ ngổồỹc :
p
Cu2T
= sP
õtT

(16.17)
p
Cu2N
= (2-s)P
õtN
(16.18)
Tọứn hao õọửng trong dỏy quỏỳn rotor :
p
Cu2
= sP
õtT
+ (2-s)P
õtN
(16.19)
Vấ DU 16.1
Mọỹt õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ mọỹt pha cọng suỏỳt 1/4 maợ lổỷc, 230V, 60Hz vaỡ 4
cổỷc tổỡ coù tham sọỳ vaỡ tọứn thỏỳt nhổ sau :
R
1
= 10; X
1
= X
2
= 12,5; R
2
= 11,5; X
m
= 250;
Tọứn hao sừt ồớ 230V laỡ 35W; Tọứn hao ma saùt vaỡ quaỷt gioù laỡ 10W;
Vồùi hóỷ sọỳ trổồỹt laỡ 0,05, xaùc õởnh doỡng õióỷn stato, cọng suỏỳt cồ, cọng suỏỳt ra trón

truỷc, tọỳc õọỹ vaỡ hióỷu suỏỳt khi õọỹng cồ laỡm vióỷc nhổ õọỹng cồ mọỹt pha ồớ õióỷn aùp vaỡ
tỏửn sọỳ õởnh mổùc vồùi dỏy quỏỳn khồới õọỹng cừt ra.

Giaới

Tổỡ caùc thọng sọỳ õaợ cho, ta tờnh õổồỹc tọứng trồớ thổù tổỷ thuỏỷn Z
T
vaỡ thổù tổỷ ngổồỹc Z
T

cuớa õọỹng cồ mọỹt pha nhổ sau :
)XX(5,0js/R5,0
)s/R5,0X5,0j(X5,0j
jXRZ
'
2m
'
2
'
2
'
2m
TTT
++
+
=+=

j65,5759
)5,12250(5,0j05,0/5,115,0
)05,0

/
5,115,05,125,0j(2505,0j
jXRZ
TTT
+=
++ì
ì
+
ì
ì
=+=

)XX(5,0j)s2/(R5,0
)]s2/(R5,0X5,0j[X5,0j
jXRZ
'
2m
'
2
'
2
'
2m
NNN
++
+
=+=

j01,667,2
)5,12250(5,0j)05,02/(5,115,0

)]05,02
/
(5,115,05,125,0j[2505,0j
jXRZ
NNN
+=
++ì

ì
+
ì
ì
=+=
Tọứng trồớ vaỡo tổồng õổồng :
Z
tõ
= Z
1
+ Z
T
+ Z
N
= 10 + 12,5j +59 + 57,65j +2,67 + 6,01j

7
= 71,67 + 76,16j = 104,6 ∠46,74
o
Ω.
Dng âiãûn vo stato :

A74,462,2
74,466,104
0230
Z
U
I
o
o
o
tâ
1
−∠=
∠
∠
==
&
&

Hãû säú cäng sút : cosϕ = cos 46,74
o
= 0,685
Täúc âäü âäüng cå :
710.1
2
6060
)05,01(n)s1(n
1
=
×
−=−=

vg/ph.
Cäng sút cå : = 2,2
2
.(59-2,67).(1-0,05) = 259 W )s1)(RR(IP
NT
2
1Cå
−−=
Cäng sút trãn âáưu trủc : P
2
= P
Cå
-p
Fe
- p
q
= 259 -35- 10 = 214 W.
Cäng sút âäüng cå tiãu thủ tỉì lỉåïi âiãûn :
P = U.Icosϕ = 230.2,2 cos 46,74
o
= 346,77 W
Hiãûu st ca âäüng cå :
%7,61617,0
22.347
214
P
P
1
2
====η

16.3. MÅÍ MẠY ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄƯNG BÄÜ MÄÜT PHA
16.3.1. Âäüng cå khäng âäưng bäü dng cün dáy phủ
Loải âäüng cå ny âỉåüc dng khạ phäø biãún nhỉ mạy âiãưu ha, mạy giàût, dủng
củ cáưm tay, quảt , båm ly tám












Cạc pháưn chênh ca loải âäüng cå náưy cho trãn hçnh 16.5a, gäưm dáy qún chênh
(dáy qún lm viãûc), dáy qún phủ (dáy qún måí mạy ). Hai cün dáy náưy
âàût lãûch nhau mäüt gọc 90
o
âiãûn trong khäng gian. V räto läưng sọc.
c
N
k
N
1
M
s
M

k
M
âm
0
(c)
Cün chênh
Cün chênh
V cün phủ
CD

K
I

U
&
Hçnh 16.5 Âäüng cå dng dáy qún phủ . a) Så âäư kãút cáúu.
b) Âäư thë vectå lục måí mạy. c) Âàûc tênh M = f(s)
c
I
&
p
I
&
I
&
0
(b)
N
C
N

I
P
I
C
p
(a)

8
Âãø cọ âỉåüc mämen måí mạy, ngỉåìi ta tảo ra gọc lãûch pha giỉỵa dng âiãûn qua
cün chênh I
c
v dng qua cün dáy phủ I
p
bàòng cạch màõc thãm mäüt âiãûn tråí näúi
tiãúp våïi cün phủ hồûc dng dáy qún cåí nh hån cho cün phủ, gọc lãûch náưy
thỉåìng nh hån 30
0
. Dng trong dáy qún chênh v trong dáy qún phủ sinh ra tỉì
trỉåìng quay âãø tảo ra momen måí mạy. Âäư thë vectå lục måí mạy âỉåüc trçnh by
trãn hçnh 16.5b.
Khi täúc âäü âảt âỉåüc 70÷75 % täúc âäü âäưng bäü, cüng dáy phủ âỉåüc càõt ra nhåì
cäng tàõt ly tám K v âäüng cå tiãúp tủc lm viãûc våïi cün dáy chênh. Âàûc tênh
momen âỉåüc trçnh by trãn hçnh 16.4c.
16.3.2. Âäüng cå dng tủ âiãûn (hçnh 16.6)
Cạc âäüng cå khäng âäưng bäü mäüt pha cọ cün dáy phủ âỉåüc màõt näúi tiãûp våïi
mäüt tủ âiãûn âỉåüc gi l âäüng cå tủ âiãûn. Loải âäüng cå náưy cọ cün dáy phủ bäú trê
lãûch so våïi cün dáy chênh mäüt gọc 90
0
âiãûn trong khäng gian, âãø tảo gọc lãûch vãư
thåìi gian ta màõt näúi tiãúp våïi cün dáy phủ mäüt tủ âiãûn. Nãúu tủ âiãûn màõt näúi tiãúp våïi

cün phủ chn giạ trë thêch håüp thç gọc lãûch pha giỉỵa I
C
v I
p
l gáưn 90
0
(hçnh
16.6b). Ty theo u cáưu vãư momen måí mạy v momen lục lm viãûc, ta cọ cạc
loải âäüng cå tủ âiãûn nhỉ sau:
1.
Âäüng cå dng tủ âiãûn måí mạy (hçnh 16.6a).
Khi måí mạy täúc âäü âäüng cå
âảt âãún 75÷85% täúc âäü âäüng bäü, cäng tàõt K måí ra v âäüng cå s âảt âãún täúc âäü äøn
âënh.

2.
Âäüng cå dng tủ âiãûn thỉåìng trỉûc (hçnh 16.6b).
Cün dáy phủ v tủ âiãûn
måí mạy âỉåüc màõt ln khi âäüng cå lm viãûc bçnh thỉåìng. Loải náưy cọ cäng sút
thỉåìng nh hån 500W v cọ âàûc tênh cå täút.



W
C
W
p
K
CD

I
C
I
P
(a)

I

C
W
C
W
p
CD

I
C
I
P
(b)
I

C
U
&

c
I
&

p
I
&

I
&
0
(c)

Hçnh 16.6 Âäüng cå mäüt pha dng tủ âiãûn.
a) Tủ âiãûn måí mạy. b) Tủ âiãûn thỉåìng trỉûc. c) Âäư thë vectå.










9
Ngoi ra, âãø ci thiãûn âàûc tênh lm viãûc v momen måí mạy ta dng âäüng cå
hai tủ âiãûn. Mäüt tủ âiãûn måí mạy khạ låïn (khong 10 ÷15 láưn tủ âiãûn thỉåìng trỉûc)
âỉåüc ghẹp song song våïi tủ âiãûn thỉåìng trỉûc. Khi måí mạy täúc âäü âäüng cå âảt âãún
75÷85% täúc âäü âäüng bäü, tủ âiãûn måí mạy âỉåüc càõt ra khi cün phủ, chè cn tủ
âiãûn thỉåìng trỉûc näúi våïi cün dáy phủ khi lm viãûc bçnh thỉåìng.
16.3.3. Âäüng cå dng vng ngàõn mảch (hçnh 16.7)
Hçnh 16.7a cho tháúy cáúu tảo loải âäüng cå náưy. Trãn stato ta âàût dáy qún mäüt
pha v cỉûc tỉì âỉåüc chia lm hai pháưn, pháưn cọ vng ngàõn mảch K äm 1/3 cỉûc tỉì v

räto läưng sọc. Dng âiãûn chảy trong dáy qún stato tảo nãn tỉì thäng qua pháưn
cỉûc tỉì khäng vng ngàõn mảch v tỉì thäng qua pháưn cỉûc tỉì cọ vng ngàõn mảch.
Tỉì thäng cm ỉïng trong vng ngàõn mảch sââ , cháûm pha so våïi mäüt gọc
90
0
(hçnh 16.7b)

. Vng ngàõn mảch cọ âiãûn tråí v âiãûn khạng nãn tảo ra dng âiãûn
cháûm pha so våïi mäüt gọc ϕ
n
< 90
0
. Dng âiãûn tảo ra tỉì thäng v ta cọ
tỉì thäng täøng qua pháưn cỉûc tỉì cọ vng ngàõn mảch :
1
I
&
'
φ
&
''
φ
&
''
φ
&
n
E
&
''

φ
&
n
I
&
n
E
&
n
I
&
n
φ
&

n
φ+φ=φ
∑
&&&
''

Hçnh 16.7 Âäüng cå KÂ mäüt pha cọ vng ngàõn mảch åí cỉûc tỉì
a) Cáúu tảo; b) Âäư thë vectå; c) Âàûc tênh mämen

φ
Σ
n
E
&
n
φ
&
n
I
&
'
φ
&
0
(b)
''
φ
&
ϕ
n
ϕ
M
1
M
max

0
s
s
th
(
c
)

φ

(a)

φ”
φ’
φ
Σ

φ
n
K
1
I
&

Tỉì thäng náưy lãûch pha so våïi tỉì thäng qua pháưn cỉûc tỉì khäng cọ vng ngàõn
mảch mäüt gọc l ϕ . Do tỉì thäng v φ
'
φ
&
Σ

lãûch nhau trong khäng gian nãn chụng
tảo ra tỉì trỉåìng quay v lm quay räto. Loải âäüng cå náưy cọ momen måí mạy khạ
nh M
k
= (0,2-0,5)M
âm
, hiãûu sút tháúp (tỉì 25 - 40%), thỉåìng chãú tảo våïi cäng sút
20 - 30W, âäi khi cng cọ chãú tảo cäng sút âãún 300W v hay sỉí dủng lm quảt
bn, quảt tráưn, mạy quay âéa

]  [