Bài giảng Máy điện I (cơ sở) - Chương 3: Máy điện không đồng bộ

Máy điện Không Đồng Bộ Chương 3 Học phần EE3140 – MÁY ĐIỆN I 12/2015 1ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV TS. Trần Tuấn Vũ BM Thiết Bị Điện - Điện Tử Viện Điện / C3-106 vu.trantuan@hust.edu.vn / 0906 298 290 Tổng kết Các mục chính đã học Chương 2 – Lý thuyết cơ bản máy điện quay 1. NGUYÊN LÝ BIẾN ĐỔI CƠ ĐIỆN 2. DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 3. SĐĐ CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 3. STĐ CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 2ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Buổi học tới Chương 3 – Máy điện Không Đồng Bộ (KĐB) Các mục sẽ học 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 3. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 4. ĐỘNG CƠ KĐB 1 PHA 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (1/11) 1.1. Định nghĩa • Máy điện xoay chiều • Tốc độ quay rotor # tốc độ quay từ trường stator Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Pđiện Pcơ Pđm 3ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (2/11) Mã động cơ Chế độhoạt động Cấp cách nhiệt dây quấn Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 4ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Công suất cơ định mức Mức bảo vệ bụi, nước, sốc Điện áp đ. mức Vận tốc định mức Tần số nguồn 2.π.f = p.Ωđiện Dòng điện đ. mức Hệ số công suất Khối lượng 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (3/11) 1.2. Phân loại và cấu tạo 1.2.1. Phân loại Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Theo kết cấu của vỏ máy Có chỉ số bảo vệ IP44, IP23 (IP – index protection) Theo số pha 1 pha (điện dân dụng) 2 pha (điện dân dụng) 3 pha (điện công nghiệp) Theo kết cấu của rôto Lồng sóc 5ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Dây quấn Các đại lượng định mức - Công suất định mức trên đầu trục động cơ Pđm (W, kW) - Dòng điện dây định mức Iđm (A) - Điện áp dây định mức Uđm (V) - Tốc độ quay định mức của rotor nđm (vòng/phút) - Hiệu suất định mức ηđm - Hệ số công suất định mức cosφđm 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (4/11) Hộp nối 3 pha Dây quấn stator Ổ bi Nắp vỏ 1.2. Phân loại và cấu tạo 1.2.1. Cấu tạo Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 6ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Rotor lồng sóc Stator Quạt làm mát Nắp quạt Ổ bi Nắp vỏ 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (5/11) 1.2. Phân loại và cấu tạo 1.2.1. Cấu tạo Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 7ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (6/11) 1.2. Phân loại và cấu tạo 1.2.1. Cấu tạo Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 8ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (7/11)u tạo 1.2. Phân loại và cấu tạo 1.2.1. Cấu tạo Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 9ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (8/11) Sơ đồ triển khải dây quấn máy điện KĐB 3 pha: Z = 24; 2.p = 4 (24 rãnh stator; 4 cực) 1.2. Phân loại và cấu tạo 1.2.1. Cấu tạo Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 10ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Pha A Pha B Pha C Dây trung tính nối Y 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (9/11) * Rotor lồng sóc Thanh dẫn nhôm hoặc đồng 3 vành trượt đồng * Rotor dây quấn Dây quấn 3 pha nối Y Lá thép stator & rotor 1.2. Phân loại và cấu tạo 1.2.1. Cấu tạo Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 11ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Vành ngắn mạch - Kết cấu đơn giản - Không thay đổi được điện trở Rrotor Rf - Cấu tạo phức tạp, giá thành cao - Có thể thay đổi điện trở Rrotor Chổi than 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (10/11) Rotor lồng sóc (squirel cage rotor) 1.2. Phân loại và cấu tạo 1.2.1. Cấu tạo Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 12ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (11/11) Rotor dây quấn Wound-rotor Motor 1.2. Phân loại và cấu tạo 1.2.1. Cấu tạo Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 13ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (11/11) 1.2. Phân loại và cấu tạo 1.2.1. Cấu tạo Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 14ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (1/5) 1.3. Nguyên lý làm việc 1.3.1. ĐC KĐB Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ I rotor (A) I stator (A) B Từ trường quay (T) SĐĐ rotor (V) 15ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Stator Rotor Mômen quay (Nm) 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (2/5) Chương 7 – Máy điện Không đồng bộ Ω F F B
từ trường quay: 1.3. Nguyên lý làm việc 1.3.1. ĐC KĐB 16ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV FF B B B 1 1 60f n p =
M
kéo rotor quay cùng chiều n1 với n < n1 1 1 n n s n − =Đặt
hệ số trượt so = 0
không tải lý tưởng / sbl = 1
khóa rotor sđm = 0,02 ÷ 0,06 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (3/5) 1.3. Nguyên lý làm việc 1.3.3. MFĐ KĐB Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ • Dùng động cơ sơ cấp quay rotor cùng chiều với từ trường quay với n > n1 . • Chiều của từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽ ngược lại, e2 và i2 đổi chiều. Lực Fđt 43 17ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV đổi chiều và ngược với lực làm quay rotor Fcơ.  Máy điện KĐB làm việc ở chế độ máy phát điện (MFĐ) 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (4/5) 1.3. Nguyên lý làm việc 1.3.2. Hãm điện từ Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ • Dùng ngoại lực Fcơ kéo rotor quay ngược chiều với từ trường quay. • Chiều của sđđ, dòng điện giống như chế độ ĐCĐ. 43 18ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV • Fđt >< Fcơ mômen điện từ sinh ra ngược chiều với chiều quay của rotor làm cho rotor bị giảm tốc độ  Máy điện KĐB làm việc ở chế độ hãm điện từ Tốc độ đồng bộ Tốc độ Mômen Mômen khởi động Vùng chế độ hoạt động ĐC Vùng chế độ hoạt động Phanh hãm từ 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB (5/5) 1.3. Nguyên lý làm việc Các chế độ làm việc Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 19ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Vùng chế độ hoạt động Máy phát điện ĐCĐ MFĐ Hãm điện từ Hệ số trượt 0 1 Tốc độ n n1 n < 0 Chiều quay của stator, rotor cùng chiều cùng chiều ngược chiều Tổng kết Các mục chính đã học Chương 3 – Máy điện Không Đồng Bộ (KĐB) 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 4. Động cơ KĐB 1 pha Chương 2 – LÝ THUYẾT CỞ BẢN VỀ MÁY ĐIỆN QUAY 20ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Buổi học tới Chương 3 – Máy điện Không Đồng Bộ (KĐB) Các mục sẽ học 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 3. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 4. ĐỘNG CƠ KĐB 1 PHA 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (1/18) 2.1. Khái niệm chung Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Dây quấn stator ~ Sơ cấp MBA Dây quấn rotor ~ Thứ cấp MBA Không tải lý tưởng của MĐ KĐB
MBA không tải 21ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Thời điểm mở máy của MĐ KĐB
MBA ngắn mạch 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (2/18) 2.1. Khái niệm chung Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Trục 3 d/q song song Trục 3 d/q lệch nhau 120o MBA 3 pha MĐ KĐB 3 pha Từ trường đập mạch Từ trường quay D/q TC cố định so với SC D/q rotor chuyển động tương đối so với stator với n ≠ n1f = f = f f ≠ f 22ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2 1 2 1 D/q tập trung D/q rải kdq= 1 kdq< 1 2 đầu d/q TC nối với tải điện 2 đầu d/q rotor nối ngắn mạch U2 = 0U2 ≠ 0 Từ trường chính khép kín trong lõi thép Từ trường chính khép kín 2 lần qua khe hở kk δIo nhỏ Io lớn E1 = 4,44f1 w1 φm E1 = 4,44f1 w1 kdq1 φm 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (3/18) 2.2. Mô hình toán học MĐ KĐB 2.2.1. PT điện áp dây quấn stator Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 11111 I)jXR(EU &&& ++−= E = 4,44.f.w .k .Φ 23ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1 1 dq1 max R1 - điện trở dây quấn stato. X1 - điện kháng dây quấn stato. E1 - sđđ cảm ứng do từ thông chính sinh ra. 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (4/18) 2.2. Mô hình toán học MĐ KĐB 2.2.1. PT điện áp dây quấn rotor Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ n n1 i2, f2 i1, f1f2 = 1112 s.f60 .sp.n 60 n)p(n 60 p.n == − = n2 = n1 - n: tốc độ tương đối giữa dq rotor và từ trường quay stator X2 = 2pif2L2 = 2pifL2 (roto đứng yên, s =1). pi pi ≠ 24ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV X2s = 2 f2L2 = 2 fsL2 (rotor quay, s 1).  X2s = sX2 E2S = 4,44f2w2kdq2Φmax → E2S = sE2 E2 = 4,44fw2kdq2Φmax Mạch thứ cấp MBA có tải, trong khi đó mạch dây quấn rotor MĐ KĐB được nối ngắn mạch 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (5/18) 2.2. Mô hình toán học MĐ KĐB 2.2.2. PT điện áp dây quấn rotor Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Mạch thứ cấp MBA có tải, trong khi đó mạch dây quấn roto MĐKĐB được nối ngắn mạch ( ) 2 2 22 2 2 2 2 2 2 2 X) s s)(1R(R E sXR sE + − + = +  I2 = 25ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (6/18) 2.2. Mô hình toán học MĐ KĐB 2.2.3. PT sức từ động Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 26ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Dòng điện rôto i2 tạo ra stđ F2, từ trường quay rôto so với rôto tốc độ n2 = 60f2/p = 60sf/p = sn1 Stato (đứng yên) Rôto quay so với stato tốc độ n Dòng điện stato i1 tạo ra stđ F1, từ trường quay stato so với stato tốc độ n1 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (7/18) 2.3. Sơ đồ mạch thay thế MĐ KĐB Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 27ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (8/18) 2.2. Sơ đồ mạch thay thế MĐ KĐB Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 28ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Không tải lý t-ưởng: s = 0 Xth U1®m Io X1R1 Rth Khi mở máy: s = 1 Im X2’ U1 X1R1 R2’ Tốc độ đồng bộ Tốc độ Mômen Mômen khởi động Vùng chế độ hoạt động ĐC Vùng chế độ hoạt động Phanh hãm từ 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (9/18) 2.4. Các chế độ làm việc, giản đồ năng lượng Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 29ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Vùng chế độ hoạt động Máy phát điện ĐCĐ MFĐ Hãm điện từ Hệ số trượt 0 1 Tốc độ n n1 n < 0 Chiều quay của stator, rotor cùng chiều cùng chiều ngược chiều 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (10/18) 2.4. Các chế độ làm việc, giản đồ năng lượng 2.4.1. Động cơ Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ • Cân bằng công suất tác dụng : 30ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (11/18) 2.4. Các chế độ làm việc, giản đồ năng lượng 2.4.1. Động cơ Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ • Cân bằng công suất phản kháng (CSPK): 31ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (12/18) 2.4. Các chế độ làm việc, giản đồ năng lượng 2.4.2. Máy phát Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 32ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV • Pcơ < 0, máy nhận công suất cơ • P1 < 0, máy phát ra công suất điện tác dụng vào lưới. • Q1 > 0, máy nhận công suất phản kháng Q1 từ lưới để sinh ra từ trường. • Đây chính là nhược điểm của MFĐKĐB nên ít được dùng 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (13/18) 2.4. Các chế độ làm việc, giản đồ năng lượng 2.4.3. Hãm điện từ Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 33ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV • Lấy điện từ stato (đang ở chế độ động cơ): Pđt > 0. • Lấy công suất cơ từ rôto (dùng ngoại lực quay rôto theo chiều ngược lại với từ trường quay): Pcơ < 0 • Công suất tổng Pđt + (- Pcơ) = pCu2 • Công suất điện và cơ đưa vào từ hai phía stato, rôto đều biến thành tổn hao đồng bên dây quấn rôto, làm cho máy bị nóng quá mức.Vì vậy chỉ cho phép động cơ làm việc ở chế độ hãm điện từ trong khoảng thời gian ngắn 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (14/18) 2.5. Mômen quay MĐ KĐB 3 pha Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1' UI = 34ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2' 21 2 ' 2 1 2 )X(X) s R(R +++ ( )         ++      + ==== 2 ' 21 2 ' 2 11 ' 2 2 1 1 2 ' 2 ' 2 1 dt dt XX s RR.sf 2.π. .R3.p.U p f 2π I s R3 ω PMM 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (15/18) 2.5. Mômen quay MĐ KĐB 3 pha Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ( )         ++      + ==== 2 ' 21 2 ' 2 11 ' 2 2 1 1 2 ' 2 ' 2 1 dt dt XX s RR.sf 2.π. .R3.p.U p f 2π I s R3 ω PMM • Đặc điểm mômen quay: - M tỉ lệ thuận với U12 - M phụ thuộc vào hệ số trượt s. 35ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV • Khi Mquay = Mcản , rôto quay đều (điểm làm việc của máy) • Đoạn OA: máy làm việc ổn định • Đoạn AB: máy làm việc không ổn định 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (16/18) 2.5. Mômen quay MĐ KĐB 3 pha Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Mômen cực đại: 36ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Nhận xét: - sth tỉ lệ thuận với R2’. - Mmax không phụ thuộc vào R2’. - Mmax = const khi thêm Rp vào mạch rotor (dùng cho động cơ rotor dây quấn). 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (17/18) 2.5. Mômen quay MĐ KĐB 3 pha Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Nhận xét: 37ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Mk (Rp = 0) < Mk (Rp ≠ 0) 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB (18/18) 2.6. Các đường đặc tính ĐC KĐB Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 38ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Xây dựng mô hình và vẽ đường các đường đặc tính ĐC KĐB @Matlab: • ĐC KĐB 3 pha 380 V, 3 kW Pđm, 50 Hz nối Y: • p = 2; Rth = 834 (Ohm), Lth = 226.8 (mH) • Rs = 1.22 (Ohm), LIs = 4.61 (mH) / Rr = 0.581 (Ohm), LIr = 4.08 (mH) Tổng kết Các mục chính đã học Chương 3 – Máy điện Không Đồng Bộ (KĐB) 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 4. Động cơ KĐB 1 pha Chương 2 – LÝ THUYẾT CỞ BẢN VỀ MÁY ĐIỆN QUAY 39ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Buổi học tới Chương 3 – Máy điện Không Đồng Bộ (KĐB) Các mục sẽ học 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 3. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 4. ĐỘNG CƠ KĐB 1 PHA 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.1. Mở máy động cơ KĐB Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ • PT cân bằng động, trong quá trình tăng tốc của ĐC: Mđt – Mômen điện từ ĐC Mc – Mômen cản của tải J – Hằng số quán tính trục động cơ: J = m.r2/g (m, r - khối lượng, bán kính rotor; 40ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV g - gia tốc trọng trường 9.81m/s2) • Dòng điện mở máy (n = 0 vg/ph & s = 1) đm2' 21 2' 21 1f fk 7)I(5)X(X)R(R UI ÷= +++ = − Nóng máy,  Sụt áp lưới (n-ĐC mở máy cùng lúc)! 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.1. Mở máy động cơ KĐB * Phân loại tải Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ • Nh1 - Máy cuộn vật liệu, máy công cụ, • Nh2 - Máy nén, băng tải, bơm, cần cẩu, • Nh3 - Máy cán, bơm thủy lực, máy lăn, • Nh4 - Máy bơm ly tâm, quạt, 41ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV * Yêu cầu mở máy: 1. Mômen mở máy đủ lớn: Mk > Mcản 2. Dòng điện mở máy Ik càng nhỏ càng tốt 3. Phương pháp mở máy, thiết bị đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn 4. Tổn hao công suất trong quá trình mở máy thấp. 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.1. Mở máy động cơ KĐB 3.1.1. Mở máy ĐC KĐB rotor lồng sóc 3.1.1.1. PP mở máy trực tiếp *Đặc điểm: • Dùng khi Pđc << Plưới VD : theo tiêu chuẩn lắp đặt NFC 15100 cho phép động cơ công suất < 5,5 kW. Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 42ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV *Ưu điểm: • Không thêm thiết bị, rẻ, đơn giản • Mômen mở máy không bị giảm *Nhược điểm: • Ik lớn  U ↘ • Nếu thời gian mở máy lâu (quán tính, Mk)  cháy cầu chì bảo vệ Dòng điện Mômen ĐC Mômen cản tải Tốc độ 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.1. Mở máy động cơ KĐB 3.1.1. Mở máy ĐC KĐB rotor lồng sóc 3.1.1.2. PP giảm điện áp mở máy * Ưu điểm: • Giảm dòng điện mở máy * Nhược điểm: • Mômen mở máy ↘  Chỉ dùng với loại tải thích hợp Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ đm2' 21 2' 21 1f fk 7)I(5)X(X)R(R UI ÷= +++ = − 43ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV a. Đổi nối dây Y - ∆ 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.1. Mở máy động cơ KĐB 3.1.1. Mở máy ĐC KĐB rotor lồng sóc 3.1.1.2. PP giảm điện áp mở máy a. Đổi nối dây Y - ∆ *Đặc điểm: • Chỉ dùng cho ĐC hoạt động với dây quấn ∆ • Thao tác : Đóng D1 / Đóng D2 phía Y / Khi ĐC chạy đã khởi Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 44ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV động, chuyển D2 về phía ∆ *Ưu điểm: • Rẻ, đơn giản, tin cậy • Ik_Y giảm 3 lần *Nhược điểm: • Mk_Y giảm 3 lần so với Mk_∆ *Quiz: lưới 3 pha 380/220V, chọn ĐC KĐB nào? 380/220V - Y/∆ vs 660/380V - Y/∆ 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.1. Mở máy động cơ KĐB 3.1.1. Mở máy ĐC KĐB rotor lồng sóc 3.1.1.2. PP giảm điện áp mở máy a. Đổi nối dây Y - ∆ Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 80 90 Moteur Asychrone - Cem en fonction de la vitesse Mđt Istator 30 Moteur Asychrone - Courant absorbé en fonction de la vitesse 45ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 10 20 30 40 50 60 70 C e m ( N m ) Omega (rd/s) ΩΩ 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 5 10 15 20 25 Omega (/) I 1 ( A ) 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.1. Mở máy động cơ KĐB 3.1.1. Mở máy ĐC KĐB rotor lồng sóc 3.1.1.2. PP giảm điện áp mở máy b. Dùng điện kháng (ĐK) *Đặc điểm: • Giảm U1 k lần (k>1) so với Uđm lưới bằng thay đổi giá trị ĐK để đạt Ik cần thiết Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 46ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV • Thao tác : Mở D2 / Đóng D1 / Khi ĐC chạy ổn định, đóng D2 *Ưu điểm: • Rẻ, đơn giản, tin cậy • Ik_ĐK giảm k lần *Nhược điểm: • Mk_ĐK giảm k2 lần (M ~ U2) 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ AT Ik_AT ) 47ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV I1 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.1. Mở máy động cơ KĐB 3.1.1. Mở máy ĐC KĐB rotor lồng sóc * Dùng biến tần (Inverter) Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Lưới 48ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV * Ảnh hưởng của dạng rãnh rotor và vật liệu lồng sóc s nhỏ s lớn # 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.1. Mở máy động cơ KĐB 3.1.2. Mở máy ĐC KĐB rotor dây quấn *Đặc điểm: • Thêm biến trở Rk vào dây quấn rotor • Có thể điều chỉnh M = M Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 2' 21 2 k ' 21 1f fk )X(X)RR(R UI ++++ = − 49ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV k max *Ưu điểm: • Ik ↓, Mk ↑ *Nhược điểm: • Cấu tạo phức tạp, giá thành đắt • Bảo quản vận hành phức tạp • Hiệu suất thấp hơn Mục tiêu: Điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2. Điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ n = (1-s).n1 160fn (1 s) p=> = − 3.2.1. Thay đổi số cặp cực p = 1 => n = 3000 vg/ph - Khi p thay đổi thì n sẽ thay đổi 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 50ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1 p = 2 => n1 = 1500 vg/ph p = 3 => n1 = 1000 vg/ph Điều chỉnh nhảy cấp - Để thay đổi p
Thay đổi cách nối dq stator: p = 2 p = 1 S/2N S NS/2 N S 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 78 78 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2. Điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2.1. Thay đổi số cặp cực *Đặc điểm: • Điều chỉnh nhảy cấp • Chỉ sử dụng cho động cơ rotor lồng sóc Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3000 n (rpm) p=1 51ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 500 1000 1500 2000 2500 M (N.m) p=2 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2. Điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2.2. Điều chỉnh hệ số trượt 3.2.2.1. Thay đổi điện áp stator *Đặc điểm: • Thay đổi đặc tính Mômen khi thay đổi điện áp • Cách thức : • Đổi nối Y/∆ Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 52ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV • Điện kháng nối tiếp dây quấn stator • MBA tự ngẫu *Ưu điểm: • Đơn giản • Điều chỉnh tốc độ trơn *Nhược điểm: • Phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2. Điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2.2. Điều chỉnh hệ số trượt 3.2.2.2. Thêm biến trở vào ĐC KĐB dây quấn rotor *Đặc điểm: • Thay đổi đặc tính Mômen khi thay đổi biến trở • Mômen cực đại const vì U/f const • Kích thước Rđc > Rk Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 53ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV *Ưu điểm: • Đơn giản • Điều chỉnh tốc độ trơn • Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng *Nhược điểm: • Hiệu suất ĐC thấp vì thêm tổn hao Rđc 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2. Điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2.3. Điều chỉnh tần số với biến tần *Đặc điểm: • Sử dụng biến tần ĐTCS cho phép thay đổi/giới hạn f / I / U *Ưu điểm: • Điều chỉnh tốc độ trơn, điều chỉnh mômen cực đại tại tốc độ thấp • Phạm vi điều chỉnh tốc độ rất rộng Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 54ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV *Nhược điểm: • Giá thành [Biến tần + ĐC] đắt Lưới 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2. Điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2.3. Điều chỉnh tần số với biến tần *Đặc điểm: • Giữ Mmax = const Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 2 1 2 1 U f Vì Mmax ∼ 55ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV • thay đổi f1 phải kết hợp với điều chỉnh (giảm) U1 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2. Điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3.2.3. Điều chỉnh tần số với biến tần *Đặc điểm: • Hoạt động ở chế độ « field weakning », tốc độ cao: V = const, f tăng Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 35 f tăng & V=Const=VmaxV/f=Const 56ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 0 50 100 150 200 250 300 350 0 5 10 15 20 25 30 Om ega (rd/s ) C e m ( N m ) Tổng kết Các mục chính đã học Chương 3 – Máy điện Không Đồng Bộ (KĐB) 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 4. Động cơ KĐB 1 pha Chương 2 – LÝ THUYẾT CỞ BẢN VỀ MÁY ĐIỆN QUAY 57ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Buổi học tới Chương 3 – Máy điện Không Đồng Bộ (KĐB) Các mục sẽ học 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 3. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 4. ĐỘNG CƠ KĐB 1 PHA 4. Động cơ KĐB 1 pha 4.1. Nguyên lý làm việc Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 58ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4. Động cơ KĐB 1 pha 4.1. Nguyên lý làm việc • Stator : 1 dây quấn / Rotor : kiểu lồng sóc • Từ trường dây quấn stator 1 pha là đập mạch: Φđm = Σ(Φ1 + Φ2) • Từ thông thứ tự thuận Ф1 cảm ứng ra các SĐĐ thứ tự thuận ở rotor E21 tạo nên dòng điện thứ tự thuận I21 rotor ---  Tương tác giữa I và E tạo nên mômen quay thuận Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 59ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 21 21 M1: Ф1
E21
I21
M1 • Tương tự Ф2
E22
I22
M2 (Mômen quay nghịch) • Mômen tổng: M1fa = M1 + M2 • Tại s = 1 (n = 0) thì M1fa = 0 tức là ĐC không thể tự mở máy được • Cần dùng lực cơ bên ngoài tác động: • theo chiều thuận n > 0  s 0  quay trở lại • theo chiều nghịch n < 0  s  1  M < 0  động cơ lại tiếp tục quay theo chiều nghịch 4. Động cơ KĐB 1 pha 4.2. Các phương pháp mở máy • Muốn mở máy phải có mômen quay Mq  cần có Фq (từ trường quay)  phải có hai dây quấn và dòng điện phải lệch pha nhau: M2fa = IAIB sinβ sinθ • Một pha có hai dây quấn đặt lệch nhau một góc θ = 900 Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 60ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV • dây quấn làm việc A • dây quấn mở máy B. • Phần tử dịch pha có thể làm bằng điện trở, điện cảm hoặc điện dung • Dùng R thì có tổn hao lớn • Dùng L làm cosφ thấp đi
Mômen sinh ra là nhỏ
Thực tế không dùng L. • Dùng C thì cosφ của máy tốt hơn, Mômen mở máy là cực đại.  Do đó trong thực tế đa số phần tử dịch pha là tụ. 4. Động cơ KĐB 1 pha 4.3. Các loại động cơ KĐB 1 pha 4.3.1. Động cơ mở máy bằng điện trở * Đặc điểm: • Muốn mở máy động cơ ta đóng khoá K  MK # 0. • Động cơ khởi động tốc độ tăng lên khi tốc độ gần tốc độ định mức thì mở khoá K bằng công tắc ly tâm. • Động cơ từ hai pha trở thành một pha đã khởi động và Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 61ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV tiếp tục làm việc 4. Động cơ KĐB 1 pha 4.3. Các loại động cơ KĐB 1 pha 4.3.2. Động cơ mở máy bằng tụ điện * Đặc điểm: • Quá trình làm mở máy lâu giống như động cơ ở trên nhưng khác là động cơ này cho momen mở máy lớn. * Ưu điểm : mômen mở máy lớn Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 62ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV * Nhược điểm : tụ dễ cháy 4. Động cơ KĐB 1 pha 4.3. Các loại động cơ KĐB 1 pha 4.3.3. Động cơ có tụ mở máy và tụ làm việc * Đặc điểm: • Khi khởi động ta đóng khoá K. • Khi khởi động giá trị của tụ là: CKĐ = C1 + C2 • Khi tốc độ ổn định mở K, động cơ tiếp tục làm việc Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 63ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV với hai dây quấn (động cơ hai pha) với tụ C2 là tụ làm việc. • Trị số C2 ứng với từ trường tròn khi tốc độ bằng tốc độ định mức, mômen là mômen định mức. * Ưu điểm: • Mômen mở máy lớn, • Mômen định mức lớn, cos φ cao. • Đây là động cơ của hầu hết các loại tủ lạnh 4. Động cơ KĐB 1 pha 4.3. Các loại động cơ KĐB 1 pha 4.3.4. Động cơ điện dung * Đặc điểm: • Đây là động cơ hai pha có tụ làm việc liên tục. • Tụ C được chọn sao cho có từ trường tròn lúc làm việc nên lúc mở máy thì mômen nhỏ. Vì thế động cơ này được sử dụng cho các loại tải không yêu cầu mômen mở máy lớn. Đây là sơ đồ điện cho tất cả các Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 64ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV loại quạt. • Đổi chiều quay động cơ: bằng cách đổi chiều đấu dây của cuộn mở máy 4. Động cơ KĐB 1 pha 4.3. Các loại động cơ KĐB 1 pha 4.3.5. Động cơ vòng ngắn mạch * Đặc điểm: • Lõi thép stator có dạng cực từ. Bối dây quấn tập trung ở 1/3 cực từ ta sẻ rãnh và đặt vào đó một vòng đồng có tiết diện lớn. Nối giữa các mỏm cực là tôn liên cực • U ~  I  Ф trên stator chia thành hai phần là Ф’ và Ф’’ : Ф = Ф’ + Ф’’ Chương 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 65ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV • Từ thông Ф’’xuyên qua vòng ngắn mạch sinh ra SĐĐ vì điện trở của vòng đồng cũng rất nhỏ nên ta có dòng điện vành là khá lớn. Iv tạo nên từ thông ngắn mạch ngược chiều với Ф • Đây là động cơ hai pha có M khởi động là nhỏ, động cơ tự quay được. * Ưu điểm: Động cơ cấu tạo đơn giản, giá thành hạ. * Nhược điểm: Do Iv=Inm lớn  tổn hao lớn  hiệu suất rất thấp Tổng kết Các mục chính đã học Chương 3 – Máy điện Không Đồng Bộ (KĐB) 1. Khái niệm chung về máy điện KĐB 2. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB 3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 4. Động cơ KĐB 1 pha Chương 2 – LÝ THUYẾT CỞ BẢN VỀ MÁY ĐIỆN QUAY 66ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Buổi học tới Chương 4 – Máy điện Đồng Bộ Các mục sẽ học 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐB 2. TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐB 3. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN ĐB 4. MÁY PHÁT ĐIỆN ĐB LÀM VIỆC VỚI TẢI 5. ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐB