Báo cáo Mô hình cắt bổ động cơ máy nén cánh xoắn (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Mô hình cắt bổ động cơ máy nén cánh xoắn (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG MÔ HÌNH CẮT BỔ ĐỘNG CƠ MÁY NÉN CÁNH XOẮN S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2014-159 S KC 0 0 5 4 8 1 Tp. Hồ Chí Minh, 2014
2. MỤC LỤC MỤC LỤC 1 Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 2 Error! Bookmark not defined.1.1 Đặt vấn đề: 2 1.2 Mục đích nghiên cứu: 2 1.3 Đối tƣợng nghiên cứu: 2 1.4 Giới hạn nghiên cứu: 2 Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3 Chƣơng 3: MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ MÁY NÉN CÁNH XOẮN SCROLL 38 Chƣơng 4: KẾT LUẬN 42 Tài liệu tham khảo 43 1
3. Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: Do động cơ điện loại kín kín hoàn toàn nên việc quan sát các chi tiết bên trong rất khó khăn. Việc xây dựng mô hình phục vụ cho công tác nghiên cứu và thực tập cho sinh viên chuyên ngành là cần thiết. 1.2 Mục đích nghiên cứu: Đưa ra một mô hình cắt bổ động cơ máy nén scroll kín giúp sinh viên chuyên ngành hiểu rõ về lý thuyết đã học và. 1.3 Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là động cơ máy nén cánh xoắn của Copeland. 1.4 Giới hạn nghiên cứu: Trong phạm vi đề tài “Mô hình cắt bổ động cơ máy nén cánh xoắn”, tác giả sẽ cắt bổ động cơ máy nén giúp sinh viên nắm bắt một cách trực quan, sinh động. 1.5 Tình hình nghiên cứu: Hiện tại, mô hình cắt bổ hay dàn trải động cơ máy nén cánh xoắn rất thông dụng này đã được các trường nghề làm khá nhiều, nhưng trong trung tâm Việt Đức hiện tại chưa có một mô hình nào. 2
4. Chƣơng 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN Các loại máy điện và vai trò của chúng trong nền kinh tế quốc dân: Điện năng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống của nhân dân. Việc điện khí hóa, tự động hóa trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải ngày càng đòi hỏi các thiết bị điện khác nhau. Trong đó các loại máy điện chiếm một vai trò chủ yếu để biến cơ năng thành điện năng và ngược lại hoặc để biến đổi dạng điện năng này thành dạng điện năng khác (xoay chiều đến một chiều). Biến đổi cơ năng thành điện năng nhờ các máy phát điện có động cơ sơ cấp kéo như tuốc bin hơi, tuốc bin nước, động cơ đốt trong. Biến đổi điện năng thành cơ năng dùng trong truyền động điện người ta dùng các loại động cơ điện. Việc truyền tải và phân phối điện năng xoay chiều từ trạm phát điện đến các hộ tiêu thụ điện, việc biến đổi điện áp được thực hiện nhờ máy biến áp. Trong sản xuất thường dùng cả dòng điện xoay chiều và một chiều nên người ta chia các loại máy điện thành hai loại máy điện xoay chiều và máy điện một chiều. Có thể được mô tả bằng một sơ đồ tổng quát sau: Hình 1: Sơ đồ tổng quát về máy điện. 3
5. Đề tài nghiên cứu là mô hình cắt bổ động cơ máy nén cánh xoắn Scroll nên phần sau sẽ chỉ đề cập đến phần động cơ điện. Định nghĩa động cơ điện: là loại máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ. 2.1 PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ: Ta phân loại động cơ làm 2 nhóm chính: - Động cơ điện DC - Động cơ điện AC 2.1.1 Động cơ điện DC: Động cơ điện DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, Hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp -Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor 4
6. Pha 2: Rotor tiếp tục quay Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1 Phân loại đông cơ điện 1 chiều: động cơ điện một chiều được phân loại theo cách kích thích thành các động cơ điện một chiều kích thích độc lập, kích thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp. Sơ đồ nối dây của chúng tương tự như máy phát được trình bày ở hình 2. Hình 2: Sơ đồ nối dây các loại động cơ 1 chiều Cấu tạo của máy điện một chiều Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân làm hai thành phần chính là phần tĩnh và phần quay. Phần tĩnh hay stator: Đây là phần đứng yên của máy nó gồm các bộ phận chính sau: - Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng thép lá kỹ thuật điện hay thép các bon dày 0,5 đến 1mm 5
7. ghép lại bằng đinh tán. Lõi mặt cực từ 2 được kéo dài ra (lõm vào) để tăng thêm đường đi của từ trường.Vành cung của cực từ thường bằng 2/3  (: Bước cực, là khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp nhau). Trên lõi cực có cuộn dây kích từ 3, trong đó có dòng một chiều chạy qua, các dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng mỗi cuộn đều được cách điện kỹ thành một khối, được đặt trên các cực từ và mắc nối nối tiếp với nhau. Cuộn dây được quấn vào khung dây 4, thường làm bằng nhựa hóa học hay giấy bakêlit cách điện. Các cực từ được gắn chặt vào thân máy 5 nhờ những bu lông 6. Hình 3 Cực từ chính 1: Lõi cực; 2: Mặt cực; 3: Dây quấn kích từ; 4: Khung dây; 5: Vỏ máy; 6: Bu lông bắt cực từ. - Cực từ phụ: Hình 4 Cực từ phụ.1: Lõi cực; 2: Cuộn dây Được đặt giữa cực từ chính dùng để cải thiện đổi chiều, triệt tia lửa trên chổi than. Lõi thép của cực từ phụ cũng có thể làm bằng thép khối, trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn, có cấu tạo giống như dây quấn của cực từ chính. Để mạch từ của cực từ phụ không bị bão hòa thì khe hở của nó với rotor lớn hơn khe hở của cực từ chính với rotor. - Vỏ máy (Gông từ): Làm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ nối liền các cực từ. Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm để uốn và hàn lại. Máy có công suất lớn dùng thép đúc có từ (0,2 - 2)% chất than. - Các bộ phận khác: 6
8. - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. - Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ra ngoài hoặc ngược lại. Hình 5 Cơ cấu chổi than 1: Hộp chổi than; 2: Chổi than; 3: Lò so ép; 4: Dây cáp dẫn điện. Phần quay hay rotor Hình 6 Rotor -Lõi sắt phần ứng: Để dẫn từ thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên các lá thép có dập các rãnh để đặt dây quấn. Rãnh có thể hình thang, hình quả lê hoặc hình chữ nhật Trong các máy lớn lõi thép thường chia thành từng thếp và cách nhau một khoảng hở để làm nguội máy, các khe hở đó gọi là rãnh thông gió ngang trục. Ngoài ra người ta còn dập các rãnh thông gió dọc trục. 7
9. Hình 7 Lõi thép phần ứng -Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn có thể dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh và lõi thép. Để tránh cho khi quay bị văng ra ngoài do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt và phải đai chặt các phần đầu nối dây quấn. Nêm có thể dùng tre gỗ hoặc ba kê lít. Hình 8 Mặt cắt rãnh phần ứng -Cổ góp: Dây quấn phần ứng được nối ra cổ góp. Cổ góp thường được làm bởi nhiều phiến đồng mỏng được cách điện với nhau bằng những tấm mi ca có chiều dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn(hình 9). Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ép hình chữ V ép chặt lại, giữa vành ép và cổ góp có cách điện bằng mica hình V. Đuôi cổ góp cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng (hình 10). a b 8
10. Hình 9 Cổ góp a và mặt cắt một cổ góp điện b. Hình 10 Hình cắt dọc của cổ góp kiểu trụ. 1: Phiến góp; 2: Vành ép hình V; Mi ca cách điện hình V; Ống cách điện; 5: Đầu hàn dây. d. Chổi than: Máy có bao nhiêu cực có bấy nhiêu chổi than. Các chổi than dương được nối chung với nhau để có một cực dương duy nhất. Tương tự đối với các chổi than âm cũng vậy. Hình 11 Chổi than. e. Các bộ phận khác: - Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy. - Trục máy, trên đó có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường được làm bằng thép các bon tốt. 2.1.2 Động cơ điên AC Phân loại trong động cơ điện xoay chiều chúng ta phân làm hai loại chính: - Động cơ điện 3 pha. - Động cơ điện 1 pha. Ngoài ra thì ta có thể phân loại động cơ theo: - Động cơ điện đồng bộ. - Động cơ điện không đồng bộ. 9
11. 2.1.2.1 Động cơ đồng bộ: là động cơ mà có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ quay của từ trường. Tốc độ quay của rotor được xác định bằng công thức sau: với là tốc độ của rotor (đơn vị rpm), là tần số của dòng điện xoay chiều (bằng Hz) và là số cực từ. Phân loại: cơ sở để phân loại máy điện đồng bộ: - Theo chức năng người ta phân thành: máy phát;động cơ; máy bù đồng bộ -Theo số pha: máy đồng bộ 1 pha; máy đồng bộ ba pha -Theo công suất: máy đồng bộ công suất nhỏ; máy đồng bộ công suất trung bình;máy đồng bộ công suất lớn. -Theo cấu tạo rotor: máy đồng bộ cực lồi; máy đồng bộ cực ẩn. Cấu tạo: máy điện đồng bộ cũng như máy điện khác,gồm có 2 phần: phần quay,và phần tĩnh.Cuộn kích từ có thể đặt ở roto hoặc stato nhưng do khó khăn về gia công (do sử dụng nhiều tiếp xúc điện như: chổi than,vành trượt ) nên phần lớn các máy đồng bộ có cuộn kích từ đặt ở roto,chỉ một số trường hợp đặc biệt thì cuộn kích từ mới đặt ở stato (khi đó phần cảm lại là phần tĩnh (stato),còn roto đóng vai trò là phần ứng) Stato: gồm vỏ lõi và dây quấn. -Vỏ làm bằng thép đúc,có nhiệm vụ bảo vệ mạch từ và cùng với tấm chắn để bắt chặt tất cả các phần khác vào máy.Trên vỏ có gắn biển máy. -Lõi stato: được chế tạo hoàn toàn giống như lõi stato của máy điện dị bộ dây quấn phần ứng như dây quấn 3 pha (stato,hay roto) của máy điện dị bộ. Roto: nếu phần quay là phần cảm (đặt cuộn kích từ) thì nó gồm: lõi và dây quấn.Trong trường hợp này roto có hai loại: cực lồi và cực ẩn. - Loại cực lồi: thì trục ngang (q) vuông góc 90 độ với trục dọc.Dây quấn được quấn xung quanh cực từ. Ở máy lớn thì trên cực còn xẻ rãnh để đặt cuộn ổn định (MF) hay cuộn khởi động (ĐC).Ở máy cực hiện thì tốc độ quay thấp (nếu cao sẽ không đảm bảo độ bền cơ khí). 10
12. - Loại cực ẩn: người ta xẻ rãnh ở 2/3 chu vi roto. khi đó trục của rãnh lớn gọi là trục dọc (d).Rôto của loại cực ẩn thường làm bằng thép chất lượng cao để đảm bảo lực ly tâm (vì cực ẩn thường có số cặp cực p bằng 1 nên vòng dây quay lớn) khi tốc độ lớn. - Ngoài ra,trên roto còn đặt vành trượt và chổi than - Sự phân bố cảm ứng từ trong khe khí phụ thuộc vào hình dạng phần cuối của cực từ.Vậy nên khe khí trong máy cực lồi sẽ được chế tạo như sau: độ rộng khe khí sẽ được sẽ được tăng dần theo chiều rộng của mặt cực. Khe khí của máy đồng bộ lớn hơn nhiều so với máy không đồng bộ vì ở máy không đồng bộ khe khí phải giảm nhỏ để giảm dòng không tải. Khe khí máy đồng bộ khoảng 0,5 - 5mm. 2.1.2.2 Động cơ điện không đồng bộ: - Máy điện không đồng bộ là loại máy điện làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi cho một dòng điện ba pha đi vào dây quấn ba pha đặt trong lõi thép stator thì trong máy sinh ra một từ trường quay với tốc độ đồng bộ n1 = 60f1/p, f1 là tần số lưới điện đưa vào, p là số đôi cực của máy. Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi thép rotor và cảm ứng trong đó s.đ.đ và dòng điện. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở  Dòng điện trong dây quấn của rotor tác dụng với từ thông này sinh ra moment. Tác dụng của nó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor, với những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau. Để chỉ phạm vi tốc độ của mỗi máy, người ta dùng hệ số trượt s. Theo định nghĩa hệ số trượt bằng: n n s% 1 .100 n1 Như vậy khi: n = n1 s = 0; n = 0 s = 1 n > n1 s 1 (rotor quay ngược chiều từ trường quay) - Trƣờng hợp rotor quay thuận với từ trƣờng quay nhƣng n1 > n > 0 hay 0 < s < 1. B n1 F n < n1 11
13. Hình 12 Chế độ động cơ điện của máy điện không đồng bộ. Giả sử chiều quay n1 của   và chiều quay n của rotor như hình vẽ. Do n n > n1 hay n1 Hình 13 Chế độ máy phát điện của máy điện không đồng bộ. Dùng một động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ nhanh hơn tốc độ đồng bộ của từ trường quay n > n1. Chiều của từ trường quay quét qua thanh dẫn ngược lại, chiều Eư, Iư đổi chiều nên chiều của moment M ngược với chiều quay của rotor nên nó là moment hãm. Máy biến cơ năng thành điện năng. Máy làm việc ở chế độ máy phát. - Trƣờng hợp rotor quay ngƣợc chiều từ trƣờng quay ( s > 1). B n1 F n Hình 14 Chế độ hãm điện từ của máy điện không đồng bộ. Vì một lý do nào đó rotor quay ngược chiều với từ trường quay thì lúc đó chiều của Eư, Iư, của máy giống như ở chế độ động cơ điện. Vì moment M sinh ra ngược chiều với n nên có tác dụng hãm rotor lại. Trong trường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vừa lấy cơ năng ở động cơ sơ cấp. Chế độ làm việc như vậy gọi là chế độ hãm điện từ. Tóm lại ta có thể biểu thị các chế độ làm việc theo s và n như sau: 12
14. Chế độ Hãm điện từ Động cơ Máy phát n 0 n1 + s + 1 0 Vì máy làm việc ở các tốc độ n khác n1 của từ trƣờng quay nên ta gọi là máy điện không đồng bộ. - Phân loại và kết cấu Phân loại: Theo kết cấu của vỏ, có thể chia làm các loại: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu chống nổ, kiểu chống run vv. Theo kết cấu của rotor chia làm hai loại: Rotor dây quấn và Rotor lồng 2 sóc. Theo số pha: m =1,2,3. Kết cấu: - Phần tĩnh hay stator: Gồm có vỏ máy lõi sắt và dây quấn, hình 15. 1 2 3 Hình 15 Stator của máy điện không đồng bộ. 1.Vỏ máy; 2. Lõi sắt; 3. Dây quấn Vỏ máy: Để cố định lõi sắt và dây quấn không dùng làm mạch dẫn từ. Thường làm bằng gang hay thép tấm hàn lại. Lõi sắt: Là phần dẫn từ, làm bằng thép lá kỹ thuật điện dày 0,35 mm hay 0,5mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi thép Dn 990mm thì dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn. Mặt trong của thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn. Dây quấn: Dây quấn của stator được đặt vào các rãnh của lõi thép và cách điện tốt đối với rãnh. Phần quay hay rotor: gồm lõi sắt và dây quấn Lõi sắt: Dùng thép kỹ thuật điện như stator, lõi sắt được ép lên trục quay, phía ngoài có xẻ rãnh đễ đặt dây quấn 13
15. Dây quấn: Có hai loại: Loại rotor kiểu dây quấn: Là rotor có dây quấn giống như dây quấn của sator. Dây quấn 3 pha của rotor thường được đấu hình sao, còn ba đầu kia nối vối ba vành trượt đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than đấu với mạch điện bên ngoài. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch. Hình 16. Hình 16 Rotor dây quấn của động cơ điện không đồng bộ. Loại rotor kiểu lồng sóc: Cấu tạo của loại dây quấn này khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của stator đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hoặc bằng nhôm mà người ta thường quen gọi là lồng sóc hình 17. Hình 17 Rotor lồng sóc của động cơ điện không đồng bộ. Khe hở: Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2 đến 1 mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa), càng nhỏ càng tốt để hạn chế dòng từ hóa lấy từ lưới điện vào. Kết cấu của động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc được trình bày trên hình 18a,b. a, b, Hình 18 ĐCĐKĐB Rotor lồng sóc Quan hệ điện từ trongmáy điện không đồng bộ 14
16. Ta có thể coi máy điện không đồng bộ như một máy biến áp mà dây quấn stator là dây quấn sơ cấp, dây quấn rotor là dây quấn thứ cấp, sự liên hệ giữa sơ và thứ thông qua từ trường quay (ở máy biến áp là từ trường xoay chiều). Do đó có thể dùng cách phân tích kiểu máy biến áp để thiết lập các phương trình cơ bản, mạch điện thay thế, đồ thị vectơ Ta chỉ xét đến tác dụng của sóng cơ bản không xét đến tác dụng của sóng bậc cao vì ảnh hưởng của chúng là thứ yếu. Máy điện không đồng bộ làm việc khi rotor đứng yên Mục đích của chúng ta là chứng minh rằng khi rotor đứng yên máy điện không đồng bộ được xem như máy biến áp chỉ khác về phần cấu tạo. Còn về phần bản chất vật lý đều như nhau. Để nghiên cứu một cách hợp lý ta bắt đầu nghiên cứu từ những trạng thái làm việc giới hạn của máy: không tải, ngắn mạch để phần sau mở rộng khái niệm máy điện không đồng bộ cũng như máy biến áp ngay cả ở trường hợp với rotor quay. Không tải của máy điện không đồng bộ khi n = 0 (Rotor đứng yên) A B C s1 Stator s1 1 1 1 3 3 3 m 2 2 2 Rotor Hình 19 Sơ đồ ĐCĐKĐB rotor dây quấn Hình 20 Từ thông của stator khi rotor hở mạch. Có biến trở. Ta giả thuyết rotor của máy điện không đồng bộ hở mạch và đứng yên, stator được đặt vào lưới điện có điện áp U1, tần số f1. Trong trường hợp này máy điện không đồng bộ được xem như máy biến áp lúc không tải. Dưới tác dụng của điện áp U1 trong stator có dòng điện không tải I0, I0 F1 , một phần của  là m móc vòng với hai dây quấn của máy, còn phần kia s chỉ móc vòng với dây quấn stator. Nếu máy có p đôi cực thì tốc độ n1 của f1 và m là n1 = 60f1/p. Từ thông m sinh ra ở dây quấn stator và rotor hai sức điện động E1 và E2 xác định theo công thức: 15
17. E1 = 2 .f1.kdq1.m (2-1) E2 = .f1.kdq2.m Từ thông tản s sẽ tạo nên ở dây quấn stator sức điện động tản Es1 E = -j.I .x s1 0 1 x1 là điện kháng tản của dây quấn stator. Ngoài ra dây quấn stator còn có điện trở tác dụng r1, kể đến sự có mặt của nó dưới hình thức điện áp rơi I0r1. Phương trình sức điện động sơ cấp của máy điện không đồng bộ dưới dạng máy biến áp: U1 = -E1 + I0z1 (2-2) Đồ thị không tải của máy điện không đồng bộ tương ứng về nguyên tắc với những đồ thị không tải của máy biến áp, nhưng trong quan hệ về lượng giữa hai đồ thị có một sự khác nhau rõ rệt: Trong máy điện không đồng bộ: I0 = (20 ÷ 50)% Iđm Trong máy biến áp: I0 = (3 ÷ 10)% Iđm Điện áp rơi trên dây quấn máy điện không đồng bộ khi không tải chiếm (2  5)% Uđm còn của máy biến áp thường không quá (0,1  0,4)% Uđm. Hệ số biến đổi sức điện động của máy điện không đồng bộ: E1 2 .f1w1kdq 1m w1kdq 1 ke (2-3) E2 2. f1w 2kdq 2m w 2kdq 2 Trong máy điện không đồng bộ cũng như trong máy biến áp dây quấn thứ cấp được đưa về dây quấn sơ cấp nghĩa là thay cuộn dây thứ cấp thật bằng một cuộn khác cũng có số vòng dây, bước dây quấn và số rãnh của một pha dưới một cực như là cuộn sơ cấp. Sức điện động của dây quấn thứ cấp được qui đổi: / E 2 = ke E2 = E1 (2-4) 2 Khi rotor hở mạch và đứng yên trong máy chỉ có tổn hao đồng của stator m1I r1 tổn hao sắt ở stator, rotor: pFe1 + pFe2. Công suất P10 do máy tiêu thụ từ lưới: 2 P10 = m1I 0 r1 + pFe1 + pFe2 . Trong máy điện không đồng bộ I0 và r1 tương đối lớn nên tổn hao đồng pcu1 chiếm một thành phần đáng kể trong P10. Đối với máy biến áp ta bỏ qua pcu1 lúc không tải. Ngắn mạch của máy điện không đồng bộ khi n = 0: Nếu chúng ta dịch chuyển điểm tiếp xúc động của biến trở trong mạch rotor từ vị trí 1 sang vị trí 2 (h2-1), thì chúng ta có tình trạng ngắn mạch của máy điện không đồng bộ. Về 16
18. bản chất vật lý ngắn mạch như vậy tương tự ngắn mạch của máy biến áp. Đặt một điện áp U1 = (15  25) % Uđm vào dây quấn stator. Trong dây quấn stator có I1 chạy với tần số f1, trong rotor có I2 chạy với tần số f2, khi n = 0 thì f2 = f1. I1, I2 sinh ra F1, F2 ở đây ta chỉ xét đến các sóng điều hòa bậc một: m 2 w k F 1 1 dq 1 l (2-5) 1 p 1 m 2 w k F 2 2 dq 2 l 2 p 2 F1, F2 quay với tốc độ n1 = 60f1/p và tác dụng với nhau sinh ra sức từ động tổng ở khe hở F0 F1 + F2 = F0 suy ra F1 = F0+ (-F2) (2-6) Giống như cách phân tích máy biến áp, ở đây có thể coi dòng điện stato I1 gồm 2 thành m 2 w k phần:  F 1 1 dq 1  0 0 p 0 m 2 w k  / F/ 1 1 dq 1  / 2 2 p 2 / Như vậy, ta có: I1 = I0 + (-I 2) so sánh sức điện động F2 do dòng điện I2 của rotor và thành phần của dòng điện stato sinh ra, ta có: m 2 w k m 2 w k 1 1 dq 1  / 2 2 dq 2  p 2 p 2 Từ đó tìm được hệ số biến đổi dòng điện: 2 m1w1kdq 1 k1 / (2-7) 2 m2w2kdq 2 / 1 Do dó dòng điện qui đổi của rotor là: I2 I2 ki Dùng các hệ số biến đổi sức điện động và dòng điện (2-3), (2-7) chúng ta có thể xác định / / được điện trở và điện kháng qui đổi r 2 và x 2 của rotor. / Khi qui đổi r 2 chúng ta xuất phát từ tổn hao đồng của dây quấn rotor không phụ thuộc vào 2 / 2 / sự qui đổi đó: m2I2r2 m1I2 r2 2 2 m I m m w k r/ 2 2 r 2 1 1 dq1 r 2 / 2 2 m1 I2 m1 m2w2kdq2 w1kdq 1 m1w1kdq 1 r2 kekir2 k.r2 (2-8) w2kdq 2 m2w2kdq 2 17
19. Ở đây k = ke.ki là hệ số qui đổi của điện trở. Khi qui đổi điện kháng đến x2 ta xuất phát từ góc 2 giữa E2 và I2 không phụ thuộc vào sự qui đổi: / x2 x2 tg 2 / r2 r2 / / r2 x2 x2 k.x2 (2-9) r2 Các phương trình sức điện động sơ cấp của máy điện không đồng bộ lúc ngắn mạch viết hoàn toàn như đối vớí máy biến áp: . U1 E1 I1 Z1 / / / O E2  2.Z2 / E2 E1 (2-10) / I1 I2 I0 E1 I0Zm / / / Ở đây Z1 = r1 + jx1; Z 2 = r 2 + j x 2 / / Với E 2 = E1 và I 2 = -I1 (vì F0 nhỏ = 0) Giải 2 phương trình đầu ta có: U1 U1 1 / Z1 Z2 Z1 / / Trong đó: Zn = rn+jxn; rn = rn + r 2; xn = x1 + x 2. Đồ thị véc tơ và mạch điện thay thế: U1 -jx1I1 r1I1 , I1 , , -I2 r1 x1 r2 x2 -j x2 I2 -E1 , I1 = -I2 , , 2 U1 2r -I I0  Hình 21 Đồ thị véc tơ của MĐKĐB Hình 22 Mạch điện thay thế của MĐKĐB khi rotor đứng yên. Khi ngắn mạch. Máy điện không đồng bộ làm việc khi rotor quay 18
20. Trong trường hợp này nó được xem như một máy biến áp tổng hợp nghĩa là ở đây không chỉ có biến đổi điện áp dòng điện và số pha mà còn có cả tần số và các dạng năng lượng nữa. Tóm lại viết phương trình sức điện động của máy điện không đồng bộ và giải theo dòng điện, chúng ta có thể có được về nguyên tắc, những giản đồ đẳng trị như đối với máy biến áp. - Các phƣơng trình cơ bản: Máy điện không đồng bộ làm việc thì dây quấn rotor thường nối ngắn mạch. Nối dây quấn stator với nguồn 3 pha thì trong dây quấn có I1 chạy, phương trình cân bằng s.đ.đ trên dây quấn stator vẫn như cũ:   U1 E1 I1(r jx1) (2-11) 60f1 m quay với tốc độ:n 1 p Tần số sức điện động cảm ứng trong dây quấn rotor: Khi quay rotor với tốc độ n trong từ trường quay có tốc độ n1 (và cùng chiều) thì tốc độ quay tương đối của m so với rotor có tốc độ n2 = n1 - n và tần số dòng điện trong rotor là: pn f 2 2 60 n1 n n1.p f2 . f1.s (2-12) n1 60 Thường ĐCKĐB khi tải định mức thì hệ số trượt sđm = 0,02 - 0,05 nên tần số trên rotor thấp và tổn hao ít. Sức điện động của rotor: Theo biểu thức chung thì E = 4,44.f .w .k . = 4,44.f .s.w .k . = s.E 2s 2 2 dq2 1 2 dq2 2 / / Qui đổi về stator: E 2s = s. E 2 (2-13) Nghĩa là với từ thông chính đã cho m thì sức điện động cảm ứng trong rotor khi quay bằng sức điện động E2 khi rotor đứng yên nhân thêm với hệ số trượt. Điện trở của dây quấn rotor: Giả sử rotor khép kín mạch qua một điện trở phụ nào đó muốn vậy chúng ta dịch điểm tiếp xúc của biến trở về vị trí 3 (h2-1). Lúc đó điện trở của rotor là: R2 = r2 + rf. r2: điện trở tác dụng của rotor; rf: điện trở phụ. / / / Qui đổi: R 2 = r 2+ r f. Điện kháng của rotor: 19
21. Điện kháng tản của phần quay đứng yên: x2 = 2 f.Ls2 Trong đó: Ls2 là hệ số tự cảm xác định bởi từ thông tản bởi vì từ thông tản đi qua không khí là chính nên Ls2 = const x2s = 2 f2.Ls2 = 2 sf1.Ls2 = s.x2. / / x 2s = s.x 2 Phƣơng trình sức điện động và dòng điện của rotor Nếu mạch của rotor kín thì trong đó sẽ có I2 chạy và I2 sẽ tạo nên từ thông tản s2 và đi qua r2, tương ứng với điều đó sẽ có sức điện động E2s = E2.s tạo nên bởi m và sức điện động tản Es2 j.2.x2s j.2.x2.s Theo định luật kirkhoff 2:      E2s Es2 2.r2 Suy ra: E2s Es2 E2s j.2.x2s 2.r2    hay E2s 2.Z2s 2(r2 j.x2.s) với Z2s r2 j.x2.s: Tổng trở của thực rotor  E2s E2s Do đó: I2 (2-14) Z2s r2 j.x2.s E s hay: I 2 2 2 2 2 r2 x2.s / / / Nếu dạng rotor quy đổi về stator: E2s I2.z2s / / / với z2s r2 jx 2.s : Tổng trở quy đổi của rotor.  /  / / / E2s E2s / E2s I2 hay I z/ r / jx / .s 2 / 2 / 2 2 2s 2 2 r2 x2 .s Để thiết lập phương trình mới có ý nghĩa, ta có thể biến đổi (2-14) như sau: E E  2s 2 2 r j.x .s r 2 2 2 jx s 2 Biểu thức của I2 có một ý nghĩa vật lý mới: Ở mạch thứ cấp bây giờ thay cho sức điện động khi rotor quay E2s với f2 = s.f1 sẽ là sức điện động E2 khi rotor đứng yên với tần số f1. Điện kháng khi rotor quay x2.s ở mạch thứ cấp sẽ là điện kháng khi rotor đứng yên x2. Muốn trong mạch thứ cấp vẫn chỉ có dòng điện dòng điện I2 có cùng trị số và pha đối với I2 chỉ cần thiết thay r2 thực bằng 1 điện trở mới bằng: 20
22. S K L 0 0 2 1 5 4