ĐỀ CƯƠNG MÁY điện CHƯƠNG 2 đại học hàng hải

đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.đề cương máy điện chương 2 đại học hàng hải.

1

Chương 2: Máy điện không đồng bộ Câu 1 Nêu khái niệm về máy điện không đồng bộ ba pha Hãy nêu các thông số đặc trưng của động cơ không đồng bộ ba pha

1 Khái niệm

- Máy điện không đồng bộ (máy điện dị bộ) là máy điện xoay chiều quay, làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rôto luôn luôn khác với tốc độ từ trường quay trong máy

- Máy điện không đồng bộ ba pha thường được sử dụng biến đổi nguồn điện xoay chiều ba pha thành cơ năng và được gọi là động cơ không đồng bộ ba pha ( Động cơ xoay chiều ba pha).

2 Các thông số cơ bản

- Công suất định mức Pđm (KW)

- Dòng điện dây và điện áp dây định mức (I1đm, U1đm )

- Cách đấu cuộn dây: Y, 

- Tốc độ quay định mức nđm (vg/ph)

- Hiệu suất định mức đm

- Tần số định mức:

- Hệ số công suất định mức cosđm

Câu 2: Trình bày cấu tạo phần tĩnh (stato) và phần động (rôto) máy điện không đồng bộ ba pha

1 Phần tĩnh (stato)

- Vẽ hình

Phần tĩnh bao gồm: vỏ máy; lõi thép; dây quấn; và các bộ phận khác

- Chức năng

 Vỏ máy: Nhiệm vụ là bảo vệ và gá lắp lõi thép Vỏ máy được chế tạo bằng gang đúc, hay hợp kim, nhôm Hai đầu vỏ máy có 2 nắp máy để đỡ hai vòng bi và cánh quạt

 Lõi thép: Chức năng của lõi thép là mạch từ, nhiệm vụ là dẫn từ trường và dùng

để đặt dây quấn các pha của máy điện Lõi thép được chế tạo từ các lá thép KTĐ

có độ dày từ 0,35 mm đến 0,5 mm đựơc ghép cách điện lại với nhau để tránh dòng xoáy Fucô (hình trên)

2

 Dây quấn: Chức năng của dây quấn là mạch điện, nhiệm vụ là dẫn điện Dây dẫn được làm bằng đồng hoặc nhôm có bọc cách điện Dây quấn ba pha bao gồm ba cuộn dây Ax,By,Xz lệch nhau 1200

trong không gian và được cách điện với nhau,

3 đầu dây của 3 pha có thể nối sao hay tam giác

 Các bộ phận khác như: hai nắp máy; trụ đấu dây; đế máy; biển máy, móc vận chuyển…

2 Phần động (roto)

- Vẽ hình

Cấu tạo rôto gồm: Trục máy; lõi thép; dây quấn và các bộ phận còn lại khác

- Chức năng

 Trục máy: Nhiệm vụ là đỡ rôto, được làm bằng thép có độ bền cơ khí rất cao, hai đầu trục

là hai vòng bi và được lắp cánh quạt

 Lõi thép là các lá thép kỹ thuật điện, khi ghép lại sẽ thành hình trụ đặc và được xẻ rãnh chu vì mặt ngoài để đặt cuộn dây roto.Ở giữa các lá thép đục 1 lỗ để đặt trục máy và đục thêm các lỗ nhỏ xung quanh để làm mát

 Dây quấn rôto có hai loại:

 Rôto lồng sóc có các loại rôto lồng sóc đơn, kép, rãnh sâu Dây quấn rôto lồng sóc là các thanh nhôm hoặc thanh đồng không bọc cách điện Hai đầu các thanh được nối với nhau bằng vòng ngắn mạch, còn được gọi là rôto ngắn mạch Rôto lồng sóc kép gồm 2 lồng, còn rôto lồng sóc rãnh sâu có chiều sâu lớn so với chiều rộng

 Rôto dây quấn là dây quấn ba pha giống như dây quấn ba pha của stato, được bọc cách điện với lõi thép và có 3 đầu cuối nối hình sao, 3 đầu còn lại được đưa lên ba vành trượt bằng đồng gắn trên đầu trục rôto, quay theo rôto Ba vành trượt này được cách điện với nhau và cách điện với trục máy Tỳ lên 3 vành trượt là 3 chổi than, nằm trên giá đỡ chổi than Các vành trượt và các chổi than, dùng để nối cuộn dây của roto với biến trở ở mạch điện bên ngoài Biến trở này được gọi là biến trở khởi động hay biến trở điều chỉnh tốc độ

 Sơ đồ rôto lồng sóc:

 Sơ đồ rôto dây quấn:

C B

3

 Bộ phận khác: Cánh quạt gắn ở đầu trục roto để làm mát

Câu 3: Trình bày sự hình thành từ trường quay trong máy điện không đồng bộ ba pha

1 Khái niệm

Từ trường quay là từ trường có phương, chiều, trị số biến đổi trong không gian theo chiều quay, quay nam châm N – S với tốc độ không đổi thì trong lòng stato của máy xuất hiện một từ trường quay tròn đều

2 Giả thiết:

Xét máy điện không đồng bộ 3 pha có cấu tạo đơn giản:

- 3 cuộn dây Ax, By,Cz ở stato: có 1 vòng dây,các pha lệch nhau 120’

- Có 1 cặp cực trên stato: N-S

- Xét hệ thống dòng điện hình sin 3 pha

iA (t) = Imsinωt (A)

iB (t) = Imsin(ωt - 1200) (A)

iC (t) = Imsin(ωt - 2400) (A)

 Quy ước:

 A,B,C là đầu các pha; X,Y,Z là cuối các pha

 Dòng điện mang giá trị dương sẽ chạy từ đầu đầu đến đầu cuối cuộn dây

và ngược lại

 Dòng đi vào ký hiệu (+) , dòng đi ra ký hiệu (.)

- Đồ thị hệ thống ::

3 Vẽ đồ thị dòng điện ba pha:

a b c

A B C

b c a

i c

i c

i c

a

b

c

i A i B i C

i

4

2

a) b) c)

- Xét cho từng thời:

- Tại wt1= Ta thấy :

iA = Im có giá trị dương

iB = iC = Im/2 có giá trị âm

Quy ước : chiều dòng điện như hinh a, theo quy tắc vặn nút chai ta tìm được chiều của đường sức từ trường  chiều của từ thông tổng chiều của sức từ

động tổng stato Kết quả trục của từ trường tổng stato trùng với trục AX

- Tại wt2= + Ta thấy :

iB = Im có giá trị dương

iA = iC = Im/2 có giá trị âm Quy ước : chiều dòng điện như hinh b, theo quy tắc vặn nút chai ta tìm được chiều của đường sức từ trường  chiều của từ thông tổng chiều của sức từ

động tổng stato Kết quả trục của từ trường tổng stato trùng với trục BY

- Tại wt3= + Ta thấy :

iC = Im có giá trị dương

iA = iB = Im/2 có giá trị âm Quy ước : chiều dòng điện như hinh c, theo quy tắc vặn nút chai ta tìm được chiều của đường sức từ trường  chiều của từ thông tổng chiều của sức từ

động tổng stato Kết quả trục của từ trường tổng stato trùng với trục CZ

- Tại wt4= + Ta thấy :từ trừ tổng lại quay trở về như thời điểm t1=

4 Kết luận : Như vậy từ trường tổng hay sức từ động tổng do dòng điện hình sin 3 pha

trong máy điện không đồng bộ 3 pha là 1 từ trường quay

+

.

+

.

.

+

Y

B C

C

B y

Y

N

N S

S

F

F

Y

C

X

B

Z A

+

.

+

+

I A

I C

I B

.

+

 , F

  , F A

  , F B

 C, F C

, F

 , F A

 , F B C, F C

  , F A

 , F

 C F C

  , F B

5

Câu 4: Phân tích nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ ba pha ở chế độ động cơ

1 Đặc điểm

Đặt điện áp ba pha đối xứng dạng hình sin vào cuộn dây ba pha ở stato của động cơ không đồng bộ, thì trong các cuộn dây xuất hiện hệ thống dòng điện ba pha đối xứng và sẽ tạo ra trong lòng stato một từ trường quay tròn đều với tốc độ không đổi là n1 =

2 Phân tích

- Từ trường quay này sẽ quét lên các thanh dẫn rôto (dây quấn), theo định luật cảm ứng điện từ, trên dây quấn rôto xuất hiện sức điện động xoay chiều e2 (có chiều xác định bằng quy tắc bàn tay phải)

- Nếu roto kín mạch ( roto lồng sóc) thì sức điện động sẽ sinh ra dòng điện ,dòng điện lại sinh ra từ trường quay

- Từ trường quay stato tương tác với từ trường quay roto tạo thành từ trường khe khí : F = F= F1 + F2.

- Theo định luật cảm ứng điện từ: Từ trường tổng sẽ tác động lên các dây dẫn mang dòng điện của roto để sinh ra lực F có chiều được xác định theo quy tắc bàn tay trái

- Lực sinh ra momen quay làm cho roto quay với tốc độ n tăng dần đến khi (n=n1) thì không có sự chuyển động tương đối giữa từ trường quay stato và dây dẫn roto

 = 0, = 0 ,F = 0, M = 0

- Nhưng theo quán tính, tốc độ quay của roto chưa về ‘0’ ngay mà sẽ giảm dần , khi n< n1 thì xuất hiện sự chuyển động tương đối giữa từ trường quay stato và dây dẫn roto  e2 0; i2 0; F 0; M 0

- Quá trình cứ như vậy , tốc độ quay của roto luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay (n < n1) nên được gọi là động cơ không đồng bộ

- Độ trượt: s =

Ở chế độ động cơ không đồng bộ thì: 0 < s <1; n < n1; n1 và n quay cùng chiều Dùng quy tắc bàn tay phải, quy tắc bàn trái để xác định suất điện động e2, lực Fđt  chiều của mô men quay cùng chiều với tốc độ quay n.Như vậy máy điện không đồng bộ đã biến điện năng thành cơ năng

3 Biểu diễn

+ N-S Các cực của TTQ với tốc độ n1 = const + Fđt là lực điện từ tác dụng giữa dòng điện trong thanh dẫn roto với TTQ

+ n là tốc độ quay của roto

P

f 1

60

100

%

;

1 1

1

1

n

n n s n

n





6

Câu 5: Hãy dẫn dắt ra các đại lượng quy đổi của máy điện không đồng bộ ba pha khi roto

không quay

1 Khái niệm

Máy điện không đồng bộ qui đổi hay máy điện không đồng bộ thay thế có các thông số và

đại lượng được quy đổi từ rôto về stato dựa trên cơ sở cân bằng công suất

2 Điều kiện điện áp:

Để có thể nối rôto và stato bằng một mạch điện, thì tương tự máy biến áp ta có điều kiện:

(kdq2.W2)’ = (kdq1 .W1)

Do đó từ: E1 = 4,44 (kdq2.W2)’ 2  ;

Nếu 2 = 1 và (kdq2.W2)’ = (kdq1 .W1) thì: = 4,44 kdq1 W1 1 . = E1;

Mà E1 = ke E2 nên ta có: E2 = keE2 ; Trong đó: ke là hệ số biến đổi s.đ.đ; ke =

2 1

2

1

W

W K

K

dq

dq

3 Điều kiện công suất: m 2 I 2 E 2 cos 2 = cos

Vì 2 = và m = 2, m nên: m1 2I2E2 = m1

2 2

2

1 1

2 2 2 2 1

2 2 2 2

1

2

2

2

1 1

m

m k k m

I m I k m

E m I E

m

E

m

I

i e

e e













m

m k

1

2

4 Điều kiện tổn hao:

 Suy ra: Thay hệ số ki vào và biến đổi ta còn có:

5 Điều kiện về góc lệch pha 2:

Do tg2 tg2' suy ra '

2

' 2

2

2

X

R X

2

' 2 '

R

R

' 2

E

' 2

m I2' E2' 2'

' 2

2

2 '

2

1

I k

I

i



2 2 2

1 1 1

2

1

w k m

w k m k m

m

K

dq

dq e

2 2 ' 2 1 2 ' 2 ' 2 '

2

2

2

2

2R I m R I m R I

1

2 2 2

' 2 2

1

2 '

m

m R I

I m

m













2 '

2 k k R

7

Câu 6: Phân tích phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc đổi nối từ hình sao (Y) sang hình tam giác( Δ )

1 Yêu cầu

- Chế độ công tác định mức lâu dài của động cơ có cuộn dây stato đấu ở chế độ tam giác hay nói một cách khác là điện áp pha định mức của động cơ phải bằng với điện áp dây của nguồn lưới:

U p đm = U d lưới

2 Vẽ sơ đồ

- Quá trình khởi động Ban đầu cầu dao CD2 mở, ta tiến hành đóng cầu dao

CD1 sang vị trí Y lúc đó cuộn dây stato được nối theo

hình sao Sau đó ta đóng CD2 lúc này động cơ hoạt động

ở chế độ đấu sao.Sau khoảng 1 time, tốc độ động cơ

tăng lên,tiếp tục chuyển CD2 từ vị trí Y sang lúc này

cuộn dây stato chuyển sang nối hình  động cơ chuyển

công tác sang đường  và kết thúc quá trình khởi động

- Nhận xét :

 Khi khởi động trực tiếp :vì cuộn dây đấu  nên = =

 Khi khởi động gián tiếp :vì cuộn dây đấu Y nên = / 3 = / 3

3 Tính giá trị dòng điện và mômen khởi động khi nối hình sao, hình tam giác

- Xét về dòng điện khởi động chạy trên lưới:

+ Khi khởi động trực tiếp: Itt = 3Ip = 3Up /zp = 3Ud/zp = 3U1/zp + Khi khởi động gián tiếp: Igt = Ip = Up /zp = Ud / 3zp = U1 / 3zp

Lập tỷ số ta có: Igt/Itt = 1/3; Như vậy dòng điện lưới gián tiếp giảm ba lần so với dòng trực

tiếp

- Xét về mô men khởi động:

+ Khi khởi động trực tiếp: Mtt = MkΔ = A.U2p = A(U1)2 = A.U21 + Khởi động gián tiếp: Mgt = MkY = AUP2 = A.U21/

Lập tỷ số ta có: Mgt/Mtt = 1/3; Như vậy mô men khởi động gián tiếp giảm ba lần so với

mô men khởi động trực tiếp

4 Vẽ đặc tính

CD1

CD2

8

Đặc tính cơ điện

Đặc tính cơ

5 Kết luận:

- Mô men khởi động giảm đi ba lần so với khởi động trực tiếp

- Dòng chạy trong các pha của động cơ giảm 3lần

- Dòng khởi động chạy trên lưới giảm ba lần

Câu 7: Phân tích quá trình khởi động động cơ không đồng bộ ba pha roto dây quấn khi đưa thêm R p vào mạch roto

1 Vẽ sơ đồ

Quá trình khởi động

+ Ban đầu khởi động đóng CD1 và mở K1 và K2

động cơ sẽ khởi động với toàn bộ điện trở phụ trên

đặc tính cơ thấp nhất

+ Sau khoảng thời gian t1 điều khiển đóng K1 ngắt

bớt một cấp điện trở và động cơ sẽ chuyên sang gia

tốc trên đường đặc tính cơ thứ 2

+ Sau khoảng thời gian t2 điều khiển đóng K2 ngắt

toàn bộ điện trở phụ và động cơ sẽ gia tốc trên đặc

tính cơ tự nhiên và sẽ làm việc tại điểm xác lập, quá

trình khởi động kết thúc điện trở phụ phải được

ngắt hoàn toàn

Sơ đồ nguyên lý khởi động bằng

điện trở phụ

2 Tính giá trị độ trượt tới hạn (tốc độ tới hạn) khi đưa điện trở phụ vào rôto

9

Điện trở phụ rP dùng để khởi động chỉ làm việc ngắn hạn, nên khi kết thúc quá trình khởi động, rP phải được ngắt ra khỏi mạch rôto Quá trình khởi động là ban đầu để: rP = rmax = rP1 +

rP2;

sth =

2 2 1 2

ng

x r

R





=

2 2 1 2

ng

P

x r

r r









Nếu ứng với một giá trị điện trở phụ rP thích hợp thì: Mkđ = Mth = Mmax khi sth = 1 tức là:

2 2 1 2

ng

x r

R





=

2 2 1 2

ng

P

x r

r r









= 1

3 Vẽ các đặc tính cơ

- Đường 1 khởi động với toàn bộ điện trở

phụ

- Đường 2 khởi động với một cấp điện trở

phụ đã được ngắt

- Đường 3 khởi động trên đặc tính cơ tự

nhiên

Đặc tính cơ khi khởi động với điện trở phụ

4 Kết luận: Với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, đây là phương pháp này rất tối ưu,

đặc biệt khi chọn điện trở phụ có giá trị thích hợp thì Mkđ = Mmax trong khi dòng khởi động của động cơ giảm

M

n

n1

b)

1 2 3

0

10

Câu 8: Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng

phương pháp thay đổi tần số nguồn

1 Khái niệm

Xuất phát từ biểu thức tốc độ quay: n = n1(1-s) = (1-s)

Trong đó: n: tốc độ quay của rô to động cơ;

n1: Tốc độ quay của từ trương quay trong động cơ

f1: Tần số nguồn cung cấp cho động cơ

P: Số đôi cực của dây quấn pha stato động cơ

Nếu số đôi cực p là hằng số mà thay đổi tần số f1 làm thay đổi tốc độ từ trường quay và

dẫn đến tốc độ quay rô to của đông cơ thay đổi theo

2 Phân tích

- Nếu bỏ qua sụt áp trên stato thì:

U1đm  E1 = 4,44 Kdq1W1.Φ.f1 suy ra Φ = B

Nếu điện áp nguồn đặt vào động cơ: U1đm = const

+ Nếu f1 >  Φ giảm mô men quay M giảm

có thể gây quá tải động cơ

+ Nếu f1< Φ tăng sẽ xảy ra hiện tượng bão hoà

từ và gây phát nhiệt trong lõi thép làm động cơ phát

nhiệt quá mức đẫn đến quá tải về nhiệt

Như vậy, để Φ = const, khi thay đổi tần

số f1 thì phải thay đổi cả điện áp U1 đặt vào

động cơ, để đảm bảo cho động cơ không bị

quá tải

Sơ đồ khối biến tần – động cơ không

đồng bộ

3 Thiết lập quy luật điều khiển để đảm bảo động cơ không bị quá tải khi điều chỉnh tần số kết hợp với điều chỉnh điện áp

- Khi điều chỉnh nếu giữ cho hệ số quá tải mô men là một hằng số:  = M th / M c = const Từ điều kiện này ta sẽ tìm ra luật điều khiển điện áp stator U1 phù hợp với sự thay đổi tần số f1 và thực hiện tìm ra các mối quan hệ giữa Mth và Mc với tần số f1 như sau:

- Khi tăng tần số lên cao thì Xnm>> R1, có thể bỏ qua R1 (coi R10) từ biểu thức của

Mth ta có:

p

f

60 1

1

1

f U

const M

M

C

th 

BBT

§

11

' 2

1 2 1

4

(C C )f p



Trong đó: 0 2 f1

p



  và C1, C2 ’

là các hệ số tỉ lệ với điện cảm L1, L2 ’

- Hệ số quá tải  của động cơ được xác định dựa vào Mth và Mc là hàm của tốc độ Mc =

f (ω):

2 ' 2

A

4

(C C )f M p

- Nếu viết biểu thức  cho 2 trường hợp làm việc với các thông số định mức (U1 đm,

f1.đm) và (U1, f1) bất kỳ cùng thoả mãn điều kiện = const, thì ta có:

Vậy điện áp stator phải được thay đổi theo tần số và dạng đặc tính phụ tải

Moment cản của máy sản xuất thường cho ở dạng: Mc = B’.q

= B.f1q ( ở đây B’ và B là hệ số tỉ lệ)

Thay vào công thức trên và biến đổi ta có:

* * (2 q)



Phân tích quá trình điện từ (vật lý) khi điều chỉnh tốc độ trên đặc tính cơ khi tăng tốc độ

và khi giảm tốc độ

Câu 9 Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng phương pháp thay đổi số đôi cực ở dây quấn stato động cơ

1 Khái niệm

M C

n

M

f1 < f2 < f3 < f4

f1

f2

f3

f4

n1

n2

n3

n4