Khi cho dòng điện xoay chiều một pha hình sin vào cuộn cảm m ột pha ở stato r động cơ, tro n g cuộn dây sẽ sính ra m ột từ trư ờng biến thiên cũng theo quy luật hình 48
sin hướng dọc trục cuộn cảm. Đó là một từ trường đập mạch, chậm pha hơn điện áp góc —. (hình 2.5 1).
Để xét chi tiết hơn tác dụng của từ trường đập mạch này đối với rotor, ta phân một chu kỳ đập mạch thành 4 phần (hình 2.5 ỉ) ứng với các khoảng thời gian tị, t2,
u I
t3 và t4
- Trong khoảng thời gian 11: từ thông tăng lên ( — >0)
dt và giả sử như hình 2.52a, từ thông ộ hướng xuống dưới.
Theo định luật cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng trong rotor sẽ có chiều sao cho từ trường của nó chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó, nghĩa là từ trường cảm ứng phải có chiều hướng lên để cản trở sự tăng trưởng của từ thông <Ị) của cuộn cảm.
Chiều dòng cảm ứng sẽ như hình 2.52a. Từ trường cuộn cảm lại tác dụng vào dòng
điên cảm ứng môt từ lưc F có , .? , , • . UÌMLI5HỈNH 2.51. c/ D Biến thiên đô lớn của từ trường đâp maeh.
chiêu xác định theo quy tăc
bàn tay trái. Các lực này bằng nhau và ngược chiều nhau nên không tạo ra mô men làm quay rotor.
F
HÌNH 2.52. Từ trường đập mạch không tạo ra mômen quay ban đầu.
4 TBĐ 49
- Trong khoảng thời gian t2: từ thông giảm đi ( — <0) nhưng vẫn có chiều cũ,
dt
hướng xuống. Dòng điện cảm ứng trong rotor đảo chiều để tạo từ thông <Ị)cư cùng chiều với từ thông chính, chống lại sự giảm của từ thông chính. Dòng điện cảm ứng và từ lực tác dụng vào nó có chiều nhữ hình 2 52b. Các lực này cũng không tạo ra mô men làm quay rotor.
- Trọng khoảng thời gian t3: từ thông chính đảo chiểu, hướng lên và tăng trưởng ( — > 0 ) Lâp luận tương tự như trên, ta có
dt
chiều dòng điện cảm ứng, từ thông cảm ứng và từ lực tác dụng như hình 2.52c.
- Tương tự, trong khoảng thời gian t4 ứng với hình 2.52d, ta rút ra kết luận là từ trường đập mạch không tạo ra mô men quay ban đầu.
Về lý thuyết cũng như thực nghiệm, có thể phân tích một từ trượng đập mạch một pha thành 2 từ trường quay ngược chiều nhau với cùng một tần số góc và với biên độ bằng một nửa biên độ của từ trường đập mạch (hình 2.53).
s.t.đ của từ trường đập mạch:
—> —> —>
F = Ft + Fn
sẽ là tống của 2 véc tơ quay tương ứng với
—^
từ trường quay thuận Fy (quay theo chiều kim đồng hồ) và từ trường quay ngược
—^
F>J (quay ngược chiều kim đồng hồ), v ề độ lớn:
->
F II to F T = 2 Fn
HÌNH 2.53. Từ trường đâp mạch là tổng của 2 từ trường bằng nhau quay ngược chiều nhau.
Từ đó, ta có thể lý giải một thực tế là khi đóng điện cho động cơ xoay chiểu một pha, cụộn dây phần cảm một pha không tạo ra được từ trường quay, không làm quay rotor được.
Đó là do 2 từ trường bằng nhau quay ngược chiều nhau sẽ tạo ra các mô men quay bằng nhau và ngược chiều nhau nên mô men tổng bằng 0. Không có mô men mở máy là nhược điểm cơ bản của động cơ này.
5 0
Trong từ trường đập mạch, nếu dùng cơ năng bên ngoài quay rotor (kích quay ban đầu), chẳng hạn theo chiểu thuận, rồi thôi thì rotor sẽ tiếp tục quay theo chiều đó với tốc độ nhỏ
, ' . ( 2nf, )
hơn tôc độ đông bộ C0( = ---- - . ' I p J
Lúp này, ptô men MT > MN nên mô men quay tổng sẽ khác 0 và động cơ quay theo chiều thuận. Điều này được giải thích như sau:
Hai từ trường quay thuận và quay ngược sẽ tao ra mô men quay thuận và quay ngược như lqình 2.54. Mô men tổng đặt vào rotor sẽ là ()ường M. Khi đóng điện cho động cơ mà rotor đang đứng yên (s = 1) thì M = 0. Động cơ không thể quay.
Nếu kích quay rotor theo chiều thuận, tạo độ trượt s < 1, động cơ sẽ tiếp tục quay theo chiều thuận trên phẩn đặc tính cơ tổng M ở góc vuông thứ I.
Độ trượt của rotor đối với từ trường thuận là:
ST
CO 0 - to
®0
Tần số dòng điện rotor do từ trường thuận (<ị>T) tạo ra:
f2T = sx fị = sfị (2.38)
HÌNH 2.54. Đặc tính cơ của động cơ xoay chiều một pha.
Nếu kích quay rotor theo chiều ngược, tạo độ trượt s > 1, động cơ sẽ tiếp tục quay theo chiều ngược trên phần đặc tính cơ tổng M ở góc vuông thứ III.
Độ trượt của rotor đối với từ trường ngược:
CD0 - ( - c o ) 0 O + CO co0 + c o 0( l - s ) o
SN = --- --- - --- : - - ¿ - s \4-jy)
®0 ®0 “ o
Tần số dòng điện rotor do từ trường ngược (<Ị)N) tạo ra:
f 2 N = % fi = (2 - s)f, (2.40)
Để có thể có mômen quay ngay từ ban đầu thì từ trường tạo ra bởi cuộn cảm một pha phải là từ trUCỊng quay mà không phải đập mạch. Điều đó có thể thực hiện được nhờ một cuộn dây phụ MM (cuộn mở máy) đặt lệch với cuộn chính LV (cuộn làm việc) một góc 90°
điện trong không gian. Dòng điện trong cuộn phụ cũng phải lệch pha so với dòng điện trong cuộn chính (tốt nhất là 90 ) .
Vì nguồn môt pha cung cấp cho cả hai cuộn nên cuộn MM cần được mắc nối tiếp với một phần tử làm lệch pha: hoặc tụ điện c hoặc cuộn cảm L hay điện trở R (hình 2.55).
51
Hai cuộn LV và MM mắc song song nhau, có cùng điện áp. Dòng điện qua mỗi cuộn phụ thuộc vào tổng trở của mỗi cuộn.
Gíá trị dòng điện hiệu dụng là:
T ư T u
*LV - ỹ va XMM - 7
■^LV ^iVIM
trong đó: ZLV và ZMM là tổng trở của các cuộn LV và MM.
Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mỗi cuộn:
HÌNH 2.55. Sơ đồ động cơ xoav chiéu một pha với cuộn dãy mớ máy.
tgq>L\' = X LV Ri V
và tgỌ MM =
X Ị
1 MM ị
^MM
(2.41) trong đó: XLV , R LV - cảm kháng và trở kháng của cuộn LV.
XMM , R MM- cảm kháng và trở kháng của cuộn MM.
Góc lệch pha giữa 2 cuộn LV và MM là:
9 = I^LV ~ <PmmI
phụ thuộc vào các giá trị cảm kháng và trở kháng của 2 cuộn LV và MM. Do vậy, nếu góc (pMM và ỌLV khác nhau nhiều thì không cần sự trợ giúp của phần tử làm lệch pha. Nếu các góc ọ Ly và (Pmm không khác nhau nhiều thì cần có sự trợ giúp của phần tử làm lệch pha.
Từ đó, giá trị Rmm sẽ khác đi nếu phần tử làm lệch pha là R hoặc giá trị X MM = XL - X C sẽ khác đi nếu phần tử làm lệch pha là c hoặc L.
Phần tử làm lệch pha chỉ tham gia vào m ạch cùng với cuộn phụ MM khi mơ m áy.
Sau khi mở máy, động cơ đã tăng tốc tới gần (80 -7- 90) % (0đm thì cuộn phụ được cắt ra khỏi lưới.
Tóm lại, khi mở máy, động cơ làm việc như động cơ hai pha, còn khi làm việc bình thường thì như động cơ một pha.
Công tắc K (hình 2.55) đóng - cắt cuộn MM có thể thực hiện theo 3 cách sau đâv (hình 2.56) :
- Một công tắc ly tâm gắn liền với trục quay động cơ.
Lúc bất đầu mở mấy, tiếp điểm ly tâm LT kín (hình 2.56a), cuộn MM được nối vào mạch. Khi tốc độ dộng cơ đạt gần tốc độ định mức thì do lực ly tâm, công tắc LT mở ra cắt cuộn MM để kết thúc quá trình mở máy.
- Dùng rơ le dòng điện RD mắc nối tiếp .với cuộn làm việc LV (hình 2.56b). Khi mở máy, dòng điện động cơ lớn, rơ le dòng điện RD tác động đóng mạch cuộn mở máy MM.
Khi tốc độ quay đủ lớn, dòng điện động cơ giảm về gần dòng điên định mức, rơ le ,dòng RD thôi tác động, cuộn mở máy MM được cắt ra khỏi lưới điện.
52
HÌNH 2.56. Cúc phương pháp đóng - cắt cnộn phụ MM khi mớ ináy.
- Dùng nút bấm M để ấn, nối mạch cuộn phụ MM khi mở máy. Sau khi động cơ đã quay nhanh, nhả nút M (hình 2.56c) .
Đặc tính cơ của động cơ có cuộn phụ mở máy MM như hình 2.57. Đường 1 là đặc tính cơ khi chí có cuộn LV. Đưòng 2 là đặc tính cơ khi mở máy với cuộn MM nhưng không có phần tử ngoài làm lệch pha. Mô men mở máy M| rất nhỏ. Đường 3 là đặc tính cơ khi nối cuộn MM với phần tử ngoài làm lệch pha. Mô men mở máy M2 lớn hơn.
Động cơ mở máy theo đặc tính 3 từ điểm a.
Khi tốc độ động cơ gần tới giá trị tốc độ làm việc (điểm b) thì cuộn MM được cắt khỏi lưới. Động cơ chuyển điếm làm việc từ b trên đặc tính 3 sang điếm c trên đặc tính 1 và tiếp tục tăng tốc tới điểm làm việc A.
Mô men mở máy lớn nhất trong trường hợp
cuộn LV và cuộn MM có dòng điện lệch pha nhau UÌMU -> < 7 ns u „i, ... ,, 90°. Khi đó, từ thông quay sẽ có dạng tròn (véc tơ một pha khí có phần tử làm lệch pha.
cảm ứng từ có độ lớn (mô đun) không đổi theo mọi
hướng). Điều này được thực hiện khi dùng tụ điện có điện dung thích hợp làm phần tử lệch pha. Mô men mở máy có thể đạt: Mmm = (1 -ỉ- 1,5) Mđm.
D ả i công suất của động cơ loại này từ 10W đến khoảng (5 0 0 -í- 6 0 0 ) w .