Nhu' đã biết trong vật lý, khi cho dòng điện xoay chiểu ba pha vào 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120° trong không gian (hình 2.26) thì từ trường tổng hợp do 3 cuộn dây tạo ra là một từ trường quay.
Điều này có thể giải thích như sau:
Giả sử dòng điện ba pha hình sin như hình 2.27a được cấp vào 3 cuộn dây A, B, c đặt lệch nhau 120° trong không gian. Ta quy ước dòng điện dương sẽ chảy từ đầu cuộn đến cuối cuộn và dòng điện âm chảy từ cuối cuộn đến đầu cuộn.
Tại thời điểm t0, ta có iA = 0, iB < 0, ic > 0 và các từ trường cpB, cpc - do các cuộn dây BY, c z tạo ra sẽ như hình 2.27b (<Pa = 0).
Tại thời điểm t| thì iA > 0, iB < 0, ic = 0 và các từ trường cpA, (pB do các cuộn dây AX, BY tạo ra sẽ như hình 2.27c, còn tpc = 0.
Tương tự, khi xét từ trường tổng tại các thời điểm t2, t3... ta có kết quả như ở các hình 2.27d, e,...
Vậy, có thể kết luận: Từ trường tổng tạo ra bởi dòng điện 3 pha chảy qua 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120° trong không gian là một từ trường quay (trường hợp ở hình 2.27 thì từ trường quay theo chiều kim đồng hồ).
HÌNH 2.26. Sơ đổ nguyên lý tạo từ trường quay ba pha.
31
HÌNH 2.27. Nguyên lý tạo từ trường quay ba pha:
a) dòng điện 3 pha ; b, c... h) quá trình tạo ra từ trường quay.
TỐC độ quay của vectơ cảm ứng từ của từ trường là 1 vòng trong 1 chu kỳ dòng điện. Nếu tần số của dòng điện xoay chiểu ba pha là f thì tốc độ quay của từ trường sẽ là f(vg/s) hay 2ttí (rad/s). Đây là trường hợp ứng với 2 cực hay 1 cặp cực (p = 1).
Nếu trong từ trường quay này có đặt các thanh dẫn điện (hình 2.28) thì từ trường quay sẽ quét qua các thanh dẫn điện và làm xuất hiện một sức điện động cảm ứng trong các thanh dẫn.
Nối các thanh dẫn với nhau như hình 2.29 và làm một trục quay thì trong các thanh dẫn sẽ có dòng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải. Từ trường quay lại tác dụng vào chính dòng cảm ứng này một từ lực có chiều xác định theo quy tắc bàn
3 2
tay trái và tạo ra một mô men làm quay lồng trụ các thành dẫn theo chiểu quay của từ trường quay.
Đê mô men đều hơn, các thanh dẫn thường được dặt hoi chéo (hình 2.29c).
Tốc độ quay của lồng trụ luôn nhỏ hơn tốc độ quay cua tìi' trường quay. Nếu lồng trụ quay vó'i tốc độ bằng tốc dộ cua từ trường quav thì từ trường sẽ khong quét qua các thanh dẫn nữa nên không có dòng điện cảm ứng và mô men quav cũng không còn. Khi đó, do mỏ men cán, lồng trụ sẽ quay chậm lại hơn từ trường quay và các thanh dẫn lại bị từ trường quét qua, dòng điện cám ứng lại xuất hiện và do đó lại có mô men quay lam lỏng tru tiếp tue quay nhưng vói tốc độ luôn nhỏ hơn của từ trường quay.
Động cơ làm việc trên nguyên tắc này nên được gọi là dộng cơ không đồng bộ (hay động cơ dị bộ).
A X
HÌNH 2.2(2. Nguyên lý động cơ xoay chiều ba pha không dồng bộ.
Thường trong thực tế, động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ có cuộn cảm (tạo từ trường quay) đặt ở stator, cuộn ứng (lồng trụ) đặt ỏ' rotor.
Hình 2.30 biểu thị cấu tạo của một động cơ xoay chiều ba pira không đồng bộ, cũng thường gọi là động cơ xoay chiều cảm ứng.
Động cơ có nguyên lý cấu tạo như đã xem xét ở trên với rotor lồng trụ ghép từ các thanh dẫn gọi là động cơ rotor ngắn mạch (hay rotor lổng sóc) (hình 2.30a).
HÌNH 2 29. Lồng tru các thanh dẫn rotor (a) (c) và cách ghép vào rotor (b). _
Nêư phân ứng la 3 cuộn dày nối theo hình sao À , còn 3 đầu cuộn dây còn lại nối với 3 vòng trượt để qua 3 chổi than nối với diện trớ mạch ngoài thì rotor gọi là rotor dày quấn. Động cơ gọi là động cơ rotor dây quấn (hình 2.3Gb).
Hình dạng bên ngoài của một số động cơ không đồng bộ cho trên hình 2.3 1.
T B Đ 3 3
HÌNH 2.30, Cấu tạo cúa động cơ KĐB rotor lồng sóc (a) :
1 - stator : 2 - cuộn cám ; 3 - vỏ máy ; 4 - nắp máy : 5 - rotor ; 6 - ổ bi ; 7 - trục quay.
Nguyên lý cấu tạo cứa động cơ KĐB rotor dây quấn (b).
Ký hiệu trên bản vẽ điện của động cơ không đồng bộ rotor lổng sóc và rotor dây quấn như ở hình 2.32. Vòng tròn ngoài tượng trưng cho cuộn dây stator, vòng tròn trong đồng tâm tượng trưng cho cuộn dây rotor.
Cuộn cảm (cuộn kích từ) ở stator của động cơ có thể đấu theo hình sao A hay theo hình tam giác-Ạ. Để dễ dàng
chuyển đổi cách đấu và nối nguồn lưới vào động cơ, các đầu dây của các pha được nối ra một hộp đấu dây như hình 2.33a. Có thể tự suy ra khi nối các cầu nối như hình 2.33b là nối cuộn cảm động cơ theo hình À , còn khi nối các cầu nối như hình 2.33c là nối cuộn cảm động cơ theo hình Ạ .
Ví dụ : Động cơ xoay chiều 3 pha khỏng đồng bộ có cuộn stator làm việc ở đ iện áp định mức 220V thì khi nối vào lưới 380V/220V sẽ phải mắc theo hình Ả vì
trong cách mắc này : a) loại có đê ; b) loại mặt bích ; c, d) đường thông gió làm mát.„ f ÌNAHJ - 3J: , M ;1 1 í eặiuđộng T K£ B ro,tor lồng- 'sóc:
3 4
u„ 380V
=220V
Động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ có cuộn stator làm việc ở điện áp định mức 380V thì khi nối vào lưới 380V/220V sẽ phải mắc theo hình A vì trong cách mắc này Uph= U d =380V.
U ) ( A )
q) b) c)
HÌNH 2.32. Ký hiêu động cơ xoay HÌNH 233. Sơ đồ nối các cuộn dây stalor ra hộp đấu dây (a) và sơ đồ nối chiều ba pha không đồng bộ rotor các cầu nối khi các cuộn dây stator mắc theo hình À (b) và A (c).
lổng sóc (a) và rotor dây quấn (a).
Các đại lượng liên quan đến cuộn cảm (mạch stator) có chi số 1 như: u Ị , lị, R ị . . . các đại lượng liên quan đến cuộn ứng (mạch rotor) có chỉ số 2 như: u2, I 2, R-2> f?...
Từ trường quay ở hình 2.28 là ứng với 1 đôi cực từ (p = 1). Nếu các cuộn cảm stator tạo ra tù' trường có 2 đôi cực từ (p = 2) thì để quay hết 1 vòng, cần phải tăng thời gian gấp 2. Do vậy, tốc độ quay của từ trường bị giảm 2 lần. Với cuộn cảm tạo ra từ trường có p = 1 đôi cực
fị vg thì tốc độ quay giảm p lần là — (— )
p s hay
hoặc
60f, vg
p LPhJ
2 71 nơ 2ĩtf eon = - ---- - = —
60 p
rad s
(2.18) (2.19) Đây là tốc độ lớn nhất mà rotor có thể đạt được nếu không có lực cản nào. Tốc độ này gọi là tốc độ đồng bộ hay tốc độ không tải lý tưởng.
Tần số lưới điện xoay chiều ở Việt Nam là 50Hz và vì p chỉ là số nguyên nên tốc độ đồng bộ theo (2. 18) thường là 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500... vòng/phút.
Tốc độ không đồng bộ (đôi khi còn gọi là tốc độ dị bộ) n2 của rotor nhỏ hơn tốc độ đồng bộ n0 (hoặc 11|) chút ít và sự sai lệch này được đánh giá qua một đại lượng gọi là độ trượt s:
s = ■ co„ - 00-
00 „ = 1 —
co
co (2.20)
ở chế độ động cơ, độ trượt s có giá trị 0 < s < ì.
35
Dòng điện cám ứng trong cuộn dây rotor cũng là dòng điện xoay chiều với tần số xác định qua tốc độ tương đối của rotor đối với từ trường quay:
p(n - n 9 )
f , = [Hz] (2.2 1)
60
Thay (n0 - n2) ở (2.20) vào (2.21) vói lưu ý (2.18) ta có:
f2 = sf, (2.2 2)
Các động cơ xoay chiều không đồng bộ có cấu tạo đơn giản, giá thành thấp, vận hành tin cậy hơn so với động cơ một chiều nên được sử dụng rộng rãi hơn. Với hệ TĐĐ cần phải điều chình tốc độ trong một dải rộng thì hiện nay, động cơ một chiều có ưu thê hơn.