Nguyn Vn ụ - HL 89 Hình 1 9-1. Máy phát điện không đồng bộ tự kích FKĐ U c I c U 1 a) U 1đm E odu U 1 = f(I c ) U c = x c I c U 1 I c b) 0 gh Ch"ơng 19 Các chế độ làm việc và các dạng khác Của máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ ngoài chế độ làm việc chủ yếu là động cơ điện còn có thể làm việc ở chế độ máy phát điện và chế độ hãm. Những chế độ làm việc này tuy không thông dụng nhQ động cơ điện nhQng cũng có vị trí nhất định của nó trong thực tiễn. Máy điện không đồng bộ rôto dây quấn khi đứng yên còn dùng làm máy điều chỉnh cảm ứng, máy dịch pha, v.v Ngày nay ngQời ta dùng nhiều máy điện cực nhỏ theo nguyên lý của máy điện không đồng bộ trong các ngành tự động. Những máy này muôn hình muôn vẻ và công dụng của nó cũng rất đa dạng. Vì vậy trong chQơng này cũng chỉ nói sơ qua nguyên lý làm việc của một vài loại thông dụng. 19-1. Các chế độ làm việc đặc biệt của máy điện không đồng bộ 19.1.1. Máy phát điện không đồng bộ làm việc song song với l<ới điện Khi máy điện không đồng bộ làm việc với lQới điện mà ta dùng động cơ sơ cấp kéo nó quay nhanh hơn tốc độ đồng bộ thì máy phát ra công suất tác dụng vào lQới, nhQng vẫn nhận công suất phản kháng từ lQới vào, một mặt để kích từ, mặt khác để cung cấp cho công suất phản kháng do từ tản trên stato và rôto gây nên. Cần chú ý rằng dòng điện không tải I 0 trong máy điện không đồng bộ lớn đến 20 ữ 25%I đm (trong máy điện không đồng bộ nhỏ I 0 còn có thể lớn hơn). NhQ vậy, công suất phản kháng kích từ đã chiếm tới 20 ữ 25% công suất của máy phát. Việc tiêu thụ nhiều công suất phản kháng của lQới làm cho hệ số công suất của lQới kém đi. Đây chính là nhQợc điểm của máy điện không đồng bộ. Tuy nhiên, máy phát điện không đồng bộ làm việc với lQới cũng có những Qu điểm nhQ: mở máy và hoà vào lQới rất dễ dàng, hiệu suất vận hành cao vì vậy có thể dùng làm các nguồn hỗ trợ nhỏ. Nguyn Vn ụ - HL 90 19.1.2. Máy phát điện không đồng bộ làm việc độc lập với l<ới điện Máy phát điện không đồng bộ có thể làm việc độc lập với lQới điện. Việc xác lập điện áp khi máy làm việc độc lập cần có một quá trình tự kích thích nhQ trong máy điện một chiều kích thích song song. Căn cứ vào đồ thị véctơ của máy phát điện không đồng bộ (hình 16-7b), I 0 vQợt trQớc E 1 một góc 90 0 , nghĩa là máy phát phải phát ra một dòng điện điện dung mới có thể tự kích thích đQợc. Vì vậy khi làm việc độc lập với lQới ta phải nối ở đầu cực máy một lQợng điện dung C. Ngoài ra cũng giống nhQ máy phát điện một chiều, điện áp ban đầu vẫn dựa vào sự tồn tại của từ dQ (máy phải có từ dQ). Nhờ s.đ.đ. do từ dQ sinh ra E 0dQ mà trong điện dung C có dòng điện điện dung làm cho từ thông đQợc tăng cQờng. Điều kiện cuối cùng để xác lập điện áp là phải có đủ điện dung để cho đQờng đặc tính điện dung và đQờng từ hoá của máy phát giao nhau ở điểm làm việc định mức nhQ ở hình 19-1b. ĐQờng thẳng tiếp tuyến với đoạn không bão hoà của đQờng từ hoá gọi là đQờng đặc tính điện dung giới hạn. Hệ số góc của đQờng thẳng đó lúc đó bằng: gh gh CI U tg 1 0 1 == (19-1) Do đó khi không tải muốn xác lập điện áp thì phải có: < gh hay C > C gh (19-2) nghĩa là điện dung mắc vào phải lớn hơn một trị số giới hạn. Từ hình 19-1 cho thấy nếu tăng C thì góc giảm và điện áp đầu cực U 1 tăng lên. Trị số điện dung ba pha cần thiết để kích từ cho máy đạt đến điện áp định mức lúc không tải có thể tính theo công thức: F Uf I C à à 6 11 0 10. 2 3 = (19-3) trong đó: I à - dòng điện từ hoá, có thể coi gần bằng dòng điện không tải I 0 ; U 1 - điện áp dây của máy; f 1 - tần số của dòng điện phát ra, 60 60 1 1 np pn f = Để tiết kiệm điện dung ngQời ta thQờng đấu chúng thành (hình 19-1a). Khi có tải phải luôn giữ tốc độ bằng tốc độ định mức. Nếu không giữ đQợc tốc độ không đổi thì f 1 giảm xuống, đQờng đặc tính từ hoá thấp xuống, mặt khác tg của đQờng đặc tính điện dung tăng lên làm cho điện áp giảm hoặc mất ổn định. Khi có tải thì do có điện kháng của tải và điện kháng tản từ của stato nên phải tăng thêm điện dung để đảm bảo giữ cho điện áp không đổi. Điện dung cần thiết để bù vào điện kháng tản từ của dây quấn stato vào khoảng 25%C 0 . Điện dung bù vào điện kháng của tải có thể tính theo công thức sau: F Uf Q C à 6 2 11 1 10 2 .= (19-4) trong đó Q là công suất phản kháng của tải. Nguyn Vn ụ - HL 91 Hình 19-2. Hãm đổi thứ tự pha động cơ điện không đồng bộ Đ A B C A C B Từ trên ta thấy, trừ khi có thiết bị điều chỉnh tự động, nếu không thì khi tải thay đổi rất khó giữ điện áp và tần số không đổi. ở tải thuần trở thì ảnh hQởng đối với tần số và điện áp còn ít, còn nếu tải có tính cảm, nhất là dùng nó để cung cấp điện cho động cơ điện không đồng bộ thì tình trạng trên càng xấu hơn. Do điện dung tQơng đối đắt nên thQờng hạn chế công suất của máy phát điện không đồng bộ dQới 20KW. Máy phát điện không đồng bộ tự kích thQờng là loại rôto lồng sóc vì cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, làm việc chắc chắn. Máy phát điện không đồng bộ làm việc độc lập có thể sử dụng ở những nơi yêu cầu chất lQợng điện không cao lắm nhQ trong quá trình điện khí hoá nông thôn hoặc dùng làm nguồn tạm thời với công suất nhỏ. 19.1.3. Các trạng thái hãm của máy điện không đồng bộ Trong thực tế có trQờng hợp cần động cơ điện ngừng quay nhanh chóng và bằng phẳng khi cắt điện đQa vào động cơ điện, hoặc giảm bớt tốc độ nhQ ở cầu trục lúc đQa hàng xuống hay trong các máy ở tàu điện. Để giải quyết các vấn đề trên ngQời ta dùng các phQơng pháp hãm cơ hay điện. DQới đây sẽ giới thiệu các phQơng pháp hãm bằng điện. 1. Ph<ơng pháp hãm đổi thứ tự pha NhQ đã trình bày ở chQơng 15, khi s > 1, nghĩa là rôto quay ngQợc chiều với từ trQờng quay thì động cơ điện làm việc ở chế độ hãm. Ta ứng dụng nguyên lý đó nhQ sau: Khi động cơ điện đang làm việc rôto quay cùng chiều từ trQờng quay. Sau khi ngắt điện, muốn động cơ ngừng quay nhanh chóng, ta đóng cầu dao về phía khác để đổi thứ tự pha đặt vào stato (hình 19-2). Do quán tính của phần quay, rôto vẫn quay theo chiều cũ trong khi từ trQờng quay do đổi thứ tự pha - đã quay ngQợc lại nên động cơ chuyển sang chế độ hãm, mômen điện từ sinh ra có chiều ngQợc với chiều quay của rôto và có tác dụng hãm nhanh chóng và bằng phẳng tốc độ quay của máy. Trong quá trình hãm nhQ vậy, dòng điện trong máy sẽ rất lớn. Để giảm dòng điện, có thể đổi nối dây quấn stato từ (lúc làm việc) sang Y, hay ở động cơ điện rôto dây quấn có thể nối thêm điện trở vào mạch dây quấn rôto, nhQ vậy giảm đQợc dòng điện và tăng mômen hãm. Khi rôto ngừng quay phải cắt ngay điện nếu không động cơ sẽ quay theo chiều ngQợc lại. 2. Ph<ơng pháp hãm đổi thành máy phát điện Muốn thực hiện phQơng pháp hãm này, cần đổi động cơ điện sang chế độ máy phát điện, tức là tốc độ từ trQờng quay bé hơn tốc độ rôto nhQng vẫn cùng chiều. Khi làm việc ở chế độ động cơ điện, tốc độ rôto gần bằng tốc độ đồng bộ (s = 3 ữ 8%) cho nên khi hãm cần đổi nối làm tăng số đôi cực của dây quấn phần ứng lên, lúc đó tốc độ của rôto sẽ cao hơn tốc độ từ trQờng quay sau khi đổi nối, động cơ sẽ Nguyn Vn ụ - HL 92 Hình 19-3. Hãm động năng động cơ điện không đồng bộ Đ CL D 1 D I I I I trở thành máy phát điện trả năng lQợng về nguồn, đồng thời sinh ra mômen hãm động cơ lại. NhQ vậy theo phQơng pháp này động cơ phải có dây quấn đổi đQợc số đôi cực và làm việc bình thQờng với số đôi cực bé nhất. Ví dụ, khi làm việc nhQ động cơ, rôto quay 2890 vg/ph ứng với số đôi cực của stato là p = 1. Khi hãm, đổi số đôi cực của stato thành p = 2, tốc độ từ trQờng quay còn 1500 vg/ph, lúc đó tốc độ rôto lớn hơn tốc độ từ trQờng quay (2980 > 1500 vg/ph) nên động cơ trở thành máy phát điện. Để tăng mômen lúc hãm, nhiều khi cho phép tăng điện áp hãm vào dây quấn stato bằng cách đổi từ cách nối Y sang nối . 3 Ph<ơng pháp hãm động năng ở phQơng pháp này, sau khi cắt nguồn điện vào động cơ điện bằng cầu dao D (hình 19-3). Lập tức đóng cầu dao D 1 đQa điện một chiều vào dây quấn stato. Dòng điện một chiều lấy từ bộ chỉnh lQu CL đi qua dây quấn stato tạo thành từ trQờng một chiều trong động cơ. Rôto do có quán tính nên nó vẫn quay trong từ trQờng đó và trong dây quấn rôto cảm ứng nên s.đ.đ. và dòng điện cảm ứng tác dụng với từ trQờng nói trên tạo thành mômen điện từ chống lại chiều quay của động cơ. ở loại động cơ điện rôto dây quấn, thQờng cho thêm điện trở vào rôto để tăng mômen hãm. Điều chỉnh mômen hãm bằng cách điều chỉnh điện áp một chiều đặt vào dây quấn stato. Trên thực tế quá trình hãm theo phQơng pháp này thQờng đQợc tiến hành tự động. 19-2. Các dạng khác của máy điện không đồng bộ 19.2.1. Máy dịch pha May dịch pha là loại máy điện có thể tạo nên một s.đ.đ. E 2 ở phía thứ cấp với một góc lệch pha tuỳ ý so với điện áp sơ cấp U 1 . Về kết cấu giống nhQ máy điện không đồng bộ rôto dây quấn nhQng rôto bị giữ chặt bởi một hệ thống vít vô tận làm cho rôto không thể quay tự do đQợc mà chỉ có thể quay một góc nhất định theo sự điều khiển từ ngoài. Máy thQờng là loại ba pha. Theo hình vẽ 19-4a ta có dây quấn stato nối với nguồn điện làm thành sơ cấp của máy và sinh ra từ trQờng quay. Dây quấn rôto làm thành dây quấn thứ cấp, thông qua vành trQợt nối với tải. Máy làm việc theo nguyên lý của máy điện không đồng bộ lúc rôto đứng yên. Khi dây quấn stato nối với nguồn điện thì có dòng điện chạy trong đó và sinh ra từ trQờng Nguyn Vn ụ - HL 93 1 U & 1 E & 1 E & 2 2 UE && = b) U 1 E 1 E 2 Stato Rô to a) U 2 Hình 19-4. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị vectơ của máy dịch pha Hình 19-5: Sơ đồ nguyên lý và đồ thị véctơ của máy điều chỉnh cảm ứng đơn U 2max U 2min U 1 E 2 0 U 2 b) U 1 U 2 Stato Rôto a) E 2 w 2 E 1 W 1 quay trong khe hở. Từ trQờng này sinh ra trong dây quấn stato và rôto s.đ.đ. E 1 và E 2 có trị số tỷ lệ với số vòng dây tác dụng của các dây quấn, còn góc pha phụ thuộc vào vị trí tQơng đối giữa chúng. Vì ba pha đối xứng nên có thể lấy một pha ra nghiên cứu. Giả sử lúc đầu góc giữa pha A của dây quấn stato và pha a của dây quấn rôto bằng không, sau đó quay pha a đi một góc theo chiều của từ trQờng quay thì E 2 sẽ chậm sau E 1 một góc . Căn cứ vào mạch điện thay thế (tQơng tự nhQ máy điện không đồng bộ) và bỏ qua điện áp rơi trên tổng trở, ta có: j e k E EU EU == = . 12 1 22 11 & && && (19-5) trong đó k 12 là tỷ số biến đổi điện áp. Đồ thị vectơ của máy dịch pha nhQ ở hình 19-4b. Căn cứ vào phân tích trên ta thấy, điện áp ở mạch thứ cấp máy dịch pha về trị số không đổi, chỉ thay đổi về góc pha. Máy dịch pha đQợc dùng trong các thiết bị thí nghiệm. 19.2.2. Máy điều chỉnh cảm ứng Máy điều chỉnh cảm ứng là loại máy biến điện áp dựa trên nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ ba pha rôto dây quấn với rôto đứng yên. Kết cấu của máy điều chỉnh cảm ứng giống nhQ máy dịch pha, chỉ khác là dây quấn stato và rôto ngoài sự liên hệ về từ còn có sự liên hệ về điện nhQ trong máy biến áp tự ngẫu hai dây quấn. Máy điều chỉnh cảm ứng có hai loại: loại đơn và loại kép. 1. Máy điều chỉnh cảm ứng đơn Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy điều chỉnh cảm ứng đơn nhQ hình 19-5a. Nguyn Vn ụ - HL 94 Theo cách đấu của dây quấn, xét riêng từng pha ta có: ==+= jj e k Ue k U UEUU 12 1 12 1 1212 1 1 & & &&&& (19-6) Đồ thị véctơ tQơng ứng đQợc trình bày trên hình 19-5b. Trong đó: 1 U & - điện áp nguồn; k 12 - tỷ số biến đổi điện áp; - góc giữa trục của dây quấn stato và dây quấn rôto cũng là góc lệch pha giữa s.đ.đ. E 1 và E 2 . Với góc bất kỳ, nếu chỉ xét đến trị số ta có: cos 21 1 12 12 2 12 kk UU += Khi = 0 thì = 12 1min2 1 1 k UU và khi = 180 0 ta có += 12 max2 1 1 k U (19-7) Chú ý khi điều chỉnh trị số của U 2 , góc pha của nó đối với U 1 cũng thay đổi một ít (hình 19-5b). Công suất chuyển đổi trong máy điều chỉnh cảm ứng giống nhQ ở máy biến áp tự ngẫu. Máy điều chỉnh cảm ứng không có chổi than, nên công suất máy có thể lớn, làm việc chắc chắn, điều chỉnh điện áp đQợc bằng phẳng và có thể điều chỉnh lúc có tải. NhQợc điểm của loại này là giữa U 1 và U 2 có góc lệch pha và khi máy làm việc, trên rôto có mômen điện từ lớn kéo về vị trí hai dây quấn stato và rôto trùng trục nhau nên phải có bộ phận hãm giữ không cho rôto quay. Để khắc phục nhQợc điểm của loại máy này dùng máy điều chỉnh cảm ứng kép. 2. Máy điều chỉnh cảm ứng kép Máy này gồm hai máy điều chỉnh cảm ứng đơn ghép lại và rôto của hai máy đQợc nối chặt với nhau về cơ khí. Dây quấn đQợc nối theo sơ đồ nguyên lý nhQ hình 19-6a. Theo sơ đồ ta thấy thứ tự pha của máy 2 ngQợc với thứ tự pha của máy 1 nên giữa hai máy từ trQờng quay ngQợc chiều nhau, do đó góc pha giữa 2 E & với 1 E & trong hai máy bao giờ cũng ngQợc nhau bất kể rôto quay theo chiều nào. Theo đồ thị véctơ hình 19-6b ta có điện áp đầu ra bằng: +=++= )( "' jj ee k UEEUU 12 12212 1 1 &&&&& (19-8) Khi = 0 ta có: = 12 1 2 1 k U min 2 U (19-9) Khi = 180 0 ta có: Nguyn Vn ụ - HL 95 Hình 19-6: Sơ đồ nguyên lý và đồ thị véctơ của máy điều chỉnh cảm ứng kép E 2 E 2 U 2 U 1 b) w 2 w 1 Stato Rôto U 2 U 1 a ) w 2 Stato E , 2 E ,, 2 w 1 E , 1 Rôto E ,, 1 += 12 1max 2 2 1U k U (19-10) Góc pha 2 U & luôn trùng pha với 1 U & , còn mômen điện từ sinh ra ở hai máy điều chỉnh cảm ứng đơn bằng nhau và ngQợc chiều nên trên trục máy không có mômen tác dụng. 19.2.3. Máy biến đổi tần số Máy điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể dùng làm máy biến đổi tần số từ tần số f 1 sang tần số f 2 . Thí dụ ta nghiên cứu trQờng hợp f 2 > f 1 , sơ đồ nguyên lý nhQ ở hình 19-7. Dây quấn stato đQợc nối vào lQới điện với tần số f 1 . Rôto đQợc một động cơ điện sơ cấp Đ kéo và quay với tốc độ ngQợc chiều với từ trQờng quay do đó tần số của sức điện động cảm ứng trong dây quấn rôto bằng: f 2 = sf 1 trong đó: 1 1 1 > + = n nn s ; p f n 1 1 60 = - tốc độ đồng bộ; p - số đôi cực của máy. ở máy biến đổi tần số, dây quấn rôto nhận năng lQợng từ hai phía. Một phần từ phía stato chuyển qua nhờ từ trQờng quay và một phần từ động cơ sơ cấp Đ truyền theo trục của rôto. Công suất của dây quấn rôto là: P 2 = m 2 sE 2 I 2 cos 2 (19-11) trong đó m 2 và E 2 là số pha và s.đ.đ. của rôto khi đứng yên. Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto bằng: P đt = m 2 E 2 I 2 cos 2 (19-12) Hình 19-7:Sơ đồ máy biến tần số Đ BT f 1 f 2 P 2 P 1 P cơ n Nguyn Vn ụ - HL 96 Hình 19-8. Sơ đồ nguyên lý của xenxin ba pha Hình 19-9. Đồ thị véctơ của xenxin ba pha khi quay rôto máy phát đi một góc Khi s > 1 thì P 2 > P đt nên máy lấy công suất từ trục động cơ sơ cấp Đ vào và công suất cơ đó bằng: P cơ = P 2 P đt = m 2 (s-1)E 2 I 2 cos 2 (19-13) Máy biến đổi tần số thQờng dùng để cung cấp dòng điện tần số f 2 từ 100 đến 200 Hz dùng trong công nghiệp. 19.2.4. Máy điện không đồng bộ làm việc trong hệ tự đồng bộ (xen xin) Máy điện không đồng bộ làm việc trong hệ tự đồng bộ gồm nhiều máy đặt cách nhau (có thể xa) và chỉ nối với nhau bằng điện. Khi một trong những máy đó (gọi là máy phát) quay bất kỳ một góc nào đó thì những máy khác (máy thu) cũng xoay một góc nhQ vậy. Hệ thống này thQờng dùng trong kỹ thuật khống chế và đo lQờng. Những máy điện này thQờng thuộc loại ba pha và một pha. 1. Hệ tự đồng bộ ba pha (xenxin ba pha) Hệ tự đồng bộ ba pha đơn giản nhất gồm hai máy không đồng bộ rôto dây quấn. Dây quấn stato của chúng đQợc nối với lQới điện còn dây quấn rôto đQợc nối với nhau theo đúng thứ tự pha (hình 19-8). NhQ vậy, nếu ở hai máy, vị trí của rôto đối với stato giống nhau thì trong mạch rôto sức điện động E 2 của chúng ngQợc nhau và dòng điện I 2 trong mạch sẽ bằng không. Gọi F là máy phát tín hiệu, T là máy thu tín hiệu thì khi có tín hiệu tác động vào máy phát F làm quay rôto của nó đi một góc (hình 19-8) thì các s.đ.đ. F E 2 & và T E 2 & sẽ có góc lệch và do đó trong mạch rôto sẽ xuất hiện dòng điện I 2 bằng: TF TF ZZ EE I 22 22 2 + + = && (19-14) trong đó Z 2F và Z 2T là tổng trở rôto của máy phát và máy thu. Qua đồ thị véctơ ở hình 19-9 ta thấy thành phần tác dụng của I 2 cùng chiều với E 2T do đó lực F T và mômen M T sinh ra sẽ làm quay rôto của máy thu T đi một góc . Trái Nguyn Vn ụ - HL 97 Hình 19-11: Sơ đồ nguyên lý động cơ thừa hành không đồng bộ Hình 19-10. Sơ đồ nguyên lý của xenxin một pha lại thành phần tác dụng của dòng điện I 2 ngQợc chiều với E 2F nên sẽ có mômen M F kéo rôto của máy phát F trở về vị trí = 0. Hệ thống hai máy điện sẽ làm việc cân bằng khi góc lệch pha ở hai máy phát và máy thu bằng nhau. Vì vậy khi giữ rôto của máy phát F ở góc thì rôto của máy thu T cũng sẽ quay một góc đúng bằng . Sự liên lạc nhQ trên nhiều khi còn gọi là sự liên lạc kiểu trục điện. 2. Hệ tự đồng bộ một pha (xenxin một pha) ở hệ tự đồng bộ một pha, stato của máy phát và máy thu chỉ có một pha nối với lQới điện chung nhQng dây quấn rôto của hai máy vẫn là dây quấn ba pha đấu với nhau theo đúng thứ tự pha (hình 19-10). Khi cho dòng điện một pha vào dây quấn stato thì trong khe hở sinh ra từ trQờng đập mạch. Ta có thể phân tích từ trQờng đó thành hai từ trQờng quay ngQợc chiều nhau A và B và ta coi nhQ có hai hệ thống đồng bộ ba pha hợp lại. NhQ vậy có thể dùng nguyên lý làm việc của hệ ba pha tìm ra mômen từng phần và mômen tổng. Quay rôto máy phát F theo chiều của AF một góc nhQ ở hình 19-10. Đối với phân lQợng từ trQờng AF và AT thì cũng giống nhQ ở hệ tự đồng bộ ba pha, mômen M AF và M AT có khuynh hQớng kéo hai rôto trở về cùng một vị trí. Đối với phân lQợng từ trQờng quay ngQợc BF và BT cũng nhQ vậy. Vì vậy mômen do hai phân lQợng từ trQờng sinh ra trên mỗi máy cùng chiều nên trị số tuyệt đối của chúng là tổng của hai mômen của từng phân lQợng và làm trục quay. NhQ vậy, nếu quay rôto máy phát một góc thì rôto máy thu cũng quay đi một góc . ThQờng ngQời ta đặt dây quấn sơ cấp một pha trên rôto còn dây quấn thứ cấp ba pha lắp trên stato nhQ vậy giảm đQợc một vành trQợt. Để có đặc tính mômen tốt, dây quấn một pha thQờng lắp trên cực từ lồi. Ngày nay ngQời ta đã chế tạo những xenxin một pha không vành trQợt. Hệ tự đồng bộ đQợc áp dụng rộng rãi trong ngành tự động hoá và điều khiển. 19.2.5. Động cơ thừa hành không đồng bộ Động cơ thừa hành không đồng bộ đQợc dùng rộng tãi trong các hệ thống tự động khống chế. Đây là một loại động cơ không đồng bộ ba pha có công suất từ 0,1 ữ 300W. Kết cấu của máy về đại thể nhQ sau: stato ghép bằng lá thép kỹ thuật điện có hai cuộn dây đặt lệch nhau 90 0 , trong đó một cuộn W k làm nhiệm vụ kích thích, một cuộn W Đk làm nhiệm vụ điều khiển. Rôto gồm nhiều loại tuỳ theo yêu cầu cụ thể. Có thể là rôto lồng sóc thQờng hoặc rôto rỗng làm bằng Nguyn Vn ụ - HL 98 k 1 U w k w F U F a) q U w k w F U F b ) Hình 19-12. Nguyên lý làm việc của máy phát tốc độ vật liệu dẫn từ hoặc rôto rỗng bằng vật liệu dẫn từ có dát đồng thau ngoài bề mặt v.v (hình 19-11). Để tạo nên từ trQờng quay trong máy, ngoài việc đặt hai dây quấn trong không gian còn cần có sự lệch pha nhau về thời gian giữa hai dòng điện trong cuộn W k và W ĐK . Yêu cầu này đQợc thực hiện nhờ đặt một tụ điện nối tiếp trên cuộn kích thích W k . Dây quấn kích thích W k đQợc đặt thQờng trực dQới điện áp U k , dây quấn điều khiển W ĐK thì chờ nhận tín hiệu điều khiển ở ngoài đQa vào. Khi có tín hiệu, nghĩa là có điện áp U ĐK đặt lên cuộn dây W ĐK , trong máy sẽ có từ trQờng quay do hai dòng điện lệch pha nhau trong hai dây quấn W k và W ĐK sinh ra làm cho rôto quay. Động cơ thừa hành không đồng bộ cũng nhQ các loại động cơ thừa hành khác thQờng đòi hỏi các yêu cầu sau: - Không có quán tính, nghĩa là phải quay và dừng tức khắc khi có hoặc mất tín hiệu điều khiển mà không cần nhờ một cơ cấu hãm. - Mômen mở máy lớn; - Đặc tính cơ tuyến tính; - Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng; - Công suất điều khiển nhỏ. Yêu cầu không quay theo đã là yêu cầu cơ bản nhất của động cơ thừa hành. Để thực hiện đQợc điều này, ngQời ta có thể thiết kế động cơ có khả năng tự hãm về phQơng diện điện từ hoặc chế tạo loại động cơ thừa hành có mômen quán tính phần quay nhỏ, nhQ loại động cơ thừa hành không đồng bộ rôto rỗng. 19.2.6. Máy phát tốc độ Máy phát tốc độ không đồng bộ cũng nhQ các loại máy phát tốc độ khác làm nhiệm vụ biến đổi các tín hiệu cơ (thQờng là tốc độ quay của trục) thành tín hiệu điện (thQờng là điện áp) để đo tốc độ quay của một động cơ hoặc biến đổi các tín hiệu (gia tốc, ổn định) trong các cơ cấu tự động. Trong các loại máy phát tốc độ xoay chiều, máy phát tốc độ không đồng bộ có Qu điểm là tần số của điện áp đQa ra không phụ thuộc vào tốc độ, điều này rất thuận tiện cho việc sử dụng các dụng cụ đo điện áp ở đầu ra. Máy phát tốc độ không đồng bộ có cấu tạo giống nhQ động cơ thừa hành không đồng bộ rôto rỗng. Trên hình 19-12, w k là cuộn dây kích thích, w F là cuộn dây phát. Nguyên lý làm việc của máy phát tốc độ lý tQởng nhQ sau: khi cho dòng điện kích thích xoay chiều một pha có tần số f 1 vào cuộn dây kích thích w k , trong máy xuất hiện một từ trQờng đập mạch k với tần số f 1 có phQơng trùng với trục của dây quấn w k . Trong hình trụ của rôto rỗng đang đứng yên xuất hiện s.đ.đ. và dòng điện xoay chiều với tần [...]... A, B và mômen tổng như hình 19- 17 Từ ý nghĩa vật lý và hình 19- 17 ta thấy: đường đặc tính mômen của động cơ điện không đồng bộ một pha có tính chất đối xứng, cho nên nó có thể quay bất cứ chiều nào Chiều quay thực tế của động cơ điện một pha chủ yếu phụ thuộc vào chiều quay của bộ phận mở máy Hình 19- 17: Đặc tính M = f(s) của động cơ điện không đồng bộ một pha Cũng từ hình 19- 17 thấy năng lực quá tải... nghịch B Nguyn Vn ụ - HL 102 (19- 19) ở mạch rôto ta có phương trình cân bằng về s.đ.đ: &' E2 A & E ' 2B ' ' r2 ' & & = I 2B 2 s + jx 2 = E1 B ' ' &' r & = I 2 A 2 + jx 2 = E1 A s x2 x1 r1 & I1 & U1 &' I2A & I0A1 r2' s xm rm &' & E2 A = E1 A r2' x2 2 s &' I2B & I0B xm rm &' & E2 B = E1B Hình 19- 19 Mạch điện thay thế động cơ điện không đồng bộ một pha (19- 20) trong đó r2 và x2 là... nay có 19- 15 Máy biến áp xoay tuyến tính sai số điện áp không quá 5% Trong trường hợp đặc biệt, có thể làm cho sai số bé hơn 0,05 ữ 0,07% Công suất của máy biến áp xoay thông thường trong khoảng vài VA, với U = 115 V và f = 50 Hz đến 400 ữ 2500 Hz Máy biến áp xoay được dùng trong các máy tính, các hệ tự động và các sơ đồ hệ thống quay trong trạm rađa, v.v 19- 3 Máy điện không đồng bộ một pha 19. 3.1... ra không đổi nhưng hệ số trượt sAm ứng với MAmax tăng lên, đồng thời ở chế độ trượt đó, MB do từ trường nghịch sinh ra cũng tăng lên nên mômen cực đại của động cơ giảm đi Mômen cực đại thay đổi theo r2 được biểu thị trên hình 19- 18 Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ một pha có thể xây dựng theo nguyên lý về mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ ba pha Như đã nêu ở trên, máy điện không. .. nên mômen quay tổng bằng không Nếu ta quay rôto của động cơ điện theo một chiều nào đó (ví dụ theo chiều quay của từ trường dây quấn A ở hình 19- 16a) với tốc độ Hình 19- 16: Nguyên lý làm việc của n thì tần số của sức điện động cơ điện không đồng bộ một pha động, dòng điện cảm ứng ở rôto do từ trường quay thuận A sinh ra sẽ là: f2A = p(n1 n) pn1 n1 n = sf1 = 60 60 n1 (19- 16) Còn đối với từ trường... dây quấn rôto và không xét đến ảnh hưởng của tần số Về phương trình cân bằng s.t.đ, ta có: & & &' I1 = I OA + ( I 2 A ) & & &' I1 = I OB + ( I 2 B ) (19- 21) Dựa vào các phương trình trên có thể xây dựng mạch điện thay thế như ở hình 191 9 Theo mạch điện thay thế có thể viết: 1 1 + ' Z m Z2 A 1 = 1 1 + ' Zm Z2B &' & & E2 A = E1 A = I1 &' & E2 B = E1 B trong đó: Z ' 2A 1 (19- 22) r2' r2' '... trình bày trên hình 19- 27 Nguyn Vn ụ - HL 1,6 3 1,2 2 1,0 0,8 1 0,6 0,4 0,2 s 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Hình 19- 27 Đặc tính M = f(s) của động cơ điện không đồng bộ thường (1), rôto lồng sóc rãnh sâu (2) và rôto hai lông sóc (3) 108 Câu hỏi 1 Vì sao máy phát điện không đồng bộ chỉ làm việc được khi trên lưới điện có máy đồng bộ hay có tụ điện? Phân tích quá trình làm việc của máy phát không đồng bộ ở hai... + I1 (r1 + jx 1 ) (19- 18) trong đó: & E1 A - s.đ.đ sinh ra bởi tổng hợp từ trường Hình 19- 18: ảnh hưởng của điện trở mạch rôto đối với mômen của động cơ không đồng bộ một pha thuận phần tĩnh với từ trường phần quay; & E1 B - s.đ.đ sinh ra bởi tổng hợp từ trường ngược phần tĩnh với từ trường phần quay; r1, x1 - điện trở và điện kháng tản của dây quấn phần tĩnh Giống như máy điện không đồng bộ ba pha,... Nguyn Vn ụ - HL 1 '2 r2' 1 ' r' I 2 A ; M B = I 22B 2 2s s r' 1 '2 r2' ' I 2 A I 22B 2 s 2s 103 (19- 23) 19. 3.3 Phương pháp mở máy và các loại động cơ điện một pha Như trên đã phân tích, ta thấy nếu chỉ có một dây quấn chính thì động cơ một pha không thể tự mở máy được vì mômen mở máy bằng không Muốn động cơ tự mở máy cần thêm dây quấn mở máy Từ trường của dây quấn mở máy sẽ cùng với từ trường... thiết kế để làm việc lâu dài trên lưới điện sau khi mở máy mà không cần ngắt ra Nhờ vậy bản thân động cơ điện được coi như động cơ điện hai pha Loại này có đặc tính Nguyn Vn ụ - HL 104 Hình 19- 21 Đồ thị véctơ động cơ điện không đồng bộ một pha mở máy bằng điện dung làm việc tốt, năng lực quá tải lớn, hệ số công suất của máy được cải thiện (hình 192 0c) Do khi mở máy dây quấn mở máy cần nhiều điện dung hơn . loại thông dụng. 19- 1. Các chế độ làm việc đặc biệt của máy điện không đồng bộ 19. 1.1. Máy phát điện không đồng bộ làm việc song song với l<ới điện Khi máy điện không đồng bộ làm việc. những xenxin một pha không vành trQợt. Hệ tự đồng bộ đQợc áp dụng rộng rãi trong ngành tự động hoá và điều khiển. 19. 2.5. Động cơ thừa hành không đồng bộ Động cơ thừa hành không đồng bộ đQợc. tự động và các sơ đồ hệ thống quay trong trạm rađa, v.v 19- 3. Máy điện không đồng bộ một pha 19. 3.1. Đại c<ơng Động cơ không đồng bộ một pha thQờng đQợc dùng trong các dụng cụ, thiết