Biến đổi lượng điện -Máy điện không đồng Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Giới thiệu  Được sử dụng rộng rãi công nghiệp, chủ yếu dạng động Cả stator rotor có dòng điện AC Có thể sử dụng biến đổi công suất để đạt đặc tính tốt Stator có cấu tạo giống máy điện đồng bộ, với dây quấn pha tạo thành từ trường quay tốc độ đồng s = pm, p số cặp cực m tốc độ tính rad/s  Rotor có dây quấn pha với số cực stator, có dòng điện cảm ứng Rotor ngắn mạch bên (rotor lồng sóc squirrel cage rotor) bên thông qua vành trượt ( rotor dây quấn wound rotor) Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Cấu tạo  Cả stator rotor ghép từ thép mỏng có rãnh Rotor có cánh quạt hai đầu để tạo đối lưu không khí máy Quạt tản nhiệt gắn đầu trục không gắn với tải Stator winding Ventilating fan Fan blade on end ring Squirrel cage rotor Shaft Bearings Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Cấu tạo stator  Tạo thép có rãnh để đặt dây quấn pha Nêm dùng để giữ dây quấn rãnh Dây quấn pha tạo từ trường quay cấp nguồn pha Stator slot Wedge Coil end Biến đổi lượng điện Stator teeth Bộ môn Thiết bị điện Cấu tạo rotor dây quấn  Ghép thép, có rãnh để đặt rotor, xếp thành dây quấn pha Dây quấn pha nối với điện trở ngòai nguồn điện riêng thông qua vành trượt để đạt đặc tính mong muốn Rotor bar Shaft Fan blade Slip ring Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Cấu tạo rotor lồng sóc  Tạo thép mỏng, có rãnh để đặt rotor Các rotor ngắn mạch hai vành ngắn mạch hai đầu Các cánh quạt vành ngắn mạch đầu để góp phần làm nguội máy Các rotor động công suất nhỏ nằm nghiêng để giảm ồn nâng cao hiệu suất máy Rotor bar Fan blade End ring Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Hình ảnh động không đồng Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Hoạt động động không đồng  Dòng điện pha cấp cho dây quấn stator, tạo thành từ trường quay với tốc độ đồng Nếu tốc độ rotor khác với tốc độ đồng bộ, dây quấn rotor có dòng điện cảm ứng, với số cực dây quấn stator  Dòng điện cảm ứng dây quấn rotor tạo từ trường quay, tương tác với từ trường stator tạo thành moment quay rotor  Nói cách lý tưởng, moment tạo (bởi dòng cảm ứng) làm tăng tốc độ rotor với tốc độ đồng bộ, lúc moment tạo Thực tế, tổn hao (quạt gió, ma sát, ) rotor không đạt tới tốc độ đồng bộ, mà chậm từ trường quay để tạo đủ moment chống lại moment ngược (trong điều kiện không tải hay có tải) Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Hoạt động động không đồng (tt)  Nếu động có p cặp cực, tốc độ m (rad/s) thỏa mãn  s   r  p m Trong s r tốc độ từ trường stator rotor tính rad/s  Độ lớn dòng cảm ứng phụ thuộc vào chênh lệch tốc độ từ trường quay stator rotor Sự chênh lệch tốc độ đặc trưng độ trượt s n s  n  s  p m s  ns s  Ta có  r   s  p  m  s s  Các trường hợp đặc biệt: s = tốc độ đồng bộ, s = đứng yên (khởi động) Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Phân tích động không đồng hai cực  Dùng phương pháp lượng, moment tính T   I ms I mr M sin     e Trong Ims Imr giá trị đỉnh dòng stator rotor  Sẽ đơn giản moment tính qua thông số điện máy Điều thực với mạch điện tương đương, tương tự máy biến áp Thực tế, động không đồng xem máy biến áp có cuộn thứ cấp quay  Giả sử số vòng dây tác dụng stator gấp a lần rotor, đại lượng phái rotor qui đổi phía stator av ar  v ar' Biến đổi lượng điện iˆar a  iˆar' a Rr  Rr' a Lr  L'r a Lmr  L'mr Bộ môn Thiết bị điện Mạch tương đương pha  Để liên kết mạch stator rotor, hai phải có mức điện áp tần số Nếu bỏ qua điện trở stator, mạch tương đương pha với trở kháng qui phía stator vẽ bên  Lls điện cảm rò stator L’lr điện cảm rò rotor qui đổi phía stator R’r điện trở rotor qui phía stator j s Lls Va Biến đổi lượng điện Ia j  s aM j s L'lr Iˆr' Rr' s Bộ môn Thiết bị điện Mạch tương đương gần  Điện trở rotor tách thành phần R’r R’r(1 – s)/s Thành phần thứ đặc trưng cho tổn hao đồng rotor, thành phần sau đặc trưng cho công suất tạo động  Mạch gần nhận cách chuyển nhánh từ hóa aM phía trái, hình Va j s Lls j s L'lr Rr' I r' Ia j  s aM Biến đổi lượng điện Rr' Bộ môn Thiết bị điện 1 s s Các quan hệ công suất  Tổn hao sắt tổn hao đồng stator tính từ Rc Ra mạch tương đương gần Tổng công suất vào Rr' Va2 ' PT  3Va I a cos   3I  I r Ra   Pag  Pscl  Pc Rc s '2 r   Trong Pag, Pscl, Pc công suất truyền qua khe hở (công suất điện từ), tổn hao đồng stator, tổn hao sắt Va Im Ia Ra I r' jxls R jxlr' ' r 1 s R s ' r Rc Biến đổi lượng điện jX m Bộ môn Thiết bị điện Các quan hệ công suất (tt)  Pag bao gồm tổn hao đồng rotor Pr công suất lý tưởng Pm Có thể thấy Pm  3I r'2 Rr' 1 s  Pag 1  s  s  Ngược lại, tổn hao đồng rotor Pr viết dạng Pag Pr  3I r' Rr'  sPag  Hiệu suất máy Pm PT  Pscl  Pc  Pr    PT PT  Nếu tổn hao quay (tổn hao cơ) Prot xét đến, hiệu suất tính  Biến đổi lượng điện Pshaft PT PT  Pscl  Pc  Pr  Prot   PT Bộ môn Thiết bị điện Biểu thức moment  Dùng mạch tương đương gần đúng, dòng rotor qui đổi phía stator tính Va I  Ra  Rr' s  j xls  xlr' ' r      Công suất lý tưởng   Pm  I ' r 3Va2 Rr' 1  s  s 1 s R  ' s Ra  Rr s  xls  xlr' ' r      Với máy cực m = s(1 – s), moment tính e T  Biến đổi lượng điện 3Va2 Rr' s  s Ra  Rr' s 2  xls  xlr' 2 Bộ môn Thiết bị điện Ví dụ 7.2 7.3  VD 7.2: Động không đồng pha, cực, 866 V, nối Y, 60 Hz, có sLls = 0.5 , 3saM/2 = , sL’lr = 0.5 , R’r = 0.1  Tìm moment s = 0.05 công suất vào ba pha dạng phức Bỏ qua Ra Rc Dùng mạch gần mạch tương đương xác  Sai số dùng mạch gần mạch xác khoảng 1.8% ví dụ  VD 7.3: Dùng mạch gần cho ví dụ 7.2, tính I’r, Pag, Pm, Pr moment Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Đặc tính moment – tốc độ (đặc tính cơ)  Biểu thức moment e T  3Va2 Rr' s  s Ra  Rr' s 2  xls  xlr' 2  Với điện áp cung cấp tần số số, s nhỏ hay Te  s  Khi s lớn (gần 1) Te  hay 3Va2  s xls  x T  s  ' lr Rr' s Torque (pu) V s e a T   s Rr' e Biến đổi lượng điện Slip Bộ môn Thiết bị điện Biểu thức moment cực đại  Từ đường đặc tính cơ, có giá trị độ trượt s mà moment đạt cực đại Độ trượt tìm cách cho dTe/ds = 0, ta Rr'  Ra2  xls  xlr' s    Vì vậy, độ trượt moment cực đại (độ trượt tới hạn) s mT  Rr' a  R  xls  x  Moment cực đại (khi Ra = 0) e Tmax 3Va2  2 s xls  xlr'   ' lr   Các công thức giải thích việc thay đổi đặc tính động rotor dây quấn Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Máy điện không đồng nhiều cực  Xét máy có p cặp cực, việc phân tích lặp lại với việc thay góc quay  p Mạch tương đương pha không đổi  Công suất lý tưởng e Pm  T  m  T e  s 1  s  p  Moment e T  p 3Va2 Rr' s s Ra  Rr' s 2  xls  xlr' 2  Độ trượt moment cực đại không đổi, với moment cực đại e Tmax Biến đổi lượng điện 3Va2  p 2 s xls  xlr'   Bộ môn Thiết bị điện Ví dụ 7.5 7.6  VD 7.5: Cho động không đồng cực, cho thông số, tìm moment tốc độ cho, moment cực đại độ trượt tương ứng Bỏ qua điện trở stator, tổn hao sắt tổn hao đồng stator  VD 7.6: Cho động không đồng cực với thông số, tìm độ trượt, tốc độ rotor, tần số dòng rotor, moment cực đại moment mở máy, dùng mạch tương đương gần xác Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Bài tập • • • • • Bài 7.5 Bài 7.16 (dùng mạch tương đương xác) Bài 7.17 Bài 7.22 (dùng mạch tương đương xác) Bài 7.25 Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện [...]... môn Thi t bị điện Mạch tương đương gần đúng  Điện trở rotor được tách thành 2 phần R’r và R’r(1 – s)/s Thành phần thứ nhất đặc trưng cho tổn hao đồng rotor, trong khi thành phần sau đặc trưng cho công suất cơ tạo bởi động cơ  Mạch gần đúng nhận được bằng cách chuyển nhánh từ hóa aM về phía trái, như hình dưới Va j s Lls j s L'lr Rr' I r' Ia 3 j  s aM 2 Biến đổi năng lượng điện cơ Rr' Bộ môn Thi t... Pag, Pscl, và Pc là công suất truyền qua khe hở (công suất điện từ), tổn hao đồng stator, tổn hao sắt Va Im Ia Ra I r' jxls R jxlr' ' r 1 s R s ' r Rc Biến đổi năng lượng điện cơ jX m Bộ môn Thi t bị điện Các quan hệ công suất (tt)  Pag bao gồm tổn hao đồng rotor Pr và công suất cơ lý tưởng Pm Có thể thấy rằng Pm  3I r'2 Rr' 1 s  Pag 1  s  s  Ngược lại, tổn hao đồng rotor Pr cũng có thể được... đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện Đặc tính moment – tốc độ (đặc tính cơ)  Biểu thức moment e T  3Va2 Rr' s 1  s Ra  Rr' s 2  xls  xlr' 2  Với điện áp cung cấp và tần số là hằng số, khi s nhỏ hay Te  s  Khi s lớn (gần 1) Te  hay 3Va2  s xls  x 1 T  s  ' 2 lr Rr' s Torque (pu) 2 3 V s e a T   s Rr' e Biến đổi năng lượng điện cơ Slip Bộ môn Thi t bị điện Biểu thức moment... moment cực đại và moment mở máy, dùng mạch tương đương gần đúng và chính xác Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện Bài tập • • • • • Bài 7.5 Bài 7.16 (dùng mạch tương đương chính xác) Bài 7.17 Bài 7.22 (dùng mạch tương đương chính xác) Bài 7.25 Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện ...  s  s 1 s R  2 ' s Ra  Rr s  xls  xlr' ' r      Với máy 2 cực m = s(1 – s), moment được tính bởi e T  Biến đổi năng lượng điện cơ 1 3Va2 Rr' s  s Ra  Rr' s 2  xls  xlr' 2 Bộ môn Thi t bị điện 2 Ví dụ 7.2 và 7.3  VD 7.2: Động cơ không đồng bộ 3 pha, 2 cực, 866 V, nối Y, 60 Hz, có sLls = 0.5 , 3saM/2 = 5 , sL’lr = 0.5 , và R’r = 0.1  Tìm moment tại s = 0.05 và công suất...  Mạch gần đúng nhận được bằng cách chuyển nhánh từ hóa aM về phía trái, như hình dưới Va j s Lls j s L'lr Rr' I r' Ia 3 j  s aM 2 Biến đổi năng lượng điện cơ Rr' Bộ môn Thi t bị điện 1 s s Các quan hệ công suất  Tổn hao sắt và tổn hao đồng stator có thể được tính từ Rc và Ra trong mạch tương đương gần đúng Tổng công suất vào là Rr' Va2 ' 2 PT  3Va I a cos   3I  3 I r Ra  3  Pag  Pscl... xls  x  Moment cực đại (khi Ra = 0) là e Tmax 3Va2  2 s xls  xlr'   ' 2 lr   Các công thức này giải thích việc thay đổi đặc tính cơ của động cơ rotor dây quấn Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện Máy điện không đồng bộ nhiều cực  Xét máy có p cặp cực, việc phân tích có thể được lặp lại với việc thay góc quay cơ  bằng p Mạch tương đương pha không đổi  Công suất cơ lý tưởng e Pm... p  Moment e T  p 3Va2 Rr' s s Ra  Rr' s 2  xls  xlr' 2  Độ trượt tại moment cực đại không đổi, với moment cực đại là e Tmax Biến đổi năng lượng điện cơ 3Va2  p 2 s xls  xlr'   Bộ môn Thi t bị điện Ví dụ 7.5 và 7.6  VD 7.5: Cho một động cơ không đồng bộ 4 cực, cho các thông số, tìm moment tại tốc độ đã cho, moment cực đại và độ trượt tương ứng Bỏ qua điện trở stator, tổn hao sắt và... của máy Pm PT  Pscl  Pc  Pr    PT PT  Nếu tổn hao quay (tổn hao cơ) Prot được xét đến, hiệu suất được tính bởi  Biến đổi năng lượng điện cơ Pshaft PT PT  Pscl  Pc  Pr  Prot   PT Bộ môn Thi t bị điện Biểu thức moment  Dùng mạch tương đương gần đúng, dòng rotor qui đổi về phía stator được tính bởi Va I  Ra  Rr' s  j xls  xlr' ' r      Công suất cơ lý tưởng là   Pm  3 I ' 2 ... đầu trục không gắn với tải Stator winding Ventilating fan Fan blade on end ring Squirrel cage rotor Shaft Bearings Biến đổi lượng điện Bộ môn Thi t bị điện Cấu tạo stator  Tạo thép có rãnh để đặt... giảm ồn nâng cao hiệu suất máy Rotor bar Fan blade End ring Biến đổi lượng điện Bộ môn Thi t bị điện Hình ảnh động không đồng Biến đổi lượng điện Bộ môn Thi t bị điện Hoạt động động không đồng... điện riêng thông qua vành trượt để đạt đặc tính mong muốn Rotor bar Shaft Fan blade Slip ring Biến đổi lượng điện Bộ môn Thi t bị điện Cấu tạo rotor lồng sóc  Tạo thép mỏng, có rãnh để đặt rotor