Chơng 8 : động cơ điện một pha có vnh góp Động cơ 1 pha có vnh góp có kết cấu tơng tự nh động cơ điện 1 chiều, nhng điện áp đặt vo l điện áp xoay chiều 1 pha. Loại động cơ ny đợc dùng nhiều trong các máy sinh hoạt dân dụng. 8.1 Sức điện động biến áp v sức điện động quay. Khi động cơ điện 1 pha có vnh góp lm việc trong dây quấn phần ứng cảm ứng đợc 2 loại sức điện động l: s.đ.đ biến áp v s.đ.đ quay. 1. S.đ.đ biến áp, E ba . Đặt điện áp xoay chiều 1 pha U ~ vo dây quấn kích từ K trên phần tĩnh, từ thông do dòng điện xoay chiều tạo nên sẽ đập mạch với tần số f của lới điện. Khi n = 0 từ thông đó sẽ biến thiên v xuyên qua dây quấn phần ứng v cảm ứng nên trong các thanh dẫn của dây quấn phần ứng các sức điện động nh trong máy biến áp, E ba dây quấn kích thích l dây quấn sơ cấp v dây quấn phần ứng l thứ cấp. Chiều của s.đ.đ ở hai phía trục dây quấn kích từ K sẽ trái dấu nhau. Nếu chổi than đặt trên đờng trung tính hình học thì s.đ.đ trong các thanh dẫn ở hai phía trục dây quấn kích từ sẽ triệt tiêu nhau, hình 8.1a, nên E ba = 0. Nếu chổi than đặt trên trục dây quấn kích từ thì E ba = E ba max , hình 8.1b. Trị hiệu dụng của s.đ.đ biến áp l: E ba = 4,44 f Wk dq max . 8.1 S.đ.đ biến áp chậm sau một góc 90 0 , hình 8.1c. Khi chổi than lệch với đờng trung tính hình học một góc , hình 8.2, thì: E ba ( ) = E ba sin . 8.2 2. Sức điện động quay E q Nếu m = const, khi phần ứng quay với tốc độ n, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng quét qua từ trờng kích từ v sẽ cảm ứng đợc s.đ.đ xoay chiều có tần số f = pn/60, nhng s.đ.đ lấy ra ở 2 đầu chổi than l s.đ.đ 1 chiều, nh trong máy điện một chiều, n a pN E mq . .60 = 8.3 Khi chổi than nằm trên trung tính hình học E q = E qmax v khi chổi than nằm trên trục dây quấn kích thích thì E q = 0. Khi chổi than lệch với đờng trung tính hình học một góc , thì: Hình 8.1 S.đ.đ E ba do từ trờng đập mạch sinh ra K K Hình 8.2 E ba khi chổi than lệch TTHH, Máy điện 2 58 E q ( ) = E q .cos . 8.4 Nếu từ thông đập mạch với tần số f v phần ứng quay với tốc độ n thì trong mỗi phần tử dây quấn sẽ tồn tại cả 2 loại s.đ.đ: S.đ.đ quay có tần số f q = pn/60 v s.đ.đ biến áp có tần số f ba = f. Khi chổi than đặt trên đờng trung tính hình học thì E ba = 0 còn E q m khi n = const. Chiều của E q phụ thuộc chiều của n nh hình 8.3. Khi chổi than lệch so với trung tính hình học một góc no đó thì sẽ tồn tại cả hai loại E ba v E q có cùng tần số f. Hình 8.3 2222 cossin qba EEE += 8.5 8.2 Động cơ nối tiếp một pha 1. Sơ lợc cấu tạo v nguyên lý lm việc. Về kết cấu động cơ điện một pha giống nh động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp. Nhng vì nó đợc dùng với lới điện xoay chiều nên mạch từ của nó đợc lm bằng thép kỹ thuật điện. Động cơ nhỏ thờng có cấu tạo cực lồi, động cơ lớn có cấu tạo cực ẩn. Trên cực từ ngoi dq kích thích K, để cải thiện đổi chiều ngời ta cũng bố trí dq bù B v cực từ phụ F nh động cơ điện một chiều, hình 8.4. Nguyên lý: Khi đặt đ/a xoay chiều một pha vo động cơ, từ thông tác dụng với dòng điện I chạy dây quấn phần ứng tạo nên mô men lm cho động cơ quay. Vì phần ứng nối tiếp với dây quấn kích thích nên v I luôn cùng dấu với nhau, do đó mômen luôn dơng hay động cơ luôn quay theo một chiều xác định. Hình 8.4 Đ/cơ điện nối tiếp Loại động cơ 1 pha ny đợc dùng nhiều trong các máy sinh hoạt. 2. Mômen của động cơ. Giả sử: i = I m sin t 8.6 = m sin( t - ) 8.7 với l góc lệch giữa i v do tổn hao sắt từ Giống nh máy điện 1 chiều, ta có mômen tức thời ).sin(.sin +== ttI pN i pN M mumut 8.8 Hình 8.5 Đờng cong i, v M của động cơ Mômen trung bình cos 2 1 0 mut I pN dtMM == = C M I m cos 8.9 Với I l trị hiệu dụng dòng điện trong một nhánh song song của dây quấn phần ứng. m l biên độ từ thông kích từ, rất nhỏ nên cos 1 nên mômen của động cơ khá lớn. Đờng cong dòng điện, từ thông v mômen của động cơ 1 pha có vnh góp nh hình 8.5. Máy điện 2 59 3. Đồ thị véc tơ Giả sử động cơ quay với tốc độ n v chổi than đặt trên trung tính hình học, thì khi đặt điện áp U vo động cơ, dòng điện I chạy trong các dây quấn chậm pha so với U một góc . Từ thông chính chậm pha so với I một góc (tổn hao sắt). Sức điện động quay E q ngợc pha so với, (chế độ động cơ, E ngợc chiều I). Sức điện động biến áp E ba = 0 (vì chổi than đặt trên trung tính hình học). Sức điện động rơi trên điện kháng của các dây quấn chậm pha so với I một góc 90 0 : S.đ.đ cảm ứng trên dây quấn kích thích (x K xIj & K l điện kháng của dây quấn kích thích); s.đ.đ tổng của các dây quấn khác (với l tổng điện kháng của dây quấn phần ứng, dây quấn bù v dây quấn cực từ phụ). Sụt áp trên các điện trở (với xIj & x rI & r l tổng điện trở của các dây quấn kể cả điện trở tiếp xúc của chổi than) Phơng trình điện áp của động cơ nối tiếp một pha. 8.10 +++= )( xxIjrIEU Kq &&&& Hình 8.6 Đồ thị Từ sự phân tích ở trên v phơng trình 8.10 ta vẽ đợc đồ thị véc tơ nh hình 8.6. Động cơ nối tiếp 1 pha có cos = 0,7 - 0,95 tốc độ cng cao hệ số cos cng cao. 4. Các đặc tính lm việc. Đặc tính cơ n = f(M) nh động cơ điện 1 chiều kích thích nối tiếp, hình 8.7. Đặc tính hiệu suất = f(M) v Cos = f(M) nh hình 8.8 Để nâng cao hệ số cos thờng các loại động cơ ny đợc chế tạo với khe hở rất bé, với máy bé hơn 100 kW, = 1,5 - 2,5 mm; máy có công suất lớn hơn = 2 - 4 mm Hình 8.7 Đặc tính cơ n Hình 8.8 Đặc tính = f(M) v Cos f(M) 5. ứng dụng. Động cơ điện có vnh góp 1 pha đợc dùng nhiều trong lĩnh vực đờng sắt, đầu máy xe điện, .Với khả năng đạt tốc độ cao (3000 - 30.000 vg/ph) v phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng nên nó đợc dùng cho máy hút bụi, máy mi, máy khâu, . Với nguyên lý trên ngời ta chế các động cơ vạn năng để có thể sử dụng lới điện xoay chiều hoặc một chiều, sơ đồ nguyên lý nh hình 8.9. Tụ điện C để giảm nhiễu vô tuyến. Hình 8.9 Đ/cơ Máy điện 2 60 8.3 Động cơ điện đẩy. 1. Động cơ điện đẩy 2 dây quấn phần tĩnh Động cơ ny phần tĩnh có 2 dây quấn, kích từ K v bù B nối nối tiếp, đặt vuông trục với nhau, dây quấn phần ứng đợc nối ngắn mạch. Khi đặt một điện áp xoay chiều vo dây quấn phần tĩnh hình 8.8a. Nếu chổi than đặt trên đờng trung tính hình học, ban đầu khi n = 0, S.đ.đ E q = 0, từ thông của cuộn bù B cảm ứng nên E bamax , hình b. Vì dây quấn phần ứng nối ngắn nên trong nó có dòng I 2 . Dòng điện ny tác dụng với K tạo nên mômen quay lm động cơ quay. Lúc đấy ta thấy dơng nh có một sự đẩy giữa từ trờng phần ứng v từ trờng cực từ để tạo ra mômen quay, nên nó có tên l động cơ điện đẩy. Khi chổi than nằm trùng với trục dây quấn K thì E ba = 0, hình c, nên I 2 = 0 v mômen bằng không nên động cơ không quay. Biểu thức mômen quay vẫn có dạng quen thuộc: Hình 8.10 Động cơ điện đẩy 2 dây quấn ở 8.11 ),cos( 22 KKm IICM & & = Vì góc giữa I 2 v K gần bằng không nên: M C m I 2 K 8.12 2 Động cơ điện đẩy có một dây quấn trên phần tĩnh (Đ/c Tômxơn) Trên phần tĩnh chỉ có một dây quấn w, hình 8.11a, nhng chổi than có thể xê dịch một góc bất kỳ. Lúc ny ta phân w thnh hai phần w 1 = wsin đóng vai trò cuộn K v w 2 = wcos đóng vai trò cuộn B, hình 8.11b. Chiều quay của loại động cơ ny phụ thuộc vo chiều xê dịch chổi than đối với trục của của w. Hình 8.11 Đ/cơ chỉ có 1 dây quấn Khi = 90 0 , E ba = 0, M = 0, đây l chế độ không tải, hình 8.12a. Khi = 0, E ba = E bamax v trong dây quấn phần ứng có dòng điện I 2 , dòng điện ny ngợc với dòng điện kích thích nên M = 0. Tại vị trí ny của chổi than động cơ đợc xem nh m.b.a lm việc ngắn mạch, vị trí chổi than đợc coi l vị trí ngắn mạch, hình 8.12b. Hình 8.12 Vị trí chổi than khi không tải (a) v ngắn Tại các vị trí góc khác đặc tính cơ v các đặc tính lm việc giống nh động cơ kích thích nối tiếp. Việc điều chỉnh n bằng cách xê dịch vị trí của chổi than. Máy điện 2 61 . động cơ ny đợc chế tạo với khe hở rất bé, với máy bé hơn 100 kW, = 1,5 - 2,5 mm; máy có công suất lớn hơn = 2 - 4 mm Hình 8.7 Đặc tính cơ n Hình 8.8 Đặc. đồ nguyên lý nh hình 8.9. Tụ điện C để giảm nhiễu vô tuyến. Hình 8.9 Đ/cơ Máy điện 2 60 8.3 Động cơ điện đẩy. 1. Động cơ điện đẩy 2 dây quấn phần tĩnh