Bài giảng Kỹ thuật điện 2 - Phần 2: Máy điện xoay chiều - Chương 7: Máy điện không đồng bộ ba pha

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật điện 2 - Phần 2: Máy điện xoay chiều - Chương 7: Máy điện không đồng bộ ba pha

1. Môn hc K Thu t Đin 2 Ph n 2 Máy Đin Xoay Chi u Ph n dành cho đơ n v
2. CH ƯƠ NG 7 MÁY ĐIN KHÔNG ĐNG B 3 PHA
3. 7.1 Khái Ni m Chung Các s li u đnh mc ca đng cơ không đng b là: •Công su t cơ có ích trên tr c Pđm •Đin áp dây stato U1đm •Dòng đin dây stato I1đm •Tn s dòng đin stato f •Tc đ quay rôto nđm ϕ •H s công su t cos đm η •Hi u su t đm
4. 7.2 CU T O C A MÁY ĐIN KHÔNG ĐNG B BA PHA.
5. Chi ti t các b ph n ca đng cơKĐB 3 pha
6. Các b ph n chính trong máy đinKĐB 3 pha 7.2.1 Stato Stato là ph n tĩnh gm có 2 b ph n chính là lõi thép và dây qu n, ngoài ra có v máy và np máy. v máy lõi thép dây qu n
7. a) Lõi thép Mt s hình nh lõi thép th c t
8. b) Dây qu n
9. Dây qu n Stator đưc qu n dây hoàn thi n
10. Mt s hình nh dây qu n bên trong lõi thép stator.
11. c) V máy: v máy làm bng nhôm ho c gang, dùng đ gi ch t lõi thép và c đnh máy trên b. Hai đu v máy có np máy, đ tr c. V máy và np máy còn dùng đ bo v máy.
12. 7.2.2 Rôto. Rôto là ph n quay gm lõi thép, dây qu n và tr c máy dây qu n tr c máy lõi thép Rotor có 2 lo i: Rotor lng sóc và rotor dây qu n
13. Rotor lng sóc Thanh dn nhôm ho c đng Cánh qu t làm mát Tr c máy Ký hi u đng cơ Vòng ng n mch Rotor hoàn thành rotor lng sóc
14. rôto dây qu n Lõi thép Dây dn vòng ti p xúc bng đng Ba đu ra đưc đu Y ho c ∆ Ch i than
15. rôto dây qu n Dùng bi n tr điu ch nh Ký hi u đng dòng đin rotor đ điu ch nh cơ rotor dây mt s đc tính ca đng cơ qu n
16. 7.3 TTRƯNG C A MÁY ĐIN KHÔNG ĐNG B Trong các lo i máy đin ta có 3 lo i t tr ưng chính 1. T tr ưng đng yên T tr ưng này xu t hi n trong các máy đin DC 2. T Tr ưng đp mch T tr ưng này xu t hi n trong các máy đin xoay chi u mt pha 3. T tr ưng quay T tr ưng này xu t hi n trong các máy đin xoay chi u 2 pha và 3 pha (đng cơ không đng b 2 pha, đng cơ máy phát không đng b 3 pha và đng cơ máy phát đng b 3 pha)
17. 1. T tr ưng đng yên Là t tr ưng có ph ươ ng và chi u không thay đi theo th i gian T tr ưng do 2 nam T tr ưng do cu n dây mang châm c đnh sinh ra dòng đin mt chi u sinh ra
18. 2. T tr ưng đp mch Là t tr ưng có ph ươ ng không đi, song tr s và chi u bi n đi theo th i gian
19. 3. T tr ưng quay ca dây qu n ba pha. a) S to thành t tr ưng quay Ba dây qu n lch nhau trong không gian mt góc 120 đ bên trong stato.
20. Xét cách to ra t tr ưng quay bên trong stato ba pha.
21. Hình nh mô ph ng t tr ưng quay bên trong stator Đc tính ca t tr ưng quay 1. Tc đ t tr ưng quay 60 f n = (vòng/phút) 1 p 2. Chi u quay ca t tr ưng Chi u quay ca t tr ưng ph thu c vào th t pha ca dòng đin 3. Biên Đ ca T Tr ưng Quay . Bmax = 3/2 Bpmax
22. 7.3.3 T thông tn •B ph n t thông ch móc vòng riêng r vi mi vòng dây qu n gi là t thông tn. Ta có t thông tn stato, ch móc vòng vi dây qu n stato, t thông tn rôto ch móc vòng vi dây qu n rôto. • T thông tn đưc đc tr ưng bng đin kháng tn, nh ư đã xét máy bi n áp
23. 7.4 NGUYÊN LÝ LÀM VI C C A MÁY ĐIN KHÔNG ĐNG B . 1 Nguyên lý làm vi c ca đng cơ đin không đng b. Đnh lu t cm ng đin t Đnh lu t lc đin t
24. Mô ph ng ho t đng trong đng cơ Vn tc tr ưt và h s tr ưt n1 - tc đ t tr ưng quay n - tc đ quay ca rotor Gi n2 - tc đ tr ưt gi a t tr ưng quay và rotor n2 = n 1 – n Gi s là h s tr ưt: n n − n s = 2 = 1 n1 n1 60 f n = n (1-s) = 1( − )s vòng/phút. 1 p
25. 7.4.2 Nguyên lý làm vi c ca máy phát đin không đng b.
26. 7.5 MÔ HÌNH TOÁN C A ĐNG C Ơ ĐIN KHÔNG ĐNG B 7.5.1 Ph ươ ng trình đin áp dây qu n stato . Chú ý: Do 3 pha gi ng nhau trong máy đin nên các ph ươ ng trình đưc đư a v mt pha đ gi i
27. 7.5.1 Ph ươ ng trình đin áp dây qu n stato. • I1 j • • U1 E1 Mô hình hoá • Ta vi t ph ươ ng trình vòng cho U 1 là đin áp pha mch stator, ta đưc: R là đin tr dây qu n stato • • • 1 X1 là đin kháng tn dây qu n stato = + + • U1 I1(R1 jX 1) E1 E 1 là sc đin đng pha
28. 7.5.1 Ph ươ ng trình đin áp dây qu n stato. • ph ươ ng trình mch stator I1 j • • • = + + U1 I1(R1 jX 1) E1 • • • • • ⇔ U1 = I1 Z + E1 U1 E1 = + Z R 1 jX 1 f - tn s dòng đin stato X = 2 πfL Trong đó 1 1 L1 - đin cm tn stato φ E1 = 4,44fw 1kdq1 max
29. 7.5.2 Ph ươ ng trình dây qu n rôto . jX s2 T tr ưng stator quét qua rotor vi tc đ là n2 Tn s dòng đin trong dây • • qu n rôto là: I2 E s2 pn spn f = 2 = 1 = sf 2 60 60 Sc đin đng pha dây qu n rôto là φ E2s = 4,44 f2w2kdq2 max φ = 4,44 sf w2kdq2 max w2, k dq2 th t là s vòng dây, h s dây qu n ca dây qu n rôto
30. 7.5.2 Ph ươ ng trình dây qu n rôto. * Khi rôto đng yên s = 1, tn s f2 = f. Sc đin đng quây qu n rôto lúc đng yên là: φ E2 = 4,44 fw2kdq2 max φ E2s = sE 2 * Khi rotor quay E2s = s4,44 fw2kdq2 max π .2π tươ ng t X2s = 2 f2L2 = s fL 2 = sX2 X2s = sX2 T s sđđ pha stato và rôto là: E w k k = 1 = 1 dq 1 e ke gi là h s qui đi sc đin đng rôto. E 2 w 2 k dq 2
31. 7.5.2 Ph ươ ng trình dây qu n rôto. jX s2 ph ươ ng trình đin áp dây qu n rôto quay là: • • • • = ()+ I2 E s2 I2 R 2 jX s2 E s2 • • ⇔ = ()+ s E2 I2 R 2 jsX 2 jsX 2 Dòng đin hi u hi u dng rotor sE • = 2 • I 2 I2 2 + ()2 sE 2 R 2 sX 2
32. 7.5.3 Ph ươ ng trình sc t đng ca đng cơ không đng b. Trong đng cơ, t tr ưng ch đ có ti và không ti là tươ ng đươ ng nhau. • • T thông ch đ có ti: − m1w1k dq 1 I1 m2w 2k dq 2 I2 • T thông ch đ không ti: m1w1kdq 1 I0 • • • − = Pt sc t đng: m1w1kdq 1 I1 m2w 2kdq 2 I2 m1w1kdq 1 I0
33. 7.5.3 Ph ươ ng trình sc t đng ca đng cơ không đng b. T pt: • • • − = m1w1kdq 1 I1 m2w 2kdq 2 I2 m1w1kdq 1 I0 Chia hai v pt cho m1w1kdq1 : • • • • • • • • ' • I2 I2 I1 − = I0 ⇔ I1 − = I0 ⇔ I1 − I2 = I0 m w k 1 1 dq 1 ki m2w 2kdq 2 • ' ki h s quy đi dòng đin; I 2 Dòng đin rotor quy v stator ;
34. Tóm li, mô hình toán ca đng cơ không đng b da trên 3 ph ươ ng trình: • • • * Pt stator = + U1 I1 Z1 E1 • • = ()+ * Pt rotor sE 2 I2 R 2 jsX 2 • • • ' * Pt sc t đng I1 = I0 + I 2
35. 7.6 MCH T ƯƠ NG ĐƯƠ NG C A ĐNG CƠ KHÔNG ĐNG B • jX I1 j jX 2s2 •• • • •• II22 U1 E1 EE 2s2 Quy mch rotor v stator • • T pt rotor = + Chia 2 v pt cho s sE 2 (R 2 jsX 2 I) 2 • • = + Ta đưc E2 (R 2 s/ jX 2 I) 2
36. Quy mch rotor v stator jX 2 • • R 2 • T pt E =( + jX I) 2 • 2 2 I2 s E2 Nhân 2 v pt cho ke • • R I k E = k( k 2 + jk k X ) 2 e 2 e i s e i 2 k i ' R ' s/ jX 2 2 • R ' • ' = 2 + ' ' E2 ( jX 2 ) I 2 • ' s • ' • • • I2 E2 Ta có = = ' E1 k e E2 E2
37. • ' R' s/ jX 2 2 I1 j •' • • • ' I2 U1 E1 E2 • • • = = ' E1 k e E2 E2 • ' ' jX R 2 s/ I1 j 2 • ' • • • ' I2 U1 E1 E2
38. • ' ' jX R 2 s/ I1 j 2 • ' • • • ' I2 U1 E1 E2 Nhánh t hoá Phân tích Nhánh t hoá • Io • • Ic Im RC đin tr tn hao lõi thép Rc jX m Xm đin kháng t hóa
39. • ' ' jX R 2 I1 j 2 • I o • ' • • • ' I2 U1 E1 E2 Mch tươ ng đươ ng chính xác • ' R ' j jX 2 2 I1 • ' • I o I 2 • ' • • ' I2 E1 E2 Mch tươ ng đươ ng gn đúng
40. • ' R ' j jX 2 2 I1 • ' • I o I 2 • ' • • ' I2 E1 E2 = + ' R n R1 R 2 Đin tr ng n mch = + ' X n X1 X 2 Đin kháng tn ng n mch
41. BI U ĐNĂNGLƯNG VÀ HI U SU T C A ĐNG C Ơ ĐIN KHÔNG ĐNG B . ∆∆∆ 2 ∆∆∆P 2 Pđ1 =3R 1I 1 đ2 =3R 2I 2 • ' ' jX R 2 I1 j 2 • I o • • • ' • ' ∆∆∆ Pst I2P P1 U1 E1 E2 c − − ϕϕϕ '2 ' 1 s 2 1 s P1 = 3U 1I1cos P = 3I R = 3I R C 2 2 s 2 2 s Sau khi tn hao ma sát trên tr c và qu t gió, ph n còn li ta nh n đưc công su t ra trên tr c ∆∆∆ P – công su t cơ hu ích trên tr c đng cơ: P2 = P c - Pcf 2
42. BI U ĐNĂNGLƯNG VÀ HI U SU T C A ĐNG C Ơ ĐIN KHÔNG ĐNG B . Hi u su t ca đng cơ đin: P P η = 2 = 2 + ∆ P1 P2 P ∆P là tng tn hao công su t trong máy ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ P = Pst + Pđ1 + Pđ2 + Pcf
43. 7.8 MOMENT QUAY C A ĐNG C Ơ KHÔNG ĐNG B BA PHA Da vào sơ đ mch tươ ng gn đúng Pdt M = M = U dt ω I' = 1 1 2 ' 2  R  2  + 2  + ()+ ' R1  X1 X 2  s  Pdt là công su t đin t đưc tính theo ' '2 R 2 ω = Thay Pdt và 1 vào ph ươ ng trình ta đưc Pdt I3 2 s 2 ' ω 3 Up1 R 2 1 là tn s góc ca t tr ưng quay M =  ' 2   R  2 ω ω + 2  + ()+ '  ω = s R1  X1 X 2 1  s  p    ω là tn s góc dòng đin stator . Moment t l vi bình ph ươ ng đin áp
44. Các đưng đc tính trong đc Hình 7.16 a) mi quan h gi a moment và h s b) mi quan h gi a moment và tc đ tr ưt quay n
45. Moment cc đi và h s tr ưt ti hn Moment có tr ị số cực đại Mmax ứng với giá tr ị tới hạn sth làm cho đạo hàm ∂M = 0 ∂s Sau khi đạo hàm, ta tính đư ợc tr ị số sth và Mmax là: ' R 2 S ≈ H s tr ưt ti hn s t l thu n vi đin tr rotor th + ' th X1 X 2 3 Up2 M ≈ 1 max ω + + ' 2 (R1 X1 X 2 ) còn Mmax không ph thu c vào đin tr rotor.
46. Moment cc đi và h s tr ưt ti hn Quan h gi a M, Mmax và sth có th vi t gn đúng nh ư sau: 2M M = max s s + th s th s Hình 7.17 b) Thay đi đin tr rotor đ thay đi h s tr ưt ti hn a) Thay đi đin áp đ thay đi giá tr moment cc đi
47. moment m máy ng vi s =1 ta có moment m máy đng cơ 3 Up2R ' M = 1 2 mo ω[()()+ ' 2 + + ' 2 ] R1 R 2 X1 X2 Đi vi đng cơ lng sóc th ưng cho các t s sau: M mo = 1,1 ÷ 7,1 M dm M max = 6,1 ÷ 5,2 Mdm
48. 7.9 M MÁY ĐNG C Ơ KHÔNG ĐNG B BA PHA Khi m máy, h s tr ưt bng 1, theo sơ đ thay th gn đúng, dòng đin pha lúc m máy là: = U1 = U1 Imop ()()+ ' 2 + + ' 2 R 2 + X2 R1 R 2 X1 X2 n n M máy đng cơ rotor dây qu n. U = 1 I mop ()()+ ' + ' 2 + + ' 2 R1 R 2 R mo X1 X 2
49. M máy đng cơ rotor dây qu n. U = 1 I mop ()()+ ' + ' 2 + + ' 2 R1 R 2 R mo X1 X 2 n R ' + R ' S = 2 mo = 1 th + ' X1 X 2 Hình 7.18
50. M máy đng cơ lng sóc. a) M máy tr c ti p. b) Gi m đin áp stator khi m máy. - Dùng đin kháng ni ti p vào mch stator. - Dùng máy t bi n áp. - Ph ươ ng pháp ni sao tam giác.
51. a) M máy tr c ti p.
52. b) Gi m đin áp stator khi m máy. - Dùng đin kháng ni ti p vào mch stator . - Đóng ti p đim 1, ti p đim 2 đ h - Sau khi đng cơ đã ho t đng, đóng ti p đim 2 đ lo i cu n kháng ra kh i mch
53. b) Gi m đin áp stator khi m máy. - Dùng máy t bi n áp. Khi dùng máy t bi n áp vi t s bi n áp là k thì đin áp gi m đi k ln, dòng đin ca lưi đin gi m đi k2 ln, moment cũng gi m đi k2 ln
54. b) Gi m đin áp stator khi m máy. - Ph ươ ng pháp ni sao tam giác Ph ươ ng pháp này ch dùng đưc vi nh ng đng cơ khi làm vi c bình th ưng dây qu n stator ni hình tam giác
55. b) Gi m đin áp stator khi m máy. - Ph ươ ng pháp ni sao tam giác Dùng cu dao đo chi u
56. b) Gi m đin áp stator khi m máy. - Ph ươ ng pháp ni sao tam giác M máy ki u đi ni sao – tam giác. - Đin áp đt vào cu n dây stator gi m đi3 ln - Dòng đin dây mng đin gi m đi 3 ln - Moment gi m đi 3 ln
57. 7.10 ĐIU CH NH T C ĐĐNG C Ơ KHÔNG ĐNG B . Tc đ ca đng cơ đin không đng b: 60 f n = n 1( − )s = 1( − )s vòng/phút. 1 p - Điu ch nh tc đ bng thay đi tn s. - Điu ch nh tc đ bng cách thay đi s đôi cc - Điu ch nh tc đ bng cách thay đi đin áp cung cp cho stator - Điu ch nh tc đ bng cách thay đi đin tr mch rotor ca đng cơ rotor dây qu n
58. 7.10 ĐIU CH NH T C ĐĐNG C Ơ KHÔNG ĐNG B . - Điu ch nh tc đ bng thay đi tn s. Vi c thay đi tn s f ca dòng đin stator th c hi n bng b bi n đi tn s Điu ch nh tc đ bng thay đi tn s cho phép điu ch nh tc đ mt cách bng ph ng trong ph m vi rng, song giá thành còn khá ln Hình 7.26
59. 7.10 ĐIU CH NH T C ĐĐNG C Ơ KHÔNG ĐNG B . - Điu ch nh tc đ bng cách thay đi s đôi cc Thay đi s cc đưc th c hi n vi đng cơ có 9 ho c 12 đu dây ra Ph ươ ng pháp này ch s dng cho lo i rotor lng sóc. Hình 7.27
60. 7.10 ĐIU CH NH T C ĐĐNG C Ơ KHÔNG ĐNG B . Điu ch nh tc đ bng cách thay đi đin áp cung cp cho stator Hình 7.28
61. 7.10 ĐIU CH NH T C ĐĐNG C Ơ KHÔNG ĐNG B . Điu ch nh tc đ bng cách thay đi đin tr mch rotor ca đng cơ rotor dây qu n n Hình 7.18
62. 7.11 CÁC ĐC TÍNH LÀM VI C C A ĐNG CƠ ĐIN KHÔNG ĐNG B . 7.11.1 Tc đ quay n = f(P 2) Khi ti tăng, công su t P2 trên tr c đng cơ tăng, moment cn tăng lên, t đưng đc tính moment ta th y h s tr ưt s tăng lên, và tc đ đng cơ gi m xu ng 7.11.2 Hi u su t ηηη = f(P2) P P η = 2 = 2 + ∆ P1 P2 P Hi ệu su ất động cơ công nghi ệp vào kho ảng 0,75 – 0,95 7.11.3 H s công su t cos ϕϕϕ = f(P2) P P cos ϕ = 1 = 1 S 2 + 2 P1 Q1 ϕ KhiKhi tăng máy ti, công quay su khôngt P1 t ăảing (không và cos kéođư tải)c công tăng lên su ấđt Pt 1đnhnỏ giá, tr đnhdo m đcó b cosngϕ 0,8th ấđp,n b 0,9;ằng khi từ 0,2 quá – t 0,3i dòng đin vưt đnh mc, t thông ti 0 ϕ tăng, Q 1 tăng; do đó cos li gi m xu ng
63. 7.11 CÁC ĐC TÍNH LÀM VI C C A ĐNG CƠ ĐIN KHÔNG ĐNG B . Hình 7.29
64. Cách đu dây đng cơ 3 pha trong th c t Đng cơ đu Y Đng cơ đu ∆∆∆
65. P = 6kW Bù Công su t ph nQ kháng= 4kvar cho đng cơCos ϕϕϕ = 0,83 P1 = 6kWP1 = 6kW 380V Q2= 1kVAr Q1 = 4kVAr Tr ưc khi bù Sau khi bù Qb= 3kVAr S = 62 + 42 =7,2 kVA 2 2 tb Ssb = 6 + 1 = 6,1 kVA P = 6kW 7,2 Q = 1kvar 6,1 Itb = = 10,9A Cos ϕϕϕ = 0,98 0,38. 3 Itb = = 9,2A 0,38. 3
66. Đng cơ 3 pha vn hành ch đ 1 pha