Giáo trình Máy điện II - Nguyễn Trọng Thắng

144 trang hapham 2881

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Máy điện II - Nguyễn Trọng Thắng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_may_dien_ii.pdf

Nội dung text: Giáo trình Máy điện II - Nguyễn Trọng Thắng

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM KHOA ÑIEÄN BOÄ MOÂN: CÔ SÔÛ KYÕ THUAÄT ÑIEÄN 0 GVC-ThS. NGUYEÃN TROÏNG THAÉNG GIAÙO TRÌNH MAÙY ÑIEÄN II TP. HCM Thaùng 5/ 2006
Truong DH SPKT TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - LÔØI NOÙI ÑAÀU Giaùo trình MAÙY ÑIEÄN II laø moät cuoán saùch trong boä GIAÙO TRÌNH MAÙY ÑIEÄN goàm 2 taäp nhaèm giuùp sinh vieân baäc ñaïi hoïc hoaëc cao ñaúng ngaønh Ñieän Coâng Nghieäp, Ñieän Töï Ñoäng cuûa tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät TP.HCM laøm taøi lieäu hoïc taäp, hoaëc coù theå duøng laøm taøi lieäu tham khaûo cho sinh vieân ngaønh Coâng ngheä Ñieän- Ñieän töû, Coâng ngheä Ñieän töû –Vieãn thoâng vaø caùc ngaønh khaùc lieân quan ñeán lónh vöïc ñieän –ñieän töû. Giaùo trình maùy ñieän trình baøy nhöõng lyù thuyeát cô baûn veà: caáu taïo; nguyeân lyù laøm vieäc; caùc quan heä ñieän töø; caùc ñaëc tính cuõng nhö caùc hieän töôïng vaät lyù xaûy ra trong: Maùy ñieän moät chieàu; Maùy bieán aùp; Maùy ñieän khoâng ñoàng boä; Maùy ñieän ñoàng boä vaø caùc loaïi maùy ñieän ñaëc bieät. Toaøn boä giaùo trình maùy ñieän ñöôïc chia laøm 2 taäp: Taäp I goàm 2 phaàn: Maùy ñieän moät chieàu vaø Maùy ñieän moät chieàu ñaëc bieät. Maùy bieán aùp vaø caùc loaïi maùy bieán aùp ñaëc bieät. Taäp II goàm 3 phaàn: Nhöõng vaán ñeà lyù luaän chung cuûa caùc maùy ñieän xoay chieàu. Maùy ñieän khoâng ñoàng boä vaø caùc daïng khaùc cuûa Maùy ñieän khoâng ñoàng boä. Maùy ñieän ñoàng boä vaø caùc loaïi maùy ñieän ñoàng boä ñaëc bieät. Ñeå giuùp sinh vieân deã daøng tieáp thu kieán thöùc moân hoïc, giaùo trình trình baøy noäi dung Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM moät caùch ngaén goïn, cô baûn. ÔÛ moãi chöông coù ví duï minh hoïa, caâu hoûi vaø baøi taäp ñeå sinh vieân coù theå hieåu saâu hôn nhöõng vaán ñeà mình ñaõ hoïc. Taùc giaû (Email: t_nguyentrong@yahoo.com) Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - MUÏC LUÏC Trang Phaàn III: Caùc vaán ñeà lyù luaän chung cuûa caùc maùy ñieän xoay chieàu Chöông 1: Söcù ñieän ñoäng cuûa daây quaán maùy ñieän xoay chieàu 2 Chöông 2: Daây quaán phaàn öùng maùy ñieän xoay chieàu 11 Chöông 3: Söùc töø ñoäng cuûa daây quaán maùy ñieän xoay chieàu 30 Phaàn IV: Maùy ñieän khoâng ñoàng boä (MÑKÑB) 47 Chöông 1: Ñaïi cöông veà MÑKÑB 48 Chöông 2: Caùc quan heä ñieän töø trong MÑKÑB 54 Chöông 3: Môû maùy vaø ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô khoâng ñoàng boä 77 Chöông 4: Maùy ñieän khoâng ñoàng boä ñaëc bieät 90 Phaàn V: Maùy ñieän ñoàng boä (MÑÑB) 101 Chöông 1: Ñaïi cöông veà MÑÑB 102 Chöông II: Caùc quan heä ñieän töø trong MÑÑB 106 Chöông III: Maùy phaùt ñieän vaø ñoäng cô ñieän ñoàng boä 116 Chöông IV: Maùy ñieän ñoàng boä ñaëc bieät 135 Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1- Vuõ Gia Hanh, Traàn Khaùnh Haø, Phan Töû Thuï, Nguyeãn Vaên Saùu, Maùy ñieän I,II . NXB khoa hoïc vaø kyõ thuaät - 1998 . 2- Nguyeãn Troïng Thaéng, Nguyeãn Theá Kieät, Coâng ngheä cheá taïo vaø tính toaùn söûa chöõa Maùy ñieän , NXB Giaùo duïc, 1995 . 3- A.E. Fitzerald, Charles kingsley . Electrical Machines. Mc. Graw - Hill, 1990 . 4- Jimmie J. Cathey . Electric machines Analysis and Design Applying Matlab . Mc. Graw - Hill - 2001 . 5- E.V.Armensky, G.B.Falk, Fractional Horsepower Electrical machines, Mir Publishers, Moscow, 1985. 6- Mohamed E. El-Hawary, Principle of Electric Machines with Power Electronic Applications, Prentice-Hall, 1986. 7- M.Kostenko, L.Piotrovsky,Ban quyen Electrical © Truong machines, DH Su pham vol.1,2, Ky thuat Mir PublishersTP. HCM Moscow, 1974. 8- Stephen J. Chapman, Electric machinery and Power System fundamental, Mc Graw Hill, 2002. Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - PHAÀN III CAÙC VAÁN ÑEÀ LÍ LUAÄN CHUNG CUÛA MAÙY ÑIEÄN XOAY CHIEÀU 1
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CHÖÔNG I: SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG CUÛA DAÂY QUAÁN MAÙY ÑIEÄN XOAY CHIEÀU § 1.1. ÑAÏI CÖÔNG Söùc ñieän ñoäng (s.ñ.ñ) xoay chieàu coù 3 ñaëc tính cô baûn: - Ñoä lôùn. - Taàn soá. - Daïng ñöôøng cong. Thöôøng ngöôøi ta mong muoán coù ñöôïc s.ñ.ñ cuûa maùy ñieän duøng trong caùc thieát bò ñieän khaùc nhau coù daïng hình sin. Ñaëc bieät ñoái vôiù maùy phaùt ñieän caùc soùng ñieàu hoøa baäc cao khoâng nhöõng coù taùc haïi ñoái vôùi caùc maùy phaùt ñieän maø coøn caû ñoái vôùi phuï taûi laøm taêng toån thaát cuõng nhö laøm xuaát hieän quaù ñieän aùp treân caùc ñoaïn khaùc nhau cuûa ñöôøng daây. Trong chöông naøy chuùng ta nghieân cöùu s.ñ.ñ cuûa daây quaán vaø caùc bieän phaùp laøm giaûm hoaëc trieät tieâu s.ñ.ñ baäc cao ñöa daïng soùng veà hình sin. § 1.2. SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG CAÛM ÖÙNG TRONG DAÂY QUAÁN 1. Söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong daây quaán do töø tröôøng cô baûn: a) Söùc ñieän ñoäng cuûa moät thanh daãn: Ñaët 1 thanh daãn trong stator vaø nhöõng cöïc töø cuûa rotor song song vôùi truïc maùy ñieän (h1–1). Khôûi ñoäng maùy vaø cho quay vôùi toác ñoä n = Cte = const khi ñoù trò soá töùc thôøi cuûa s.ñ.ñ caûm öùng trong thanh daãn laø: etd = Bx.l.v (V) vôùi Bx = Bmsinω t (T), Bx laø töø caûm nôi thanh daãn queùt qua. πDn 2τpn v = = = 2τf (m/sec). 60 60 v: Vaän toác daøi cuûa thanh daãn. D: Ñöôøng kính phaàn öùng. πD Vôùi: τ = (m) 2p l: Chieàu daøi cuûa thanh daãn naèm trong töø tröôøng. 2 Hình 1.1 Chuyeån ñoäng töông ñoái e = l.v.B sinωt = l.τ.π.f. B sinωt td m π m cuûa thanh daãn trong töø tröôøng VôùiΦ = Btb lτ laø töø thoâng trung bình töông töông ñoái hình sin. öùng vôùi moät böôùc cöïc. 2 B = B tb π m 2
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ta coù : etd = πΦf sinωt = Etd sinωt π Trò soá hieäu duïng laø: E td = Φf = 2,22Φf (1 - 1) 2 b) Sññ cuûa moät voøng daây vaø cuûa moät boái daây: Sññ cuûa moät voøng daây: + Tröôøng hôïp böôùc ñuû: Neáu voøng daây coù 2 thanh daãn 1 vaø 2 ñaët caùch nhau 1 khoaûng laø y = τ (daây quaán böôùc ñuû) vaø goïi sññ trong thanh daãn 1 laø E1, trong thanh daãn 2 laø E2 thì s.ñ.ñ cuûa moät voøng daây böôùc ñuû laø: E ν = E1 + E 2 = 2E td = 2x2,22Φf = 4,44Φf τ τ − E&′′ E&v td1 π π E&td′ 1 E&td′′1 − E&′′ E& td1 v βπ ′ y =τ E&td1 βπ ′′ E&td1 π τ E′ y = βτ E′′ td td Hình 1.2 Söùc ñieän ñoäng cuûa moät voøng daây + Tröôøng hôïp böôùc ngaén: Z Ta kí hieäu β laø böôùc töông ñoái cuûa daây quaán vaø τ = (raõnh) 2p y y β = , βπ = π τ τ βπ βπ Thì: E = 2E sin = 4,44Φf sin ν td 2 2 βπ Ñaët: k = sin laø heä soá böôùc ngaén cuûa daây quaán thì: n 2 E ν = 4,44Φfk n 3
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Sññ cuûa moät phaàn töû (boái daây) Neáu moät boái daây coù Ws voøng thì s.ñ.ñ cuûa moät boái daây laø: E s = 4,44WsΦfk n (1-3) c) Söùc ñieän ñoäng cuûa 1 nhoùm boái daây: Z Ta tính s.ñ.ñ cuûa 1 nhoùm boái daây coù q boái daây döôùi 1 cöïc: q = . 2mp Thí duï: hình 1.3: q = 4 Goùc ñoä ñieän giöõa 2 raõnh keà nhau laø: 2π p.3600 α = = ñ Z p Z Trong ñoù Z/p laø soá raõnh döôùi moät ñoâi cöïc (Z/2p laø soá raõnh döôùi moät maët cöïc). Giaû söû soá Z raõnh döôùi 1 maët cöïc laø τ = = 6 thì 2p 0 α ñ = 30 vaø neáu taïi thôøi ñieåm ñang xeùt boái daây 1 naèm treân ñöôøng trung tính hình hoïc thì trò soá töùc thôøi cuûa sññ caûm öùng trong caùc boái daây 1, 2, 3, 4 laø: 0 E s1 = E sm sin0 0 E s2 = E sm sinα ñ = E sm sin30 E = E sin 2α = E sin600 s3 sm ñ sm Hình 1.3 Nhoùm boái daây q = 4 0 E s4 = E sm sin3α ñ = E sm sin90 Esm: bieân ñoä sññ/phaàn töû. r Ta coù theå bieåu dieãn q leäch nhau 1 goùc α nhö h1-4 (q: soá raõnh cuûa 1 pha döôùi moät cöïc). Moãi moät vector bieåu dieãn trò soá bieân ñoä hay trò soá hieäu duïng cuûa s.ñ.ñ Es cuûa moät boái daây vôùi nhöõng tæ leä töông öùng (h1-4a). Nhöõng vector gaàn 0 nhau leäch nhau 1 goùc α ñ = 30 . Toång hình hoïc cuûa 4 vector hình thaønh ña giaùc ABCDE (h1-4b) laø vector AE bieåu dieãn trò soá hieäu duïng toång cuûa s.ñ.ñ Eq. Hình 1.4 Söùc ñieän ñoäng cuûa moät voøng daây 4
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ñeå tính Eq ta veõ ñöôøng troøn ngoaïi tieáp vôùi ña giaùc ABCDE coù baùn kính R. Cuoái cuøng ta tính ñöôïc: Eq = q Es kr (1-4) E q Toång hình hoïc caùc s.ñ.ñ Trong ñoù: k r = = qE s Toång soá hoïc caùc s.ñ.ñ qα qα 2Rsin ñ sin ñ = 2 = 2 : heä soá quaán raûi cuûa daây quaán. α α q2Rsin ñ qsin ñ 2 2 Chöùng minh: . . . . . Ta coù E q = E s1 + E s2 + E s3 + E s4 qα ñ Veà maët trò soá Eq = AE = 2AF = 2R sin . 2 α ñ E s Tính R theo Eq , xeùt tam giaùc OO1A ta coù: E = 2R sin ⇒ R = s 2 α 2sin ñ 2 α ñ α ñ Es sin q qE s sinq ⇒ E = 2 2 = 2 = qE K q α α s r 2sin ñ qsin ñ 2 2 ⇒ Eq = 4,44ws qΦfkn kr (1-5) Ñaët kdq = knkr : laø heä soá daây quaán. ⇒ Eq = 4,44ws qΦfkdq (1-6) d) Söùc ñieän ñoäng cuûa daây quaán 1 pha: Moät pha coù n nhoùm boái daây coù vò trí gioáng nhau trong töø tröôøng caùc cöïc töø neân sññ cuûa chuùng coù theå coäng soá hoïc vôùi nhau: ⇒ E f = 4,44nqws Φfkdq = 4,44wΦfk dq Trong ñoù: w = n.q.ws laø soá voøng daây noái tieáp cuûa 1 pha. 2. Söùc ñieän ñoäng cuûa daây quaán do töø tröôøng baäc cao: Giaû thieát raèng ñöôøng cong cöôøng ñoä töï caûm ñoái xöùng vôùi truïc hoaønh (vì tính chaát ñoái xöùng vôùi truïc hoaønh neân ñöôøng cong chæ chöùa caùc soùng haøi leû) cuõng nhö ñoái vôùi truïc cöïc. Trong tröôøng hôïp naøy, ñöôøng cong cöôøng ñoä töï caûm bao goàm soùng ñieàu hoaø baäc nhaát hay soùng ñieàu hoaø cô baûn vaø voâ soá soùng ñieàu hoaø baäc cao ν = 3, 5, 7, , nghóa laø ν = 2k ± 1. Trong ñoù soùng ñieàu hoaø baäc 1 coù bieân ñoä Bm1 vaø böôùc cöïc τ töông öùng vôùi soá ñoâi cöïc p. Nhöõng soùng ñieàu hoaø baäc cao coù bieân 5
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - τ τ τ ñoä Bm3, Bm5, B vaø nhöõng böôùc cöïc , , töông öùng vôùi soá ñoâi cöïc 3p, 5p, , mν 3 5 ν νp . Taàn soá f ν = νf1 . Töø ñoù töø thoâng töông öùng laø: 2 Φ = τ.l.B = τ.l.B 1 tb1 π m1 τ 2 τ Φ = .l.B = .l.B 3 3 tb3 π 3 m3 τ 2 τ Φ = .l.B = .l.B ν ν tbν π ν mν π π Caùc söùc ñieän ñoäng: E td1 = Φ1.f1 = τ.l.Btb1.f1 = 2.τ.l.Bm1.f1 2 2 π π τ 2 E td3 = Φ 3f3 = .l. Bm3 .3f1 = 2.τ.l.Bm3 .f1 2 2 3 π π E tdν = Φ ν .f ν = 2.τ.l.Bmν .f1 2 Söùc ñieän ñoäng hieäu duïng toång cuûa thanh daãn: 2 2 2 E td = E td1 + E td3 + + E tdν 2 2 ⎛ E ⎞ ⎛ E ⎞ ⎜ td3 ⎟ ⎜ tdν ⎟ = E td1. 1+ ⎜ ⎟ + + ⎜ ⎟ ⎝ E td1 ⎠ ⎝ E td1 ⎠ 2 2 ⎛ B ⎞ ⎛ B ⎞ ⎜ m3 ⎟ ⎜ mν ⎟ = E td1. 1+ ⎜ ⎟ + + ⎜ ⎟ ⎝ Bm1 ⎠ ⎝ Bm1 ⎠ 2 2 = E td1. 1+ k B3 + + k Bν π = .Φ .f 1+ k 2 + k 2 2 1 1 B3 Bν Bm3 Bmν Nhöõng heä soá: k B3 = , , k Bν = laø tæ soá giöõa bieân ñoä töø caûm soùng baäc Bm1 Bm1 cao vaø bieân ñoä töø caûm soùng haøi cô baûn. Maëc khaùc töø thoâng toång cuûa moãi cöïc töø ñöôïc bieåu dieãn baèng toång ñaïi soá sau: Φ = Φ1 ± Φ 3 ± Φ 5 ± ± Φ ν ⎛ Φ Φ Φ ⎞ ⎜ 3 5 ν ⎟ = Φ1 ⎜1± ± ± ± ⎟ ⎝ Φ1 Φ1 Φ1 ⎠ ⎛ B B B ⎞ ⎜ m3 m5 mν ⎟ = Φ1 ⎜1± ± ± ± ⎟ ⎝ 3Bm1 5Bm1 νBm1 ⎠ ⎛ 1 1 1 ⎞ = Φ1 ⎜1± k B3 ± k B5 ± ± k Bν ⎟ ⎝ 3 5 ν ⎠ 6
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - π 1+ k 2 + + k 2 Töø ñoù ta coù: E = Φ.f B3 Bν td 1 1 1 2 1± k ± ± k 3 B3 ν Bν + Bieåu thöùc toång quaùt cuûa söùc ñieän ñoäng: Hieän nay daây quaán phaàn öùng maùy ñieän xoay chieàu ñöôïc duøng nhieàu nhaát laø loaïi daây quaán raûi 2 lôùp böôùc ngaén neân ta coù: Ñoái vôùi soùng ñieàu hoaø baäc 1: E1 = π 2.w.k n1.k r1.Φ1.f1 = 2 2.τ.l.w.k dq1.f1.Bm1 (1) Ñoái vôùi soùng ñieàu hoaø baäc ν : E ν = π 2.w.k nν .k rν .Φ ν .f ν = 2 2.τ.l.w.k dqν .f1.Bmν (2) ÔÛ ñaây, k dq1 = k n1.k r1 , ,k dqν = k nν k rν laø heä soá daây quaán cho soùng ñieàu hoaø baäc 1, , baäc ν . Khi ñoù söùc ñieän ñoäng toång cuûa daây quaán laø: 2 2 2π 1+ ()k .k + + ()k .k E = w.k .Φ.f B3 3 Bν ν td dq1 1 1 1 2 1± k ± ± k 3 B3 ν Bν k dq3 k dqν Trong ñoù: k 3 = , ,k ν = laø trò soá töông ñoái cuûa heä soá daây quaán cho k dq1 k dq1 soùng ñieàu hoaø baäc cao. § 1.3. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP CAÛI THIEÄN DAÏNG SOÙNG SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG. 1. Cheá taïo maët cöïc töø cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä theo quy luaät. Nguyeân nhaân khieán cho daïng soùng sññ khoâng sin laø do söï phaân boá cuûa töø tröôøng khaùc hình sin. Thoâng thöôøng B phaân boá hình thang, muoán sññ laø hình sin thì cöïc töø phaûi goït vaït 2 ñaàu theo hình daïng vaø kích thöôùc thích hôïp. Thöôøng ngöôøi ta cheá taïo maët cöïc theo quy luaät: δ δ = x ⎛ π ⎞ cos⎜ x⎟ ⎝ τ ⎠ δ : laø khe hôû nhoû nhaát giöõa maët cöïc; δ max = ()1,5 ÷ 2,6 δ vôùi b = ()0,65 ÷ 0,75 τ Tuy nhieân bieän phaùp treân chöa cho ñöôïc keát quaû mong muoán. Vì vaäy caàn laøm giaûm hoaëc trieät tieâu caùc söùc ñieän ñoäng baäc cao baèng caùc caùch sau: 7
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2. Ruùt ngaén böôùc daây quaán: Khi quaán böôùc ñuû y = τ bieát k nν = ±1, nghóa laø taát caû caùc soùng haøi baäc cao ñeàu toàn taïi. Ñeå cho caùc sññ baäc cao bò trieät tieâu ngöôøi ta phaûi choïn β theá naøo ñoù ñeå π 1 k = 0 Maø k = sinνβ neáu choïn β = 1− nν nν 2 ν ⎡⎛ 1 ⎞ π⎤ ⎡ π⎤ ⇒ k nν = sin⎢⎜1− ⎟ν. ⎥ = sin⎢()ν −1 ⎥ ⎣⎝ ν ⎠ 2⎦ ⎣ 2⎦ 4 Khi ν = 5 ⇒ k = 0 ⇒ E = 0 töông öùng vôùi β = . n5 5 5 6 Khi ν = 7 ⇒ k = 0 ⇒ E = 0 töông öùng vôùi β = . n7 7 7 1 1 Nghóa laø ta ruùt ngaén böôùc daây quaán ñi τ vaø τ thì E vaø E = 0 . Roõ raøng laø 5 7 5 7 bieän phaùp naøy khoâng ñoàng thôøi trieät tieâu ñöôïc taát caû caùc s.ñ.ñ baäc cao neân ngöôøi ta choïn böôùc daây quaán sao cho giaûm ñöôïc caùc söùc ñieän ñoäng baäc cao maïnh baäc 1 5, 7. Trong tröôøng hôïp ñoù thöôøng ruùt ngaén bôùt ñi τ . Luùc ñoù β = ()0,8 ÷ 0,86 tuyø 6 theo töøng maùy. 3. Quaán raûi: Khi q = 1 thì k rν = ±1, töùc laø taát caû caùc soùng baäc cao ñeàu toàn taïi. Khi q > 1 vaø q caøng taêng thì k rν caøng giaûm, song k rν seõ laäp laïi trò soá ban ñaàu sau 1 soá soùng baäc cao naøo ñoù theo nhöõng chu kì töông öùng. Moät soá soùng baäc cao coù k rν = kr1 ñöôïc goïi laø soùng ñieàu hoaø taêng (ν = ν z vôùi ν z = 2mqk ±1 vaø k = 1, 2, 3 ). Toùm laïi phöông aùn naøy chæ caûi thieän daïng soùng ñöôïc phaàn naøo. 4. Raõnh cheùo: Taùc duïng cuûa noù ñeå khöû soùng ñieàu hoaø raêng. Töø hình veõ ta thaáy söùc ñieän ñoäng coù töø caûm B mνz caûm öùng trong thanh daãn coù chieàu ngöôïc nhau vaø bò trieät tieâu. Böôùc raõnh cheùo caàn phaûi choïn τ b c = 2τνz = 2 ν z 2pτ b = c z ± p z (vôùi k = 1 thì ν = ±1) z p 2pτ Trong thöïc teá, thöôøng choïn b = laø caùc Hình 1.5 Tröôøng hôïp raõnh cheùo c z soùng ñieàu hoaø raêng ñaõ giaûm nhoû ñi nhieàu. 1 böôùc raêng ΔEυz = 0 8
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Caâu hoûi: 1. Vì sao yeâu caàu söùc ñieän ñoäng cuûa maùy ñieän xoay chieàu phaûi coù daïng hình sin. Laøm theá naøo ñeå ñaûm baûo yeâu caàu ñoù? 2. Haõy xaùc ñònh bieåu thöùc söùc ñieän ñoäng cuûa daây quaán 1 pha khi töø tröôøng khoâng hình sin? 3. Caùc bieän phaùp ñeå caûi thieän daïng soùng söùc ñieän ñoäng vaø hieäu löïc cuûa caùc bieän phaùp ñoù? 4. Khi duøng raõnh cheùo thì trò soá söùc ñieän ñoäng do töø tröôøng cô baûn cuûa daây quaán thay ñoåi nhö theá naøo? Thí duï: 1. Cho 1 maùy phaùt ñieän coù p = 2, ñöôøng kính trong cuûa Stator D = 0.7m töø caûm trung bình Btb1 = 0,6T, chieàu daøi tính toaùn cuûa Stator l = 1,3m. Cho bieát Btb3 = 0,325Btb1; Btb5 = 0,15Btb1. Haõy tính söùc ñieän ñoäng E1, E3, E5 vaø söùc ñieän ñoäng toång Etd cuûa 1 thanh daãn (boû qua caùc soùng baäc cao hôn 5), f = 50Hz. Ñaùp soá: E1 = 47,6V; E3 = 15,5V; E5 = 7,1V; E = 50,6V. Giaûi: 1. Ta coù: Bieåu thöùc toång quaùt cuûa söùc ñieän ñoäng: E ν = π 2.w.k nν .k rν .Φ ν .f ν = 2 2.τ.l.w.k dqν .f1.Bmν Ñoái vôùi soùng ñieàu hoaø baäc 1: E1 = π 2.w.k n1.k r1.Φ1.f1 = 2 2.τ.l.w.k dq1.f1.Bm1 Thanh daãn: E1 = 2τ.l.Bm1.f1 πD π.0,7 Vôùi τ = = = 0,55 2p 2.2 π B = B m1 2 tb1 πD π ⇒ E = 2. .l. B .f 1 2p 2 tb1 1 π2 0,7 = 2 . .1,3.0,6.50 4 2 = 47,63(V) Töông töï: E 3 = 2τ.l.Bm3 .f 3 = 0,325E1 = 15,5(V) E 5 = 2τ.l.Bm5 .f 5 = 0,15E1 = 7,14(V) Söùc ñieän ñoäng toång cuûa 1 thanh daãn: 2 2 E td = E1 1+ k B3 + k B5 = 47,63 1+ 0,3252 + 0,152 = 50,6(V) 9
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi taäp: 1.1. Tính heä soá daây quaán kdq cuûa daây quaán hai lôùp coù q = 2; p = 2; z = 24; 5 β = . Bieát raèng moãi boái daây coù ws = 5 voøng vaø söùc ñieän ñoäng cuûa thanh daãn Etd 6 = 5V. Haõy tính söùc ñieän ñoäng cuûa moãi nhoùm vaø s.ñ.ñ cuûa moãi pha cuûa daây quaán ñoù. Ñaùp soá: Eq = 93,3V, Ef = 93,3V. 1.2. Cho 1 maùy phaùt ñieän ba pha 6000kW; 6300V; 3000 voøng/phuùt; f = 50Hz; cosϕ = 0,8; ñöôøng kính trong stator D = 0,7m; chieàu daøi stator l = 1,35m; Btb = 0,4890T; z = 36; daây quaán 2 lôùp; y = 13; soá voøng daây noái tieáp trong moät pha W = 24. Haõy tính söùc ñieän ñoäng pha cuûa maùy. Ñaùp soá: Ef = 3353,67V. 10
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CHÖÔNG II: DAÂY QUAÁN PHAÀN ÖÙNG MAÙY ÑIEÄN XOAY CHIEÀU § 2.1 ÑAÏI CÖÔNG Daây quaán maùy ñieän xoay chieàu coù nhieäm vuï caûm öùng ñöôïc söùc ñieän ñoäng (s.ñ.ñ) nhaát ñònh ñoàng thôøi cuõng tham gia vaøo vieäc taïo neân töø tröôøng caàn thieát cho söï bieán ñoåi naêng löôïng ñieän töø trong maùy. Keát caáu cuûa daây quaán phaûi ñaûm baûo caùc yeâu caàu kyõ thuaät sau: + Tieát kieäm daây quaán (phaàn ñaàu noái). + Beàn veà cô, nhieät, ñieän. + Cheá taïo ñôn giaûn, laép raùp, söûa chöõa deã daøng. Phaân loaïi daây quaán: + Theo soá pha: m = 1, 2, 3. + Theo soá raõnh cuûa moät pha döôùi moãi böôùc cöïc q. + Theo lôùp: 1 lôùp, 2 lôùp. + Theo hình daïng phaàn ñaàu noái: daây quaán ñoàng khuoân, ñoàng taâm, xeáp, soùng .v.v.v Thöôøng thì soá raõnh cuûa 1 pha döôùi moät cöïc q laø soá nguyeân nhöng trong moät soá tröôøng hôïp caàn thieát q coù theå laø phaân soá. Daây quaán maùy ñieän xoay chieàu coù theå ñaët trong raõnh thaønh 1 lôùp hoaëc 2 lôùp vaø töông öùng laø daây quaán 1 lôùp vaø 2 lôùp. Trong thöïc teá raát nhieàu loaïi daây quaán, trong phaàn naøy ta ñeà caäp ñeán 1, 2 loaïi phoå bieán thöôøng gaëp vaø moãi loaïi chæ neâu phöông phaùp phaân tích vaø sô ñoà noái daây. § 2.2. DAÂY QUAÁN 3 PHA COÙ Q LAØ SOÁ NGUYEÂN 1. Daây quaán 1 lôùp: Thöôøng ñöôïc duøng cho caùc ñoäng cô ñieän coù coâng suaát < 7kW. Trong moãi raõnh chæ ñaët 1 caïnh taùc duïng neân soá boái daây S = Z/2. Thí duï: Veõ sô ñoà khai trieån daây quaán kieåu ñoàng khuoân taäp trung 1 lôùp, Z = 24, 2p = 4. • Trình töï xaây döïng sô ñoà daây quaán 1 lôùp vôùi q laø soá nguyeân: - Xaùc ñònh goùc ñoä ñieän giöõa 2 raõnh lieân tieáp: p.3600 2.3600 α = = = 300 ñ Z 24 Neân caïnh taùc duïng töø 1 ñeán 12 döôùi ñoâi cöïc thöù nhaát laøm thaønh hình sao s.ñ.ñ coù 12 tia nhö hình 2 -1a. Do vò trí caùc caïnh 13 ñeán 24 döôùi ñoâi cöïc thöù 2 hoaøn toaøn gioáng vò trí cuûa caùc caïnh 1 ñeán 12 döôùi ñoâi cöïc thöù nhaát neân s.ñ.ñ cuûa chuùng ñöôïc bieåu thò baèng hình sao s.ñ.ñ truøng vôùi hình sao s.ñ.ñ thöù nhaát. - Soá raõnh cuûa 1 pha döôùi 1 cöïc: Z 24 q = = = 2 2mp 2.3.2 11
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - Soá phaàn töû daây quaán: Z 24 S = = = 12 2 2 S 12 - Soá phaàn töû daây quaán trong moät pha: S = = = 4 fa m 3 S 12 - Soá nhoùm boái daây trong moät pha: n = = = 2 mq 3.2 Hình 2.1 Hình sao söùc ñieän ñoäng 12 tia So saùnh vôùi soá ñoâi cöïc 2p ta suy ra daây quaán ñaáu cöïc giaû. - Pha A caùch pha B laø 1200 ñieän töông ñöông vôùi: 0 0 120 120 raõnh. = 0 = 4 α ñ 30 - Böôùc daây quaán y = τ = 6. - Giaûn ñoà khai trieån daây quaán: 12
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 2.2 Sô ñoà khai trieån daây quaán 3 pha 1 lôùp ñoàng khuoân taäp trung vôùi Z = 24; 2p = 4; q = 2. 2. Daây quaán 2 lôùp: Laø loaïi daây quaán maø trong moãi raõnh ñaët 2 caïnh taùc duïng, neân soá phaàn töû baèng soá raõnh cuûa loõi theùp ⇒ S = Z. so vôùi daây quaán 1 lôùp daây quaán 2 lôùp coù nhöõng öu ñieåm sau: - Loaïi naøy coù theå thöïc hieän ñöôïc böôùc ngaén laøm giaûm söùc ñieän ñoäng baäc cao, caûi thieän ñöôïc daïng soùng söùc Hình 2.3 Hình tia söùc ñieän ñoäng ñieän ñoäng, ñaëc tính laøm vieäc cuûa maùy toát hôn. - Ñaàu noái cuûa caùc boái daây chaéc chaén, goïn, ít choaùn choã, traùnh ñöôïc phaàn ñaàu noái chaïm vaøo naép maùy. Tuy nhieân vieäc loàng daây cuõng nhö söûa chöõa gaëp nhieàu khoù khaên hôn trong daây quaán 1 lôùp. Coù 2 kieåu daây quaán: Quaán xeáp vaø quaán soùng, ña soá duøng daây quaán xeáp. Daây quaán soùng chæ duøng vôùi rotor daây quaán cuûa ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä. a) Daây quaán xeáp: Thí duï: Veõ sô ñoà khai trieån daây quaán xeáp 3 pha, 2 lôùp vôùi Z = 24, 2p = 4. • Trình töï xaây döïng sô ñoà daây quaán xeáp 3 pha 2 lôùp vôùi q laø soá nguyeân: 1. Veõ hình tia söùc ñieän ñoäng. 13
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - p.3600 2.3600 α = = = 300 ñ Z 24 Z τ = : böôùc cöïc 2p y β = : heä soá ruùt ngaén böôùc daây τ y: böôùc daây - Soá raõnh cuûa 1 pha döôùi 1 böôùc cöïc: Z 24 q = = = 2 2mp 2.3.2 - Soá phaàn töû daây quaán: S = Z = 24 S 24 - Soá phaàn töû trong 1 pha: S = = = 8 pha m 3 - Soá nhoùm boái daây trong 1 pha: S 24 n = = = 4 m.q 3.2 n = 2p ⇒ ñaáu cöïc thaät (c – c, ñ - ñ) y 5.6 2. Böôùc daây quaán: Quaán böôùc ngaén y = β.τ = 5 ⇒ τ = = = 6 β 5 AA ZZ BB XX CC yy AA ZZ BB XX CC yy A ZZ BB XX CC yy AA ZZ BB XX CC yy A Hình 2.4 Daây quaán xeáp 2 lôùp vôùi Z = 24, 2p = 2, q = 5, β =5/6. Caùch veõ: Ñaàu tieân ta phaân boá cuoän daây theo vuøng pha vôùi q = 2 cho moãi vuøng. Neáu raõnh 1 vaø 2 thuoäc vuøng pha A thì vuøng pha B phaûi ñaët ôû raõnh 5, 6 vì pha B caàn phaûi dòch chuyeån so vôùi pha A laø 1200 töùc 4 raõnh (1 + 4 = 5, 2 + 4 = 6). 14
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Pha C cuõng dòch chuyeån töông ñoái vôùi pha B vaø chieám caùc raõnh (5 + 4 = 9, 6 + 4 = 10). Coøn khoaûng raõnh töø 13 24 cuõng ñöôïc phaân boá xen keõ caùc pha A, B, C vôùi cuøng 1 quy luaät nhö vaäy (pha A: 13, 14, pha B: 17, 18, pha C: 21, 22). Nhö vaäy moät nöûa vuøng pha vaø lôùp treân ñaõ ñöôïc phaân boá, coøn caùc vuøng pha khaùc cuõng ñöôïc phaân boá theo caùc pha A, B, C vaø ñöôïc kí hieäu töông öùng X, Y, Z. Luùc naøy vuøng X thuoäc pha A dòch chuyeån so vôùi vuøng A laø t = 6 töùc laø ôû caùc raõnh (1 + 6 = 7, 2 + 6 = 8, 13 + 6 = 19, 14 + 6 = 20). Töông töï vuøng Y thuoäc pha B ôû caùc raõnh (5 + 6 = 11, 6 + 6 = 12, 17 + 6 = 23, 18 + 6 = 24). Coøn vuøng Z thuoäc pha C ôû caùc raõnh (9 – 6 = 3, 10 – 6 = 4, 21 – 6 = 15, 22 – 6 = 16). Söï khaùc nhau ôû caùc vuøng pha A, B, C vaø X, Y, Z laø söùc ñieän ñoäng ôû caùc caïnh töông öùng cuûa noù. b) Daây quaán soùng: Trình töï xaây döïng sô ñoà daây quaán soùng hai lôùp: Böôùc 1: Laáy soá lieäu Z, 2p. Suy ra τ vaø kieåm tra laïi caùc ñieàu kieän Z vaø τ . Böôùc 2: Choïn böôùc quaán daây toång hôïp y (Z ± b) y = p Khi Z = np (n laø soá nguyeân) choïn b = 0. Tröôøng hôïp naøy töông öùng vôùi Z laø boäi soá cuûa p. Khi soá caïnh taùc duïng trong raõnh laø 2 hay laø boäi soá cuûa 2 (4, 6, 8, ) ta thöôøng choïn b = 1. Khi trong moät raõnh chæ coù moät caïnh taùc duïng, ta choïn b = 2. Böôùc 3: Goïi N laø toång soá caïnh taùc duïng cuûa boä daây quaán. ¾ Neáu (N/6) laø soá chaün thì moät nhaùnh trong moät pha coù (N/6) caïnh taùc duïng. N ¾ Neáu (N/6) laø soá leû thì moät nhaùnh trong moät pha coù ( −1) caïnh taùc duïng, 6 N nhaùnh coøn laïi coù ( +1) caïnh taùc duïng. 6 Böôùc 4: Laäp baûng soá xaùc ñònh caùch quaán daây, baûng soá thieát laäp nhö sau: • Chia baûng daây quaán thaønh 2p coät. • Laàn löôït ghi lôùp treân, lôùp döôùi, lôùp treân, lôùp döôùi, vaøo ñaàu moãi coät bieåu thò cho caïnh taùc duïng treân vaø döôùi cuûa moãi boái daây. Sau ñoù, ghi soá thöù töï raõnh vaøo moãi oâ. Goïi y1 laø böôùc boái daây vaø böôùc y2 tính nhö sau: y2 = y – y1. Ta ghi soá sau caùch soá tröôùc moät böôùc y1, roài y2. • Moãi khi ghi heát moät doøng, tröôùc khi vieát oâ ñaàu cuûa doøng tieáp theo, ta xem maïch coù bò kheùp kín sôùm hay khoâng. Neáu coù söï kheùp kín maïch sôùm thì phaûi taêng hay giaûm böôùc y2 moät ñôn vò. • Neáu sô ñoà quaán duøng cho stator thì phaûi tieán haønh bieän phaùp vöøa neâu bình thöôøng ôû treân, ngöôïc laïi neáu daây quaán duøng cho rotor ta phaûi chuù yù caùch ⎛ Z ⎞ ⎛ 2Z ⎞ ñaët ñaàu daây vaøo moãi pha ôû caùc soá raõnh 1; ⎜1+ ⎟ ; vaø ⎜1+ ⎟ vaøo vò trí oâ ⎝ 3 ⎠ ⎝ 3 ⎠ thích hôïp ñöùng ñaàu moãi nhaùnh (tröø tröôøng hôïp 2p laø boäi soá cuûa 3). 15
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - • Laäp baûng soá qui ñònh ñaàu daây, suy ra soá thanh noái chuyeån höôùng trong moãi pha. Böôùc 5: Thöïc hieän sô ñoà khai trieån daây quaán. Neân veõ caùc thanh chuyeån höôùng vaø caùc ñaàu vaøo ra cuûa moãi nhoùm boái tröôùc tieân. Hình daïng cuûa baûng soá xaùc ñònh caùc nhoùm cuûa caùc pha ñöôïc moâ taû trong hình veõ sau. Baûng xaùc ñònh caùch ñaáu caùc pha: Lôùp treân Lôùp döôùi Lôùp treân Lôùp döôùi Lôùp treân Lôùp döôùi 2p coät Ñaàu Nhoùm boái daây Pha Vaøo Ra CH A C CH: Chuyeån höôùng B A Z.U Toång soá haøng cuûa baûng xaùc ñònh caùch ñaáu cho boái daây goàm r haøng, vôùi 2 p Ur: laø soá caïnh taùc duïng trong moät raõnh. Chuù yù: Cuõng nhö daây quaán xeáp, daây quaán soùng böôùc ngaén cuõng laøm cho ñaëc tính ñieän cuûa maùy toát hôn. Thí duï: Daây quaán soùng 3 pha, 2 lôùp coù Z = 24, 2p = 4. Böôùc toång hôïp: Z 24 y = = = 12 p 2 Choïn böôùc boái daây y1 laø böôùc ngaén, vôùi y1 = 5 Böôùc daây y2 = 12 – 5 = 7. Soá raõnh cuûa 1 pha döôùi 1 cöïc: Z 24 q = = = 2 2mp 3.4 Soá phaàn töû S = Z =24. Baûng xaùc ñònh caùch ñaáu caùc pha: 24.2 Baûng coù 4 coät töông öùng vôùi 4 cöïc. Soá haøng = = 12 (haøng) 4 +(y2 + 1) 16
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Lôùp treân Lôùp döôùi Lôùp treân Lôùp döôùi 1 +y1 6’ +y2 13 +y1 18’ Nhoùm 1 2 7’ 14 19’ } Pha A. 3 8’ 15 2’ Nhoùm 2. 4 9’ 16 21’ } Pha C. 5 10’ 17 22’ Nhoùm 3 6 11’ 18 23’ } Pha B 7 12’ 19 24’ Nhoùm 4 8 13’ 20 1’ } Pha A 9 14’ 21 2’ Nhoùm 5 10 15’ 22 3’ } Pha C 11 16’ 23 4’ Nhoùm 6 12 17’ 24 5’ } Pha B Hình 2.5 Daây quaán soùng 2 lôùp vôùi Z = 24, 2p = 4, q = 2, β = 5/ 6 17
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - § 2.3. DAÂY QUAÁN 3 PHA COÙ Q LAØ PHAÂN SOÁ Ta coù 2 phöông phaùp boá trí daây quaán (khi q laø phaân soá) ñoù laø phöông phaùp boá trí theo Clement vaø phöông phaùp boá trí theo Py δ o. Ñoái vôùi phöông phaùp Clement, ta coù theå boá trí daây quaán theo daïng 1 lôùp hay 2 lôùp. Tuy nhieân daïng 2 lôùp chæ laø bieán daïng suy ra töø keát caáu 1 lôùp. Vaø phöông phaùp Clement seõ khoâng söû duïng ñöôïc stator hay rotor coù soá raõnh leû, vì luùc ñoù daây quaán 1 lôùp khoâng boá trí ñöôïc neân cuõng khoâng tìm ra ñöôïc daïng daây quaán 2 lôùp. Phöông phaùp boá trí theo Py δ o chæ thích hôïp cho daây quaán 2 lôùp vôùi Z chaún hay leû ñeàu ñöôïc. Trình töï xaây döïng sô ñoà daây quaán 1 lôùp, q phaân soá theo Clement: Böôùc 1: Xaùc ñònh Z. 2p, sau ñoù tính ra: τ,q,α ñ . Vieát q döôùi daïng sau: c q = b + d Trong ñoù b, c, d laø soá nguyeân (c 0,5 : ta ghi giaù trò (b + 1) cho moãi oâ trong baûng. ⎝ d ⎠ ⎛ c ⎞ Neáu ⎜ ⎟ = 0,5 : ta ghi giaù trò b hay (b + 1) cho moãi oâ trong baûng. ⎝ d ⎠ Böôùc 3: Baûng soá thaønh laäp trong böôùc 2 laø baûng phaân boá raõnh cho moãi pha treân moãi khoaûng böôùc cöïc. Neáu coäng toång soá caùc giaù trò ghi cho caùc oâ trong baûng, giaù trò naøy coù theå: Nhoû hôn toång soá raõnh thöïc Z cuûa ñoäng cô, neáu moãi oâ ghi giaù trò b. Lôùn hôn toång soá raõnh Z cuûa ñoäng cô, neáu moãi oâ ghi giaù trò (b + 1). Nhö vaäy trong böôùc 3 ta ñieàu chænh caùc giaù trò ghi theo baûng 2 ñeå coù phaân boá raõnh ñuùng theo toång soá raõnh thöïc Z ñang coù treân stator. Phöông phaùp taêng hay giaûm soá raõnh phaân boá trong baûng phaân boá raõnh ôû böôùc 2 ñöôïc thöïc hieän nhö sau: 18
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ¾ Töø oâ ñaàu tieân ta ñaùnh daáu *, sau ñoù baét ñaàu ñeám töø traùi sang phaûi, töø treân xuoáng döôùi moät khoaûng caùch baèng ñuùng soá cöïc 2p, döøng laïi taïi oâ naøo ñaùnh taïi oâ ñoù; tieáp tuïc thöïc hieän pheùp ñaùnh daáu baèng phöông phaùp naøy cho ñeán khi veà ñuùng oâ môû ñaàu. ¾ Treân cuøng moät coät ngay haøng beân döôùi cuûa caùc oâ vöøa ñöôïc ñaùnh daáu, ta ñaùnh daáu tieáp. Thoâng thöôøng, vôùi phöông phaùp treân moãi laàn ñaùnh daáu treân baûng ta coù 6 hay boäi soá cuûa 6 oâ ñöôïc ñaùnh daáu. ¾ Taïi caùc oâ ñaõ ñaùnh daáu ta ñieàu chænh giaù trò ghi trong moãi oâ theo qui taéc sau: o Neáu trò soá ghi trong oâ laø b ta chænh thaønh (b + 1). o Neáu trò soá ghi trong oâ laø (b + 1) ta chænh thaønh b. Böôùc 4: Caên cöù theo giaù trò trong baûng phaân boá theo Clement vöøa hieäu chænh ta xaùc ñònh phaân boá raõnh cho moãi pha treân moãi böôùc cöïc. Sau ñoù, tuyø theo daïng sô ñoà daây quaán 1 lôùp muoán thöïc hieän ta veõ sô ñoà (phöông phaùp veõ sô ñoà luùc naøy thöïc hieän töông töï nhö ñaõ thöïc hieän ôû daây quaán 1 lôùp q nguyeân). Thí duï: Veõ sô ñoà khai trieån daây quaán cho ñoäng cô 3 pha coù Z = 30, 2p = 4. Z 30 Ta coù: τ = = = 7,5 2p 4 Z 30 5 1 q = = = = 2 + 2pm 4.3 2 2 Vaäy b = 2, c = 1, d = 1. Laäp baûng phaân boá: A C B 2* 2 2 2* 2* 2 2 2* 2* 2 2 2* A C B 3 2 2 3 3 2 2 3 3 2 2 3 19
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trình töï xaây döïng sô ñoà daây quaán theo Py δ o. Böôùc 1: Xaùc ñònh Z, 2p, sau ñoù tính ra: τ,q,α ñ . Vieát q döôùi daïng sau: c q = b + d Hình 2.6 Daây quaán 1 lôùp ñoàng khuoân taäp trung, ñaàu vaøo 2 pha lieân tieáp leäch 1200 (Z = 30; 2p = 4; Phaân boá theo Clement). Trong ñoù b, c, d laø soá nguyeân (c < d vaø c/d laø phaân soá toái giaûn). Böôùc 2: Caên cöù caùc giaù trò b, c, d ta laäp nhoùm soá thöù töï theo qui taéc sau: Vieát con soá coù giaù trò baèng (b + 1) thaønh c laàn. Vieát con soá coù giaù trò baèng b thaønh (d - c) laàn. Sau ñoù, tính toång caùc soá haïng cuûa nhoùm soá thöù töï vöøa laäp, moät caùch toång quaùt ta xaùc ñònh nhö sau: ⎛Toång caùc soá haïng ⎞ ⎜ ⎟ = (b +1)c + b(d − c) = bc + c + bd − bc ⎝cuûa nhoùm soá thöù töï⎠ Xaùc ñònh tæ soá M ñöôïc ñònh nghóa laø: Z M = c + bd c bd + c Vì q = b + = d d Hay qd = bd + c Z Z 3Z 3.2p Vaäy M = = = = qd ⎛ τ ⎞ ⎛ Z ⎞ d d⎜ ⎟ d⎜ ⎟ ⎝ 3 ⎠ ⎝ 2p ⎠ 20
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Theo Py δ o, M chính laø soá laàn vieát laäp laïi nhoùm soá thöù töï vaø chuoãi soá tuaàn hoaøn tìm ñöôïc baèng caùch vieát M laàn nhoùm soá thöù töï xaùc ñònh xaùc ñònh phaân boá raõnh cho moãi pha daây quaán treân stator. Böôùc 3: Choïn y vaø theo phaân boá raõnh ñònh ôû böôùc 2 ta veõ sô ñoà daây quaán 2 lôùp. Thí duï: Daây quaán 3 pha vôùi q laø phaân soá, Z = 15, 2p = 4. Z 15 1 q = = = 1+ 2mp 12 4 Töùc laø b = 1, c = 1 vaø d = 4 vaø q = bd + c = 4 + 1 = 5 laø soá raõnh ñöông löôïng (ñaúng trò) cuûa 1 pha döôùi 1 cöïc. Böôùc cöïc 1: Raõnh 1 2 3 4 Pha A A C B Böôùc cöïc 2: Raõnh 5 6 7 8 Pha A C C B Hình 2.7 Daây quaán 3 pha 2 lôùp 1 Böôùc cöïc 3: vôùi Z = 15, 2p = 4, q = 1+ , 4 Raõnh 9 10 11 12 phaân boá theo pyδ o Pha A C B B Böôùc cöïc 4: Raõnh 13 14 15 Pha A C B 1 3 - Böôùc cöïc: τ = m.q = 3.(1+ ) = (3 + ) (tính baèng soá raõnh) 4 4 Chuùng ta coù theå laáy böôùc raõnh y = 3. y 3 4 Khi ñoù: β = = = = 0,8 τ 3 5 3 + 4 Trong tröôøng hôïp naøy ta coù d = 4 nhoùm boái daây phaân boá treân 4 cöïc, phaûi coù d - c = 4 - 1 = 3 nhoùm coù b = 1 boái daây, phaûi coù c = 1 nhoùm coù b + 1 = 1 + 1 = 2 boái daây. p.360 2.360 α = = = 480 ñ Z 15 21
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - § 2.4. DAÂY QUAÁN NGAÉN MAÏCH KIEÅU LOÀNG SOÙC Daây quaán ngaén maïch kieåu loàng soùc ñöôïc taïo bôûi caùc thanh daãn baèng ñoàng ñaët trong raõnh, 2 ñaàu haøn vôùi 2 ñaàu ngaén maïch cuõng baèng ñoàng. Caùc thanh daãn vaø voøng ngaén maïch noùi treân cuõng coù theå ñöôïc ñuùc baèng nhoâm. 2.π.p Söùc ñieän ñoäng cuûa caùc thanh daãn keá tieáp leäch pha 1 goùc pha α = vaø ñ z coù theå bieåu thò thaønh hình sao söùc ñieän ñoäng coù z/t vector, trong ñoù t laø öôùc soá chung lôùn nhaát cuûa z vaø p. ÔÛ tröôøng hôïp daây quaán loàng soùc moãi vector söùc ñieän Z ñoäng öùng vôùi 1 pha vaø nhö vaäy soá pha m = vaø neáu coù t hình sao söùc ñieän ñoäng t truøng nhau thì moãi pha coù t thanh daãn gheùp song song. Treân thöïc teá, luùc tính ñeå ñôn giaûn thöôøng xem nhö moãi thanh daãn öùng vôùi 1 pha vaø nhö vaäy m = z, soá voøng daây cuûa 1 pha w = 1/2 vaø caùc heä soá böôùc ngaén, heä soá quaán raûi ñoái vôùi taát caû caùc soùng ñieàu hoaø knv = krv = 1. Sô ñoà maïch ñieän cuûa daây quaán loàng soùc nhö hình 2-8a. Trong ñoù: + rt laø ñieän trôû thanh daãn. + rv laø ñieän trôû töøng ñoaïn giöõa 2 thanh daãn cuûa vaønh ngaén maïch. Ñeå xem daây quaán m pha ñaáu hình sao vaø bò noái ngaén maïch, ta thay theá maïch ñieän thöïc noùi treân baèng maïch ñieän töông ñöông (hình 2-8b) döïa treân cô sôû toån hao Hình 2.8 Sô ñoà maïch ñieän thöïc (a) vaø treân ñieän trôû cuûa 2 maïch ñieän ñoù töông ñöông (b). phaûi baèng nhau. Ñoái vôùi 1 nuùt baát kyø, thí duï nuùt 2 ta coù: it2 = iv23 – iv12 Do doøng ñieän trong caùc ñoaïn chia cuûa vaønh ngaén maïch cuõng leäch pha nhau goùc α nhö treân hình (2-9) neân: α pπ l = 2l sin = 2l sin t v 2 v z l vaø l = t v pπ Hình 2.9 Quan heä doøng ñieän trong 2sin z thanh daãn vaø doøng ñieän trong voøng Vì toån hao treân ñieän trôû cuûa maïch é ñieän thöïc vaø maïch ñieän thay theá cuûa cuoän daây phaûi baèng nhau, nghóa laø: 2 2 2 Zlt rt + 2Zlv rv = Zlt r 22
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - neân keát hôïp vôùi lv suy ra ñöôïc ñieän trôû moãi pha cuûa daây quaán: r r = r + v t pπ 2sin 2 z Hình 2.10 Raõnh nöûa kín (a), raõnh nöûa hôû (b) vaø raõnh hôû cuûa maùy ñieän xoay chieàu. § 2.5. CAÙCH THÖÏC HIEÄN DAÂY QUAÁN MAÙY ÑIEÄN XOAY CHIEÀU Daây quaán maùy ñieän xoay chieàu ñöôïc ñaët treân caùc raõnh treân stator hoaëc rotor. Caùc raõnh naøy coù theå coù mieäng raõnh nöûa kín, nöûa hôû vaø hôû nhö treân hình 2.9. Raõnh nöûa kín thöôøng ñöôïc duøng cho daây quaán stator cuûa maùy coâng suaát tôùi 100kW vaø ñieän aùp ñeán 650V. Caùch ñieän raõnh thöôøng daøy khoaûng (0,35 ÷ 0,65)mm vaø goàm nhöõng phaàn töû nhieàu voøng tieát dieän troøn vôùi ñöôøng kính (2,2 ÷ 2,5)mm. Khi loàng daây phaûi cho töøng moät hoaëc hai voøng daây qua mieäng raõnh. Raõnh nöûa hôû thöôøng ñöôïc duøng cho caùc maùy coù coâng suaát lôùn töø (300 ÷ 400)kW ôû toác ñoä 1500vg/ph vaø ñeán 650V. ÔÛ tröôøng hôïp naøy, boái daây (hay phaàn töû) ñöôïc chia laøm 2 nöûa boái theo chieàu roäng cuûa raõnh, caùc nöûa boái ñoù goàm nhieàu voøng daây tieát dieän chöõ nhaät quaán theo khuoân ñònh hình. Caùc nöûa boái daây ñöôïc boïc vaûi vaø khi loàng daây cho caû nöûa boái Hình 2.11 Coá ñònh phaàn ñaàu qua mieäng raõnh. Raõnh hôû thöôøng duøng vôùi caùc noái cuûa daây quaán rotor. loaïi maùy coù coâng suaát lôùn, ñieän aùp cao. Trong 1. Voøng theùp tröôøng hôïp naøy daây quaán ñöôïc cheá taïo töø daây 2. Vaønh eùp theùp. daãn coù tieát dieän hình chöõ nhaät vaø caùc boái ñöôïc 3. Bulong caùch ñieän tröôùc khi ñaët vaøo raõnh. Sau khi loàng daây vaøo raõnh, mieäng raõnh ñöôïc neâm kín baèng caùc thanh neâm baèng vaät lieäu caùch ñieän nhö tre, goã ñaõ ñöôïc xöû lyù 23
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - geâtinaéc, textoâlit, vaø nhö vaäy taùc duïng cuûa boái daây ñöôïc eùp chaët trong raõnh. Neáu daây quaán ñöôïc ñaët ôû rotor thì phaàn ñaàu noái cuûa noù ñöôïc ñai chaët baèng daây theùp ñeå traùnh bò tung ra do löïc li taâm khi rotor quay. ÔÛ caùc maùy ñieän coâng suaát lôùn, ñeå traùnh caùc löïc ñieän töø raát maïnh luùc xaûy ra ngaén maïch laøm hoûng phaàn ñaàu noái daây quaán Stator, boä phaän naøy ñöôïc buoäc chaët vaøo caùc voøng theùp coù buloâng baét vaøo thaân maùy nhö hình (2-11). § 2.6. DAÂY QUAÁN 1 PHA. 1. Khaùi nieäm Trong phaàn öùng stator ñoäng cô 1 hay 2 pha, ta thöôøng boá trí hai daây quaán leäch pha khoâng gian 900, vaø taïo doøng ñieän qua 2 boä daây naøy leäch pha thôøi gian 900 (hay gaàn 900) ñeå taïo ra moät töø tröôøng quay troøn khôûi ñoäng cho ñoäng cô. Neáu pha phuï ñöôïc caét khoûi nguoàn ñieän khi toác ñoä quay rotor ñaït ñöôïc khoaûng 75% toác ñoä ñoàng boä, ñoäng cô ôû daïng 1 pha. Töông töï nhö daây quaán stator ñoäng cô 3 pha, daây quaán stator ñoäng cô 1 pha cuõng ñöôïc phaân loaïi thaønh caùc daïng: o Daây quaán 1 lôùp ñoàng khuoân hay ñoàng taâm. o Daây quaán 2 lôùp. o Daây quaán sin; hình daïng nhoùm boái daây quaán sin gioáng nhö nhoùm boái daây ñoàng taâm, nhöng soá voøng cuûa moãi boái trong nhoùm boái daây quaán sin khoâng baèng nhau (cheânh leäch soá voøng giöõa moãi boái daây quaán sin trong 1 nhoùm tuaân theo 1 tæ leä ñònh tröôùc). Ñaëc ñieåm cuûa daây quaán ñoäng cô 1 pha thöôøng khoâng coù daïng q phaân soá nhö trong daây quaán ñoäng cô 3 pha. Do ñoù, toång soá raõnh stator phaûi phaân boá theo tæ leä ñònh tröôùc cho pha chính vaø pha phuï. Thoâng thöôøng, neáu goïi QA: Toång soá raõnh phaân boá cho pha chính. QB: Toång soá raõnh phaân boá cho pha phuï. Ta coù tæ leä phaân boá nhö sau: QA = 3QB QA = 2QB QA = QB Phaân boá tæ leä naøy chæ duøng cho tröôøng hôïp daây quaán ôû daïng 1 lôùp hay 2 lôùp. Caùc coâng thöùc vaø kí hieäu hay duøng cho daây quaán 1 lôùp hay 2 lôùp: Goïi qA : Soá raõnh phaân boá cho pha chính treân moät böôùc cöïc töø. qB : Soá raõnh phaân boá cho pha phuï treân moät böôùc cöïc töø. Vôùi caùc ñònh nghóa treân, ta coù quan heä sau: QA + QB = Z (2-1) Q q = A (2-2) A 2p Q q = B (2-3) B 2p 24
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - q A + q B = τ (2-4) Tuyø theo loaïi ñoäng cô 1 pha hay 2 pha, khi duøng daây quaán 1 hay 2 lôùp ta coù theå choïn phaân boá: QA = 2QB hay QA = QB khi ñoäng cô ôû daïng 2 pha duøng tuï thöôøng tröïc. QA = 3QB hay QA = 2QB khi ñoäng cô ôû daïng 1 pha duøng pha phuï khôûi ñoäng hay duøng tuï khôûi ñoäng. Tuy nhieân, vôùi 1 keát caáu stator, töông öùng vôùi 1 soá raõnh stator Z coù tröôùc vaø vôùi 1 giaù trò 2p yeâu caàu ta khoâng theå choïn moät trong caùc phaân boá treân tuyø yù maø phaûi coù ñieàu kieän ñeå cho qA vaø qB khoâng phaûi ôû daïng phaân soá. Caùc yeâu caàu ñieàu kieän ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: Ñieàu kieän söû duïng phaân boá QA = QB: Z Muoán duøng phaân boá Q = Q = cho daây quaán stator, ta caàn coù qA vaø qB laø caùc A B 2 soá nguyeân. τ Khi q = q = nguyeân ⇔ τ laø boäi soá cuûa 2. A B 2 Toùm laïi: Muoán söû duïng phaân boá QA = QB ta caàn coù ñieàu kieän τ laø boäi soá cuûa 2. Ñieàu kieän söû duïng phaân boá QA = 2QB: 2Z Z Khi Q = 2Q ta coù Q = vaø Q = A B A 3 B 3 2τ τ ⇔ q A = nguyeân vaø q B = nguyeân Muoán qA vaø qB laø caùc soá nguyeân 3 3 ⇔ τ laø boäi soá cuûa 3 Toùm laïi: Muoán söû duïng phaân boá QA = 2QB ta caàn coù ñieàu kieän τ laø boäi soá cuûa 3. Töông töï, khi xeùt phaân boá QA = 3QB, ta suy ra ñieàu kieän nhö sau: Muoán söû duïng phaân boá QA = 3QB ta caàn coù ñieàu kieän τ laø boäi soá cuûa 4. 2. Trình töï xaây döïng sô ñoà khai trieån daây quaán 1 lôùp: Töông töï nhö ôû tröôøng hôïp ñoäng cô 3 pha, ta cuõng tieán haønh tuaàn töï theo caùc böôùc sau ñaây: Böôùc 1: Xaùc ñònh Z vaø 2p, sau ñoù tính ra caùc giaù trò τ vaø α ñ , ta coù: Z 1800 τ = vaø α = 2p ñ τ Tuyø theo τ laø boäi soá cuûa 2, 3 hay 4, choïn phaân boá raõnh cho pha chính vaø pha phuï. Tính qA vaø qB. 25
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Böôùc 2: Phaân boá raõnh cho pha chính vaø pha phuï theo τ , qA vaø qB. (phöông phaùp thöïc hieän töông töï nhö trong tröôøng hôïp ñoäng cô 3 pha). Böôùc 3: Tuyø theo daïng daây quaán caàn veõ, ta taïo ñaàu noái cho caùc nhoùm boái daây, veõ cho pha chính roài pha phuï. Moät ñieàu khaùc bieät cho daây quaán cuûa ñoäng cô 3 pha so vôùi 1 pha laø ñaàu vaøo pha phuï so vôùi pha chính khoâng caàn leäch pha 900 ñieän. Vieäc xeùt leäch pha khoâng gian giöõa pha chính vaø pha phuï ñöôïc xeùt theo phöông phaùp khaùc. Thí duï1: Xaây döïng caùc sô ñoà khai trieån daây quaán 1 lôùp cho stator ñoäng cô 1 pha coù Z = 36 vaø 2p = 4. Giaûi: Böôùc 1: Vôùi Z = 36 vaø 2p = 4, ta tính ñöôïc: • Böôùc cöïc τ = 9raõnh/böôùccöïc, vaäy τ coù giaù trò leû vaø laø boäi soá cuûa 3, do ñoù chæ coù theå duøng phaân boá QA = 2QB. 2 Q A = Z = 24 raõnh pha chính. Vaäy 3 1 Q = Z = 12 raõnh pha phuï. B 3 • Soá raõnh phaân boá cho pha chính treân 1 böôùc cöïc qA = 6raõnh/pha chính/böôùc cöïc. Soá raõnh phaân boá cho pha phuï treân 1 böôùc cöïc qB = 3raõnh/pha phuï/böôùc cöïc. 180 • Goùc leäch ñieän giöõa 2 raõnh lieân tieáp α = = 200 ñieän. ñ τ Böôùc 2: Phaân boá raõnh cho pha chính vaø pha phuï. Caên cöù theo caùc giaù trò τ , qA vaø qB ta phaân boá raõnh cho stator daây quaán 1 lôùp nhö sau (hình 2-12). Böôùc 3: Xaây döïng sô ñoà khai trieån daây quaán 1 lôùp. Aùp duïng pheùp veõ ñaàu noái taïo caùc nhoùm boái daây nhö trong tröôøng hôïp daây quaán stator ñoäng cô 3 pha, ta coù: Hình 2.12 Phaân boá raõnh cho pha chính vaø pha phuï Z = 36, 2p = 4, QA = 2QB 26
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trong hình 2.13, daây quaán 1 lôùp daïng ñoàng khuoân phaân taùn ñôn giaûn. Trong ñoù, ta kí hieäu caùc ñaàu pha chính laø A, X vaø pha phuï laø B, Y. Hình 2.13 Sô ñoà khai trieån daây quaán 1 lôùp, daïng ñoàng khuoân phaân taùn ñôn giaûn QA = 2QB, Z = 36, 2p = 4. 3. Trình töï xaây döïng sô ñoà daây quaán 2 lôùp: Böôùc 1: Xaùc ñònh caùc tham soá Z vaø 2p. Töø ñoù tính caùc tham soá: a. Böôùc cöïc töø τ , caên cöù theo giaù trò chaün hay leû cuûa τ choïn phaân boá raõnh cho pha chính vaø pha phuï. Tính QA, QB suy ra qA vaø qB. b. Choïn böôùc boái daây y, vôùi y min ≤ y ≤ (τ −1) 2 Trong ñoù y = τ min 3 Tính α ñ : Goùc leäch ñieän giöõa 2 raõnh lieân tieáp. Böôùc 2: Caên cöù theo τ , qA, qB ta xaùc ñònh phaân boá raõnh cho pha chính vaø pha phuï. Phaân boá naøy xaùc ñònh vò trí cho caùc caïnh taùc duïng treân cuûa caùc boái daây trong daây quaán 2 lôùp. Böôùc 3: Tuyø theo giaù trò y ta veõ laàn löôït töøng nhoùm boái daây cho pha chính vaø pha phuï. Veõ hoaøn chænh pha chính roài pha phuï. Kieåm tra cöïc tính taïo bôûi boä daây vaø goùc leäch pha vò trí cho 2 pha chính vaø phuï. Thí duï 2: Veõ sô ñoà daây quaán 2 lôùp cho stator ñoäng cô 1 pha coù Z = 36 vaø 2p = 4. Giaûi: Böôùc 1: Vôùi Z = 36 vaø 2p = 4, ta tính ñöôïc: Böôùc cöïc τ = 9raõnh/böôùccöïc, vaäy τ coù giaù trò leû vaø laø boäi soá cuûa 3, do ñoù chæ coù theå duøng phaân boá QA = 2QB. 27
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2 Q A = Z = 24 raõnh pha chính. Vaäy 3 1 Q = Z = 12 raõnh pha phuï. B 3 Soá raõnh phaân boá cho pha chính treân 1 böôùc cöïc qA = 6raõnh/pha chính/böôùc cöïc. Soá raõnh phaân boá cho pha phuï treân 1 böôùc cöïc qB = 3raõnh/pha phuï/böôùc cöïc. 180 Goùc leäch ñieän giöõa 2 raõnh lieân tieáp α = = 200 ñieän. ñ τ Böôùc 2: Phaân boá raõnh cho pha chính vaø pha phuï. 2 2 Trong ñoù y = τ = .9 = 6 raõnh. min 3 3 τ - 1 = 9 – 1 = 8 raõnh. Vaäy böôùc boái daây y choïn trong khoaûng 6 ≤ y ≤ 8. Giaû söû ta choïn y = 7 raõnh. Böôùc 3: Ta coù sô ñoà khai trieån daây quaán 2 lôùp theo hình 2.14. Hình 2.14 Sô ñoà daây quaán 2 lôùp, y =7, Z = 36, 2p = 4, QA = 2QB. Caâu hoûi: 1. Nguyeân taéc quaán daây cuûa daây quaán 3 pha 1 lôùp vaø 2 lôùp vôùi q laø soá nguyeân? 2. Nguyeân taéc quaán daây cuûa daây quaán 3 pha 2 lôùp vôùi q laø phaân soá? YÙ nghóa cuûa daây quaán naøy ñoái vôùi vieäc caûi thieän daïng soùng söùc ñieän ñoäng cuûa daây quaán stator? Phaïm vi öùng duïng cuûa noù? 3. Vì sao daây quaán 1 pha chæ ñaët trong 2/3 soá raõnh cuûa caùc cöïc? Baøi taäp: 2.1. Daây quaán 3 pha cuûa maùy ñieän xoay chieàu coù caùc soá lieäu sau: z = 24, 2p = 2, q = 4. Veõ giaûn ñoà khai trieån daây quaán ñoàng khuoân phaân taùn ñôn giaûn. 2.2. Veõ giaûn ñoà khai trieån daây quaán xeáp 3 pha 2 lôùp vôùi caùc soá lieäu sau: z = 36, 28
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2p = 4, β = 7/9. 2.3. Veõ giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán soùng 3 pha 2 lôùp vôùi caùc soá lieäu sau: Z = 36, 2p = 4 29
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CHÖÔNG III: SÖÙC TÖØ ÑOÄNG CUÛA DAÂY QUAÁN MAÙY ÑIEÄN XOAY CHIEÀU § 3.1. ÑAÏI CÖÔNG Doøng ñieän chaûy trong daây quaán cuûa caùc maùy ñieän quay taïo ra söùc töø ñoäng (s.t.ñ) cuûa daây quaán vaø sinh ra töø tröôøng bao quanh daây quaán ñoù. Ñeå vieäc nghieân cöùu tính toaùn ñöôïc deã daøng ngöôøi ta thöôøng chia vaø xeùt töø tröôøng cuûa daây quaán cuûa maùy ñieän quay ôû ba vuøng khoâng gian: töø tröôøng ôû khe hôû giöõa stator vaø rotor, töø tröôøng ôû raõnh vaø töø tröôøng ôû phaàn ñaàu noái. Trong chöông naøy ta chæ xeùt töø tröôøng ôû khe hôû. Vôùi giaû thieát raèng khe hôû δ laø ñeàu vaø töø trôû cuûa loõi theùp stator vaø rotor treân maïch töø khoâng ñaùng keå, (heä soá daãn töø μ Fe = ∞ ), thì söï phaân boá töø tröôøng ôû khe hôû cuõng laø söï phaân boá s.t.ñ cuûa daây quaán. Noùi chung s.t.ñ ôû khe hôû phuï thuoäc vaøo kieåu daây quaán laø taäp trung hay quaán raûi vaø vaøo doøng ñieän. Khi doøng ñieän laø moät chieàu thì s.t.ñ khe hôû laø khoâng ñoåi neáu töø daãn khe hôû khoâng ñoåi vaø laø ñaäp maïch neáu töø daãn khe hôû thay ñoåi. Neáu doøng ñieän laø xoay chieàu moät pha, s.t.ñ laø ñaäp maïch. Doøng ñieän xoay chieàu m pha (vôùi m ≠ 1) ñoái xöùng seõ sinh ra s.t.ñ quay troøn; coøn doøng ñieän xoay chieàu m pha khoâng ñoái xöùng seõ sinh ra s.t.ñ quay elip. Ñeå thuaän tieän cho vieäc phaân tích s.t.ñ cuûa daây quaán maùy ñieän xoay chieàu ta caàn nhaéc laïi caùc khaùi nieäm veà s.t.ñ ñaäp maïch, s.t.ñ quay vaø quan heä giöõa caùc s.t.ñ ñoù. S.t.ñ ñaäp maïch. Bieåu thöùc toaùn hoïc cuûa s.t.ñ ñaäp maïch coù theå vieát nhö sau: F = Fm sinωt cosα (3-1) trong ñoù α laø goùc khoâng gian. Trong bieåu thöùc treân neáu cho t = const thì: F = Fm1 cosα = f (α) , trong ñoù Fm1 = Fm sinωt laø bieân ñoä töùc thôøi cuûa s.t.ñ ñaäp maïch vaø luùc ñoù söï phaân boá cuûa F laø hình sin trong khoâng gian. Khi α = const nghóa laø ôû moät vò trí coá ñònh baát kyø, thì: F = Fm2 sinωt trong ñoù Fm2 = Fm cosα vaø trò soá cuûa F ôû vò trí ñoù bieán ñoåi tuaàn hoaøn theo thôøi gian. Töø nhöõng nhaän xeùt ñoù ta thaáy raèng s.t.ñ ñaäp maïch chính laø moät soùng ñöùng, trong tröôøng hôïp ñôn giaûn naøy phaân boá hình sin trong khoâng gian vaø bieán ñoåi hình sin theo thôøi gian (hình 3-1a). Ta coù theå bieåu thò s.t.ñ ñaäp maïch ôû vò trí khoâng gian α = 0 baèng moät vector coù ñoä daøi thay ñoåi theo t nhö treân hình 3-1b. S.t.ñ quay troøn. Bieåu thöùc toaùn hoïc cuûa s.t.ñ quay troøn vôùi bieân ñoä khoâng ñoåi coù daïng: 30
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - F = Fm sin(ωt ± α) (3-2) Thaät vaäy, giaû söû ta xeùt moät ñieåm baát kyø tuyø yù cuûa soùng s.t.ñ coù trò soá khoâng ñoåi thì: sin(ωt ± α) = const hay laø ωt ± α = const Hình 3.1 a. S.t.ñ ñaäp maïch ôû caùc thôøi ñieåm khaùc nhau; b. Vector s.t.ñ ñaäp maïch ôû α = 0 Laáy vi phaân bieåu thöùc ñoù theo thôøi gian ta coù: dα = ±ω (3-3) dt Ñaïo haøm cuûa α theo t theo bieåu thöùc (3-3) chính laø toác ñoä goùc quay bieåu thò dα baèng rad/s, < 0 öùng vôùi soùng quay ngöôïc [daáu “+” trong bieåu thöùc (3-2)]. dt Hình 3-2a vaø b cho thaáy vò trí cuûa caùc soùng quay thuaän vaø ngöôïc ôû caùc thôøi ñieåm khaùc nhau. Hình 3.2 Vò trí cuûa soùng quay ngöôïc (a) vaø quay thuaän (b) ôû thôøi ñieåm t = 0 vaø t = T/4; (c) bieåu thò s.t.ñ quay baèng vector quay. 31
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - S.t.ñ quay troøn coù theå bieåu thò baèng moät vector coù ñoä lôùn Fm khoâng ñoåi quay vôùi toác ñoä goùc + ω vaø - ω, muùt vector ñoù veõ thaønh moät hình troøn nhö treân hình 3-2c. Ñeå thaáy roõ quan heä giöõa caùc s.t.ñ ñaäp maïch vaø s.t.ñ quay tröôùc heát chuù yù raèng: 1 1 F sinωt cosα = F sin(ωt − α) + F sin(ωt + α) = m 2 m 2 m (3-4a) = F1 + F2 nghóa laø s.t.ñ ñaäp maïch laø toång cuûa hai s.t.ñ quay: F1 quay thuaän vôùi toác ñoä +ω vaø F2 quay ngöôïc vôùi toác ñoä - ω. Bieân ñoä cuûa caùc s.t.ñ quay ñoù baèng moät nöûa cuûa s.t.ñ ñaäp maïch. Hình 3-3 bieåu thò vector s.t.ñ ñaäp maïch F toång cuûa hai vector T 5T s.t.ñ quay F1 vaø F2 ôû caùc thôøi ñieåm t = vaø t = . 4 12 Maëc khaùc töø bieåu thöùc: Fm sin(ωt ± α) = Fm sinωt cosα ± Fm cosωt sinα π π = F sinωt cosα F sin(ωt − )cos(α − ) (3-4b) m m m 2 2 ta cuõng thaáy raèng s.t.ñ quay troøn laø toång hôïp cuûa hai s.t.ñ ñaäp maïch khaùc pha π π nhau veà thôøi gian laø vaø leäch nhau trong khoâng gian moät goùc . 2 2 Söùc töø ñoäng quay elip: Khi hai s.t.ñ ñaäp maïch (cuûa daây quaán hai pha) π leäch nhau trong khoâng gian goùc 2 nhöng leäch pha nhau veà thôøi gian goùc π Hình 3.3 S.t.ñ ñaäp maïch, toång cuûa β ≠ : 2 2 s.t.ñ quay troøn thuaän vaø ngöôïc. π F = F sinωt cosα + F sin(ωt − β)cos(α − ) (3-5) m m 2 hoaëc coù bieân ñoä khaùc nhau: π π F = F sinωt cosα + F' sin(ωt − )cos(α − ) (3-6) m m 2 2 π hoaëc khi hai s.t.ñ ñaäp maïch coù bieân ñoä baèng nhau, leäch pha nhau veà thôøi gian 2 π nhöng leäch nhau trong khoâng gian goùc γ ≠ : 2 π F = F sinωt cosα + F sin(ωt − )cos(α − γ) (3-7) m m 2 thì s.t.ñ toång hôïp F cuûa chuùng ôû caû ba tröôøng hôïp treân ñeàu coù theå bieåu thò baèng moät vector quay maø muùt vector veõ thaønh hình elip. Töø tröôøng quay trong maùy laø töø tröôøng elip. Tröôùc heát xeùt toång hôïp cuûa hai s.t.ñ ñaäp maïch theo (3-6): π π F = F sinωt cosα + F' sin(ωt − )cos(α − ) m m 2 2 32
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Phaân tích moãi s.t.ñ ñaäp maïch cuûa bieåu thöùc treân thaønh hai s.t.ñ quay troøn theo bieåu thöùc (3-4a), vôùi chuù yù raèng sin(ωt + α − π) = −sin(ωt + π) ta coù: F + F' F − F' F = m m sin(ωt − α) + m m sin(ωt + α) = F sin(ωt − α) + F sin(ωt + α) (3-8) 2 2 1 2 Vaäy s.t.ñ F laø toång hôïp cuûa hai s.t.ñ coù bieân ñoä khaùc nhau quay theo hai chieàu thuaän vaø ngöôïc vôùi cuøng moät toác ñoä, ñöôïc bieåu thò baèng moät vector quay F maø muùt cuûa vector veõ thaønh hình elip nhö treân hình 3-4. Truïc lôùn a vaø truïc nhoû b cuûa töø tröôøng elip coù giaù trò baèng: a = 2(F1 + F2) = 2Fm π (öùng vôùi α = 0,ωt = ) 2 b = 2(F1 – F2) = 2F’m Cuõng chöùng minh töông töï nhö treân ñoái vôùi tröôøng hôïp hai s.t.ñ ñaäp maïch leäch pha nhau veà thôøi gian goùc π β ≠ , theo hình (3-5) ta coù: 2 Hình 3.4 Töø tröôøng elip theo bieåu π F = F sinωt cosα + F sin(ωt − β)cos(α − ) thöùc (3-6), Fm ≠ F'm m m 2 = F1 sin(ωt − α') + F2 sin(ωt + α'−β) (3-9) trong ñoù: F1 = Fm cosβ' ; F2 = Fm sin(−β') β π β π vôùi β'= − ; α'= α + − 2 4 2 4 S.t.ñ toång F ôû tröôøng hôïp naøy cuõng bieåu thò ñöôïc baèng moät vector quay maø muùt cuûa vector veõ thaønh hình elip coù truïc lôùn a = 2(F1 + F2) öùng vôùi khi π β π + β (ωt − α') = (ωt + α'−β) = hay laø α'= vaø ωt = . Töø tröôøng elip khi hai s.t.ñ 2 2 2 π leäch pha nhau veà thôøi gian goùc β = ñöôïc trình baøy treân hình 3-5. 3 33
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 3.5 Töø tröôøng elip theo Hình 3.6 Töø tröôøng elip theo bieåu π π bieåu thöùc (3-5), khi β = thöùc (3-7), khi γ = 4 3 π Khi hai s.t.ñ ñaäp maïch leäch pha nhau trong khoâng gian goùc γ ≠ theo (3-7) 2 ta coù: π F = F sinωt cosα + F sin(ωt − )cos(α − γ) m m 2 π = F sin(ωt − α'') + F sin(ωt + α''− ), (3-10) 1 2 2 trong ñoù: F1 = Fm cosγ' F2 = Fm sin γ' π γ π γ vôùi γ'= − α'= α + − 4 2 4 2 ÔÛ tröôøng hôïp naøy S.t.ñ F cuõng laø s.t.ñ elip. Truïc lôùn cuûa hình elip laø a = π 3π 2(F1 + F2) öùng vôùi khi α''= vaø ωt = 4 4 π Töø tröôøng elip do hai s.t.ñ ñaäp maïch leäch nhau trong khoâng gian goùc γ = 4 ñöôïc trình baøy treân hình 3-6. Nhö seõ thaáy ôû phaàn sau cuûa chöông naøy, s.t.ñ elip coøn ñöôïc hình thaønh trong daây quaán nhieàu pha khi doøng ñieän trong caùc pha khoâng ñoái xöùng. Caùc thaønh phaàn thöù töï thuaän vaø thöù töï ngöôïc cuûa doøng khoâng ñoái xöùng seõ sinh ra caùc töø tröôøng quay thuaän F1 vaø töø tröôøng quay ngöôïc F2 vôùi cuøng moät toác ñoä. Toång hôïp cuûa F1 vaø F2 seõ taïo ra töø tröôøng elip. 34
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - § 3.2. SÖÙC TÖØ ÑOÄNG CUÛA DAÂY QUAÁN 1 PHA. Ñeå nghieân cöùu söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 1 pha, tröôùc heát ta xeùt s.t.ñ cuûa 1 phaàn töû sau ñoù ñeán s.t.ñ cuûa daây quaán 1 lôùp goàm coù q phaàn töû vaø cuoái cuøng laø s.t.ñ cuûa 1 pha 2 lôùp böôùc ngaén. 1. Söùc töø ñoäng cuûa 1 phaàn töû: Giaû söû ta coù 1 phaàn töû goàm Ws voøng daây böôùc ñuû (y= τ ) ñaët ôû stator cuûa 1 maùy ñieän nhö treân hình 3-15a. Khi trong phaàn töû coù doøng ñieän i = I 2 sinω.t thì caùc ñöôøng söùc cuûa töø tröôøng do phaàn töû coù doøng ñieän i sinh ra seõ phaân boá nhö caùc ñöôøng neùt chaám. Theo ñònh luaät toaøn doøng ñieän, doïc theo 1 ñöôøng söùc töø kheùp kín baát kyø ta coù theå vieát: Hdl = i.w ∫ s (3-11) Trong ñoù H laø cöôøng ñoä töø tröôøng doïc theo ñöôøng söùc töø. Töø trôû cuûa theùp raát nhoû (μ Fe = ∞ ) neân HFe = 0 vaø söùc töø ñoäng iws ñöôïc xem nhö chæ caàn thieát ñeå sinh ra töø thoâng ñi qua 2 laàn khe hôû khoâng khí δ : H.2δ = i.w s (3-12) Nhö vaäy söùc töø ñoäng öùng vôùi 1 khe khoâng khí baèng: 1 F = i.w (3-13) s 2 s Vì i = 2Isinω.t neân söùc töø ñoäng Fs phaân boá doïc khe hôû theo daïng hình chöõ nhaät coù ñoä cao r thay ñoåi veà trò soá vaø daáu theo doøng ñieän xoay chieàu i. Hình 3.7 Ñöôøng söùc töø ño doøng ñieän i trong phaàn töû böôùc ñuû sinh ra (a) vaø ñöôøng bieåu thò s.t.ñ doïc khe hôû cuûa maùy (b). 35
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Söùc töø ñoäng phaân boá hình chöõ nhaät trong khoâng gian vaø bieán ñoåi hình sin theo thôøi gian ñoù coù theå phaân tích theo daõy Fourier thaønh caùc soùng ñieàu hoøa baäc 1, 3, 5, 7, vôùi goùc toaï ñoä ñöôïc choïn nhö ôû treân hình (3 -15b) ta coù: Fs = Fs1 cosα + Fs3 cos3α + + Fsν cosνα + = (3-14) = ∑Fsν cosνα ν=1,3,5 Trong ñoù: 2 π 2 2 π F = F cosνα.dα = F sinν sν ∫ s s (3-15) π −π υ.π 2 2 ⇒ Fs = ∑ Fsmν cosναsinωt (3-16) 2 2 π 2 2 I.w F = I.w sinν = ± I.w = ±0,9 s (3-17) smν νπ s 2 νπ s ν ⎧"+"khiυ = 1,5,9, ⎨ ⎩"−"khiυ = 3,7,11, Ta thaáy raèng söùc töø ñoäng cuûa 1 phaàn töû trong coù doøng ñieän xoay chieàu laø toång hôïp cuûa ν soùng ñaäp maïch phaân boá hình sin trong khoâng gian vaø bieán ñoåi hình sin theo thôøi gian. 2. Söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 1 lôùp böôùc ñuû: Ta xeùt söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 1 lôùp coù q = 3 phaàn töû, moãi phaàn töû coù ws voøng daây nhö hình (3-8). Söùc töø ñoäng cuûa daây quaán ñoù laø toång cuûa ba phaàn töû 2π.p phaân boá hình chöõ nhaät vaø leäch nhau goùc khoâng gian α = . Neáu ñem phaân Z tích 3 soùng chöõ nhaät ñoù theo caáp soá Fourier thì toång cuûa 3 soùng ñoù cuõng chính laø toång cuûa taát caû caùc soùng ñieàu hoaø cuûa chuùng. Döôùi ñaây ta seõ coäng caùc soùng ñieàu hoaø cuøng baäc cuûa caùc söùc töø ñoäng cuûa 3 phaàn töû, cuoái cuøng laáy toång cuûa caùc söùc töø ñoäng hôïp thaønh öùng vôùi taát caû caùc baäc ν ñeå coù söùc töø ñoäng toång cuûa daây quaán ñoù. Hình 3.9 Coäng s.t.ñ cuûa 3 phaàn töû Hình 3.8 Söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 1 lôùp böôùc ñuû coù q = 3 36
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Vôùi ν = 1 ta coù 3 soùng söùc töø ñoäng hình sin cô baûn 1’, 2’, 3’ leäch nhau veà khoâng gian goùc α vaø coù theå bieåu thò ñöôïc baèng 3 vector leäch nhau goùc khoâng gian α nhö treân hình (3-9). Toång cuûa 3 soùng söùc töø ñoäng hình sin ñoù cuõng laø 1 soùng hình sin (ñöôøng 4) vaø laø soùng söùc töø ñoäng cô baûn cuûa nhoùm 3 phaàn töû ñoù. Bieân ñoä cuûa noù coù trò soá baèng ñoä daøi cuûa vector toång cuûa caùc vector 1, 2 vaø 3 treân hình 3-9. Ñoái vôùi söùc töø ñoäng toång cuûa nhoùm phaàn töû ta coù söùc töø ñoäng cô baûn cuûa nhoùm q phaàn töû: Fql = qkrl.Fsml (3-18) Vôùi soùng baäc ν thì goùc leäch giöõa caùc soùng töø ñoäng baäc ν vaø ν.α vaø vector söùc töø ñoäng toång baäc ν coù bieân ñoä: Fqν = qk rν Fsmν (3-19) Nhö vaäy söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 1 lôùp böôùc ñuû coù theå bieåu thò nhö sau: Fq = ∑qFsmν k rν cosνα.sinωt (3-20) ν=1,3,5 3. Söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 1 pha 2 lôùp böôùc ngaén: Söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 2 lôùp böôùc ngaén coù theå ñöôïc xem nhö toång söùc töø ñoäng cuûa 2 daây quaán 1 lôùp böôùc ñuû moät ñaët ôû lôùp treân vaø moät ñaët ôû lôùp döôùi nhöng leäch nhau goùc ñieän α nhö treân hình 3-18. y Ñoái vôùi soùng cô baûn ()ν = 1 goùc leäch γ = (1− β )π trong ñoù β = neân coù: τ π F = 2F cos(1− β) = 2F k (3-21) f1 q1 2 q1 n1 Töông töï nhö vaäy ñoái vôùi soùng baäc ν : π F = 2F cos(1− β) = 2.F k (3-22) fν qν 2 qν nν Keát quaû laø söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 1 pha 2 lôùp böôùc ngaén coù theå bieåu thò döôùi daïng: Ff = ∑ 2qk rν k nν Fsmν cosνα.sinωt ν=1,3,5 (3-23) Thay trò soá cuûa Fsmν vaø chuù yù raèng trong daây quaán 2 lôùp soá voøng daây cuûa 1 pha W = 2pq.ws neân ta coù theå vieát: Hình 3.10 Söùc töø ñoäng cô baûn (ν = 1) Ff = ∑ Ffν cosνα.sinωt (3-24) ν=1,3,5 cuûa daây quaán 1 pha 2 lôùp böôùc ngaén Trong ñoù: 2 2 wk wk F = . dqν I = 0,9 dqν I (3-25) f π νp νp 37
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Do ñoù söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 1 pha laø toång hôïp cuûa 1 daõy caùc soùng ñaäp maïch, nghóa laø phaân boá hình sin trong khoâng gian vaø bieán ñoåi hình sin theo thôøi gian vôùi taàn soá cuûa doøng ñieän chaûy trong daây quaán ñoù. Hình 3.11 Coäng s.t.ñ cô baûn (ν = 1) cuûa 2 lôùp daây quaán 1 pha treân hình 3.10 § 3.3. SÖÙC TÖØ ÑOÄNG CUÛA DAÂY QUAÁN M PHA Ta haõy xeùt toång quaùt söùc töø ñoäng cuûa daây quaán m pha roài töø ñoù suy ra söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 3 pha (m = 3) vaø söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 2 pha (m = 2). m 1 i Giaû söû cho daây quaán m pha ñaët leäch 1 2 2π nhau veà khoâng gian goùc ñieän (hình m 3-20) trong ñoù coù doøng ñieän m pha ñoái xöùng m - 1 3 2π i leäch nhau veà thôøi gian goùc . i m − 1 3 m 4 i1 = 2Isinω.t 2π i = 2Isin(ω.t − ) (3-26) 2 m ⎡ 2π⎤ Hình 3.12 Daây quaán m pha i m = 2I sin⎢ωt − (m −1) ⎥ ⎣ m ⎦ Nhö ñaõ bieát söùc töø ñoäng cuûa moãi pha laø moät söùc töø ñoäng ñaäp maïch vaø ñöôïc bieåu thò nhö sau: F1 = ∑ Ffν sinωt.cosνα ν=1,3,5 2π 2π F2 = ∑ Ffν sin(ωt − )cosν(α − ) (3-27) ν=1,3,5 m m ⎡ 2π⎤ ⎡ 2π⎤ Fm = ∑ Ffν sin⎢ωt − (m −1) ⎥ cosν⎢α − (m −1) ⎥ ν=1,3,5 ⎣ m ⎦ ⎣ m ⎦ Ñeå coù söùc töø ñoäng cuûa daây quaán m pha ta laáy toång cuûa m söùc töø ñoäng ñaäp maïch ñoù. Muoán cho söï phaân tích ñöôïc deã daøng, ta coù theå phaân tích söùc töø ñoäng baäc ν cuûa moãi pha thaønh 2 söùc töø ñoäng quay thuaän vaø ngöôïc. Nhö vaäy söùc töø 38
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ñoäng cuûa daây quaán m pha seõ laø toång cuûa taát caû caùc söùc töø ñoäng quay thuaän vaø söùc töø ñoäng quay ngöôïc ñoù. Ta coù: F F F = F sinωt cosνα = fν sin(ωt − να) + fν sin(ωt + να) 1 fν 2 2 2π 2π F = F sin(ω.t − )cos(α − ) = 2 fν m m Ffν ⎡ 2π⎤ Ffν ⎡ 2π⎤ = sin⎢(ωt − να) + (ν −1) ⎥ + sin⎢(ω.t + να) + (ν +1) ⎥ (3-28) 2 ⎣ m ⎦ 2 ⎣ m ⎦ ⎡ 2π⎤ ⎡ 2π⎤ Fm = Ffν sin⎢ωt − (m −1) ⎥ cosν⎢α − (m −1) ⎥ = ⎣ m ⎦ ⎣ m ⎦ Ffν ⎡ 2π⎤ = sin⎢(ωt − να) + (m −1)(ν −1) ⎥ + 2 ⎣ m ⎦ Ffν ⎡ 2π⎤ sin⎢(ω.t + να) − (m −1)(ν +1) ⎥ 2 ⎣ m ⎦ Trong ñoù: ν = 1, 3, 5, coù theå chia thaønh 3 nhoùm nhö sau: 1.ν = mk ⎫ ⎪ 2.ν = 2mk +1⎬ (3-29) ⎪ 3.ν = 2mk −1⎭ Tröôùc heát ta haõy xeùt toång cuûa caùc söùc ñieän ñoäng quay thuaän, töùc laø toång cuûa caùc soá haïng thöù nhaát ôû veá phaûi cuûa caùc bieåu thöùc treân. Caùc söùc töø ñoäng quay thuaän ñoù coù theå vieát nhö sau: F F = fν sin(ωt − να) 1νl 2 Ffν ⎡ 2π⎤ F2νl = sin⎢(ωt − να) + (ν −1) ⎥ (3-30) 2 ⎣ m ⎦ Ffν ⎡ 2π⎤ Fmνl = sin⎢(ωt − να) + (m −1)(ν −1) ⎥ 2 ⎣ m ⎦ Toång cuûa chuùng laø toång cuûa nhöõng soùng quay hình sin leäch nhau goùc 2π (ν −1) trong ñoù ν coù trò soá xaùc ñònh nhö sau: m ¾ Vôùi nhoùm ν = mk : 2π 2π 2π (ν −1) = (mk −1) = 2kπ − m m m Ta thaáy vôùi moãi trò soá cuûa m, k söùc töø ñoäng ñoù laø nhöõng soùng hình sin quay vôùi 2π cuøng toác ñoä, caùc vector töông öùng vôùi caùc soùng sin ñoù leäch nhau goùc laøm m thaønh moät hình sao ñoái xöùng (hình 3-13a) do ñoù toång cuûa chuùng baèng khoâng. 2π ¾ Vôùi nhoùm ν = 2mk +1 ta coù: (ν −1) = 4πk m 39
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 3-13. Coäng caùc s.t.ñ baäc ν cuûa caùc pha. Caùc söùc töø ñoäng töông öùng vôùi moãi trò soá cuûa k laø nhöõng söùc töø ñoäng quay thuaän truøng pha nhau (hình 3-21b) do ñoù toång cuûa chuùng baèng: m Ft = ∑ Ffν sin(ωt − να) (3-31) ν=2mk+1 2 ¾ Vôùi nhoùm ν = 2mk −1: 2π 4π (ν −1) = 4πk − m m Caùc söùc töø ñoäng töông öùng vôùi moãi trò soá cuûa k laø nhöõng söùc töø ñoäng quay 4π vôùi cuøng toác ñoä vaø leäch nhau (hình 3-13c) do ñoù toång cuûa chuùng baèng khoâng. m Töông töï nhö vaäy xeùt toång cuûa caùc söùc töø ñoäng quay ngöôïc töùc laø toång cuûa caùc soá haïng thöù hai ôû veá phaûi cuûa bieåu thöùc treân ta seõ thaáy toång cuûa caùc söùc töø ñoäng coù ν = mk vaø ν = 2mk +1 baèng khoâng. Rieâng nhoùm söùc töø ñoäng öùng vôùi ν = 2mk −1 truøng pha nhau neân toång cuûa chuùng laø: m Fng = ∑ Ffν sin(ωt + να) (3-32) ν=2mk−1 2 Nhö vaäy söùc töø ñoäng cuûa daây quaán m pha, ta coù theå vieát goäp laïi cho toång cuûa caùc soùng quay thuaän vaø quay ngöôïc nhö sau: m F()m = ∑ Ffν sin(ωt m να) (3-33) ν=2mk±1 2 Trong ñoù: m wk F = 0,45m dqν I (3-34) 2 fν νp w n Toác ñoä quay cuûa söùc töø ñoäng quay baäc ν laø w = ± hay laø n = ± . (3-35) ν ν ν ν Ñieàu ñoù coù theå chöùng minh baèng caùch laáy ñaïo haøm theo t cuûa bieåu thöùc ωt ± να = const ñeå cho söùc töø ñoäng baäc ν ñoù luoân coù giaù trò khoâng ñoåi khi quay. 40
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ñoái vôùi daây quaán 3 pha ta thay m = 3 luùc ñoù söùc töø ñoäng daây quaán ba pha nhö sau: 3 F()3 = ∑ Ffν sin(ωt m να) (3-36) ν=6k±1 2 Trong ñoù: 3 wk F = 1,35 dqν I (3-37) 2 fν νp Ta coù theå keát luaän raèng söùc töø ñoäng cuûa daây quaán ba pha laø toång cuûa caùc söùc töø ñoäng baäc ν = 6k +1 = 1, 7, 13, quay thuaän vaø caùc söùc töø ñoäng baäc ν = 6k −1 = 5, 11, 17, quay ngöôïc. Bieân ñoä cuûa söùc töø ñoäng quay baäc ν baèng 3/2 laàn bieân ñoä cuûa söùc töø ñoäng moät pha baäc ν vaø toác ñoä quay cuûa söùc töø ñoäng n baäc ν laø n = . ν ν π Ñoái vôùi daây quaán hai pha ñaët leäch nhau trong khoâng gian goùc ñieän 2 thì thay m = 2 vaøo ta ñöôïc: F()2 = ∑ Ffν sin(ωt m να) (3-38) ν=4k±1 wk Trong ñoù: F = 0,9 dqν I fν νp Nghóa laø söùc töø ñoäng cuûa daây quaán hai pha laø toång cuûa caùc söùc töø ñoäng ν = 4k +1 quay thuaän vaø caùc söùc töø ñoäng baäc ν = 4k −1 quay ngöôïc. Bieân ñoä cuûa söùc töø ñoäng quay baäc ν baèng bieân ñoä cuûa söùc töø ñoäng moät pha baäc ν , toác ñoä n quay cuûa söùc töø ñoäng baäc ν laø n = ν ν Chuù thích: Khi doøng ñieän m pha trong daây quaán m pha laø khoâng ñoái xöùng thì ta coù theå phaân tích doøng khoâng ñoái xöùng ñoù thaønh doøng ñieän m pha thöù töï thuaän I1, doøng ñieän m pha thöù töï ngöôïc I2 vaø doøng ñieän m pha thöù töï khoâng I0 theo phöông phaùp caùc thaønh phaàn ñoái xöùng. Thaønh phaàn doøng ñieän ñoái xöùng thöù töï thuaän I11, I21, , Im1 seõ sinh ra söùc töø ñoäng cuûa daây quaán m pha: m F1()m = ∑ F1fν sin(ωt m να) (3-39) ν=2mk±1 2 Trong ñoù: m wk F = 0,45m dqν I 2 1fν νp 1 Thaønh phaàn doøng ñieän ñoái xöùng thöù töï ngöôïc I12, I22, ,Im2 seõ sinh ra söùc töø ñoäng cuûa daây quaán m pha: m F2()m = ∑ F2fν sin(ωt ± να) (3-40) ν=2mk±1 2 Trong ñoù: 41
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - m wk F = 0,45m dqν I 2 2fν νp 2 Thaønh phaàn doøng ñieän thöù töï khoâng: i01 = i02 = i 03 = = i 0m = 2I0 sinωt. sinh ra trong daây quaán m pha caùc söùc töø ñoäng ñaäp maïch cuøng pha veà thôøi gian vaø 2π leäch nhau trong khoâng gian : m F01 = F0fν sinωt cosνα ⎡ 2π⎤ F02 = F0fν sinωt cosν⎢α − ⎥ ⎣ m ⎦ (3-41) ⎡ 2π⎤ F0m = F0fν sinωt cosν⎢α − (m −1) ⎥ ⎣ m ⎦ Vôùi ν = mk , caùc söùc töø ñoäng ñaäp maïch do doøng thöù töï khoâng ôû m pha leäch nhau 2kπ trong khoâng gian vaø coäng soá hoïc vôùi nhau. F0()m = ∑ F0fν sinωt cosνα (3-42) wk Trong ñoù: F = 0,9m dqν I 0fν νp 0 Hình 3.14. S.t.ñ elip cuûa daây quaán 3 pha ôû taûi khoâng ñoái xöùng. a) Baäc ν = 1 vaø b) Baäc ν = 5 Vôùi ν = 2mk ±1 caùc söùc töø ñoäng ñaäp maïch do doøng thöù töï khoâng ôû m pha 2π hình thaønh heä vector leäch nhau goùc khoâng gian vaø coù toång baèng khoâng. m Qua nhöõng phaân tích ôû treân ta thaáy söùc töø ñoäng cuûa daây quaán m pha khi coù doøng ñieän m pha ñoái xöùng chaïy qua bao goàm caùc söùc töø ñoäng quay vaø caùc söùc töø ñoäng ñaäp maïch. Trong caùc maùy ñieän xoay chieàu caùc söùc töø ñoäng ñaäp maïch chuû yeáu chæ sinh ra trong töø tröôøng taûn cuûa daây quaán, coøn caùc söùc töø ñoäng quay seõ tham gia tröïc tieáp vaøo caùc quaù trình bieán ñoåi naêng löôïng cô ñieän, ta thaáy caùc söùc töø ñoäng quay troøn thuaän vaø ngöôïc cuøng baäc, coù bieân ñoä khaùc nhau do I1 ≠ I2 toång hôïp laïi seõ cho nhöõng söùc töø ñoäng elip. 42
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ñoái vôùi daây quaán 3 pha (m = 3) öùng vôùi ν = 1, 7, 13, laø caùc söùc töø ñoäng elip quay thuaän, ν = 5, 11, laø caùc söùc töø ñoäng elip quay ngöôïc. Hình 3-14 trình baøy söùc töø ñoäng elip öùng vôùi ν = 1 vaø ν = 5 cuûa daây quaán 3 pha. Phaân tích söùc töø ñoäng cuûa daây quaán m pha baèng phöông phaùp ñoà thò: ÔÛ treân ta ñaõ nghieân cöùu söùc töø ñoäng cuûa daây quaán m pha baèng phöông phaùp giaûi tích vaø ñi ñeán keát luaän raèng doøng ñieän 3 pha (hoaëc 2 pha) chaïy trong daây quaán ba pha (hoaëc 2 pha) seõ taïo ra töø tröôøng quay. ÔÛ ñaây ta seõ duøng phöông phaùp ñoà thò ñeå chöùng minh ñieàu ñoù. Hình 3.15 Söùc töø ñoäng cuûa daây quaán ba pha coù q = 1, 2p = 2 ôû caùc thôøi ñieåm t = 0 vaø t = T/3. Ñeå ñôn giaûn tröôùc heát ta haõy xeùt söùc töø ñoäng sinh ra bôûi doøng ñieän 3 pha iA, iB, iC chaûy trong daây quaán 3 pha A-X, B-Y, C-Z, coù q = 1, p = 1 nhö treân hình (3-15) ôû caùc thôøi ñieåm khaùc nhau. Giaû söû taïi thôøi ñieåm t = 0 doøng ñieän pha A laø cöïc ñaïi: iA = + Im I m Coøn: iB = iC = - 2 vaø giaû söû raèng doøng ñieän ôû pha A coù chieàu töø X ñeán A coøn ôû caùc pha B vaø C coù chieàu töø B ñeán Y vaø C ñeán Z nhö kí hieäu treân hình (3-15). Caùc söùc töø ñoäng FA, FB, FC coù trò soá tyû leä vôùiΩ doøng ñieän chaûy trong caùc pha ñoù phaân boá doïc 2 cöïc nhö trình baøy baèng caùc ñöôøng bieåu dieãn 1, 2, 3 treân hình (3-15a). Coäng caùc tung ñoä cuûa ba ñöôøng bieåu dieãn ñoù ôû töøng ñieåm ta seõ 43
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ñöôïc söùc töø ñoäng toång cuûa daây quaán 3 pha nhö ñöôøng 4. Ta thaáy raèng trò soá cöïc ñaïi cuûa söùc töø ñoäng toång truøng vôùi truïc cuûa pha A laø pha coù doøng ñieän cöïc ñaïi ôû thôøi ñieåm t = 0. ÔÛ thôøi ñieåm t = T/3 thì: iB = Im I m Coøn: iA = iC = - 2 Laäp laïi caùch veõ treân ta coù caùc ñöôøng bieåu dieãn söùc töø ñoäng cuûa töøng pha vaø söùc töø ñoäng toång nhö treân hình (3-18b). Ta thaáy raèng khi doøng ñieän bieán ñoåi 1 phaàn ba chu kyø T/3 thì söùc ñieän ñoäng 2τ toång cuûa daây quaán ba pha cuõng xeâ dòch trong khoâng gian khoaûng caùch 3 vaø coù trò soá cöïc ñaïi cuûa söùc töø ñoäng toång ñoù truøng vôùi truïc cuûa pha B laø pha coù doøng t = T ñieän cöïc ñaïi ôû thôøi ñieåm 3 . Töø nhöõng keát quaû phaân tích ôû treân ta coù theå keát luaän nhö sau: 1. Söùc töø ñoäng cuûa daây quaán 3 pha laø söùc töø ñoäng quay. Khi doøng ñieän bieán ñoåi ñöôïc 1 chu kyø T thì söùc töø ñoäng ñoù quay ñöôïc 2 τ trong khoâng gian. Neáu maùy coù p ñoâi cöïc thì söùc töø ñoäng ñoù quay ñöôïc 1/p voøng. Vaäy toác ñoä quay cuûa söùc töø ñoäng laø: 60f n = (vg/ph) p 2. Truïc cuûa söùc töø ñoäng luoân truøng vôùi truïc cuûa pha coù doøng ñieän cöïc ñaïi: Ñeå coù phöông phaùp toång quaùt veõ ñöôøng phaân boá söùc töø ñoäng cuûa daây quaán khi q ≠ 1, ta nhaän xeùt raèng trò soá cuûa söùc töø ñoäng taêng tyû leä vôùi phuï taûi ñöôøng A doïc chu vi hôû. Do daây quaán chæ ñaët taäp trung trong caùc raõnh neân söùc töø ñoäng khoâng thay ñoåi ôû khoaûng giöõa caùc raõnh maø chæ thay ñoåi ôû vò trí cuûa raõnh tyû leä vôùi toång ñaïi soá caùc doøng ñieän trong raõnh ñoù. Truïc ngang cuûa ñöôøng bieåu dieãn ñöôïc veõ ôû vò trí sao cho hình thaønh vôùi ñöôøng bieåu dieãn söùc töø ñoäng ñoù caùc dieän tích treân vaø döôùi truïc ngang baèng nhau, theå hieän raèng töø thoâng cuûa cöïc N vaø cöïc S phaûi cuøng 1 trò soá. Trình töï tieán haønh nhö sau: 1. Veõ giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán ôû hình 9-15 vaø xaùc ñònh caùc vuøng pha ôû lôùp treân vaø lôùp döôùi cuûa daây quaán. 2. Xaùc ñònh trò soá cuûa doøng ñieän ôû caùc pha ôû thôøi ñieåm cho bieát, sau ñoù xaùc ñònh trò soá vaø chieàu cuûa doøng ñieän ôû caùc lôùp treân vaø lôùp döôùi cuûa raõnh vaø toång ñaïi soá cuûa doøng ñieän ôû trong caùc raõnh. 3. Veõñöôøng phaân boá s.t.ñ tyû leä vôùi toång ñaïi soá caùc doøng ñieän trong raõnh. 4. Xaùc ñònh vò trí cuûa truïc ngang. Chuù yù raèng treân hình 3-19 chæ veõ ñöôøng bieåu dieãn s.t.ñ öùng vôùi moät ñoâi cöïc cuûa daây quaán. 44
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Caâu hoûi: 1. Phaân bieät s.t.ñ ñaäp maïch vaø s.t.ñ quay. Söùc töø ñoäng trong maùy bieán aùp khaùc s.t.ñ ñoù nhö theá naøo? 2. Phaân tích s.t.ñ cuûa daây quaán 1 pha quaán raûi böôùc ngaén. Bieåu thöùc vaø tính chaát cuûa s.t.ñ ñoù? 3. Phaân tích s.t.ñ cuûa daây quaán 3 pha quaán raûi böôùc ngaén. Bieåu thöùc vaø tính chaát cuûa s.t.ñ ñoù? 4. Taùc duïng cuûa böôùc ngaén vaø quaán raûi ñoái vôùi s.t.ñ? 5. Ñaët ñieän aùp xoay chieàu 3 pha vaøo daây quaán ba pha. Giaû söû 1 pha bò ñöùt thì s.t.ñ cuûa daây quaán thuoäc loaïi s.t.ñ naøo?u5: 1. Cho moät maùy phaùt ñieän 3 pha toác ñoä quay n = 75vg/ph, daây quaán 1 lôùp, doøng ñieän ñi qua moãi phaàn töû I = 230A (trò soá hieäu duïng), soá raõnh phaàn tónh Z = 480, moãi phaàn töû coù 4 voøng daây, taàn soá f = 50Hz. Tính: a. Bieân ñoä cuûa caùc soùng ñieàu hoaø s.t.ñ baäc 1, 3, 5 cuûa moãi phaàn töû khi I = Iñm. b. Bieân ñoä cuûa caùc söùc töø ñoäng 1, 3, 5 cuûa daây quaán moãi pha. Giaûi: a) Bieân ñoä cuûa caùc soùng ñieàu hoaø s.t.ñ 2 2 F = ± .I.w sυ υπ s ⎧"+"khiυ = 1,5,9, ⎨ ⎩"−"khiυ = 3,7,11, Bieân ñoä cuûa caùc soùng ñieàu hoaø s.t.ñ baäc 1: 2 2 2 2 F = .I.w = .230.4 = 828,3 (A/cöïc) s1 υπ s 1.π Bieân ñoä cuûa caùc soùng ñieàu hoaø s.t.ñ baäc 3 : 2 2 2 2 F = − .I.w = − .230.4 = −276 (A/cöïc) s3 υπ s 3.π Bieân ñoä cuûa caùc soùng ñieàu hoaø s.t.ñ baäc 5: 2 2 2 2 F = .I.w = .230.4 = 165,66 (A/cöïc) s5 υπ s 5.π b) Bieân ñoä cuûa caùc söùc töø ñoäng 1, 3, 5 cuûa daây quaán moãi pha. 2 2 w.k F = . dqυ .I fυ υπ p 60. f 60.50 p = = = 40 n 75 Z 480 τ = = = 6 2 p 2.40 y = τ −1 = 5 y 5 β = = τ 6 p.360 40.360 α = = = 300 ñ Z 480 45
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Z 480 q = = = 2 2.m.p 2.3.40 w = q.p.ws = 40.2.4 = 320 q.α sinυ. ñ π k = sinυ.β. . 2 dq 2 α q.sinυ ñ 2 υ = 1 q.α 30 sinυ. ñ sin1.2. π 5 π k = sinυ.β. . 2 = sin1. . . 2 = 0,933 dq 2 α 6 2 30 q.sinυ ñ 2.sin1. 2 2 2 2 w.k 2 2 320.0,933 F = . dqυ .I = . .230 = 1545,6 (A/cöïc) fυ υπ p 1.π 40 υ = 3 q.α 30 sinυ. ñ sin 3.2. π 5 π k = sinυ.β. . 2 = sin 3. . . 2 = −0,5 dq 2 α 6 2 30 q.sinυ ñ 2.sin 3. 2 2 2 2 w.k 2 2 320.(−0,5) F = . dqυ .I = . .230 = −276,1(A/cöïc) fυ υπ p 3.π 40 υ = 5 q.α 30 sinυ. ñ sin 5.2. π 5 π k = sinυ.β. . 2 = sin 5. . . 2 = 0,067 dq 2 α 6 2 30 q.sinυ ñ 2.sin 5. 2 2 2 2 w.k 2 2 320.0,067 F = . dqυ .I = . .230 = 22,2 (A/cöïc) fυ υπ p 5.π 40 46
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - PHAÀN IV MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ 47
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CHÖÔNG I: ÑAÏI CÖÔNG VEÀ MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ § 1.1. PHAÂN LOAÏI VAØ KEÁT CAÁU 1. Phaân loaïi: - Theo keát caáu cuûa voû coù theå chia laøm caùc loaïi: kieåu hôû, kieåu baûo veä, kieåu kín, kieåu choáng noå, kieåu choáng rung, - Theo keát caáu cuûa rotor chia laøm 2 loaïi:Rotor daây quaán vaø rotor loàng soùc. - Theo soá pha: m = 1, 2, 3. 2. Keát caáu: Gioáng nhö caùc maùy ñieän quay khaùc, maùy ñieän khoâng ñoàng boä goàm caùc boä phaän chính sau: Phaàn tónh hay stator: Treân stator coù voû, loõi theùp vaø daây quaán. α . Voû maùy: 1 Ñeå coá ñònh loõi theùp vaø daây quaán, khoâng duøng ñeå laøm maïch daãn töø. Thöôøng laøm baèng gang hay theùp taám haøn laïi. β . Loõi theùp: Laø phaàn daãn töø. Vì töø tröôøng ñi qua loõi 2 theùp laø töø tröôøng quay neân ñeå giaûm toån hao, loõi saét ñöôïc laøm baèng nhöõng laù theùp kyõ thuaät ñieän daøy 3 0,35mm hay 0,5mm eùp laïi. Khi ñöôøng kính ngoaøi loõi theùp Dn 990mm thì phaûi duøng nhöõng ñieän khoâng ñoàng boä. taám hình reõ quaït (segment) gheùp laïi thaønh khoái 1. Voû maùy. troøn. Maët trong cuûa theùp coù xeû raõnh ñeå ñaët daây 2. Loõi theùp. quaán. 3. Daây quaán. γ . Daây quaán: Daây quaán cuûa stator ñöôïc ñaët vaøo caùc raõnh cuûa loõi saét vaø ñöôïc caùch ñieän toát ñoái vôùi raõnh. Phaàn quay hay rotor: Goàm loõi theùp vaø daây quaán. α . Loõi theùp: Duøng caùc laù theùp kyõ thuaät ñieän nhö ôû stator. Loõi saét ñöôïc eùp tröïc tieáp leân truïc quay, phía ngoaøi coù xeû raõnh ñeå ñaët daây quaán. β . Daây quaán: Coù 2 loaïi: Loaïi rotor kieåu daây quaán: Rotor coù daây quaán gioáng nhö daây quaán stator. Daây quaán 3 pha cuûa rotor thöôøng ñaáu hình sao, coøn ba ñaàu kia ñöôïc noái vaøo 3 vaønh tröôït Hình 1.2 Rotor daây quaán cuûa ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä thöôøng laøm baèng ñoàng ñaët coá ñònh 48
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ôû moät ñaàu truïc vaø thoâng qua choåi than coù theå ñaáu vôùi maïch ñieän beân ngoaøi. Khi maùy laøm vieäc bình thöôøng daây quaán rotor ñöôïc noái ngaén maïch. Hình 1.3 Rotor loàng soùc ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä Loaïi rotor kieåu loàng soùc: Keát caáu cuûa loaïi daây quaán naøy raát khaùc vôùi daây quaán stator. Trong moãi raõnh cuûa rotor ñaët vaøo thanh daãn baèng ñoàng hay baèng nhoâm daøi ra khoûi loõi theùp vaø ñöôïc noái taét laïi ôû 2 ñaàu baèng hai vaønh ngaén maïch baèng ñoàng hay nhoâm laøm thaønh moät caùi loàng maø ngöôøi ta quen goïi laø loàng soùc (hình 1-3). c) Khe hôû: Khe hôû trong maùy ñieän khoâng ñoàng boä raát nhoû (töø 0,2 ñeán 1 mm trong maùy ñieän côõ nhoû vaø vöøa), caøng nhoû caøng toát ñeå haïn cheá doøng ñieän töø hoaù laáy töø löôùi vaøo. Keát caáu cuûa ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä rotor loàng soùc vaø rotor daây quaán ñöôïc trình baøy treân hình 1.4, hình 1.5. Hình 1.4 Ñoäng cô ñieän khoâng Hình 1.5 Ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä ñoàng boä rotor daây quaán. 49
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - § 1.2. NGUYEÂN LYÙ LAØM VIEÄC Maùy ñieän khoâng ñoàng boä laø loaïi maùy ñieän laøm vieäc theo nguyeân lyù caûm öùng ñieän töø. Khi cho moät doøng ñieän ba pha ñi vaøo daây quaán ba pha ñaët trong loõi theùp stator thì trong maùy sinh ra moät töø tröôøng quay vôùi toác ñoä ñoàng boä n1 = 60f1- /p, f laø taàn soá löôùi ñieän ñöa vaøo, p laø soá ñoâi cöïc cuûa maùy. Töø tröôøng naøy queùt qua daây quaán nhieàu pha töï ngaén maïch ñaët treân loõi theùp rotor vaø caûm öùng trong ñoù s.ñ.ñ vaø doøng ñieän. Töø thoâng do doøng ñieän naøy sinh ra hôïp vôùi töø thoâng cuûa stator taïo thaønh töø thoâng toång ôû khe hôû Φ δ . Doøng ñieän trong daây quaán cuûa rotor taùc duïng vôùi töø thoâng naøy sinh ra moment. Taùc duïng cuûa noù coù quan heä maät thieát vôùi toác ñoä quay n cuûa rotor, vôùi nhöõng phaïm vi toác ñoä khaùc nhau thì cheá ñoä laøm vieäc cuûa maùy cuõng khaùc nhau. Ñeå chæ phaïm vi toác ñoä cuûa moãi maùy, ngöôøi ta duøng heä soá tröôït s. Theo ñònh nghóa heä soá tröôït baèng: n − n s% = 1 .100 n1 Nhö vaäy khi: n = n1 ⇒ s = 0; n = 0 ⇒ s = 1 n > n1 ⇒ s 1 (rotor quay ngöôïc chieàu töø tröôøng quay) 1. Tröôøng hôïp rotor quay thuaän vôùi töø tröôøng quay nhöng n1 > n > 0 hay 0 n > n1 hay − ∞ n1. Chieàu cuûa töø tröôøng quay queùt qua thanh daãn ngöôïc laïi, chieàu Eö, Iö ñoåi chieàu neân chieàu cuûa moment M ngöôïc vôùi chieàu quay cuûa rotor neân noù laø moment haõm. Maùy bieán cô naêng thaønh ñieän naêng. Maùy laøm vieäc ôû Hình 1.7 Cheá ñoä maùy phaùt ñieän cheá ñoä maùy phaùt. cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä 50
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3. Tröôøng hôïp rotor quay ngöôïc chieàu töø tröôøng quay ( − ∞ s > 1). Vì moät lyù do naøo ñoù rotor quay ngöôïc chieàu vôùi töø tröôøng quay thì luùc ñoù chieàu cuûa Eö, Iö , maùy laøm vieäc gioáng nhö ôû cheá ñoä ñoäng cô ñieän. Vì moment M sinh ra ngöôïc chieàu vôùi n neân coù taùc duïng haõm rotor laïi. Trong tröôøng hôïp naøy maùy vöøa laáy ñieän naêng ôû löôùi ñieän vöøa laáy cô naêng ôû ñoäng cô sô caáp. Cheá ñoä laøm vieäc nhö vaäy goïi laø cheá ñoä haõm Hình 1.8 Cheá ñoä haõm ñieän töø ñieän töø. cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä Toùm laïi ta coù theå bieåu thò caùc cheá ñoä laøm vieäc theo s vaø n nhö sau: Cheá ñoä Haõm ñieän töø Ñoäng cô Maùy phaùt n − ∞ 0 n1 +∞ s + ∞ 1 0 − ∞ Vì maùy laøm vieäc ôû caùc toác ñoä n khaùc n1 cuûa töø tröôøng quay neân ta goïi laø maùy ñieän khoâng ñoàng boä. § 1.3. CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG ÑÒNH MÖÙC Maùy ñieän khoâng ñoàng boä coù caùc ñaïi löôïng ñònh möùc ñaëc tröng cho ñieàu kieän kyõ thuaät cuûa maùy. Caùc trò soá naøy do nhaø maùy thieát keá, cheá taïo quy ñònh vaø ñöôïc ghi treân nhaõn maùy. Vì maùy ñieän khoâng ñoàng boä chuû yeáu laøm vieäc ôû cheá ñoä ñoäng cô ñieän neân treân nhaõn maùy ghi caùc trò soá ñònh möùc cuûa ñoäng cô öùng vôùi taûi ñònh möùc. Caùc trò soá ñoù thöôøng bao goàm: + Coâng suaát ñònh möùc ôû ñaàu truïc (coâng suaát ñaàu ra) Pñm (kW hay W) hoaëc Hp hoaëc Cv, 1Cv = 736W (theo tieâu chuaån Phaùp), 1kW = 1,358Cv, 1Hp = 746W (theo tieâu chuaån Anh). + Doøng ñieän daây ñònh möùc Iñm (A). + Ñieän aùp daây ñònh möùc Uñm (V). + Kieåu ñaáu daây stator. + Toác ñoä quay ñònh möùc nñm (vg/ph). + Hieäu suaát ñònh möùc ηñm . + Heä soá coâng suaát ñònh möùc cos ϕñm . Coâng suaát ñònh möùc maø ñoäng cô ñieän tieâu thuï: Pñm P1ñm = = 3U ñm Iñm cosϕñm , Pñm = 3U ñm Iñm cosϕñm ηñm ηñm Moment ñònh möùc ôû ñaàu truïc: 51
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Pñm 1 Pñm (W) M ñm = . = 0,975 (kGM) ω 9,81 n ñm (vg / ph) Thí duï: Typ AM 160 L4 R1 3 ~ Mot Nr 28600 – 1 Δ / Υ 220/380 V 42/24 A 11kW cosϕ 0,77 1455 1/min 50 Hz Lfr. Y 250 V 25 A Isol. – KL. B lP 44 VDE 0530/69 Hình 1.9 Nhaõn maùy ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä rotor daây quaán. Hình 1.9 laø nhaõn maùy cuûa moät ñoäng cô ñieän 3 pha rotor daây quaán. Caùc soá lieäu bieåu thò: Δ /Y 220/380 V: Ñoäng cô coù theå hoaït ñoäng vôùi ñieän aùp daây nguoàn 220 V khi ñoäng cô ñaáu Δ vaø 380V khi ñoäng cô ñaáu Y. 42/24 A: Doøng ñieän daây ñònh möùc töông öùng vôùi moãi caùch ñaáu Δ /Y. 11kW: Coâng suaát ñònh möùc cuûa ñoäng cô. 14551 1/min: Toác ñoä quay ñònh möùc cuûa ñoäng cô. 50 Hz: Taàn soá ñònh möùc cuûa nguoàn. Lfr. Y 250V: Daây quaán rotor ñaáu hình Y, ñieän aùp daây rotor 250V. 25A: Doøng ñieän ñònh möùc cuûa rotor. Isol. – KL.B: Caáp caùch ñieän cuûa ñoäng cô. IP 44: Loaïi vaø kieåu baûo veä ñöôïc ghi baèng kí hieäu ngaén, soá thöù nhaát chæ caáp baûo veä choáng vaät laï beân ngoaøi (caáp 4 baûo veä choáng vaät laï beân ngoaøi φ >1mm), soá thöù hai chæ caáp baûo veä choáng nöôùc (caáp 4 choáng tia nöôùc töø moïi höôùng). § 1.4. COÂNG DUÏNG CUÛA MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ. Maùy ñieän khoâng ñoàng boä laø loaïi maùy ñieän xoay chieàu chuû yeáu duøng laøm ñoäng cô ñieän. Do keát caáu ñôn giaûn, laøm vieäc chaéc chaén, hieäu suaát cao, giaù thaønh haï neân ñoäng cô khoâng ñoàng boä laø loaïi maùy ñöôïc duøng roäng raõi nhaát trong caùc ngaønh kinh teá quoác daân. Trong coâng nghieäp thöôøng duøng maùy ñieän khoâng ñoàng boä laøm nguoàn ñoäng löïc cho maùy caùn theùp loaïi vöøa vaø nhoû, ñoäng löïc cho caùc maùy coâng cuïï, Trong haàm moû duøng laøm maùy tôøi hay quaït gioù. Trong noâng nghieäp duøng ñeå laøm maùy bôm hay maùy gia coâng noâng saûn phaåm. Trong ñôøi soáng haøng ngaøy, maùy ñieän khoâng ñoàng boä cuõng daàn daàn chieám moät vò trí quan troïng: quaït gioù, maùy quay ñóa, ñoäng cô trong tuû laïnh, maùy bôm nöôùc, Toùm laïi phaïm vi öùng duïng cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä ngaøy caøng roäng raõi. 52
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Tuy vaäy, maùy ñieän khoâng ñoàng boä coù nhöõng nhöôïc ñieåm nhö: cos ϕ cuûa maùy thöôøng khoâng cao laém vaø ñaëc tính ñieàu chænh toác ñoä khoâng toát neân öùng duïng cuûa noù coù phaàn bò haïn cheá. Caâu hoûi: 1. Coâng thöùc tính toác ñoä ñoàng boä? 2. Caùc caùch phaân loaïi maùy ñieän khoâng ñoàng boä 3 pha? Ñaëc ñieåm cuûa töøng loaïi? 3. Taïi sao maùy ñieän khoâng ñoàng boä ñöôïc duøng phoå bieán nhaát? 53
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CHÖÔNG II: CAÙC QUAN HEÄ ÑIEÄN TÖØ TRONG MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ. Ta coù theå coi maùy ñieän khoâng ñoàng boä nhö moät maùy bieán aùp maø daây quaán stator laø daây quaán sô caáp, daây quaán rotor laø daây quaán thöù caáp vaø söï lieân heä giöõa sô caáp vaø thöù caáp thoâng qua töø tröôøng quay. Do ñoù coù theå duøng caùch phaân tích kieåu maùy bieán aùp ñeå thieát laäp caùc phöông trình cô baûn, maïch ñieän thay theá, ñoà thò vector, Ta chæ xeùt ñeán taùc duïng cuûa soùng cô baûn maø khoâng xeùt ñeán taùc duïng cuûa soùng baäc cao vì taùc duïng cuûa chuùng laø thöù yeáu. § 2.1. MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ LAØM VIEÄC KHI ROTOR ÑÖÙNG YEÂN. Muïc ñích cuûa chuùng ta laø chöùng minh raèng khi rotor ñöùng yeân maùy ñieän khoâng ñoàng boä ñöôïc xem nhö maùy bieán aùp chæ khaùc veà phaàn caáu taïo. Coøn veà phaàn baûn chaát vaät lyù ñeàu nhö nhau. Ñeå nghieân cöùu moät caùch hôïp lyù ta baét ñaàu nghieân cöùu töø nhöõng traïng thaùi laøm vieäc giôùi haïn cuûa maùy: khoâng taûi, ngaén maïch ñeå phaàn sau môû roäng khaùi nieäm maùy ñieän khoâng ñoàng boä cuõng nhö maùy bieán aùp ngay caû ôû tröôøng hôïp vôùi rotor quay. 1. Khoâng taûi cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä khi n = 0 (Rotor ñöùng yeân) Hình 2.2 Töø thoâng cuûa stator khi Hình 2.1 Sô ñoà ñoäng cô ñieän khoâng rotor hôû maïch. ñoàng boä rotor daây quaán coù bieán trôû Ta giaû thuyeát rotor cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä hôû maïch (vò trí 1 hình 2.1) vaø ñöùng yeân, stator ñöôïc ñaët vaøo löôùi ñieän coù ñieän aùp U1, taàn soá f1. Trong tröôøng 54
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - hôïp naøy maùy ñieän khoâng ñoàng boä ñöôïc xem nhö maùy bieán aùp luùc khoâng taûi. Döôùi taùc duïng cuûa ñieän aùp U1 trong stator coù doøng ñieän khoâng taûi I0 taïo neân söùc töø ñoäng F1, F1 taïo neân töø thoâng phaàn lôùn töø thoâng laø Φ moùc voøng vôùi hai daây quaán cuûa maùy, coøn phaàn kia Φ σ1 chæ moùc voøng vôùi daây quaán stator. Neáu maùy coù p ñoâi cöïc thì toác ñoä ñoàng boä n1 cuûa Φ laø n1 = 60f1/p (voøng/phuùt). Töø thoâng Φ sinh ra ôû daây quaán stator vaø rotor caùc s.ñ.ñ E1 vaø E2 xaùc ñònh theo coâng thöùc: E = 2πf w k Φ 1 1 1 dq1 (2-1) E 2 = 2πf1w 2 k dq2Φ . Töø thoâng taûn Φ σ1 seõ taïo neân ôû daây quaán stator s.ñ.ñ taûn E σ1 . E σ1 = − jI 0 .x1 vôùi x1 laø ñieän khaùng taûn cuûa daây quaán stator. x1 = ω.L1 = 2π. f .L1 Lσ1 : Heä soá töï caûm cuûa daây quaán Stator. Ngoaøi ra daây quaán stator coøn coù ñieän trôû taùc duïng r1, keå ñeán söï coù maët cuûa noù döôùi hình thöùc ñieän aùp rôi I0r1. Phöông trình caân baèng s.ñ.ñ cuûa daây quaán stator cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä töông töï maùy bieán aùp. . . . U1 = − E1 + I0 Z1 (2-2) Ñoà thò vector khi khoâng taûi cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä töông öùng veà nguyeân taéc vôùi nhöõng ñoà thò vector khi khoâng taûi cuûa maùy bieán aùp. Nhöng trong quan heä veà löôïng giöõa ñoà thò coù moät söï khaùc nhau roõ reät: Trong maùy ñieän khoâng ñoàng boä: I0 = (20 ÷ 50)%Iñm Trong maùy bieán aùp: I0 = (3 ÷ 10)%Iñm Ñieän aùp rôi treân daây quaán maùy ñieän khoâng ñoàng boä khi khoâng taûi chieám (2 ÷ 5)%Uñm coøn cuûa maùy bieán aùp thöôøng khoâng quaù (0,1 ÷ 0,4)%Uñm. Heä soá bieán ñoåi s.ñ.ñ cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä: E1 2.πf1w1k dq1Φ w1k dq1 k e = = = (2-3) E 2 2.πf1w 2 k dq2Φ w 2 k dq2 Trong maùy ñieän khoâng ñoàng boä cuõng nhö trong maùy bieán aùp caùc ñaïi löôïng cuûa daây quaán roâtor ñöôïc quy ñoåi veà daây quaán stator nghóa laø thay cuoän roâtor thaät baèng moät cuoän khaùc cuõng coù soá voøng daây, böôùc daây quaán vaø soá raõnh cuûa moät pha döôùi moät cöïc nhö laø cuoän sô caáp. Söùc ñieän ñoäng cuûa daây quaán rotor ñöôïc quy ñoåi veà stator: E’2 = keE2 = E1 (2-4) Khi rotor hôû maïch vaø ñöùng yeân trong maùy chæ coù toån hao ñoàng cuûa stator 2 ΔpCu1 = m1I0 r1, toån hao saét ôû stator, rotor: Δ pFe1 + Δ pFe2. Coâng suaát P10 do maùy 2 tieâu thuï töø löôùi P10 = m1I0 r1 + Δ pFe1 + Δ pFe2. Trong maùy ñieän khoâng ñoàng boä I0 vaø r1 töông ñoái lôùn neân toån hao ñoàng Δ pcu1 chieám 1 thaønh phaàn ñaùng keå trong P- 10. Ñoái vôùi maùy bieán aùp ta boû qua Δ pcu1 luùc khoâng taûi. 55
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2. Ngaén maïch cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä khi n = 0: Neáu chuùng ta dòch chuyeån ñieåm tieáp xuùc ñoäng cuûa bieán trôû trong maïch rotor töø vò trí 1 sang vò trí 2 (h 2-1), thì chuùng ta coù tình traïng ngaén maïch cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä. Veà baûn chaát vaät lyù ngaén maïch nhö vaäy töông töï ngaén maïch cuûa maùy bieán aùp. Ñaët 1 ñieän aùp U1 = (15 ÷ 25)%Uñm vaøo daây quaán stator. Trong daây quaán stator coù doøng ñieän I1 chaïy vôùi taàn soá f1, trong rotor coù doøng ñieän I2 chaïy vôùi taàn soá f2, khi n = 0 thì f2 = f1 vaø I1, I2 sinh ra F1, F2, ôû ñaây ta chæ xeùt ñeán caùc soùng söùc töø ñoäng cô baûn: ⎫ m1 2 w1k dq1 F1 = . .I1 ⎪ π p ⎪ ⎬ (2-5) m 2 w 2 k dq2 ⎪ F = 2 I 2 . . 2 ⎪ π p ⎭ F1, F2 quay vôùi toác ñoä n1 = 60f1/p vaø taùc duïng vôùi nhau sinh ra söùc töø ñoäng toång ôû khe hôû F0 . . . F1 + F2 = F0 (2-6) Gioáng nhö caùch phaân tích maùy bieán aùp, ôû ñaây coù theå coi doøng ñieän stator goàm 2 . . . thaønh phaàn: I 1 = I 0 + (− I'2 ) . . m1 2 w1k dq1 I0 → F = .I 0 π p 0 . . . ⎛ ⎞ − m 2 w1kdq1 − I' → ⎜− F' ⎟ = 1 . .I' 2 ⎝ 2 ⎠ π p 2 . . . So saùnh söùc töø ñoäng F2 do doøng ñieän I 2 cuûa rotor vaø thaønh phaàn I'2 cuûa doøng ñieän stator sinh ra, ta coù: F2 = F'2 m 2 w k . m 2 w k . Hay: 2 . 2 dq2 .I = 1 . 1 dq1 .I' π p 2 π p 2 Töø ñoù tìm ra ñöôïc tyû soá bieán ñoåi doøng ñieän: . I 2 m1w1k dq1 k i = . = (2-7) m 2 w 2 k dq2 I 2 ' . . I 2 Do ñoù doøng ñieän quy ñoåi cuûa rotor sang stator baèng: I'2 = k i Duøng caùc heä soá bieán ñoåi s.ñ.ñ vaø doøng ñieän (2-3), (2-7) chuùng ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc ñieän trôû vaø ñieän khaùng qui ñoåi r’2 vaø x’2 cuûa rotor. Khi qui ñoåi r’2 chuùng ta xuaát phaùt töø toån hao ñoàng cuûa daây quaán rotor khoâng phuï thuoäc vaøo söï qui ñoåi ñoù: 2 2 m 2 I 2 r2 = m1I'2 r'2 Töø ñoù ta ñöôïc: 56
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2 2 m ⎛ I ⎞ m ⎛ m w k ⎞ r' = 2 ⎜ 2 ⎟ r = 2 ⎜ 1 1 dq1 ⎟ r 2 ⎜ ⎟ 2 ⎜ ⎟ 2 m1 ⎝ I'2 ⎠ m1 ⎝ m 2 w 2 k dq2 ⎠ w1k dq1 m1w1k dq1 = . r2 = kekir2 = kr2 (2-8) w 2 k dq2 m 2 w 2 k dq2 Trong ñoù k = keki laø heä soá quy ñoåi cuûa toång trôû. Khi qui ñoåi ñieän khaùng x2 ta xuaát phaùt töø goùc ψ 2 giöõa E2 vaø I2 khoâng phuï thuoäc vaøo söï qui ñoåi: x 2 x'2 tgψ 2 = = r2 r'2 r'2 ⇒ x'2 = x 2 = k.x 2 (2-9) r2 caùc phöông trình s.ñ.ñ sô caáp cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä luùc ngaén maïch vieát hoaøn toaøn nhö ñoái vôùi maùy bieán aùp: . . . ⎫ U1 = − E1 + I1 Z1 ⎪ . . ⎪ 0 = − E'2 + I'2 Z'2 ⎪ . . ⎪ E'2 = E1 ⎬ (2-10) . . . ⎪ I1 + I'2 = I0 ⎪ . . ⎪ ⎪ − E1 = I0 Zm ⎭⎪ ÔÛ ñaây Z1 = r1 + jx1; Z’2 = r’2 + jx’2 . . . . Vôùi E'2 = E1 vaø I'2 = − I 1 (vì I0 nhoû ≈ 0) giaûi 2 phöông trình ñaàu ta coù: . . . U1 U1 I1 ≈ = Z1 + Z'2 Zn Trong ñoù Zn = rn + jx n :Toång trôû ngaén maïch. rn = r1 + r'2 : Ñieän trôû ngaén maïch. x n = x1 + x'2 : Ñieän khaùng ngaén maïch. Ñoà thò vector vaø maïch ñieän thay theá: Hình 2.4 Maïch ñieän thay theá cuûa maùy Hình 2.3 Ñoà thò veùc tô cuûa maùy ñieän ñieän khoâng ñoàng boä khi ngaén maïch. khoâng ñoàng boä khi rotor ñöùng yeân 57
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - § 2.2. MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ LAØM VIEÄC KHI ROTOR QUAY. Trong tröôøng naøy noù ñöôïc xem nhö moät maùy bieán aùp toång hôïp nghóa laø ôû ñaây khoâng chæ coù bieán ñoåi ñieän aùp doøng ñieän vaø soá pha maø coøn caû taàn soá vaø caùc daïng naêng löôïng nöõa. Toùm laïi vieát phöông trình s.ñ.ñ cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä vaø giaûi theo doøng ñieän, chuùng ta coù theå coù ñöôïc veà nguyeân taéc, nhöõng giaûn ñoà ñaúng trò nhö ñoái vôùi maùy bieán aùp. 1. Caùc phöông trình cô baûn: Maùy ñieän khoâng ñoàng boä laøm vieäc thì daây quaán rotor thöôøng noái ngaén maïch. Noái daây quaán stator vôùi nguoàn 3 pha thì trong daây quaán coù doøng ñieän I1 chaïy, ta coù phöông trình caân baèng s.ñ.ñ treân daây quaán stator vaãn nhö cuõ: . . . . U1 = − E1 + I1 (r1 + jx1 ) (2-11) 60f Töø thoâng Φ quay vôùi toác ñoä: n = 1 1 p a) Taàn soá söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong daây quaán rotor: Khi rotor quay vôùi toác ñoä n trong töø tröôøng quay coù toác ñoä n1 (vaø cuøng chieàu) thì toác ñoä quay töông ñoái cuûa töø tröôøng quay Φ vôùi rotor coù toác ñoä n2 = n1 – n vaø taàn soá doøng ñieän trong rotor laø: n 2 p n1 − n n1p f 2 = = . = s.f1 (2-12) 60 n1 60 Thöôøng khi ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä ôû taûi ñònh möùc thì s ñm = 0,02 ÷ 0,05 neân ta suy ra taàn soá treân rotor thaáp vaø toån hao ít. b) Söùc ñieän ñoäng cuûa rotor: Theo bieåu thöùc chung thì E 2s = 4,44f 2 w 2 k dq2Φ = 4,44sf1w 2 k dq2Φ = sE 2 Qui ñoåi veà stator: E’2s = s.E’2 (2-13) Nghóa laø vôùi töø thoâng chính ñaõ cho Φ thì s.ñ.ñ caûm öùng trong rotor quay baèng s.ñ.ñ E2 khi rotor ñöùng yeân nhaân theâm vôùi heä soá tröôït s. Ví duï: Khi n = 0 vaø rotor hôû maïch ta coù ôû caùc vaønh tröôït U2 = E2 = 600V, thì khi vöøa naâng cao daàn toác ñoä quay cuûa rotor theo chieàu töø tröôøng quay n = 0 ñeán n = n1 thì ta coù söï bieán thieân baäc nhaát cuûa E2s töø E2s = 600 V ñeán 0 vôùi n > n1 thì E2s baét ñaàu taêng vaø coù trò soá aâm nghóa laø bieán ñoåi goùc pha cuûa noù so vôùi luùc ban ñaàu 1800. c) Ñieän trôû cuûa daây quaán rotor: Giaû söû rotor kheùp kín maïch qua moät ñieän trôû phuï naøo ñoù, muoán vaäy chuùng ta dòch ñieåm tieáp xuùc cuûa bieán trôû veà vò trí 3. Vaäy ñieän trôû cuûa rotor laø: R2 = r2 + rf Vôùi r2: ñieän trôû taùc duïng cuûa rotor; rf: ñieän trôû phuï. Qui ñoåi R’2 = r’2 + r’f. d) Ñieän khaùng cuûa rotor: Ñieän khaùng taûn cuûa phaàn quay khi ñöùng yeân: x 2 = 2π.f1.Lσ2 58
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trong ñoù Lσ2 laø heä soá töï caûm xaùc ñònh bôûi töø thoâng taûn φσ2 bôûi vì töø thoâng taûn ñi qua khoâng khí laø chính neân Lσ2 = const. x = 2π. f 2.L = 2π. f .s.L = x s 2 σ 2 1 σ 2 2 hay : x'2s = x'2 .s 2. Phöông trình söùc ñieän ñoäng vaø doøng ñieän cuûa rotor: Neáu maïch cuûa rotor kín thì trong ñoù seõ coù I2 chaïy vaø I2 seõ taïo neân φσ2 vaø ñi qua r2, töông öùng vôùi ñieàu ñoù seõ coù s.ñ.ñ E2s = E2.s taïo neân bôûi Φ vaø s.ñ.ñ taûn: . . E σ2 = −j.I 2 .x 2 .s taïo bôûi φσ 2 Theo ñònh luaät Kirchhop 2: . . . . . E 2s + E σ2 = E 2s − j.I 2 .x 2 .s = I 2 .r2 . . . hay E 2s = I 2 .Z2s = I 2 (r2 + j.x 2 .s) Vôùi Z2s = r2 + jx2s: toång trôû phöùc cuûa rotor. . . . E 2s E 2 .s Do ñoù: I 2 = = (2-15) Z2s r2 + j.x 2 .s . . E 2 .s Hay: I 2 = 2 2 2 r2 + x 2 .s Vôùi daïng rotor qui ñoåi veà stator: E’2s = I’2.z’2s Vôùi z’2s = r’2 +j.x’2.s: Toång trôû qui ñoåi cuûa rotor veà stator. . . . . . E'2s E'2 .s E'2 .s I'2 = = hay I'2 = Z' r' + j.x' .s 2 2 2 2s 2 2 r'2 +x'2 .s Ñeå thieát laäp phöông trình môùi coù yù nghóa, ta coù theå bieán ñoåi (2-15) nhö sau: . . . E 2 .s E 2 I 2 = = (2-16) r + j.x .s r 2 2 2 + j.x s 2 . Bieåu thöùc cuûa I 2 coù moät yù nghóa vaät lyù môùi: ôû maïch thöù caáp baây giôø thay cho s.ñ.ñ khi rotor quay E2s vôùi f2 = s.f1 seõ laø s.ñ.ñ E2 khi rotor ñöùng yeân vôùi taàn soá f1. Ñieän khaùng khi rotor quay x2.s ôû maïch thöù caáp seõ laø ñieän khaùng khi rotor ñöùng yeân x2. Muoán trong maïch thöù caáp vaãn chæ coù doøng ñieän I2 coù cuøng trò soá vaø pha r2 1− s ñoái vôùi I2 chæ caàn thieát thay r2 thöïc baèng 1 ñieän trôû môùi baèng: = r + r : ñaëc s 2 2 s 1− s tröng cho coâng suaát cô treân truïc. Trong ñoù r = 2 s Nhö vaäy, neáu rotor quay muoán trong ñoù vaãn laø doøng ñieän aáy, caàn ñöa vaøo 1− s maïch thöù caáp 1 ñieän trôû giaû töôûng: r 2 s 59
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3. Toác ñoä quay cuûa söùc töø ñoäng (s.t.ñ) rotor: Trong daây quaán rotor, I2 taïo neân F2 quay vôùi toác ñoä n2 töông öùng vôùi taàn soá f2. Ngoaøi ra, baûn thaân rotor quay vôùi toác ñoä n. Do ñoù, F2 quay töông ñoái so vôùi stator toác ñoä n2 + n. 60f 60f .s n1 − n 2 1 n = n = n − n Nhöng: n 2 = = = n1.s ⇒ 2 1 1 p p n1 Nhö vaäy: n2 + n = n1 – n + n = n1 Nghóa laø s.t.ñ cuûa rotor quay trong khoâng gian luoân luoân quay vôùi toác ñoä vaø chieàu nhö s.t.ñ cuûa stator (khoâng phuï thuoäc vaøo tình traïng laøm vieäc). Bôûi vì F1 vaø F2 quay cuøng toác ñoä vaø chieàu trong khoâng gian neân coù theå xem raèng noù chuyeån ñoäng töông ñoái vôùi nhau vaø taïo thaønh soùng s.t.ñ toång F0. Nhö vaäy, hình sin s.t.ñ F2 caàn phaûi leäch veà khoâng gian töông ñoái vôùi F1 1 goùc F0 ñuû ñeå taïo neân Φ , theo ñieàu kieän caân baèng s.t.ñ: . . . . . . F1 + F'2 = F0 ⇒ I1 + I'2 = I0 (2-17) Toùm laïi, heä phöông trình cô baûn luùc rotor quay laø: . . . ⎫ U1 = − E1 + I1 (r1 + j.x1 ) ⎪ . . ⎪ r'2 0 = − E'2 + I'2 ( + j.x'2 )⎪ s ⎪ . . ⎪ E'2 = E1 ⎬ (2-18) . . . ⎪ I1 + I'2 = I0 ⎪ . . ⎪ − E1 = jI0 Z ⎪ m ⎪ ⎭ 4. Maïch ñieän thay theá cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä: Töông töï nhö cuûa maùy bieán aùp. Döïa vaøo heä phöông trình (2-18), ta coù theå thieát laäp ñöôïc maïch ñieän thay theá 1− s hình T cho maùy ñieän khoâng ñoàng boä vôùi r' ñaëc tröng cho söï theå hieän coâng 2 s 2 ⎛1− s ⎞ suaát cô Pcô treân truïc (Pcô = m1I'2 r'2 ⎜ ⎟ ). ⎝ s ⎠ Hình 2.5 Maïch ñieän thay theá hình T cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä. 60
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Khaùc vôùi maùy bieán aùp chæ coù söï bieán ñoåi ñieän naêng ôû ñieän aùp naøy qua ñieän naêng ôû ñieän aùp khaùc, ñoäng cô khoâng ñoàng boä laø moät maùy ñieän bieán ñoåi ñieän naêng ra cô naêng. Khi giaûm phuï taûi ñieän aùp ôû caùc cöïc thöôøng khoâng thay ñoåi, coøn khi phuï taûi bieán ñoåi thì töø thoâng hoã caûm vaø s.ñ.ñ töông öùng vôùi noù E1 = E’2 ôû caùc ñaàu cöïc cuûa maïch töø hoaù hình T cuõng bieán ñoåi döôùi aûnh höôûng cuûa ñieän aùp rôi I1z1 ôû maïch sô caáp. Vôùi nhöõng lyù do treân, ta thaáy raèng maïch ñieän thay theá hình T ñoâi khi khoâng tieän lôïi cho vieäc nghieân cöùu caùc quaù trình coâng taùc cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä. Tieän lôïi hôn laø giaûn ñoà thay theá hình Γ trong ñoù maïch töø hoaù ñöôïc ñöa ra caùc ñaàu cöïc stator vaø vôùi moïi söï bieán thieân cuûa phuï taûi, nghóa laø khi heä soá tröôït s thay ñoåi thì doøng ñieän vaãn khoâng ñoåi vaø baèng doøng ñieän khoâng taûi lyù töôûng I00 khi s = 0 (hình 2-6). Hình 2.6 Giaûn ñoà thay theá chính xaùc hình Γ Caùch bieán ñoåi: ta coi doøng ñieän maïch chính -I’’2 cuûa giaûn ñoà bieán ñoåi hình . Γ nhö laø hieäu soá hình hoïc cuûa doøng ñieän maïch chính I1 vaø doøng ñieän khoâng taûi lyù töôûng i00 luùc s = 0 cuûa giaûn ñoà thay theá hình T. Töø hình 2-2 ta coù: . . . U 1 z'2s +zm I 1 = = U 1 z'2s zm z1.z'2s +z1 zm + z'2s zm z1 + z'2s +zm Vaø doøng ñieän trong maïch töø hoaù khi s = 0: . . . . . U1 U1 U1 U1 I00 = = = = z1 + z m z1 σ1.z m z'm z m (1+ ) z m z1 Vôùi σ1 = 1+ vaø z'm = σ1z m = z1 + z m z m σ1 : heä soá hieäu chænh (heä soá söûa chöõa bieán ñoåi) Doøng ñieän maïch chính cuûa giaûn ñoà bieán ñoåi: . . . . ⎛ z'2s +z m 1 ⎞ − I''2 = I1 − I00 = U1 ⎜ − ⎟ ⎝ z1.z'2s +z1z m + z'2s z m z1 + z m ⎠ 61
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - . . 2 U 1 .zm U 1 = = 2 ()(z1 + zm z1.z'2s +z1 zm + z'2s zm )⎛ z ⎞ ⎛ z ⎞ ⎜ 1 ⎟ ⎜ 1 ⎟ z1 ⎜1+ ⎟ + z'2s ⎜1+ ⎟ ⎝ zm ⎠ ⎝ zm ⎠ . . U 1 U 1 = = . . . . 2 2 r'2 σ 1 z + σ z' σ 1 (r + jx ) + σ ( + jx' ) 1 1 2s 1 1 1 s 2 Caùc quan heä vöøa nhaän ñöôïc töông öùng vôùi giaûn ñoà thay theá hình Γ (döïa vaøo bieåu thöùc cuûa I 00 vaø − I''2 ta veõ ñöôïc giaûn ñoà thay theá) . . U1 − i z U1 ⎛ (z' +z )z ⎞ 1 1 ⎜ 2s m 1 ⎟ − I''2 = = ⎜1− ⎟ z'2s z'2s ⎝ z1.z'2s +z1z m + z'2s z m ⎠ . . U 1 U 1 = = z1 z1 + Γ z'2s z1 + z'2s (1+ ) zm Do ñoù, tyû soá cuûa doøng ñieän maïch chính cuûa hình T vaø Γ laø: I'2 z1 z1 x1 r1 = 1+ = σ1 , coi rm << xm , σ1 = 1+ = (1+ ) − j I''2 z m z m x m rm r1 Vì raát beù neân coù theå boû qua phaàn aûo cuûa σ1 rm x1 Φσ1 ⇒ σ 1 = 1+ = 1+ trong thöïc teá :σ1 = 1,04 ÷1,08 xm Φ § 2.3. GIAÛN ÑOÀ NAÊNG LÖÔÏNG VAØ ÑOÀ THÒ VECTOR CUÛA MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ 1. Maùy laøm vieäc ôû cheá ñoä ñoäng cô ñieän (0 < s <1): a) Giaûn ñoà naêng löôïng: Ñoäng cô ñieän laáy ñieän naêng töø löôùi ñieän vaøo vôùi P1 = m1U1I1 cosϕ1 . Moät phaàn nhoû cuûa coâng suaát ñoù bieán thaønh toån hao ñoàng cuûa daây quaán stator 2 2 ΔpCu1 = m1I1 vaø toån hao trong loõi saét stator Δp Fe = m1I0 rm , coøn laïi phaàn lôùn coâng suaát ñöa vaøo chuyeån thaønh coâng suaát ñieän töø Pñt truyeàn qua rotor. Nhö vaäy: . r'2 P = P − Δp − Δp = m I'2 : coâng suaát ñieän töø. ñt 1 Cu1 Fe 1 s . Vì trong rotor coù doøng ñieän neân coù toån hao ñoàng trong rotor ΔpCu2 = m1 I'2 r'2 , do ñoù coâng suaát cô ôû truïc ñoäng cô ñieän laø: . 1− s P = P − Δp = m I'2 ( )r' cô ñt Cu2 1 s 2 62
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ΔpCu2 (1− s) vaäy Pcô = s Pcô = (1-s)Pñt ΔpCu2 = sPñt Coâng suaát ñöa ra ñaàu truïc ñoäng cô ñieän P2 seõ nhoû hôn coâng suaát cô vì khi maùy quay coù toån hao cô Δp cô vaø toån hao phuï Δpf : P2 = Pcô − Δp cô − Δpf Nhö vaäy toång toån hao trong ñoäng cô laø: ∑ P = Δp Cu1 + Δp Fe + ΔpCu2 + Δp cô + Δpf P P η = 2 = 1− ∑ P1 P1 Ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä cuõng laáy coâng suaát phaûn khaùng töø löôùi vaøo: Q1 = m1U1I1 sinϕ1 Moät phaàn nhoû coâng suaát phaûn khaùng naøy ñöôïc söû duïng ñeå sinh ra töø tröôøng taûn trong maïch ñieän stator q1 vaø rotor q2: 2 q1 = m1I1 x1 ⎪⎫ 2 ⎬ Hình 2.7 Giaûn ñoà naêng löôïng cuûa q 2 = m1I'2 x'2 ⎭⎪ Phaàn coøn laïi duøng ñeå sinh ra töø ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä. tröôøng khe hôû: 2 Q m = m1E1I0 = m1I0 x m Töø ñoù, ta veõ ñöôïc giaûn ñoà naêng löôïng nhö hình 2.7: b) Ñoà thò vector: Gioáng nhö maùy bieán aùp, ñoà thò vector cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä ñöôïc thaønh laäp töông öùng vôùi giaûn ñoà thay theá hình T. Caùc ñoà thò ñöôïc veõ cho 1 pha cuûa m pha vôùi daïng rotor qui ñoåi veà stator Φ taïo neân . . E1 = E'2 baèng vôùi ñieän aùp treân caùc cöïc cuûa maïch töø hoaù cuûa giaûn ñoà hình T. I0 vöôït tröôùc Φ moät goùc . . töông öùng vôùi toån hao saét stator. I'2 chaäm sau E'2 moät goùc ψ 2 : x'2 tgψ 2 = > 0 ; 0 <ψ 2 < π / 2 r'2 s . . . . . . I1 = I0 − I'2 ; U1 = − E1 + I1 (r1 + jx1 ) . . r'2 r'2 E' = I' ( + jx' ) ⇒ E'2 = I' + jI' x' 2 2 s 2 2 s 2 2 Hình 2.8 ñoà thò veùc tô cuûa . . π I 1 chaäm sau U1 moät goùc ϕ1 < . ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä 2 63