Bài giảng Máy điện - Chương 10: Động cơ không đồng bộ một pha - Phạm Khánh Tùng
1. PHẠM VI ÁP DỤNG, CẤU TẠO & NGUYÊN LÝ LÀM VIỆCCHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA
1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
+ Stato : giống động cơ ba pha, nhưng đặt trên đó dây quấn một pha.
+ Rôto : rôto lồng sóc giống động cơ ba pha .
Nguyên lý làm việc
Khi nối dây quấn một pha stato vào lưới điện có điện áp u1 thì trong
dây quấn có dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua :
Dòng điện này sinh ra từ trường stato có phương không đổi nhưng có
độ lớn thay đổi hình sin theo thời gian, gọi là từ trương đập mạch:
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Máy điện - Chương 10: Động cơ không đồng bộ một pha - Phạm Khánh Tùng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Máy điện - Chương 10: Động cơ không đồng bộ một pha - Phạm Khánh Tùng
PHẦN 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG 10 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 1.1. Phạm vi áp dụng Động cơ điện không đồng bộ một pha được sử dụng rất rộng rãi trong dân dụng và công nghiệp như máy giặt, tủ lạnh, máy lau nhà, máy bơm nước, quạt, các dụng cụ cầm tay,... (có đặc điểm chung là các động cơ công suất nhỏ). Cụm từ “động cơ công suất nhỏ” chỉ các động cơ có công suất nhỏ hơn 750W. Phần lớn động cơ một pha thuộc loại nầy, mặt dù chúng còn được chế tạo với công suất đến 7,5kW và ở hai cấp diện áp 110V và 220V. 1. PHẠM VI ÁP DỤNG, CẤU TẠO & NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc + Stato : giống động cơ ba pha, nhưng đặt trên đó dây quấn một pha. + Rôto : rôto lồng sóc giống động cơ ba pha . Nguyên lý làm việc Khi nối dây quấn một pha stato vào lưới điện có điện áp u1 thì trong dây quấn có dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua : Dòng điện này sinh ra từ trường stato có phương không đổi nhưng có độ lớn thay đổi hình sin theo thời gian, gọi là từ trương đập mạch: tsinI2i 11 costsinFF m CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay • Stđ quay thuận : • Stđ quay ngược : Hai stđ quay này có : • Biên độ từ trường đập quay: • Tốc độ quay : Quay thuận ω1 Quay ngược – ω1 tj m11 1eF I p kW2 FF 2 F 1dq1 m12m11 m1 tj m12 1eF CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Hệ số trượt: • Thuận : • Ngược : Phương trình cân bằng stđ tổng: • Thuận: sinh ra từ cảm • Ngược: sinh ra từ cảm Từ cảm tổng hình thành từ trường quay hình elip: ss 1 1 1 m21m11m01 FFF s2s 1 1 2 )t(j m1 11eB m22m12m02 FFF )t(j m2 21eB )t(j m2 )t(j m1 2111 eBeBB ~ CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Từ trường quay thuận B1 tác dụng với dòng điện rôto sẽ tạo ra mômen quay thuận M1 ; Còn từ trường quay ngược B2 tác dụng với dòng điện rôto sẽ tạo ra mômen quay ngược M2. Tổng đại số hai mômen cho đặc tính cơ M = f(s) : )s(fMMM 21 CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Từ đặc tính, thấy rằng lúc mở máy (n = 0, s = 1), M1 = M2 và ngược chiều nhau nên M = 0, vì vậy động cơ không thể tự quay được. Nếu ta quay động cơ theo một chiều nào đó, s ≠ 1 tức M ≠ 0 động cơ sẽ tiếp tục quay theo chiều đó. Vì vậy để động cơ một pha làm việc được, ta phải có biện pháp mở máy, nghĩa là tìm cách tạo ra cho động cơ một mômen lúc rôto đứng yên (M = Mk khi s =1). CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 2.1. Các phương trình cơ bản Xét động cơ không đồng bộ một pha như chế độ không đối xứng của động cơ hai pha m =2, có hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc 90o điện, trong đó pha A tách ra nên dòng IA = 0 và pha B còn lại có I1 = IB, máy nối vào lưới điện có điện áp U1. Ta có : 2B1BB 2A1AA III III Trong đó: IA1, IB1 – dòng thứ tự thuận; IA2, IB2 – dòng thứ tự ngược 2. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN VÀ SƠ ĐỒ THAY THẾ CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Theo đồ thị véc tơ: Giải hệ phương trình tìm được : Điện áp của một pha: 2/I2/)IjI(II 2/I2/)IjI(II BAB212B BAB111B 2B2A1B1A IjI ;IjI 12112B1BB1 UUUUUU CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Biểu diễn điện áp thứ tự thuận và ngược theo dòng I và Z tương ứng : Trong đó: I11, I12 là dòng điện thứ tự thuận và ngược. Z11; Z12 là tổng trở thứ tự thuận và ngược. 2/ZIZIUU 2/ZIZIUU 1211212122B 1111111111B )ZZ/(ZZZZ '21m ' 21m111 ' 2 ' 2 ' 21 jxs/rZ )ZZ/(ZZZZ '22m ' 22m112 ' 2 ' 2 ' 22 jx)s2/(rZ CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 2.2. Mạch điện thay thế Từ các phương trình cân bằng ta xây dựng mạch điện thay thế chính xác của động cơ không đồng bộ một pha. Thông số qui đổi mạch rôto r’2 = kr2 x’2 = kx2 k = keki m1= 2 CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Mạch điện thay thế gần đúng Thông số: r1 - điện trở dây quấn stato x1 - điện kháng tản dây quấn stato xm - điện kháng từ hóa r’2 - điện trở dây quấn roto qui đổi về stato x’2 - điện kháng tản dây quấn roto qui đổi về stato U1 - điện áp của nguồn. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Giả thiết rôto quay với tốc độ nào đó trong từ trường quay thuận, ứng với hệ số trượt s. Lúc này dòng điện cảm ứng trong dây quấn rotor có tần số sf (f - tần số lưới điện). Do tổn hao sắt không đáng kể hoặc gộp vào tổn hao quay. Như vậy, tổng trở của dây quấn rôto ứng với từ trường quay thuận qui đổi về stato là 0,5r’2/s + j0,5x’2. Cũng tương tự như vậy đối với từ trường quay ngược, tổng trở của dây quấn rôto ứng với từ trường quay ngược qui đổi về stato là 0,5r’2/(2-s) + j0,5x’2. Từ mạch điện gần đúng ta có mạch điện với tổng trở thứ tự thuận ZT và thứ tự ngược ZN như sau : CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Mạch điện gần đúng với tổng trở thứ tự thuận ZT và thứ tự ngược ZN : )xx(5,0js/r5,0 )s/r5,0x5,0(x5,0j jXRZ ' 2m ' 2 ' 2 ' 2m TTT )xx(5,0j)s2/(r5,0 )]s2/(r5,0x5,0[x5,0j jXRZ ' 2m ' 2 ' 2 ' 2m NNN CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Công suất điện từ (khe hở không khí) của từ trường thứ tự thuận và ngược : Mô men điện từ tương ứng: Mô men điện từ tổng: Công suất cơ: 2 1NN.đt 2 1TT.đt IRP IRP 1 T.đt T P M 1 N.đt N P M )RR( I MMM NT 1 2 1 NT )s1(M.MP 1co )s1)(RR(IP NT 2 1co CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Công suất trên đầu trục: Với pq - tổn hao quay, gồm tổn hao cơ và tổn hao phụ, cũng có khi gộp cả tổn hao sắt vào tổn hao quay. Tổn hao đồng trong dây quấn rôto ứng với từ trường quay thuận và ngược : Tổn hao đồng trong dây quấn rôto: qco2 pPP N.đtN.2đ T.đtT.2đ P)s2(p sPp N.đtT.đtN.2đT.2đ2dd P)s2(sPppp CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA VÍ DỤ: Động cơ KĐB một pha công suất 1/4 mã lực, 230V, 60Hz và 4 cực từ có tham số và tổn thất: R1 = 10Ω; X1 = X’2 = 12,5Ω; R’2 = 11,5Ω; Xm = 250Ω; Tổn hao sắt ở 230V là 35W; Tổn hao ma sát và quạt gió 10W; Với hệ số trượt là 0,05 xác định dòng điện stato, công suất cơ, công suất ra trên trục, tốc độ và hiệu suất khi làm việc ở điện áp và tần số định mức với dây quấn khởi động cắt ra. Giải: Tổng trở thứ tự thuận ZT và thứ tự ngược ZN của động cơ một pha: 65,57j59 )5,12250(5,0j05,0/5,11.5,0 )05,0/5,11.5,05,512,0(250.5,0j )xx(5,0js/r5,0 )s/r5,0x5,0(x5,0j Z ' 2m ' 2 ' 2 ' 2m T CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Tổng trở thứ tự thuận ZT và thứ tự ngược ZN của động cơ một pha: Tổng trở vào tương đương: )xx(5,0j)s2/(r5,0 ))s2/(r5,0x5,0(x5,0j Z ' 2m ' 2 ' 2 ' 2m N 01,6j67,2 )5,12250(5,0j)05,02/(5,11.5,0 ))05,02/(5,11.5,05,512,0(250.5,0j o NT1tđ 73,466,10416,76j6,71 01,6j67,265,57j595,12j10 ZZZZ CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Dòng điện stato: Hệ số công suất : Tốc độ động cơ: Công suất cơ: o o o tđ 1 74,462,2 74,466,104 0230 Z U I 685,074,46coscos o 1710 2 60.60 )05,01(n)s1(n 1 259)05,01)(67,259(2,2)s1)(RR(IP 2NT 2 1co CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Công suất trên trục động cơ: Công suất điện động cơ tiêu thụ từ lưới: Hiệu suất động cơ: 2141035259ppPP qstco2 77,34674,46cos1,2.230cos.I.UP o 617,0 77,346 214 P P 1 2 CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 3. MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 3.1. Động cơ không đồng bộ dùng cuộn dây phụ Loại động cơ này được dùng khá phổ biến như máy điều hòa, máy giặt, dụng cụ cầm tay, quạt, bơm ly tâm ... Cấu tạo của loại động cơ này gồm dây quấn chính (dây quấn làm việc), dây quấn phụ (dây quấn mở máy). Hai cuộn dây này đặt lệch nhau một góc 90o điện trong không gian. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Để có được mômen mở máy, người ta tạo ra góc lệch pha giữa dòng điện qua cuộn chính Ic và dòng qua cuộn dây phụ Ip bằng cách mắc thêm một điện trở nối tiếp với cuộn phụ hoặc dùng dây quấn cở nhỏ hơn cho cuộn phụ, góc lệch nầy thường nhỏ hơn 30o. Dòng trong dây quấn chính và trong dây quấn phụ sinh ra từ trường quay để tạo ra momen mở máy. Đồ thị vectơ lúc mở máy được trình bày trong hình bên CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Khi tốc độ đạt được 70÷75 % tốc độ đồng bộ, cuộng dây phụ được cắt ra nhờ công tắt ly tâm K và động cơ tiếp tục làm việc với cuộn dây chính. Đặc tính cơ của động cơ loại này: CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 3.2. Động cơ dùng tụ điện Các động cơ không đồng bộ một pha có cuộn dây phụ được mắt nối tiệp với một tụ điện được gọi là động cơ tụ điện. Loại động cơ nầy có cuộn dây phụ bố trí lệch so với cuộn dây chính một góc 90o điện trong không gian, để tạo góc lệch về thời gian ta mắc nối tiếp với cuộn dây phụ một tụ điện. Nếu chọn tụ điện có giá trị thích hợp thì góc lệch pha giữa Ic và Ip là gần 90 o. Tùy theo yêu cầu về momen mở máy và momen lúc làm việc, ta có các loại: + Động cơ tụ điện mở máy (tụ đề) + Động cơ tụ điện thường trực (tụ ngâm) CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Động cơ dùng tụ điện mở máy Khi mở máy tốc độ động cơ đạt đến 75÷85% tốc độ động bộ, công tắc K (tiếp điểm ly tâm) mở ra và động cơ sẽ đạt đến tốc độ ổn định. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Động cơ dùng tụ điện thường trực Cuộn dây phụ và tụ điện mở máy được mắt luôn khi động cơ làm việc bình thường. Loại nầy có công suất thường nhỏ hơn 500W và có đặc tính cơ tốt. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Ngoài ra, để cải thiện đặc tính làm việc và momen mở máy ta dùng động cơ hai tụ điện. Một tụ điện mở máy khá lớn (khoảng 10 ÷15 lần tụ điện thường trực) được ghép song song với tụ điện thường trực. Khi mở máy tốc độ động cơ đạt đến 75÷85% tốc độ động bộ, tụ điện mở máy được cắt ra khỏi cuộn phụ, chỉ còn tụ điện thường trực nối với cuộn dây phụ khi làm việc bình thường. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 3.3. Động cơ dùng vòng ngắn mạch Cấu tạo: Trên stato ta đặt dây quấn một pha và cực từ được chia làm hai phần, phần có vòng ngắn mạch K ôm 1/3 cực từ và rôto lồng sóc. Dòng điện chạy trong dây quấn stato I1 tạo nên từ thông Φ’ qua phần cực từ không vòng ngắn mạch và từ thông Φ’’ qua phần cực từ có vòng ngắn mạch. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Từ thông Φ’’ cảm ứng trong vòng ngắn mạch sđđ En , chậm pha so với một góc 90o . Vòng ngắn mạch có điện trở và điện kháng nên tạo ra dòng điện In chậm pha so với một góc φn < 90 o. Dòng điện In tạo ra từ thông Φn và ta có từ thông tổng qua phần cực từ có vòng ngắn mạch: Từ thông nầy lệch pha so với từ thông qua phần cực từ không có vòng ngắn mạch một góc φ. Do từ thông Φ’ và ΦΣ lệch nhau trong không gian nên chúng tạo ra từ trường quay và làm quay rôto. '' n CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Mô men mở mày của động cơ khá nhỏ Mk = (0,2 - 0,5)Mđm, Hiệu suất thấp η = (25 - 40%), Thường được chế tạo với công suất nhỏ từ 20 - 30W, đôi khi cũng có chế tạo công suất đến 300W và hay sử dụng làm quạt bàn, quạt trần, máy quay đĩa ...
File đính kèm:
- bai_giang_may_dien_chuong_10_dong_co_khong_dong_bo_mot_pha_p.pdf