CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG

ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



Hình 2.1: Đặc điểm động cơ không đồng bộ 3 pha

2.1.2.1. Phần tĩnh ( hay STATOR):

Trên stator có vỏ , lõi thép và dây quấn

Vỏ máy :

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn . Thương vỏ máy làm





bằng gang . Đối với vỏ máy có công suất lớn (1000 kw) thường dùng thép tấm

hàn lại làm vỏ máy , tùy theo cách làm nguội , máy và dạng vỏ máy cũng khác

nhau .Lõi thép là phần dẫn từ . Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay lên

giảm bớt tổn hao , lõi thép được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5

mm ép lại. Khi đường kính của lõi thép nhỏ hơn 900 mm thì dùng cả tấm thép

tròn ép lại . Khi đường kính lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm thép

hình rẻ quạt (hình 2.2) ghép lại thành khối tròn .



Hình 2.2: Tấm thép hình rẻ quạt

Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm hao

tổn do dòng điện xoáy gây nên . Nếu lõi thép ngắn thì có ghép thành một khối

nếu lõi thép quá dài thì ghép thành những tấm ngắn mỗi tấm thép dài từ 6 đến 8

SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



8



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13



ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



cm đặt cách nhau 1cm để thông gió tốt . Mặt trong của lá thép có sẻ rãnh để đặt

dây quấn .

Dây quấn :

Dây quấn stator được đưa vào rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với





lõi thép . Dây quấn phần ứng là phần dây bằng đồng được đặt trong các rãnh

phần ứng và làm thành một hoặc nhiều vòng kín . Dây quấn là bộ phận quan

trọng nhất của động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng

lượng từ điện năng thành cơ năng . Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của

dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá cao trong toàn bộ giá thành của máy .

+ Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm :

- Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một don điện nhất

định chạy qua mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định để sinh ra

một moment cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt.

- Triệt để tiết kiệm vật liệu , kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn an toàn

- Dây quấn phần ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau :

+ Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp

+ Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp

Trong một số máy cỡ lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sự kết hợp giữa dây

quấn xếp và song .

2.1.2.2. Phần quay (hay ROTOR).

Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn rotor :

- Lõi thép:

Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator lõi thép được

ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy. Phía ngoài là thép có sẻ

rãnh để đặt dây quấn.

- Dây quấn rotor :

Phân loại làm hai loại chính rotor kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc :

Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn (hình 2.3) cũng giống như

dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ dây quấn stator.Dây quấn kiểu này

luôn đấu hình sao (Y) và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay

rotor và cách điện với trục .Ba chổi than cố định và luôn tỳ vành trượt này để dẫn

điện và một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều

chỉnh tốc độ .

SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



9



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13



ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



Hình 2.3: Rô to kiểu dây quấn

Rotor kiểu long sóc (hình2.4) : Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt

trong rãnh và bị ngắn mạch bở hai vành ngắn mạch ở hai đầu. Với động cơ nhỏ ,

dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn , vành ngắn mạch , cánh

tản nhiệt và cánh quạt làm mát . Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫn

làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch .



Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều , khe hở trong máy điện không

đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2mm đến 1mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế

dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào , và như vậy có thể làm cho hệ số công suất của

máy tăng cao .

2.1.2.3. Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ 3 pha.

Khi dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không

khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1= 60f1/p (f1 là tần số lưới điện ; p là

số cặp cực ; tốc độ từ trường quay ).Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha

tự ngắn mạch nen trong dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua . Từ thông do

dong điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe

SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



10



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13



ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



hở . Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra

moment . Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor . Trong



-



những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau .

Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ .

Hệ số trượt s của máy

Khi n=n1 thì s=0 , còn thì s=1 ; n > n1 , s < 0 và rotor quay ngược chiều từ

trường quay n < 0 thì s > 1.

Rotor quay cùng chiều từ trường những tốc độ n < n1 (0 < s <1)

Giả thiết về chiều quay n1 của từ trường khe hở và của rotor n. Theo quy

tắc bàn tay phải , xác định được chiều sức điện động E2 và I2 ; theo quy tắc bàn

tay trái , xác định được lực F và moment M .Ta thấy F cùng chiều quay của rotor

, nghĩa là điện năng đưa tới stator , thông qua từ trường đã biến đổi thành cơ

năng trên trục quay rotor theo chiều từ trường qua n1 , như vậy động cơ làm việc

ở chế độ động cơ điện .

Rotor quay cùng chiều nhưng tốc độ n > n1 (s < 0 ).

Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ

đồng bộ n > n1 .Lúc đó chiều từ trường quét qua dây quấn rotor sẽ ngược lại ,

sức điện động và dong điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều của M

cũng ngược chiều n1 , nghĩa là ngược với chiều với rotor nên đó là

moment hãm. Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động cơ điên , do

động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cũng cấp cho lưới điện , nghĩa là động cơ

làm việc ở chế độ máy phát .

Rotor quay ngược chiều với từ trường n < 0 ( s > 1)

Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy điên quay ngược chiều từ trường

quay, lúc này chiều của sức điện động và moment giống như ở chế độ động cơ .

SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



11



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13



ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



Vì moment sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãm rotor lại .

Trương hợp này máy lấy điện năng ở lưới điện vào , vừa lấy cơ năng từ động cơ

sơ cấp . Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ .

Phương trình đặc tính cơ

Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta dùng sơ đồ thay thế như hình vẽ

(Hình 2.5)



Hình 2.5: Phương trình đặc tính cơ

Ta có dòng điện stato :



Trong đó : Xnm=X1d +X’2d điện kháng ngắn mạch

U1f : Trị hiệu dụng của điện áp pha stato

Phương trình đặc tính của động cơ ĐK :



SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



12



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13



ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



Đương đặc tính của động cơ (H I-2)

Với :



2.1.3. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ.

Từ phương trình đặc tính cơ ĐK ta thấy các thông số ảnh hưởng đến đặc tính

cơ bao gồm :

2.1.3.1 Ảnh hưởng của sự suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ ĐK.

Khi điện áp lưới suy giảm thì theo (I-4) momen Mth tới hạn của động cơ

sẽ giảm bình phường lần biên độ suy giảm của điện áp , theo (I-3) thì Sth vẫn

không đổi .



SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



13



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13



ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



Hình 2.6: hưởng của sự suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ

2.1.3.2 Ảnh hưởng của điện trở kháng mạch stator

Khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stator thì (I-3) và (I-4) cả

Sth và Mth đều giảm



Hình 2.7: Ảnh hưởng của điện trở kháng mạch stator

2.1.3.3 Ảnh hưởng của điện trở mạch rotor

Đối với động cơ không đông bộ người ta mắc thêm điện trở phụ vào mạch roto

để hạn chế dòng khởi động thì theo (I-3) , (I-4) thi Sth thay đổi còn Mth = const



SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



14



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13



ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



Hình 2.8 Ảnh hưởng của điện trở mạch rotor

2.1.3.4 Ảnh hưởng của tần số



Xuất phát từ biểu thức trên ta thấy nếu tần số thay đổi sẽ làm thay đổi tốc

độ của từ trường quay và từ đó thay đổi tốc độ đông cơ.

Từ (I-3) và (I-4) ta thấy : Nếu Xnm = ɷ1L cho nên khi thay đổi tần số thì

Sth và Mth sẽ thay đổi



Hình 2.9: Ảnh hưởng của tần số

SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



15



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13



ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



2.1.3.5 Ảnh hưởng cúa số đôi cực p



Để thay đổi số cực ở stato người ta thường thay đổi cách đấu dây.

Vì vậy khi thay đổi số đôi cực p thì tốc độ từ trường quay ɷ1 thay đổi dần

đến tốc độ ɷ thay đổi theo .

2.1.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK

2.1.4.1 Phương pháp điều chỉnh điện áp lưới

Momen động cơ ĐK tỷ lệ với bình phương điện áp stato nên có thể điều

chỉnh được momen tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato khi

giữ nguyên tần số.

Để điều khiển được tốc độ động cơ ĐK phải dùng bộ biến đổi điện áp

xoay chiều (ĐAXXC)

Nếu coi (ĐAXXC) là nguồn áp lý tưởng (Z=0) thì căn cú vào biểu thức

moment tới hạn ta có quan hệ sau :



SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



16



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13



ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



Hình 2.10: Phương pháp điều chỉnh điện áp lưới

Trong đó : Uđm : Điện áp định mức của động cơ

Ub : Điện áp đầu ra của bộ điều áp xung

Mtb : Moment tới hạn khi điện áp là Uđm

MthU : Moment tới hạn khi điện áp là Ub

Phương pháp này được dùng điều chỉnh điện áp cho động cơ ĐK roto lồng

sóc . Khi thực hiện điều chỉnh điện áp cho động cơ ĐK roto dây quấn cần

phải nối thêm điện trở phụ vào mạch roto , khi ta thay đổi điện trở phụ vào

mạch roto sẽ mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và M .Và như vậy thì tổn thất

điều chỉnh sẽ rất lơn .

• Ưu điểm : của phương pháp này là chỉ thích hợp với truyền động và

•



momen tải là hàm tăng tốc độ

Nhược điểm : Do tính chất phức tạp của moment , điện áp , tốc độ nên tính

toán người ta thường dùng các phương pháp đồ thị để xây dựng các đặc



tính điều chỉnh , công việc này khá phức tạp.

Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch roto

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ như hình vẽ (hình I-10)

Phương trình đặc tính điều chỉnh :



SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



17



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13



ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA



GVHD: NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



Hình 2.11: Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch roto

Để điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK người ta mắc thêm điện trở phụ vào

mạch roto , khi thay đổi điện trở phụ Rf thì Sth thay đổi còn Mth = sonst dẫn đến

đến thay đổi được tốc độ động cơ khi thay đổi R2f ta có hệ đặc tính cơ cố cùng

Mth nhưng khác Sth.

• Ưu điểm : Đơn giản rẻ tiền , có khả năng hiện đại hóa bằng bán dẫn .

• Nhược điểm : Tổn hao công suất khi điều chỉnh , hiệu suất thấp , phạm vi

điều chỉnh hẹp , điều chỉnh không triệt để.

Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ ĐK

2.1.4.2 Đặc điểm làm việc khi thay đổi tần số

Như ta đã biết , tần số của lưới điện quyết định giá trị tốc độ góc của từ

trường quay trong máy điện , do đó băng tần thay đổi tần số dòng điện stato ta có

thể điều chỉnh được tốc độ động cơ.

Để thực hiện phương pháp điều chỉnh này ta dùng biến tần cung cấp cho

động cơ Hình 2.12:



SVTH: BÙI VĂN LƯỢNG

TRẦN ĐỨC NGHĨA



18



KHOA ĐIỆN

LỚP ĐIỆN 5 – K13