TíNH TOáN MạCH Từ và tổn hao sắt

§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



7.19.M«men t¸c dơng .......................................................................................64

7.20.Tỉn hao ®ång trªn stato vµ r«to ................................................................64

7.21.Tỉng tỉn hao s¾t ........................................................................................64

7.22.Tỉng tỉn hao .............................................................................................64

7.23.C«ng st tiªu thơ .....................................................................................65

7.24.HiƯu st ..................................................................................................65

7.25.HƯ sè c«ng st .........................................................................................65

7.26.HƯ sè trỵt ®Þnh møc ...................................................................................68

7.27.Tèc ®é ®Þnh møc .......................................................................................68

7.28. M«men ®Þnh møc .....................................................................................68

7.29. Béi sè momen cùc ®¹i...............................................................................68



ch¬ng 8

tÝnh to¸n d©y qn phơ

8.1.TÝnh chän s¬ bé tØ sè biÕn ¸p.......................................................................69

8.2.HƯ sè d©y qn phơ .....................................................................................69

8.3.Tham sè m¹ch ®iƯn thay thÕ pha chÝnh khi s = 1 .......................................70

8.4.Sè vßng d©y cđa d©y qn phơ ...................................................................70

8.5.Sè thanh dÉn trong mét r·nh .......................................................................71

8.6.§iƯn trë t¸c dơng cđa m¹ch ®iƯn thay thÕ pha phơ lóc khëi ®éng ............71

8.7.§iƯn trë t¸c dơng s¬ bé pha phơ B ............................................................71

8.8.ChiỊu dµi d©y dÉn cđa d©y qn phơ...........................................................71

8.9.TiÕt diƯn d©y dÉn pha phơ s¬ bé .................................................................72

8.10.KiĨm tra hƯ sè lÊp ®Çy pha phơ ................................................................72

8.11.§iƯn trë t¸c dơng pha phơ sau khi hiƯu chØnh ..........................................72

8.12.§iƯn trë t¸c dơng cđa m¹ch ®iƯn thay thÕ pha phơ lóc khëi ®éng ..........72

8.13. §iƯn kh¸ng pha phơ lóc kh«ng cã phÇn tư khëi ®éng ...........................72

8.14. §iƯn kh¸ng phơ khi cã phÇn tư khëi ®éng .............................................73

8.15. Dung kh¸ng cđa phÇn tư khëi ®éng .........................................................74

8.16.§iƯn dung cđa tơ ®iƯn lóc khëi ®éng .......................................................74

8.17.Dßng khëi ®éng .........................................................................................74

8.18.Béi sè dßng ®iƯn khëi ®éng .....................................................................75

8.19.HƯ sè cosϕ cđa cn chÝnh lóc khëi ®éng ...............................................75

8.20.Dßng ®iƯn pha phơ lóc khëi ®éng ............................................................75

8.21.MËt ®é dßng ®iƯn lóc khëi ®éng ..............................................................75

8.22.§iƯn ¸p trªn d©y qn phơ lóc më m¸y ...................................................75

TrÇn Minh Tr×nh



7



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN



§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



8.23.§iƯn ¸p trªn tơ ...........................................................................................75

8.24.M«men khëi ®éng tÝnh to¸n .....................................................................76

8.25.Béi sè m«men khëi ®éng tÝnh to¸n ..........................................................76



KÕt ln



Tµi liƯu tham kh¶o



k



TrÇn Minh Tr×nh



8



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN



§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



Ch¬ng 1

TỉNG QUAN VỊ §éNG C¥ KH¤NG §åNG Bé MéT PHA

1.1 Giíi thiƯu chung vỊ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé mét pha.

§éng c¬ ®iƯn mét pha thêng ®ỵc dïng trong c¸c dơng cơ thiÕt bÞ sinh

ho¹t vµ c«ng nghiƯp, c«ng st tõ vµi o¸t ®Õn vµi tr¨m o¸t vµ nèi vµo líi ®iƯn

xoay chiỊu mét pha. Do nguyªn lý më m¸y kh¸c nhau vµ yªu cÇu tÝnh n¨ng

kh¸c nhau mµ xt hiƯn nh÷ng kÕt cÊu kh¸c nhau, nhng nãi chung vÉn cã thĨ

quy vỊ mét kÕt cÊu c¬ b¶n gièng nhau nh mét ®éng c¬ ®iƯn ba pha, chØ kh¸c lµ

trªn stato cã hai d©y qn: d©y qn chÝnh (hay d©y qn lµm viƯc) vµ d©y

qn phơ (hay d©y qn më m¸y). R«to thêng lµ lo¹i lång sãc.

D©y qn chÝnh ®ỵc nèi víi líi ®iƯn trong st qu¸ tr×nh lµm viƯc, cßn

d©y qn phơ thêng chØ nèi vµo khi më m¸y. Trong qu¸ tr×nh më m¸y, khi tèc

®é ®¹t ®Õn 75 ∼ 80% tèc ®é ®ång bé th× dïng bé ng¾t ®iƯn kiĨu ly t©m c¾t d©y

qn phơ ra khái líi. §ã lµ lo¹i ®éng c¬ ®iƯn mét pha kiĨu ®iƯn dung.

So víi ®éng c¬ ®iƯn kh«ng ®ång bé ba pha cïng kÝch thíc, c«ng st

cđa ®éng c¬ ®iƯn mét pha chØ b»ng 70% c«ng st cđa ®éng c¬ ®iƯn ba pha,

nhng do c¸c ®éng c¬ ®iƯn mét pha cã kh¶ n¨ng qu¸ t¶i thÊp nªn trªn thùc tÕ,

trõ c¸c ®éng c¬ kiĨu ®iƯn dung ra, c«ng st cđa ®éng c¬ ®iƯn mét pha b»ng 40

÷ 50% c«ng st ®éng c¬ ®iƯn ba pha.

1.2. CÊu t¹o vµ ®Ỉc ®iĨm .

1.2.1. C©u t¹o.

a. Cấu tạo phần tónh (stato): gồm vỏ máy, lõi sắt và dây quấn.

- Vỏ máy: thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000

kW), thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố đònh

vàø không dùng để dẫn từ.

TrÇn Minh Tr×nh



9



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN



§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



- Lõi sắt: được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5

mm ghép lại. Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường

xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ

thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có dập

rãnh để đặt dây quấn .

- Dây quấn: dây quấn được đặt vàøo các rãnh của lõi sắt vàø cách điện tốt

với lõi sắt. Dây quấn stato gồm cóhai cuộn dây đặt lệch nhau 90 o điện đối

với động cơ điện xoay chiều một pha. Dây quấn stato có ba cuộn dây đặt

lệch nhau 1200 điện đối với động cơ xoay chiều ba pha.

b. Cấu tạo phần quay (rôto): gồm có hai bộ phận chính:

- Lõi sắt: gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato. Lõi sắt

được ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn.

- Dây quấn rôto: Loại rôto dây quấn vàø loại rôto kiểu lồng sóc.

+ Loại rôto kiểu dây quấn: dây quấn rôto giống dây quấn ở stato vàø

có số cực bằng số cực stato. Các động cơ công suất trung trở lên thường

dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm được những đầu nối dây vàø kết

cấu dây quấn rôto chặt chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thường dùng

dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình

sao (Y). Ba đầu kia nối vàøo ba vòng trượt bằng đồng đặt cố đònh ở đầu

trục. Thông qua chổi than vàø vòng trượt, đưa điện trở phụ vàøo mạch rôto

nhằm cải thiện tính năng mở máy vàø điều chỉnh tốc độ.

+ Loại rôto kiểu lồng sóc: loại dây quấn này khác với dây quấn stato.

Mỗi rãnh của lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm vàø



TrÇn Minh Tr×nh



10



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN



§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm,

làm thành một cái lồng, người ta gọi đó là lồng sóc.

Dây quấn rôto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.

c. Khe hở không khí:

Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2mm ÷ 1mm) để hạn

chế dòng từ hoá lấy từ lưới điện vào như thế mới có thể làm cho hệ số

công suất của máy cao hơn.

1.2.2. §Ỉc ®iĨm cđa ®éng c¬ kh«ng ®ång bé

- Cấu tạo đơn giản, gia thành thấp.

- Không sinh ra nhiễu vô tuyến.

- Máy làm việc ít tiếng ồn.

- Sử dụng chắc chắn, bảo trì dễ dàng.

- Đấu trực tiếp vàøo lưới điện xoay chiều.

- Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n1.

Trong đó:

n: tốc độ quay của rôto.

n1: tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ )

Động cơ không đồng bộ được chia thành 2 loại: động cơ không đồng

bộ rôto lồng sóc vàø động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. Trong đó động

cơ không đồng bộ rôto lồng sóc được sử dụng phổ biến nhất vì giá thành rẻ

vàø vàän hành dể dàng, các động cơ này có đặc tính cơ cứng ( khi tải thay

đổi từ không tải đến đònh mức thì tốc độ quay của chúng giảm khoảng

2÷5%). Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có mômen mở máy khá lớn,

tuy nhiên dòng mở máy lớn, hệ số công suất thấp.

TrÇn Minh Tr×nh



11



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN



§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



Đối với những động cơ công suất nhỏ thường là động cơ không đồng

bộ xoay chiều một pha. Mạch dẫn từ vàø dây quấn là những phần tử tác

dụng của stato, đặc biệt được dùng để sinh ra từ trường quay, thân máy chỉ

làm chức năng cố đònh các bộ phận tác dụng ở những vò trí xác đònh.

1.3 Nguyªn lý lµm viƯc

Khi nèi d©y qn mét pha stato vµo líi ®iƯn xoay chiỊu th× trong d©y

qn cã dßng ®iƯn xoay chiỊu h×nh sin ch¹y qua:

Dßng ®iƯn nµy sinh ra tõ trêng cã ph¬ng kh«ng ®ỉi nhng cã ®é lín thay ®ỉi

h×nh sin theo thêi gian gäi lµ tõ trêng ®Ëp m¹ch vµ sinh ra søc tõ ®éng (st®)

®Ëp m¹ch lµ:

Ta ph©n st® ®Ëp m¹ch nµy thµnh hai

st® quay (h×nh 1.1):

.

jω t

e 1

• ST§ quay thn: F

11m



.

F

• ST§ quay ngỵc:



12 m



e



− jω t

1



Hai ST§ nµy cã:

• Biªn ®é tõ trêng quay:



H×nh 1.1: Søc tõ ®éng quay thn

vµ ngỵc cđa ®éng c¬ K§B mét pha



• Tèc ®é quay:

+ Sãng quay thn: Ω =



ω1

cïng chiỊu quay r«to

p



+ Sãng quay ngỵc: Ω = -Ω1 ngỵc chiỊu quay r«to



TrÇn Minh Tr×nh



12



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN



§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



Tõ c¶m tỉng:

j (ω t +α



)



− j (ω t +α



)



1 1

B= B e 1 1 + B e

1m

2m

h×nh thµnh tõ trêng quay elip. Tõ trêng

quay thn B1 t¸c dơng víi dßng ®iƯn r«to

sÏ t¹o ra m«men quay thn M1 (h×nh 1.2)

cßn tõ trêng quay thn B2 t¸c dơng víi

dßng ®iƯn r«to sÏ t¹o ra m«men quay

ngỵc M2 (h×nh 1.2). Tỉng ®¹i sè hai

m«men nµy cho ta ®Ỉc tÝnh M = f(s)

M = M1 + M2 = f(s)

M«men

Tõ ®Ỉc tÝnh trªn ta thÊy r»ng lóc më m¸y (n =H×nh

0, s =1.2:

M 1 mét

= Mcđa

2 vµ ngỵc

®éng

c¬1),

K§B

pha

chiỊu nhau nªn M = 0, v× vËy ®éng c¬ kh«ng thĨ quay ®ỵc. NÕu ta quay ®éng



c¬ theo mét chiỊu nµo ®ã, s ≠ 1 tøc M ≠ 0, ®éng c¬ sÏ tiÕp tơc quay theo chiỊu

®ã. V× vËy ®Ĩ ®éng c¬ mét pha lµm viƯc ®ỵc, ta ph¶i cã biƯn ph¸p më m¸y,

nghÜa lµ t×m c¸ch t¹o ra cho ®éng c¬ mét m«men lóc r«to ®øng yªn (M = M k

khi s =1).



Từ trường của động cơ điện dung.

B



A

TrÇn Minh Tr×nh



13



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN



Hinh1.3: M« h×nh m¸y ®iƯn mét pha



§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



Động cơ không đồng bộ một pha gọi là một pha vì được nuôi bằng

nguồn điện một pha nhưng về cấu tạo trong phần lớn các trường hợp là

động cơ hai pha. Một cuộn được nối trực tiếp với nguồn điện một pha gọi

là cuộn làm việc hay cuộn chính cuộn còn lại nối với nguồn một pha qua

phần tử lệch pha trong toàn bộ thời gian làm việc hoặc chỉ trong thời gian

mở máy gọi là cuộn phụ hay cuộn khởi động

§éng c¬ kh«ng ®ång bé mét pha vỊ cÊu t¹o, stato chØ cã d©y qn mét

pha, r«to thêng lµ lång sãc trªn (h×nh vÏ 1.3-A), d©y qn stato ®ỵc nèi víi líi

®iƯn xoay chiỊu mét pha, dßng ®iƯn ch¹y vµo d©y qn stato kh«ng t¹o ®ỵc tõ

trêng quay, do sù biÕn thiªn cđa dßng ®iƯn, chiỊu vµ trÞ sè dßng ®iƯn thay ®ỉi

nhng ph¬ng cđa tõ trêng cè ®Þnh trong kh«ng gian tõ trêng nµy gäi lµ tõ trêng

®Ëp m¹ch.



B

B1



B11



n1



TrÇn Minh Tr×nh



14



n1



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN



§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



H×nh 1.4 - A



H×nh 1.4 -B



V× kh«ng ph¶i lµ tõ trêng quay nªn khi cã ®iƯn trong d©y qn stato mµ

®éng c¬ kh«ng quay ®ỵc vµ cÇn ph¶i cã ngo¹i lùc t¸c dơng lªn r«to khi ®ã

®éng c¬ sÏ quay víi hai tõ trêng thn nghÞch, ta ph©n tÝch tõ trêng ®Ëp m¹ch

thµnh hai tõ quay thn nghÞch cã cïng tÇn sè quay n 1 vµ biªn ®é b»ng mét

→

nưa tõ trêng ®Ëp m¹ch n1 = 60f1/p. Trong ®ã tõ trêng quay B

cã chiỊu quay

I

→

trïng chiỊu quay víi r«to ®ỵc gäi lµ tõ trêng quay thn vµ B

cã chiỊu quay

II

ngỵc chiỊu quay r«to ®ỵc gäi lµ tõ trêng quay ngỵc chiỊu trªn (h×nh 1.4 -B).

Lµ tõ trêng tỉng (®Ëp m¹ch).



→

Trong ®ã →B I vµ B

quay víi tèc ®é n1, ta cã:

II



→ → →

B =B +B

I

II

Gäi n lµ tèc ®é của roto

HƯ sè trỵt øng víi tõ trêng quay thn sÏ lµ:

S1 =



n1 − n

=S

n1



HƯ sè trỵt øng víi tõ trêng quay ngỵc sÏ lµ:

S2 =



n1 + n n1 + (1 − S ) n1

=

;

n1

n1



S2 = 2 - S



Tõ ®ã ta cã b¶ng hƯ sè trỵt sau:



TrÇn Minh Tr×nh



S = S1



2



1



0



S2



0



1



2



15



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN



§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



M



M

N



M11



0



M

M11



M11



H×nh 1.5

→

Trªn (h×nh 1.5), ta vÏ m«men quay M

do tõ trêng quay thn sinh ra cã

I



trÞ sè d¬ng vµ M→II do tõ trêng nghÞch sinh ra cã trÞ sè ©m, m«men quay cđa

®éng c¬ mét pha lµ tỉng c¸c m«men quay cđa c¸c thµnh phÇn thn nghÞch

cđa tõ trêng elip.

→



→



→



M = M I + M II



Quan hƯ cđa c¸c m«men nµy víi hƯ sè trỵt biĨu thÞ trªn (h×nh 1.5). Khi

→



→



r«to ®øng yªn lµ lóc S = S2 =1, M I = M II ; vµ m«men më m¸y M = 0; nÕu t¸c

®éng mét ngo¹i lùc theo mét chiỊu nµo ®ã th× tõ trêng elip ®ỵc h×nh thµnh vµ

→

→

m«men quay theo híng chän ban ®Çu M

hc M

sÏ tréi h¬n.

I

II



§Ỉc tÝnh M = f(S) ®ỵc biĨu diƠn trªn (h×nh 1.5) gåm hai thµnh phÇn t¬ng

®¬ng nhau øng víi c¸c chiỊu quay thn vµ nghÞch khi:

S = 1; S = 0; S = 2;



→ M = Mmax



S = S1; S = 2 - S1;



TrÇn Minh Tr×nh



→M=0



16



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN



§å ¸n tèt nghiƯp



ThiÕt kÕ ®éng c¬ K§B mét pha víi tơ khëi ®éng



Lóc nµy nÕu cã thiÕt bÞ më m¸y th× r«to sÏ quay, nÕu quay cïng chiỊu tõ

trêng thn vµ m«men ®iƯn tõ, m«men vỵt qu¸ m«men ngoµi (M«men ngoµi)

th× sau mét qu¸ tr×nh qu¸ ®é chÕ ®é x¸c lËp ®ỵc h×nh thµnh vµ hƯ sè trỵt S®m

øng víi giao ®iĨm cđa c¸c ®êng ®Ỉc tÝnh M = f(S) vµ MN = f(S) v× vËy cÇn

thiÕt ph¶i cã biƯn ph¸p më m¸y ®éng c¬ ®ång bé mét pha, ë ®©y ta xÐt trêng

hỵp më m¸y ®éng c¬ kh«ng ®ång bé mét pha lµm viƯc b»ng ®iƯn dung.

1.4 Më m¸y ®éng c¬ kh«ng ®ång bé mét pha

Mn ®éng c¬ tù më m¸y cÇn ph¶i thªm mét d©y qn më m¸y. Tõ trêng cđa d©y qn nµy sÏ cïng víi tõ trêng cđa d©y qn chÝnh hỵp thµnh mét

tõ trêng quay t¹o nªn m«men quay ban ®Çu. Mn nh vËy, tèt nhÊt d©y qn

phơ cÇn lƯch víi d©y qn chÝnh mét gãc 90 0 trong kh«ng gian vµ dßng ®iƯn

trong d©y qn ®ã ph¶i lƯch pha nhau mét gãc 90 0 vỊ thêi gian. Cã thĨ t¹o ra

gãc lƯch pha ®ã b»ng c¸ch nèi m¹ch ®iƯn d©y qn phơ víi mét ®iƯn c¶m hay

thêng dïng lµ ®iƯn dung.

1.4.1 §éng c¬ kh«ng ®ång bé dïng cn d©y qn phơ

Lo¹i ®éng c¬ nµy ®ỵc dïng kh¸ phỉ biÕn nh m¸y ®iỊu hßa, m¸y giỈt,

dơng cơ cÇm tay, qu¹t, b¬m ly t©m...



C¸c H×nh

phÇn 1.6:

chÝnh cđa ®éng c¬ nµy cho trªn (h×nh 1.6-a), gåm d©y qn

chÝnh NC (d©y qn lµm viƯc), d©y qn phơ (d©y qn më m¸y N P). Hai cn

d©y nµy ®Ỉt lƯch nhau mét gãc 900 trong kh«ng gian vµ r«to lång sãc.

§Ĩ cã ®ỵc m«men më m¸y, ngêi ta t¹o ra gãc lƯch pha gi÷a dßng ®iƯn

qua cn chÝnh IC vµ dßng ®iƯn qua cn d©y phơ I P b»ng c¸ch m¾c thªm mét

®iƯn trë nèi tiÕp víi cn d©y phơ hc dïng d©y qn cì nhá h¬n cho cn

phơ. Dßng trong d©y qu©n chÝnh vµ trong d©y qn phơ sinh ra tõ trêng quay

TrÇn Minh Tr×nh



17



Líp: §KT-K27,Khoa: KT&CN