1. PHẦN 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG 10 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA
  2. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 1. PHẠM VI ÁP DỤNG, CẤU TẠO & NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 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.
  3. 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 : i1  2I1 sin t 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: F  Fm sin t cos
  4. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay • Stđ quay thuận : F11me j t 1 12me j t • Stđ quay ngược : F 1 Hai stđ quay này có : • Biên độ từ trường đập quay: F1m 2 W1k dq1  F11m  F12m  I 2  p • Tốc độ quay : Quay thuận ω1 Quay ngược – ω1
  5. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Hệ số trượt: 1   • Thuận : s1  s 1  1   • Ngược : s2   2s  1 Phương trình cân bằng stđ tổng: • Thuận: F01m  F11m  F21m sinh ra từ cảm B1me j( t  ) 1 1 02m  F12m  F22m sinh ra từ cảm B2me j( t  ) • Ngược: F 1 2 Từ cảm tổng hình thành từ trường quay hình elip: ~ B  B1me j( t  )  B2me j( t  ) 1 1 1 2
  6. 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) : M  M1  M2  f (s)
  7. 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).
  8. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 2. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN VÀ SƠ ĐỒ THAY THẾ 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 : I A  I A1  I A 2 I B  I B1  I B2 Trong đó: IA1, IB1 – dòng thứ tự thuận; IA2, IB2 – dòng thứ tự ngược
  9. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Theo đồ thị véc tơ: IA1  jIB1; IA 2   jIB2 Giải hệ phương trình tìm được : IB1  I11(IB  jIA ) / 2  I B / 2 IB2  I21(IB  jIA ) / 2  IB / 2 Điện áp của một pha: 1 U U B U  B1  U  B2  U  11  U12
  10. 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 :  B1  U U  11  I11Z11  I1Z11 / 2  B2  U U  12  I12Z12  I1Z12 / 2 Trong đó: I11, I12 là dòng điện thứ tự thuận và ngược. Z11; Z12 là tổng trở thứ tự thuận và ngược. Z11  Z1  Zm Z'21 /(Zm  Z'21) Z'21  r2' / s  jx '2 Z12  Z1  Zm Z'22 /(Zm  Z'22 ) Z'22  r2' /(2  s)  jx '2
  11. 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 = k ek i m1= 2
  12. 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.
  13. 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 :
  14. 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 : ZT  R T  jX T j0,5x m (0,5x '2  0,5r2' / s)  0,5r2' / s  j0,5( x m  x '2 ) Z N  R N  jX N j0,5x m [0,5x '2  0,5r2' /(2  s)]  0,5r2' /(2  s)  j0,5( x m  x '2 )
  15. 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 : Pđt.T  R T I12 Pđt.N  R N I12 Pđt.T Pđt.N Mô men điện từ tương ứng: MT  MN  1 1 Mô men điện từ tổng: I12 M  M T  M N  (R T  R N ) 1 Công suất cơ: Pco  M.  M1 (1  s) Pco  I12 (R T  R N )(1  s)
  16. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Công suất trên đầu trục: P2  Pco  pq 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 : p  sP đ 2.T đt.T pđ 2.N  (2  s)Pđt.N Tổn hao đồng trong dây quấn rôto: pdd2  pđ 2.T  pđ 2.N  sPđt.T  (2  s)Pđt.N
  17. 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: j0,5x m (0,5x '2  0,5r2' / s) ZT  0,5r2' / s  j0,5( x m  x '2 ) j0,5.250(0,512,5  0,5.11,5 / 0,05)   59  j57,65 0,5.11,5 / 0,05  j0,5(250  12,5)
  18. 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: j0,5x m (0,5x '2  0,5r2' /(2  s)) ZN  0,5r2' /(2  s)  j0,5( x m  x '2 ) j0,5.250(0,512,5  0,5.11,5 /(2  0,05))   2,67  j6,01 0,5.11,5 /(2  0,05)  j0,5(250  12,5) Tổng trở vào tương đương: Ztđ  Z1  ZT  Z N  10  j12,5  59  j57,65  2,67  j6,01   71,6  j76,16  104,646,73o 
  19. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Dòng điện stato: U 2300 o I1    2, 2  46,74 o Ztđ 104,646,74o Hệ số công suất : cos  cos 46,74o  0,685 Tốc độ động cơ: 60.60 n  (1  s)n1  (1  0,05)  1710 2 Công suất cơ: Pco  I12 (R T  R N )(1  s)  2,22 (59  2,67)(1  0,05)  259
  20. CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA Công suất trên trục động cơ: P2  Pco  pst  pq  259  35  10  214 Công suất điện động cơ tiêu thụ từ lưới: P  U.I.cos  230.2,1cos 46,74o  346,77 Hiệu suất động cơ: P2 214    0,617 P1 346,77