Câu hỏi:Khi động cơ không đồng bộ ba pha hoạt động ổn định, từ trường quay trong động cơ có tần số
A.bằng tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây của stato.
B.lớn hơn tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây của stato.
C.có thể lớn hơn hay nhỏ hơn tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây của stato, tùy vào tải.
D.nhỏ hơn tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây stato.
Lời giải:
Đáp án đúng:A.bằng tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây của stato
Giải thích:
Việc thay đổi tần số f của dòng điện stato thực hiện bằng bộ biến đổi tần số [bộ biến tần].
Như ta đã biết từ thông Φmaxtỷ lê thuận với tỉ số U1/f,khi thay đổi tần số người ta mong muốn giữ cho từ thông Φmaxkhông đổi, để mạch từ máy ở trạng thái định mức. Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp, giữ cho tỉ số giữa điện áp U1và tần số f không đổi.
Do đó khi động cơ không đồng bộ ba pha hoạt động ổn định, từ trường quay trong động cơ có tần số bằng tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây của stato
Cùng Toploigiai đi tìm hiểu chi tiết về động cơ không đồng bộ 3 pha nhé
1. Khái niệm động cơ không đồng bộ 3 pha
Động cơ KĐB 3 pha là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Động cơ không đồng bộ ba pha là loại động cơ mà khi làm việc có tốc độ quay của roto n [tốc độ của máy] khác với tốc độ quay của từ trường n1.
Động cơ không đồng bộ 3 pha so với các loại động cơ khác có cấu tạo và vận hành không phức tạp, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt.
Các thông số trên động cơ không đồng bộ 3 pha là:
Công suất cơ có ích trên trục Pđm
Điện áp dây stato Uđm
Dòng điện dây Stato Iđm
Tần số dòng điện stato f
Tốc độ quay roto n
Hệ số công suất Cos φ
Hiệu suất η
2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ 3 pha
Cấu tạo của máy điện không đồng bộ 3 pha gồm hai bộ phận chính là: stato và roto, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy.
2.1 Stato
Stato là phần tĩnh gồm hai phần chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra có võ máy và nắp máy.
a. Lõi thép
Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép và bên trong vỏ máy.
b. Dây quấn
Dây quấn stato làm bằng dây quấn bọc cách điện [dây điện từ] được đặt trong các rãnh lõi thép. Hình dưới là sơ đồ triển khai dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh của stato, dây quấn pha A trong các rãnh 1, 4, 7, 10, pha B đặt trong các rãnh 3, 6, 9,12, pha C đặt trong các rãnh 2, 5, 8, 11.
Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong ba dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay.
c. Vỏ máy
Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ. Hai đầu vỏ có nắp máy, ở đỡ trục. Võ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy.
2.2 Roto
Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.
a. Lõi thép
Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục.
b. Dây quấn
Dây quấn roto có hai kiểu: roto ngắn mạch [còn gọi là roto KĐB lồng sóc] và roto dây quấn.
- Roto lồng sóc:
Động cơ điện có roto lồng sóc gọi là động cơ KĐB lồng sóc. Loại roto lồng sóc công suất trên 100 kW, trong các rãnh của lõi thép roto đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch hai vòng đồng tạo thành các lồng sóc.
Ở động cơ roto lồng sóc công suất nhỏ được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép roto, tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc ngắn mạch và cánh quạt làm mát.
-Roto dây quấn:
Loại động cơ có roto dây quấn gọi là động cơ không đồng bộ ba pha roto dây quấn. Trong rãnh lõi thép roto người ta đặt dây quấn ba pha. Dây quấn roto thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng, cố định trên trục roto và được cách điện với trục.
Nhờ ba chổi than tì sát vào ba vòng tiếp xúc, dây quấn roto được nối với 3 vòng tiếp xúc, nhờ đó chổi than dây quấn roto nối được với ba biến trở bên ngoài để mở máy hay điều chỉnh tốc độ.
Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc đảm bảo. Động cơ roto dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ song giá thành đắt và vận hành kém tin cậy hơn động cơ lồng sóc, nên chỉ được dùng khi động cơ lồng sóc không đáp ứng được các yêu cầu về truyền động.
3. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha
Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba pha dây quấn stato, sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ
. Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn roto, cảm ứng các sức điện động. Vì trong dây quấn roto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện chạy trong các thanh dẫn roto. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường qua của máy với thanh dẫn mang dòng điện roto, kéo roto quay cùng chiều quay với từ trường với tốc độ n.
Để minh họa, hình bên dưới vẽ từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn roto, chiều vẽ lực điện từ Fđt.
Khi xác định chiều sức điện động:
Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải, ta căn cứ vào chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn với từ trường. Nếu coi từ trường đứng yên, thì chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn ngược với chiều n1, từ đó áp dụng quy tắc bàn tay phải, xác định được chiều suất điện động như hình vẽ [dấu ⨂chỉ chiều đi từ ngoài vào trang giấy].
Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay n1.
Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn roto không có suất điện động do đó dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng không.
Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2.
n2= n1 n
Hệ số trượt của tốc độ là:
Khi roto đứng yên [n = 0], hệ số trượt s = 1; khi roto quay định mức s = 0,02 ÷ 0,06. Tốc độ động cơ là:
4. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha
Tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha tính theo công thức:
Nhìn vào biểu thức ta thấy:
Với động cơ điện KĐB lồng sốc có thể điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số dòng điện stato bằng cách đổi nối dây quấn stato để thay đổi số đôi cực từ p của từ trường, hoặc thay đổi điện áp đặt vào stato để thay đổi hệ số trượt s. Tất cả các phương pháp trên được thực hiện ở phía stato.
Với động cơ roto dây quấn thường được điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở roto để thay đổi hệ số trượt s, việc điều chỉnh thực hiện ở phía roto.
4.1 Thay đổi tần số
Việc thay đổi tần số f của dòng điện stato thực hiện bằng bộ biến đổi tần số [bộ biến tần].
Như ta đã biết từ thông Φmaxtỷ lê thuận với tỉ số U1/f,khi thay đổi tần số người ta mong muốn giữ cho từ thông Φmaxkhông đổi, để mạch từ máy ở trạng thái định mức. Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp, giữ cho tỉ số giữa điện áp U1và tần số f không đổi.
Hình dưới vẽ họ đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ 3 pha khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tỉ số U1/f không đổi.
Việc điều chỉnh tốc độ quay bằng các thay đổi tần số thích hợp khi điều chỉnh cả nhóm động cơ lồng sóc. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số cho phép điều chỉnh ở tốc độ một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng. Với sự phát triển vượt bậc của linh kiện điện tử thì giá thành các bộ biến tần ngày càng giảm. Các bộ biến tần được ứng dụng ngày càng rộng rãi.
4.2 Thay đổi số đôi cực
Số đôi cực của từ trường quay phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn. Động cơ KĐB 3 pha có cấu tạo dây quấn để thay đổi số đôi cực từ được gọi là động cơ không đồng bộ 3 pha nhiều cấp tốc độ. Phương pháp này chỉ sử dụng cho loại roto lồng sóc.
Mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhưng có ưu điểm là giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ, động cơ nhiều cấp tốc độ được sử dụng rộng rãi trong các máy luyện kim, máy tàu thủy,
4.3 Thay đổi điện áp cung cấp cho stato
Phương pháp này chỉ được thực hiện trong việc giảm điện áp. Khi giảm điện áp đường đặc tính M = f[s] sẽ thay đổi do đó hệ số trượt thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi. Hệ số trượt s1, s2, s3ứng điện áp U1đm, 0,85 U1đmvà 0,7 U1đm.
Nhược điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng điện áp là giảm khả năng quá tải của động cơ, dải điều chỉnh tốc độ hẹp, tăng tổn hao ở dây quấn roto. Việc điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp được dùng chủ yếu với các động cơ công suất nhỏ có hệ số trượt tới hạn Sthlớn.
4.4 Thay đổi điện trở mạch roto
Phương pháp này chỉ áp dụng đối với động cơ roto dây quấn, người ta mắc biến trở ba pha vào mạch roto.
Biến trở điều chỉnh tốc độ phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn hơn so với biến trở mở máy. Khi tăng điện trở thì tốc độ quay của động cơ sẽ giảm.
Nếu moment cản, dòng roto không đổi, khi tăng điện trở để giảm tốc độ sẽ tăng tổn hao công suất trong biến trở, do đó phương pháp này không kinh tế. Tuy nhiên phương pháp đơn giản, điều chỉnh đơn và khoảng điều chỉnh tương đối rộng, được sử dụng điều chỉnh tốc độ quay của động cơ công suất cỡ trung bình.