Giáo trình Máy biến điện 2 (Phần 1)

ình 1.2 Mạch điện thay thế m.b.a khi ngắn mạch và Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch a) Tôn hao ngắn mạch Lúc thí nghiệm ngắn mạch, điện áp ngắn mạch Un nhỏ nên từ thông Φ nhỏ, có thể bỏ qua tổn hao sắt từ. Công suất đo được trong thí nghiệm ngắn mạch Pn chính là tổn hao trên điện trở hai đây quấn khi mba làm việc ỏ chế độ định mức. Ta có: 22 22 2 11 nndmdmn IrIrIrP  (1.7) b) Tổng trở, điện trở và điện kháng ngắn mạch. + Tổng trở ngắn mạch: dm n n I U z 1  (1.8) + Điện trở ngắn mạch: 2 1 , 21 dm n n I P rrr  (1.9) + Điện kháng ngắn mạch: 22 nnn rzx  (1.10) Trong m.b.a thưòng , 21 rr  và , 21 xx  . Vậy điện trỏ và điện kháng tản của dây quấn sơ cấp: 2 , 21 nrrr  và 2 , 21 nxxx  c) Hệ sô công suât ngắn mạch : dm n n IU P 11 cos  d) Điện áp ngắn mạch 9 - Điện áp ngắn mạch phần trăm: 0 0 1 1 0 0 100 dm dmn n U Iz U  (1.11) - Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm : 0 0 1 1 0 0 100 dm dmn nr U Ir U  - Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm : 0 0 1 1 0 0 100 dm dmn nx U Ix U  4.Thí nghiệm xác định cực tính của máy biến áp cảm ứng Đấu nối tiếp cuộn dây đã biết cực tính vào cuộn dây muốn biết cực tính. Cho một điện thế AC vào cuộn 1 ( 6-12V). Đo điện thế ở mỗi cuộn và điện thế tổng ở 2 đầu nút. Nếu điện thế tổng lớn hơn điện thế của 2 cuộn thì 2 cuộn cùng cực tính, nếu nhỏ hơn hiệu điện thế của 2 cuộn thí ngược cực tính Nếu 2 cuộn dây có số vòng chênh lệch quá nhiều thì ta nên xác định cuộn nào có số vòng cao hơn để cho điện thế vào. Không nên cho điện thế AC vào cuộn có số vòng thấp 5. Chỉnh lưới điện áp thứ cấp máy biến áp cảm ứng Điều chỉnh thứ cấp để đối phó với các biến đổi chậm của điện áp. Điều chỉnh thứ cấp hiệu chỉnh lại các giá trị điện áp chỉnh định của các thiết bị điều chỉnh sơ cấp trong miền nó phụ trách và điều chỉnh các tụ bù, các kháng điện và các máy biến áp điều áp dưới tải trong miền. Quá trình này tiến hành trong vòng 3 phút Vì dòng điện qua cuộn dây sơ cấp nhỏ nên dòng điện đi qua tiếp điểm của bộ điều chỉnh điên áp cũng nhỏ do đó kích thước của bộ điều chỉnh điện áp cũng giảm đi, dễ chế tạo và giảm giá thành. Vì bộ ĐCĐA được chế tạo theo kiểu phân nấc nên có khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp gần bằng định mức Các máy biến áp 3 pha thông dụng không có yêu cầu ổn định điện áp nên thường hay dung bộ ĐCDA 3 pha kiểu đơn giản có từ 3 đến 5 đầu phân nấc, không cho phép điều chỉnh điện áp khi máy biến áp vận hành mang tải, Mỗi khi thay đổi đầu phân nấc điều chỉnh điện áp phải cắt toàn bộ điện máy biến áp . Bộ ĐCĐA có cấu tạo đặc biệt có thê điều chỉnh điện áp ngay cả khi mang tải 6. Thí nghiệm máy biến áp tự ngẫu. 6.1 Mô tả các thiết bị: - Nguồn điện 1 pha 220 VAC; Máy biến áp tự ngẫu INPUT: 220/380 V AC; OUTPUT: 0 – 220 VAC; biển đổi điện áp thứ cấp nhờ vào núm vặn của máy; Máy biến áp thường 110/ 220 VAC . Tải thay đổi được là 3 bóng đèn 220V - 60W và 5 điện trở đóng mở nhờ các công tắc và 5 tụ điện (C=12 µF); Máy đo cosφ ; Vôn kế; Am-pe kế. 6.2 Tiến hành thí nghiệm: 6.2.1 Thí nghiệm không tải: - Để công tắc nguồn ở trạng tắt (CB ỏ’ vị trí OFF). 10 - Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí “0” - Nối mạch điện như hình 1.4. - Hình 1.4 : Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm không tải - Bật công tắc nguồn (CB ờ vị trí ON) - Vặn từ từ núm điều chỉnh điện áp đồng thời theo dõi vôn kế cho đến khi U20=U2dm . Ghi các giá trị I10, U10, U20, và trị số cosφ0 vào bảng 4.1. Bảng 4.1 Sổ liệu thí nghiệm máy biển áp ở chế độ không tải. I0[A] U10[V] U20(V) P0[W] Cosφ0 * Hãy tính các thông số sau: - Tỷ số biến áp k = ............. - Dòng điện không tải phần trăm i0% = .......... - Điện trở không tải R0 = .............. - Tổng trở không tải Z0 =.............. - Điện kháng không tải X0 = .............. - Hệ số công suất không tải Cosφ = ................ - Vặn núm điều chinh điện áp về vị trí “0”. - Bậc công tắc nguồn ờ vị trí OFF 6.2.2. Thí nghiệm có tải: 6.2.2.1. Tải thuần trở R. - Kết nối mạch điện theo sơ đồ hình 1.5 - Để công tắc nguồn ở trạng thái tắt (CB ờ vị trí OFF). - Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí “0” 11 Hình 1.5 : Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm có tải. - Để các công tắc tải ở trạng thái tắt (R1, R2, R3 , R4 , R5 ở vị trí OFF) - Bật công tắc nguồn (CB ở vị trí ON) - Vặn từ từ núm điều chỉnh điện áp đồng thời theo dõi vôn kế cho đến khi U2=U2dm - Thay đổi tải R bằng cách bật lần lượt các công tắc R1, R2, R3, R4 R5 Mỗi lần bật công tắc ghi lại các giá trị , I1, U2, I2 cosφ và điền vào bàng 4.2. * Lưu ý trong khi thay đổi tải ta luôn giữ U1 = U1dm. - Tắt tất cả các công tắc R1, R2, R3, R4, R5 (ở vị trí OFF). - Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí “0” và tắt nguồn. Bảng 4.2 Số liệu thí nghiệm máy biến áp ở chế độ có tải thuần trở R. Số điện trở 1 2 3 4 5 I1(A) U2 (V) I2 (A) cosφ 6.2.2.2 Tải thuần dung C. - Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí “0” - Để các công tắc tải ở trạng thái tắt (C1, C2, C3 , C4 , C5 ở vị trí OFF) - Bật công tắc nguồn (CB ở vị trí ON) - Vặn từ từ núm điều chỉnh điện áp đồng thời theo dõi vôn kế cho đến khi U2=U2dm - Thay đổi tải C bằng cách bật lần lượt các công tắc C1, C2, C3, C4 C5 Mỗi lần 12 bật công tắc ghi lại các giá trị , I1, U2, I2 , cosφ và điền vào bảng 4.3. * Lưu ý trong khi thay đổi tải ta luôn giữ U1 = U1dm. - Tắt tất cả các công tắc C1, C2, C3, C4, C5 (ở vị trí OFF). - Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí “0” và tắt nguồn. - Tháo tất cả mạch thí nghiệm. Bảng 4.3 Số liệu thí nghiệm máy biến áp ở chế độ có tải C. Số điện dung 1 2 3 4 5 I1(A) U2 (V) I2 (A) cosφ 7. Thí nghiệm máy biến áp ba pha 7.1. Thí nghệm không tải + Đấu nối sơ đồ thí nghiệm như hình 1.6. Hình 1.6 Sơ đồ thí ngiệm không tải - Dùng El, E2, E3 để đo điện áp dây và dòng dây trên các pha mạch sơ cấp. Còn P1, P3 để đo công suất. Trên cửa sổ đo Metering (cách mắc này là đo công suất ba pha dùng hai wát mét). Để hở mạch thứ cấp, bật nguồn điều chỉnh điện áp tăng dần từ 0 đến 1,1Uđm. Trong quá trình tăng điện áp lấy ít nhất 10 trị số về dòng điện, điện áp và công suất P1, P3 trên cửa sổ đo Metering và ghi vào máy tính. Sau đó mở bảng số liệu để để in hoặc ghi vào bảng 4. Bảng 4 13 ố lầ n Kết quả đo Kết quả tính 12 13 23 1 2 3 1 3 0 0 0 C osφ0 0 Từ kết quả đo dược xác định điện áp, dòng điện và công suất không tải theo như sau : Điện áp không tải : 3 231312 0 UUU U   Dòng điện không tải : 3 321 0 III I   Công suất không tải ; P0 = P1 + P3 và 00 0 0 3 cos IU P  Từ kết quả trên vẽ các đường đặc tính sau trên cùng một hệ trục tọa độ : Cosφ0=f(U0) P0=f(U0) I0=f(U0) 7.2. Thí nghiệm ngắn mạch * Chú ý : đây là thí nghiệm dễ xảy ra sự cố nếu sơ suất Vì vậy cần lựu ý các trình tự tiến hành và khẩn trương. - Để thuận tiện cho việc thí nghiệm thương diện áp hạ áp đặt vào dây quấn cao áp và nối ngắn mạch dây quấn hạ áp của máy biến áp thí nghiệm. Dây nổi ngắn mạch thường dùng đủ lớn để chịu được dòng ngắn mạch. 14 Hình 1.7 Sơ đồ thí ngiệm không tải - Dùng El, E2, E3 để đo điện áp dây và dòng dây trên các pha mạch sơ cấp. Còn P1, P3 để đo công suất. Trên cửa sổ đo Metering (cách mắc này là đo công suất ba pha dùng hai wát mét).Bật nguồn xoay núm điều chỉnh tăng dần điện áp, hết sức từ từ sao cho dòng điện trong mạch sơ cấp đạt đến 1,2Idm. Lúc dó Un (5-10)%Udm. Trong quá trình tăng lấy ít nhất 5 giá trị về dòng điện, điện áp và công suất P1, P3 trên cửa sổ do Metering, ghi vào máy tính. Sau đó mỏ bảng số liệu để in hoặc ghi vào bảng 5, Bảng 5 ố lầ n Kết quả đo Kết quả tính 12 13 23 1 2 3 1 3 0 0 0 C osφ0 0 Từ kết quả đo dược xác định điện áp, dòng điện và công suất không tải theo 15 như sau : Điện áp không tải : 3 231312 UUUUn   Dòng điện không tải : 3 321 IIIIn   Công suất không tải ; Pn = P1 + P3 7.3 Xác định các đại lượng và thông số mạch điện thay thế của mba từ thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch : Chú ý: Khi xác định các đại lượng và thông só mạch điện thay thế mba, ta sử dụng các đại lượng đo được ứng với điện áp hoặc dòng điện định mức. + Điện áp ngắn mạch phần trăm : 0 0 0 0 100 dm n n U U U  (ứng vói dòng diên định mức) + Công suất ngắn mạch : Pn = P1 + P3 (ứng với dòng điện định mức) + Dòng điện không tải phần trăm : 0 00 0 0 0 100 dmI I i  (ứng với điện áp định mức) Các thông số: 2 0 0 0 3 pI P r  p dmp I U z 0 0  2 0 2 00 rzx  10 rrrm  2 13 dmp n n I P r  dmp np n I U z 1  22 nnn rzx  1 , 2 rrr n  2 , 21 nxxx  10 xxxm  + Từ các thông số của máy biến áp đã xác định được thông qua thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch, vẽ sơ đồ thay thế máy biến áp (chỉ vẽ cho 1 pha). 7.4 Thí nghiệm có tải - Dùng El, E2, E3 để đo điện áp dây và dòng dây trên các pha mạch thứ cấp. 16 Còn P1, P3 để đo công suất. - Bật nguồn xoay núm điều chỉnh tăng dần điện áp đến Udm. Bậc công tắc của phụ tải, diều chỉnh phụ tải 3 pha đối xứng, mỗi lần điều chỉnh ghi lại số liệu, trong quá trình điều chỉnh luôn giữ cho điện áp sơ cấp ở giá trị Udm. Ghi các giá trị đo được: dòng điện, điện áp và công suất vào bảng 6 (8-10 giá trị). Các thông số: 3 321 2 EEE U   3 321 2 III I   Công suất ra: 222312 cos3 IUPPP  22 2 2 3 cos IU p  - Nối Module tải trở song song vối Module tải kháng thành tải R-L và sau đó với Module tải dung thành R-C. Thực hiện lại thí nghiệm với tải có tính cảm và có tính dung như như đã làm với tải trở, ghi các số liệu đo được vào bảng 6. ố lần Kết quả đo Kết quả tính 1 2 3 1 2 3 1 3 2 2 tc % Tải thuần trở R 17 Tải R- L Tải R- C - Xoay núm điều khiển điện áp về vị trí min. - Tắt nguồn - Tháo gỡ các dây nối. + Từ các số liệu đo được xác định hiệu suất của máy biến áp : Hiệu suất lý thuyết: 0 0 2 02 2 0 0 100 cos cos ndm dm PPS S      Trong dó : dmI I 2 2 là hệ số tải. Từ số liệu đo được tính bảng số liệu các mối quan hệ : U2,I2, S2, β,.. để vẽ đặc tính. - Vẽ đưòng đặc tính : U2 = f(I2) và η = f(β) với các tính chất tải khác nhau trên cùng dồ thị và nhận xét. * Những chú ý khi làm thí nghiệm : 18 - Trước khi đóng cầu dao biến áp tự ngẫu phải ở vị trí “0”. - Khi thí nghiệm không tải dòng I0 là rất nhỏ chỉ từ (1-10)%I1đm nên cần chọn đồng hồ A có thang đo phù hợp. - Khi thí nghiệm ngắn mạch vì Un có giá trị nhỏ (dưới 10%U1đm ) nên cần chọn đồng hồ Vôn kế cho phù hợp. Khi điều chỉnh biến áp tự ngẫu phải hết sức chậm và chú ý quan sát dòng ngắn mạch qua đồng hồ đo . Câu hỏi cuối bài: Câu 1: Trình bày chế độ không tải của máy biến áp Câu 2: Trình bày thí nghiệm lấy đặc tính không tải của máy biến áp 1 pha. Câu 3: Trình bày chế độ ngắn mạch của máy biến áp cảm ứng 1 pha Câu 4: Trình bày thí nghiệm lấy đặc tính ngắn mạch của máy biến áp cảm ứng 1 pha Câu 5: Trình bày thí nghiệm xác định cực tính của máy biến áp cảm ứng Câu 6: Trình bày thí nghiệm chỉnh lưới điện áp thứ cấp máy biến áp cảm ứng Câu 7: Trình bày thí nghiệm không tải máy biến áp tự ngẫu. Câu 8: Trình bày thí nghiệm có tải máy biến áp tự ngẫu. - Tải thuần trở R. - Tải thuần cảm L dung C. Câu 9: Trình bày thí nghiệm không tải của máy biến áp ba pha. Câu 10: Trình bày thí nghiệm ngắn mạch của máy biến áp ba pha và xác định các đại lượng và thông số mạch điện thay thế của mba từ thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch. Câu 11 : Trình bày thí nghiệm có tải của máy biến áp ba pha. - Tải thuần trở R. - Tải R - L - Tải R - C 19 Bài 2: THÍ NGHIỆMMÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1. Tìm hiểu cấu tạo và ghi các số liệu định mức của động cơ 1.1 Cấu tạo 1.1.1.Phần tĩnh Phần tĩnh gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. a. Lõi thép: Là phần mạch từ hình trụ tròn rỗng được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện và các lá thép đó được cách điện với nhau bằng sơn cách điện. Chiều dày của các lá thép từ (0,35 - 0,5) mm. Phía trong các lá thép được dập rãnh khi ghép tạo thành các rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào phía mặt trong của vỏ máy H×nh 1-3 b. Dây quấn Dây quấn stato làm bằng đồng có bọc cách điện (dây điện từ) và được đặt rải đều trong các rãnh của lõi thép. Động cơ điện không đồng bộ ba pha phần dây quấn có ba cuộn dây cấu tạo giống nhau ,được đặt lệch nhau 1200 trong không gian.Khi xếp đặt, dây quấn phải phân bố hết diện tích bề mặt trong của stato. Các cuộn dây được nối hình sao hay tam giác và nối vào nguồn điện xoay chiều 3 pha, các đầu dây được đưa ra hộp đấu dây ở vỏ động cơ . Các vòng dây của cuộn dây được cách điện với nhau và cách điện với lõi thép. c. Vỏ máy Dùng để bảo vệ, định vị lõi thép stato và cố định máy trên bệ.Vỏ máy gồm có thân máy và hai nắp máy. Vỏ máy làm bằng hợp kim nhôm với động cơ có công suất nhỏ, làm bằng gang xám,thép với động cơ có công suất trung bình và lớn. 1.1.2. Phần quay (rô to) Phần quay gồm có lõi thép dây quấn và trục. Hình 2.1 Lõi thép 20 a. Lõi thép được ghép bằng các lá thép KTĐ tạo thành hình trụ tròn,mặt ngoài có dập rãnh để đặt dây quấn rô to ở giữa có dập lỗ để lắp trục. b. Trục làm bằng thép tốt và gắn chặt với lõi thép rô to. Trục được đỡ trên nắp máy nhờ ổ lăn hoặc ổ trượt. c. Dây quấn: có hai loại * Dây quấn lồng sóc (dây quấn ngắn mạch) là trong các rãnh của lõi thép rô to có đặt các thanh dẫn, hai đầu nối vào hai vòng ngắn mạch tạo thành bộ dây có dạng như lồng sóc (hình vẽ ). Đối với động cơ có công suất từ 100 kw trở xuống, dây quấn lồng sóc được đúc bằng nhôm, còn các động cơ có công suất lớn hơn thì làm bằng các thanh đồng. Khi đúc vòng ngắn mạch,đúc luôn các cánh quạt để làm mát động cơ. * Dây quấn pha: gồm 3 cuộn dây có cấu tạo giống nhau, trục đặt lệch nhau 1200 trong không gian và phân bố đều trong rãnh lõi thép rô to. Ba cuộn dây được nối hình sao 3 đầu ra được nối với 3 vành trượt làm bằng đồng lắp cố định trên trục. Nhờ 3 chổi than tiếp xúc với 3 vành trượt, dây quấn rô to được nối với bộ biến trở 3 pha đặt ở ngoài để phục vụ cho việc mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ. động cơ KĐB rô to dây quấn có ưu điểm về mở máy và chỉnh tốc độ, song giá thành đắt và vận hành kém tin cậy hơn động cơ rô to lồng sóc. Động cơ rô to dây quấn chỉ được dùng khi loại động cơ lồng sóc không đáp ứng đượccác yêu cầu về truyền động.trong thực tế động cơ KĐB rô to lồng sóc là loại được sử dụng phổ biến nhất. 1.2. Các đại lượng định mức Còng nh tÊt c¶ c¸c lo¹i m¸y ®iÖn kh¸c, m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé cã c¸c trÞ sè ®Þnh møc ®Æc trng cho ®iÒu kiÖn kü thuËt cña m¸y. C¸c trÞ sè nµy do nhµ m¸y thiÕt kÕ, chÕ t¹o quy ®Þnh vµ ®îc ghi trªn nh·n m¸y. V× m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé chñ yÕu lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ ®iÖn nªn trªn nh·n m¸y ghi c¸c trÞ sè cña ®éng c¬ ®iÖn khi m¸y t¶i ®Þnh møc, c¸c trÞ sè ®ã thêng bao gåm: c«ng suÊt ®Þnh møc ë ®Çu trôc P®m ( kW hay W); ®iÖn ¸p d©y ®Þnh møc U®m ( V ); dßng ®iÖn d©y ®Þnh møc I®m ( A ); tèc ®é quay ®Þnh møc ( Vßng/phót); c¸ch ®Êu d©y (Y hay ∆); hiÖu suÊt ®Þnh møc ( ®m) vµ hÖ sè c«ng suÊt ®Þnh møc ( cos®m),... Từ các số liệu trên có thể tính đợc các trị số quan trọng khác như: C«ng suÊt ®Þnh møc mµ ®éng c¬ ®iÖn tiªu thô: Hình 2.2 Rô to lồng sóc 21 P P U Idm dm dm dm dm dm1 3   . cos M«men quay ®Þnh møc ë ®Çu trôc m¸y:  kGm phvgn WPP M dm dmdm dm )/( )( 975,0 81,9 1 .   trong ®ã    2 60 .ndm lµ tèc ®é gãc quay cña r«to tÝnh b»ng rad/sec 1.3. Các đặc tính Để phân tích trạng thái làm việc xác lập của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ đồ thay thế. Giả thiết: - Điện áp lưới hoàn toàn hình sin và 3 pha của động cơ là đối xứng. - Điện trở dây quấn rôto và stato coi như không đổi trong quá trình làm việc lâu dài của động cơ ở 75oC. - Mạch từ chưa bão hoà nên coi điện kháng stato và điện kháng rôto quy đổi về phía stator không thay đổi. - Điện trở mạch từ hoá và điện kháng mạch từ hoá coi như không đổi, dòng điện từ hoá I không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào stator của động cơ. - Bỏ qua tổn thất do ma sát, tổn thất trong lõi thép. Từ các giả thiết trên ta đưa ra sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ 3 pha bằng sơ đồ thay thế 1 pha (các pha khác tương tự) Uf: Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato. I, I1, I ’ 2: Dòng điện từ hoá, dòng stato, dòng rô to quy đổi về stato. X, X1, X ’ 2: Điện kháng mạch từ hoá, điện kháng Stato, điện kháng rô to quy đổi về stato. R, R1, R ’ 2: Điện trở tác dụng của mạch từ hoá, điện trở cuộn dây statovà của rô to đã quy đổi về stato. H×nh2.3 S¬ ®å thay thÕ mét pha cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé I’ ' 2II1 X1 R1 X R Uf s R'2 X’2 22 s: độ trượt của động cơ: 1 1    s 1: tốc độ góc của từ trường quay: p f1 1 2   Với: f1: tần số điện áp nguồn đặt vào stato. p: số đôi cực của động cơ. : tốc độ góc của động cơ. a) Đặc tính dòng điện rôto của động cơ 2' 21 2 ' 2 1 ' 2 )()( XX s R R U I f   22 ' 2 1 ' 2 )( nm f X s R R U I   Khi  = 1  s = 0 thì I ’ 2 = 0 Khi  = 0  s = 1 thì I’2 = ' 2 22' 21 1 )( nm nm f I XRR U   Với I’2nm là dòng điện ngắn mạch của roto b) Đặc tính cơ của động cơ: Để tìm phương trình đặc tính cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất trong động cơ. - Công suất điện từ chuyển từ stato sang rô to: P12 = Mđt1 Mđt : mô men điện từ của động cơ. - Công suất đưa ra trục động cơ: Pcơ = Mcơ. Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì: Mđt = Mcơ =M P2: công suất tổn thất đồng trong rôto P2 = Pđt – Pcơ P2 = M(1 - ) = M1s (2.69) Mặt khác: P2 = 3R’2(I’2) 2 (2.70) Từ phương trình (2.69) và (2.70) ta có M = s RI . 3 1 ' 2 2' 2  (2.71) Thay giá trị I’2 đã tính được ở trên vào (2.71) và biến đổi ta có: ])[( 3 22 ' 2 11 ' 2 2 1 nm f X s R Rs RU M    Biểu thức trên được gọi là đặc tính cơ của động cơ KĐB. Hình 2.4 Đặc tính dòng Rô to của ĐC KĐB  s 0 1 I I2nm I1nm 1 0 Rf0 Rf=0 23 *Vẽ dạng đặc tính cơ: Để tìm cực trị của đường cong này ta giải phương trình ds dM = 0. Kết quả là ta sẽ được trị số của M và s tại điểm cực trị gọi là mô men và độ trượt tới hạn ký hiệu là Mth, sth. 22 1 ' 2 nm th XR R s   )(2 3 22 111 2 1 nm f th XRR U M    Trong các biểu thức trên dấu “+” ứng với trạng thái động cơ còn dấu (-) ứng với trạng thái máy phát. Ngoài ra khi nghiên cứu các hệ truyền động sử dụng động cơ KĐB người ta quan tâm nhiều đến trạng thái làm việc của động cơ nên đường đặc tính cơ lúc này thường biểu diễn trong khoảng tốc độ 0  s  sth. Phương trình đặc tính cơ của động cơ KĐB có thể biểu diễn thuận tiện hơn bằng cách lập tỷ số giữa M và Mth. Biến đổi ta được phương trình đặc tính cơ dạng: Mđm M  s 1 0 1 Mth đm TN (Rf=0) NT (Rf0) (2) (1) Hình 2.6: Đặc tính cơ ĐC KĐB  = f(M) trong chế độ động cơ 1 0 sthĐ MthĐ M MthF sthF  s =0 s=1 Hình2.5 : Đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ 24 M = th th th thth s s s s s sM .2 ).1(2     Trong đó  =R1/R2 Đối với các động cơ có công suất lớn R1 thường rất nhỏ so với Xnm. Lúc này có thể bỏ qua R1 nghĩa là  = 0 và phương trình đặc tính cơ trở thành: M = s s s s M2 th th th + Với sth =  R ’ 2/Xnm; Mth =  nm1 2 1f X2 U3 ω Nhiều trường hợp cho phép ta sử dụng những đặc tính gần đúng bằng cách tuyến tính hoá các đặc tính trong đoạn làm việc. Ví dụ ở vùng có độ trượt s << sth, tỷ số s/sth rất nhỏ, gần đúng coi s/sth = 0. Lúc này đặc tính cơ ở dạng đơn giản: M = 2Mths/sth Nó chính là tiếp tuyến với đường đặc tính cơ tại điểm đồng bộ 1. Đường (1) trên hình vẽ. Cũng có thể tuyến tính hoá đoạn làm việc qua điểm định mức như đường (2). Phương trình gần đúng là: M = sMđm/sđm Từ dạng đặc tính cơ trên ta thấy độ cứng đặc tính cơ biến đổi cả về trị số và dấu tuỳ theo điểm làm việc.  = ωΔ ΔM = ωΔ Δ Δ Δ s s M Với đặc tính tuyến tính hóa (đường 1 trên hình): s M Δ Δ = th th s M2 ; ωΔ Δs = - 1 1 ω Vậy:  = - th th s M 1 2  Như vậy trên đoạn làm việc của đặc tính cơ động cơ KĐB độ cứng đặc tính cơ  có giá trị âm và gần như không đổi. Khi s >>sth bỏ qua sth/s, phương trình đặc tính cơ trở thành: M = s sM2 thth ;  = 2 1 thth s sM2 ω Trong đoạn này  dương, có giá trị biến đổi. 25 * Ảnh hưởng của các thông số tới đặc tính cơ Từ phương trình đặc tính cơ KĐB ])[( 3 22 ' 2 11 ' 2 2 1 nm f X s R Rs RU M    Ta thấy có các thông số sau ảnh hưởng đến đặc tính cơ: - Điện trở, điện kháng mạch stato R1, X1 - Điện trở mạch rô to (nối thêm điện trở phụ R’2f vào rô to với động cơ KĐB rô to dây quấn). - Điện áp lưới cấp cho động cơ. - Tần số của lưới điện. - Số đôi cực P Khi nghiên cứu ảnh hưởng của thông số nào đó đến đặc tính cơ ta coi các tham số còn lại là không đổi. a) Ảnh hưởng của điện áp lưới tới đặc tính cơ: 22 1 ' 2 nm th XR R s   )(2 3 22 111 2 1 nm f th XRR U M    p f1 1 2   Khi Uf thay đổi dưới Uđm thì mô men tới hạn sẽ giảm bình phương lần độ suy giảm của điện áp còn tốc độ đồng bộ 1 giữ nguyên và độ trượt tới hạn sth không đổi. Ta có dạng đặc tính cơ khi giảm điện áp lưới trên hình vẽ. Đặc tính này phù hợp với tải là bơm và quạt gió, không thích hợp cho tải là hằng số. Hình2.7 Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi giảm điện áp Mc1 M  s 1 0 1 MthTN đm TN (Uđm) MnmTN U1 Mc2 Mnm1 Mnm2 Mnm3 U2 U3 26 Khi thay đổi điện áp đặt vào stato thì ta có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ và có thể hạn chế dòng điện khởi động. b) Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato: 22 11 ' 2 )( nmf th XRR R s   ; 2 1 2 1 ' 2 )( fnm th XXR R s   )))(2 3 22 11111 2 1 nmff f th XRRRR U M    (Mth khi đưa X1fvào tương tự ) p f 1 1 2    Ta thấy rằng khi nối thêm điện trở phụ R1f hoặc điện kháng phụ X1f vào mạch stato thì 1 = const, sth giảm , Mth và Mkđ giảm nên đặc tính cơ có dạng như hình vẽ Như vậy đưa điện trở phụ R1f hoặc điện kháng phụ X1f vào mạch stato có thể giảm dòng khi khởi động và dùng điều chỉnh tốc độ. Nếu X1f = R1f ta thấy đặc tính đối với X1f tốt hơn vì độ cứng đặc tính cơ khi đưa điện kháng phụ lớn hơn độ cứng đặc tính khi đưa điện trở phụ vào mạch stator vì tổn thất trên điện trở phụ nhiều hơn nên trên thực tế người ta thường đưa thêm điện kháng phụ vào mạch stator. c) Ảnh hưởng của số đôi cực p: Với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc nhiều cấp tốc độ để điều chỉnh tốc độ của nó người ta thay đổi số đôi cực ở mạch stator bằng cãch thay đổi cách đấu dây ở stato. Mnm M  s 1 0 1 Mth đm TN MnmTN sth X1f R1f Hình2.9 Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi đưa thêm R1f và X1f A ĐC B C R1f R1f R1f (a) A ĐC B C X1f X1f X1f (b) Hình2.8. Sơ đồ nguyên lý với R1f (a), với X1f (b) 27 p f 1 1 2    ; 1 1    s   = 1(1 - s) 22 1 ' 2 nm th XR R s   ; )(2 3 22 111 2 1 nm f th XRR U M    Khi thay đổi số đôi cực p thì tốc độ đồng bộ 1 thay đổi và do đó  cũng thay đổi theo. Còn sth không phụ thuộc p nên không đổi nghĩa là độ cứng đặc tính cơ không đổi ta được họ đặc tính như sau d) Ảnh hưởng của tần số lưới điện f1: Nếu cung cấp cho động cơ bởi nguồn điện có tần số thay đổi thì tốc độ của động cơ sẽ thay đổi và dạng của đặc tính cơ cũng thay đổi. p f 1 1 2   ; 22 1 ' 2 nm th XR R s   Với động cơ công suất lớn R1  0 nên 11 ' 2 2 ' 2 .2 . f A fL PR X R s nmnm th   )(2 3 22 111 2 1 nm f th XRR U M    2 1 2 2 1 2 2 1 2 .8 31 . 8 .3 ..2 3        f U L p fL pU X U M f nmnm f nm f th  Hình2.11 Đặc tính của động cơ KĐB khi thay đổi tần số f2<fđm<f1 M 0 1 Mth 1đm 11 12 fđm f2 <fdm f1>fdm  s  s M 12 0 1 Mth1 11 P2 Mnm1Mnm2 P1 Mth2 Hình 2.10: Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực động cơ KĐB p2=2p1 28 Như vậy mômen tới hạn sẽ thay đổi theo quy luật biến đổi của tỷ số 1f U f . Khi thay đổi f1 nếu giả thiết const f U  1 thì Mth = const và ta được họ đặc tính có dạng như hình vẽ e) Ảnh hưởng của điện trở mạch rô to: Đối với động cơ KĐB rô to dây quấn người ta thường mắc thêm điện trở phụ vào mạch rô to để hạn chế dòng khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ. Sơ đồ nguyên lý như sau: Khi đưa R2f vào thì Sth, Mth, 1: 22 1 '