Tài liệu Động cơ điện không đồng bộ một pha

ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA

Về cấu tạo, stato một pha chỉ có dây quấn một pha, rôto thường là

lồng sóc . Dây quấn stato không tạo ra từ trường quay. Do sự biến thiên

của dòng điện, chiều và trị số từ trường thay đổi, nhưng phương của từ

trường cố định trong không gian. Từ trường này được gọi là từ trường đập

mạch.

Vì không phải là từ trường quay, nên khi ta cho điện vào dây quấn

stato, động cơ không tự quay được. Để cho động cơ làm việc được, trước

hết ta phai quay động cơ rôto của động cơ điện theo chiều nào đó, rôto sẽ

tiếp tục quay theo chiều ấy và động cơ làm việc.

Để giải thích rõ hiện tượng xảy ra trong động cơ điện một pha, ta

phân tích từ trường đập mạch thành hai từ trường quay, quay ngược

chiều nhau cùng tần số quay n₁, và biên độ bằng một nữa biên độ từ trường

đập mạch.

B

I

II

n₁

n₂

Hçnh 2-29

Hçnh 2-30



Trong đó từ trường quay B_Icó chiều quay trùng với chiều quay rôto



được gọi là từ trường quay thuận, còn từ trường quay B_IIcó chiều quay

ngược chiều rôto gọi là từ trưòng quay ngược. Trên hình 2-30, B

^là từ



trường đập mạnh, còn B_IvàB_IIquay với tốc độ n₁và bao giờ ta cũng có:

B = B_I+ B_II

Gọi n là tốc độ rôto

Hệ số trượt s₁ứng với từ trường quay thuận là :

n₁ n

s₁=

 s

n₁

Hệ số trượt s_IIứng với từ trường quay ngược là :

n₁ n n₁

n₁



1 s₁

n₁



s_{II =}



 2  s₁ 2  s₁ 2  s

Do đó ta có bảng sau về quan hệ giữa các hệ số trượt.

s = s₁

0

1

2

s_II

2

1

0

Trên hình 3.31 vẽ mômen quay M_Ido từ trường thuận sinh ra có trị số

dương và M_IIdo từ trường ngược gây ra có số âm.

Mômen quay của động cơ là tổng đại số mômen M_Ivà M_II:

M = M_I- M_II

M

Từ đường đặc tính mômen, chúng ta

thấy rằng, lúc mở máy, s = s_I= s_II= 1,

M_I=M_IIvà mômen mở máy M_mở= 0, động

cơ điện không tự mở máy được. Nhưng nếu

ta tác động làm cho động cơ quay, hệ số

trượt s < 1, lúc đó động cơ có mômen M, sẽ

tiếp tục quay. Vì thế ta phải có biện pháp

mở máy, nghĩa là phải tạo cho động cơ một

pha mômen mở máy. Ta thường dùng các

biện pháp dây quấn phụ, vòng ngắn

mạch ở cực từ.

M

I

2

1

0

s

M

II

Hçnh 2-31. Âæåìng âàûc tênh mämen

1. Dùng dây quấn phụ mở máy

Ở loại động cơ này, ngoài dây quấn chính, còn có

dây quấn phụ. Dây quấn phụ có thể thiết kế để làm việc

khi mở máy , hoặc làm việc lâu dài (động cơ hai pha) .

Dây quấn phụ đặt trong một số rãnh stato, sao cho sinh

ra một từ thông lệch với từ thông chính một góc 90⁰

không gian, và dòng điện trong dây quấn phụ lệch pha

với dòng điện trong dây quấn chính một góc 90⁰. Dòng

điện ở dây quấn phụ và dây quấn chính sinh ra trong từ

trường quay để tạo ra mômen mở máy.

k

C

Hçnh 2-32. Måímaïy

bàòng dáy quáún phuû

Để dòng điện trong dây quấn phụ lệch pha với dây quấn chính một

góc 90⁰, ta thường nối tiếp với dây quấn phụ điện dung C (hình 2-32).

Loại động cơ tụ điện có đặc tính mở máy tốt.

2. Động cơ điện một pha có vòng ngắn mạch ở cực từ

Trên hình 2-23 vẽ cấu tạo loại động cơ này. Người ta chẻ cực từ ra,

cho vào đó một vòng đồng ngắn mạch. Vòng ngắn mạch được coi như dây

quấn phụ, trong đó có dòng điện cảm ứng, sơ đồ nguyên lí trên hình 2-34.

Tổng hợp hai từ trường của dây quấn chính và phụ sẽ sinh ra từ trường quay

để tạo ra mômen mở máy.

Các loại động cơ này chế tạo với công suất nhỏ từ 0,5  30 W dùng

vào các cơ cấu truyền động tự động, và thường gặp nhất là quạt bàn nhỏ.

Hçnh 2-33. Cáúu taûo âäüng cå mäüt

pha coïvoìng ngàõn maûch åícæûc tæì

Hçnh 2-34. Så âäönguyãn lêâäüng cå

mäüt pha coïvoìng ngàõn maûch åícæûc tæì

Động cơ điện nột pha có những nhược điểm là cos thấp vì tổn hao ở

rôto lớn, mômen nhỏ nên làm việc kém ổn định, khả năng quá tải kém. Tuy

nhiên, nó có ưu điểm là cấu tạo gọn, sử dụng lưới điện một pha, nên được sử

dụng nhiều trong các hệ tự động và dân dụng ( quạt điện, máy giặt, máy bơm

nước công suất nhỏ v.v.......)

Trong vận hành động cơ ba pha, khi sự cố xảy ra đứt một pha ( ví dụ

cháy cầu chì pha A) hai pha B và C còn lại sẽ tạo thành dây quấn một pha.

Lúc ấy động cơ ba pha sẽ chuyển sang một pha. Nếu công suất tải của động

cơ thay đổi thì công suất điện vào động cơ ở hai chế độ một pha và ba pha

như nhau: P_3p P_1p

3

U_dI₃ U_dI₁

C

a)

b)

Hình 2-35a,b : Đông cơ ba pha có thể nối dây quấn stato để nối vào lưới điện một pha

Trong đó : I₃dòng điện sta to ở chế độ ba pha

I₁dòng điện stato ở chế độ một pha, nghĩa là I₁

I₃

 3

Dòng điện ở chế độ một pha tăng lên

3 lần tổn hao tăng lên 3 lần nếu

không cắt động cơ khỏi lưới điện, động cơ sẽ bị hư hỏng do nhiệt độ quá cao.

Ngoài ra trong thực tế, khi không có nguồn điện ba pha có thể nối dây

quấn stato như hình 2.35a,b để nối vào lưới điện một pha. Nếu chọn trị số

điện dung C thích hợp, có thể đạt công suất đến 7080% công suất định

mức.

Phần II : CÁCH TÍNH TOÁN DÂY QUẤN ĐỘNG CƠ 1 PHA

Bước 1: Xác định số rãnh Z, đo các thông số cơ bản:

Z : tổng số rãnh.

b_g: bề dày gông.

b_r: bề dày răng.

L: bề dày mạch từ.

Dt : Đường kính trong của lõi th ép.

Dt

d₁

h

L

d₂

2

 d  d 

.d

1

2





Diện tích rãnh S_r=

.h 





2

8





Bước 2 : Xác định số đôi cực nhỏ nhất:

2.Pmin = (0.4 ÷ 0.5 ). Dt / b_g

Xác định tốc độ quay của động cơ:

Số đôi cực

n (vòng / phút)

3000

2

4

6

1500

1000

8 v à 10

750 v à 600

Bước 3: X ác đ ịnh B_, B_g,B_r

B_: Mật độ từ thông khe hở không khí



B_g: Mật độ từ thông qua gông.

B_r: Mật độ thừ thông qua răng.

_s: Hệ số hiệu chỉnh. _s 0.7  0.75

K_c: Hệ số ép chặt K_c= 0.93 ÷ 0.95

B

D

.

s

t 

B 

. .

(T)

g

2.K b 2p

c g

.D

t

B 

.B (T)

r



Z.b

r

1,2  B 1.4(T)

g

Tính toán chọn

B

theo điều kiện



B 1.4(T)

r

Bước 4: Xác định từ thông  qua 1 cực từ:

.D

2p

t

   .

.L.B (Wb) ;

D (m);L(m)

s

t



.D_t

2p

Bước cực  

(cm²)

Bước 5: Xác định số vòng dây pha chạy và pha đề:

Xác định tỉ số điện áp K_E:

.L

K_E

15 - 50

0.7 – 0.86

50 - 100

0.86 - 0.9

100 - 150

0.9 - 0.93

> 150

0.93 - 0.95

• Số vòng dây pha chạy:

K .U

E

dm

W 

Trong đó K_dq= 0.8 – 0.82

c

4,4. f ..K

dq

Số vòng dây cho nhóm cuộn / cực pha chạy:

W_nh/C= W_c/ số nhóm.

• Số vòng dây pha đề: W 0,65 W_c

d

Số vòng dây cho nhóm cuộn / cực pha đề:

W_nh/d= W_d/ số nhóm.

- Nếu đấu theo cách 1: K_dq= 0.82

Pha chạy

Y₁₁= W_{nh/C .}0.304

Y₉= W_{nh/C .}0.277

Y₇= W_{nh/C .}0.235

Y₅= W_{nh/C .}0.18

- Nếu đấu theo cách 2: K_dq= 0.806

Pha chạy

Y₁₁= W_{nh/C .}0.288

Y₉= W_{nh/C .}0.255

Y₇= W_{nh/C .}0.218

Y₅= W_{nh/C .}0.143

Y₃= W_{nh/C .}0.082

Pha đề

Y₁₁= W_{nh/d .}0.521

Y₉= W_{nh/d .}0.478

Y₁₁= W_{nh/d .}0.268

Y₉= W_{nh/d .}0.25

Y₇= W_{nh/d .}0.214

Y₅= W_{nh/d .}0.165

Y₃= W_{nh/d .}0.103

Bước 6: Tính chọn đường kính dây chạy và dây đề:

Sau khi ta tính S_rxong sẽ tính tiết diện của dây dẫn cho cuộn chạy:

0,37.S

r

S 

c

N

r

Trong đó N_r: số vòng dây lớn nhất có trong 1 rãnh ở pha chạy.

4.S

c

Đường kính của dây pha chạy: d_c=



Đường kính của pha đề : d_đề= 0,7.d_c

Bước 7 : Tính toán công suất:

P

U .I ..cos

dm

U .J.S .0.8.0.77

dm dm

trong đó : J = (5,5 – 5,6) A/mm²

c

dm

Bài tập: Tính toán số liệu cho dây quấn cho động cơ 1 pha khởi động với tụ

hoá vận hành điện áp nguồn 100/220V cho số liệu sau:

Z=

24 rãnh

Ta đo được các thông số như sau:

d₁=

4 mm

6 mm

h_r=

h=

12 mm

10 mm

50 mm=

d₂=

b_g=

12 mm

3 mm

D_t=

L=

5 cm

b_r=

Bước 1:

Đo các thông số và tính tiết diện rãnh:

2

d ₁ d ₂

 .d ₂









64.13 mm²

.h 



Sr =

2

8





Bước 2:

Xác định số đôi cực nhỏ nhất:

÷0.5).Dt / bg =

2Pmin = (0.4

1.66667

chọn 2P =

2

Tốc độ động cơ:

n = 60.f / P =

3000 Vòng/phút

_s 0.7  0.75

B_

Bước 3:

X ác đ ịnh

, Bg, Br

K_c= 0.93 ÷ 0.95

B

D

.

s

t 

B_

=

2.46192

B 

.

(T)

g

2.K b 2p

c g

.D

B_

2.18056

t

r

B 

.B (T)

r



Z.b

1,2  B 1.4(T)

B

chọn theo điều kiện

g



B 1.4(T)

r

B

*

1.2 <

0.4874 <

2.1806

2.4619

<

1.4



B_

<

0.5687

*

<1.4

<

B_

0.642

B

Chọn =

0.5 T



Bước 4:



Xác định từ thông qua 1 cực từ:

 .D

2 p

0.00137 Wb

t

   .

s

.L.B (Wb) 



Bước cực

7.85 cm

Bước 5:

Xác định số vòng dây pha chạy và pha đề:

Xác định tỉ số điện áp:

.L

=

39.25

Chọn KE =

0.8

Số vòng dây pha chạy: Chọn Kdq = 0.82





0.0014 Wb

712 Vòng

K .U

E

dm

W 

c

4,4. f ..K

dq

Số vòmg dây cho nhóm cuộn cực pha chạy:

Wnh/c= 356 vòng

Số vòmg dây cho pha đề:

Wd=

463 vòng

Số vòmg dây cho nhóm cuộn cực pha đề:

Wnh/d=

232 vòng

Pha chạy

Y11 = Wnh/C . 0.304 =

Y9 = Wnh/C . 0.277 =

Y7 = Wnh/C . 0.235 =

Y5 = Wnh/C . 0.18 =

Pha đề:

108

99

84

vòng

64

Y11 = Wnh/d . 0.521 =

Y9 = Wnh/d . 0.478 =

121

111

vòng

Bước 6:

Tính chọn đường kính dây chạy và dây đề:

Sau khi ta tính S_rxong sẽ tính tiết diện của dây dẫn cho cuộn chạy:

0.2197 mm²

0,37.S

r

S 



c

N

r

Trong đó N_r: số vòng dây lớn nhất có trong 1 rãnh ở pha chạy.

4.S



c

Đường kính của dây pha chạy: d_c=

0.529 mm



Đường kính của pha đề : d_đề= 0,7.d_{c =}

0.3703 mm

Bước 7

: Tính toán công suất:

trong đó : J = (5,5 – 5,6) A/mm²

U .I ..cos

P

dm

dm dm

Hçnh 2-33. Cáúu taûo âäüng cå mäüt

GIẪN ĐỒ ĐI DÂY CHO ĐỘNG CƠ KĐB 1 PHA CÓ Z = 24, 2P =2

ĐẤU THEO CÁCH 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 12 13 14

15 16

17 18 19 20

21 22

23

24

mass