Bài giảng Máy điện trong công nghiệp

tr-êng §¹i häc s- ph¹m kü thuËt h-ng yªn khoa c¬ khÝ ®éng lùc Bµi gi¶ng dïng chung M¸Y ®iÖn TRONG C¤NG NGHIÖP (Dïng cho hÖ §¹i häc ngµnh C«ng nghÖ Kü thuËt C¬ ®iÖn – B¶o tr×) ¸p dông cho Ch-¬ng tr×nh tÝn chØ Biªn so¹n: NguyÔn h¶i hµ, Lª ngäc tróc, lª trÝ quang Bé m«n: c«ng nghÖ c¬ ®iÖn L¹NH & §HKK H-ng yªn, 2015 MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1:MÁY BIẾN ÁP 1 1.1 Đại cương về máy biến áp 1 1.1.1 Vai trò và công dụng 1 1.1.2 Định nghĩa 2 1.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp lý tưởng 2 1.3 Cấu tạo của máy biến áp 3 1.3.1 Lõi thép MBA 3 1.3.2 Dây quấn máy biến áp 4 1.3.3 Vỏ máy biến áp 5 1.4 Các đại lượng định mức của MBA 6 1.5 Tổ nối dây máy biến áp 8 1.5.1 Cách ký hiệu các đầu dây 8 1.5.2 Các kiểu đấu dây quấn 9 1.5.3 Tổ nối dây của MBA 10 1.6 Mạch từ Máy biến áp 12 1.6.1 Các dạng mạch từ máy biến áp 12 1.6.2 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa MBA 13 1.7 Các phương trình cân bằng của máy biến áp 17 1.7.1 Phương trình cân bằng điện áp 17 1.7.2 Phương trình cân bằng dòng điện 19 1.8 Mạch điện thay thế của máy biến áp 20 1.8.1 Quy đổi các đại lượng thứ cấp về sơ cấp 21 1.8.2 Mạch điện thay thế chính xác của máy biến áp 21 1.8.3 Mạch điện thay thế gần đúng của máy biến áp 22 1.9 Xác định các tham số của máy biến áp 23 1.9.1 Xác định các tham số bằng thí nghiệm 23 1.9.2 Xác định các tham số bằng tính toán 27 1.10 Máy biến áp đặc biệt 30 1.10.1 Máy biến áp tự ngẫu 30 1.10.2 Máy biến áp đo lường 32 1.10.3 Máy biến áp hàn hồ quang 34 CHƯƠNG 2: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 35 2.1 Đại cương về máy điện không đồng bộ 35 2.1.1 Khái niệm chung 35 2.1.2 Cấu tạo máy điện không đồng bộ 35 2.1.3 Nguyên lý làm việc máy điện không đồng bộ 39 2.1.4 Phân loại máy điện không đồng bộ 40 2.1.5 Các đại lượng định mức máy điện không đồng bộ 41 2.2 Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ 42 2.2.1 Đại cương 42 2.2.2 Máy điện không đồng bộ làm việc khi roto đứng yên 42 2.2.3 Máy điện không đồng bộ làm việc khi roto quay 45 2.2.4 Các chế độ làm việc, giản đồ năng lượng và đồ thị véc tơ máy điện không đồng bộ 50 2.3 Mô men điện từ của máy điện không đồng bộ 52 2.3.1 Tìm mô men cực đại Mmax 54 2.3.2 Mô men khởi động 55 2.3.3 Đặc tính cơ của động cơ điện 55 2.3.4 Mô men phụ của máy điện không đồng bộ 56 2.4 Khởi động và điều chỉnh tốc động động cơ điện không đồng bộ 57 2.4.1 Khởi động động cơ không đồng bộ 57 2.4.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 60 2.5 Động cơ điện không đồng bộ 1 pha 65 2.5.1 Phạm vi áp dụng, cấu tạo và nguyên lý làm việc 65 2.5.2 Phương trình cơ bản và sơ đồ thay thế 67 2.5.3 Mở máy động cơ không đồng bộ một pha 71 CHƯƠNG 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 74 3.1 Đại cương về máy điện đồng bộ 74 3.1.1 Phân loại và kết cấu máy điện đồng bộ 74 3.1.2 Hệ thống kích từ 75 3.1.3 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện đồng bộ 77 3.1.4 Các trị số định mức 77 3.2 Từ trường trong máy điện đồng bộ 78 3.2.1 Đại cương 78 3.2.2 Từ trường của dây quấn kích thích 78 3.2.3 Từ trường phần ứng 80 3.2.4 Quy đổi các sức từ động trong máy điện đồng bộ 83 3.3 Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 84 3.3.1 Đại cương 84 3.3.2 Phương trình điện áp và đồ thị véc tơ 84 3.3.3 Giản đồ năng lượng của máy điện đồng bộ 86 3.4 Máy phát điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng 87 3.4.1 Đại cương 87 3.4.2 Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ 87 3.4.3 Cách xác định tham số của máy phát điện đồng bộ 90 3.5 Máy phat điện đồng bộ làm việc với tải không đối xứng 91 3.5.1 Đại cương 91 3.5.2 Các tham số của máy phát điện đồng bộ khi làm việc ở tải không đối xứng 91 3.5.3 Ảnh hưởng của tải không đối xứng đối với máy phát điện đồng bộ 93 3.5.4 Ngắn mạch không đối xứng 94 CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 95 4.1 Đại cương về máy điện một chiều 95 4.1.1 Cấu tạo của máy điện một chiều 95 4.1.2 Các trị số định mức 97 4.1.3 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện một chiều 98 4.2 Quá trình điện từ trong máy điện một chiều 99 4.2.1 Sức điện động, mô men và công suất điện từ 99 4.2.2 Quá trình năng lượng và các phương trình cân bằng 100 4.3 Đổi chiều dòng điện trong máy điện một chiều 102 4.3.1 Đại cương 102 4.3.2 Quá trình đổi chiều 102 4.3.3 Nguyên nhân sinh ra tia lửa điện và biện pháp khắc phục 104 4.4 Máy phát điện một chiều 105 4.4.1 Đại cương 105 4.4.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều 105 4.5 Động cơ điện một chiều 109 4.5.1 Đại cương 109 4.5.2 Mở máy động cơ điện một chiều 109 4.5.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 110 4.5.4 Các đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều 113 4.6 Máy điện một chiều đặc biệt 115 4.6.1 Sức điện động biến áp và sức điện động quay 115 4.6.2 Động cơ nối tiếp một pha 116 4.6.3 Động cơ đẩy điện 118 ö MAÏY BIÃÚN AÏP 1.1.1. Vai troì vaì cäng duûng. Âãø dáùn âiãûn tæì nhaì maïy phaït âiãûn âãún häü tiãu thuû cáön phaíi coï âæåìng dáy taíi âiãûn (hçnh 1.1). Nãúu khoaíng caïch tæì nåi saín xuáút âiãûn âãún häü tiãu thuû låïn, mäüt váún âãö âàût ra laì viãûc truyãön taíi âiãûn nàng âi xa laìm sao cho kinh tãú nháút. ∼ MBA gèam aïp MBA tàng aïp  Z taíi âiãûn Maïy phaït âiãûn Häü tiãu thuû âiãûn Hçnh 1.1 Så âäö cung cáúp âiãûn âån giaín Ta coï, doìng âiãûn truyãön taíi trãn âæåìng dáy: I = P/(Ucosϕ) Vaì täøn hao cäng suáút trãn âæåìng dáy: ΔP = Râ I2 = RdP2/(U2cos2ϕ) Trong âoï: P laì cäng suáút truyãön taíi trãn âæåìng dáy; U laì âiãûn aïp truyãön taíi cuía læåïi âiãûn; Rd laì âiãûn tråí âæåìng dáy taíi âiãûn vaì cosϕ laì hãû säú cäng suáút cuía læåïi âiãûn, coìn ϕ laì goïc lãûch pha giæîa doìng âiãûn I vaì âiãûn aïp U. Tæì caïc cäng thæïc trãn cho ta tháúy, cuìng mäüt cäng suáút truyãön taíi trãn âæåìng dáy, nãúu âiãûn aïp truyãön taíi caìng cao thç doìng âiãûn chaûy trãn âæåìng dáy seî caìng beï, do âoï troüng læåüng vaì chi phê dáy dáùn seî giaím xuäúng, tiãút kiãûm âæåüc kim loaûi maìu, âäöng thåìi täøn hao nàng læåüng trãn âæåìng dáy seî giaím xuäúng. Vç thãú, muäún truyãön CHÖÔNG 1: 1.1 ÑAÏI CÖÔNG VEÀ MAÙY BIEÁN AÙP 1 taíi cäng suáút låïn âi xa êt täøn hao vaì tiãút kiãûm kim loaûi maìu ngæåìi ta phaíi duìng âiãûn aïp cao, thæåìng laì 35, 110, 220, 500kV. Trãn thæûc tãú caïc maïy phaït âiãûn chè phaït ra âiãûn aïp tæì 3 ÷ 21kV, do âoï phaíi coï thiãút bë tàng âiãûn aïp åí âáöu âæåìng dáy. Màût khaïc caïc häü tiãu thuû thæåìng yãu cáöu âiãûn aïp tháúp, tæì 0.4 ÷ 6kV, vç váûy cuäúi âæåìng dáy phaíi coï thiãút bë giaím âiãûn aïp xuäúng. Thiãút bë duìng âãø tàng âiãûn aïp åí âáöu âæåìng dáy vaì giaím âiãûn aïp cuäúi âæåìng dáy goüi laì maïy biãún aïp (MBA). 1.1.2. Âënh nghéa. Maïy biãún aïp laì thiãút bë âiãûn tæì ténh, laìm viãûc theo nguyãn lyï caím æïng âiãûn tæì, duìng âãø biãún âäøi mäüt hãû thäúng doìng âiãûn xoay chiãöu åí âiãûn aïp náöy thaình mäüt hãû thäúng doìng âiãûn xoay chiãöu åí âiãûn aïp khaïc, våïi táön säú khäng thay âäøi. 1.2. NGUYÃN LYÏ LAÌM VIÃÛC CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP LYÏ TÆÅÍNG Maïy biãún aïp lyï tæåíng coï caïc tênh cháút nhæ sau : 1. Cuäün dáy khäng coï âiãûn tråí. 2. Tæì thäng chaûy trong loîi theïp moïc voìng våïi hai dáy quáún, khäng coï tæì thäng taín vaì khäng coï täøn hao trong loîi theïp. 3. Âäü tæì tháøm cuía theïp ráút låïn (μ = ∞), nhæ váûy doìng tæì hoaï cáön phaíi coï âãø sinh ra tæì thäng trong loîi theïp laì ráút nhoí khäng âaïng kãø, do váûy stâ cáön âãø sinh ra tæì thäng trong loîi theïp cho bàòng khäng. Hçnh 1.2 veî så âäö nguyãn lyï cuía MBA mäüt pha hai dáy quáún. Dáy quáún 1 coï N1 voìng dáy âæåüc näúi våïi nguäön âiãûn aïp xoay chiãöu u1, goüi laì dáy quáún så cáúp. Kyï hiãûu caïc âaûi læåüng phêa dáy quáún så cáúp âãöu coï con säú 1 keìm theo nhæ u1, i1, e1, .. Dáy quáún 2 coï N2 voìng dáy cung cáúp âiãûn cho phuû taíi Zt, goüi laì dáy quáún thæï cáúp. Kyï hiãûu caïc âaûi læåüng phêa dáy quáún thæï cáúp âãöu coï con säú 2 keìm theo nhæ u2, i2 , e2, .. Âàût âiãûn aïp xoay chiãöu u1 vaìo dáy quáún så, trong dáy quáún så seî coï doìng i1. Trong loîi theïp seî coï tæì thäng Φ moïc voìng våïi caí hai dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp, caím æïng ra caïc sââ e1 vaì e2. Khi MBA coï taíi, trong dáy quáún thæï seî coï doìng âiãûn i2 âæa ra taíi våïi âiãûn aïp laì u2. Tæì thäng Φ moïc voìng våïi caí hai dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp goüi laì tæì thäng chênh. Giaí thæí âiãûn aïp u1 sin nãn tæì thäng Φ cuîng biãún thiãn sin, ta coï: tsinm ωΦ=Φ (1.3) Theo âënh luáût caím æïng âiãûn tæì, caïc sââ caím æïng e1, e2 sinh ra trong dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp MBA laì: )90tsin(E2)90tsin(N dt dNe 01 0 m111 −ω=−ωΦω=Φ−= (1.4) 2 3 )90tsin(E2)90tsin(N dt dNe 02 0 m222 −ω=−ωΦω=Φ−= (1.5) trong âoï, E1, E2 laì trë säú hiãûu duûng cuía sââ så cáúp vaì thæï cáúp, cho båíi: m1m1m11 fN44,4fN22 NE Φ=Φπ=Φω= (1.6) m2m2m22 fN44,4fN22 NE Φ=Φπ=Φω= (1.7) Tè säú biãún aïp k cuía MBA: 2 1 2 1 N N E Ek == (1.8) Hçnh 1-2. Så âäö nguyãn lyï cuía MBA mäüt pha hai dáy quáún u2 ∼ u1 i1 i2 Zt Φ Nãúu giaí thiãút MBA âaî cho laì MBA lyï tæåíng, nghéa laì boí qua suût aïp gáy ra do âiãûn tråí vaì tæì thäng taín cuía dáy quáún thç E1 ≈ U1 vaì E2 ≈ U2 : k N N E E U U 2 1 2 1 2 1 ==≈ (1.9) Nãúu boí qua täøn hao trong MBA thç: U1I1 = U2I2 Nhæ váûy, ta coï: k I I U U 2 1 2 1 == (1.10) Nãúu N2 > N1 thç U2 > U1 vaì I2 < I1 : MBA tàng aïp. Nãúu N2 I1 : MBA giaím aïp 1.3. CÁÚU TAÛO MAÏY BIÃÚN AÏP Maïy biãún aïp coï caïc bäü pháûn chênh sau dáy : loîi theïp, dáy quáún vaì voí maïy. 1.3.1. Loîi theïp MBA. Hçnh 1.3 Maûch tæì MBA kiãøu loîi: a) mäüt pha. b) ba pha (a) (b) 3 Loîi theïp MBA duìng âãø dáùn tæì thäng, âæåüc chãú taûo bàòng caïc váût liãûu dáùn tæì täút, thæåìng laì theïp kyî thuáût âiãûn coï bãö daìy tæì 0,35 ÷ 1 mm, màût ngoaìi caïc laï theïp coï sån caïch âiãûn räöi gheïp laûi våïi nhau thaình loîi theïp. Loîi theïp gäöm hai pháön: Truû vaì Gäng (hçnh 1.3). Truû T laì pháön âãø âàût dáy quáún coìn gäng G laì pháön näúi liãön giæîa caïc truû âãø taûo thaình maûch tæì kên. 1.3.2. Dáy quáún MBA. Nhiãûm vuû cuía dáy quáún MBA laì nháûn nàng læåüng vaìo vaì truyãön nàng læåüng ra. Dáy quáún MBA thæåìng laìm bàòng dáy dáùn âäöng hoàûc nhäm, tiãút diãûn troìn hay chæî nháût, bãn ngoaìi dáy dáùn coï boüc caïch âiãûn. Dáy quáún gäöm nhiãöu voìng dáy vaì läöng vaìo truû theïp. Giæîa caïc voìng dáy, giæîa caïc dáy quáún vaì giæîa dáy quáún vaì loîi theïp âãöu coï caïch âiãûn. Maïy biãún aïp thæåìng coï hai hoàûc nhiãöu dáy quáún. Khi caïc dáy quáún âàût trãn cuìng mäüt truû thç dáy quáún âiãûn aïp tháúp âàût saït truû theïp coìn dáy quáún âiãûn aïp cao âàût bãn ngoaìi. Laìm nhæ váûy seî giaím âæåüc váût liãûu caïch âiãûn. Dáy quáún MBA coï hai loaûi chênh nhæ : Hçnh 1-4. Dáy quáún Maïy biãún aïp (a)û (b)û (c)û (d)û 1. Dáy quáún âäöng tám : åí dáy quáún âäöng tám tiãút diãûn ngang laì nhæîng voìng troìn âäöng tám. Nhæîng kiãøu dáy quáún âäöng tám chênh gäöm : Dáy quáún hçnh truû (hçnh 1.4a,b), duìng cho caí dáy quáún haû aïp vaì cao aïp; Dáy quáún hçnh xoàõnû (hçnh 1.4c), duìng cho dáy quáún haû aïp coï nhiãöu såüi cháûp; dáy quáún hçnh xoaïy äúc liãn tuûcû (hçnh 1.4d), duìng cho dáy quáún cao aïp, tiãút diãûn dáy dáùn chæî nháût . 2. Dáy quáún xem keí : Caïc baïmh dáy cao aïp vaì haû aïp láön læåüt xen keí nhau doüc theo truû theïp. 4 Hçnh 1-5 Maïy biãún aïp dáöu ba pha 16000kVA/110kV 1. moïc váûn chuyãøn; 2. Sæï cao aïp 110kV; 4. Sæï trung aïp 38.5kV; 5. Sæï haû aïp 10.5kV; 7. Äúng phoìng näø; 8. Bçnh giaîn dáöu; 10. Thæåïc chè dáöu; 12. Xaì eïp gäng; 13. Bçnh huït áøm; 16. Dáy quáún cao aïp; 18. Bäü loüc âäúi læu; 22. Voî thuìng; 23.Bäü taín nhiãût; 24. Caïp cáúp âiãûn cho âäüng cå; 25. Âäüng cå quûat gioï laìm maït. 26. Bäü truyãön âäüng chuyãøn maûch. 1.3.3. Voí MBA. Voí MBA laìm bàòng theïp gäöm hai bäü pháûn : thuìng vaì nàõp thuìng. 1. Thuìng MBA: Trong thuìng MBA (hçnh 1-5) âàût loîi theïp, dáy quáún vaì dáöu biãún aïp. Dáöu biãún aïp laìm nhiãûm vuû tàng cæåìng caïch âiãûn vaì taín nhiãût. Luïc MBA laìm viãûc, mäüt pháön nàng læåüng tiãu hao thoaït ra dæåïi daûng nhiãût laìm dáy quáún, loîi theïp vaì caïc bäü pháûn khaïc noïng lãn. Nhåì sæû âäúi læu trong dáöu vaì truyãön nhiãût tæì caïc bäü pháûn bãn trong MBA sang dáöu vaì tæì dáöu qua vaïch thuìng ra mäi træåìng xung quanh. 2. Nàõp thuìng MBA : Duìng âãø âáûy trãn thuìng vaì trãn âoï coï caïc bäü pháûn quan troüng nhæ: + Sæï ra cuía dáy quáún cao aïp vaì dáy quáún haû aïp. Laìm nhiãûm vuû caïch âiãûn. + Bçnh daîn dáöu (bçnh dáöu phuû) coï äúng thuíy tinh âãø xem mæïc dáöu. 5 + ÄÚng baío hiãøm : laìm bàòng theïp, thæåìng laìm thaình hçnh truû nghiãng, mäüt âáöu näúi våïi thuìng, mäüt âáöu bët bàòng mäüt âéa thuyí tinh. Nãúu vç lyï do naìo âoï, aïp suáút trong thuìng tàng lãn âäüt ngäüt, âéa thuyí tinh seî våî, dáöu theo âoï thoaït ra ngoaìi âãø MBA khäng bë hoíng. + Läù nhoí âàût nhiãût kãú. + Råle håi duìng âãø baío vãû MBA. + Bäü truyãön âäüng cáöu dao âäøi näúi caïc âáöu âiãöu chènh âiãûn aïp cuía dáy quáún cao aïp. Âãø hiãøu roî hån vãö MBA ta xem hiình daïng bãn ngoaìi MBA ba pha hai dáy quáún cäng suáút 250kVA, âiãûn aïp 22/0.4kV cuía nhaì maïy chãú taûo Thiãút Bë Âiãûn (hçnh 1.6). Hçnh 1.6 MBA dáöu ba pha, hai dáy quáún 1.4. CAÏC ÂAÛI LÆÅüNG ÂËNH MÆÏC CUÍA MBA Caïc âaûi læåüng âënh mæïc cuía MBA qui âënh âiãöu kiãûn kyî thuáût cuía maïy. Caïc âaûi læåüng náöy do nhaì maïy chãú taûo qui âënh vaì ghi trãn nhaîn cuía MBA. 1. Dung læåüng (cäng suáút âënh mæïc) Sâm (VA hay kVA) laì cäng suáút toaìn pháön hay biãøu kiãún âæa ra åí dáy quáún thæï cáúp cuía MBA. 2. Âiãûn aïp dáy så cáúp âënh mæïc U1âm (V, kV) laì âiãûn aïp cuía dáy quáún så cáúp. 6 3. Âiãûn aïp dáy thæï cáúp âënh mæïc U2âm (V hay kV) laì âiãûn aïp cuía dáy quáún thæï cáúp khi MBA khäng taíi vaì âiãûn aïp âàût vaìo dáy quáún så laì âënh mæïc U1 = U1dm. 4. Doìng âiãûn dáy så cáúp âënh mæïc I1âm (A hay kA) vaì thæï cáúp âënh mæïc I2âm laì nhæîng doìng âiãûn dáy cuía dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp æïng våïi cäng suáút vaì âiãûn aïp âënh mæïc. Âäúi våïi MBA mäüt pha: dm1 dm dm1 U S I = ; dm2 dm dm2 U S I = (1.11) Âäúi våïi MBA ba pha: dm1 dm dm1 U3 S I = ; dm2 dm dm2 U3 S I = (1.12) 5. Táön säú âënh mæïc fâm(Hz). Caïc MBA âiãûn læûc coï táön säú cäng nghiãûp 50Hz. Ngoaìi ra trãn nhaîn MBA coìn ghi caïc säú liãûu khaïc nhæ: táön säú, säú pha m, så âäö vaì täø näúi dáy... CAÏC LOAÛI MBA CHÊNH. 1. MBA âiãûn læûc âãø truyãön taíi vaì phán phäúi cäng suáút trong hãû thäúng âiãûn læûc. 2. MBA chuyãn duìng sæí duûng åí loì luyãûn kim, caïc thiãút bë chènh læu, MBA haìn ... 3. MBA tæû ngáùu duìng âãø liãn laûc trong hãû thäúng âiãûn, måí maïy âäüng cå khäng âäöng bäü cäng suáút låïn. 4. MBA âo læåìng duìng âãø giaím caïc âiãûn aïp vaì doìng âiãûn låïn âæa vaìo caïc duûng cuû âo tiãu chuáøn. 5. MBA thê nghiãûm duìng âãø thê nghiãûm âiãûn aïp cao. MBA coï ráút nhiãöu loaûi song thæûc cháút hiãûn tæåüng xaîy ra trong chuïng âãöu giäúng nhau. Âãø thuáûn tiãûn cho viãûc nghiãn cæïu, sau âáy ta xeït MBA âiãûn læûc mäüt pha hai dáy quáún. ] R R ^ 7 TÄ Ø NÄÚI DÁY MAÏY BIÃÚN AÏP Âãø nghiãn cæïu täø näúi dáy MBA, træåïc hãút ta haîy xeït kyï hiãûu caïc âáöu dáy vaì caïch âáúu dáy quáún pha våïi nhau. Caïch kyï hiãûu caïc âáöu dáy C Hçnh 1.7 Âaïnh dáúu âáöu dáy MBA A X B Y C Z (b) A A UAB UCA UCA B (a) 1.5 1.5.1 8 Mäüt cuäün dáy coï hai âáöu táûn cuìng: mäüt âáöu goüi laì âáöu âáöu; coìn âáöu kia goüi laì âáöu cuäúi. Âäúi våïi dáy quáún mba mäüt pha : âáöu âáöu hoàûc âáöu cuäúi choün tuìy yï. Âäúi våïi dáy quáún mba ba pha : caïc âáöu âáöu vaì âáöu cuäúi choün mäüt caïch thäúng nháút theo mäüt chiãöu nháút âënh (hçnh 2.1a), nãúu khäng âiãûn aïp ra cuía ba pha seî khäng âäúi xæïng (hçnh 2.1b). Âãø âån giaín vaì thuáûn tiãûn cho viãûc nghiãn cæïu, ngæåìi ta thæåìng âaïnh dáúu caïc âáöu táûn cuìng lãn så âäö dáy quáún cuía mba våïi qui æåïc sau dáy : Âaïnh dáúu caïc âáöu dáy táûn cuìng: Cao aïp Haû aïp Trung aïp Âáöu âáöu A,B,C A,b,c Am,Bm,Cm Âáöu cuäúi X,Y,Z x.y,z Xm,Ym,Zm Trung tênh 0 o Om Caïc kiãøu âáúu dáy quáún 1. Âáúu hçnh sao (Y) : Âáúu ba âiãøm cuäúi X,Y,Z laûi våïi nhau. A B C X Y Z Âáúu tam giaïc A B C A X B Y C Z Âáúu sao A B C 2. Âáúu hçnh tam giaïc (Δ) : Âáúu âiãøm âáöu cuía pha naìy våïi âiãøm cuäúi cuía pha kia 3. Âáúu zêc-zàõc (Z) : Mäùi pha dáy quáún mba gäöm hai næía cuäün dáy trãn hai truû khaïc nhau màõc näúi tiãúp vaì âáúu ngæåüc chiãöu nhau . Kiã øu dáy quá ún naìy êt duìng vç täún âäöng nhiãöu hån, loaûi naìy chuí yãúu gàûp trong mba duìng cho thiãút chènh læu. Âáúu Zic- Zàõc A B C X Y Z -c A B a c b C 1.5.2 9 Täø näúi dáy cuía mba. Täø näúi dáy mba âæåüc hçnh thaình do sæû phäúi håüp kiãøu dáy quáún så cáúp so våïi kiãøu dáy quáún thæï cáúp. Noï biãøu thë goïc lãûch pha giæîa sââ dáy cuía dáy quáún så cáúp vaì sââ dáy cuía dáy quáún thæï cáúp vaì goïc lãûch pha naìy phuû thuäüc vaìo caïc yãúu täú sau : + Chiãöu quáún dáy, + Caïch kyï hiãûu caïc dáöu dáy ra, + Kiãøu dáúu dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp Xeït mba mäüt pha coï hai dáy quáún : så cá úp : AX ; thæï cáúp : ax. Caïc træåìng håüp xaíy ra nhæ sau : a) Hai dáy quáún cuìng chiãöu vaì kê hiãûu tæång æïng. b) Hai dáy quáún ngæåüc chiãöu c) Âäøi chiãöu kê hiãûu mäüt trong hai dáy quáún Täø näúi dáy cuía mba mäüt pha : kãø tæì vector sââ så cáúp âãún vector sââ thæï cáúp theo chiãöu kim âäöng häö : + Træåìng håüp a : lãûch pha 360o + Træåìng håüp b, c : lãûch pha 180o. AXE& 360o 180o 180o Hçnh 1.8 Sæû lãûch pha cuía mba mäüt pha AXE& AXE& axE&axE& axE& (b) A X a x (a) A X a x (c) A X x a Täø näúi dáy cuía mba ba pha : ÅÍ mba ba pha, do näúi Y & Δ våïi nhæîng thæï tæû khaïc nhau maì goïc lãûch pha giæîa sââ dáy så cáúp vaì sââ dáy thæï cáúp laì 30o, 60o, 90o, .., 360o. Thæûc tãú khäng duìng âäü âãø chè goïc lãûch pha maì duìng kim âäöng häö âãø biãøu thë vaì goüi tãn täø näúi dáy mba, caïch biãøu thë nhæ sau: 1.5.3 10 + Kim daìi cäú âënh åí con säú 12, chè sââ så cáúp. + Kim ngàõn chè 1,2,.., 12 æïng 30o,60o,..,360o chè sââ thæï cáúp. Hçnh 1.9 Biãøu thë goïc lãûch pha Træåìng håüp mba mäüt pha : + Træåìng håüp a : I/I-12. + Træåìng håüp b,c : I/I-6. Træåìng håüp mba ba pha : + Mba ba pha näúi Y/Y: Vê duû mäüt mba ba pha coï dáy quáún så vaì dáy quáún thæï näúi hçnh sao, cuìng chiãöu quáún dáy vaì cuìng kyï hiãûu caïc âáöu dáy (hçnh 2.7) thç vector sââ pha giæîa hai dáy quáún hoaìn toaìn truìng nhau vaì goïc lãûch pha giæîa hai âiãûn aïp dáy seî bàòng 360o hay 0o. Ta noïi mba thuäüc täø näúi dáy 12 vaì kyï hiãûu laì Y/Y-12 hay Y/Y-0. Âãø nguyãn dáy quáún så, dëch kyï hiãûu dáy quáún thæï a→b, b→c, c→a ta coï täø âáúu dáy Y/Y-4, dëch tiãúp mäüt láön næîa ta coï täø âáúu dáy Y/Y-8. Nãúu âäøi chiãöu dáy quáún thæï ta coï täø âáúu dáy Y/Y-6,10,2. Nhæ váûy mba khi näúi Y/Y, ta coï täø näúi dáy laì säú chàôn. x y z a b c A B C C A B EAB Eab a c b EAB Eab 360o Y/Y -12 Hçnh 1.11 Tçm täø näúi dáy + Mba ba pha näúi Y/Δ : Vê duû cuîng mba ba pha coï dáy quáún så näúi hçnh sao vaì dáy quáún thæï näúi hçnh tam giaïc, cuìng chiãöu quáún dáy vaì cuìng kyï hiãûu caïc âáöu dáy (hçnh 2. 8) thç vector sââ pha giæîa hai dáy quáún hoaìn toaìn truìng nhau vaì goïc lãûch pha giæîa hai âiãûn aïp dáy seî bàòng 330o. Ta noïi mba thuäüc täø näúi dáy 11 vaì kyï hiãûu laì Y/Δ-11. Âãø nguyãn dáy quáún så, dëch kê hiãûu dáy quáún thæï a→ b, b→ c, c→ a thç ta coï täø âáúu dáy Y/Δ-3, dëch tiãúp mäüt láön næîa ta coï täø âáúu dáy Y/Δ-7. Nãúu âäøi chiãöu dáy quáún thæï ta coï täø âáúu dáy Y/Δ-5,9,1. Nhæ váûy mba khi näúi Y/Δ, ta coï täø näúi dáy laì säú leî. 11 A B C MAÛCH TÆÌ MAÏY BIÃÚN AÏP 1.6.1. Caïc daûng maûch tæì maïy biãún aïp 1. Maïy biãún aïp mäüt pha + Maûch tæì kiãøu loîi (hçnh 1.3a) + Maûch tæì kiãøu boüc 2. Maïy biãún aïp ba pha + Hãû thäúng maûch tæì riãng : Tæì thäng ba pha âäüc láûp . Ta coï täø mba ba pha. + Hãû thäúng maûch tæì chung (hçnh 1.3b) : Tæì thäng ba pha liãn quan nhau. Ta coï mba ba pha ba truû. Nãúu : →=++ 0CBA UUU &&& 0=Φ+Φ+Φ CBA &&& Nhæ váûy caïc truû gheïp chung coï tæì thäng täøng ∑ =Φ 0& , nãn ta boí truû gheïp chung. Sau khi boí truû gheïp chung, ta tháúy loîi theïp khäng gian nãn chãú taûo khoï khàn. Vç váûy phaíi ruït ngàõn truû giæîa âãø ba truû mba cuìng nàòm trong màût phàóng, luïc Hçnh 1.13 Gheïp ba truû mba mäüt pha ΦA ΦC ΦB A ∑ΦA B C ΦA ΦC ΦB A B C ΦA ΦC ΦB A B C Hçnh 1.11. Tçm täø näúi dáy mba näúi Y/Δ BEAB EAB C A Eab 330o Y/Y -11 x y z b c a bEab c a Hçnh 1.12 Täø mba ba A X a x Y b y Z c z B C ΦA ΦA ΦA 1.6 12 naìy ta tháúy kãút cáúu loîi theïp mba khäng âäúi xæïng, truû giæîa ngàõn hån hai truû hai bãn nãn doìng tæì hoïa cuía ba pha cuîng khäng âäúi xæïng : IoA = IoC ≈ (1,2 ÷ 1,45)IoB 1.6.2 Nhæîng hiãûn tæåüng xuáút hiãûn khi tæì hoïa loîi theïp MBA Xeït træåìng håüp : + MBA khäng taíi (hçnh 2.11). + Så cáúp âàût vaìo âiãûn aïp u hçnh sin. Hçnh 1.14 Så âäö nguyãn lyï cuía mba mäüt pha u io Φ X a x A 1. Mba mäüt pha Âiãûn aïp u coï daûng : tsinUu m ω= Boí qua âiãûn aïp råi trãn dáy quáún, ta coï : dt dWeu Φ=−= Tæì thäng trong loîi theïp coï daûng : )/tsin(m 2π−ωΦ=Φ • Khäng xeït täøn hao trong loîi theïp : Khi khäng xeït âãún täøn hao trong loîi theïp thç doìng io ≈ iox, nghéa laì doìng tæì hoïa gáön bàòng doìng âiãûn phaín khaïng. Ta coï quan hãû Φ = f(io) cuîng chênh laì quan hãû B = f(H). Tæì quan hãû Φ = f(io) vaì Φ = f(t) ta veî âæåüc io = f(t). Tæì hçnh 2.12, ta tháúy : + Tæì thäng Φ(t) coï daûng hçnh sin + Doìng âiãûn io(t) coï daûng nhoün dáöu (k0sin) + Φ(t) vaì io(t) truìng pha nhau Doìng io(t) khäng sin, ta phán têch thaình täøng soïng hçnh sin : io(t) = io1 + io3 + io5 + io7 + .. Φ io io t io(t) Φ(t)Φ(io) 0 Hçnh 1.15 Doìng tæì hoïa 13 + io1 laì soïng cå baín (soïng báûc 1) + io3,5,7.. laì caïc soïng báûc cao. Soïng báûc 5 tråí lãn coï biãn âäü nhoí, ta boí qua. Nhæ váûy chênh doìng âiãûn báûc ba io3 laìm doìng io coï daûng nhoün âáöu. Thæûc cháút doìng io coï daûng nhoün âáöu laì do hiãûn tæåüng baîo hoìa trong loîi theïp. • Coï kãø âãún täøn hao trong loîi theïp : Khi coï xeït âãún täøn hao trong loîi theïp, quan hãû Φ = f(io) cuîng chênh laì quan hãû âæåìng cong tæì trãù B = f(H). Tæì quan hãû Φ = f(io) vaì Φ = f(t) ta duìng phæång phaïp veî âãø tçm âæåüc quan hãû io = f(t) nhæ trãn hçnh 2.13. Tæì hçnh 2.13, ta tháúy : + Tæì thäng Φ(t) coï daûng hçnh sin + Doìng âiãûn io(t) coï daûng nhoün dáöu (k0sin) + io(t) væåüt træåïc Φ(t) mäüt goïc α. Goïc α nhoí hay låïn phuû thuäüc vaìo mæïc âäü trãù cuía B = f(H), nghéa laì phuû thuäüc vaìo âæåìng cong tæì trãù vç thãú goïc α goüi laì goïc täøn hao tæì trãù. Hçnh 2.14 biãøu diãùn vectå doìng âiãûn vaì tæì thäng khi coï kãø âãún täøn hao trong loîi theïp. Vç doìng âiãûn i oI& mΦ& o khäng sin nãn ta chè veî gáön âuïng våïi thaình pháön báûc 1. Ta tháúy doìng âiãûn khäng taíi Io gäöm hai thaình pháön : + Iox : thaình pháön doìng âiãûn phaín khaïng âãø tæì hoïa loîi theïp. + Ior : thaình pháön doìng âiãûn taïc duûng, vuäng goïc våïi Φ, nãn : 22 oxoro III += Thæûc tãú Ior < 10%Io , nghéa laì goïc α thæåìng ráút beï, nãn doìng âiãûn Ior khäng aính hæåíng máúy âãún doìng âiãûn tæì hoaï vaì ta coi nhæ Iox ≈ Io . Âäö thë vectå doìng Io α I& orI& oxI& E& U& Φ& Φ Φ Φ io(t) t α io io Doìng tæì hoïa khi coï täøn hao 14 2. Mba ba pha Khi mba khäng taíi vaì xeït tæìng pha thç doìng âiãûn báûc ba trong caïc pha : tsinIi moAo ω= 333 (2.2a) tsinI)t(sinIi mo o moBo ω=−ω= 31203 333 (2.2b) tsinI)t(sinIi mo o moCo ω=−ω= 32403 333 (2.2c) Tæì caïc phæång trçnh trãn ta tháúy, ba pha truìng nhau vãö thåìi gian, nghéa laì åí moüi thåìi âiãøm chiãöu doìng âiãûn báûc ba trong caïc pha hoàûc hæåïng tæì âáöu âãún cuäúi hoàûc hæåïng tæì cuäúi âãún âáöu, tæïc laì luän luän täön taûi. α) Træåìng håüp mba näúi Y/Y Så cáúp âáúu Y nãn doìng io3 khäng täön taûi, doìng io seî coï daûng sin vaì tæì thäng Φ do noï sinh ra seî coï daûng vaût âáöu. Ta phán têch tæì thäng Φ trong loîi theïp thaình soïng cå baín vaì soïng báûc cao : ..+Φ+Φ+Φ+Φ=Φ 7531 Caïc soïng Φ5,7.. nhoí, ta boí qua, chè xeït Φ1 vaì Φ3. Træåìng håüp täø mba ba pha : (Mba ba pha5 truû) Φ1 Loaûi naìy maûch tæì riãng, nãn Φ3 täön taûi vaì kheïp maûch qua loîi theïp, do váûy Φ3 tæång âäúi låïn, sââ e3 do noï sinh ra cuîng låïn theo (E3f = (45- 60)% E1f) laìm cho sââ pha tàng lãn. Coìn sââ Ud khäng coï thaình pháön e3. ΦΦ3 e=e +e Haûi: + Choüc thuíng caïch âiãûn dáy quáún + Hæ thiãút bë âo læåìng. + Aính hæåíng âæåìng dáy thäng tin 1 3 e1 e3 Φ3A Φ3B Φ3C Tæì thäng vaì sââ trong täø mba ba pha näúi Y/Y 15 Mba ba pha ba truû : Tæì thäng báûc ba trong loîi theïp mba näúi Y/Y Hãû thäúng maûch tæì chung, nãn Φ3 cuìng chiãöu (hçnh 2.16). ÅÍ moüi thåìi âiãøm tæì thäng Φ3 khäng kheïp maûch qua maûch tæì truû maì bë âáøy ra ngoaìi, vaì kheïp maûch qua mäi træåìng coï tæì tråí låïn, nãn Φ3 khäng låïn làõm, nhæ váûy xem tæì thäng trong maûch tæì laì sin, vaì sââ caím æïng ra Ef seî sin. Chuï yï : Φ3 kheïp maûch qua gäng vaì vaïch thuìng laìm tàng täøn hao nãn hiãûu suáút cuía maïy giaím. β) Træåìng håüp mba näúi Δ /Y Dáy quáún så cáúp näúi Δ nãn doìng io3 seî kheïp kên trong tam giaïc, vç váûy doìng io seî coï daûng nhoün âáöu. Giäúng mba mäüt pha. γ) Træåìng håüp mba näúi Y/Δ i03 i23 i23 i23 23I& Y3Φ& ΔΦ23& 23E& nhoí3Φ& Mba näúi Y/Δ Dáy quáún så cáúp âáúu Y nãn doìng io3 khäng täön taûi, doìng io seî coï daûng sin vaì tæì thäng Φ do noï sinh ra seî coï daûng vaût âáöu. Kãút luáûn giäúng træåìng håüp α. Thaình pháön tæì thäng báûc ba Φ caím æïng trong dáy quáún thæï cáúp sââ e3 23, do dáy quáún thæï 16 CAÏC PHÆÅNG TRÇNH CÁN BÀÒNG CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Âãø tháúy roî quaï trçnh nàng læåüng trong mba, ta haîy xeït caïc quan hãû âiãûn tæì trong træåìng håüp naìy. 1.7.1. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp (sââ) Trãn hçnh 3.1 trçnh baìy mba mäüt pha hai dáy quáún, trong âoï dáy quáún så cáúp näúi våïi nguäön, coï säú voìng N1, dáy quáún thæï cáúp näúi våïi taíi coï täøng tråí Zt, coï säú voìng N2. Khi näúi âiãûn aïp u1 vaìo dáy quáún så cáúp, trong dáy quáún så cáúp coï doìng âiãûn i1 chaûy qua. Nãúu phêa thæï cáúp coï taíi thç trong dáy quáún thæï cáúp seî coï doìng âiãûn i2 chaûy qua. Caïc doìng âiãûn i1 vaì i2 seî taûo nãn stâ så cáúp i1N1 vaì stâ thæï cáúp i2N2. Pháön låïn tæì thäng do hai stâ i1N1 vaì i2N2 sinh ra âæåüc kheïp maûch qua loîi theïp moïc voìng våïi caí dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp âæåüc goüi laì tæì thäng chênh Φ. Tæì thäng chênh Φ gáy nãn trong caïc dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp nhæîng sââ e1 vaì e2 nhæ âaî biãút åí chæång 2 nhæ sau : Tæì thäng mba mäüt pha hai dáy quáún u2 u1 i1 + _ _ Φ Zt + ∼ Φt2 Φt1 i2 1.7 17 dt d dt dNe 111 Ψ−=Φ−= dt d dt dNe 222 Ψ−=Φ−= trong âoï Ψ1 = N1Φ vaì Ψ2 = N2Φ laì tæì thäng moïc voìng våïi dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp æïng våïi tæì thäng chênh Φ. Ngoaìi tæì thäng chênh Φ chaûy trong loîi theïp, trong mba caïc stâ i1N1 vaì i2N2 coìn sinh ra tæì thäng taín Φt1 vaì Φt2. Tæì thäng taín khäng chaûy trong loîi theïp maì moïc voìng våïi khäng gian khäng phaíi váût liãûu sàõt tæì nhæ dáöu biãún aïp, váût liãûu caïch âiãûn ... Váût liãûu náöy coï âäü tæì tháøm beï, do âoï tæì thäng taín nhoí hån ráút nhiãöu so våïi tæì thäng chênh vaì tæì thäng taín moïc voìng våïi dáy quáún sinh ra noï. Tæì thäng taín Φt1 do doìng âiãûn så cáúp i1 gáy ra vaì tæì thäng taín Φt2 do doìng âiãûn thæï cáúp i2 gáy ra. Caïc tæì thäng taín Φt1 vaì Φt2 biãún thiãn theo thåìi gian nãn cuîng caím æïng trong dáy quáún så cáúp sââ taín et1 vaì thæï cáúp sââ taín et2, maì trë säú tæïc thåìi laì: dt d dt dNe 1t1t11t Ψ−=Φ−= dt d dt dNe 2t2t22t Ψ−=Φ−= Trong âoï: laì tæì thäng taín moïc voìng våïi dáy quáún så cáúp; laì tæì thäng taín moïc voìng våïi dáy quáún thæï cáúp. 1t11t N Φ=Ψ 2t22t N Φ=Ψ Do tæì thäng taín moïc voìng våïi khäng gian khäng phaíi váût liãûu sàõt tæì nãn tè lãû våïi doìng âiãûn sinh ra noï : 11t1t iL=Ψ 22t2t iL=Ψ Trong âoï: Lt1 vaì Lt2 laì âiãûn caím taín cuía dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp. ú dt diLe tt 111 −= dt diLe tt 222 −= Biãùu diãùn dæåïi daûng phæïc säú : 1111t1t IjxILjE &&& −=ω−= 2222t2t IjxILjE &&& −=ω−= trong âoï: x1 = ωLt1 laì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún så cáúp, x2 = ωLt2 laì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún thæï cáúp. 18 1. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp dáy quáún så cáúp : Xeït maûch âiãûn så cáúp gäöm nguäön âiãûn aïp u1, sæïc âiãûn âäüng e1, sââ taín cuía dáy quáún så cáúp et1, âiãûn tråí dáy quáún så cáúp r1. AÏp duûng âënh luáût Kirchhoff 2 ta coï phæång trçnh âiãûn aïp så cáúp viãút dæåïi daûng trë säú tæïc thåìi laì: u1 = - e1 - et1 + r1i1 Biãøu diãùn (3.6) dæåïi daûng säú phæïc: 111t11 IrEEU &&&& +−−= Thay (3.5a) vaìo (3.6b), ta coï : 111111 IrIjxEU &&&& ++−= 11111111 IZEI)jxr(EU &&&&& +−=++−= trong âoï: Z1 = r1 + jx1 laì täøng tråí phæïc cuía dáy quáún så cáúp. Coìn laì âiãûn aïp råi trãn dáy quáún så cáúp. 11IZ & 2. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp dáy quáún thæï cáúp Maûch âiãûn thæï cáúp gäöm sæïc âiãûn âäüng e2, sæïc âiãûn âäüng taín dáy quáún thæï cáúp et2, âiãûn tråí dáy quáún thæï cáúp r2, âiãûn aïp åí hai âáöu cuía dáy quáún thæï cáúp laì u2. AÏp duûng âënh luáût Kirchhoff 2 ta coï phæång trçnh âiãûn aïp thæï cáúp viãút dæåïi daûng trë säú tæïc thåìi laì: u2 = e2 + et2 - r2i2 Biãøu diãùn dæå ïi daûng säú phæïc: 222t22 IrEEU &&&& −+= ta co ï : 222222 IrIjxEU &&&& −−= 22222222 IZEI)jxr(EU &&&&& −=+−= trong âoï Z2 = r2 + jx2 laì täøng tråí phæïc cuía dáy quáún thæï cáúp. Coìn laì âiãûn aïp råi trãn dáy quáún thæï cáúp. 22IZ & Màût khaïc ta coï: 2t2 IZU && = 1.7.2. Phæång trçnh cán bàòng doìng âiãûn Âënh luáût Ohm tæì (0.6), aïp duûng vaìo maûch tæì cho ta: N1i1 - N2i2 = Rμ Φ Trong biãøu thæïc , thæå ìng nãn E111 EIZ && << 1 ≈ U1. Váûy theo cäng thæïc (2.6) tæì thäng cæûc âaûi trong loîi theïp: 1 1 m fN44,4 U=Φ ÅÍ âáy U1 = U1âm, tæïc laì U1 khäng âäøi, theo (3.13) tæì thäng Φm cuîng khäng âäøi. Do âoï vãú phaíi cuía (3.12) khäng phuû thuäüc doìng i1 vaì i2, nghéa laì khäng phuû thuäüc 19 chãú âäü laìm viãûc cuía mba. Âàûc biãût trong chãú âäü khäng taíi doìng i2 = 0 vaì i1 = i0 laì doìng âiãûn khäng taíi så cáúp. Ta suy ra: N1i1 + N2i2 = N1i0 Hay: 012211 INININ &&& =+ Chia hai vãú cho N1 vaì chuyãøn vãú, ta coï: )I(I) N NI(II '20 1 2 201 &&&&& −+=−+= trong âoï: k II 2'2 && = laì doìng âiãûn thæï cáúp qui âäøi vãö phêa så cáúp, coìn k = 2 1 N N . Tæì (3.16) ta tháúy ràòng: doìng âiãûn så cáúp gäöm hai thaình pháön, thaình pháön doìng âiãûn khäng âäøi duìng âãø taûo ra tæì thäng chênh Φ trong loîi theïp mba, thaình pháön doìng âiãûn duìng âãø buì laûi doìng âiãûn thæï cáúp , tæïc laì cung cáúp cho taíi. Khi taíi tàng thç doìng âiãûn tàng, nãn tàng vaì doìng âiãûn cuîng tàng lãn. 1I& 0I& 2'I& 2I& 2I& 2'I& 1I& Toïm laûi, mä hçnh toaïn cuía mba nhæ sau: 1111 IZEU &&& +−= 2222 IZEU &&& −= ' 201 III &&& += MAÛCH ÂIÃÛN THAY THÃÚ CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Âãø âàûc træng vaì tênh toaïn caïc quaï trçnh nàng læåüng xaíy ra trong mba, ngæåìi ta thay maûch âiãûn vaì maûch tæì cuía mba bàòng mäüt maûch âiãûn tæång âæång gäöm caïc âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng âàûc træng cho mba goüi laì maûch âiãûn thay thãú mba. Trãn hçnh 3.2a trçnh baìy MBA maì täøn hao trong dáy quáún vaì tæì thäng taín âæåüc âàûc træng bàòng âiãûn tråí R vaì âiãûn caím L màõc näúi tiãúp våïi dáy quáún så vaì thæï cáúp. Âãø coï thãø näúi træûc tiãúp maûch så cáúp vaì thæï cáúp våïi nhau thaình mäüt maûch âiãûn, L1t i2 r2 Φ u2 u1 i1 r1 (a) L2t Zt e1 e2 + + + − − − . MBA khäng tæì thäng taín vaì täøn hao trong dáy quáún 1.8 20 caïc dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp phaíi coï cuìng mäüt cáúp âiãûn aïp. Trãn thæûc tãú, âiãûn aïp cuía caïc dáy quáún âoï laûi khaïc nhau. Vç váûy phaíi qui âäøi mäüt trong hai dáy quáún vãö dáy quáún kia âãø cho chuïng coï cuìng mäüt cáúp âiãûn aïp. Muäún váûy hai dáy quáún phaíi coï säú voìng dáy nhæ nhau. Thæåìng ngæåìi ta qui âäøi dáy quáún thæï cáúp vãö dáy quáún så cáúp, nghéa laì coi dáy quáún thæï cáúp coï säú voìng dáy bàòng säú voìng dáy cuía dáy quáún så cáúp. Viãûc qui âäøi chè âãø thuáûn tiãûn cho viãûc nghiãn cæïu vaì tênh toaïn mba, vç váûy yãu cáöu cuía viãûc qui âäøi laì quaï trçnh váût lyï vaì nàng læåüng xaíy ra trong maïy mba træåïc vaì sau khi qui âäøi laì khäng âäøi. 1.8.1. Qui âäøi caïc âaûi læåüng thæï cáúp vãö så cáúp. Nhán phæång trçnh (3.15b) våïi k, ta coï: k I)Zk( k I)Zk(EkUk 2t 22 2 2 22 &&&& =−= Âàût : 2 ' 2 EkE && = 2 ' 2 UkU && = k/II 2 ' 2 && = ; ; 2 2' 2 ZkZ = 22'2 rkr = 22'2 xkx = ; ; t 2' t ZkZ = t2't rkr = t2't xkx = Phæång trçnh (3.12b) viãút laûi thaình: '2't'2'2'2'2 IZIZEU &&&& =−= Trong âoï: , , , , tæång æïng laì sââ, âiãûn aïp, doìng âiãûn, täøng tråí dáy quáún vaì täøng tråí taíi thæï cáúp qui âäøi vãö så cáúp. ' 2E& '2U& '2I& '2Z 'tZ Toïm laûi mä hçnh toaïn mba sau khi qui âäøi laì : 1111 IZEU &&& += 2't'2'2'2'2 IZIZEU &&&& =−= )I(II '201 &&& −+= 1.8.2. Maûch âiãûn thay thãú chênh xaïc cuía MBA. Dæûa vaìo hãû phæång trçnh qui âäøi (3.25a,b,c) ta suy ra mäüt maûch âiãûn tæång æïng goüi laì maûch âiãûn thay thãú cuía MBA nhæ trçnh baìy trãn hçnh 3.3. Xeït phæång trçnh (3.23a), vãú phaíi phæång trçnh coï Z1 1I& laì âiãûn aïp råi trãn täøng tråí dáy quáún så cáúp Z1 vaì laì âiãûn aïp råi trãn täøng tråí Z1E&− m, âàûc træng cho tæì thäng chênh vaì täøn hao sàõt tæì. Tæì thäng chênh do doìng âiãûn khäng taíi sinh ra, do âoï ta coï thãø viãút : 21 001 IZI)jxr(E mmm &&& =+=− trong âoï: Zm = rm + jxm laì täøng tråí tæì hoïa âàûc træng cho maûch tæì. • rm laì âiãûn tråí tæì hoïa âàûc træng cho täøn hao sàõt tæì. pFe = rm 20I • xm laì âiãûn khaïng tæì hoïa âàûc træng cho tæì thäng chênh Φ. Maûch âiãûn thay thãú cuía MBA mäüt pha hai dáy quáún 2'U&1U& 1I& x1 r1 )I( '2&− x’2 r’2 Z’t + −+ − oI& rm xm 1E& + − 1.8.3. Maûch âiãûn thay thãú gáön âuïng cuía MBA. Trãn thæûc tãú thæåìng täøng tråí nhaïnh tæì hoïa ráút låïn (Zm >> Z1 vaì Z’2), do âoï trong nhiãöu træåìng håüp coï thãø boí qua nhaïnh tæì hoïa (Zm = ∞ ) vaì thaình láûp laûi så âäö thay thãú gáön âuïng trçnh baìy trãn hçnh 3.3a. Khi boí qua täøng tråí nhaïnh tæì hoïa, ta coï: Zn = Z1 + Z’2 = rn + jxn Trong âoï Zn = rn + jxn laì täøng tråí ngàõn maûch cuía mba; rn = r1 + r’2 laì âiãûn tråí ngàõn maûch cuía mba; xn = x1 + x’2 laì âiãûn khaïng ngàõn maûch cuía mba. Trong MBA thæåìng rn << xn, nãn coï thãø boí qua âiãûn tråí ngàõn maûch (rn = 0). Trong træåìng håüp naìy maûch âiãûn thay thãú MBA trçnh baìy trãn hçnh 3.3b. Maûch âiãûn tæång âæång gáön âuïng cuía MBA mäüt pha hai dáy quáún 1U& 1I& (a) jxn rn ' 2U&− ' 2I& Z’t 1U& 1I& (b) jxn ' 2U&− ' 2I& Z’t 22 x’2 1U& r1 r’2 rm x1 xm 01 II && = 0I & Så âäö thay thãú mba khi khäng taíi 0I2 = & XAÏC ÂËNH CAÏC THAM SÄÚ CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Caïc tham säú cuía MBA coï thãø xaïc âënh bàòng thê nghiãûm hoàûc bàòng tênh toaïn. 1.9.1. Xaïc âënh caïc tham säú bàòng thê nghiãûm Hai thê nghiãûm duìng âãø xaïc âënh caïc tham säú laì thê nghiãûm khäng taíi vaì thê nghiãûm ngàõn maûch. 1. Thê nghiãûm khäng taíi mba. Chãú âäü khäng taíi mba laì chãú âäü maì thæï cáúp håí maûch (I2 = 0), coìn så cáúp âæåüc cung cáúp båíi mäüt âiãûn aïp U1. Trãn hçnh 3.6 laì maûch âiãûn thay thãú maïy biãún aïp khi khäng taíi. 1E&− V W A Så âäö thê nghiãûm khäng taíi V Khi khäng taíi (hinh 3.6) doìng âiãûn thæï cáúp I2 = 0, ta coï phæång trçnh laì: 1011 ZIEU &&& +−= hoàûc 00101 ZI)ZZ(IU m &&& =+= trong âoï: Z0 = Z1 + Zm = ro + jxo laì täøng tråí khäng cuía taíi mba; ro = r1 + rm laì âiãûn tråí khäng cuía taíi mba; xo = x1 + xm laì âiãûn khaïng khäng cuía taíi mba; 1.9 23 Âãø xaïc âënh hãû säú biãún aïp k, täøn hao sàõt tæì trong loîi theïp pFe, vaì caïc thäng säú cuía mba åí chãú âäü khäng taíi, ta thê nghiãûm khäng taíi. Så âäö näúi dáy âãø thê nghiãûm khäng taíi nhæ trãn hçnh 3.7. Âàût âiãûn aïp U1 = U1âm vaìo dáy quáún så cáúp, thæï cáúp håí maûch, caïc duûng cuû âo cho ta caïc säú liãûu sau: oaït kãú W âo âæåüc P0 laì cäng suáút khäng taíi; Ampe kãú âo I0 laì doìng âiãûn khäng taíi; coìn vän kãú näúi phêa så cáúp vaì thæï cáúp láön læåüc âo U1âm vaì U20 laì âiãûn aïp så cáúp vaì thæï cáúp. Tæì caïc säú liãûu âo âæåüc, ta tênh : a) Tè säú biãún aïp k: ' 21 EE && = 1E&− 1U& o1Ir & φ& 0 I& o1Ijx & ϕo o1IZ & α Âäö thë vectå cuía MBA khäng taíi 20 âm1 2 1 2 1 U U E E N Nk ≈== (3.32) b) Doìng âiãûn khäng taíi pháön tràm %10%1100 I I%i dm1 0 0 ÷== (3.33) c) Täøng tråí nhaïnh tæì hoaï + Âiãûn tråí khäng taíi : ro = 2 o o m1 I Prr =+ Âiãûn tråí tæì hoïa rm >> r1 nãn láúy gáön âuïng bàòng: rm = r0 + Täøng tråí khäng taíi : 0 dm1 0 I U Z = + Âiãûn khaïng khäng taíi : 20 2 0m10 rZxxx −=+= Âiãûn khaïng tæì hoïa xm >> x1 nãn láúy gáön âuïng bàòng: xm = x0 d) Täøn hao khäng taíi Tæì maûch âiãûn thay thãú hçnh 3.6, ta tháúy täøn hao khäng taíi laì täøn hao âäöng trãn dáy quáún så vaì täøn hao sàõt trong loîi theïp. Nhæ váûy täøn hao khäng taíi : P0 = rmIo2 + r1I02 ≈ pFe Do âiãûn tråí cuía dáy quáún så vaì doìng âiãûn khäng taíi nhoí nãn ta boí qua täøn hao âäöng trãn dáy quáún så luïc khäng taíi. Nhæ váûy täø hao khäng taíi Po thæûc tãú coï thãø xem laì täøn hao sàõt pFe do tæì trãù vaì doìng âiãûn xoaïy trong loîi theïp gáy nãn. 24 Vç âiãûn aïp âàût vaìo dáy quáún så khäng âäøi, nãn Φ, do âoï B cuîng khäng âäøi, nghéa laì täøn hao sàõt, tæïc täøn hao khäng taíi khäng âäøi. e) Hãû säú cäng suáút khäng taíi. 0dm1 0 0 IU Pcos =ϕ (≤ 0,1) (3.40) Tæì âäö thë vectå MBA khäng taíi åí hçnh (3.8), ta tháúy goïc lãûc pha giæîa vaì laì ϕ 1U& oI& o ≈ 90o, nghéa laì hãû säú cäng suáút luïc khäng taíi ráút tháúp, thæåìng cosϕo ≤ 0,1. Âiãöu naìy coï yï nghéa thæûc tãú ráút låïn laì khäng nãn âãø MBA laìm viãûc khäng taíi hoàûc non taíi, vç luïc âoï seî laìm xáúu hãû säú cäng suáút cuía læåïi âiãûn. 2. Thê nghiãûm ngàõn maûch mba Chãú âäü ngàõn maûch mba laì chãú âäü maì phêa thæï cáúp bë näúi tàõt, så cáúp âàût vaìo mäüt âiãûn aïp U1. Trong váûn haình, nhiãöu nguyãn nhán laìm maïy biãún aïp bë ngàõn maûch nhæ hai dáy dáùn phêa thæï cáúp cháûp vaìo nhau, råi xuäúng âáút hoàûc näúi våïi nhau bàòng täøng tråí ráút nhoí. Âáúy laì tçnh traûng ngàõn maûch sæû cäú, cáön traïnh. 1U& rn xn nII && =1 Maûch âiãûn thay thãú m.b.a khi ngàõn maûch A W A Så âäö thê nghiãûm ngàõn maûch V I2âm I1âm Un Pn Bä ü âiãöu chènh âiãûn aïp U1 Khi m.b.a ngàõn maûch U2 = 0, maûch âiãûn thay thãú m.b.a veî Doìng âiãûn så cáúp laì doìng âiãûn ngàõn maûch In. Phæång trçnh âiãûn aïp cuía mba ngàõn maûch: nnnnnn1 ZII)jxr(IU &&&& =+= Tæì phæång trçnh (3.41), ta coï doìng âiãûn ngàõn maûch khi U1 = Uâm: n âm n Z UI = hay %u 100I100 100 U Iz I100 100 I Iz UI n âm âm âmn âm âm âm n âm n ×=== Do täøng tråí ngàõn maûch ráút nhoí nãn doìng âiãûn ngàõn maûch ráút låïn khoaíng bàòng (10 ÷ 25)Iâm. Âáy laì træåìng håüp sæû cäú, ráút nguy hiãøm cho maïy biãún aïp. Khi sæí duûng mba cáön traïnh tçnh traûng ngàõn maûch náöy. 25 Tiãún haình thê nghiãûm NM nhæ sau: Dáy quáún thæï cáúp näúi ngàõn maûch, dáy quáún så cáúp näúi våïi nguäön qua bäü âiãöu chènh âiãûn aïp. Ta âiãöu chènh âiãûn aïp vaìo dáy quáún så cáúp sao cho doìng âiãûn trong caïc dáy quáún bàòng âënh mæïc. Âiãûn aïp âoï goüi laì âiãûn aïp ngàõn maûch Un. Luïc âoï caïc duûng cuû âo cho ta caïc säú liãûu sau: Vän kãú chè Un laì âiãûn aïp ngàõn maûch; oaït kãú chè Pn laì täøn hao ngàõn maûch; Ampe kãú chè I1âm vaì I2âm laì doìng âiãûn så cáúp vaì thæï cáúp âënh mæïc. Tæì caïc säú liãûu âo âæåüc, ta tênh : a) Täøn hao ngàõn maûch Luïc thê nghiãûm ngàõn maûch, âiãûn aïp ngàõn maûch Un nhoí (un = 4-15%Uâm) nãn tæì thäng Φ nhoí, coï thãø boí qua täøn hao sàõt tæì. Cäng suáút âo âæåüc trong thê nghiãûm ngàõn maûch Pn laì : Pn = rnIn2 = r1I21âm + r2I22âm Nhæ váûy täøn hao ngàõn maûch chênh laì täøn hao âäöng trãn hai dáy quáún så cáúp vaì dáy quáún thæï cáúp khi taíi âënh mæïc. b) Täøng tråí, âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng ngàõn maûch. + Täøng tråí ngàõn maûch: Zn = âm1 n I U + Âiãûn tråí ngàõn maûch: rn = r1 + r’2 = 2 1âm n I P + Âiãûn khaïng ngàõn maûch: xn = x1 + x’2 = 2n 2 n rZ − Trong m.b.a thæåìng r1 = r’2 vaì x1 = x’2. Váûy âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún så cáúp: r1 = r’2 = 2 rn x1 = x’2 = 2 x n vaì âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún thæï cáúp: r2 = 2 ' 2 k r ; x2 = 2 ' 2 k x c) Hãû säú cäng suáút ngàõn maûch n n âm1âm n n Z r IU Pcos ==ϕ d) Âiãûn aïp ngàõn maûch 26 Âiãûn aïp ngàõn maûch pháön tràm: Un% = %100U U %100 U IZ 1 n 1 1n âmâm âm = Âiãûn aïp ngàõn maûch Un gäöm hai thaình pháön: Thaình pháön trãn âiãûn tråí rn, goüi laì âiãûn aïp ngàõn maûch taïc duûng , Thaình pháön trãn âiãûn khaïng xnrU n, goüi laì âiãûn aïp ngàõn maûch phaín khaïng . nxU + Âiãûn aïp ngàõn maûch taïc duûng pháön tràm: unr% = nn âm1 nr âm1 âm1n cos%u%100 U U%100 U Ir ϕ=×=× + Âiãûn aïp ngàõn maûch phaín khaïng pháön tràm: unx% = nnx âm1 nx âm1 âm1n sin%u%100 U U%100 U Ix ϕ=×=× Âiãûn aïp ngàõn maûch taïc duûng cuîng coï thãø tênh : )kVA(S.10 )W(P100 I I U rI100 U U%u âm n âm âm âm nâm âm nr nr =×== 1.9.2. Xaïc âënh caïc tham säú bàòng tênh toaïn 1. Täøng tråí nhaïnh tæì hoïa Âiãûn tråí nhaïnh tæì hoïa : 2 0 Fe m I Pr = våïi W; 50 f)GBGB(pp 3,1 g 2 gt 2 t50/1Fe ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+= vaì 2ox2oro III += Âiãûn khaïng nhaïnh tæì hoïa : x0 1 m I Ex = våïi 1 gg.ttt.t 1 0 x0 mU SnqGqGq mU QI δ ++== 2. Täøng tråí ngàõn maûch Âiãûn tråí ngàõn maûch Ωρ= , S lNkr 1 1.tb1 75r1 0 ; Ωρ= ,S lNkr 2 2.tb2 75r2 0 27 2 2 2 1 1n r)N N(rr += kr : hãû säú laìm tàng täøn hao do tæì træåìng taín ρ75 : âiãûn tråí suáút cuía dáy dáùn laìm dáy quáún. Âiãûn khaïng ngàõn maûch Viãûc xaïc âënh x1 vaì x2 liãn quan âãún viãûc xaïc âënh sæû pháún bäú tæì træåìng taín cuía tæìng dáy quáún. ÅÍ dáy ta xaïc âënh x1 vaì x2 gáön âuïng våïi giaí thiãút âån giaín. Xeït cho træåìng håüp dáy quáún hçnh truû (hçnh 3-8). Chiãöu daìi tênh toaïn cuía dáy quáún lσ låïn hån chiãöu daìi thæûc l cuía dáy quáún mäüt êt : Rk ll =σ i2N2 i1N1 i2N2 i1N1 a1 a12 a2 Hx3 Hx1 Hx2 Hx x Tæì thäng taín kR = 0,93-0,98 : hãû säú qui âäøi tæì træåìng taín lyï tæåíng vãö tæì træåìng taín thæûc tãú (hãû säú Rogovski) Theo âënh luáût toaìn doìng âiãûn : ∫ ∑= iHdl Âäúi våïi theïp ∞=μFe , nãn HFe = 0, vç váûy : Trong phaûm vi a1 (0 ≤ x ≤ a1) : , a xiNilH 1 111x ∑ ==σ do âoï , a x l iNH 1 11 1x ×= σ Trong phaûm vi a12 (a1 ≤ x ≤ a1+a12) : ,iNNilH 112x ∑ ==σ do âoï , l iNH 112x σ = Trong phaûm vi a2 ( a1+ a12 ≤ x ≤ a1 + a12 + a2 ) : , a )aa(xiNiNilH 2 121 22113x ∑ +−+==σ ,iN a aaxiN 11 2 121 11 −−−= våïi (i1N1 = -i2N2) do âoï , a xaaa l iNH 2 212111 3x −++×= σ Xaïc âënh biãn giåïi tæì thäng taín cuía hai dáy quáún seî ráút khoï khàn, do âoï viãûc tênh toaïn riãng reî caïc tham säú x1 vaì x2 khäng thãø thæûc hiãûn âæåüc. Ta coï thãø xaïc 28 âënh x1+ x2 våïi qui æåïc biãn giåïi phán chia tæì træåìng taín cuía hai äúng dáy så cáúp vaì thæï cáúp laì âæåìng åí giæîa khe håí a12 . Goüi Dtb laì âæåìng kênh trung bçnh cuía caí hai dáy quáún vaì boí qua sæû thay âäøi âæåìng kênh theo chiãöu x thç vi phán tæì thäng caïch x mäüt khoaíng trong phaûm vi a1 : dxDHd tb1xo1 πμ=Φ moïc voìng våïi säú voìng dáy : 1 1 x Na XN = Váûy trong phaûm vi a12 tæì thäng moïc voìng våïi mäüt säú voìng dáy laì N1 voìng : dxDHd tb2xo2 πμ=Φ Tæì thäng moïc voìng våïi toaìn bäü dáy quáún 1 laì : dxD l iNNdxD a x l iNN a x tb 2 aa a 11 o1tb 1 a 0 11 o1 1 1 12 1 1 1 πμ+πμ=Ψ ∫∫ + σσ ) 2 a 3 a( l DiN 121tb1 2 1o +πμ= σ Tênh tæång tæû, ta coï tæì thäng moïc voìng våïi toaìn bäü dáy quáún 2 laì : ) 2 a 3 a( l DiN 122tb1 2 1o' 2 +πμ=Ψ σ Âiãûn khaïng ngàõn maûch : 1 ' 21 21n i f2'xxx Ψ+Ψπ=+= xn )3 aaa( l kDiNf2 2112Rtb1 2 1o ++πμπ= Ta tháúy xn phuû thuäüc vaìo kêch thæåïc hçnh hoüc cuía caïc dáy quáún a1, a2 , a12 vaì l. Kêch thæåïc naìy âæåüc choün sao cho giaï thaình cuía maïy laì tháúp nháút. ]R R^ 29 MA ÏY BIÃÚN AÏP TÆÛ NGÁÙU. Mba tæû ngáùu laì loaûi mba maì åí âoï ngoaìi sæû liãn hãû vãö tæì coìn coï sæû liãn hãû træûc tiãúp våïi nhau vãö âiãûn giæîa dáy quáún så cáúp vaì dáy quáún thæï cáúp . Så âäö cuía mba tæû ngáùu mäüt pha UCA E2 I2 E1 I1UHA ICA UCA E2 I2 E1 I1UHA ICAIHA AX axIHA x a A X ICA Näúi ngæåüc (b) UCAUHA IHA ICA x a A X E1 I1 E2 I2 U1 U2 a Näúi thuáûn (a) UCAUHA E2 I2 U2IHA x A E1 I1 U1 X MAÏY BIÃÚN AÏP ÂÀÛC BIÃÛT 1.10 1.10.1 30 Ta tháúy cäng suáút truyãön taíi cuía mba tæû ngáùu gäöm hai thaình pháön : 1. Truyãön qua nhåì tæì træåìng trong loîi theïp. 2. Truyãön dáùn træûc tiãúp. Dung læåüng thiãút kãú mba tæû ngáùu laì dung læåüng truyãön dáùn nhåì tæì træåìng: Stkãú = E1I1 = E2I2 Dung læåüng mba tæû ngáùu truyãön qua luïc váûn haình thæûc tãú : Sttaíi = UCAICA = UHAIHA Tè säú biãún âäøi âëãn aïp cuía mba TN: K I I E E U U === 1 2 2 1 2 1 Tè säú biãún âäøi âëãn aïp cuía læåïi âiãûn : K I I U U CA HA HA CA == thæåìng K< 2.5. Xeït træåìng håüp näúi thuáûn (hçnh a): KIU I)UU( IU IE S S CACA CAHACA CACAaíitt ãútk 1122 −=−== Xeït træåìng håüp näúi ngæåüc (hçnh b): 11122 −=−=−== KK) K ( IU I)UU( IU IE S S CACA HAHACA CACAaíitt ãútk Nhæ váûy kiãøu näúi thuáûn coï låüi hån nãn âæåüc duìng trong thæûc tãú. Cäng duûng cuía mba TN : 1. Mba tæû ngáùu duìng âãø liãn laûc giæîa caïc hãû thäúng âiãûn coï caïc cáúp âiãûn aïp khaïc nhau trong hãû thäúng âiãûn nhæ : 110-220; 220-500; 330-750 kV. 2. Mba tæû ngáùu duìng âãø måí maïy caïc âäüng cå khäng âäöng bäü cäng suáút låïn. 3. Mba tæû ngáùu duìng räüng raîi laìm nguäön cho caïc thiãút bë âiãûn sinh hoaût. 4. Mba tæû ngáùu duìng åí caïc phoìng thê nghiãûm âãø thay âäøi âiãûn aïp liãn tuûc. Æu nhæåüc âiãøm cuía mba tæû ngáùu : • Æu âiãøm : 1. Mba tæû ngáùu chãú taûo reî hån mba 2 dáy quáún cuìng cäng suáút. 2. Luïc váûn haình täøn hao trong mba tæû ngáùu cuîng nhoí hån: ) k ( S p S p tkettai 11−= ∑∑ nghéa laì täøn hao chè coìn ( k 11− ) so våïi mba 2 dáy quáún. 31 3. Âiãûn aïp un cuía mba tn nhoí coìn ( k 11− ) so våïi mba 2 dáy quáún cuìng cäng suáút. 4. Suût aïp trong mba tæû ngáùu nhoí vç un nhoí. • Nhæåüc âiãøm : 1. Vç un nhoí nãn doìng âiãûn In tæång âäúi låïn. 2. Khi váûn haình våïi læåïi âiãûn trung tênh mba tæû ngáùu phaíi näúi âáút nãúu khäng seî khäng an toaìn. 3. Mba tæû ngáùu yãu cáöu caïch âiãûn cao hån mba thæåìng. MA ÏY BIÃÚN AÏP ÂO LÆÅÌNG Maïy biãún âiãûn aïp Maïy biãún âiãûn aïp (hçnh 7.6a) duìng âãø biãún âiãûn aïp cao thaình âiãûn aïp nhoí âãø âo læåìng vaì âiãöu khiãøn. Cäng suáút maïy biãún âiãûn aïp 25÷1000VA. Maïy biãún âiãûn aïp coï dáy quáún så näúi våïi læåïi âiãûn vaì dáy quáún thæï näúi våïi Vän meït, cuäün dáy aïp cuía Watt kãú, cuäün dáy cuía caïc råle baío vãû, hoàûc caïc thiãúc bë âiãöu khiãøn khaïc (hçnh 7.6b). Caïc loaûi duûng cuû náöy coï täøng tråí Z ráút låïn nãn maïy biãún âiãûn aïp xem nhæ laìm viãûc åí chãú âäü khäng taíi, do âoï sai säú vãö trë säú nhoí vaì bàòng : 100 1 1 2 1 2 U U W WU %U − =Δ Goïc δu giæîa U1 vaì U’2 (hçnh 7.6c) cuîng nhoí. δu U1 U’2 Maïy biãún âiãûn aïp (a) U1 U2 A X a x (b) V W (c) 1.10.2 1 32 Cáúp chênh xaïc vaì sai säú cuía mbâa : Cáúp chênh xaïc 0.5 1 3 Sai säú ΔU ± 0.5% ± 1% ± 3% Sai säú δu ± 20’ ± 40’ K0 qui âënh Chuï yï : Khi sæí duûng mbâa khäng âæåüc näúi tàõt maûch thæï cáúp vç näúi tàõt maûch thæï cáúp tæång âæång näúi tàõt maûch så cáúp nghéa laì gáy sæû coï ngàõn maûch åí læåïi âiãûn. 2. Maïy biãún doìng âiãûn : Maïy biãún doìng âiãûn duìng âãø biãún doìng âiãûn låïn thaình doìng âiãûn nhoí âãø âo læåìng bàòng caïc duûng cuû âo tiãu chuáøn vaì âiãöu khiãøn. Cäng suáút Maïy biãún doìng âiãûn : 5÷100VA. Maïy biãún doìng âiãûn (hçnh 7.7a) coï dáy quáún så gäöm êt voìng dáy màõc näúi tiãúp våïi maûch cáön âo doìng vaì dáy quáún thæï gäöm nhiãöu voìng dáy näúi våïi ampe meït, cuäün dáy doìng cuía Watt meït, cuäün dáy cuía caïc råle baío vãû, hoàûc caïc thiãúc bë âiãöu khiãøn khaïc (hçnh 7.7b). Caïc loaûi duûng cuû náöy coï täøng tråí Z ráút beï nãn maïy biãún doìng âiãûn laìm viãûc åí traûng thaïi ngàõn maûch, khi âoï loîi theïp maïy biãún doìng âiãûn khäng baîo hoìa vaì Φ = (0.8÷1)Wb, do âoï sai säú âo læåìng vãö trë säú nhoí vaì bàòng : 100 1 1 1 2 2 I I W WI %i − =Δ Goïc δi giæîa I1 vaì I’2 (hçnh 7.7c) cuîng nhoí. δi I1 I’2 Maïy biãún doìng âiãûn (a) I1 I2 A W (b) (c) 33 Cáúp chênh xaïc vaì sai säú cuía maïy biãún doìng âiãûn : Cc xaïc 0.2 0.5 1 3 10 Ssäú ΔI ± 0.2% ± 0.5% ± 1% ± 3% ±10% S.säú δi ± 10’ ± 40’ ± 80 K qui âënh Chuï yï : Khi sæí duûng maïy biãún doìng âiãûn khäng âæåüc dãø dáy quáún thæï håí maûch vç nhæ váûy doìng tæì hoïa I0 = I1 ráút låïn vaì loîi theïp baîo hoìa nghiãm troüng seî noïng lãn laìm chaïy dáy quáún, hån næîa tæì thäng bàòng âáöu seî sinh ra sââ nhoün âáöu åí dáy quáún thæï coï thãø xuáút hiãûn âiãûn aïp cao haìng nghçn vän laìm cho dáy quáún thæï vaì ngæåìi sæí duûng khäng an toaìn. MAÏY BIÃÚN AÏP HAÌN HÄÖ QUANG Khe håí khäng khê Så âäö maïy biãún aïp haìn häö quang U1 K Laì loaûi maïy biãún aïp âàûc biãût duìng âãø haìn bàòng phæång phaïp häö quang âiãûn. Maïy âæåüc chãú taûo coï âiãûn khaïng taín låïn vaì cuäün dáy thæï cáúp näúi våïi âiãûn khaïng ngoaìi K âãø haûn chãú doìng âiãûn haìn. Vç thãú âæåìng âàûc tênh haìn ráút däúc, phuì håüp våïi yãu cáöu haìn âiãûn Cuäün dáy så cáúp näúi våïi nguäön âiãûn, cuäün dáy thæï cáúp mäüt âáöu näúi våïi cuäün âiãûn khaïng K räöi näúi tåïi que haìn, coìn âáöu kia näúi våïi táúm kim loaûi cáön haìn. Maïy biãún aïp laìm viãûc åí chãú âäü ngàõn maûch ngàõn haûn dáy quáún thæï cáúp. Âiãûn aïp thæï cáúp âënh mæïc cuía maïy biãún aïp haìn thæåìng laì 60 ÷70V. Khi dê que haìn vaìo táúm kim loaûi, seî coï doìng âiãûn låïn chaûy qua laìm noïng chäù tiãúp xuïc. Khi nháúc que haìn caïch táúm kim loüai mäüt khoaíng nhoí, vç cæåìng âäü âiãûn træåìng låïn laìm ion hoïa cháút khê, sinh häö quang vaì toía nhiãût læåüng låïn laìm noïng chaíy chäù haìn. Âãø âiãöu chènh doìng âiãûn haìn, coï thãø thay âäøi säú voìng dáy cuía dáy quáún thæï cáúp maïy biãún aïp haìn hoàûc thay âäøi âiãûn khaïng ngoaìi bàòng caïch thay âäøi khe håí khäng khê cuía loîi theïp K. ]R R^ 1.10.3 34 MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ ÂAÛI CÆÅNG VÃÖ MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ 2.1.1 KHAÏI NIÃÛM CHUNG Maïy âiãûn khäng âäöng bäü laì maïy âiãûn xoay chiãöu, laìm viãûc theo nguyãn lyï caím æïng âiãûn tæì, coï täúc âäü cuía rotor n khaïc våïi täúc âäü tæì træåìng quay trong maïy n1. Maïy âiãûn khäng âäöng bäü coï thãø laìm viãûc åí hai chãú âäü : Âäüng cå vaì maïy phaït. Maïy phaït âiãûn khäng âäöng bäü êt duìng vç coï âàûc tênh laìm viãûc khäng täút, nãn trong chæång náöy ta chuí yãúu laì xeït âäüng cå khäng âäöng bäü. Âäüng cå khäng âäöng bäü âæåüc sæí duûng nhiãöu trong saín xuáút vaì trong sinh hoaût vç chãú taûo âån giaín, giaï thaình reî, âäü tin cáûy cao, váûn haình âån giaín, hiãûu suáút cao vaì gáön nhæ khäng baío trç. Gáön âáy do kyî thuáût âiãûn tæí phaït triãùn, nãn âäüng cå khäng âäöng bäü âaî âaïp æïng âæåüc yãu cáöu âiãöu chènh täúc âäü vç váûy âäüng cå caìng sæí duûng räüng raîi hån. Daîy cäng suáút cuía noï ráút räüng tæì vaìi watt âãún haìng ngaìn kilowatt. Háöu hãút laì âäüng cå ba pha, coï mäüt säú âäüng cå cäng suáút nhoí laì mäüt pha. 2.1.2. CÁÚU TAÛO MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ Cáúu taûo cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü âæåüc trçnh baìy trãn hçnh 7.1, gäöm hai bäü pháûn chuí yãúu laì stator vaì rotor, ngoaìi ra coìn coï voí maïy, nàõp maïy vaì truûc maïy. Truûc laìm bàòng theïp, trãn âoï gàõn rotor, äø bi vaì phêa cuäúi truûc coï gàõn mäüt quaût gioï âãø laìm maït maïy doüc truûc. Chæång 2 35 2.1 Ñaï cöông veà maùy ñieän khoâng ñoàng boä 2 2.1.2.1. Stator (pháön tÉnh) Stator gäöm hai bäü pháûn chênh laì loîi theïp vaì dáy quáún, ngoaìi ra coìn coï voí maïy vaì nàõp maïy. Cáúu taûo cuía âäüng cå âiãûn khäng âäöng bäü 1. Loîi theïp stato;2. Dáy quáún stato; 7. Nàõp maïy; ; 4. ÄØ bi; 5. Truûc maïy; 6.Häüp dáöu cæûc; 7. Loîi theïp räto; 8. Thán maïy; 9. Quaût gioï laìm maït; 10. Häüp quaût 1 7 2 8 3 4 9 5 6 10 1. Loîi theïp Loîi theïp stator coï daûng hçnh truû (hçnh 13.2b), laìm bàòng caïc laï theïp kyî thuáût âiãûn, âæåüc dáûp raînh bãn trong (hçnh 13.2a) räöi gheïp laûi våïi nhau taûo thaình caïc raînh theo hæåïng truûc. Loîi theïp âæåüc eïp vaìo trong voí maïy. 2. Dáy quáún stator Dáy quáún stator thæåìng âæåüc laìm bàòng dáy âäöng coï boüc caïch âiãûn vaì âàût trong caïc raînh cuía loîi theïp (xem laûi chæång 9). Doìng âiãûn xoay chiãöu ba pha chaûy trong dáy quáún ba pha stator seî taûo nãn tæì træåìng quay (xem laûi chæång 12). 36 3. Voî maïy Voí maïy gäöm coï thán vaì nàõp, thæåìng laìm bàòng gang (hçnh 13.1). Kãút cáúu stator maïy âiãûn khäng âäöng bäü a) Laï theïp stator; b) Loîi theïp stator iA iA (b) (a) 2.1.2.2. Rotor (pháön quay) Rotor laì pháön quay gäöm loîi theïp, dáy quáún vaì truûc maïy. Cáúu taûo rotor âäüng cå khäng âäöng bäü. a) Dáy quáún rotor läöng soïc c) Loîi theïp rotor d) Kyï hiãûu âäüng cå trãn så âäö ÂC (d)(a) (b) 1. Loîi theïp Loîi theïp rotor gäöm caïc laï theïp kyî thuáût âiãûn âæåüc láúy tæì pháön bãn trong cuía loîi theïp stator gheïp laûi, màût ngoaìi dáûp raînh (hçnh 13.2a) âãø âàût dáy quáún, åí giæîa coï dáûp läù âãø làõp truûc. 2. Truûc Truûc cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü laìm bàòng theïp, trãn âoï gàõn loîi theïp räto. 37 3. Dáy quáún rotor Dáy quáún rotor cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü coï hai kiãøu : rotor ngàõn maûch coìn goüi laì rotor läöng soïc vaì rotor dáy quáún. Rotor läöng soïc (hçnh 13.3a) gäöm caïc thanh âäöng hoàûc thanh nhäm âàût trong raînh vaì bë ngàõn maûch båíi hai vaình ngàõn maûch åí hai âáöu. Våïi âäöng cå nhoí, dáy quáún rotor âæåüc âuïc nguyãn khäúi gäöm thanh dáùn, vaình ngàõn maûch, caïnh taín nhiãût vaì caïnh quaût laìm maït (hçnh 3.3b). Caïc âäüng cå cäng suáút trãn 100kW thanh dáùn laìm bàòng âäöng âæåüc âàût vaìo caïc raînh rotor vaì gàõn chàût vaìo vaình ngàõn maûch. Rotor dáy quáún (hçnh 13.4) cuîng quáún giäúng nhæ dáy quáún ba pha stator vaì coï cuìng säú cæûc tæì nhæ dáy quáún stator. Dáy quáún kiãøu náöy luän luän âáúu sao (Y) vaì coï ba âáöu ra âáúu vaìo ba vaình træåüt, gàõn vaìo truûc quay cuía rotor vaì caïch âiãûn våïi truûc. Ba chäøi than cäú âënh vaì luän tyì trãn vaình træåüt náöy âãø dáùn âiãûn vaìo mäüt biãún tråí cuîng näúi sao nàòm ngoaìi âäüng cå âãø khåíi âäüng hoàûc âiãöu chènh täúc âäü. Dáy quáún stato Dáy quáún räto Loîi theïp stato Häüp Giaï Vaình træåüt Läù måî Âãún nguäön cung cáúp Cáúu taûo maïy âiãûn khäng âäöng bäü räto dáy quáún 38 2.1.3. NGUYÃN LYÏ LAÌM VIÃÛC MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ Khi coï doìng âiãûn ba pha chaûy trong dáy quáún stato thç trong khe håí khäng khê xuáút hiãûn tæì træåìng quay våïi täúc âäü n1 = 60f1/p (f1 laì táön säú læåïi âiãûn; p laì säú âäi cæûc tæì cuía maïy; n1 laì täúc âäü tæì træåìng quay báûc mäüt) Tæì træåìng náöy queït qua dáy quáún nhiãöu pha tæû ngàõn maûch âàût trãn loîi sàõt räto, laìm caím æïng trong dáy quáún räto caïc sââ E2. Do räto kên maûch nãn trong dáy quáún räto coï doìng âiãûn I2 chaûy qua. Tæì thäng do doìng âiãûn náöy sinh ra håüp våïi tæì thäng cuía stato taûo thaình tæì thäng täøng åí khe håí. Doìng âiãûn trong dáy quáún räto taïc duûng våïi tæì thäng khe håí sinh ra mämen. Taïc duûng âoï coï quan hãû máût thiãút våïi täúc âäü quay n cuía räto. Trong nhæîng phaûm vi täúc âäü khaïc nhau thç chãú âäü laìm viãûc cuía maïy cuîng khaïc nhau. Sau âáy ta seî nghiãn cæïu taïc duûng cuía chuïng trong ba phaûm vi täúc âäü. Hãû säú træåüt s cuía maïy : 1 1 1 1 n nns Ω Ω−Ω=−= Nhæ váûy khi n = n1 thç s = 0, coìn n = 0 thç s = 1; khi n > n1, s < 0 vaì khi räto quay ngæåüc chiãöu tæì træåìng quay n 1. 1. Roto quay cuìng chiãöu tæì træåìng quay nhæng coï täúc âäü n < n1 (0 < s < 1) Gèa thiãút vãö chiãöu quay n1 cuía tæì træåìng khe håí Φ vaì cuía räto n nhæ hçnh 13. 5a. Theo qui tàõc baìn tay phaíi, xaïc âënh âæåüc chiãöu sââ E2 vaì I2; theo qui tàõc baìn tay traïi, xaïc âënh âæåüc læûc F vaì mämen M. Ta tháúy F cuìng chiãöu quay cuía räto, Quaï trçnh taûo moment cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü B N Fât n1 → B Fât S n (a) B N Fât n1 → B Fât S n (c) B N Fât n1 → B Fât S n (b) 39 nghéa laì âiãûn nàng âæa tåïi stato, thäng qua tæì træåìng âaî biãún âäøi thaình cå nàng trãn truûc laìm quay räto theo chiãöu tæì træåìng quay n1, nhæ váûy maïy laìm viãûc åí chãú âäü âäüng cå âiãûn. 2. Roto quay cuìng chiãöu tæì træåìng quay nhæng coï täúc âäü n > n1 (s < 0) Duìng âäüng cå så cáúp quay räto cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü væåüt täúc âäü âäöng bäü n > n1. Luïc âoï chiãöu cuía tæì træåìng quay queït qua dáy quáún räto seî ngæåüc laûi, sââ vaì doìng âiãûn trong dáy quáún räto cuîng âäøi chiãöu nãn chiãöu cuía mämen M cuîng ngæåüc chiãöu cuía n1, nghéa laì ngæåüc chiãöu cuía räto, nãn âoï laì mämen haîm (hçnh 13.5b). Nhæ váûy maïy âaî biãún cå nàng taïc duûng lãn truûc âäüng cå âiãûn, do âäüng cå så cáúp keïo thaình âiãûn nàng cung cáúp cho læåïi âiãûn, nghéa laì maïy âiãûn laìm viãûc åí chãú âäü maïy phaït âiãûn. 3. Roto quay ngæåüc chiãöu tæì træåìng quay tæïc täúc âäü n 1) Vç nguyãn nhán naìo âoï maì räto cuía maïy âiãûn quay ngæåüc chiãöu tæì træåìng quay (hçnh 13. 5c), luïc náöy chiãöu sââ, doìng âiãûn vaì mämen giäúng nhæ åí chãú âäü âäüng cå âiãûn. Vç mämen sinh ra ngæåüc chiãöu quay våïi räto nãn coï taïc duûng haîm räto laûi. Trong træåìng håüp náöy, maïy væìa láúy âiãûn nàng åí læåïi âiãûn vaìo, væìa láúy cå nàng tæì âäüng cå så cáúp. Chãú âäü laìm viãûc nhæ váûy goüi laì chãú âäü haîm âiãûn tæì. 2.1.4. PHÁN LOAÛI MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ 1. Phán theo kãút cáúu voî maïy. + Kiãøu kên + Kiãøu baío vãû + kiãøu håí 2. Phán theo säú pha. Ta coï maïy âiãûn khäng âäöng bäü + Mäüt pha + Hai pha + Ba pha 3. Phán theo kiãøu dáy quáún räto. + Maïy âiãûn khäng âäöng bäü räto läöng soïc. + Maïy âiãûn khäng âäöng bäü räto dáy quáún. 40 2.1.5. CAÏC ÂAÛI LÆÅÜNG ÂËNH MÆÏC MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ Cuîng nhæ táút caí caïc loaûi maïy âiãûn khaïc, maïy âiãûn khäng âäöng bäü coï caïc trë säú âënh mæïc âàûc træng cho âiãöu kiãûn kyî thuáût cuía maïy. Caïc trë säú náöy do nhaì maïy thiãút kãú, chãú taûo qui âënh vaì âæåüc ghi trãn nhaîn maïy. Vç maïy âiãûn khäng âäöng bäü chuí yãúu duìng laìm âäüng cå âiãûn nãn trãn nhaîn maïy ghi caïc trë säú âënh mæïc cuía âäüng cå nhæ sau : 1. Cäng suáút âënh mæïc Pâm(kW,W) 2. Âiãûn aïp âënh mæïc Uâm (V). 3. Doìng âiãûn âënh mæïc Iâm (A). 4. Täúc âäü quay âënh mæïc nâm (voìng/phuït). 5. Hiãûu suáút âënh mæïc ηâm %. 6. Hãû säú cäng suáút âënh mæïc cosâm . Âäúi våïi âäüng cå âiãûn khäng âäöng bäü, cäng suáút âënh mæïc laì cäng suáút trãn âáöu truûc âäüng cå. Coìn âäüng cå ba pha, âiãûn aïp vaì doìng âiãûn ghi trãn nhaîn maïy laì âiãûn aïp vaì doìng âiãûn dáy tæång æïng våïi caïch âáúu hçnh sao (Y) hay âáúu hçnh tam giaïc (Δ). Tæì caïc trë säú âënh mæïc ghi trãn nhaîn, ta coï thãø tênh âæåüc: Cäng suáút âënh mæïc maì âäüng cå tiãu thuû tæì læåïi âiãûn : âmâmâm âm âm âm1 cosIU.3 PP ϕ=η= Mämen quay âënh mæïc åí âáöu truûc : âm âm âm âm âm n )kW(P9550)W(PM =Ω= N.m våïi 60/n2 âmâm π=Ω (rad/s) laì täúc âäü goïc cuía räto. 41 QUAN HÃÛ ÂIÃÛN TÆÌ TRONG MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ 2.2.1. ÂAÛI CÆÅNG Trãn stato cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü (MK) coï dáy quáún m1 pha, coìn trãn dáy quáún roto coï dáy quáún m2 pha. Nhæ váûy trong maïy âiãûn khäng âäöng bäü coï hai maûch âiãûn khäng näúi våïi nhau vaì giæîa chuïng coï liãn hãû våïi nhau vãö tæì. Khi maïy âiãûn laìm viãûc bçnh thæåìng trãn dáy quáún stato vaì räto coï tæì thäng taín vaì tæång æïng coï âiãûn khaïng taín vaì giæîa hai dáy quáún coï sæû häù caím. Vç váûy ta coï thãø coi maïy âiãûn khäng âäöng bäü nhæ mäüt mba maì dáy quáún stato laì dáy quáún så cáúp, dáy quáún räto laì dáy quáún thæï cáúp vaì sæû liãn hãû giæîa hai maûch så cáúp vaì thæï cáúp thäng qua tæì træåìng quay. Do âoï ta coï thãø duìng caïch phán têch mba âãø nghiãn cæïu nguyãn lyï laìm viãûc cå baín cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü. Khi nghiãn cæïu nguyãn lyï laìm viãûc cå baín cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü ta chè xeït taïc duûng cuía soïng cå baín maì khäng xeït soïng báûc cao. 2.2.2. MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ LAÌM VIÃÛC KHI RÄTO ÂÆÏNG YÃN Âàût mäüt âiãûn aïp U1 coï táön säú f1 vaìo dáy quáún stato, trong dáy quáún stato seî coï doìng âiãûn I1, táön säú f1; trong dáy quáún räto seî coï doìng âiãûn I2, táön säú f1; doìng I1 vaì I2 sinh ra stâ quay F1 vaì F2 coï trë säú laì: 1 1dq11 1 Ip kN2mF && ×π= 2 2dq22 2 Ip kN2mF && ×π= trong âoï : m1,m2 laì säú pha cuía dáy quáún stato vaì räto; p laì säú âäi cæûc tæì; N1,N2 laì säú voìng dáy mäüt pha cuía dáy quáún stato vaì räto; kdq1,kqd2 laì hãû säú dáy quáún cuía dáy quáún stato vaì räto. Hai stâ náöy quay cuìng täúc âäü n1 = 60f1/p vaì taïc duûng våïi nhau âãø sinh ra stâ täøng trong khe håí F0. Vç váûy phæång trçnh cán bàòng stâ âæåüc viãút laì: 2.2 42 021 FFF &&& =+ )F(FF 201 &&& −+= ÅÍ âáy ta xem doìng âiãûn I1 gäöm hai thaình pháön: • Mäüt thaình pháön laì doìng âiãûn taûo nãn stâ 0I& 01dq110 Ip kN2mF && ×π= . • Vaì mäüt thaình pháön laì taûo nãn stâ )I( '2&− '21dq11'2 Ip kN2m)F( && ×π−=− buì laûi stâ F2 cuía doìng âiãûn thæï cáúp . 2I& Nhæ váûy ta coï: )I(II '201 &&& −+= hay 0'21 III &&& =+ So saïnh stâ F2 do doìng âiãûn I2 cuía räto taûo ra vaì stâ F’2 do thaình pháön cuía doìng âiãûn stato sinh ra, ta coï: ' 2I& '2 1dq11 2 2dq22 I p kN2mI p kN2m && ×π=×π Tæì âoï ta coï âæåüc hãû säú qui âäøi doìng âiãûn: 2dq22 1dq11 i kNm kNm k = Stâ F0 sinh ra tæì thäng chênh Φ trong khe håí, tæì thäng Φ náöy caím æïng trong dáy quáún stato vaì räto caïc sââ: 2 jkNf 2 2jE m11m1dq111 Ψω−=Φπ−= &&& 2 jkNf 2 2jE m22m2dq222 Ψω−=Φπ−= &&& Khi räto âæïng yãn f2 = f1 nãn tè säú biãún âäøi âiãûn aïp cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü bàòng: 2dq2 1dq1 2 1 e kN kN E Ek == Tæång tæû nhæ mba ta coï phæång trçnh cán bàòng sââ trong maûch âiãûn stato: 1111111111t11 ZIE)jxr(IErIEEU &&&&&&&& +−=++−=+−−= trong âoï: + Z1 = r1 + jx1: täøng tråí cuía dáy quáún stator. * r1 laì âiãûn tråí cuía dáy quáún stato. * x1 laì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún stator. + 111 xIjEt && −= sââ taín do tæì thäng taín stato Φt1 sinh ra. 43 Phæång trçnh cán bàòng sââ trong maûch âiãûn räto: 2222222 ZIE)jxr(IE0 &&&& −=+−= trong âoï: Z2 = r2 + jx2: täøng tråí cuía dáy quáún räto. * r2 laì âiãûn tråí cuía dáy quáún räto. * x2 = 2πf1Lt2 laì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún rätoluïc âæïng yãn. Cuîng giäúng nhæ åí mba, ta coï thãø viãút: )jxr(IZIE mmm +==− 001 &&& trong âoï: I0 - doìng âiãûn tæì hoïa sinh ra stâ F0. Zm = rm + jxm: täøng tråí cuía nhaïnh tæì hoïa. * rm laì âiãûn tråí tæì hoïa âàût træng cho sæû täøn hao sàõt tæì. * xm laì âiãûn khaïng tæì hoïa biãøu thë sæû häù caím giæîa stato vaì räto. Qui âäøi phêa räto vãö phêa stato theo nguyãn tàõc täøn hao khäng âäøi: • Qui âäøi sââ räto E2 sang bãn stato ta âæåüc laì: E’2 = E1 = keE2. • Qui âäøi âiãûn tråí räto r2 vãö stato : 2 2 222 2 21 rImrIm '' = Váûy : 222 2 2 222 111 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 r.krkkr r Wkm Wkm m mr I I m mr ie ' dq dq ' ' ' == ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= trong âoï, k = keki laì hãû säú qui âäøi täøng tråí. • Tæång tæû qui âäøi âiãûn khaïng räto x2 vãö stato : 22 kxx ' = Toïm laûi, caïc phæång trçnh âàûc træng cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü qui âäøi vãö stato laì: 1111 ZIEU &&& +−= '2 ' 2 ' 2 ZIE0 && −= 1 ' 2 EE && = )I(II '201 &&& −+= m01 ZIE && =− Khi räto âæïng yãn maì dáy quáún räto ngàõn maûch, thç doìng âiãûn trong 2 dáy quáún ráút låïn. Âãø haûn chãú doìng âiãûn I1 vaì I2 trong 2 dáy quáún åí trë säï âënh mæïc cuía chuïng thç cáön phaíi giaím tháúp âiãûn aïp xuäúng coìn khoaíng (15-25)%Uâm. Luïc náöy sââ E1 trong maïy âiãûn khäng âäöng bäü nhoí âi ráút nhiãöu vaì tæång æïng tæì thäng Φm cuîng nhoí, nghéa laì stâ tæì hoïa F0 ráút nhoí so våïi F1 vaì F2, do âoï ta coi F0 = 0 vaì ta coï: 44 0021 ==+ FFF &&& vaì 0021 ==+ III ' &&& Âäö thë vectå cuía MK khi räto âæïng yãn 1U& 1I& 0I& ' 2I&− 11Ijx & 11Ir & 1E&− ' 2 ' 2Ijx &− ' 2 ' 2Ir &− Φ Maûch âiãûn thay thãú cuía MK khi ngàõn maûch r1 x1 r’2 x’2 ' 21 II && −= 1U& Ta coï thãø tênh doìng âiãûn stato I1: n 1 ' 21 1 1 Z U ZZ UI &&& =+= trong âoï: Zn = Z1 + Z’2 = rn +jxn :täøng tråí ngàõn maûch cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü. Våïi rn = r1 + r’2 vaì xn = x1 + x’2 Khi U1 = Uâm thç I1 = Ik âáy laì doìng âiãûn khåíi âäüng cuía maïy. 2.2.3. MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ LAÌM VIÃÛC KHI ROTOR QUAY Khi räto quay thç táön säú cuía trë säú sââ vaì doìng âiãûn trong dáy quáún roto thay âäøi. Âiãöu âoï aính hæåíng ráút låïn âãún sæû laìm viãûc cuía maïy âiãûn, nhæng noï khäng laìm thay âäøi nhæîng qui luáût vaì quan hãû âiãûn tæì khi räto âæïng yãn. 2.2.3.1. Caïc phæång trçnh cå baín. 1. Phæång trçnh cán bàòng sââ åí dáy quáún stato: Maïy âiãûn khäng âäöng bäü khi laìm viãûc thç dáy quáún räto nháút âënh phaíi kên maûch vaì thæåìng laì nhàõn maûch. Khi näúi dáy quáún stato våïi nguäön ba pha, ta coï phæång trçnh cán bàòng sââ åí dáy quáún stato khi räto quay giäúng nhæ khi âæïng yãn : 1111 ZIEU &&& +−= 2. Phæång trçnh cán bàòng sââ åí dáy quáún räto: Tæì træåìng khe håí do stâ F0 sinh ra quay våïi täúc âäü n1. Nãúu räto quay våïi täúc âäü n theo chiãöu tæì træåìng quay thç giæîa dáy quáún räto vaì tæì træåìng quay coï täúc âäü træåüt n2 = n1 - n, váûy táön säú sââ vaì doìng âiãûn trong dáy quáún räto seî laì : 11 1 12 2 sf60 pn n nn 60 pnf =××−== 45 trong âoï, s - laì hãû säú træåüt cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü, luïc maïy laìm viãûc åí chãú âäü taíi âënh mæïc, thæåìng sâm = 0,02 ÷ 0,08. Sââ caím æïng trong dáy räto luïc quay: 2222222 22 2 EsjkWfjE mmdqs & &&& =Ψω−=Φπ−= Âiãûn khaïng cuía dáy quáún räto luïc quay: x2s = 2πf2Lt2 = 2πsf1Lt2 = s.x2 Phæång trçnh cán bàòng sââ cuía maûch âiãûn räto: )jxr(IE ss 22220 +−= && Hay sau khi qui âäøi laì: )jxr(IE ' s ''' s 22220 +−= && Trong phæång trçnh trãn, sââ vaì doìng âiãûn coï táön säú f2, coìn bãn stato sââ vaì doìng âiãûn coï táön säú f1 vç váûy ta phaíi qui âäøi táön säú thç viãûc thiãút láûp phæång trçnh måïi coï yï nghéa. Ta viãút laûi phæång trçnh (13.19): tj' s ''tj' s e)jxr(IeE 22 22220 ωω +−= && Nhán hai vãú våïi: t)(jtj e s e s 21 11 ω−ωω = Trong âoï: ω = ω1 - ω2 täúc âäü goïc cuía räto; t)(je 21 ω−ω laì hãû säú qui âäøi táön säú. Tæì âoï ta viãút laûi phæång trçnh trãn: tj222 tj 2 11 ejx s rIeE0 ωω +−= )( ' ' '' && Hay tj2222 tj 2 11 e s s1rjxrIeE0 ωω −++−= )( ''''' && Nháûn xeït: 1. Vãö màût toaïn hoüc hai phæång trçnh (13.18) vaì (13.20) khäng coï gç khaïc nhau, nhæng vãö màût váût lyï âaî khaïc nhau vãö baín cháút. Phæång trçnh (13.18) chè roî mäúi quan hãû cuía âiãûn aïp khi räto quay våïi hãû säú træåüt s, trong âoï E’2s, I’2 vaì täøn tråí r’2 + jx’2s coï táön säú f2. Phæång trçnh (13.20) chè roî quan hãû træåìng håüp räto âæïng yãn vaì luïc náöy trãn räto âæåüc näúi thãm mäüt âiãûn tråí giaí tæåíng r’2(1-s)/s; coìn E’2, I’2 vaì täøn tråí r’2/s + jx’2 coï táön säú f1. 2. Trong hai træåìng håüp doìng âiãûn I2 coï khaïc nhau vãö táön säú nhæng trë hiãûu duûng vaì goïc lãûch pha laì khäng âäøi. 3. Duì räto quay hay khäng quay thç stâ stato F1 vaì stâ räto F2 bao giåì cuîng quay âäöng bäü våïi nhau. 4. Nàng læåüng tiãu taïn trãn âiãûn tråí giaí tæåíng Rcå = r’2(1-s)/s tæång âæång våïi nàng læåüng âiãûn biãún âäøi thaình cå nàng trãn truûc âäüng cå khi noï quay. 46 Phæång trçnh cán bàòng stâ : (vç stâ stato F1 vaì räto F2 quay cuìng ω1). 021 FFF &&& =+ hay 021 III ' &&& =+ Váûy phæång trçnh cå baín cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü luïc räto quay laì: 1111 ZIEU &&& +−= )jx s r(IE ' ' '' 2 2 220 +−= && 12 EE ' && = )I(II '201 &&& −+= mZIE 01 && =− 2.2.3.2. Maûch âiãûn thay thãú cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü. Dæûa vaìo caïc phæång trçnh cå baín, ta thaình láûp så âäö thay thãú hçnh T (hçnh cho ma ïy âiãûn khäng âäöng bäü khi räto quay giäúng nhæ mba, åí âáy dáy quáún så cáúp mba laì dáy quáún stato, dáy quáún thæï cáúp mba laì dáy quáún räto vaì phuû taíi mba laì âiãûn tråí giaí tæåíng r’2(1-s)/s . Tæì så âäö thay thãú coï thãø tênh doìng âiãûn stato, doìng âiãûn räto, mämen, cäng suáút cå.. . vaì nhæîng tham säú khaïc. Nhæ váûy ta âaî chuyãøn viãûc tênh toaïn mäüt hãû Âiãûn - Cå hay Cå -Âiãûn vãöì viãûc tênh toaïn maûch âiãûn âån giaín. Trong maïy âiãûn khäng âäöng bäü, do coï khe håí khäng khê låïn nãn täön taûi doìng âiãûn tæì hoïa låïn, khoaíng (20-50)%Iâm. Âiãûn khaïng taín x1 cuîng låïn. Trong træåìng håüp nhæ váûy âiãûn khaïng tæì hoïa xm giæî nguyãûn vaì boí qua âiãûn tråí rm (rm = 0) coìn täøn hao sàõt ta gäüp vaìo täøn hao cå vaì täøn hao phuû. Tæì âoï ta coï maûch âiãûn thay thãú hçnh 13.4 do IEEE âãö xæåïng. Âáy laì maûch âiãûn thay thãú âæåüc sæí duûng nhiãöu trong tênh toaïn vaì khaío saït maïy âiãûn khäng âäöng bäü. r1 x1 r’2 x’2 )I( '2&− 1U& Maûch âiãûn thay thãú hçnh T cuía MK rm xm 1I& 0I& r’2(1-s)/s 47 1U& xm 1I& o I& )I( '2&− s s1r '2 − r’2 x’2 x1 r1 Maûch âiãûn thay thãú MK do IEEE âãö xæåïng Thæåìng âãø tênh toaïn thuáûn låüi, ta biãún âäøi maûch âiãûn thay thãú hçnh T vãö maûch âiãûn thay thãú hçnh Γ âån giaín hån. Caïch biãún âäøi nhæ sau: Tæì hçnh (13.3) ta coï: ' 2 ' 2' 2 Z EI && = våïi Z’2s = r’2/s + jx’2. Vaì m 1 0 Z E I && −= Váûy doìng âiãûn: ' s ' m ' Z E Z E)I(II 2 21 201 &&&&& −+−=−+= Màûc khaïc: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++=−=− ' sm Z Z Z ZEUZIUE 2 11 111111 &&&&& ' s ' sm Z ZC U Z Z Z Z UE 2 1 1 1 2 11 1 1 1 + = ++ =−→ & &&& Trong âoï : C1 = 1+Z1/Zm. Ta coï: 121 1 2 1 2 ZZC U Z EI '' s ' += −=− & &&& 121 1111 201 ZZC U Z ZIUIII ' sm ' ++ −=−= & &&&&&& 121 11 1111 1 ZZC U Z UCI))Z/Z((I ' sm m ++==+→ & &&&&& Váûy: ''' sm II ZCZC U ZC UI 200 112 2 1 1 1 1 1 && && & & && +=++= Trong âoï: mmmm ZZ U Z)Z/Z( U ZC UI +=+== 1 1 1 1 1 1 00 1 && & && goüiü laì doìng âiãûn khäng taíi lyï tæåíng, nghéa laì doìng âiãûn khäng taíi luïc s = 0, tæïc laì r’2(1-s)/s = ∞. 48 Vaì: 1 2 112 2 1 1 2 C I ZCZC UI ' ' s '' & & && && −=+=− laì doìng âiãûn thæï cáúp cuía maûch âiãûn hçnh Γ. Tæì caïc phæång trçnh trãn ta thaình láûp âæåüc maûch âiãûn thay thãú hçnh Γ chênh xaïc cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü nhæ hçnh 13.5a ' 2 2 1 ZC& Z1 Z1 Z’2 11ZC& )II( '2 '' 2 && −=− 1U& Zm 1I& 00I& r’2(1-s)/sZ1 )I( '' 2 &− 1U& Maûch âiãûn thay thãú hçnh Γ cuía maït âiãûn khäng âäöng bäü Zm 1I& 00I& s s1rC '2 2 1 −& (a) (b) Thæûc tãú laì chè låïn hån 1 mäüt êt, goïc phæïc laûi ráút nhoí nãn coï thãø coi = C1= 1 + x/xm vaì nhæ váûy . Ta coï maûch âiãûn âån giaín hån nhæ hçnh 1C& 1C& ''' II 22 && = 2.3.3.3. Hãû säú qui âäøi cuía dáy quáún räto läöng soïc. Khi veî maûch âiãûn thay thãú hay âäö thë vectå, caïc tham säú bãn räto âãöu qui âäøi vãö bãn stato. Caïc hãû säú qui âäøi tæì räto sang stato cuía MK: 22dq 11dq e Nk Nk k = ; 22dq2 11dq1 i Nkm Nkm k = ; k = keki Âäúi våïi dáy quáún räto läöng soïc, âáy laì loaûi dáy quáún âàûc biãût, ta coï: m2 = Z2 ; N2 = 1/2 ; kdq2 = 1. Thãú vaìo trãn ta coï: 11dq 11dq 22dq 11dq e Nk2 2 1.1 Nk Nk Nk k === ; 2 11dq1 22dq2 11dq1 i Z Nkm2 Nkm Nkm k == ; .)Nk( Z m4kkk 211dq 2 1 ie == 49 2.2.4. CAÏC CHÃÚ ÂÄÜ LAÌM VIÃÛC,GIAÍN ÂÄÖ NÀNG LÆÅÜNG VAÌ ÂÄÖ THË VEÏCTÅ MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ Ta âaî biãút, maïy âiãûn khäng âäöng bäü laìm viãûc åí ba chãú âäü: âäüng cå, maïy phaït vaì haîm. 2.2.4.1. Maïy âiãûn khäng âäöng bäü laìm viãûc åí chãú âäü âäüng cå âiãûn (0 < s < 1) Cäng suáút taïc duûng âäüng cå âiãûn nháûn tæì læåïi âiãûn: P1 = m1U1I1cosϕ1. Mäüt pháön nhoí cäng suáút naìy buì täøn hao âäöng trãn dáy quáún stato pCu1 = m1 r1 vaì täøn hao sàõt theïp trong loîi theïp pFe = m1 rm, pháön låïn cäng suáút âæa vaìo coìn laûi chuyãøn thaình cäng suáút âiãûn tæì Pât truyãön qua räto. Nhæ váûy : 2 1I 2 oI Pât = P1 - (pCu1+ pFe) = s rIm ' 22' 21 Vç trong räto coï doìng âiãûn nãn coï täøn hao âäöng trãn dáy quáún räto: pCu2 = m1I’22r’2. Do âoï cäng suáút cå cuía âäüng cå âiãûn : Pcå = Pât - pCu2 = s rIm ' 22' 21 -m2I’22r’2 = s s1rIm '2 2' 21 − Cäng suáút åí âáöu truûc cuía âäüng cå âiãûn: P2 = Pcå - (pcå +pf + täøn hao cå pcå (täøn hao ma saït vaì quaût gioï) + täøn hao phuû pf (xeït åí chæång sau). Giaín âäö nàng læåüng maïy âiãûn khäng âäöng bäü (a) (b) ca) Täøng täøn hao cuía âäüng cå âiãûn khäng âäöng bäü : Σp = pCu1+ pFe + pCu2 + pcå + pf 50 Hiãûu suáút cuía âäüng cå âiãûn khäng âäöng bäü : 11 2 P p 1 P P ∑−==η Giaín âäö nàng læåüng cuía âäüng cå khäng âäöng bäü nhæ åí hçnh 13.6a. Vaì cuîng giäúng nhæ mba, âäö thë vectå cuía âäüng cå âiãûn khäng âäöng bäü coï thãø veî theo caïc phæång trçnh cå baín (13.21) nhæ trçnh baìy trãn hçnh 13.7a. Sæû phán phäúi cäng suáút phaín khaïng trong maïy âiãûn khäng âäöng bäü coï thãø tháúy roî tæì maûch âiãûn thay thãú hçnh T åí hçnh Cäng suáút phaín khaïng âäüng cå âiãûn nháûn tæì læåïi âiãûn : Q1 = m1U1I1sinϕ Mäüt pháön cäng suáút phaín khaïng naìy âæåüc duìng âãø sinh ra tæì træåìng taín trong maûch stato vaì tæì træåìng taín räto : q1 = m1I21x1 ; q2 = m1I’22x’2 Pháön låïn cäng suáút phaín khaïng coìn laûi duìng âãø sinh ra tæì træåìng khe håí : Qm = m1I20xm Váûy : Q1 = q1 + q2 + Qm = m1U1I1sinϕ1 Do maïy âiãûn khäng âäöng bäü coï khe håí khäng khê låïn hån trong mba, nãn doìng âiãûn tæì hoaï trong maïy âiãûn khäng âäöng bäü låïn hån doìng âiãûn tæì hoaï trong mba, thæåìng I0 = 20-25%Iâm. Vaì do Qm vaì I0 tæång âäúi låïn nãn hãû säú cäng suáút cosϕ cuía maïy tháúp, thæåìng cosϕâm = 0,7- 0,95 vaì khi khäng taíi cosϕ0 = 0,1- 0,15, ráút tháúp. 2.2.4.2. Maïy âiãûn khäng âäöng bäü laìm viãûc åí chãú âäü maïy phaït (-∞<s<0) Khi maïy âiãûn khäng âäöng bäü laìm viãûc åí chãú âäü maïy phaït, s < 0 thç cäng suáút cå cuía maïy laì Pcå = s s1rIm '2 2' 21 − < 0, nghéa laì maïy nháûn cäng suáút vaìo. Ngoaìi ra, ta coï : tgψ2 = ' ' ' ' r sx s/r x 2 2 2 2 = < 0. Váûy sæû lãûch pha giæîa E1 vaì I2 laì nàòm trong khoaíng 900 < ψ2 < 1800. Tæì âäö thë vectå hçnh 6.7b, ta tháúy : ϕ1 > 900 nãn : + Cäng suáút âiãûn taïc duûng laì: P1 = m1U1I1cosϕ1.< 0 : maïy phaït cäng suáút taïc duûng vaìo læåïi. + Cäng suáút phaín khaïng: Qm = m1U1I1sinϕ1> 0, maïy nháûn cäng suáút phaín khaïng tæì læåïi nhæ âäüng cå âiãûn. Giaín âäö nàng læåüng cuía maïy phaït âiãûn khäng âäöng bäü nhæ åí hçnh 13.6b. 51 1E& 1E&− 1U& 11Ir & φ& 0I& 1I& ' 2I& ' 2I&− 11Ijx & ϕ1 Ψ2 1E& 1E&− 1U& 11Ir & 0I& 1I& ' 2I& ' 2I&− 11Ijx & Ψ2 ϕ1 Âäö thë vectå cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü 1E& 1E&− 1U& 11Ir & φ&0 I& 1I& 'I2& 'I2&− 11Ijx & Ψ2 ϕ1 90o φ& (a) (b) (c) 2.2.4.3. Maïy âiãûn khäng âäöng bäü laìm viãûc åí chãú âäü haîm (1< s < + ∞ ) Khi s > 1 thç cäng suáút cå cuía maïy Pcå = s srIm '' −12221 < 0, nãn Maïy nháûn cäng suáút cå tæì ngoaìi vaìo. Cäng suáút âiãûn tæì cuía maïy Pât = s rIm ' ' 22 21 > 0, nãn maïy nháûn cäng suáút âiãûn tæì læåïi. Táút caí cäng suáút cå vaì âiãûn láúy åí ngoaìi vaìo âãöu biãún thaình täøn hao âäöng trãn maûch räto : Pât + (-Pât ) = s rIm ' ' 22 21 - s srIm '' −12221 = = pCu2 '22'21 rIm Vç táút caí nàng læåüng láúy vaìo âãöu tiãu thuû trãn maïy nãn khi U1 = U1âm chè cho pheïp maïy laìm viãûc trong thåìi gian ngàõn. Giaín âäö nàng læåüng vaí âäö thë vectå cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü laìm viãûc åí chãú âäü haîm nhæ åí ì 2.3. MÄMEN ÂIÃÛN TÆÌ CUÍA MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ Vç maïy âiãûn khäng âäöng bäü thæåìng âæåüc duìng laìm âäüng cå âiãûn, nãn khi phán têch seî láúy âäüng cå âiãûn laìm vê duû. Cuîng giäúng nhæ caïc maïy âiãûn khaïc, âäüng cå âiãûn khäng âäöng luïc laìm viãûc phaíi kàõc phuûc mämen taíi bao gäöm mämen khäng taíi M0 vaì mämen cuía phuû taíi M. Vç váûy phæång trçnh cán bàòng mämen cuía âäüng cå âiãûn khäng âäöng bäü luïc laìm viãûc äøn âënh laì : M = M0 + M2 52 Trong âoï: M : Mämen âiãûn tæì cuía âäüng cå âiãûn. Våïi: Ω += fåc ppM0 vaì Ω= 2 2 PM Trong âoï : 60 2 nπ=Ω laì täúc âäü goïc cuía räto; n laì täúc âäü quay cuía räto. Ta viãút laûi cäng thæïc (13.31) : Ω=Ω ++= åcfåc PPppM 2 Ta cuîng coï: 1Ω = dtPM Váûy: 1Ω =Ω tâåc PP tâtâtâåc P)s(Pn nPP −==Ω Ω= 1 11 Täøn hao âäöng trãn räto bàòng : pCu2 = Pât - Pcå = sPât ta coï: Pât = m2E2I2cosψ2. Nãn: Pcå = m2(1-s)E2I2cosψ2 Ta âaî coï: E2 = 2 πf1N2kdq2Φm f1 = pn1/60. Ω = (1-s)Ω1 = (1-s)2πn1/60. Thãú vaìo trãn ta tçm âæåüc mämen âiãûn tæì cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü : 2 1=Ω= coPM m2 pN2kdq2ΦmI2cosψ2 Thæåìng ta låüi duûng maûch âiãûn thay thãú âãø tênh mämen âiãûn tæì theo s. Tæì så âäö thay thãú hçnh Γ (hçnh 13.4a), ta coï: 2 211 2 211 1 212 )xCx()s/rCr( UICI ''' ''' +++ == vaì Pcå = s srIm '' −12221 Ω = (1-s)Ω1 maì Ω1 = 2πn1/60 = 2π(60f1/p)/60 =ω1/p Mämen âiãûn tæì cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü : 53 2 211 2 211 2 2 1 1 1 )xCx()s/rCr( s/rUmPM '' ' åc +++×Ω=Ω= Nháûn xeït: + Mämen M tè lãû U21. + Mämen M tè lãû nghëch (x1 + c1x’2)2 khi táön säú cho træåïc. + M = f(s). Veî quan hãû M = f(s). 2.3.1. Tçm mämen cæûc âaûi Mmax Âãø veî quan hãû M = f(s), ta tçm mämen cæûc âaûi bàòng caïch giaí thiãút nhæ sau : • Giaí thiãút caïc tham säú khaïc laì khäng âäøi. • Âàût y = 1/s. Viãút laûi biãøu thæïc mämen âiãûn tæì: (13.38) thaình : 2DyCyB AyM ++= trong âoï: Ω 2 2 11 'rUmA = '211 rrC2=C B = D = 2211 2 1 )xCx(r '++ 2'221 rC Láúy âaûo haìm vaì tçm sm æïng våïi mämen cæûc âaûi Mmax . 0- 22 2 =++== )DyCyB( )DyB(A dy dM m yy m D/Bym ±= 2 211 2 1 21 )xCx(r rCB/Ds ' ' m ++ ±=±= 2 211 2 11 2 11 11Ω2 1 )xCx(rr Um C M 'max +++± ×±= Thæåìng r1 << x1 + C1x’2, nãn xem r1 = 0, ta coï: ' ' m xCx rCs 211 21 +±= 'max xCx Um C M 211 2 11 11Ω2 1 +×±= Ta nháûn xeït vãö Mmax : + Mmax tè lãû våïi 21U + Mmax khäng phuû thuäüc r’2 + Mmax åí chãú âäü maïy phaït låïn hån mäüt êt so våïi Mmax åí chãú âäü âäüng cå. 54 + r’2 caìng låïn thç sm caìng låïn. + r’2 tàng thç Mmax khäng âäøi maì dëch sang phaíi. M.Faït Â.cå Haîm (-Mmax) Mmax s sm -sm -1 1 Quan hãû M = f(s) Mk M 2.3.2. Mämen khåíi âäüng : Âiãøm s = 1 (n = 0) æïng våïi chãú âäü khåíi âäüng (hçnh 13.8) cuía âäüng cå: 2 211 2 211 2 2 11 1Ω 1 )xCx()rCr( rUmM '' ' k +++×= Ta nháûn xeït vãö mämen khåíi âäüng Mk : + Mk tè lãû våïi 21U + Mk tè lãû våïi nghëch våïi Z2 = (r1 + C1r’2)2 + (x1 + C1x’2)2 . Nãúu C1 = 1 thç Z = Zn coìn (r1 + C1r’2) << (x1 + C1x’2) thç Mk tè lãû våïi nghëch âiãûn khaïng (x1 + C1x’2)2. + Tçm Mk = Mmax thç hãû säú træåüc sm = 1, ta coï: 1 211 21 =+= ' ' m xCx rCs '' x C xr 2 1 1 2 += Âáy laì âiãûn tråí cuía maûch räto âãø Mk = Mmax . 2.3.3. Âàûc tênh cå cuía âäüng cå âiãûn Âàûc tênh cå cuía âäüng cå âiãûn laì quan hãû: M2 = f(n) hoàûc n = f(M2). Maì ta coï M = M0 + M2 , váûy åí âáy ta xem M0 = 0 hoàûc chuyãøn M0 vãö mämen caín ténh, nãn xem ràòng M2 = M = f(n). Tæì hçnh , ta co ï : + Âoaûn oa (0 < s < sm) Âäüng cå laìm viãûc äøn âënh. Âàûc tênh cå cæïng. + Âoaûn oa ( s m < s < 1) Âäüng cå laìm viãûc khäng äøn âënh. 55 MÄMEN PHUÛ CUÍA MAÏY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ Mämen phuû maïy âiãûn khäng âäöng bäü laì mämen sinh ra do tæì træåìng soïng báûc cao quay våïi nhæîng täúc âäü khaïc nhau. Nhæîng mämen phuû náöy ráút yãúu so våïi soïng cå baín, nhæng åí täúc âäü tháúp noï sinh ra mämen haîm tæång âäúi låïn laìm aính hæåíng âãún sæû laìm viãûc cuía maïy âiãûn, nháút laì trong quaï trçnh måí maïy âäüng cå khäng âäöng bäü. Caïc loaûi mämen phuû 1. Mämen phuû khäng âäöng bäü: Duì täúc däü quay cuía räto nhæ thãú naìo, stâ soïng cå baín cuía stato vaì räto âãöu quay cuìng täú âäü n1, do âoï sinh ra mämen âiãûn tæì nhæ âaî phán têch trãn. Khaïi niãûm naìy cuîng âuïng cho caïc soïng âiãöu hoìa. Caïc soïng âiãöu hoìa âãöu sinh ra mämen, nhæng soïng báûc 5 quay ngæåüc vaì soïng báûc 7 quay thuáûn coï biãn âäü tæång âäúi låïn vaì mämen phuû sinh ra cuîng aính hæåíng nhiãöu âãún mämen cuía maïy âiãûn. Tháût váûy: + Soïng báûc 7 quay thuáûn: (ν = 6K + 1). • Täúc âäü âäöng bäü: n7 = 7 n1 • Váûy täúc âäü: 0 < n < 7 n1 : maïy åí chãú âäü âäüng cå; coìn n > 7 n1 : maïy åí chãú âäü maïy phaït. + Soïng báûc 5 quay ngæåüc : -n/n1 M M 1 0 5 7 Mmin H.13.13 Âàûc tênh M = f(n) khi coï soïng báûc 5, 7 (ν = 6K - 1). Täúc âäü âäöng bäü: 5 1 5 nn −= , nãn täúc âäü âäöng bäü cuía noï åí trong khu væûc s >1, (traûng thaïi haîm). Vç tæì træåìng soïng báûc 5 quay ngæåüc nãn täúc âäü trong khoaíng : - n1/5 < n < n1 mämen ám vaì n < - n1/5 mämen dæång. 2. Mämen phuû âäöng bäü: Mämen phuû âäöng bäü sinh ra do soïng âiãöu hoìa báûc cao naìo âoï cuía tæì træåìng stato taïc duûng våïi mäüt soïng âiãöu hoìa báûc cao coï cuìng säú âäi cæûc cuía tæì træåìng räto. Mämen phuû náöy chuí yãúu do stâ soïng âiãöu hoìa ràng cuía stato va räto sinh ra. Do âoï sæû phäúi håüp ràng raính giæîa stato vaì räto liãn quan âãún viãûc sinh ra mämen náöy. Chuï yï: Z1 = Z2 vaì Z1 - Z2 = ± 2p sinh ra mämen phuû âäöng bäü. 2.3.4 56 KHÅÍI ÂÄÜNG VAÌ ÂIÃÖU CHÈNH TÄÚC ÂÄÜ ÂÄÜNG CÅ ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ 2.4.1. KHÅÍI ÂÄÜNG ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ Phæång trçnh cán bàòng mämen trong quaï trçnh khåíi âäüng: dt d JMM c Ω=− trong âoï: M : Mämen âiãûn tæì cuía âäüng cå âiãûn: f1(Ω). MC : Mämen caín cuía taíi: f2(Ω). J : Mämen quaïn tênh. Ta tháúy: + Tàng täúc âäü thuáûn låüi khi dΩ/dt > 0 → M > MC + (M - MC) caìng låïn thç täúc âäü tàng caìng nhanh. + Maïy coï quaïn tênh låïn thç thåìi gian khåíi âäüng tk láu. Doìng âiãûn khåíi âäüng Ik : khi khåíi âäüng Ω = 0 , s = 1 nãn : 2 211 2 211 1 )xCx()rCr( UI ''k +++ = Thæåìng thç : Ik = (4÷7)Iâm æïng våïi Uâm . Mämen khåíi âäüng Mk : 2 211 2 211 2 2 1 1 1 )xCx()rCr( rUmM '' ' k +++×Ω= Yãu cáöu khi khåíi âäüng âäüng cå : • Mämen Mk phaíi låïn âãø thêch æïng våïi âàûc tênh taíi. • Doìng Ik caìng nhoí caìng täút âãø khäng aính hæåíng âãún caïc phuû taíi khaïc. • Thåìi gian tk cáön nhanh âãø maïy coï thãø laìm viãûc âæåüc ngay. • Thiãút bë khåíi âäüng âån giaín, reí tiãön, tin cáûy vaì êt täún nàng læåüng. Nhæîng yãu cáöu trãn laì traïi ngæåüc nhau, vç thãú tuìy theo yãu cáöu sæí duûng vaì cäng suáút cuía læåïi âiãûn maì ta choün phæång phaïp khåíi âäüng thêch håüp. 2.4 57 2.4.1.1. Khåíi âäüng træûc tiãúp Trãn hçnh 14.1 laì så âäö näúi dáy khåíi âäüng træûc tiãúp âäüng cå khäng âäöng bäü. Âoïng cáöu dao CD näúi træûc tiãúp dáy quáún stato vaìo læåïi, âäüng cå quay. Æu âiãøm cuía phæång phaïp naìy: + Thiãút bë khåíi âäüng âån giaín. + Mämen khåíi âäüng Mk låïn, ÂC CD Khåíi âäüng træûc tiãúp U1 + Thåìi gian khåíi âäüng tk nhoí. Khuyãút âiãøm cuía phæång phaïp naìy laì doìng âiãûn khåíi âäüng Ik låïn laìm aính hæåíng âãún caïc phuû taíi khaïc. Do váûy phæång phaïp náöy duìng cho nhæîng âäüng cå cäng suáút nhoí vaì cäng suáút cuía nguäön låïn hån nhiãöu láön cäng suáút âäüng cå. 2.4.1.2. Khåíi âäüng bàòng caïch giaím âiãûn aïp âàût vaìo dáy quáún stato Caïc phæång phaïp sau âáy nhàòm muûc âêch giaím doìng âiãûn khåíi âäüng Ik. Nhæng khi giaím âiãûn aïp khåíi âäüng thç mämen khåíi âäüng cuîng giaím theo. 1. Khåíi âäüng duìng cuäün khaïng màõc näúi tiãúp vaìo maûch stato: Trãn hçnh 14.2 laì så âäö näúi dáy khåíi âäüng âäüng cå khäng âäöng bä duìng cuäün khaïng CKü. Khi khåíi âäüng : CD2 càõt, âoïng CD1 âãø näúi dáy quáún stato vaìo læåïi âiãûn thäng qua CK, âäüng cå quay äøn âënh, âoïng CD2 âãø ngàõn maûch âiãûn khaïng, näúi træûc tiãúp dáy quáún stato vaìo læåïi. ÂC CD1 CD2 CK U1 Khåíi âäüng duìng âiãûn Âiãûn aïp âàût vaìo dáy quáún stato kâ: U’k= kU1 (k < 1) Âoìng âiãûn khåíi âäüng: I’k= kIk Våïi Ik: doìng khåíi âäüng træûc tiãúp våïi U1. Mämen khåíi âäüng: Mk= k2Mk. 2. Khåíi âäüng duìng mba tæû ngáùu: Trãn hçnh 14.3 laì så âäö näúi dáy khåíi âäüng âäüng cå khäng âäöng bäü duìng maïy biãún aïp tæû ngáùu (MBA TN). Træåïc khi khåíi âäüng : càõt CD2, âoïng CD3, MBA TN âãø åí vë trê âiãûn aïp âàût vaìo âäüng cå khoaíng (0.6÷0,8)Uâm, âoïng CD1 âãø näúi dáy 58 quáún stato vaìo læåïi âiãûn thäng qua MBA TN, âäüng cå quay äøn âënh, càõt CD3, âoúng CD2 âãø ngàõn maûch MBA TN, näúi træûc tiãúp dáy quáún stato vaìo læåïi. Khi khåíi âäüng, âäüng cå âæåüc cáúp âiãûn: Uk= kT U1 (k < 1) Luïc âoï doìng âiãûn khåíi âäüng: I’k= kT Ik våïi Ik: doìng khåíi âäüng træûc tiãúp. Doìng âiãûn MBATN nháûn tæì læåïi âiãûn: I1 = kTI’k = k2TIk Mämen khåíi âäüng: M’k= k2T Mk. U1 3. Khåíi âäüng bàòng caïch âäøi näúi Y→ Δ: Trãn hçnh 14.4 laì så âäö näúi dáy khåíi âäüng bàòng caïch âäøi näúi sao Y sang Δ âäüng cå khäng âäöng bäü. Phæång phaïp naìy chè duìng cho âäüng cå luïc maïy laìm viãûc bçnh thæåìng näúi Δ, khi khåíi âäüng näúi Y, sau khi täúc âäü quay gáön äøn âënh chuyãøn vãö näúi Δ âãø laìm viãûc. Âiãûn aïp pha khi khåíi âäüng: k ' kf UU 3 1= Doìng âiãûn khi khåíi âäüng näúi Y: kf ' kfkY III 3 1== Doìng âiãûn khi khåíi âäüng træûc tiãúp: kfk II 3=Δ Ta coï: 3 3 3 ==Δ kf kf kY k I I I I Mämen khåíi âäüng Mk giaím âi 3 láön. 2.4.1.3. Khåíi âäüng bàòng caïch thãm Rp vaìo maûch räto dáy quáún: Phæång phaïp náöy chè duìng cho nhæîng âäüng cå räto dáy quáún vç âàûc âiãøm cuía loaûi âäüng cå naìy laì coï thãø thãm âiãûn tråí phuû vaìo maûch räto. Khi âiãûn tråí räto thay Khåíi âäüng duìng MBA TN ÂC CD1 CD2 TN CD3 CD1 CD2 U1 Khåíi âäüng âäøi näúi Y→ Δ ÂC Δ Y 59 âäøi thç âàûc tênh M = f(s) cuîng thay âäøi theo. Khi âiãöu chènh âiãûn tråí maûch räto thêch âaïng thç Mk = Mmax (âæåìng 3). Sau khi räto quay âãø giæî mäüt mämen âiãûn tæì nháút âënh trong quaï trçnh khåíi âäüng ta càõt dáön âiãûn tråí näúi thãm vaìo maûch räto laìm cho quaï trçnh tàng täúc âäüng cå tæì âàûc tênh náöy sang âàûc tênh khaïc vaì sau khi càõt toaìn bäü âiãûn tråí thç seî tàng täúc âãún âiãøm laìm viãûc cuía âàûc tênh cå tæû nhiãn. Khåíi âäüng âäüng cå räto dáy quáún. a) Så âäökhåíi âäüng; b) Âàûc tênh khåíi âäüng r2+ rp2+rp1 r2+ rp2 r2 M s 1 0 (b) CD1 U1 rp1 K2 K1 rp2 ÂC (a) 3 Æu âiãøm cuía phæång phaïp náöy laì Mk låïn coìn doìng âiãûn khåíi âäüng IK nhoí. Nhæåüc âiãøm cuía phæång phaïp náöy laì âäüng cå räto dáy quáún chãú taûo phæïc taûp hån räto läöng soïc nãn giaï thaình âàõt hån, baío quaín khoï khàn hån vaì hiãûu suáút cuîng tháúp hån. 2.4.2. ÂIÃÖU CHÈNH TÄÚC ÂÄÜ ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ Træåïc âáy, nãúu coï yãu cáöu âiãöu chènh täúc âäü cao thæåìng duìng âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu. Nhæng ngaìy nay nhåì kyî thuáût âiãûn tæí phaït triãùn nãn viãûc âiãöu chènh täúc âäü âäüng cå khäng âäöng bäü khäng gàûp khoï khàn máúy våïi yãu cáöu phaûm vi âiãöu chènh, âäü bàòng phàóng khi âiãöu chènh vaì nàng læåüng tiãu thuû. Ta tháúy caïc phæång phaïp âiãöu chènh chuí yãúu coï thãø thæûc hiãûn : + Trãn stato : Thay âäøi âiãûn aïp U âæa vaìo dáy quáún stato, thay âäøi säú âäi cæûc tæì p dáy quáún stato vaì thay âäøi táön säú f nguäön âiãûn. + Trãn räto : Thay âäøi âiãûn tråí räto, näúi cáúp hoàûc âæa sââ phuû vaìo räto. 2.4.2.1. Âiãöu chènh täúc âäü bàòng caïch thay âäøi âiãûn aïp Ta âaî biãút, hãû säú træåüt tåïi haûn sm khäng phuû thuäüc vaìo âiãûn aïp. Theo (14.40) vaì , nã úu r’2 khäng âäøi thç khi giaím âiãûn aïp nguäön U1, hãû säú træåüt tåïi haûn sm seî khäng âäøi coìn Mmax giaím tè lãû våïi . Váûy hoü âàûc tênh thay âäøi nhæ hçnh (14.7) laìm cho täúc âäü thay âäøi theo. Phæång phaïp náöy chè thæûc hiãûn khi maïy mang taíi, coìn khi maïy khäng taíi giaím âiãûn aïp nguäön, täúc âäü gáön nhæ khäng âäøi. 2 1U 60 Âiãöu chènh täúc âäü bàòng caïch thay âäøi âiãûn aïp nguäön âiãûn a) Så âäö maûch âäüng læûc; b) Âàûc tênh cå våïi caïc U khaïc nhau U1 U2 U3 < < MC M n nm 0 (b)(a) ÂC A B C 2.4.2.2. Âiãöu chènh täúc âäü bàòng caïch thay âäøi táön säú Våïi âiãöu kiãûn nàng læûc quaï taíi khäng âäøi, coï thãø tçm ra âæåüc quan hãû giæîa âiãûn aïp U1, táön säú f1 vaì mämen M. Trong cäng thæïc vãö mämen cæûc âaûi, khi boí qua âiãûn tråí r1 thç mämen cæûc âaûi coï thãø viãút thaình : 2 1 2 1 f U CM =max ; Trong âoï C laì mäüt hãû säú. n M f giaím → MC 0 (b) (a) . Âiãöu chènh täúc âäü bàòng caïch thay âäøi táön säú nguäön âiãûn a) Så âäö khäúi; b) Âàûc tênh cå U1/f khäng âäøi Rectifier (ac- dc) Invertor (dc - ac) IM V control f control 3φ Giaí thiãút U’1 vaì M’ laì âiãûn aïp vaì mämen luïc táön säú f1’, càn cæï vaìo âiãöu kiãûn nàng læûc quaï taíi khäng âäøi, ta coï : 61 M M M M maxmax ' ' = hay 2 1 2 1 2 1 2 1 ' ' max max'' fU fU M M M M == Do âoï ta coï: M M f f U U ''' 1 1 1 1 = Trong thæûc tãú æïng duûng, thæåìng yãu cáöu mämen khäng âäøi, nãn ta coï : 1 1 1 1 f f U U '' = hay const f U = 1 1 Træåìng håüp yãu cáöu cäng suáút Pcå khäng âäøi, nghéa laì mämen tè lãû nghëch våïi táön säú, ta coï : ' ' 1 1 1 1 f f M M = ; Thãú vaìo trãn ta âæåüc : 1 1 1 1 f f U U '' = Toïm laûi, khi thay âäøi táön säú f1, ta phaíi âäöng thåìi thay âäøi U1 âæa vaìo âäüng cå. Træåìng håüp U1/f = Cte vaì táön säú giaím coï âàûc tênh cå nhæ hçnh 14.7b, caïch âiãöu chènh naìy coï caïc âàûc tênh thêch håüp våïi loaûi taíi cáön MC = Cte khi váûn täúc thay âäøi. 2.4.2.3. Âiãöu chènh täúc âäü bàòng caïch âiãöu chènh âiãûn tråí räto Thay âäøi âiãûn tråí dáy quáún räto, bàòng caïch màõc thãm biãún tråí ba pha vaìo maûch räto cuía âäüng cå räto dáy quáún nhæ hçnh 14.15a. Do biãún tråí âiãöu chènh phaíi laìm viãûc láu daìi nãn coï kêch thæåïc låïn hån biãún tråí khåíi âäüng. Hoü âàûc tênh cå cuía ÂK räto dáy quáún khi duìng biãún tråí âiãöu chènh täúc âäü trãn hçnh 14.15b. Khi tàng âiãûn tråí, täúc âäü quay cuía âäüng cå giaím. Táön säú âoïng càõt vaì âiãûn tråí tæång âæång cuía maûch BÂX : T 1 tt 1f 21 =+= ; ρ==+= 1 1 1 21 1 1C RT tR tt tRR Phæång phaïp náöy gáy täøn hao trong biãún tråí nãn laìm hiãûu suáút âäüng cå giaím. Tuy váûy, âáy laì phæång phaïp khaï âån giaín, täúc âäü âæåüc âiãöu chènh liãn tuûc trong phaûm vi tæång âäúi räüng nãn âæåüc duìng nhiãöu trong caïc âäüng cå cäng suáút cåí trung bçnh. 62 r2+ rp2+rp1 r2+ rp1 r2 M s 1 0 (b) s4 s5 s2 s3 s1 CD1 U1 rp (a) IM UC R Id − + Rcå IM 3φ (c) Âiãöu chènh täúc âäü âäüng cå räto dáy quáún duìng âiãûn tråí a) Så âäö âiãöu chènh; b) Âàûc tênh; c. Så âäö maûch håí; d. Så âäö maûch kên IM UC R Id 3φ − + Rcå Tach n α Id −n* + +Σ Σ (d) 2.4.2.4. Âiãöu chènh täúc âäü bàòng caïch näúi cáúp traí nàng læåüng vãö nguäön Nàng læåüng træåüt táön säú f2 = sf1 leî ra tiãu hao trãn âiãûn tråí phuû âæåüc chènh læu thaình nàng læåüng mäüt chiãöu (hçnh 15.9), sau âoï qua bäü nghëch læu âæåüc biãún âäøi thaình nàng læåüng xoay chiãöu táön säú f traí vãö nguäön. Quan hãû giæîa hãû säú træåüt s vaì goïc måí α cuía thyristor : • Âiãûn aïp ra cuía chènh læu cáöu ba pha : UKs,U DC 351= • Âiãûn aïp ra cuía nghëch cáöu : α= cosUK,U BN 351 Våïi 11 22 dq dq D kW kW K = ; sKDU: âiãûn aïp ra cuía räto; KB : tè säú biãún aïp 63 CD1 U Váûy, tæì caïc cäng thæïc trãn ta coï: α−= cos K Ks D B våïi 900 < α < 1800 nãn cosα < 0 BA UCL ÂC UNL Bäü CL Bäü NL (a) Âiãöu chènh täúc âäü ÂC bàòng caïch traí nàng læåüng vãö nguäön a. Så âäö maûch håí; b. Så âäö maûch kên IM UCL Id 3φ − + Tach n α Id −n* + +Σ Σ UNL − + − (b) 64 ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄÖNG BÄÜ MÄÜT PHA PHA ÛM VI AÏP DUÛNG, CÁÚU TAÛO & NGUYÃN LYÏ LAÌM VIÃÛC 2.5.1.1. Phaûm vê ap duûng Âäüng cå âiãûn khäng âäöng bäü mäüt pha âæåüc sæí duûng ráút räüng raîi trong dán duûng vaì cäng nghiãûp nhæ maïy giàût, tuí laûnh, maïy lau nhaì, maïy båm næåïc, quaût, caïc duûng cuû cáöm tay,... Noïi chung laì caïc âäüng cå cäng suáút nhoí. Cuûm tæì “âäüng cå cäng suáút nhoí” chè caïc âäüng cå coï cäng suáút nhoí hån 750W. Pháön låïn âäüng cå mäüt pha thuäüc loaûi náöy, màût duì chuïng coìn âæåüc chãú taûo våïi cäng suáút âãún 7,5kW vaì åí hai cáúp diãûn aïp 110V vaì 220V. 2.5.1.2. Cáúu taûo + Stato : giäúng âäüng cå ba pha, nhæng âàût trãn âoï dáy quáún mäüt pha. + Räto : räto läöng soïc giäúng âäüng cå ba pha 2.5.1.3. Nguyãn lyï laìm viãûc p 1ω Tæì thäng räto Tæì thäng stato U∼ Chiãöu læûc âiãûn tæì (b) 1I& m12 F& mF11& p 1ω Ω(a) Âäüng cå khäng âäöng bäü mäüt pha mäüt dáy quáún a) Tæì træåìng âáûp maûch phán thaình hai tæì træåìng quay thuáûn vaì quay ngæåüc b) Tæì thäng vaì læûc âiãûn tæì taïc duûng lãn räto. 2.5 65 2.5.1 Khi näúi dáy quáún mäüt pha stato vaìo læåïi âiãûn coï âiãûn aïp u1 thç trong dáy quáún coï doìng âiãûn xoay chiãöu hçnh sin chaûy qua : tsinIi ω= 11 2 Doìng âiãûn naìy sinh ra tæì træåìng stato coï phæång khäng âäøi nhæng coï âäü låïn thay âäøi hçnh sin theo thåìi gian, goüi laì tæì træång âáûp maûch: αω= costsinFF m Ta phán stâ âáûp maûch naìy thaình hai stâ quay : • Stâ quay thuáûn : tjmeF 111 ω& • Stâ quay ngæåüc : tjmeF 112 ω−& Hai stâ quay naìy coï : • Biãn âäü tæì træåìng âáûp quay: I p kW FFF dqmmm 11 1211 1 2 2 π=== • Täúc âäü quay : + Soïng quay thuáûn : p 1 1 ω=Ω cuìng chiãöu quay räto. + Soïng quay ngæåüc : 12 Ω−=Ω ngæåüc chiãöu quay räto. So våïi räto coï hãû säú træåüt : + Thuáûn : ss =Ω Ω−Ω= 1 1 1 + Ngæåüc : )s( )( )(s −=Ω− Ω−Ω−= 2 1 1 2 Phæång trçnh cán bàòng stâ täøng : + Thuáûn : sinh ra tæì caím mmm FFF 211101 &&& += )t(jmeB 111 α+ω + Ngæåüc : sinh ra tæì caím mmm FFF 221202 &&& += )t(jmeB 212 α+ω− Tæì caím täøng : s M 0 1 2 M1 M2 M Mämen cuía âäüng cå khäng âäöng bäü mäüt pha )t(jmeBB ~ 11 1 α+ω= + )t(jmeB 212 ω +α− hçnh thaình tæì træåìng quay Ellip Tæì træåìng quay thuáûn 1B r taïc duûng våïi doìng âiãûn räto seî taûo ra mämen quay thuáûn M1 (hçnh 16.2); Coìn tæì træåìng quay ngæåüc 2B r taïc duûng våïi doìng âiãûn räto seî taûo ra mämen quay ngæåüc M2 Tä øng âaûi säú hai mämen 66 náöy cho ta âàûc tuyãún M=f(s) : M = M1 + M2 = f(s) Tæì âàûc tênh ta tháúy ràòng luïc måí maïy (n = 0, s = 1), M1 = M2 vaì ngæåüc chiãöu nhau nãn M = 0, vç váûy âäüng cå khäng thãø tæû quay âæåüc. Nãúu ta quay âäüng cå theo mäüt chiãöu naìo âo,ï s ≠ 1 tæïc M ≠ 0 âäüng cå seî tiãúp tuûc quay theo chiãöu âoï. Vç váûy âãø âäüng cå mäüt pha laìm viãûc âæåüc, ta phaíi coï biãûn phaïp måí maïy, nghéa laì tçm caïch taûo ra cho âäüng cå mäüt mämen luïc räto âæïng yãn (M = Mk khi s =1). PHÆÅNG TRÇNH CÅ BAÍN & SÅ ÂÄÖ THAY THÃÚ 2.5.2.1. Caïc phæång trçnh cå baín U1 A B BII && =1 1I& 1AI& 2AI& 111 IIB && = 122 IIB && = AI& Så âäö âäüng cå mäüt pha taûo nãn bàòng caïch taïch ra mäüt trong hai pha Xeït âäüng cå khäng âäöng bäü mäüt pha nhæ chãú âäü khäng âäúi xæïng cuía âäüng cå hai pha m =2, coï hai cuäün dáy âàût lãûch nhau mäüt goïc 900 âiãûn, trong âoï pha A taïch ra nãn doìng IA= 0 vaì pha B coìn laûi coï , maïy näúi vaìo læåïi âiãûn coï âiãûn aïp . Ta coï : BII && =1 1U& 21 AAA III &&& += 21 BBB III &&& += Våïi vaì laì doìng thæï tæû thuáûn vaì ngæåüc, coìn : 11 BA I;I && 22 BA I;I && 11 BA IjI && = vaì 11 BA IjI && −= Giaíi hãû phæång trçnh (16.2a,b) ta tçm âæåüc : 22111 /I/)IjI(II BABB &&&&& =−= vç 0=AI& 22212 /I/)IjI(II BABB &&&&& =+= vç 0=AI& Âiãûn aïp cuía mäüt pha : 1211211 UUUUUU BBB &&&&&& +=+== Biãøu diãùn âiãûn aïp thæï tæû thuáûn vaì ngæåüc theo doìng I vaì Z tæång æïng : 67 2.5.2 21111111111 /ZIZIUUB &&&& === 21211212122 /ZIZIUUB &&&& === Trong âoï : laì doìng âiãûn thæï tæû thuáûn vaì ngæåüc. Coìn Z11; Z12 laì täøng tråí thæï tæû thuáûn vaì ngæåüc. 1211 I;I && Vaì våïi 1121 1 111 −−− ++= )'ZZ(ZZ m 2221 'jxs r'Z ' += våïi 1122 1 112 −−− ++= )'ZZ(ZZ m 2222 2 'jxs 'r'Z +−= 2.5.2.2. Maûch âiãûn thay thãú Tæì caïc phæång trçnh cán bàòng ta veî maûch âiãûn thay thãú âäüng cå khäng âäöng bäü nhæ hçnh 16.4a. Âáy laì maûch âiãûn thay thãú chênh xaïc cuía âäüng cå mäüt pha. r1/2 'I21&1I& jx1/2 Maûch âiãûn thay thãú gáön âuïng cuía âäüng cå khäng âäöng bäü mäüt pha s r5,0 '2 1U& 1I& 0,5x’2 x1 r1 2 xm 0,5X’2 s2 r5,0 '2 −2 xm (b) Trong âoï : r1/2 jx1/2 jxm/2 jxm/2 rm/2 rm/2 jx’2/2 jx’2/2 s.2 r '2 )s2(2 r '2 − 'I22& 01I& 02I& 1U& 11U& 12U& Chuï yï : r’2 = kr2 x’2 = kx2 k = kekI m1= 2 (a) 1U& 1I& RT XT r x1 1 ZT RN XN ZN (c) 68 r1 = âiãûn tråí cuía dáy quáún stator. x1 = âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún stator. xm = âiãûn khaïng tæì hoïa. r’2 = âiãûn tråí cuía dáy quáún rotor qui vãö dáy quáún stator. x’2 = âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún rotor qui vãö dáy quáún stator. U1 = âiãûn aïp cuía nguäön. Giaí thiãút ràòng rotor quay våïi täúc âäü naìo âoï trong tæì træåìng quay thuáûn, æïng hãû säú træåüt s. Luïc naìy doìng âiãûn caím æïng trong dáy quáún rotor coï táön säú sf, f táön säú læåïi âiãûn näúi vaìo dáy quáún stator. Cho ràòng täøn hao sàõt khäng âaïng kãø hoàûc gäüp vaìo täøn hao quay. Nhæ váûy giäúng maïy âiãûn khäng âäöng bäü ba pha, täøng tråí cuía dáy quáún rotor æïng våïi tæì træåìng quay thuáûn qui vãö dáy quáún stator laì 0,5r’2/s + j0,5x’2.(hçnh 16.4b). Cuîng tæång tæû nhæ váûy âäúi