Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế bộ khởi động động cơ không đồng bộ pdf

Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một vài trường hợp nào đó như như trong quá trình điện khí hoá n

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bộ khởi động động cơ không

đồng bộ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn hiện nay nước ta đã và đang thực hiện công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Đẩy mạnh và mở rộng các ngành, nghề kỹ thuật cao Tuy vậy nước ta vẫn là một nước nông nghiệp và là một nước đang phát triển Nói đến nghề nông ta không thể không đề cập đến vấn đề cấp thoát nước Nhưng ngày nay cấp thoát nước không những là các công trình hạ tầng

kỹ thuật của các đô thị và nông thôn mà còn là công trình hạ tầng vô cùng quan trọng của xã hội, nó góp p hần làm thay đổi bộ mặt đô thị, nông thôn, làm cho cuộc sống của người dân càng tiện nghi, hiện đại và văn minh hơn

Từ đó mà các trạm bơm đã dần được hình thành, nó đóng vai trò quan trọng trong hệ thống cấp thoát nước Và máy bơm là thành phần không thể thiếu của trạm bơm Trong những năm trước đây máy bơm chỉ được dùng để vận chuyển nước Ngày nay máy bơm đã được sử dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau, với mục đích khác nhau Chính vì vậy ta phải biết sử dụng và chọn máy bơm phù hợp với chức năng và môi trường làm việc

Ngày nay khi sử dụng bơm ngoài các yêu cầu cơ bản thì vấn đề luôn quan tâm đến là vấn đề cấp điện cho trạm bơm, tự động hoá trạm bơm và đặc biệt là phải chú ý đến động cơ của bơm

Để đảm bảo vận hành trạm bơm được tốt thì cần phải có sự truyền tải

và phối điện đến trạm bơm

Động cơ điện thường được cung cấp đồng bộ với máy bơm Động cơ thì có rất nhiều loại, loại dùng trong trạm bơm chủ yếu là động cơ điện không đồng bộ, đôi khi có thể dùng động cơ đồng bộ

Đây là loại động cơ dùng rộng rãi để dẫn động cho các loại máy Có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng Đặc biệt là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc mở máy rất đơn giản Có thể mở trực tiếp hoặc hạ điện áp stato rồi mở máy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2

Mở máy trực tiếp rất đơn giản chỉ cần đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện nhờ cầu dao hoặc bộ khởi động từ Nhưng cách này làm sụt áp trên lưới, dòng khởi động lớn hơn dòng định mức rất nhiều gây ra ảnh hưởng đến các phụ tải khác Vì vậy ta thường mở máy bằng cách hạ điện áp Stato để từ đó giảm được dòng khởi động

Với vai trò quan trọng như vậy nên khi sử dụng động cơ không đồng bộ

ta phải chú ý đến sự khởi động của động cơ Và với máy cần phải khởi động bằng cách hạ điện áp khởi động thì bộ khởi động của động cơ sẽ đóng một vai trò hết sức quan trọng Chính vì vậy mà đề tài tốt nghiệp em được giao là

"Thiết kế bộ khởi động động cơ không đồng bộ"

Đồ án của em gồm:

Chương I: Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ

Chương II: Đặt vấn đề khởi động động cơ không đồng bộ

Chương III: Các phương pháp khởi động

Chương IV: Chọn phương án và tính toán

Chương V: Mô phỏng hệ thống khởi động trên Matlab Simlink

Qua đây em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo đã dạy em trong quá trình học tập vừa qua và em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trận Trọng Minh, thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo để em hoàn thành tốt bản đồ án này Trong thời gian thực hiện mặc dù đã rất cố gắng song không tránh khỏi những sai sót Em mong các thầy giáo, cô giáo chỉnh sửa cho em

Em xin chân thành cảm ơn

PHẦN I GIỚI THIỆU MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

I PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU

b Lõi sắt

Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên

để giảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng những là thép kỹ thuật điện dày 0,5

mm ép lại Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm tròn

ép lại Khi đường kính ngoài lõi sắt lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn

Mỗi lá thép kỹ thuật điện đầu có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành một khối Nếu lõi sắt dài quá thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài 6 đến 8 cm đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt Mặt trong của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn

2.2 Phần quay hay rôto

Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn

a Lõi sắt

Nói chung thì người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stato Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn

b Rôto và dây quấn rôto

Rôto có hai loại chính: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc

- Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp

vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay s.đ.đ phụ vào mạch điện rôto để cải thiện hệ số công suất của máy Khi máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch

- Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dây quấn stato Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc

Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt Để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thường dùng được làm chéo đi một góc so với tâm trục

2.3 Khe hở

Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2 đến 1 mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn

đó thường bao gồm: công suất định mức ở đầu trục Pđm (kW hay W), dòng điện dây định mức Iđm (A), điện áp định mức Uđm (V), cách đấu dây (Y hay Δ), tốc độ quay định mức nđm (vg/ph), hiệu suất định mức ηđm và hệ số công suất định mức cosϕđm …

Từ các trị số định mức ghi trên nhãn máy có thể tìm được các trị số quan trọng khác như:

Công suất định mức mà động cơ điện tiêu thụ:

Mômen quay định mức ở đầu trục:

Trong đó 2 ®

60 m

n π

ω = là tốc độ quay tính bằng rad/s

4 Công dụng của máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động vơ điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu xuất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là một loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilooat Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ v.v…Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt thông gió Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công sản phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, v.v…Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

6

Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như cosϕ của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần hạn chế

Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một vài trường hợp nào đó như (như trong quá trình điện khí hoá nông thôn) cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan trọng

5 Đặc tính của động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc, so với động cơ một chiều động cơ không đồng bộ có giá thành

hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo

Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn

Xét về cấu tạo, người ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại: Động cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc (còn gọi là động cơ rôto ngắn mạch)

5.1 Phương trình đặc tính cơ

Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ đồ thay thế Trên H1 là sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ Khi nghiên cứu ta đưa ra một số giả thiết sau đây:

- 3 pha của động cơ là đối xứng

- Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto, mạch từ không bão hoà nên điện kháng X1, X2 không đổi

- Tổng dẫn mạch từ hoá không

thay đổi, dòng điện từ hoá không phụ

thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt

vào stato động cơ

Xμ

Iμ

Hình1: Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ

- Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha

Với những giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ như H1 Trong đó:

Uf1 – trị số hiệu dụng của điện áp pha stato

Iμ , I1, I2’ – các dòng điện hoá, stato và dòng điện rôto đã quy đổi về stato

Xμ, X1δ, X’2δ - điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stato và điện kháng tản rôto đã quy đổi về stato

Rμ, R1, R2’ – các điện trở tác dụng của mạch từ hoá của cuộn dây stato

và rôto đã quy đổi về stato

S - độ trượt của động cơ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

8

1 f

UI

P12= Mđt ω1

Mđt là mô men điện từ của động cơ

Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì Mđt = Mcơ = M

Công suất đó chia thành 2 phần:

Pcơ: công suất cơ đưa ra trên trục động cơ

Δ P2: công suất tổn hao đồng trong rôto

Thay giá trị I’2 đã tính được ở trên vào

2 th

R 's

3UM

= ±

Trong hai biểu thức trên dấu (+)

ứng với trạng thái động cơ, dấu (-) ứng

với trạng thái máy phát Do đó Mth ở chế

độ máy phát lớn hơn Mth ở chế độ động

cơ

Ngoài ra khi nghiên cứu các hệ

truyền động với động cơ không đồng bộ

người ta quan tâm nhiều đến trạng thái

làm việc của động cơ nên các đường đặc

tính cơ lúc này thường biểu diễn trong

khoảng tốc độ 0≤ s ≤ sth

Đặc tính trên H5 tất nhiên lúc này

phương trình (1.12) ứng với dấu (+)

Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thể biểu diễn thuận tiện hơn bằng cách lập tỉ số giữa (1.10) và (1.12) và biến đổi sẽ được phương trình đặc tính cơ:

th th th

2M (1 as )

M

ss

=

+ (1.14)

th

nm

R 's

X

2 f1 th

1 nm

3UM

Δ

=Δ

Vậy th

1 th

2Ms

th th

2M sM

s

th th 2 1

2M ss

β =

Trong đoạn làm này độ cứng β là dương và giá trị của nó biến đổi Động cơ không đồng bộ làm việc trên đoạn đặc tính này

5.2 Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ

Từ phương trình đặc tính cơ điện động cơ không đồng bộ, ta thấy các thông số ảnh hưởng đắc tính bao gồm:

- Ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stato (nối thêm điện trở phụ R1fvàX1f mạch stato)

- Ảnh hưởng điện trở mạch rôto (nối

thêm điện trở phụ R2f vào mạch rôto đối

với động cơ rôto quấn dây)

- Ảnh hưởng của suy giảm điện áp

lưới cấp cho động cơ

- Ảnh hưởng của thay đổi tần số

lưới cấp cho động cơ f1

Ngoài việc thay đổi số đôi cực sẽ

thay đổi tốc độ đồng bộ và làm thay đổi

đặc tính cơ (trường hợp này xảy ra đối với

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

12

a Ảnh hưởng của suy giảm điện ỏp lưới cấp cho động cơ

Khi điện ỏp lưới suy giảm theo (1.12) mụmen tới hạn sẽ giảm bỡnh phương lần độ suy giảm của điện ỏp Trong khi đú tốc độ đồng bộ ω1 giữ nguyờn và độ trượt tới hạn sth khụng thay đổi Ta cú dạng đặc tớnh cơ khi điện

ỏp lưới giảm trờn H.6 Đặc tớnh này thớch hợp với phụ tải bơm và quạt giú khụng thớch hợp với tải khụng đổi

Ngoài ra đối với động cơ cụng suất lớn làm việc với phụ tải bơm hoặc quạt giú, người ta dựng phương phỏp tăng dần điện ỏp đặt vào động cơ để hạn chế dũng điện khi khởi động

b Ảnh hưởng của điện trở, điện khỏng hở mạch stato

Ta thấy khi nối thờm điện trở hoặc

điện khỏng vào mạch stato R1f và X1f thỡ ω1

= const, sth giảm Mth giảm nờn đặc tớnh cơ cú

dạng như hỡnh 7

Ta thấy rằng khi cần tạo ra đặc tớnh cú

mụmen khởi động là Mnm thỡ đặc tớnh cơ với

Xf trong mạch cứng hơn đặc tớnh cơ với Rf

Dựa vào tam giỏc tổng trở ngắn mạch

cú thể xỏc định được R1f hoặc X1f trong

mạch stato khi khởi động (hỡnh 8)

Giả sử cần hạn chế dũng điện khởi

X f trong mạ ch stato.

a) Sơ đồ vớ i R 1f ; b) Vớ i X 1f ; c) Đ ặc t?nh cơ

Hình 8: a) Tam giác tổng trở ngắn mạch tự nhiện; b) Tam giác tổng trở ngắn mạch thêm R 1f ; c)Tam giác tổng trở ngắn mạch thêm X 1f

c Ảnh hưởng của số đôi cực p

Để thay đổi số đôi cực ở stato ta thường thay đổi cách đấu dây

Vì ω1 = 2 f1

p

π (1.26)

Nếu thay đổi số đôi cực p thì ω1 thay đổi, do đó tốc độ cơ cũng thay đổi Còn sth không phụ thuộc vào p nên không thay đổi, nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ vẫn giữ nguyên Nhưng khi thay đổi số đôi cực sẽ thay đổi cách đấu dây ở stato động cơ nên một số thông số như Uf, R1, X1 có thể thay đổi và

do đó tuỳ từng trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mômen tới hạn Mthcủa động cơ hình 9a Biểu diễn đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực với p2 = p1/2

và Mth = const

Hình 9: a) Đặc tính cơ khí thay đổi số đôi cực của động cơ không đồng bộ,

M th = const; b) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực động cơ KĐB p 1 = const

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

14

Hình 9 biểu diễn đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực p2 = p1/2 và p1=const Việc thay đổi sơ đồ đấu dây để thay đổi số đôi cực có thể xem chi tiết ở TL2

d Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto

Đối với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn người ta thường mắc thêm điện trở phụ vào mạch rôto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ

Khi đưa R2f vào rôto thì

Hình 10: Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto đến đặc tính cơ

a) Sơ đồ đấu dây; b) Các đặc tính dòng điện rôto; c) Các đặc tính cơ biến trở

M th M

e Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới điện f 1 cấp cho động cơ

Xuất phát từ biểu thức ω1 = 2πf1/p, ta thấy rằng thay đổi tần số sẽ làm

tố độ từ trường quay và tốc độ động cơ thay đổi

- Xét trường hợp khi tăng tần số f1 > f1đm từ biểu thức 1-16 biến đổi ta có:

f

- Trường hợp tần số giảm f1 < f1đm, nếu giữ nguyên điện áp U1 thì dòng điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ giảm theo tần số) Do vậy khi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho động cơ sinh ra được mômen như trong chế độ định mức Đó là bài toán tìm quy luật tối ưu trong chế độ làm việc tĩnh của hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB

Trên H11 Trình bày đặc tính có khi f1 < f1đm, với điều kiện từ thông φ=const (hoặc gần đúng giữ 1

1

U

f = const) thì Mth được giữ không đổi Ở vùng

f1 > f1đm, mômen tới hạn Mth tỷ lệ nghịch với bình phương tần số

II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

1 Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ

Khi ta cho dòng điện ba phatanf số f vào ba dây quấn stato, sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ là n1 = 60f

p Từ trường quay cắt các thanh dãn của dây quấn rôto, cảm ứng các sức điện động Vì dây quấn rôto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng trong các thanh dẫn rôto Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rôto, kéo rôto quay chiều quay từ trường với tốc độ n

Để minh hoạ, trên hình 11 vẽ từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rôto, chiều các lực điện từ Fdt

Khi xác định chiếu sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn qui tắc bàn tay phải, ta căn cứ vào chiếu chuyển động tương đối của thanh dẫn với từ

s = 2 1

n =

to đứng yêTốc độ độn

ện công su

ường đứngchiều n1, từdấu ⊗ chỉ

từ xác địnhmáy nhỏ h

i, trong dâkhông

THẾ CỦA

ương trìnhthiết lập đư

o quay như

ắc ở mạch

n không đồuất cơ trên

16

g yên, thì c

ừ đó áp dụchiều đi từ

h theo quuhơn tốc độ

ây quấn rôt

ộ từ trường

hệ số trượ(1-s) vg/ph

MÁY ĐIỆN

h cơ bản (1ược mạch đ

ư ở hình 13thứ cấp làồng bộ điệntrục máy

chiếu chuyụng qui tắc

có sđđ và dtốc độ máy

.30)

hi rôto quay

ĐỒNG BỘ

n toàn tươthế hình Tchú ý rằng

ng cho tải tưởng 1 s

s

−

tương đối phải, xác đấy)

rùng với ch

hì không cdòng điện

2

s

r ' đặc tr

của định

hiều

ó sự cảm

c độ

c s =

ư với điện máy mạch rưng

Dùng mạch điện thay thế có thể tính ra dòng điện stato, rôto, mômen, công suất cơ, v.v… và những tham số khác thuộc về đặc tính làm việc

Như vậy ta đã chuyển việc tính toán một hệ thống điện - cơ (hoặc cơ - điện) của máy điện không đồng bộ thành việc tính toán một mạch điện đơn giản Vì vậy mạch điện thay thế được sử dụng rộng rãi

Hình 14: Mạch điện thay thế hình T của máy điện không đồng bộ

Thường để thuận lợi cho tính toán, người ta biến đổi mạch điện thay thế hình T thành mạch điện thay thế hình Γ đơn giản hơn Các biến đổi như sau:

Từ hình 14, ta có:

2 2s

EI

m

EI

1 Sr

S

−

=

& & &

& & &

là dòng điện thứ cấp của mạch điện hình Γ

Từ công thức (1.52) có thể vẽ mạch điện thay thế hình Γ như hở hình

15, trong đó nhánh giữa của mạch điện hình T đã được dịch ra phía trước

rCS

•

Hình 15a: Mạch điện thay thế hình Γ của máy điện không đồng bộ

Hình 15b Mạch điện thay thế hình Γ đơn giản hoá của máy điện không đồng

Thực tế là C& chỉ hơi lớn hơn 1 một ít, góc phức tạp lại rất nhỏ nên có 1

IV CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Như đã nói ở trên, máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở ba chế

độ, động cơ, máy phát và trạng thái hãm, tùy theo hệ số trượt s mà có thể dùng mạch điện thay thế để nghiên cứu các đặc tính làm việc của máy ở ba chế độ đó

1 Máy làm việc ở chế độ động cơ điện (0 < s < 1)

Động cơ điện lấy điện năng từ lưới điện vào với P1 = m1U1I1cosϕ1 Một phần nhỏ của công suất đó biến thành tổn hao đồngcủa dây quấn stato 1

P2 = Pcơ - (pcơ = pf) (1.55) Như vậy tổng tổn hao trong động cơ điện bằng:

1

Cũng giống như ở m.b.a, đồ thì vécc tơ của động cơ điện không đồng

bộ có thể vẽ theo các phương trình cơ bản (1.51)

Theo mạch điện thay thế hình T ở hình 14, có thể thấy rõ sự phân phối công suất phản kháng trong máy điện không đồng bộ Động cơ điện không đồng bộ lấy từ lưới vào một công suất phản kháng bằng:

Q1 = m1U1I1 sinϕ1 (1.57) Một phần nhỏ công suất phản kháng này được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sơ cấp q1 và thứ cấp q2

PHẦN II KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Trong quá trình mở máy động cơ điện, mô men mmở máy là đặc tính chủ yếu nhất trong những đặc tính mở máy Muốn cho máy quay được thì Momen mở máy phải lớn hơn mô men tải tĩnh và Momen masat tĩnh

Đồng thời Mô men động cơ (khởi động) phải đủ lớn để thời gian mở máy trong phạm vi cho phép

Khi mở máy thi rôto đang đứng yên, hệ số trượt S = 1 nên trị số dòng điện mở máy

U(R +R' ) +(X X ' )+Trong thực tế dòng khởi động lớn hơn so với dòng Iđm từ 5 ÷ 7 lần → làm máy nóng, điện áp lưới giảm sút

Xung dòng lớn làm cho dây dẫn và thanh cái nóng chảy…

+ Ảnh hưởng của các thông số:

- Điện áp không định mức: Đây là trường hợp thường gặp trong thực tế

U< Uđm

Như ta đã biết M ≈ U2 nên mô men sẽ giảm bình phương l ần so với điện áp Đồng thời U ≈ E ≈ φ nên khi đó nếu U ↓ thì sức điện động E và từ

1fTrường hợp f1 < fđm (U không đổi) → dòng điện động cơ sẽ tăng rất lớn Vì vậy khi giảm f thì cũng cần giảm U sao cho động cơ sinh ra động cơ Mômen như trong chế độ định mức

+ Ảnh hưởng điện trở mạch Roto:

Đối với động cơ không đồng bộ roto dây quấn người ta thường mắc thêm điện tử phụ

R2f vào mạch roto nhằm hạn chế dòng khởi động…

Khi đưa R2f vào roto thì:

* Nói chung do tính chất của tải, tình hình của lưới điện mà yêu cầu về

mở máy đối với với động cơ điện cũng khác nhau Có khi yêu cầu mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau Có khi yêu cầu mômen hoạt động lớn,

có khi cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi là cả 2 Cho nên để tránh những tổn hao, hư hỏng cho động cơ, nền móng, nhà xưởng… Chúng ta cần bảo đảm những yêu cầu cơ bản khi khởi động động cơ không đồng bộ

- Mô men mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tủ

- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt

- Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền…

- Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt

Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn Dây quấn nối với nguồn để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp Dây quấn nói với tải để đưa năng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp Dòng điện, điện áp, công suất… Của từng dây quấn sẽ có kèm theo tên gọi sơ cấp và thứ cấp tương ứng, ví dụ dòng điện sơ cấp I1, điện áp thứ cấp U2… Dây quấn có điện

áp cao gọi là dây quấn cao áp (viết tắt là CA) Dây quấn có điện áp thấp gọi l

à dây quấn hạ áp (viết tắt là HA) Nếu máy biến áp thứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp ta có máy biến áp giảm áp, nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp ta

có máy biến áp tăng áp

Ở máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn

có dây quấn thứ ba với điện áp trung bình (Viết tắt là TA) Máy biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều một pha gọi là máy biến áp một pha; máy biến áp biến đổi hệ thống dòng xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp một pha; máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp ba pha Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến áp dầu; máy biến áp không ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khô

2 Các loại máy biến áp chính

Theo công dụng, máy biến áp có thể gồm những loại chính sau đây:

1 Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất

trong hệ thống điện lực

2 Máy biến áp chuyên dùng dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị

chỉnh lưu; máy biến áp hàn điện;…

3 Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn,

dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều

4 Máy biến áp đo lường dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn

khi đưa vào các đồng hồ đo

5 Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao

3 Máy biến áp tự ngẫu

Trong trường hợp điện áp của các lưới điện sơ cấp và thứ cấp khác nhau không nhiều, nghĩa là tỉ số biến đổi điện áp nhỏ, để được kinh tế hơn về chế tạo và vận hành người ta dùng máy biến áp tự ngẫu thay cho máy biến áp hai dây quấn

Máy biến áp tự ngẫu khác máy biến áp hai dây quấn ở chỗ dây quấn hỗ cảm các dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn liên hệ trực tiếp với nhau về điện Dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn liên hệ trực tiếp với nhau về điện Dây quấn

sơ cấp của máy biến áp tự ngẫu được nối song song với lưới điện còn dây quấn thứ cấp được nối tiếp với lưới điện Hình dưới trình bày hai kiểu nối dây của máy biến áp tự ngẫu trong đó hình a) ứng với chiều các s.đ.đ E1, E2 thuận nhau và hình b) ứng với chiều các s.đ.đ ngược nhau

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

26

Với cách nối dây như vậy, công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu gồm hai phần, một phần qua từ trường của lõi thép và một phần truyền dẫn trực tiếp Ta hãy so sánh dung lượng thiết kế St.k với dung lượng truyền tải St.t của máy biến áp tự ngẫu Giống như đối với máy biến áp hai dây quấn, dung lượng thiết kế máy biến áp tự ngẫu tức là dung lượng truyền qua từ trường bằng:

để nối liên lạc các lưới điện có điện áp khác nhau không nhiều: 110, 150,

220, 330, 500kV

⎝ ⎠ so với tổn hao tính theo dung lượng thiết kế

Stk hay là tổn hao của máy biến áp hai dây quấn có cùng dung lượng

Cũng tương tự như vậy, điện áp ngắn mạch của máy biến áp tự ngâu giảm còn 1 1

k '

⎛ − ⎞

⎝ ⎠ so với điện áp ngắn mạch của máy biến áp hai dây quấn,

do đó độ thay đổi điện áp ΔU hay điện áp rơi trong máy biến áp tự ngẫu cũng nhỏ hơn Cần chú ý rằngdo điện áp ngắn mạch của nó sẽ tăng lên tương ứng

Ngoài ứng dụng trong hệ thống điện lực để truyền tải điện năng, máy biến áp tự ngẫu còn được dùng để mở máyđộng cơ điện không đồng bộ Máy biến áp tự ngẫu cũng còn được dùng rộng rãi trong phòng thí nghiệm để thay đổi liên tục điện áp Trong trường hợp này, số vòng dây thứ cấp được thay đổi bằng cách dùng chổi than tiếp xúc trượt với dây quấn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

28

II DÙNG MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU

Ta có T là biến áp tự ngẫu Bên cao áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện Sau khi mở máy xong cắt T bằng cách đống cầu dao D2 và

mở D3 Gọi tỷ số biến đổi điện áp của máy biến áp tự ngẫu là kT (KT < 1) thì U'k = kTU1 Do đó dòng mở máy và

mô men mở máy là:

I'k = kTIK và M'k= kT2 Mk

Gọi dòng lấy vào từ lưới điện

là I1 thì → I1=kTI'k=k2

T.Ik + Ưu điểm: Giảm dòng điện

mở máy khi vẫn giữ nguyên được

Mômen mở máy Hoặc có thể giữ

nguyên dòng điệnmở máy mà vẫn

tăng được Mômen mở máy

+ Nhược điểm: Thiết bị phức

tạp, giá thành cao, mức độ an toàn

điện không cao

III DÙNG PHƯƠNG PHÁP CUỘN

KHÁNG:

Khi mở máy trong mạch điện

Sttato đặt nối tiếp 1 điện kháng Sau

khi mở máy xong bằng cách đóng

cầu dao D2 thì điện kháng này bị

nối ngắn mạch Điều chỉnh chỉ số

của điện kháng thì có thể có được

dòng điện mở máy cần thiết Do có

điện áp giáng trên điện kháng nên

điện áp mở máy trên đầu cực động

cơ điện U'k sẽ nhỏ hơn điện áp lưới

U1

Gọi dòng điện mở máy và

momen mở máy khi mở máy trực

tiếp là Ik và Mk Sau khi thêm điện

kháng vào thì dòng điện mở máy

còn lại I'k = k.Ik trong đó k < 1 nếu