thiết kế bộ khởi động động cơ không đồng bộ

Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là có thểthông qua chổi than đa điện trở phụ hay s.đ.đ phụ vào mạch điện rôto để cảithiện hệ số công suất của máy.. Vì máy điện không đồ

Dùng phơng pháp khởi động động cơ không đồng bộ bằng cuộn

kháng để vận hành bơm 31 Phần V: Mô phỏng hệ thống khởi động trên MATLAB - SIMULINK 50

1

Lời nói đầu

Trong giai đoạn hiện nay nớc ta đã và đang thực hiện công nghiệp hoá,hiện đại hoá đất nớc Đẩy mạnh và mở rộng các ngành, nghề kỹ thuật cao Tuyvậy nớc ta vẫn là một nớc nông nghiệp và là một nớc đang phát triển Nói đếnnghề nông ta không thể không đề cập đến vấn đề cấp thoát nớc Nhng ngàynay cấp thoát nớc không những là các công trình hạ tầng kỹ thuật của các đôthị 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 củangời dân càng tiện nghi, hiện đại và văn minh hơn

Từ đó mà các trạm bơm đã dần đợc hình thành, nó đóng vai trò quantrọng trong hệ thống cấp thoát nớc Và máy bơm là thành phần không thểthiếu của trạm bơm Trong những năm trớc đây máy bơm chỉ đợc dùng để vậnchuyển nớc Ngày nay máy bơm đã đợc sử dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vựckhác nhau, với mục đích khác nhau Chính vì vậy ta phải biết sử dụng và chọnmáy bơm phù hợp với chức năng và môi trờng làm việc

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

Để đảm bảo vận hành trạm bơm đợc tốt thì cần phải có sự truyền tải vàphối điện đến trạm bơm

Động cơ điện thờng đợc 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 cấutạo đơn giản, dễ sử dụng Đặc biệt là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc mởmáy rất đơn giản Có thể mở trực tiếp hoặc hạ điện áp stato rồi mở máy

Mở máy trực tiếp rất đơn giản chỉ cần đóng trực tiếp động cơ vào lới

điện nhờ cầu dao hoặc bộ khởi động từ Nhng cách này làm sụt áp trên lới,dòng khởi động lớn hơn dòng định mức rất nhiều gây ra ảnh hởng đến các phụtải khác Vì vậy ta thờng mở máy bằng cách hạ điện áp Stato để từ đó giảm đ-

ợc dòng khởi động

Với vai trò quan trọng nh 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 độngbằng 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 đợc giao là

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

Đồ án của em gồm:

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

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

Chơng III: Các phơng pháp khởi động

Chơng IV: Chọn phơng án và tính toán

Chơng 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 trongquá trình học tập vừa qua và em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trận Trọng Minh,thầy đã tận tình hớng dẫn, chỉ bảo để em hoàn thành tốt bản đồ án này Trongthời gian thực hiện mặc dù đã rất cố gắng song không tránh khỏi những saisót Em mong các thầy giáo, cô giáo chỉnh sửa cho em

Em xin chân thành cảm ơn

3

Phần I Giới thiệu máy điện không đồng bộ

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

c Dây quấn.

Dây quấn stato đợc đặt vào các rãnh của lõi sắt và đợc cách điện tốt vớilõi sắt

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 ngời ta dùng các lá thép kỹ thuật điện nh ở stato Lõi sắt

đợc ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy Phía ngoài của láthép 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 nh dây quấn stato.Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thờng dùng dây quấn kiểu sóng hai lớpvì bớt đợc những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ Trong máy

điện cỡ nhỏ thờng dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba pha của rôtothờng đấu hình sao, còn ba đầu kia đợc nối vào ba vành trợt thờng 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 thểthông qua chổi than đa điện trở phụ hay s.đ.đ phụ vào mạch điện rôto để cảithiện hệ số công suất của máy Khi máy làm việc bình thờng dây quấn rôto đ-

ợc nối ngắn mạch

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

Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt Để cải thiện tínhnăng mở máy, trong máy công suất tơng đối lớn, rãnh rôto có thể làm thànhdạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép.Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thờng dùng đợc làm chéo đi một góc so vớitâm 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 chếdòng điện từ hóa lấy từ lới vào và nh vậy mới có thể làm cho hệ số công suấtcủa máy cao hơn

3 Các lợng định mức

Cũng nh tất cả các loại máy điện khác, máy điện không đồng bộ có cáctrị số định mức đặc trng cho điều kiện kỹ thuật của máy Các trị số này do nhàmáy thiết kế, chế tạo quy định và đợc ghi trên nhãn máy Vì máy điện không

đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các trị

số định mức của động cơ điện khi máy tải định mức Các trị số đó thờng baogồm: công suất định mức ở đầu trục Pđm (kW hay W), dòng điện dây định mứcIđm (A), điện áp định mức Uđm (V), cách đấu dây (Y hay ∆), tốc độ quay địnhmức nđm (vg/ph), hiệu suất định mức ηđm và hệ số công suất định mức cosϕđm

đm

P

P = = 3U I cos ϕ η

5

Mômen quay định mức ở đầu trục:

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, giáthành hạ nên động cơ không đồng bộ là một loại máy đợc dùng rộng rãi nhấttrong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìnkilooat Trong công nghiệp thờng 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 ởcác nhà máy công nghiệp nhẹ v.v…Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạtthông gió Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công sảnphẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dầnchiếm 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 vàsinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngàycàng rộng rãi

Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhợc điểm nh cosϕ củamáy thờng không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụngcủa máy điện không đồng bộ có phần hạn chế

Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhng đặc tínhkhông tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một vài trờng hợp nào

đó nh (nh trong quá trình điện khí hoá nông thôn) cần nguồn điện phụ hay tạmthời thì nó cũng có một ý nghĩa quan trọng

5 Đặc tính của động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ đợc sử dụng rất rộng rãi trong thực tế Ưu điểmnổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rôtolồng 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 l-

ới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổikèm theo

Nhợc điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khốngchế các quá trình quá độ khó khăn, riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉtiêu khởi động xấu hơn

Xét về cấu tạo, ngời ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại: Độngcơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc (còn gọi là động cơ rôto ngắnmạch)

5.1 Phơng trình đặc tính cơ.

Để thành lập phơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sửdụng sơ đồ thay thế Trên H1 là sơ đồ thay thế một pha của động cơ không

đồng bộ Khi nghiên cứu ta đa 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 vàonhiệt độ, điện trở rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto, mạch từkhông bão hoà nên điện kháng X1, X2 không đổi.

- Tổng dẫn mạch từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá không phụthuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato động cơ

- Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn

thất trong lõi thép

- Điện áp lới hoàn toàn sin và đối

xứng ba pha

Với những giả thiết trên ta có sơ

đồ thay thế một pha của động cơ nh H1

Trong đó:

Uf1 – trị số hiệu dụng của điện áp

pha stato

Ià , I1, I2’ – các dòng điện hoá,

stato và dòng điện rôto đã quy đổi về

stato

Xà, X1δ, X’

2 δ - điện kháng mạch từhoá, điện kháng tản stato và điện kháng

tản rôto đã quy đổi về stato

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

và rôto đã quy đổi về stato

S - độ trợt của động cơ

1 1

Biểu thức (1.3) là phơng trình đặc tính dòng điện stato và có thể biểudiễn trên H 2

I1nm – dòng điện ngắn mạch stato

Ià là dòng điện từ hoá có tác dụng tạo

ra từ trờng quay khi động cơ quay với tốc độ

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 đa ra trên trục động cơ

∆P2: công suất tổn hao đồng trong rôto

2 f1 2

2

3U ' R 'M

Nếu biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ là đờng cong nh H4 Có thể xác

định các điểm cực trị của đờng cong này bằng cách giải dM 0

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

ngời ta quan tâm nhiều đến trạng thái làm

việc của động cơ nên các đờng đặc tính

cơ lúc này thờng biểu diễn trong khoảng

2M (1 as )M

ss

=

Đối với các động cơ công suất lớn thờng R1 rất nhỏ so với Xn m, lúc này

có thể bỏ qua R1, nghĩa là coi R1 = 0, as th = 0 và (1.13) có dạng gần đúng:

th th th

2MM

ss

X

2 f1 th

1 nm

3UM

th th

2MM

β = −

Nh vậy trên đoạn làm việc của đặc tính cơ không đồng bộ β cógiá trị âm gần nh không đổi

Đối với đoạn đặc tính s > sth’ , khi s>> sth bỏ qua sth

s và phơngtrình đặc tính cơ sẽ là:

th th2M sM

s

th th 2 1

2M ss

β =

Trong đoạn làm này độ cứng β là dơng và giá trị của nó biến đổi

Động cơ không đồng bộ làm việc trên đoạn đặc tính này

5.2 ảnh hởng của các thông số đến đặc tính cơ.

Từ phơng trình đặc tính cơ điện động cơ không đồng bộ, ta thấy cácthông số ảnh hởng đắc tính bao gồm:

- ảnh hởng điện trở, điện kháng mạch stato (nối thêm điện trở phụ R1fvàX1f mạch stato)

- ảnh hởng điện trở mạch rôto (nối

thêm điện trở phụ R2f vào mạch rôto đối

với động cơ rôto quấn dây)

- ảnh hởng của suy giảm điện áp lới

cấp cho động cơ

- ảnh hởng của thay đổi tần số lới

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 (trờng hợp này xảy ra đối với

động cơ nhiều cấp tốc độ)

Trong phần này ta sẽ lần lợt xét ảnh

hởng trên:

a ảnh hởng của suy giảm điện áp

l-ới cấp cho động cơ.

Khi điện áp lới suy giảm theo (1.12)

mômen tới hạn sẽ giảm bình phơng lần độ

suy giảm của điện áp Trong khi đó tốc độ

đồng bộ ω1 giữ nguyên và độ trợt tới hạn sth

không thay đổi Ta có dạng đặc tính cơ khi

điện áp lới giảm trên H.6 Đặc tính này

thích hợp với phụ tải bơm và quạt gió không

thích hợp với tải không đổi

Ngoài ra đối với động cơ công suất

lớn làm việc với phụ tải bơm hoặc quạt gió,

X f trong mạch stato.

a) Sơ đồ với R 1f ; b) Với X 1f ; c) Đặc t?nh cơ

b ảnh hởng của điện trở, điện kháng hở mạch stato.

Ta thấy khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stato R1f và X1fthì ω1 = const, sth giảm Mth giảm nên đặc tính cơ có dạng nh hình 7.

Ta thấy rằng khi cần tạo ra đặc tính có mômen khởi động là Mnm thì đặctính cơ với Xf trong mạch cứng hơn đặc tính cơ với Rf

Dựa vào tam giác tổng trở ngắn mạch có thể xác định đợc R1f hoặc X1ftrong mạch stato khi khởi động (hình 8)

Giả sử cần hạn chế dòng điện khởi động từ Inm ứng với đặc tính tự nhiên

đến dòng Inm ứng với đặc tính có R1f hoặc X1f trong mạch Stato:

Còn: I'nm = αInm (α < 1)

M'nm = α2MnmTơng ứng trong tam giác tổng trở ngắn mạch: Z'nm = Znm

α

R1f =

2 2 nm

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 Nhng khi thay đổi số đôi cực sẽ thay đổi cách đấudây ở stato động cơ nên một số thông số nh Uf, R1, X1 có thể thay đổi và do đótuỳ từng trờng hợp sẽ ảnh hởng khác nhau đến mômen tới hạn Mth của động cơhình 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

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 hởng của điện trở mạch rôto.

Đối với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ngời ta thờng mắc thêm

điện trở phụ vào mạch rôto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điềuchỉnh tốc độ động cơ

Khi đa R2f vào rôto thì

ω1 = const.

Mth = conststh = 2 2f

nm

R' RX

=

&

R2f càng lớn sth sẽ càng lớn và theo 1-20) thì cơ càng nhỏ nghĩa là đặctính cơ càng mềm Khi đặc tính cơ nằm trong đoạn làm việc

điều kiện khởi động và đặc điểm của phụ tải mà chọn trị số điện trở phụ chothích hợp

13

2 3

c)

ω 0 ω

1 2 3 TN

M

Hình 10: ảnh hởng 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

e ảnh hởng của thay đổi tần số lới 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 trờng quay và tốc độ động cơ thay đổi

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

2 2

nm 1

3p UM

f

- Trờng 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 vậykhi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho động cơsinh ra đợc mômen nh trong chế độ định mức Đó là bài toán tìm quy luật tối -

u 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 đợc giữ không đổi ở vùng f1

> f1đm, mômen tới hạn Mth tỷ lệ nghịch với bình phơng 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 từtrờng quay p đôi cực, quay với tốc độ là n1 = 60f

p Từ trờng quay cắt cácthanh 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 dẫnrôto Lực tác dụng tơng hỗ giữa từ trờng quay của máy với thanh dẫn mangdòng điện rôto, kéo rôto quay chiều quay từ trờng với tốc độ n.

Để minh hoạ, trên hình 11 vẽ từ trờng 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 bàntay phải, ta căn cứ vào chiếu chuyển động tơng đối của thanh dẫn với từ trờng:Nếu cơi từ trờng đứng yên, thì chiếu chuyển động tơng đối của thanh dẫn ngợcvới chiều n1, từ đó áp dụng qui tắc bàn tay phải, xác định đợc sđđ nh hình vẽ(dấu ⊗ chỉ chiều đi từ ngoài vào trang giấy)

Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trờng quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trợtn2

III Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ.

Dựa vào các phơng trình cơ bản (1.51), hoàn toàn tơng tự nh với máybiến áp ta có thể thiết lập đợc mạch điện thay thế hình T cho máy điện không

đồn bộ khi rôto quay nh ở hình 13 Nhng chú ý rằng đối với máy biến áp tổngtrở Zt mắc ở mạch thứ cấp là đặc trng cho tải (điện) ở mạch ngoài, còn ở máy

15

điện không đồng bộ điện trở giả tởng 1 sr'2

s

− đặc trng cho sự thể hiện công

suất cơ trên trục máy

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

Nh 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 đơngiản Vì vậy mạch điện thay thế đợc sử dụng rộng rãi

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

Thờng để thuận lợi cho tính toán, ngời ta biến đổi mạch điện thay thếhình T thành mạch điện thay thế hình Γ đơn giản hơn Các biến đổi nh sau:

Từ hình 14, ta có:

1 2 2s

EI

m

EI

1 Sr

S

−

=

& & &

& & &

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

1 2

C x•

2 ' 2

1 rCS

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 có1thể coi 1

IV Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ.

Nh 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 trợt s mà có thể dùngmạch 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 lới điện vào với P1 = m1U1I1cosϕ1 Mộtphần nhỏ của công suất đó biến thành tổn hao đồngcủa dây quấn stato

Hiệu suất của động cơ điện:

2

pP

19

Phần II Khởi động Động cơ không đồng bộ

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

Nếu mô men khởi động nhỏ hơn Mômen cản → Động cơ không khởi

động đợc Nếu khởi động đợc sẽ làm tăng Ikđ > Iđm làm máy phát nóng, h hạithiết bị…

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

Khi mở máy thi rôto đang đứng yên, hệ số trợt 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 ữ 7 lần →

làm máy nóng, điện áp lới giảm sút

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

+ ảnh hởng của các thông số:

- Điện áp không định mức: Đây là trờng hợp thờng gặp trongthực tế

U< Uđm

Nh ta đã biết M ≈ U2 nên mô men sẽ giảm bình phơng l ần so với điện

áp Đồng thời U ≈ E ≈φ nên khi đó nếu U ↓ thì sức điện động E và từ thông φ

cũng ↓ với mức độ nh vậy Nếu môn men tải không đổi thì dòng khởi động Iphải tăng lên → làm máy phát nóng Về mặt tổn hao điện áp giảm có ảnh h-ởng

Tổn hao trong thép giảm đi gần tỷ lệ với bình phơng của điện áp, tổnhao đồng trong rôto tăng tỷ lệ với bình phơng dòng điện…

- Tần số không định mức:

+ Xét tổng hợp khi tăng tần số f1 > fđm

Mth =

2 2 2

+ ảnh hởng điện trở mạch Roto:

Đối với động cơ không đồng bộ roto dây quấn ngời ta thờng mắc thêm

điện tử phụ

R2f vào mạch roto nhằm hạn chế dòng khởi động…

Khi đa R2f vào roto thì:

W1 = constMth = constRth = R'2 + R2f X1 + X2

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

mở máy đối với với động cơ điện cũng khác nhau Có khi yêu cầu mở máy đốivới động cơ điện cũng khác nhau Có khi yêu cầu mômen hoạt động lớn, cókhi cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi là cả 2 Cho nên để tránh nhữngtổn hao, h hỏng cho động cơ, nền móng, nhà xởng… Chúng ta cần bảo đảmnhững 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

- Phơng 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

21

Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn Dâyquấn nối với nguồn để thu năng lợng vào gọi là dây quấn sơ cấp Dây quấn nóivới tải để đa năng lợng ra gọi là dây quấn thứ cấp Dòng điện, điện áp, côngsuất… Của từng dây quấn sẽ có kèm theo tên gọi sơ cấp và thứ cấp tơng ứng,

ví dụ dòng điện sơ cấp I1, điện áp thứ cấp U2… Dây quấn có điện áp cao gọi làdây 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 máybiến áp giảm áp, nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp ta có máy biến áptăng 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 hệthống dòng điện xoay chiều một pha gọi là máy biến áp một pha; máy biến ápbiến đổi hệ thống dòng xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp một pha; máybiến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp bapha Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến áp dầu; máy biến áp khôngngâm 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 lu; 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 lờng dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn khi

đa 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 trờng hợp điện áp của các lới điện sơ cấp và thứ cấp khác nhaukhông nhiều, nghĩa là tỉ số biến đổi điện áp nhỏ, để đợc kinh tế hơn về chế tạo

và vận hành ngời ta dùng máy biến áp tự ngẫu thay cho máy biến áp hai dâyquấn

Máy biến áp tự ngẫu khác máy biến áp hai dây quấn ở chỗ dây quấn hỗcảm các dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn liên hệ trực tiếp với nhau về điện Dâyquấn sơ cấp và thứ cấp còn liên hệ trực tiếp với nhau về điện Dây quấn sơ cấpcủa máy biến áp tự ngẫu đợc nối song song với lới điện còn dây quấn thứ cấp

đợc nối tiếp với lới điện Hình dới 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 ngợc nhau

kế máy biến áp tự ngẫu tức là dung lợng truyền qua từ trờng bằng:

23

Và tỉ số biến đổi điện áp của lới điện:

tế đợc dùng nhiều Cũng từ bảng I ta thấy rằng, nếu k' càng gần bằng 1 thìcàng có lợi Thông thờng thì máy biến áp tự ngẫu có k' & ≤ 2,5 và dùng đểnối liên lạc các lới điện có điện áp khác nhau không nhiều: 110, 150, 220,

nghĩa là giảm còn 1 1

k'

 − 

  so với tổn hao tính theo dung lợng thiết kế

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

Cũng tơng tự nh 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 ∆U hay điện áp rơi trong máy biến áp tự ngẫu cũng nhỏhơn Cần chú ý rằngdo điện áp ngắn mạch của nó sẽ tăng lên tơng ứng

Ngoài ứng dụng trong hệ thống điện lực để truyền tải điện năng, máybiến áp tự ngẫu còn đợc dùng để mở máyđộng cơ điện không đồng bộ Máybiến áp tự ngẫu cũng còn đợc dùng rộng rãi trong phòng thí nghiệm để thay

đổi liên tục điện áp Trong trờng hợp này, số vòng dây thứ cấp đợc thay đổibằng cách dùng chổi than tiếp xúc trợt với dây quấn

II Dùng máy biến áp tự ngẫu.

Ta có T là biến áp tự ngẫu Bên cao áp nối với lới điện, bên hạ áp nốivới 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) thìU'k = kTU1 Do đó dòng mở máy và

mô men mở máy là:

I'k = kTI K và M'k= kT 2 Mk

Gọi dòng lấy vào từ lới điện là

I1 thì → I1=kTI'k=k2 T.Ik.

+ Ưu điểm: Giảm dòng điện

mở máy khi vẫn giữ nguyên đợc

Mômen mở máy Hoặc có thể giữ

nguyên dòng điệnmở máy mà vẫn

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