thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha bằng thyristor

Đặc điểm của động cơ không đồng bộ: Cấu tạo đơn giản đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc Vận hành tin cậy, chắc chắn, giá thành hạ Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha nên không c

Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường Đại Học Quy Nhơn Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên : Trần Duy Sơn

Khoá : K 27

Khoa : Kỹ Thuật & Công Nghệ

Ngành học : Kỹ thuật điện

I Đầu đề thiết kế:

Thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha bằng Thyristor

II Các số liệu ban đầu:

Động cơ không đồ bộ xoay chiều ba pha có các thông số sau:

M M

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Khái quát về động cơ không đồng bộ

Thiết kế mạch động lực

Thiết kế mạch điều khiển, bảo vệ

IV Các bản vẽ đồ thị ( ghi rõ các loại bản vẽ, về kích thước bản vẽ )

-

-

-

-

VI Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : Ngày …Tháng …Năm 2009 VII Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế: Ngày …Tháng …Năm 2009 CHỦ NHIỆM KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ( Ký, ghi rõ họ tên ) ( Ký, ghi rõ họ tên ) T.S: NGUYỄN NGỌC MỸ TH.S: NGUYỄN THÁI BẢO Kết quả điểm đánh giá: Quá trình thiết kế:

Bảo vệ thiết kế:

Quy Nhơn, ngày … tháng ……năm 2009 Chủ tịch hội đồng ( Ký và ghi rõ họ tên )

Sinh viên thực hiện ( Ký và ghi rõ họ tên )

Trần Duy Sơn

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ không đồng bộ ba pha là một thiết bị điện được sử dụng rất phổ biến trong mọi lĩnh vực sản xuất và đời sống, thay cho các động cơ khác vì nó có nhiều ưu điểm như khởi động đơn giản, rẻ tiền và kích thước gọn nhẹ, vận hành tin cậy, nhất là loại rôto lồng sóc ( như quạt gió, bơm nước, truyền động để di chuyển các băng tải sản xuất…).

Nhược điểm của nó là đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên trước đây với các phương pháp điều khiển, mở máy động cơ không đồng bộ còn gặp nhiều khó khăn và hạn chế Bởi vì các thiết bị điều khiển còn thô sơ, đơn giản, nên động cơ không đồng bộ này phải nhường chổ cho động cơ điện một chiều

Ngày nay với sự phát triển của các lý thuyết điều khiển, truyền động cộng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật như vi xử lý, điện tử công suất nên đã hạn chế được nhược điểm trên, đưa động cơ không đồng bộ trở thành phổ biến Nhằm nâng cao năng suất cũng như tự động hoá trong quá trình sản xuất, đã góp phần đáng kể vào mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.

Do vai trò của động cơ không đông bộ là quan trọng nên em chọn đề tài

“Thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha bằng Thyristor” là

một đề tài khó nhưng rất thực tiện và phổ biến đòi hỏi sự am hiểu nhất định trong lĩnh vực điện tử cũng như máy điện

Trong quá trình thiết kế được sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của Thạc sỹ: Nguyễn Thái Bảo và các thầy cô giáo có kinh nghiệm trong khoa: Kỹ Thuật -

Công Nghệ - Trường Đại Học Quy Nhơn Em đã hoàn thành “Đề Tài Tốt Nghiệp” Đề tài gồm có bốn phần sau đây:

Phần I: Khái quát động cơ không đồng bộ ba pha.

Giới thiệu sơ lược về động cơ không đồng bộ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính cơ của động cơ không đồngbộ Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ.

Phần II: Chọn mạch động lực.

Chọn, tính toán các thông số và bảo vệ mạch động lực.

Tính toán các đặc tính của động cơ.

Tính toán các thông số điều khiển.

Phần III: Chọn và tính toán mạch điều khiển.

Các mạch điều khiển cơ bản.

Tính toán các thông số của mạch điều khiển.

Phần IV: Thiết kế tủ điện.

Mặc dù bản thân em đã có nhiều cố gắng, nổ lực nhưng do thời gian hạn chế và kiến thức còn thiếu không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các thầy,

cô tận tình chỉ bảo để cho Đề Tài được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cám ơn các tác giả, các thầy, cô giáo, các kỹ sư, bạn bè, đặc biệt là Thạc Sỹ: Nguyễn Thái Bảo đã tận tình giúp đở em hoàn thành Đề Tài này.

Sinh Viên Thực Hiện Trần Duy Sơn

MỤC LỤC

PHẦN I KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

III.2.2 Ảnh hưởng của tần số lưới điện f 1 cấp cho động cơ 26 – 27

III.2.3 Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato 27 – 28

III.3.2.1 Phương pháp mở máy trực tiếp động cơ điện không

III.3.2.2.1 Phương pháp nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato.32 – 33

III.3.2.2.2 Phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu giảm điện áp

III.3.2.2.4 Phương pháp mở máy bằng cách nối thêm điện trở phụ

III.3.2.2.6 Phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ lợi dụng

hiệu ứng ngoài ở dây quấn Rôto lồng sóc 38 – 41

PHẦN II TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC

II.2.2 Bảo vệ quá áp cho van. 51 – 52

PHẦN III CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

I.2.1.4 Khâu đồng pha dùng Transistor quang và khuếch đại thuật

I.2.3.2 Sơ đồ tạo xung chùm đa hài dùng khuếch đại thuật toán 85 – 87

I.2.4 Chọn mạch điều khiển 87

PHẦN IV THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN

PHẦN I KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

I Cấu tạo và đặt điểm của động cơ không đồng bộ:

I.1 Cấu tạo:

Động cơ không đồng bộ gồm hai phần chính: phần tĩnh và phần quay

Trong đó:

4) Stato 5) Chân đế lắp cố định 6) Rôto Hình1-1: Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

I.1.1: Cấu tạo phần tĩnh ( stato ):

Gồm võ máy, lõi sắt và dây quấn

I.1.1.1 Võ máy:

Võ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cốđịnh máy trên bệ và không dùng để dẫn từ Đối với máy có công suất lớn(1000KW) thường dùng thép tấm hàn lại thành võ

I.1.1.2 Lõi sắt

Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35mm đến 0,5mm ghép lại.Lõi sắt là phần dẫn từ vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường xoay chiều, nhằmgiảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủlớp sơn cách điện Mặt trong của lõi thép có xẻ rãnh để đặc dây quấn

I.1.1.3 Dây quấn:

Dây quấn stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện ( dây điện từ ) được đặttrong rãnh của lõi sắt Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch nhau 1200điện

I.1.2 Cấu tạo phần quay ( Rôto ):

I.1.2.3 Dây quấn rôto:

Gồm hai loại: loại rôto dây quấn và loại rôto ngắn mạch ( còn gọi là rôtolồng sóc )

* Loại rôto kiểu dây quấn:

Dây quấn rôto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số cực stato Cácđộng cơ công suất trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu song hai lớp đểgiảm được những đầu nối dây và kết cấu dây quấn rôto chặc chẽ hơn Các động

cơ công suất nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn rôto thường

nối sao ( Y ) Ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng, cố định trên trục rôto

và được cách điện với trục nhờ 3 chổi than tỳ sát vào 3 vòng tiếp xúc, dây quấnrôto được nối với 3 biến trở bên ngoài để mở máy hay điều chỉnh tốc độ

* Loại rôto kiểu lồng sóc:

Loại dây quấn này khác với dây quấn stato, mỗi rãnh của lõi sắt được đặtmột thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòngngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thành 1 cái lồng người ta gọi là lồng sóc

Hình 1-3: Dây quấn của rôto kiểu lồng sóc

Ngoài ra dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi thép, rãnh rôto cóthể làm thành dạng rãnh sâu hoặc thành hai rãnh gọi là lồng sóc kép dung chomáy có công suất lớn để cải thiện tính năng mở máy Với động cơ công suất nhỏrãnh rôto thường đi chéo một góc so tâm trục

I.1.2.4 Khe hở:

Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2mm ÷ 1mm) Do đó rôto

là một khối tròn nên rôto rất đều

I.2 Đặc điểm của động cơ không đồng bộ:

Cấu tạo đơn giản đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc

Vận hành tin cậy, chắc chắn, giá thành hạ

Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị cácthiết bị kèm theo

Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato ( n < n1)

Trong đó:

n : Tốc độ quay của rôto

n1: Tốc độ quay từ trường quay của stato ( tốc độ đồng bộ của động cơ )

I.3 Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ:

Công suất định mức Pđm là công suất cơ hay công suất điện máy đưa ra Điện áp định mức Uđm và dòng điện định mức Iđm

Vd: Trên nhãn máy có ghi /Y 220v/380v - 7.5/4.3A ta sẽ hiểu như saukhi điện áp lưới điện là 220v thì ta nối dây quấn stato theo hình  Và dòng điệnđịnh mức là 7.5 A Khi điện áp lưới điện là 380v thì ta đấu dây quấn stato theohình Y, dòng điện định mức là 4.3 A

Hệ số công suất định mức : cosđm

Tốc độ quay định mức nđm (vòng/ phút )

Tần số định mức fđm (hz)

I.4 Cách đấu dây của động cơ:

Tuỳ theo điện áp của lưới điện mà ta đấu dây stato theo hình Y hay hình .Mỗi động cơ điện ba pha gồm có ba dây quấn pha Khi thiết kế người ta đã quyđịnh điện áp định mức cho mỗi dây quấn Động cơ làm việc phải đúng với điện

áp quy định ấy Để thuận tiện cho việc đấu động cơ, người ta ký hiệu 6 đầu dây

của ba dây cuốn động cơ AX, BY, CZ và đưa 6 đầu dây nối ra 6 bu lông ( 1….6 )

ở hộp dây trên vỏ động cơ

Cách đấu 6 đầu dây như thế nào để điện áp vào động cơ luôn là định mức

- Động cơ ba pha có điện áp định mức cho mỗi pha dây quấn là 220V ( UP = 220V ), trên nhãn động cơ ghi là  / 220V/380V

Nếu động cơ làm việc ở mạng điện có Ud = 380V, thì động cơ phải đấutheo hình sao (Y) Muốn nối hình sao ta nối ba điểm cuối của pha với nhau tạothành điểm trung tính Ba điểm đầu nối với nguồn

Cách đấu như hình vẽ:

- Trường hợp động cơ làm việc ở mạng điện có điện áp 220v thì động cơphải đấu theo hình ∆ Muốn nối hình tam giác, ta lấy đầu pha này nối với cuối củapha kia Cách nối tam giác không có dây trung tính

Hình 1-5: Hộp đấu dây quấn stato theo hình tam giác

Trong cách nối tam giác

Ud = Up

Id = 3 Ip

Khi đó điện áp vào mỗi dây quấn là 220v

I.5 Vai trò của động cơ không đồng bộ:

F dt

Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động

cơ điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu quả cao, giá thành hạ nênđộng cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh

tế quốc dân với công suất từ vài chục đến vài nghìn KW Trong công nghiệpthường dùng động cơ không đồng bộ là bộ phận động lực cho máy cán thép vừa

và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, vv…Trong hầm mỏ dùng làm máy tưới hay quạt gió Trong công nghiệp dùng để làmmáy bơm hay máy gia công nông sản

Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm sau: đó là coscủa máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụngcủa máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế

II Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ:

Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong dây quấn cócác dòng điện Hệ thống dòng điện này tạo ra từ trường quay với tốc độ:

1 1

Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây quấn rôto một suất điện động E(chiều suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải), vì vậy dây quấn rôtonối ngắn mạch nên trên thanh dẫn rôto hình thành 1 dòng điện lớn Sự tác đụngtương hỗ giữa dòng điện của rôto với từ trường của stato tạo nên một lực điện từtác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề mặt rôto tạo ra mômen làmcho rôto quay Chiều quay của rôto theo quy tắc của từ trường được minh hoạtheo hình.1- 6

H.1-6: Nguyên lý làm việc của ĐCKĐB.

Tốc độ rôto n được gọi là tốc độ làm việc và luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từtrường n1 Vì nếu tốc độ quay của rôto bằng tốc độ của từ trường có thể xem cuộndây của rôto và từ trường đứng yên nên không xãy ra hiện tượng cảm ứng điện từtrên cuộn dây rôto Vì vậy chỉ trong trường hợp tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc

độ quay của từ trường mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto.Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt

1

1

n

n n

Trong đó:

s : hệ số trượtn1: tốc độ quay

n : tốc độ quay của rôto

Hệ số trượt của động cơ không đồng bộ có trị số nằm trong khoãng từ 0 ÷ 1Khi s = 0 : tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường ở chế độ không tải lý tưởngKhi s = 1 : rôto đứng yên ( n = 0) mômen trên trục bằng mômen mở máyKhi động cơ quay ở tải định mức, có hệ số trượt định mức tương ứng có tốc

độ quay của rôto đinh mức Hệ số trượt định mức nằm trong khoảng 0,01 ÷ 0,06

Từ công thức ( 1 – 1) ta có thể tính được tốc độ quay của động cơ không tải

Dòng điện trong dây quấn và từ trường quay tác dụng lực tương hổ lên nhaunên khi rôto chịu tác dụng của mômen M thì từ trường quay cũng chịu tác dụngcủa mômen theo chiều ngược lại Muốn cho từ trường quay với tốc độ n1 thì nóphải nhận một công suất đưa vào gọi là công suất điện từ.

60

2 n1M M

Trong đó:

60

.

2

1

' 2

n M M

' 2 2

III Các phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ:

III.1 Các đặc tính cơ bản của động cơ không đồng bộ.

III.1.1 Phương trình đặc tính cơ:

Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sửdụng sơ đồ thay thế Trên hình 1-6 là sơ đồ thay thế 1 pha của động cơ khôngđồng bộ Khi nghiên cứu ta đưa ra một số giả thiết sau đây:

Ba pha của động cơ là đối xứng

Các thông số động cơ là 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 bảohòa nên điện kháng X1, X2 không đổi

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

Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép

Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha

Với giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ:

Hình.1- 6: Sơ đồ thay thế một pha của động cơ

I : các dòng điện từ hóa, stato và dòng điện roto đã quy đổi vềstato

2

'

1,,R R

R : các điện trở tác dụng của mạch từ hóa của cuộn dây stato vàrôto đã quy đổi về stato

' 1

1 , ,  

2 1 1

1 1

nm

f

X s

R R X

R U

1

( 1 – 17 )Trong đó:

I1nm: dòng điện ngắn mạch stato

I : là dòng điện từ hóa có tác dụng tạo ra từ trường quay khi động cơquay với tốc độ đồng bộ

Ta cũng tính được dòng điện rôto quay quy đổi về stato



FS

I1

I1nm

Rf = 0

ĐC

Rf = 0

1



0

2 ' 2 1

1 '

2

nm

f

X s

R R

U I

1 2

2 '

nm

f nm

X R R

U I

Mđt: là mômen điện từ của động cơ

Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì: Mđt = Mcơ = M ( 1 – 21 )

Công suất đó chia thành hai phần:

Pcơ : công suất đưa ra trên trục động cơ

Nên

1

' 2 '

2

3 2



s

R I

' 2

' 1

.

.

nm

f

X s

R R s

R U M

  : tốc độ đồng bộ ứng với Mc = 0

Đây là phương trình biểu thị mối quan hệ M = f(s) = f [s( )] gọi là phương trìnhđặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều ba pha

Hình 1- 9: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ KĐB.

Với những giá trị khác nhau của s ( 0 ≤ s ≤ 1 ) sẽ cho ta những gía trị tươngứng của M Đường biểu diễn M = f(s) là đường đặc tính cơ của động cơ điệnkhông đồng bộ

SthF

MthĐ0

Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K, tại điểm đó:

2 2 1

' 2

nm

th

X R

R S

2

3

2 2 1 1 1

2 1

nm

f th

X R R

U M

Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thể biểu diễn thuậntiện hơn bằng cách phương trình CLOSS:

th th th

th th

s a s

s s

s

s a M

M

.

1 2

Đối với những động cơ công suất lớn thường R1 rất nhỏ so với Xnm, lúc này

có thể bỏ qua R1, nghĩa là coi R1 = 0, asth = 0 và (1 – 31 ) có dạng gần đúng:

s

s s

s

M M

th th

X

R S

' 2



nm

f th

X

U M

1

2 1

2

3





Nhiều trường hợp cho phép ta sử dụng những đặc tính gần đúng bằng cáchtuyến tính hoá các đặc tính trong đoạn làm việc Vì dụ ở vùng độ trượt nhỏ s ≤ sth

M M

Với đặc tính tuyến tính hoá đường 1 ( H 1-9)

1

1 2

M s

M

th th

Như vậy trên đường đặc tuyến của động cơ không đồng bộ  có giá trị âm

và gần như không đổi

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

M 2 th th

Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ được biểu diễn ở H.1- 9.

H.1-11: Đặc tính cơ của động cơ KĐB

Đoạn đặc tính cơ AK gần thẳng và cứng, trên đoạn này mômen tăng thì tốc

độ động cơ giảm Do đó động cơ làm việc trên đoạn đặc tính này sẽ làm việc ổnđịnh

III.2: Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ của động cơ KĐB:

Từ phương trình đặc tính cơ (1 – 27) của động cơ không đồng bộ, ta thấy cácthông số ảnh hưởng đặc tính cơ bao gồm

- Điện áp lưới Uf1

- Tần số lưới điện cung cấp cho động cơ f1

- Điện trở, điện kháng mạch stato ( nối thêm điện trở phụ R1f và X1f vàostato)

- Điện trở mạch rôto ( nối thêm điện trở phụ R2f vào mạch rôto đối vớiđộng cơ rôto quấn dây)

- Ảnh hưởng số đôi cực p của động cơ

Khi các thông số này thay đổi sẽ gây ra biến động các đại lượng:

Mđm

A

Mth0

Sth

th



th

X R

R s

2 1

2

3

nm

ph th

X R R

U M

III.2.1: Ảnh hưởng của điện áp nguồn cung cấp cho động cơ:

Điện áp lưới Uf1: thay đổi bằng cách sử dụng bộ điện áp xoay chiều Cáctham số còn lại là hằng số

Khi Uf1 giảm  ( Mth ) Mômen tới hạn sẽ giảm bình phương lần độ suygiảm của điện áp Mth giảm  U12 giảm

không thay đổi Vậy ta có đường đặc tính cơ trong trường hợp này

Hình 1-12: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

khi giảm điện áp cấp cho động cơ

Vậy khi giảm điện áp cấp cho động cơ làm cho Mth giảm nhanh Tuy nhiênSth không đổi vì vậy phương án giảm điện áp thường thích hợp cho dạng phụ tảinhư: quạt gió , máy bơm ly tâm

III.2.2 Ảnh hưởng của tần số lưới điện f 1 cấp cho động cơ:

Thay đổi bằng cách sử dụng bộ biến tần dùng cho cả động cơ dây quấn vàlồng sóc

Xuất phát từ biêu thức : 1 =

P

2  , ta thay đổi tần số f1 làm cho tốc

độ từ trường quay thay đổi  tỗc độ động cơ thay đổi theo

Khi f1> f1đm ta có :  Sth =



 f L L P

2 1 1

L P

f

U

2 1 '

2 1 2

2

21

Khi f1 giảm  1 giảm  Sth tăng  Mth tăng Xnm giảm

Ta có đặc tính cơ trong 2 trường hợp

Hình 1-13: Đặc tính cơ khi thay đổi tần số lưới điện f 1 cấp cho động cơ

Trong trường hợp khi tần số nguồn cấp cho động cơ giảm dẫn đến tổng trở

của mạch giảm ( vì tổng trở của mạch tỉ lệ thuận theo tần số ) với giá trị điện áp

giữ không đổi thì dòng điện khởi động tăng rất nhanh do vậy khi giảm tần số cầngiảm điện áp theo một quy luật nhất định để giữ mômen theo chế độ định mức Qua đồ thị đặc tính cơ ta thấy rằng:

Khi f1< f1đm với điều kiện

f

U

1

1

= const thì Mth giữ ở không đổi

Khi f1> f1đm thì Mth tỉ lệ nghịch với bình phương tần số

Khi tăng giảm tần số f1 cấp cho động cơ chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động

cơ trường hợp mở máy rất ít dùng hoặc có dùng thì dùng riêng

III.2.3 Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato:

Được thực hiện bằng cách mắc thêm điện trở (R1f ) hoặc điện kháng (X1f ) nối tiếp vào phía stato của động cơ

Tốc độ từ trường không đổi: 1 = const , Sth giảm , Sth giảm

Hình 1- 14: Động cơ KĐB với R f và X f trong mạch stato.

a) Sơ đồ với R 1f ; b) Sơ đồ với X 1f ; c) Đặc tính cơ

Ta thấy rằng khi cần tạo ra đặc tính có mômen khởi động là Mmm thì đặctính cơ ứng với X1f trong mạch cứng hơn đặc tính cơ với R1f

Dựa vào tam giác tổng trở ngắn mạch có thể xác định được X1f, hoặc R1ftrong mạch stato khi khởi động

III.2.4: Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato:

Chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ,sử dụng bộ điềuchỉnh xung điện trở người ta thực hiện bằng cách mắc thêm R2f vào mạch rôto

Sth =

X

R R

nm f

' 2

'

2

tăng  dòng điện mở máy giảm

Hình 1-15: Ảnh hưởng của điện trở mạch roto đến đặc tính cơ a) Sơ đồ đấu dây ; b) Đặc tính cơ

Vậy R1 càng tăng, dòng điện khởi động càng giảm, Mkđ tăng lên Sau đómômen khởi động sẽ giảm Do đó căn cứ vào điều kiện khởi động và đặc điểmcủa phụ tải mà chọn điện trở cho thích hợp

III.2.5 Ảnh hưởng số đôi cực p:

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

cơ giữ nguyên Nhưng khi thay đổi số đôi cực sẽ phải thay đổi cách đấu dây ởstato nên một số thông số như U1 (điện áp vào stato) R1, X1 có thể thay đổi do đótừng trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mômen tới hạn Mth của động cơ

a) b)

Hình1.16: Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực của động cơ không

đồng bộ.

b) Thay đổi số đôi cực với P 2 = P 1/2 và P 1 = const

III.3 Mở máy động cơ không đồng bộ:

III.3.1 Quá trình mở máy động cơ không đồng bộ:

Trong quá trình mở máy động cơ không đồng bộ, mômen mở máy là đặctính chủ yếu trong những đặc tính của động cơ điện Muốn cho máy quay đượcthì mômen mở máy của động cơ lớn hơn mômen tải tĩnh và mômen ma sát tĩnh.Trong quá trình tăng tốc phương trình cân bằng động về mômen như sau:

dt

d J M M

0

ω

G và D : là trọng lượng và đường kính phần quay.

g = 9,81 ( m/s2): là gia tốc trọng trường ( 1 – 45 )

ω : tốc độ góc của rôto

Khi đã biết đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ M = f1(n) và củatải M = f2(n) thì có thể từ công thức ( 1 – 43 ) tìm ra mối quan hệ giữa tốc độ vàthời gian n = f(t) trong quá trình mở máy Cũng từ biểu thức trên ta thấy muốnđảm bảo tăng tốc thuận lợi trong quá trình mở máy thì phải giữ d dt > 0, nghĩa là

M > Mc, với một quán tính như nhau, M – Mc càng lớn thì tăng càng nhanh.Ngược lại những máy cơ quán tính lớn thì thời gian mở máy lâu Đối với trườnghợp có yêu cầu mở máy nhiều lần thì thời gian mở máy ảnh hưởng đến nhiềunăng suất lao động

Khi đóng trực tiếp lưới điện động cơ để mở máy thì lúc đầu do rôto chưaquay, độ trượt ( s = 1 ) nên dòng điện cảm ứng lớn

Dòng điện này có trị số đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình vàlớn tạo ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho các cuộn dây trongđộng cơ Tuy dòng điện lớn nhưng mômen mở máy nhỏ:

Mmm = ( 0,5 ÷ 1,5 ) Mđm ( 1 – 47 )Nói chung khi mở máy động cơ cần xét đến các yêu cầu cơ bản sau:

- Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải

- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt

- Phương pháp mở máy và thiết bị mở máy phải đơn giản, rẻ tiền, làmviệc chắc chắn

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

Những yêu cầu trên thường mâu thuẩn với nhau, như khi đòi hỏi dòng điện mởmáy nhỏ, thường làm cho mômen mở máy giảm Vì vậy phải căn cứ vào điềukhiện làm việc cụ thể của động cơ điện mà chọn phương pháp mở máy thích hơp

III.3.2 Các phương pháp mở máy động cơ điện ba pha:

III.3.2.1.Phương pháp mở máy trực tiếp động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc:

Đây là phương pháp đơn giản nhất, chỉ việc đòng trực tiếp động cơ điệnvào lưới điên ( Hình 1- 17 ) Mở máy trực tiếp, dòng điện mở máy lớn, nếu quántính của tải lớn dẫn đến thời gian mở máy kéo dài, có thể làm cho động cơ điệnphát nóng, ảnh hưởng đến điện áp lưới điện vì thời gian giảm áp quá lâu Nhưngnếu nguồn điện lớn so với công suất động cơ, nên dùng phương pháp mở máytrực tiếp, vì thời gian mở máy nhanh, phương pháp mở máy đơn giản, mômen mởmáy lớn Phương pháp này chỉ dùng để mở máy cho động cơ không đồng bộ côngsuất nhỏ

Hình 1-17: Mở máy trực tiếp động cơ KĐ

( CD: cầu dao; CC: cầu chì )

III.3.2.2 Phương pháp hạ điện áp mở máy:

Mục đích của phương pháp này là giảm dòng mở máy, nhưng đồng thờimômen mở máy cũng giảm, do đó với những yêu cầu mômen mở máy lớn thìphương pháp này không phù hợp Đối với những tải có yêu cầu mômen mở máynhỏ thì phương pháp trực tiếp rất thích hợp Trong thực tế có một số cách giảmđiện áp mở máy như sau

III.3.2.2.1 Phương pháp nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato:

CC CD

Khi mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp một kháng điện như ( Hình.1 – 18 ) Khi mở máy xong bằng cách đóng cầu dao (CD2) thì điện khángnày bị nối ngắn mạch Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được dòngđiện mở máy cần thiết Do có điện áp gián trên điện kháng nên điện áp mở máytrên đầu cực động cơ điện Uk’ sẻ nhỏ hơn điện áp lưới UL Gọi dòng điện mở máy

và mômen mở máy khi mở máy trực tiếp là Ik và Mk, sau khi thêm điện khángvào, dòng điện mở máy còn lại Ik’ = k.Ik , trong dó k < 1, nếu cho rằng khi hạ điện

áp mở máy, tham số của máy điện vẫn giữ nguyên không đổi thì dòng điện mởmáy nhỏ đi, điện áp đầu cực động cơ sẽ bằng Uk’= k.Uk Vì mômen mở máy tỉ lệvới bình phương của điện áp lúc đó mômen mở máy bằng Mk’ = k2.Mk

Hình 1- 18: Mở máy động cơ điện bằng điện kháng.

III.3.2.2.2: Phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu giảm điện áp mở máy:

Sơ đồ lúc mở máy ( Hình.1 – 19 ) Trong đó T là máy biến áp tự ngẫu, cao

áp nối với lưới điện, hạ áp nối với động cơ điện Khi mở máy động cơ điện, tađóng cầu dao CD1 và CD3, máy biến áp tự ngẫu để con chạy ở vị trí nào đó sao

CD1

A B C

cho điện áp đặt lên động cơ bằng 0,7Uđm, sau đó di chuyển con chạy để điện ápđặt lên động cơ bằng điện áp lưới, quá trình mở máy kết thúc Dóng cầu dao CD2

và mở cầu dao CD3, tách máy biến áp tự ngẫu, không làm việc khi động cơ khởiđộng xong

Hình 1- 19: Mở máy động cơ điện bằng máy biến áp TN

Gọi tỷ số biến áp tự ngẫu là kT ( kT < 1 ) thì Uk’ = ktU1 Do đó dòng điện mởmáy và mômen mở máy của động cơ điện sẽ là: Ik’ = kT.Ik và Mk’ = kT2.Mk

Gọi dòng điện lấy từ lưới vào là I1 ( dòng điện sơ cấp của máy biến áp tựngẫu ) thì dòng điện đó bằng: I1 = kT.Ik = kT2.Ik’

III.3.2.2.3 Phương pháp mở máy bằng phương pháp Υ – Δ :

TN

CD1

A B C

Phương pháp mở máy Υ – Δ thích ứng với những máy khi làm việc bìnhthường thì đấu  Có nghĩa là khi nối tam giác điện áp làm việc của động cơ phùhợp với điện áp của lưới điện.

Khi mở máy ta đổi thành Υ như vậy điện áp đưa vào hai đầu nối mỗi phachỉ còn

Hình 1 – 20: Mở máy động cơ điện Υ – Δ:

Khi mở máy thì đóng cầu dao CD1, cong cầu dao CD2 đóng về phía dưới,như vậy máy đấu Υ Khi máy đã chạy rồi thì đóng cầu dao CD2 về phía trên, máyđấu theo Δ The0 phương pháp Υ – Δ thì khi dây quấn đấu Υ điện áp pha trên dâyquấn động cơ sẽ là:

1

3

k kf

M M

I I

3 1 3 1

' '

Do đó khi đấu Υ để mở máy thì dòng điện pha bằng dòng điện dây mà khi

mở máy trực tiếp thì đấu Δ ( khi ấy Ukf = U1 và Ik = 3Ik nghĩa là dòng điện vàmômen mở máy đều bằng 31 dòng điện và mômen khi mở máy trực tiếp Trongthực tế trường hợp này tự dùng một máy biến áp tự ngẫu để mở máy mà tỷ sốbiến đổi điện áp kT = 13

III.3.2.2.4 Phương pháp mở máy bằng cách nối thêm điện trở phụ vào mạch rôto:

Phương pháp này chỉ dùng được với các động cơ điện rôto dây quấn Đặcđiểm của loại động cơ máy có thể thêm điện trở vào dây quấn rôto

Khi thêm điện trở vào dây quấn rôto, làm cho điện trở dây quấn rôto thayđổi và đặc tính mômen M = f(s) cũng thay đổi Ta điều chỉnh điện trở mạch rôtothích hợp thì sẽ được trạng thái mở máy lý tưởng (đường 4 ở hình 1- 22) Saukhẩn rotô đã quay, để duy trì mômen điện từ nhất định trong quá trình mở máy, tagiảm dần điện trở thêm vào rôto Rf, làm cho quá trình tăng tốc của động cơ điệnthay đổi M = f(s) này sang đường đặc tính M = f(s) khác

Hình.1–21:Mở máy động cơ điện bằng phương pháp thêm điện trở R f vào dây quấn rôto.

Hình 1 – 22: Đặc tính mômen khi thêm điện vào rôto để mở máy.

A

CC CD

B C

ĐC

R

f

23

4

S

1.01

Ở ( Hình.1 – 22) khi giảm điện trở phụ Rf thì đường đặc tính mở máy thayđổi từ đường 4 sang đường 3, đường 2 và sau khi điện trở Rf giảm đến không,đường đặc tính mở máy là đường 1 và tăng tốc tới điểm làm việc.

Động cơ rôto dây quấn có thể đạt được mômen mở máy lớn, đồng thời códòng điện mở máy nhỏ, nên những nơi nào mà điều kiện mở máy nặng nề, khókhăn nên dùng động cơ rôto dây quấn

III.3.2.2.5 Phương pháp mở máy động cơ KĐB nhờ linh kiện bán dẫn:

Ngày nay với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc mở máyđộng cơ bằng cách giảm điện áp đặt vào stato dùng van bán dẫn rất thuận lợi Ta

có thể mở máy ứng với từng loại tải, từng loại động cơ, có định thời gian mở máy

và tự động điều khiển mở máy Trong khi đó tổn hao trên toàn bộ thiết bị điềukhiển nhỏ, rất gọn gàng và giá thành không cao

Hình 1 – 23: Bộ biến đổi điện áp bằng Van bán dẫn.

III.3.2.2.6 phương pháp mở máy động cơ KĐB bằng cách lợi dụng vào hiệu ứng mặt ngoài ở dây quấn rôto lồng sóc:

Ở trường hợp đặc biệt do điều kiện làm việc của tải thì có thể mở máy bằngcách ứng dụng hiệu ứng mặt ngoài

Kết cấu của động cơ rôto lồng sóc đơn giản, làm việc chắc chắn, có đặctính làm việc tốt nhưng đặc tính mở máy của nó không được tốt như động cơ rôtodây quấn Dòng điện mở máy lớn nhưng mômen mở máy không lớn lắm Để cảithiện đặc tính mở máy của động cơ KĐB rôto lồng sóc, người ta đã chế tạo ranhiều kiểu đặc biệt mà hiện nay dùng nhiều nhất là động cơ điện rôto rãnh sâu vàrôto hai lồng sóc (lồng sóc kép) Nhưng động cơ này ngoài hình dạng đặc biệt của

UL

Uđk

rãnh rôto ra còn các kết cấu khác hoàn toàn giống như động cơ rôto lồng sócthường.

Mặc dù động cơ điện này có vài đặc tính làm việc hơi xấu hơn động cơđiện thường nhưng vì cải thiện được đặc tính mở máy nên vẫn sử dụng rộng rải

* Nguyên lý đối với động cơ điện rôto rãnh sâu:

Động cơ điện rôto rãnh sâu lợi dụng hiện tượng từ thông tản trong rãnhrôto gây nên hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện để cải thiện đặt tính

sự phân phối dòng điện trong các mạch phụ thuộc vào điện kháng tản của chúng.Khi mở máy lúc đầu dòng điện dây quấn rôto có tần số lớn hơn ( bằng tần số lướif1 )

Hình 1 – 24: Đồ thị phân bố dòng điện theo chiều cao.

Ở đáy rãnh từ thông tản móc vòng càng nhiều, càng lên phía miệng rãnh thì

từ thông tản càng ít Do đó điện kháng ở đáy rãnh lớn còn phía miệng rãnh nhỏ

H

IX

0

Vì vậy dòng điện sẽ tập trung phía miệng rãnh, sự phân bố của dòng điện theochiều cao của rãnh như ( H1 - 24)

Kết quả dòng điện tập trung lên phía trên, tiết diện dây dẫn coi như bị nhỏ

đi, điện trở rôto lại tăng lên vì vậy làm cho mômen mở máy tăng lên Mặc khácdòng điện tập trung lên phía trên cũng làm giảm từ thông móc vòng đi một ít,nghĩa là x2 nhỏ đi

Hiệu ứng mặt ngoài mạnh hay yếu phụ thuộc vào tổng số hay hình dángcủa rãnh Vì vậy khi mở máy tần số cao hiệu ứng mặt ngoài mạnh, khi tốc độ củamáy tăng lên tần số của dòng điện rôto giảm xuống nên hiệu ứng mặt ngoài cũnggiảm đi, dòng điện dần dần phân bố lại đều hơn

Vì vậy điện trở rôto r2 được xem như nhỏ trở lại, điện kháng tản quy đổicủa rôto do tần số của lưới nên x2 tăng lên đến khi máy làm việc bình thường Dotần số của dòng điện rôto thấp ( khoảng 2 ÷ 3hz) nên hiện tượng hiệu ứng mặtngoài hầu như không có, do đó động cơ điện rôto rãnh sâu trên thực tế có đặc tínhlàm việc như các loại máy thường

* Nguyên lý đối với động cơ điện rôto hai lồng sóc:

Động cơ điện loại rôto hai lồng sóc, các thanh dẫn của lồng sóc

ở phía ngoài có tiết diện lớn làm bằng đồng thau có điện trở lớn Các thanh dẫncủa lồng sóc phía trong có tiết diện lớn làm bằng đồng đỏ có điện trở nhỏ, nhưng

do rãnh tương đối sâu, từ thông tản nhiều nên điện kháng tản lớn

Nếu hai lồng sóc đều đúc bằng nhôm thì mới có vành ngắn mạch chung.Giữa hai lồng sóc có một khe hở nhỏ nối liền rãnh của lồng sóc ngoài với rãnhcủa lồng sóc trong để cho từ thông tản phân bố như hình ( H.1 – 25)