THIẾT kế MẠCH điện điều KHIỂN đảo CHIỀU ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ BA PHA HAI cấp tốc độ

Sự phát triển đó được đánhdấu bằng việc cho ra đời các phương pháp để điều khiển động cơ ngoài mụcđích đáp ứng nhu cầu phục hồi khản năng làm việc của động cơ Để làm được điều đó, người

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ ĐIỆN THƯỜNG DÙNG

TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 3

1.1 CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ THƯỜNG DÙNG 3

1.2 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔ TO LỒNG SÓC 8

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔ TO LỒNG SÓC 12

2.1 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TẦN SỐ 12

2.2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP 13

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA HAI CẤP TỐC ĐỘ 18

3.1 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA HAI CẤP TỐC ĐỘ 18

3.2 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA HAI CẤP TỐC ĐỘ 24

3.2.1 Cơ sở tính chọn các thiết bị 24

3.2.2 Tính chọn các thiết bị cho mạch điện 27

3.3 LẮP ĐẶT MẠCH ĐIỆN 30

3.3.1 Chuẩn bị dụng cụ vật tư thiết bị 30

3.3.2 Dụng cụ, bản vẽ 31

3.3.3 Các bước thực hiện 35

3.2.3 Các bước thực hiện 39

KẾT LUẬN 40

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây,nghành điện công nghiệp của nước tađang ngày càng được chú trọng và phát triển Sự phát triển đó được đánhdấu bằng việc cho ra đời các phương pháp để điều khiển động cơ ngoài mụcđích đáp ứng nhu cầu phục hồi khản năng làm việc của động cơ

Để làm được điều đó, người thợ cần phải hoàn thiện tất cả các khâutrong việc thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực, đưa ra các phương ántối ưu và lắp đặt ngoài ra còn phải đưa ra những sai hỏng và cách khắc phục

Từ những gì chúng em đã được biết qua những bài học trên lớp và

tìm hiểu thêm nguồn tài liệu bên ngoài, chúng em đã tiến hành “THIẾT

KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA HAI CẤP TỐC ĐỘ ’’ với mong muốn đưa ra

phương pháp điều khiển khởi động động cơ một cách tối ưu

Với lòng say mê tìm hiểu và ham học hỏi chúng em đã tận tất cảnhững kiến thức đã học được từ thầy cô, bạn bè trong những năm tháng họctập, mong hoàn thành tốt đề tài này Những sản phẩm, những kết quả đạtđược ngày hôm nay chưa phải lớn lao nhưng lại có một ý nghĩa rất lớn vớichúng em Bởi nó đánh thành quả trong suốt quá trình học tập tại trường Trong quá trình thực hiện đề tài này chúng em xin chân thành cảm

ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy “Đỗ Đức Việt ”để chúng emhoàn thành đề tài này

Trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh những thiếu sót.Chúng em rất mong nhận được ngững ý kiến đóng góp của thầy, cô cùng

các bạn để đề tài của chúng em ngày một hoàn thiện hơn !

Nhóm sinh viên thực hiện!

CHƯƠNG 1:

KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ ĐIỆN THƯỜNG DÙNG TRONG ĐIỀU KHIỂN

ĐỘNG CƠ 1.1 CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ THƯỜNG DÙNG

a Áp tô mát

Áp tô mát là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện bằng tay, tự động cắt mạch điện khi có sự cố ngắn mạch, quá tải, quá áp, kém áp tùy theo cơ cấu móc bảo vệ của nó.

Khi đóng mạch tiếp điểm

hồ quang đóng trước tiếp

theo là tiếp điểm phụ và sau cùng là tiếp điểm chính Khi cắt mạch thì ngược lạitiếp điểm chính mở trước rồi tiếp điểm phụ và sau cùng là tiếp điểm hồ quang.Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang do đó bảo vệ được tiếp điểmchính để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làmhỏng tiếp điểm chính

Tiếp điểm thường được làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quang như:

+ Kiểu hở được dùng khi dòng điện cắt lớn hơn 50 kA hoặc điện áp lớn hơn1kV Trong buồng dập hồ quang thông thường người ta dùng những tấm thép xếpthành lưới ngăn để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việcdập tắt hồ quang.

- Cơ cấu truyền động cắt Áp tô mát

Truyền động cắt Áp tô mát thường có hai cách: bằng tay và bằng cơ điện (điệntừ)

Điều khiển bằng tay được thực hiện với các Áp tô mát có dòng điện địnhmức không lớn hơn 600A Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứngdụng ở các Áp tô mát có dòng điện lớn hơn (đến 1000A)

- Móc bảo vệ:

Áp tô mát tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ, gọi là móc bảo vệ:

Móc bảo vệ quá tải (cũng gọi là quá dòng điện) để bảo vệ thiết bị điện Khái

bị quá tải, đường thời gian - dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặctính của đối tượng cần bảo vệ Người ta thường dùng hệ thống điện từ và rơle nhiệtlàm móc bảo vệ đặt bên trong Áp tô mát

Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch điện chính Khi dòngđiện vượt quá trị số cho phép thì phần ứng bị hỳt và Móc sẽ đập vào khớp rơi tự

do, làm tiếp điểm của Áp tô mát mở ra Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng của lò

xo, ta có thể điều chỉnh được giá trị dòng điện tác động Để giữ thời gian trong bảo

vệ kiểu điện từ, người ta thêm một cơ cấu giữ thời gian (ví dụ bánh xe răng nhưtrong cơ cấu đồng hồ)

Móc kiểu rơle nhiệt loại này có phần tử đốt nóng đấu nối tiếp với mạch điệnchính, tấm kim loại kộp gión nở để mở tiếp điểm của Áp tô mát khi có quá tải.Kiểu này có nhược điểm là quán tính nhiệt lớn nên không ngắt được dòng điệntăng vọt khi có ngắn mạch, do đó chỉ bảo vệ được dòng điện quá tải

Vì vậy người ta thường sử dụng tổng hợp cả móc bảo vệ kiểu điện từ vàmóc kiểu rơle nhiệt trong một Áp tô mát Loại này thường được dùng ở Áp tô mát

có dòng điện định mức đến 600A

Móc bảo vệ sụt áp (cũng gọi là bảo vệ điện áp thấp) cũng thương dùng kiểuđiện từ Cuộn dây điện từ mắc song song với mạch điện chính.

Nguyên lý cấu tạo:

Bình thường, các chi tiết ở vị trí như hình vẽ, mạch được đóng kín

Khi mạch bị ngắn mạch (hoặc quá tải), dòng điện tăng cao nên Rơle dòngđiện (5) sẽ hút lá sắt non (8) làm tay đòn (4) tác động vào cần răng (3) làm nhảmóc (2) Dưới lực kéo của lò xo (11) bộ phận tiếp xúc sẽ mở ra và mạch bị cắt.Tương tự khi sụt áp, Rơle điện áp (6) sẽ nhả lá sắt non (9) Dưới lực kéo của lò xo(10) lỏ sắt non đẩy tay đòn tác động vào cần răng và móc (2) cũng bị nhả ra, mạchđiện cũng bị cắt

(Nguyên lý cấu tạo Áp tô mát)

11

9

Tải tiêu thụ

7

b Công tắc tơ:

Công tắc tơ là một loại khí cụ điện đóng cắt hạ áp dùng để khống chế tự động và điều khiển từ xa các thiết bị điện

có điện áp 500V và dòng điện 600A với

sự hỗ trợ của nút điều khiển.

6 Tiếp điểm thường mở

7 Tiếp điểm thường đóng

8 Đầu dây nối đến tiếp điểm

6 7

c Rơle nhiệt

Rơle nhiệt là một loại khí cụ điện để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bịquá tải, thường kết hợp với Công tắc tơ Nó được dùng ở điện áp xoay chiều đến500V, tần số 50Hz Một số kết cấu mới của rơle nhiệt có dòng điện định mức đến150A, có thể dùng ở lưới điện một chiều có điện áp đến 440V

Khi hết quá tải lá kim loại kép nguội đi và trở nên trạng thái ban đầu, nhưngtiếp điểm 5 không trở về vị trí thường đóng được nữa, khi đó ta phải ấn nút phụchồi 4

- Ký hiệu trên sơ đồ

RN

Tiếp điểm thường kín

(Nguyên lý cấu tạo Rơ le nhiệt) (Cấu tạo Công tắc tơ)

1

2

35

64

dễ chuyển đổi các mạch điện

điều khiển, tín hiệu, liên động,

bảo vệ ở mạch điện một chiều

điện áp đến 440V và mạch điện

xoay chiều điện áp đến 500V tần số 50HZ Nút ấn được dùng để khởi động, dừng

và đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng và ngắt điện cho các mạch cuộn dây của công tắc tơ và khởi động từ.

Nguyên lý:

Dùng tay để ấn nút thì các tiếp điểm đang được đóng kín mở ra, các tiếpđiểm đang được mở ra thì đóng lại có nghĩa là có thể đóng hoặc cắt mạch điện Khibuông tay ra nhờ lực đẩy của lò so và các tiếp điểm trở về vị trí cũ

Kí hiệu

1.2 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔ TO LỒNG SÓC

a Khái quát chung

Động cơ điện không đồng bộ là loại động cơ xoay chiều làm việc theonguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của roto n (tốc độ quay của máy) khácvới tốc độ quay của từ trường n1.

Động cơ điện không đồng bộ có hai dây quấn:

Dây quấn stato (sơ cấp) nối với lưới điện, tần số không đổi f;

Dây quấn roto (thứ cấp) được nối tắt lại hoặc khép kín qua điện trở; dòngđiện trong dây quấn roto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số khôngđổi phụ thuộc vào tốc độ của roto

Cũng như các loại động cơ điện quay khác, động cơ điện không đồng bộ cótính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện, cũng như ở chế

độ máy phát điện

Động cơ điện không đồng bộ so với các loại động cơ khác có cấu tạo và vậnhành không phức tạp, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trongsản xuất, trong các ngành công nghiệp, các nhà máy xí nghiệp và sinh hoạt

Sau đây ta xét động cơ không đồng bộ động cơ ba pha roto lồng sóc

Là bộ phận dẫn từ của máy có dạng hình trụ rỗng, lõi thép được làm bằng các

lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 đén 0,5 mm, được dập theo hình vành khăn, phíatrong có xẻ rãnh để đặt dây quấn và được sơn phủ cách điện trước khi ép chặt côngnghệ

- Phần động:

(Cấu tạo stato)

Phần động hay gọi là roto , gồm có lõi thép, dây quấn và trục máy.

+ Lõi thép:

Có dạng hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện mỏng (0,3mm hoặc0.5mm), dập định hình và ép chặt công nghệ với

nhau, trên mặt có các đường rãnh để đặt các thanh

dẫn hoặc dây quấn Lõi thép được ghép chặt với trục

quay và đặt trên hai ổ đỡ của stato

+ Dây quấn:

Loại roto dây quấn: có dây quấn giống như stato, loại này có ưu điểm là

mô men quay lớn nhưng kết cấu phức tạp, giá thành

tương đối cao

Loại roto lồng sóc: kết cấu của loại này rất

khác với dây quấn của roto roto được chế tạo bằng

cách đúc nhôm vào các rãnh của nó tạo thành các thanh nhôm được nối ngắn mạch

ở hai đầu và có đúc thêm các cánh quạt để làm mát bên trong khi roto quay

Phần dây quấn được tạo từ các thanh nhôm và hai vòng ngắn mạch có hìnhdạng như một cái lồng nên gọi là roto lồng sóc Các đường rãnh trên roto thườngđược dập xiên với trục, nhằm cải thiện đặc tính mở máy và giảm bớt hiện tượngrung chuyển do lực điện từ tác dụng lên roto không liên tục

c Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc

Dòng điện 3 pha đưa vào 3 cuộn dây bố trí hợp quy luật trên stato tạo nên các cặp cực từ sinh ra từ trường quay 3 pha tương tác với từ trường do thanh dẫn

rô to tạo nên mo men làm quay trục.

+ Từ trường quay ba pha: Xét với bộ dây quấn stato động cơ ba pha đơngiản có 3 cuộn dây AX,BY,CZ Khi được nối với lưới điện 3 pha trong ba cuộndây sẽ có dòng điện hình sin 3 pha Xét một chu kỳ tại t1,t2,t3, xác định từ trườngtổng tại 3 thời điểm ta có:

(Cấu tạo lồng sóc) (Cấu tạo roto)

+ Tương tác giữa dòng điện roto và từ trường Stato:

Dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn ro to do đặt trong từ trường stato nên chịu tácdụng của lực điện từ sinh ra mô men làm quay trục Từ trường trong rô to có tínhchất như từ trường stato

A

X

B

Z Y

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG

n

Nếu ta muốn cho động cơ làm việc ở những tần số khác nhau với các trị sốhiệu suất, hệ số công suất, KM không đổi, thì khi thép không bão hòa, đồng thờivới việc biến thiên tần số ta phải điều chỉnh U, theo f và M theo qui luật sau:

M

M f

f U

1

/ 1 1

/ 1

f U

/ 1 1

/ 1

Tức là điện áp đặt vào động cơ phải tỷ lệ thuận với f

 Khi P = const thì moment của động cơ biến thiên tỷ lệ nghịch với n:

1

1 1

f

M n

Tức là /

1 1 /

f

f M

M

 thế vào (1), ta có:

const f

U f

f U

U f

f f

f U

/ 1 2 1

2 / 1 / 1

1 1

/ 1 1 / 1

 Khi M  n2 (M  f2):

const f

U f

f U

U f

f M

2 / 1 1

/ 1 2 1

2 / 1 /

Điện áp đặt vào động cơ phải tỷ lệ thuận với bình phương tần số

2.2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP

Giả thiết U = Uđm, Mc = const và không phụ thuộc vào n làm việc với hệ sốtrượt sa

Nếu U1 giảm x lần: U 1 xU dm (x < 1) thì M giảm x2 lần: M x2M dm

= const  n giảm  s tăng từ s a  s b  s c

Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn stator: U1 E1   nên U1 giảm x lần1

/ 2 2 / 2 1 2



M

r l m P

p s

P ñt / 2

1 1

n / 1 12

1 ) 1 (

Hình 3.34 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

2.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI SỐ ĐÔI CỰC TỪ

Trong nhiều trường hợp các cơ cấu sản xuất không yêu cầu phải điều chỉnhtốc độ bằng phẳng mà chỉ cần điều chỉnh có cấp

Đối với động cơ không đồng bộ ba pha, ta có tốc độ của từ trường quay:

P

f

n1 60.Tốc độ động cơ:

) 1 (

Đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ, mỗi pha stato phải có ít nhất là hainhóm bối dây trở lên hoàn toàn giống nhau Do đó càng nhiều cấp tốc độ thì kíchthước, trọng lượng và giá thành càng cao vì vậy trong thực tế thường dùng tối đa làbốn cấp tốc độ

a Đổi nối cuộn dây stato Từ Y sang YY

Từ biểu thức

P

f

n1 60. khi thay đổi số đôi cực thì ta sẽ điều chỉnh được tốc

độ của động cơ, do đó trong cách đổi nối này ta có quan hệ về tốc độ đồng bộ nhưsau:

Khi thực hiện nối sao Y thì hai cuộn dây stato đấu nối tiếp nên:

Sơ đồ nối Y số cực từ tạo thành là 4, tốc độ từ trường quay tương ứng là

1500 vòng/phút

Sơ đồ nối YY số cực từ tạo thành là 2, tốc độ từ trường quay tương ứng là

3000 vòng/phút

Khi đổi cách nối Y sang YY:

Tốc độ quay tăng gấp hai lầnMômen quay của động cơ không đổi Công suất động cơ tăng gấp hai lần

b Đổi nối cuộn dây stato từ Y sang YY nửa ngược

A

B

b1

y1b2

y2Y

Cc1

z1c2

z2Z

z1c2

y1b2

y2

Y

Sơ đồ nối Y số cực từ tạo thành là 4, tốc độ từ trường quay tương ứng là

1500 vòng/phút

Sơ đồ nối Y nửa ngược số cực từ tạo thành là 2, tốc độ từ trường quaytương ứng là 3000 vòng/phút

Khi đổi cách nối Y sang Y nửa ngược:

Tốc độ quay tăng gấp hai lầnMômen quay của động cơ giảm một nửa Công suất động cơ không thay đổi

b Đổi nối cuộn dây stato từ  sang YY

A

Bb1

y1b2

y2Y

Cc1

z1c2

z2Z

y2

Cc1

z1c2

Sơ đồ nối  số cực từ tạo thành là 4, tốc độ từ trường quay tương ứng là

1500 vòng/phút

Sơ đồ nối YY số cực từ tạo thành là 2, tốc độ từ trường quay tương ứng là

3000 vòng/phút

Khi đổi cách nối  sang YY

Tốc độ quay tăng gấp hai lần;

Mômen quay của động cơ tăng;

Công suất động cơ không thay đổi

A

B

b1

y1b2

y2Y

Cc1

z1c2

z2Z

z1c2

y1b2

y2

Y

Để thực hiện các yêu cầu trên ta chọn:

- Thiết bị đóng cắt bằng công tắc tơ;

- Bảo vệ ngắn mạch điện bằng Áp tô mát;

- Bảo vệ quá tải bằng rơ le nhiệt;

- Tín hiệu hóa các chế độ mạch bằng đèn báo

Tiếp điểm KYY mởTiếp điểm K đóng

Tiếp điểm K mởTiếp điểm K YY đóng

Tiếp điểm K mởTiếp điểm K YY mở

a Sơ đồ nguyên lý mạch động lực

RN2 RN2

N T

1

b Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:

2

RN1RN2

c Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha hai cấp tốc độ

RN2 RN2

N T

1 2

RN1 RN2

d Giới thiệu sơ đồ:

- Mạch động lực bao gồm:

+ Nguồn điện 3 pha 4 dây A,B,C,0 điện áp 380V;

+ ATM: áp tô mát 3 pha 3 cực;

+ RN: Phần tử đốt nóng của rơ le nhiệt;

+ K: Tiếp điểm động lực của công tác tơ K làm việc ở chế độ tamgiác;

+ KYY: Tiếp điểm động lực của công tác tơ K làm việc ở chế độ saokép;

+ Đ: Động cơ không đồng bộ 3 pho rô to lồng sóc hai cấp tốc độ cósáu đầu dây ra cho phép thực hiện nối /YY-1500V/p:3000V/p

- Mạch điều khiển:

+ C0: Nguồn điện xoay chiều 1 pha điện áp 220V;

+ ATM1: áp tô mát 1pha 1cực;

+ MYY: Nút ấn làm việc ở chế độ sao kép;

+ M: Nút ấn mở máy ở chế độ tam giác;

+ KYY: Tiếp điểm khống chế, duy trì và cuộn hút của công tác tơlàm việc ở chế độ sao kép;

+ K: Tiếp điểm khống chế, duy trì và cuộn hút của công tác tơ làmviệc ở chế độ tam giác;

+ RN: Tiếp điểm thường kín và thường hở có nút ấn phục hồi của rơ

le nhiệt;

+ ĐN: Đèn báo tín hiệu điện áp nguồn;

+ ĐYY: Đèn báo động cơ đang làm việc ở chế độ sao kép;

+ Đ: Đèn báo đang làm việc ở chế độ tam giác;

+ ĐQT: Đèn báo động cơ đã gặp sự cố quá tải

Khởi động động cơ ở chế độ YY:

Ấn nút mở máy MYY cuộn dây KYY có điện, mở tiếp điểm KYY khốngchế cuộn hút K, đóng tiếp điểm KYY tự duy trì, tiếp điểm KYY ở mạch động lựcđóng lại động cơ được đóng vào lưới điện khởi động trực tiếp với bộ dây nối YY(chế độ tốc độ cao) Trên mạch điều khiển đèn ĐYY sáng

Dừng động cơ:

Ấn D, trong bất kỳ chế độ làm việc ở tốc độ nào thì mạch điều khiển mấtđiện, các tiếp điểm động lực của công tác tơ mở ra động cơ mất điện và dừng Trênmạch điều khiển đèn ĐYY(Đ) tắt

Nghỉ làm việc:

Ngắt ATM1, ngắt ATM toàn bộ mạch động lực và mạch điều khiển ở chế

độ không điện Trên mạch điều khiển đèn ĐN tắt

- Liên động:

+ Liên động điện khóa chéo KYY và K;

+ Liên động cơ khí bằng tiếp điểm của nút ấn kép

- Bảo vệ:

+ Bảo vệ sự cố ngắn mạch trên mạch động lực bằng áp tô mát ATM;+ Bảo vệ sự cố ngắn mạch trên mạch điều khiển bằng áp tô mátATM1;