PHƯƠNG PHÁP mở máy và điều CHỈNH tốc độ ĐỘNG cơ kđb

- Mmm = Mmax với điều kiện điệntrở tác dụng của roto bằng điện kháng tảncủa máy - Mmm giảm nếu xn của máy lớnkhi những điều kiện khác của máy giốngnhau - Mômen mở máy thường được biểud

8.1 MÔMEN ĐIỆN TỪ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

8.1.1.Phương trình cân bằng mômen:

Khi động cơ không đồng bộ làm việc ổnđịnh n = cte thì phải khắc phục mômenphụ tải Mcđm tạo nên từ mômen cản khôngtải M0 và mômen cản hiệu dụng M2 Do đómômen điện từ phát sinh ở rotor động cơlúc n = cte phải có hai thành phần mômencản tương ứng.Như vậy :

Mđt= M0 + M2 với: n

P P

n

P P P

n

P P

M 2 2

2 = = 9 , 55

ω

Mđ

n

P P

P

P co co

55 , 9 2

0 + = =

=

ω ω ω

60

2 nπ

ω =

:Tốc độ góc quay củarotor

n : tốc độ quaycủa rotor

Mặt khác ta có : Mđ

1 1

55 , 9

60

2 11

n

π

ω =

:tốc độ góc quayđồng bộ của từ trường quay từ đó ta có :

d d

d co

d

n

n P P

P

P

) 1 ( 1 1

cos

ω

ψ ω

I E m

2 2 2

2 2 2

8.1.2.2 Theo hệ số trượt s:

f p

s P P

M d cu d

/ 2

/ 1

2

2 2 1 2

2 2 1 2

2 2 2 2

cu m r m r m R

p = Ι = Ι = Ι

1 2 ' 2 1

2 ' 2 1

1 ''







 +

=

x x s

R R

U I

"

2 1

R = σ

; R2' = σ 1r2'1

X s

R R f

R U pm M

2 1

2 1 1

2 1 ñt

2 1

2

(8.2)(Phương trình đặc tính cơ của máy)

Kết luận: Với tần số và các tham sốcho trước, Mđt tỉ lệ thuận với bình phươngđiện áp và tỉ lệ nghịch với điện kháng củamáy ( x1+x2' )

Dựa vào (8.1), (8.2) ta có thể tìm đượcđặc tính

I = f (s) ; M = f (s) ; I2'max ở s =

∞

±

s < 0 Mđt <0 (máy phát điện)

Đường M = f (s) khi U = Const là mộtđường thẳng với các trị số lớn của s thì Mđtgiảm mặc dầu I2' tằng bởi vì giảm nhanh

Hình 8.1 Đường biểu diễn mô men điện từ

và dòng điện theo hệ số trượt

8.1.2.3 Tính mô men cực đại Mmax:

Muốn tính Mmaxta lấy ds =0

dM

thì ta tính đượcsmax ứng với Mmax

2

2 2 2 1 2 2 2 2 n

2 2 1 2

1 1 1

MSC

s

R s

R R 2 s

R s

R x s

R R P u m f 2 ds

=

2

2

2 2 2 n 2 1 2 2 1 1 1

MSC

s

R X R s

R P u m f 2 ds

=

Muốn cho đạo hàm dM/ds = 0 thì :

n2

2 1 2

2 2 2

2 2 2 n

2

s

R 0 s

R x

( 8.3)

2

n

2 1

2 x R

R s

' 2

x x

R x

R s

2 2 1

2 1 1 max

n

x x R R f

x R U pm M

π

[ ( 2 2) 2]

1 2 2 1 1

2 1 1

2 2 1

2 1 1 max

2

n

x x R x R R R f

x R U pm M

+ + + + +

+

±

= π

[ ( 2 2) ]

1 2 2 1 1 1

2 2 1

2 1 1 max

n

x R x R R f

x R U pm M

+ + +

±

+

±

= π

[ ( 2 2) ]

1 1 1

2 1 1 max

4 f R R x n

U pm M

+ +

2 1 1 1 1

2 1 1 max

U pm M

σ σ

2 1 1 1

1

2 1 1 max

4

u pm x

R f

u pm M

±

≈ +

±

±

≈

(8.4b)

Dấu cộng tương ứng với trường hợp vớiđộng cơ

Dấu trừ ứng với trường hợp với máy phát Nhận xét về Mmax :

- Mô men cực đại tỉ lệ thuận với bìnhphương điện áp

- Mô men cực đại tỉ lệ nghịch với điệnkháng của máy

- Mô men cực đại không phụ thuộcvào điện trở của rotor

8.1.2.4 Tính momen mở máy Mmm :

Bên cạnh Mmax , Mmm của động cơ là mộttrong những đặc tính vận hành vận hànhquan trọng nhất của nó Biểu thức Mmm cóđược từ công thức Mđt khi s = 1

[( ) ] [( ) ( ') 2]

2 1 2 ' 2 1 1

' 2

2 1 1 2

2 ' 2 1 1

' 2

2 1 1

2

R U pm x

R R f

R U pm M

n

mm

σ σ

R2' = s12(r2' + rf' ) = (R12 +xn2)1/2 hay gần đúng :

R2' + rf' = x1 + x2' (8.5)

Nhận xét :

- Với tần số và các thông số chotrước mô men mở máy tỉ lệ thuận với bìnhphương điện áp

- Mmm = Mmax với điều kiện điệntrở tác dụng của roto bằng điện kháng tảncủa máy

- Mmm giảm nếu xn của máy lớnkhi những điều kiện khác của máy giốngnhau

- Mômen mở máy thường được biểudiễn bằng tỉ số

thường rất bé do đó Mđt đi qua trị số Mmaxvới s không lớn lắm: sm = 0,12 đến 0,2.Đồng thời Mmmở các động cơ rotor dây

quấn có điện kháng tản lớn hơn điện khángtản của rotor lồng sóc nên Mmm có thểgiảm xuống quá giới hạn cho phép khi mởmáy, làm động cơ không mở máy được, đểloại trừ điều ấy, cần thiết phải đưa vào rotomột điện trở phụ rf Như vậy từ biểu thức(2.4a),(2.5) thì Mmax = const nhưng smđược tăng lên

Hình 8.2 Đường đặc tính M = f(s) với các

điện trở rotor khác nhau

8.1.3.Công thức Clox (Klox) :

Trong truyền động điện việc xácđịnh M= f(s) theo những số đã cho ở cẩm nang rất quan trọng Các thông số thườngđược cho: Mđm , sđm , kM Nếu không cócác tham số cấu tạo của động cơR1,x1,R2,x2 ta vẫn có thể

tính được smax , Mmax và vẽ được đặc tính

cơ của máy

2 n

2 2 1

2 n

2 1 1 2

x s

R R

x R R s

R 2 M

=

' max

Theo (2.5) ta có :

2 2 1 max

' 2

n

X R s

R s

R s

s

R R R 2 M

M

2 1

2 2

2 2

2 1 2

' '

max '

max

' '

max

) (

Đặt max

' 2

s

R

làm thừa số chung :  + + 

max '

' max max

'

R

R 2 s

s s

s s

R

1 R

s R s

R 2 M

M

2

1 2

2

1 2

' max

R

R 2 s

s s

s

1 R

s R 2 M

M

2 1 2 1

Trong các động cơ không đồng bộkhi rf = 0 thường r1 = r2' và R1R2 ,smax=0,12 ÷ 0,2 , nên 2'

1 2

R

R

sm rất nhỏ cóthể bỏ qua

s

s s s

M 2 M s

s s s

2 M

M

max max

max max

max

(8.6)

(2.6) là biểu thức Klox để vẽđường thẳng cơ của máy Với smax đượctính như sau: ( 1)

2 max =s dm k m + k m −

Phân tích sự làm việc ổn định củađộng cơ :

Giả sử động cơ làm việc với một mômen phụ tải MC nào đó Theo phương trìnhcân bằng mô men động cơ có thể làm việc

ở hai điểm A và B

- Xét trường hợp máy làm việc ởđiểm A: nếu vì một lí do nào đấy MCA tăngMCA1 >MCA thì Mđ1 < 0 →nA→nA1

Tại nA1 : M ĐA1 >MCA1 →Mđ1 > 0→nA1 →nA nên điểm A là điểm làm việc ổnđịnh

Điều kiện làm việc ổn định :

) (

dn

dM dn

dM hay ds

dn

dM dn

dM hay ds

Các đặc tính làm việc của động cơđiện không đồng bộ gồm: n, M, h và cosΨ =

f (P2) với U1 = const , f1 = const

1

1

) 1 (

Hình 2.3 Các đường đặc tính làm việc của

máy điện không đồng bộ.

là một đường thẳng hơi nghiêng về trụchoành

8.2.2 Đặc tính moment M = f (P2)

Ta đã biết ở tình trạng làm việc ổn định

M = M2 + M0 khi Mc = 0 Mđm thì coi như

n = const ( s biến đổi trong giới hạn bé)nên M = f(P2) coi như một đường thẳng (M

= 9,55)

8.2.3 Tổn hao và đặc tính hiệu suất của động cơ h = f (P2)

Khi máy làm việc có các tổn hao: Tổnhao đồng trong stator và rotor pcu1 vàpCu2 , tổn hao sắt pFe , tổn hao cơ pCơ ,tổn hao phụ pf , 4 loại tổn hao đầu đã cócông thức xác định (pCu1= m1I1 2r1 , pFe =m1 I0 2rm ,pCu2 = m1I 2'2r'2 , pcơ= Pcơ-P2 – pf) còn tổn hao phụ bao gồm tổn haophụ trong đồng và sắt Cách tính rất phứctạp nên thường lấy là pf = 0,5%P1

Hiệu suất của máy :

P p

P P

p P

p P P

P

Σ +

= Σ

−

= Σ

−

=

=

2 2 1

1 1 1

Khi không tải rồi sau đó tăng tương đốinhanh theo phụ tải và đạt khi khi phụ tải

tăng hơn nữa thì nĐ giảm , tương ứng y =arc tg 2'

' 2

r

x s

8.3 ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG ĐỊNH MỨC

8.3 1 Điện áp không định mức

Giả thiết U < Uđm , ta đã biết M ≡U12

nênkhi u1 giảm x lần thì M giảm x2 lần Nếu

bỏ qua điện áp rơi coi U1 ≈E1 ≡Φ

thì khi U1 giảmthì s.đ.đ E1 vàΦ cũng giảm theo mức độ nhưvậy Nếu mô men tải M = CM ΦI cosϕ2 =const thì I2 tăng làm nóng máy (hệ số trượt

phải thay đổi để cho I2 biến thiên nghịchvới )

Khi động cơ làm việc với điện áp thấp ởtải nhẹ (< 40%) thì giảm , I2 tăng ít máy ítnóng cosj giảm tăng Khi máy làm việcđầy tải nên cung cấp Uđm để I2 khỏi tăng

k W f

Khi f giảm →Φ tăng →I0 tăng → PFe =

Hz; 2p = 6; nđm = 960 vòng/phút; pCu1 =

745 W; pCu2 = 480 W; I’2 = 20,25 A; xn =x1 + x’2 = 2,18W Tính moment điện từ củađộng cơ

745 mI

p

1

1 Cu

.

39Ω 0 25 20 3

480 I

m

p

2 1

Cu2

,

f

n 1000 /

3

50 60 60

Hệ số trượt :

04 , 0 1000

960 1000 1

=

n

n n s

Moment điện từ :

m 0,04

0,39 2

0,04 3.3.220

x x s

r r f 2

s r pU m M

2

2 1 2

1 1

′

=

120 18

2 398

0 50

39 0

2 2

2 1

2 1

2 1 1

Coi s1= 1

Câu hỏi

1 Nếu điện áp nguồn giảm đi 5% thì ảnhhưởng đến Mmax, Mmm như thế nào ? Nếumoment tải không đổi thì ảnh hưởng đến n,I1như thế nào ?

2 Một động cơ điện không đồng bộ thiết

kế với tần số f = 60 Hz nếu đem dùng ở tần

số 50 Hz và giữ điện áp không đổi thì điệnkháng tản, , Mmax, Mmm và tổn hao khôngtải sẽ thay đổi như thế nào ? Có ảnh hưởngđến công suất của máy không ?

3 Moment phụ của động cơ không đồng

bộ là những moment nào ? Ý nghĩa và ảnhhưởng của các loại moment đó ?

4 Vẽ và giải thích các đường đặc tínhlàm việc của động cơ điện không đồng bộ

5 Cho những kết luận chính khi động cơlàm việc trong điều kiện không định mức vàđiện áp không đối xứng

b Giả sử moment tải không đổi, nếu cho dây quấn phần quay một điện trở quy đổi r’f = 0,1 thì

hệ số trượt, tốc độ quay và tổn hao đồng rotor sẽ bằng bao nhiêu ?

c Biết r1 = r’2; x1 = x’2 = 0,06 Tính Mmax, smax.

d Tính điện trở phụ cần thiết phải cho vào rotor để moment

mở máy cực đại.

ĐS : a) Pđt = 160,16kW; sđm = 1,38%; nđm = 1479vòng/phút; Mđm = 1000,7Nm;

b) s’ = 12,88%; n’ = 1307 vòng/phút; pCu2 = 20,63kW;

c) Mmax = 20892Nm; sm = 0,1.

d) rf = 0,108

Chương 9

MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

9.1 QUÁ TRÌNH MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ:

Quá trình mở máy của động cơ là quátrình đưa tốc độ động cơ từ n= 0 ÷n dm

khi n tăngthì phương trình cân bằng động về moment

d J M M

9 m s

g =

: gia tốc trọng trườngG: trọng trường phần quay

Khi bắt đầu mở máy s = 1:

dm n

pha

x R R

1

÷

= + +

=

Trên thực tế, mạch từ tản của máy bãohòa nhanh X giảm →I mm

còn lớn hơn nhiều sovới trị số tính theo công thức trên

9.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY

Các yêu cầu khi mở máy:

- Mmm phải đủ lớn để thích ứng với đặctính cơ của tải

Hình 9.1 Mở máy trực tiếp động cơ điện

không đồng bộ

9.2.2 Phương pháp hạ điện áp mở máy:

Chỉ dùng với các thiết bị yêu cầu moment

n n

dm mm

x R

U I

+

=

1

' 2

2 1

ω

r I m

x x R

U

I

+ +

=

1

' 2

2 1

ω

r I m

M mmk mmk =

Từ đó, ta có:

R

x R I

I

2 k n 2 n

2 n 2 n mm

+ +

+

=

( ) 2 2k

n

2 n

2 n

2 n mm

x x R

x R M

+ +

+

=

⇒

Theo phương pháp này Imm giảm klần thì Mmm giảm k2 lần Phương pháp chỉđược dùng trong các trường hợp mà vấn đềtrị số Mmm không có ý nghĩa quan trọng

Hình 9.2 Hạ điện áp mở máy bằng

điện kháng

9.2.2.2 Dùng biến áp tự ngẫu hạ U mở máy

Khi mở máy đóng D1 và D3, khi n = nđmđóng D2, ngắt D3

Gọi :

- U1, I1 : là điện áp và dòng điện của lưới

-

' ' , mm

mm I U

: điện áp trên cực động cơ vàdòng điện stator động cơ

- KT : là tỉ số biến áp (KT < 1)

- Zn : là tổng trở một pha

Hình 9.3 Hạ điện áp mở máy bằng biến áp

tự ngẫu

1 ' k U

U mm = T

T n n

mm

Z

U Z

n T

Z

U k I

I = = =

vì '

1 1

'

mm

mm T

I

I U

U

k = =

Như vậy, khi mở máy bằng biến áp tựngẫu dòng điện trong lưới giảm đi k2 lần sovới Imm khi nối trực tiếp

9.2.2.3 Phương pháp Υ−∆:

Chỉ sử dụng với động cơ có 2 cấp điện

áp 220/380 và làm việc thường trực ở cấp220V

Cách mở máy: Đóng dao đổi nối D2 về

vị trí mở máy (Y) Đóng D1 Khi n = nđmđổi D2 sang vị trí làm việc

Gọi : UL : là điện áp của lưới

mmpha mmL

Z

U Z

U I

* Nếu đóng động cơ vào lưới khi đấu ∆: n

L n

U Z

mmL

Z

U I

1 3

mmL

U

Z Z

U I

I

Dòng điện mở máy trong lưới khi nối ∆nhỏ hơn nhiều khi nối 3 lần

Mmm cũng giảm đi 3 lần: 3

2

2 L mm

U U

M Υ ≡ Υ =

.Trong khi

2 2

9.2.3 Thêm Rf vào dây quấn rotor:

Chỉ áp dụng với động cơ không đồng bộrotor dây quấn nếu Mc > Mđt mà động cơsinh ra khi s = 1 thì động cơ không thể khởiđộng được.Ta phải đóng Rf vào để khi mởmáy Mmmmax cần phải chọn 2

2 2

R

R f = + n −

Quá trình mở máy ứng với các Rf như hìnhvẽ

- Từ phía stator: Thay đổi điện áp U,tần số f, số đôi cực p.

- Từ phía rotor: Thay đổi điện trở trongmạch rotor, đưa vào mạch rotor một s.đ.đphụ có cùng tần số với s.đ.đ chính củarotor

9.3.1 Điều chỉnh n bằng cách thay đổi

số đôi cực:

Sơ đồ nguyên tắc đổi số đôi cực: Có thểđổi nối số đôi cực stator bằng cách sau:

- Đặt vào stator một dây quấn vàthay đổi số cực bằng cách đổi nối tươngứng các phần của nó, chỉ dùng với động cơ

có 2 cấp tốc độ 2 : 1

- Chế tạo 2 dây quấn độc lập có số đôicực khác nhau, chỉ dùng với động cơ có cấptốc độ 4/3 hoặc 6/5

- Chế tạo 2 dây quấn độc lập trênstator, mỗi cái lại có đổi nối các cực

Hình 9.6 Sơ đồ nguyên lý về thay đổi số đôi

cực

Nếu động cơ rotor dây quấn phải đổinối số đôi cực đồng thời trên cả stator vàrotor, điều này hơi phức tạp nên các động

cơ có đổi nối p thường là rotor lồng sóc.Cách đổi nối trên hình 4.6a,b gọi là đổi nốinối tiếp, còn cách đổi nối trên hình 4.6c gọi

là đổi nối song song

Phương pháp đấu giữa các pha để đổi cực: Tùy theo cách đấu Υ hay ∆ và cáchđấu dây quấn pha song song hay nối tiếp

mà người ta chế tạo động cơ điện hai tốc

độ thành hai loại: M = const và P = const Trường hợp đổi từ Y → YY:

Hình 9.7 Sơ đồ đấu dây quấn thay đổi cực Y sang YY tỉ lệ thay đổi tốc độ 2:1

với mô men không đổi

Khi chuyển từ số đôi cực lớn thànhnhỏ hơn cần phải đổi nối các đầu ra củacác dây quấn các pha sao cho chiều quaycủa động cơ vẫn như trước

Trường hợp đấu Y, số đôi cực p2 lớn gấp

2 lần trường hợp YY, để tăng n thì ta đấutheo trường hợp YY Nếu gọi UL là điện áplưới và dòng điện định mức cho phép lớnnhất trong nửa pha của dây quấn If Bỏ quađiều kiện làm nguội khác nhau thì có thềchấp nhận If giống nhau ở cả 2 tốc độ quay Đấu Y : IL = If

2 =

Υ

ΥΥ

P P

P

II I 2 II

II

I I 2 Y

YY 2

Hình 9.8 Đặc tính cơ của động cơ điện 2

tốc độ đấu Y sang YY

Đấu : ∆→Υ

Hình 9.10 Sơ đồ đấu dây quấn thay đổi cực

D sang YY tỉ lệ thay đổi tốc độ 2:1 với công

suất không đổi

var

, cos

cos

cos cos

cos cos

ϕ η

=

⇒

ϕ η

= ϕ η

=

ϕ η

= ϕ η

=

∆

∆

M const P

1 15 1 3

2 I

3 U 3

I 2 U 3 P

P

I 2 U 3 I

U 3 P

I 3 U 3 I

U 3 P

f L

f L 2

YY 2

f L L

L YY

2

f L L

1 n

M.P Kôxtenkô đã nghiên cứu vấn đề này

và chứng minh rằng: Nếu ta muốn cho động

cơ làm việc ở những tần số khác nhau vớicác trị số hiệu suất, hệ số công suất, KM không đổi, thì khi thép không bão hòa, đồng

thời với việc biến thiên tần số ta phải điềuchỉnh U, theo f và M theo qui luật sau:

M

M f

f U

U '

1

' 1 1

U1, M là điện áp và moment ứngvới f1

* Khi M = const :

const f

U f

f U

U = → =

1 1

' 1 1

' 1

Tức là điện áp đặt vào động cơ phải

f

f M

f U

U f

f f

f U

U

1

2 1 1

1 2 1

2 1 /

1

1 1

/ 1 1

* Khi M ≡n2 (M ≡ f2 ) :

f const

U f

f U

U f

f M

M

2 1

1 2 1

2 1 1

1 2 1

Giả thiết đường 1 là U = Uđm, Mc =const và không phụ thuộc vào n làm việcvới hệ số trượt sa.

Nếu U1 giảm x lần : U1 = xU dm

(x<1) thì Mgiảm x2 lần : M = x2M dm

tăng x

1

để M = const Nhưng

1 1

' 2 2 ' 2 1 2

ω

M

r I m P

1 1 ( ) 1

x n s n

3.3.3.3.1.Thêm Rf vào mạch của rotor:

Hình 9.13 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rotor.

Mặt vật lý của quá trình xảy ra khiđiều chỉnh tốc độ : Đưa Rf vào n chưa thayđổi kịp → I2 giảm→M =C M I2 Φ cos ψ 2

Ta thấy rằng đưa Rf vào rotor có thể điềuchỉnh được n < nđm trong một giới hạn đủrộng Xong do có tổn hao trên Rf (Pcurf) →P2giảm →η giảm

Câu hỏi :

1 Tại sao khi thêm điện trở phụ vào mạchrotor thì có thể cải thiện được đặc tính mởmáy của động cơ điện không đồng bộ rotordây quấn ? Nếu thêm điện kháng vào thìđặc tính mở máy có bị ảnh hưởng không ?2.Có 2 động cơ điện không đồng bộ rotorlồng sóc cùng công suất đấu liền trục cùngkéo một tải Khi mở máy, đấu 2 dây quấnstator của 2 máy nối tiếp với nhau; mở máy

xong thì đấu song song như bình thường.Cách mở máy như vậy có ảnh

5 Tóm tắt các phương pháp điều chỉnh tốc

độ động cơ không đồng bộ, so sánh ưukhuyết điểm và phạm vi ứng dụng của từngphương pháp ?