Giáo trình vận hành và sửa chữa thiết bị điện

TG: Nguyễn Đức Sỹ NXB Giáo dục

NGUYEN DUC SY

GIAO TRINH VAN HANH VA SUA CHUA

THIET BỊ ĐIỆN

Sách dùng cho các trường đào tạo

hệ Trung học chuyên nghiệp và Dạy nghề

(Tái bản lần thứ nhất)

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC

vse

đo ÁP

we

LOI NOI DAU

O dau ta cũng thấy có máy điện; từ các thiết bị sinh hoạt trong gia đình như

quạt điện, máy giặt, máy hút bụi, máy cạo râu, máy nghe nhạc casset đến các nhà

máy hiện đại của các ngành công nghiệp trong hầm mỏ, trên các công trường xây dựng, giao thông vận tải, quốc phòng và nông nghiệp Giấc mơ điện khí hóa nông thôn đang trở thành hiện thực, thậm chí ở cả những vùng sâu nhất, xa nhất và cao nhất của đất nước Nguồn động lực cho tất cả các lĩnh vực trên chính là các máy phát

điện và các động cơ điện

Phạm vi các thông số kỹ thuật của máy điện rộng đến mức không có loại máy nào sánh được: Công suất trên một chiếc máy điện có thể từ một vài phần W đến một triệu kW; dòng điện từ một vài phần A đến nửa triệu A; điện áp từ một vôn rưỡi đến hang tram kV; tan s6 các máy điện từ đến hàng chục ngàn Hz; tốc độ của máy điện

từ vài trăm vòng/phút đến vài trăm ngàn vòng/ phút; kích thước từ vài milimét đến vài chục mét Về chủng loại, máy điện có năm loại cơ bản tuy nhiên trong thực tế có khoảng ba ngàn loại khác nhau, từ loại thông dụng đến các loại máy đặc biệt hoạt động trong tất cả các lĩnh vực động lực cũng như điều khiển

Nước ta có một tiềm năng rất lớn về nhiệt điện và thủy điện Trong những năm gần đây Đảng và Nhà nước đã chủ trương phát triển mạnh các nhà máy điện để tạo một nguồn điện mạnh và chất lượng cao, đáp ứng được nhu cầu ngày càng lớn của nền kinh tế quốc dân Nhiều vùng ven biển, hải đảo và miền núi còn phát triển thêm

nhiều nguồn điện nhỏ khác như phong điện, thủy điện nhỏ để phục vụ tại chỗ Nhu

cầu về máy phát điện đang tăng với nhịp điệu nhanh

Để truyền tải và phân phối một đơn vị công suất (1 kVA) từ máy phát điện đến hộ tiêu thụ chúng ta cần khoảng tám đến chín kVWA công suất máy biến áp Với một lượng lớn máy biến áp hoạt động trong lưới điện như vậy, nếu chất

lượng chế tạo cũng như sửa chữa không tốt sẽ làm xấu các chỉ tiêu điện năng của

lưới chẳng hạn hiệu suất, Coso giảm, độ thay đổi điện áp tăng

Ở Việt Nam nói riêng và các nước công nghiệp phát triển nói chung tính trung

bình lượng máy điện cần sửa chữa trong tám năm tương đương lượng máy điện sản xuất ra trong một năm Đó là một con số rất có ý nghĩa, vì vậy nhiều nước đặt vấn đẻ sửa chữa là một (rong những lĩnh vực cần quan tâm vì tính kính tế của nó Công tác

sửa chữa nếu tổ chức tốt không những có ý nghĩa kinh tế cho chủ đầu tư mà còn góp

phần nâng cao tính kinh tế cho lưới điện về phương diện Cosọ

Để vận hành máy điện chúng ta cần phải có các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, các cơ cấu chỉ thị, các cơ cấu thừa hành, các thiết bị điều khiển Tất cả các máy điện, máy

biến áp và các thiết bị trên được gọi chung là thiết bị điện

Việc nâng cao chất lượng sản xuất, vận hành và sửa chữa thiết bị điện là một

việc rất cần thiết

Giáo trình này được viết một phần cũng nhằm mục đích trên về phương điện

đào tạo một đội ngũ công nhân điện lành nghề về vận hành và sửa thiết bị điện

Đối tượng phục vụ chủ yếu là học sinh các trường Dạy nghề, các trường Trung học chuyên nghiệp và Cao đẳng Ngoài ra giáo trình cũng giúp những người tự học

nghề điện để phục vụ cho riêng mình nhưng không có điều kiện đến trường hoặc

những công nhân đang làm việc trong nghề điện muốn có một cẩm nang sửa chữa máy điện bên mình Giáo trình mang tính phổ cập, thiên về thực hành nên dễ hiểu,

Phén mo dau

DAI CUONG VE CAC THIET BI DIEN

1 Thiết bị điện là gì?

Thiết bị điện bao gôm các máy điện và các khí cụ điện

Máy điện là các thiết bị điện bao gồm các máy phát điện, các động cơ điện, và

các máy biến áp Mỗi loại máy trên đều bao gồm hai loại chính: các máy động lực và

các máy đặc biệt làm việc trong các hệ thống điều khiển Định nghĩa này mang tính

tương đối bởi vì cũng có nơi, có lúc người ta chỉ cần nói máy điện tức là đã bao gồm

cả hai loại máy điện quay và máy biến áp tuy nhiên cũng có lúc người ta phân biệt máy điện và máy biến áp là hai loại riêng Khi đó ta hiểu máy điện chỉ bao gồm các

máy diện quay (máy phát và động cơ), còn máy biến áp là một loại máy riêng Trong

công tác đào tạo hai loại máy này thường đi liền nhau và gọi máy điện va máy biến

ấp dưới một tên chung la May điện ‘

May điện quay là loại máy điện có hai phần: nến xét về mặt nguyên lý có phần cảm và phần ứng; nếu xét về kết cấu có stato (phần tĩnh) và rôto (phần quay) Trong nhiều trường hợp phần tĩnh có thể là phần cảm hoặc phần ứng và ngược lại, phần quay lại có thể là phần ứng hoặc phần cảm

Máy phát điện là loại máy điện biến đổi cơ năng thành điện năng Cơ nang làm

quay máy phát điện có thể lấy từ tuabin hơi, tuabin nước, động cơ Diesel, động cơ gió

Động cơ điện là loại máy điện biến đổi điện năng thành cơ năng Điện năng đưa vào động cơ được lấy chính từ các máy phát điện trên

Máy biến áp là loại máy điện biến đổi một hệ thống điện có điện áp này thành một hệ thống điện có điện áp khác

Máy điện đặc biệt là các loại mấy điện thực hiện những chức năng đặc biệt:

biến đổi pha, biến đổi tần số, các máy cao tần, siêu tốc

Khí cụ điện bao gôm các thiết bị đóng cắt, bảo vệ; các thiết bị điểu khiển, khống chế; các cơ cấu thừa hành

Các thiết bị đóng cắt có hai loại: cao áp và ha áp Ở đây trong khuân khổ cuốn

sách này chỉ để cập đến các khí cụ đóng cắt hạ áp Khí cụ đóng cắt hạ áp bao gồm

các loại cầu dao, áptômát, máy cắt không khí và công tắc tơ

Các khí cụ bảo vệ, điều khiển, khống chế bao gồm các loại rơle, các bộ khống chế cơ khí hoặc điện tử Khí cụ điện được chia làm hai loại: cao áp và hạ áp Trong phạm vi quyển sách này chúng ta chỉ đề cấp đến các khí cụ điện ha áp

Các cơ cấu thừa hành bao gồm các bộ ly hợp, phanh hãm

2 Vị trí của thiết bị điện trong công nghiệp và đời sống

Hệ thống điện bao gồm các máy điện và máy biến áp và khí cụ điện được kết

nối với nhau theo sơ đồ sau (hình M.1)

Điện phát ra từ máy phát điện thường chỉ đạt được tối đa khoảng 20kV Để truyền tải điện đi xa với tổn hao trên đường dây ít và đường dây không quá lớn người

ta phải nâng điện áp lên cao Một số nước người ta truyền tải điện với điện 4p

750kV, ở nước ta điện áp truyền tải cao nhất là 500kV (đường dây 500kV Bắc —

Nam) Để đưa điện áp lên cao người ta dùng các máy biến áp (m.b.a) tăng áp Đến

nơi sử dụng người ta lại phải hạ điện ấp xuống, điện áp thấp nhất có thể dùng trực

tiếp là 400V

MÁY PHÁT ĐIỆN MBA HẠ ÁP ĐỘNG CƠ ĐIỆN

+

MBA TANG AP | MBA PHAN PHOL CO CL

Hình M.1 Vị trí các loại máy điện trong hệ thống điện

Đề hạ điện áp người ta đùng các m.b.a ha dp

Các động cơ điện là các phụ tải của các máy biến áp nằm ở cuối đường dây

truyền tải điện ;

Xen vào giữa các thiết bị trên là các thiết bị đóng cắt, điều khiển, bảo vệ, đo

lường mà ta thường gọi chưng là các khí cụ điện

Trong công nghiệp chúng ta gặp máy điện trong các máy cắt gọt kim loại, máy nén khí, máy hút chân không

Trong nông nghiệp máy điện dùng để làm máy bơm nước, máy xay xát, máy -

chế biến nông sản và thức ăn gia súc

Trong giao thông vận tải máy điện ding làm động cơ kéo trên xe điện, tàu hòa

chạy điện và ôtô điện Trong máy bay và tầu thủy cũng có rất nhiều máy điện làm

việc

Trong khí tài quân sự máy điện được dùng để quay và điều khiển các hệ thống

._ tên lửa, ra đa pháo cao xạ

Trong đời sống, máy điện được dùng làm quạt gió, tủ lạnh, máy điều hòa không

khí, máy giặt, máy bơm nước, máy sấy tóc, máy cạo râu và đến cả các loại đồ chơi

Các khí cụ điện giữ chức nãng kết nối, bảo vệ và điều khiển các máy điện trên

3 Phán loại thiết bị điện

A Đối với máy điện

a) Theo cách biến đổi năng lượng:

— Máy phát điện (biến cơ nang thành điện năng)

e Máy phát điện một chiều

© May phat dién đồng bộ (cực ẩn, cực lồi, cảm ứng)

e Máy phát điện không đồng bộ

— Động cơ điện (biến điện năng thành cơ năng)

® Dong cơ điện một chiều

e Động cơ điện đồng bộ

e Động cơ điện không đồng bộ (rôto đây quấn, rôto lồng sốc)

e Động cơ điện xoay chiều có cổ góp

— Máy biến áp (biến điện năng thành điện năng)

e Máy biến áp truyền tải (tự ngẫu, hai đây quấn, ba dây quấn)

e Máy biến áp phân phối

© Máy biến áp đặc biệt (chỉnh lưu, hàn, lò, xung )

b) Theo công suấ!: máy điện lớn (hàng chục ngàn kVA), máy điện có công

suất trung bình (hàng trăm đến hàng ngàn kVWA), máy điện nhỏ (đến hàng chục

kVA) máy điện cực nhỏ (đến hàng W)

€) Theo mục đích sử dụng và tính năng máy điện thông dụng và đặc biệt 4) Theo nguyên lý làm việc:

~ Máy điện một chiều (máy phát, động cơ)

- Khong đồng bộ (máy phát, động cơ)

— Đồng bộ (máy phát, động cơ)

— Máy điện xoay chiều có cổ góp

— Máy biến áp (tự ngẫu, hai dây quấn, ba dây quấn)

e) Theo tính chất dòng điện: một chiêu, xoay chiều

B Đối với khí cụ điện

a) Theo điện áp làm việc : khí cụ cao áp và hạ áp

b) Theo chức năng: khí cụ đóng cắt, bảo vệ, điều khiển, khống chế

c) Theo tinh chất dòng điện: một chiều, xoay chiều

đ) Theo nguyên lý làm việc: điện từ, điện động, điện tử,

4 Mục đích, ý nghĩa của công tác vận hành và sửa chữa thiết bị điện

Các nhà máy chế tạo máy biến áp, chế tạo động cơ và chế tạo khí cụ điện đã

cung cấp cho nền công nghiệp của chúng ta rất nhiều sân phẩm, đánh dấu một

bước phát triển vượt bậc trong cả hai lĩnh vực: cơ sở vật chất và năng lực vận hành,

sửa chữa, chế tạo thiết bị điện của đội ngũ cán bộ công nhân trong ngành điện nói

chung và ngành chế tạo máy điện nói riêng Trong thời kỳ đổi mới ngành thiết bị

điện còn được bổ sung thêm một nguồn lực mới đó là các nhà máy liên đoanh với

các hãng lớn của thế giới như ABB (Thụy Sỹ), Takaoka (Nhật Bản) Cho đến nay

phần lớn các thiết bị hoạt động trong lưới điện từ 220kV trở xuống là các thiết bị sản xuất trong nước Về máy biến áp chúng ta đã chế tạo được các máy công suất đến gần 100MVA, điện áp tới 1IOkV (đang chế tạo mấy biến áp 125MVA, 220kV), sửa chữa được các máy công suất đến 200MVA, diện áp đến 500kV Về động cơ điện ta đã có rất nhiều nhà máy chế tạo điện và đã chế tạo được các động

cơ đến IO00kW Các công ty chế tạo khí cụ điện đã cung cấp cho thị trường nhiều

thiết bị điện hạ áp và lắp ráp được các tủ phân phối tới 35kV không thua kém bất

cứ hãng nào trên thế giới

Ngành sửa chữa thiết bị điện giữ một vai trò quan trọng bởi hai lý do sau:

a) Phục hồi những máy điện đã bị hỏng để tiếp tục làm việc nhằm tiết kiệm vốn

đầu tư Trung bình lượng máy điện sửa chữa trong tám năm tương đương với lượng máy điện được sản xuất ra trong một năm Kinh phí sửa chữa thường chỉ chiếm

khoảng 30% giá thành chế tạo mới Nếu chất lượng sửa chữa tốt máy điện sau khi sửa chữa có thể tiếp tục làm việc với tuổi thọ như máy điện mới

b) Các máy điện sau khi sửa chữa nếu đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật như

hiệu suất, cos không thay đổi (theo chiều hướng xấu đi) thì các chỉ tiêu năng lượng

của lưới điện cũng không bị suy giảm Vì vậy nâng cao năng lực và chất lượng sửa

chữa máy điện là góp phần cải thiện chất lượng điện của toàn hệ thống

Công tác vận hành máy điện cũng ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kính tế kỹ

thuật của bản thân máy điện và của hệ thống điện Vận hành máy biến áp và động cơ

điện không đồng bộ một cách hợp lý, không chỉ có lợi cho người sử dụng mà còn góp phần giảm tổn thất công suất và ổn định điện áp hệ thống điện Trong những năm gần đây với nô lực của ngành điện và những người sử dụng điện, chất lượng

điện của hệ thống điện Quốc gia đã được cải thiện đáng kể, không còn tình trạng tổn thất công suất lên tới 40% và nhà nhà dùng máy biến áp gia đình (souvolteur) như

trước đày Cho đến nay chúng ta đã có một đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật và

công nhân lành nghề đủ trình độ để vận hành một hệ thống điện hiện đại với chất lượng điện cao không kém các nước trong khu vực

Câu hỏi

1 Những thiết bị nào được coi là của các hộ tiêu thụ điện năng?

2 Khí cụ điện bao gồm những thiết bị gì?

3 Mối quan hệ giữa các thiết bị trong hệ thống năng lượng?

ot

wg

“ee

Chuong 1

MAY DIEN KHONG DONG BO

1.1, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU

4a) Nguyên lý tạo từ trường quay trong máy điện xoay chiêu

Khi đấu một dây quấn ba pha vào một hệ thống điện ba pha lệch pha nhau về

thời gian 120° điện thì trong các pha của đây quấn sẽ có dòng điện chạy:

In =TamaxSinot; lIg=lpw„sin@t-l20%; Tle=lcw,xsin@t—240) (1-1)

Dòng điện trong môi pha tạo ra từ trường đập mạch còn tác dụng tổng của chúng thì tao ra từ trường quay tương đối so với stato Để thấy rõ nguyên lý tạo từ trường quay như thế nào chúng ta hãy kháo sát một dây quấn ba pha đơn giản nhất

chỉ gồm hai cực, mỗi pha chỉ bao gồm một bối dây (quấn tập trung), đấu Y, đặt trong các rãnh tương ứng I—4; 3-6; 5~2 trên lõi sắt stato (h.1.1b)

Sự phân bố các dòng điện trong các pha được trình bày trên hình I.1a Chúng ta hãy xét trị số các đồng điện trong các pha tại các thời điểm 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6

Hình 4.1 Sự phan bố các dòng điện trong các pha {a) và dây quấn ba pha (b)

Tại thời điểm O đòng điện trong pha A bằng không, dòng điện trong pha B âm,

còn dòng điện trong pha C dương Chiếu các đòng điện trong các rãnh của đây quấn stato va tir thong do chúng sinh ra (theo quy tắc vặn nút chai) được trình bày trên hình 1.2a Rõ ràng các đòng điện trong ba pha đã tạo ra một sức từ động hướng

thẳng góc từ trên xuống dưới

Tại thời điểm 1 đồng điện trong pha C bằng không, dòng điện trong pha Á

đương còn trong pha B thi 4m Chiểu các dòng điện trong các rãnh của dây quấn

stato và từ thông do chúng sinh ra được trình bày trên hình 1.2 Rõ ràng các đồng

điện trong ba pha bây giờ tạo ra một sức từ động có hướng đã lệch một góc 60” (bằng

1/3 bước cực) theo chiều quay kim đồng hồ (h.1.2b)

2GTVHSCTBO A

Hinh 1.2 Nguyên lý tạo từ trường quay của dây quần ba pha

“Tiến hành khảo sát tương tự tại các thời điểm 2; 3; 4; 5; 6 ta lần lượt được sức từ động ba pha tương ứng như hình 1.2 a, b, c, d, e, f Chúng ta nhận thấy véc tơ sức từ

động tại các thời điểm trên lần lượt lệch nhau góc 120” hay nói cách khác sức từ

động đã quay được một vòng, tương ứng với một chu kỳ biến thiên của dòng điện

Nếu tần số đồng điện là 50Hz thì trong một giây sức từ động này sẽ quay được

30 vòng Nếu đây quấn có p đôi cực và tần số của dòng điện trong dây quấn stato là

†, thì tốc độ quay của sức từ động sẽ là:

n, = 60f, /p (1-2) 'Tốc độ này của từ trường trong máy điện được gọi là tốc độ đồng bộ Với tần số lưới điện bằng 50Hz, ứng với các số đôi cực khác nhau ta sẽ có các tốc độ đồng bộ sau:

Số đôi cực, p 1 2 3 4 5 6+

Tốc độ đồng bộ n; (v/ph) 3000 1500 1000 750 600 500

Sức từ động quay tạo ra trên bề mặt stato một từ trường quay Muốn thay đổi

chiêu quay của từ trường ta thay đổi thứ tự pha, chẳng hạn từ A-B-C thành A-C-B Cần chú ý là sự thay đổi chiều dòng điện trong tất cả các pha không làm thay dối chiều quay

Một điều nữa mà chúng ta cũng cần chú ý là từ trường do dây quấn một pha

sinh ra là từ trường đập mạch tức là từ trường mà nếu chỉ xét sóng cơ bản thôi thì nó phân bố hình sin trong khong gian và có trị số biến đổi hình sin theo thời gian Từ trường này có thể phân tích thành hai từ trường quay, quay ngược nhau và có trị số

bằng một nửa từ trường đập mạch Chính vì vậy mà động cơ điện nếu chỉ có một pha

dây quấn thôi thi không thể tự khởi động được Để động cơ loại này chạy được 1a cần

có thêm các phần tử khởi động, đó chính là nguyên lý làm việc của các động cơ điện một pha Mật khác từ trường quay lại cũng có thé phân tích thành hai từ trường đập

mạch lệch nhau trong không gian 90” và trong thời gian 90 Theo đó nếu ta tạo ra

được hai đây quấn lệch nhau trong không gian điện 90° va lam cho dòng điện của

một trong hai dây quấn lệch đi 90` về thời gian thì ta sẽ lại có được một từ trường

quay Chính vì vậy mà không cần ba pha, quạt trần và quạt bàn chạy tụ của chúng ta vẫn chạy được, Ngoài việc dùng tụ điện làm phần tử dịch pha, trong thực tế người ta còn dùng cả điện trở nhưng ít hơn

Nếu đưa một hệ thống

đòng điện ba pha vào dây

quấn ba pha của stato một

máy điện không đồng bộ thì

như ta đã biết trên đây, hệ

thống dòng điện này sẽ tạo ra

từ trường quay, quay với tốc

độ nị = 60f1/p Từ trường này

quét lên đây quấn rôto m pha

và cảm ứng trong đó các sức

điện động và do dây quấn

rôto kín mạch nên trong đó sẽ

có các dòng điện Các dòng

điện trong rôto cũng sẽ sinh

Ta từ trường quay, quay với

trên bé mat roto tạo ra

mômen làm rôto quay với tốc

độ n, điều này có thể thấy rõ

trên hình 1.3 Trong trường

hợp này rôto sẽ quay theo

chiều quay của từ trường do

dây quấn stato sinh ra,

b) Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ

Tốc độ rôto không bao giờ bằng tốc độ từ trường nụ bởi vì nếu giả sử điều đó xây ra, sự chuyển động tương đối giữa rôto và từ trường sẽ không còn, sức điện động,

dòng điện trong rôto và do đó cả mômen cũng không còn, rôto sẽ dừng lại và ra khỏi

đồng bộ Chính vì thế mà người ta gọi là máy điện không đồng bộ Ta cũng nhận thấy rằng đây quấn rôto hoàn toàn khép kín và không nhận năng lượng từ bất cứ

nguồn điện độc lập nảo, dòng điện trong nó có được là do cảm ứng từ phía stato sang (giống như trong máy biến áp) Chính vì vậy nhiều khi người ta cũng gọi động cơ

Hinh 4.3 Về nguyên lý tác dụng của

máy điện không đồng bộ

Khi I>s >0 tức n và nị cùng chiểu và n < nị, máy làm việc ở chế đệ động

cơ điện

Khi 0>s >—ø tức n và nị cùng chiều va n > nị máy làm việc ở chế độ máy

phát điện

Khi 1<s < +ø tức n và ny ngược chiều, máy làm việc ở chế độ hãm

Khi s =0tứcn =n, và cùng chiều máy làm việc ở chế độ không tải ]ý tưởng

(trong thực tế không có)

Khi s = l,tứcn=0 máy làm việc ở chế độ ngắn mạch hay khởi động trực tiếp

Khi làm việc tần số cia dong điện và sức điện động trong roto f, = sf, do s nhỏ nên f; rất nhỏ, thường chỉ vai Hz

Hệ số trượt ứng với tải định mức gợi là hệ số trượt định mức Trị số của hệ số trượt đối với các động cơ có công suất nằm trong phạm vi từ IkW đến 1000KW nằm

trong khoảng 0,06 đến 0,01

Theo đó ta thấy tốc độ rôto rất gần tốc độ đồng bộ, nên trong thực tế trên nhãn máy người ta thường ghi tốc độ định mức nhưng cũng có thể ghi tốc độ đồng bộ hoặc chỉ ghỉ số cực của máy 2p thôi cũng đủ So sánh trị số n, và n dưới đây ta sẽ thấy rõ

điều đó

Tốc độ đồng bộ nụ, (v/ph) 3000 1500 1000 750 600 500

"Tốc độ rôto n, (v/ph) 2890 1460 960 730 580 480

c) Kết cấu máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ thường làm việc ở chế độ động cơ là chính, chiếm tới

90% vẻ số lượng và công suất Động cơ không đồng bộ có hai loại: röto lổng sóc (có

tài liệu gọi là roto ngắn mạch) và rôto đây quấn (hoặc róto pha)

Ilình 1.4 mô tả hình đáng bên ngoài của một động cơ rôto lỏng sóc cấp bảo vệ IP44

Lỗi sắt stato được ghép từ các lá tôn

kỹ thuật điện (tôn silic) cách điện với

nhau nhờ lớp sơn trên bề mặt để giảm tổn

bao do dòng điện xoáy (dòng điện

Phucô) Các lá tôn này dược ép giữ với

nhau bằng nhiều cách Đối với các máy

cực nhỏ người ta thường dùng đính tán

tán chặt, hàn một số đường dọc theo

đường sinh bẻn ngoài lõi thép hoặc đúc

một lớp nhỏm phủ lên (lớp nhỏm này

trong nhiều trường hợp chính là vỏ máy)

Đối với máy nhỏ, vừa và lớn người tà

dùng những thanh thép đặt trong các rãnh Hình 1.4 Bể ngoài của động cơ không

chạy dọc theo đường sinh bên ngoài rồi đồng bộ rôto lổng sóc cấp bảo vệ IP44

hàn với hai vành ép ở hai đầu

“Trên bể mặt trong của lõi thép stato người ta dập các rãnh để dat đây quấn Dây

quấn stato của các động cơ không đồng bộ (xem chương 4) có chiều cao tâm trục nhỏ

hon 280mm thường dùng dây dẫn tròn theo kiểu phần tử mềm còn với các máy lớn

12

bơn thì dùng đây dẫn chữ nhật, quấn theo kiểu phần tử cứng Dây quấn ba pha stato được đưa ra một bảng cực đặt trong hộp đấu dây để có thể đấu thành hình Y hoặc A

cho tién (h.1.5)

Hình 1.5 Dây quấn stato và sự hố trí các cực trong hộp cực:

a) Bổ trí các đầu dây trong hộp cực; b) Cách đấu để tạo thành sơ đổ Y hoặc A

Rôto động cơ không đồng bộ bao gồm trục, lõi sắt và dây quấn Lõi sat roto ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện được lấy từ phần trong của lá tôn stato

“Trên bề mặt ngoài lá tôn người ta đập các rãnh để đặt dây quấn roto, Dây quấn rôto có hai loại: đây quấn lồng sóc và day quấn pha

Dây quần lỏng sóc có cấu tạo như hình I.6, trong đó a Lồng sóc và b Lồng sóc

trong lõi thép rôto và trục

bo)

Hình 1.8 Dây quấn kiểu lồng sóc (a) va réte léng séc (b)

Pay quan roto pha (roto day quẩn) có cẩu tạo như dây quấn stato, thường đấu Y' bền trong, ba đầu còn lại đưa ra ba vành trượt đặt trên trục Thông qua ba chổi than

tỳ lên ba vành trượt ta có thể đưa thêm điện trở phụ vào dây quấn roto dé mo máy

hoặc điều chỉnh tốc độ

1.2 PHÂN LOẠI VÀ PHẠM VỊ ỨNG DỤNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Máy điên không đồng bộ có rất nhiều loại và chiếm phần lớn số máy điện mà

chúng ta thường gặp Có thể phân loại chúng theo các cách khác nhau như sau:

13

Theo chế độ làm việc: máy phát điện, động cơ điện và máy điện không đồng bộ

phải kích thích bằng tụ điện nên việc tự động ồn áp khi công suất và tính chất của tải

thay đổi rất khó khăn

Việc tự động ổn định tần số cũng gặp phải khó khăn tương tự nên nói chung chất lượng điện của máy phát điện không đồng bộ không cao

Tuy nhiên máy phát điện không đồng bộ cũng có một số ưu điểm nhất định nên hiện nay trong một số lĩnh vực vẫn sử dụng Trước hết máy phát cố rôto lồng sóc nên

kết cấu đơn giản, kín nước và chắc chắn, rất thích hợp với những nơi cần tốc độ cao

đặc biệt là trong máy bay có hệ thống truyền động 400OH¿ Trong trường hop nay mấy có cấu tạo hai cực và được kéo tua bín khí đặt trong luồng khí xả của máy bay

phản lực Tốc độ máy trong trường hợp này bằng: n = 60 400 = 24000 v/ph Trong

một số trường hợp không có điện lưới, máy phát hợp thành với phụ tải một hệ độc lập (hệ ôtônôm — một máy phát một tải) chẳng hạn trạm nghiền đá, trạm trộn

bêtông người ta cũng dùng máy phát điện không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ do đơn giản nên có mặt ở khắp nơi và chiếm tới

chín mươi phần trăm các loại động cơ điện hiện có

Máy điện không đồng bộ làm việc ở chế độ hãm chủ yếu được dùng làm động

cơ cần trục Khi hạ tải máy làm việc ở chế độ hãm còn khi nâng tải máy làm việc ở chế độ động cơ Loại này trong thực tế thường cấu tạo dưới dạng động cơ tự hãm

Theo cdu tao: Máy điện không đông bộ có hai loại: rôtơ lông sóc và rôto đây

quấn Động cơ rôto dây quấn thường dùng ở những nơi cần có mômen mở máy lớn như máy cán thép, mấy nghiền hoặc có nhu cầu điều chỉnh tốc độ

Theo công suất: máy cực nhỏ, máy nhỏ, máy vừa và lớn Việc phân loại theo cách này mang tính tương đối, mục đích là để phân cấp trong các nhà máy chế tạo sao cho thích hợp với đầu tư cấu hình thiết bị

Theo mục đích và đặc điểm sử dụng: máy điện thông dụng, máy điện dùng

trong ngành dệt, máy điện chống nổ dùng trong hầm mỏ và ngành xăng đầu, máy điện đặc biệt dùng trong điều khiển

Theo kiểu kết cấu bên ngoài: máy có chân, có mặt bích, có chân và có cả mặt bích, trục đứng, trục nằm ngang

Theo cấp bảo vệ: kiểu hở (IPI 1), kiểu bảo vệ (P23), kiểu kín (P44)

1.3 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

Động cơ điện có các đại lượng định mức sau:

— Công suất định mức là công suất cơ đầu trục: Pam, tính bằng W, hoặc kW

14

Hình 1.7 Mặt cắt động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc cấp bào vệ IP44:

1.Trục; 2,15 Ổ bị; 4 Vành ngắn mạch của rôto; 5 Phẩn đầu nổi dây quấn stato; 6 Hộp đầu dây ra;

7 Vỏ, 8 Lồi sắt stalo; 9 Lõi sắt réto; 10 Vat can bằng, 11 Cánh khuấy trẽn rôto;

13 Nắp hưởng gió; 14 Quạt gió; 16 Ống lổng quạt gió; 17 Vít cố định lõi thép stato;

48 Thanh giằng cố định lồi thép stato; 19 Bulông tiếp đất.

— Điện áp định mức và cách đấu

đây giữa các pha: Uạ„, là điện áp day,

tức điện áp giữa các pha, tính bằng V

hoặc kV Cách ký hiệu và ý nghĩa như

sau: chẳng hạn 380/220V, đấu Y/A

có nghĩa là nếu điện áp dây của lưới

điện là 380V thì đây quấn stato được

dau sao, nếu điện áp dây của lưới lầ - vụn +s nặng cơ không đồng bộ rôto dây quấn

220V thì đấu tam giác cấp bảo vệ IP23

~ Dong điện định mức là đồng điện dây chảy từ nguồn vào máy, ký hiệu 1a I,

tính bằng A hoặc kA

— Tốc độ định mức là tốc độ của trục động cơ, ký hiệu là n, tinh bang v/ph

Trong nhiều trường hợp người ta ghi tốc độ đồng bộ hoặc số cực 2p

~ Hệ số công suất coso; hiệu suất; kiểu máy; tên hãng sản xuất

— Năm sản xuất

— Chế độ làm việc: liên tục, ngắn hạn hoặc ngắn hạn lặp lại

~ Trọng lượng (để chuẩn bị phương tiện nâng hạ vận chuyển khi cần)

"Trong lý lịch máy người ta còn ghi thêm bội số mômen cực đại, bội số mômen

mở máy, bội số dòng điện mở máy

Quan hệ điện từ giữa các đại lượng như sau:

Đối với động cơ điện không đồng bộ ba pha

Công suất đầu vào, P,= ⁄3 Tị Ual¿€osọ; công suất đầu ra: P› = P.rị

Điện ấp pha: Un = tự/x43

Câu hỏi

1 Tại sao gọi là động cơ không đồng bộ?

2 Tại sao rôto động cơ không đồng bộ không thể vào đồng bộ được?

3 Tại sao lá mạch tử của động cơ không đồng bộ phải được ghép từ các lá tôn silic có cách điện với nhau?

1.4 VẬN HÀNH MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

1.4.1 Đại cương về vận hành động cơ điện

Máy điện không đồng bộ chủ yếu được dùng làm động cơ điện với những ưu

điểm đơn giản, chắc chắn, giá thành rẻ ít có loại não so sánh được Bởi vậy trong

phần này việc nghiên cứu vận hành chủ yếu tập trung đối với chế độ động cơ điện

Vận hành động cơ điện tức là điều khiển động cơ điện thực hiện những yêu cầu

về công nghệ đồng thời đáp ứng một số tiêu chuẩn nào đó Chẳng hạn đối với động

cơ điện cần phải thay đổi tốc độ một cách bằng phẳng trong một phạm vi nào đó với

momen khong déi

16

ve

Vận hành động cơ điện còn có ý nghĩa hết sức quan trọng đó là tiết kiệm năng

lượng Vấn đề này thể hiện ở hai khía cạnh: hiệu suất cao và cosọ cao Hiệu suất

trong điều khiển máy điện được thể hiện qua tổn hao trên thiết bị điều khiển, trong

bản thân động cơ điện hoặc máy công tác Hệ số cos@ phản ảnh tồn hao trên lưới

điện, trong bản thân máy điện do việc vận hành máy điện gây ra, chẳng hạn cho

động cơ không đồng bộ vận hành non tải

Tóm lại việc vận hành động cơ điện cần đảm bảo những nguyên tắc cơ bản sau:

® Đáp ứng được yêu cầu về công nghệ của máy công tác

e Công suất điều khiển nhỏ, độ trơn điều khiển cao

e Tổn hao trong quá trình điều khiển của máy điện nhỏ

e Hiệu suất vận hành cao, khả năng tự động hoá cao

e Không làm hoặc ít ảnh hưởng đến các chỉ tiêu năng lượng của lưới

e Thiết bị điều khiển rẻ, đơn giản, dễ kiếm

e Độ chính xác điều khiển cao, tín cậy, phạm vì điêu khiển tốc độ rộng

«® Năng suất lao động cao

® An toàn cho máy và cho người điều khiển

e Phương pháp điều khiển hợp lý

Sau đây chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu trình tự các bước để vận hành với hiệu

quả cao nhất đối với máy điện nói chung và động cơ điện nói riêng

1.4.2 Kiểm tra máy điện trước khi đưa vào vận hành

Các động cơ điện trước khi đưa vào vận hành phải kiểm tra và thử nghiệm (nếu thấy cần thiết, đặc biệt đối với các động cơ lớn hoặc các động cơ đã qua sứ dụng)

Các hạng mục kiểm tra và thử nghiệm như sau:

® Đo điện trở dây quấn

e Kiểm tra cách điện của dây quấn

e Thử nghiệm độ bền điện (nếu cần nghiên cứu hoặc đối với động cơ điện áp quan trọng hoặc nghỉ cách điện bị xấu do bảo quan không tốt)

ø Kiểm tra tình trạng bên ngoài

« Kiểm tra về cơ khí

® Kiểm tra đấu đúng các dây quấn và các đầu dây trên bảng cực

e Kiểm tra nối đất với vỏ

e Kiểm tra vị trí chổi than trên vành góp (nếu là động cơ điện một chiều)

e Kiểm tra bệ thống làm mát và bôi trơn

se Kiểm tra đao động và tiếng ồn (khi đã chạy)

a) Kiểm tra tình trạng bên ngoài gồm kiểm tra thông số ghi trên nhãn xem có

khớp với lý lịch máy không ? Các chỉ tiết có thiếu gì không, tình trạng phần đầu nối

đây quấn (nếu máy kiểu hở hoặc bảo vệ), tình trạng các bộ phận dẫn dòng, tình trạng

tiếp xúc các đầu dây dẫn đến bảng cực, chổi than

Kiểm tra về cơ khí xem có chỉ tiết nào bị hỏng, mất mát hoặc rơ rão, nứt vỡ

cao v

Kiểm tra lại các bulông kéo cực từ, tình trạng của hệ thống các bulông bắt nắp, thân,

xem máy có bị sát cốt hoặc có tiếng kêu lạ không, rôto quay có nhẹ nhàng không?

Kiểm tra ổ bí và hệ thống bôi trơn Nếu 6 bi lắp chưa đúng khi xoay rôto sẽ có tiếng kêu không bình thường, dùng dụng cụ thăm (kiểm tra) ổ bí ta có thể phát hiện

được Đối với động cơ lớn chạy bạc (ổ trượt) hệ thống bôi trơn cực kỳ quan trọng

Nếu lắp không đúng, không được bôi trơn hoặc bôi trơn không đầy di thi chi cong

thời gian ngắn ổ bạc sẽ phát nhiệt và nhanh chóng bị phá huỷ

b) Kiểm tra tốc độ động cơ Thông thường bước dây y của bối đây bằng hoặc

xấp xỉ bằng bước cực Đếm số rãnh trong một bước dây, nếu nó chiếm một nửa chu

vị phần ứng tức là máy có hai cực, chiếm một phần tư là bốn cực, chiếm một phần sáu là sáu cực Ta cũng có thể kiểm tra tốc độ động cơ mà không cần tháo lắp động

cơ để xem dây quấn bằng cách áp dụng phương pháp sau: Dùng một điện kế một

chiều nối với một hoặc hai pha dây quấn stato Dùng tay Xoay từ từ rôto, ta sẽ thấy

kim điện kế đao động quanh điểm không ở giữa Đếm số lần kim điện kế lệch sang một phía nào đó sau một vòng quay sẽ cho ta số cực cùng cực tính của rôto Ví dụ nếu ta đếm 30 lần lệch của kim sau 10 vòng quay của trục thì máy sẽ có số đôi cực là

30/10 = 3 Tốc độ đồng bộ của động cơ sẽ là 1OOOv/ph

Số cực động cơ một chiều có thể xác định được nhờ đếm số hàng bulông bắt cực phía ngoài động cơ Tốc độ động cơ điện một chiều không phụ thuộc số cực tuy

nhiên khi thiết kế người ta có xu hướng để tân số sđđ và dòng điện trong dây xấp xỉ 30Hz nên gần đúng p = 3000/n

c) Kiểm tra đấu đúng đây quấn

Đối với động cơ lớn để tăng độ tin cậy trước khi khởi động người ta cần phải kiểm tra xem các dây quấn đã được đấu đúng chưa

- Đối với máy điện xoay chiều khi lấp ráp xong cần phải kiểm tra lại tên của

các đầu dây ra Nếu nhầm lẫn ký biệu đầu dây ra có thể xây ra tình trạng ngược một pha, không thích ứng khi chuyển từ đấu Y sang A Có thể dùng một trong các

+ Phương pháp dùng điện áp một chiều (h.1.9) Dùng một nguồn điện một

chiều (acquy chẳng hạn) cấp cho một trong các pha, ví dụ pha I, còn các pha còn

lại thì lần lượt nối với một milivôn kế Đồng hồ được nối sao cho khi đóng công tác kim của nó lệch sang phải Khi đó đầu đầu và đầu cuối của hai pha I va II sé

cuối của pha nối với đầu pha kia (đường nét đứt)

+ Phương pháp dùng nguồn xoay chiều Hai pha (cuộn dây) đấu nối tiếp với nhau rồi đặt vào nguồn điện áp thấp xoay chiều (h.I.9c), pha thứ 3 đấu với một vôn

kế hoặc một bóng đèn Nếu khi đóng điện mà đồng hồ chỉ (hoặc đèn sáng), tức là ta

đã nối hai pha theo đường nét đứt (đầu với cuối) còn nếu đồng hồ không chỉ hoặc

đèn không sáng tức là ta đã nối 2 pha theo đường nét đậm (cuối với cuối) Tướng tự

kiểm tra được đầu đầu và đâu cuối của pha thứ 3

4) Kiểm tra cách điện dây quấn

Mặc dù trong quá trình chế tạo cách điện của máy điện được kiểm tra và thử nghiệm rất chặt chế nhưng trước khi đóng điện chạy thử (sau khi lắp ráp ở nhà máy

chế tạo hoặc tại hiện trường) vẫn phải kiểm tra lại cách điện lần cuối cùng Trong

điều kiện không sấy lại, máy điện xoay chiều phải thỏa mãn điện áp thử nghiệm theo

quy định Đối với máy điện lớn được chia làm 2 nhóm: nhóm thứ nhất gồm tất cả các

máy công suất đến 5000kW khi tốc độ quay không quá 1500v/ph, nhóm thứ hai gồm

các động cơ công suất lớn hơn 5000kW, tất cả các động cơ tốc độ quá 1500v/ph, các máy điện tua bin hơi, tua bin nước và máy bù đồng bộ

Đối với nhóm thứ nhất điện áp thử nghiệm tối thiểu bằng một nửa điện áp định mức còn điện áp thử nghiệm cực đại bằng 2,5 lần định mức Nếu cần phải thành lập

đặc tính I,= Uy) trong đó I, là dòng điện rò, Uy là điện áp thử nghiệm thì chọn

cấp điện áp thử như sau:

Tương tự như đối với nhóm l ta có thể

lấy được đặc tính mô tả quan hệ giữa các

dong dién rd I, (uA) với điện áp thử nghiệm

Quan hệ này có dạng như đồ thị hình 1.10,

trên đồ đường | ứng với bề mặt dây quấn bị

ẩm, đường 2 ứng với bể mặt dây quấn khô

(sau khi sấy)

Bảng 1.1 Điện áp thử nghiệm đối với nhóm 1

Bảng 1.2 Điện áp thử nghiệm đối với nhóm 2

Đối với các máy điện không lớn (dưới 1OKW) chỉ cần kiểm tra cách điện bằng

cách đo điện trở cách điện bàng Mêgômmét là đủ

Điện trở cách điện đo bằng Megômmét phải tuân thủ các quy định sau:

- Dùng Megômmáét 500V đối với thiết bị điện cố Ưạm < 500V

— Đùng Megômmét 1000V đối với thiết bị điện có Uạm < 1000V

— Dùng Megômmét 2500V đối với thiết bị điện có Uạ„ > 3000V

— Điện trở cách điện giữa các pha với nhau và giữa các pha với đất không nhỏ hơn trị số:

(Tuy nhiên trong mọi trường hợp R.„ không được nhỏ hơn 0,5M)

U Rea = (9)

1000+——

100

Trong đó: U - điện áp định mức của thiết bị cần được kiểm tra; P (kVA) ~ cong

suất định mức

— Điện trở cách điện phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm môi trường Nếu điện trở

ba pha tuy nhỏ nhưng bằng nhau cố khả năng dây quấn bị nhiễm ẩm bê mặt Nên

sấy máy trước khi kiểm tra lại Điện trở cách điện giữa các pha với nhan và với vỏ

không chênh lệch nhau quá nhiều

— Trước khi dùng Megômmáét để đo điện trở cách điện cần kiểm tra cách điện

của chính Megômmét: khi để hở mạch R.„ = œ; khi ngắn mạch R.„ =0

e) Đo điện trở của dây quấn

Điện trở dây quấn của động cơ ba pha thường bằng nhau hoặc sai số rất ít Nếu phát hiện thấy điện trở các pha khác nhau mà hiệu số của chúng lớn hơn điện trở của

một vòng dây thì có thể đặt vấn đề nghi vấn bị chập vòng (pha có điện trở nhỏ) hoặc

tiếp xúc xấu trong các mối nối (pha có điện trở lớn) Lúc đó cần tiến hành kiểm tra thêm bằng cách khác

Các phương pháp và thiết bị đo điện trở đây quấn như sau:

20

Oy wf

— Déng hé van nang dé do dién trở các máy điện nhỏ (vài Woat đến vài chục

Woat) Phuong pháp này không chính xác nhưng đủ để kết luận tình trạng dây quấn

— Đùng cầu đo vạn năng để đo điện trở các máy điện trở công suất đến hàng vài

trăm Woa¿ đến 100kW (điện trở 102 ©) Phuong pháp này khá chính xác nhưng trị

số điện trở thường phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh

— Phương pháp đo điện trở V — A : Theo phương pháp này ta cấp vào dây quấn

một đòng điện một chiều đo dòng điện một chiều rồi đo đồng điện và áp suất ta sẽ

tính được điện trở theo công thức R=U/I Phương pháp này áp dụng cho các máy lớn

hoặc máy một chiều có điện trở rất nhỏ Khi đo bằng phương pháp này lưu ý đến việc tăng điện trở do đây dan bi nóng khi ta cấp dong vào nó Do vậy cần phải khống

chế dòng một chiều cấp vào dây quấn khi đo sao cho độ tăng nhiệt của dây quấn không vượt quá | ÚC, Đối với đây quấn bằng đồng độ tăng nhiệt đó là:

A6 = 37/200, {°C/s} (1-5)

Trong đó J ~ mật do dong điện, [A/mm”]

Đối với dây nhôm thay 200 bằng 86 Nếu tiết điện của dây dẫn không biết thì trị

số dòng điện không vượt quá 15 + 20% dòng định mức của dây quấn và thời gian đo

Nếu điện trở của vôn kế nhỏ hơn 100 Tần điện trở của đây quấn cần đo ứ, < 100 Ry)

thì điện trở của dây quấn là:

Rự= U/q - U/#,), [Q) , (1-6)

Trong đó U, I là điện áp và dòng đo

Điện trở của máy điện phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh Thông thường điện trở ghì trong lý lịch máy là điện trở đã được quy ước vẻ nhiệt độ là 75°C

Raze= R[1 + œ(75 — 0], Q (1-7) Trong đó œ - hệ số nhiệt độ, đối với đồng a = 0,004,

R- điện trở đo ở nhiệt độ t,

Để do điện trở bằng phương pháp V — A người ta

đùng một bộ que đặc biệt (hình 1.11) Thân que đo làm

bang vat liệu cách điện, thường là bakélít hoặc là tectôlít,

trong đó đặt 2 mũi đo bảng đồng Hai mũi đo nhô ra

ngoài không bàng nhau: một trong hai mũi do chuyển

động vào ra được nhờ lò xo 3 Các mũi đo cố định được

nối với một milivôn kế Các mũi đo chuyến động thông

qua Ampe kế và biến trở 4 được nối với 2 cực của cầu

dao 5 Cầu chì 6 để bảo vệ Ampe kế tránh đo phải dòng

điện quá lớn Nguồn một chiều 7 là nguồn một chiều

được ổn định điện áp Khi đo ấn hai que lên hai đầu dây

quấn sao cho các mũi dài chạm trước Nếu thấy Ampe kế

chỉ, chứng tỏ điện trở không bị đứt, (dây quấn không bị

Hình 1.11 Đo điện trở dây

quấn bằng phương pháp V-A

21

đứt) mới ấn tiếp để 2 mũi ngắn tiếp xúc với điện trở, chờ ồn định rồi đọc chỉ số của vôn

kế và Ampe kế (chứng tỏ dây quấn bị đứt) thì không ấn tiếp nữa, nếu không milivôn

kế sẽ bị hỏng do đo phải điện áp của nguồn Trước khi đo nên tính toán, dự báo trước

trị số điện trở sẽ đo để chọn nguồn và đồng hồ đo cho thích hợp

Một đặc điểm của dây đồng mà ta cần chú ý là điện trở suất của nó sẽ thay đổi

nếu ta đốt, nung lại hoặc cán kéo lại Trong thực tế dây đồng do các nước khác nhau

sản xuất có điện trở suất không hoàn toàn bằng nhau Vì vậy khi sản xuất máy điện nên sử dụng đây do một hãng sản xuất để tránh lệch pha về điện trở

Đối với máy phát điện, phần phát được kiểm tra tương tự như đối với động cơ

Nếu động cơ sơ cấp là động cơ Diesel hoặc động cơ xăng thì phải kiểm tra đầu bôi trơn, các bộ lọc (nhiên liệu, bôi trơn, nước, kh Kiểm tra hệ thống điều khiển chủ yếu kiểm tra hệ thống kích thích, bộ điều khiển kích thích (tự kích và tự động ổn áp),

hệ thống điều khiển tốc độ (tự động điều tốc), hệ thống điều khiển hòa đồng bộ và tự

động chia tải, hệ thống tr động chuyển nguồn nếu có, hệ thống đo lường và bảo vệ,

hệ thống cảnh báo sự cố

1.4.3 Mở máy động cơ điện không đồng bộ

a) Yêu cầu chung của quá trình mở máy các loại động cơ điện:

— Mômen mở máy lớn Yêu cầu này đảm bảo cho quá trình mở máy nhanh dẫn đến năng suất lao động cao

~ Dòng điện mở máy nhỏ Yêu cầu này nhằm đảm bảo cho sụt áp trên lưới

trong quá trình mở máy nhỏ, điện áp mở máy được đuy trì theo yêu cầu cần thiết

— Thiết bị mở máy đơn giản, rẻ để giảm đầu tư ban đầu

— Tổn hao công suất trong quá trình mở máy nhỏ

b) Các phương pháp khởi động, động cơ không đồng bộ

Đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có các phương pháp khởi động trực tiếp, khởi động bằng cách hạ điện áp

Đối với động cơ rôto dây quấn để hạn chế dòng khởi động, tăng mômen khởi

động người ta đưa điện trở phụ vào mạch rôto trong quá trình khởi động sau đó loại dần các điện trở phụ này theo từng cấp

— Khởi động trực tiếp

Khởi động trực tiếp được áp dụng cho động cơ không đồng bộ rô(o lồng sóc

Phương pháp này đơn giản, thiết bị rẻ mômen mở máy lớn nhưng dòng điện mở

máy cũng rất lớn: (5 * 7)l¿„„ Sơ đồ điện để khởi động trực tiếp đảo chiều quay, đừng

máy như hình 1.12 Thiết bị theo đó bao gồm: 1 aptomat, 2 công tắc tơ, 5 nút ấn Khi khởi động đóng aptômát, ấn nút MT, cuộn dây công tắc tơ K, có điện đóng các tiếp

điểm K, đưa động cơ vào làm việc theo chiêu quay thuận Ân nút MN, cuộn dây công tắc tơ Ka có điện đóng các tiếp điểm K¿ đưa động cơ vào làm việc theo chiều

quay nghịch Khi dừng ấn nút D, công tắc tơ nhả, ngất mạch vào động cơ Tiếp điểm

K, Ky dudi nút ấn là tiếp điểm duy trì, đâm bảo khi bỏ tay khỏi nút ấn mạch vẫn

22

oe; eo mes

làm việc Các tiếp điểm thường déng RN1, RN2, RN3 của các rơle nhiệt sẽ mở khi

động cơ làm việc quá tải Số role nhiét có thể chỉ cần hai chiếc là đủ

Cách chọn các linh kiện cho mạch điện:

Trị số dòng điện danh định của aptomat và của công tắc to bing 1,2 lần đồng

điện định mức của động cơ điện Nếu chế độ khởi động của động cơ nặng nề có thể

chọn hệ số trên bằng 1,35

Rơle nhiệt chọn loại hai hoặc ba phần từ, có thể điều chỉnh được dòng bảo vệ

Cáp điện được chọn theo điều kiện sụt áp nếu động cơ ở xa nguồn hoặc nguồn

yếu, không nên chọn theo mật độ đòng kinh tế

Hình 1,12 Khởi động trực tiếp, đảo chiều quay, dng động cø không đồng bộ rôto lồng sóc

— Khởi động điện áp thấp Phương pháp này có thể áp đụng cho các loại động cơ xoay chiều nhưng trong thực tế thường áp dụng cho động cơ không đồng bộ rôto

lồng sóc -

Mục đích của khởi động điện áp thấp là để giảm dòng điện khởi động Nhược

điểm của phương pháp này là mômen khởi động cũng bị giảm bình phương lần

Chẳng hạn nếu điện áp đầu cực động cơ là Ư = kUạm và với k = 0,7 thì đồng điện

khởi động còn la = 0,7lLau; Mụa = My at = 0,49M,4, trong dé I.y, — dong điện

khởi động trực tiếp, Mu — momen khdi động trực tiếp Phương pháp này có ba cách thực hiện:

23

Phương pháp dùng cuộn kháng noi tiép voi day quan stato

Sơ đồ đấu điện như hình 1.13

Thông thường cuộn kháng chỉ có một nấc Trong một số trường hợp có thể

dùng hai nấc cuộn kháng nếu nguồn điện yếu Theo sơ đồ này thiết bị bao gồm:

1 aptomat, 2 công tắc tơ, một cuộn kháng, hai hoặc ba rơle nhiệt, 1 rơle thời gian

(hoặc rơle dòng điện), 2 nút ấn Nếu cần tiết kiệm bô K¡, khi đóng A quá trình khởi

Nguyên tắc vận hành của sơ đồ như sau: đóng aptomat, tiếp theo ấn nút M cuộn

dây Kị có điện đóng các tiếp điểm K; đưa điện vào động cơ thông qua cuộn kháng

CK; déng thời cuộn dây rơle thời gian có điện và sau một thời gian đặt trước tiếp

điểm thường mở đóng chậm của nó đóng lại; cuộn dây K› có điện đóng các tiếp

điểm K; đưa thẳng điện lưới vào động cơ điện, hoàn thành quá trình khởi động Khi dừng ấn nút D cuộn dây K¡ mất điện, các tiếp điểm K¡ mở ra ngắt điện vào đông cơ,

cat aptomat A

Khởi động bằng biến áp tự ngẫu

Theo phương pháp này nếu tỷ số biến áp của biến áp tự ngẫu là k (nhỏ hon 1)

24

“pet rin ta

« %

thì mômen khởi động M,„¿ = kM at ; dong điện khởi động sé 1a I 4 = KI ays dòng

điện khởi động lấy từ lưới I,ạ = kÌ¿a = KPHuau- Rõ ràng dòng điện khởi động lấy từ lưới nhỏ hơn nhiều so với trường hợp dùng cuộn kháng Tất nhiên biến áp tự ngẫu

cũng đắt tiền hơn cuộn kháng

Sơ đô mạch khởi động như hinh 1.14

Thiết bị theo sơ đồ này bao gồm: | aptomat, 3 khởi động từ, 1 biến áp tự ngẫu,

2 hoặc 3 rơle nhiệt, 1 rơle thời gian từ I đến 10 giây

Quá trình khởi động như sau: ấn nút M cuộn đây K\, Kạ, RT có điện Các tiếp

điểm K,, K¿ đóng lại đưa điện vào máy biến áp tự ngẫu và động cơ được khởi động với điện áp thấp Sau thời gian đã định, tiếp điểm thường mở đóng cham cia role thoi gian đóng lại đưa điện trực tiếp vào động cơ, hoàn thành quá trình khởi động Quá trình dừng máy như sơ đồ trên |

điện pha Phương pháp này tương tự như khởi động bang biến áp tự ngẫu mà tỷ số

biến áp là 1/2/3 Tuy nhiên phương pháp này chỉ thích hợp đối với động cơ đấu A

khi làm việc với điện áp định mức

Sơ đỏ mạch khởi động như hình I.15

Thiết bị theo sơ đồ này bao gồm: 1 aptomat, 3 công tắc tơ, 3 rơle nhiệt, 2 nút ấn,

1 role thời gian loại từ 1 đến 1O giây, 1 công tắc mắc cho mạch điều khiển Quá trình

khởi động như sau: đóng aptomat tổng A, ấn nút M các cuộn K¡, K;, RT cố điện

đóng các tiếp điểm K,, K¿ động cơ khởi động với dây quấn đấu Y Sau thời gian đặt

trước tiếp điểm thường mở đóng chậm của RT đóng lại làm cuộn K; có điện làm đóng các tiếp điểm K¿ đồng thời ngắt các tiếp điểm K¿; đưa động cơ vào làm việc bình thường với dây quấn stato đấu A

— Đưa thêm điện trở phụ vào mạch roto -

Việc khởi động động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được thực hiện bằng cách đưa thêm điện trở phụ vào mạch rôto Phương pháp này thường dùng trong trường

hợp động cơ được điều chỉnh tốc độ cũng bằng cách thay đổi điện trở trong mạch rôto hoặc trong những trường hợp chế độ khởi động nặng nề (máy nghiền, máy đóng móng cọc ) Nguyên lý của phương pháp này dựa trên biểu thức M = f(s) trong đó mômen điện từ tý lệ thuận với điện trở rôto quy đổi r” >

4GTVHSCTBB.R

26

ot wie

we

we

Sơ đồ mạch động lực, điều khiển và đặc tính M = f() với các giá trị điện trở

rôto khác nhau như hình 1.16 và 1.17

C

— Dựa vào các thông số của động cơ và vẽ đặc tính cơ tự nhiên:

3U?R,

/ 2

-lÍ^ Bf ) xa}

Trong đó Rị — điện trở đây quấn

Stato; R’, — điện trở rôto đã quy đổi về

stato; X,,, dién kháng ngắn mạch động

cơ; œ¡ = 2#Ÿ - tốc độ gốc từ trường quay

Các tham số trên của động cơ tra được

trong các số tay thiết bị điện

— Chon cdc tri số của mémen M,< 0,85 My, ; (My, - mômen tới hạn)

M,2 (1,1 +1,3)M4,, : (Ma, —mémen dinh miic)

— Tit M, va M, đóng song song với trục tung cất đặc tính tự nhiên tại a

và b, đoạn ab kéo dài cắt đường song song với trục hoành qua œạ tại N Lấy N làm

điểm đồng quy xuất phát của các đặc tính khởi động

Các cấp điện trở khởi động được tính như sau:

Rn =(bd/Kb)R;; Rø=(đf/Kb)R; Re; = Œh/Kb)R¿ (1-9) Trong sơ đồ trên chúng ta cần 1 aptomat; 4 khởi động từ và 3 rơle thời gian

1.4.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ không

đồng bộ

Để điều chỉnh tốc độ động cơ không

đồng bộ rôto lồng sóc người ta thường áp dụng

các phương pháp thay đổi số đôi cực, thay đổi

điện áp, thay đổi tân số nguồn; đối với động 2

cơ không đồng bộ rôto dây quấn áp dụng các

phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch rôto,

a) Thay đổi số đôi cực

Phương pháp này chỉ áp dụng được cho

động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc vì số đôi

cực của rôto có khả năng tự thay đổi theo số »

đôi cực của stato; điều này không thể thực

hiện được đối với động cơ rôto đây quấn Vì

tốc độ động cơ n = 60f/p nên khi thay đổi p

tốc độ sẽ thay đối theo kiểu nhảy cấp

Nguyên lý thay đổi số đôi cực là thay đổi

cách đấu dây Theo cách này mỗi pha dây quấn

của động cơ được chia làm hai nhóm đấu theo

hai trường hợp như hình 1.18

Trên hình 1.18a day quấn có bốn cực vì

có bốn ving dong điện có chiều khác nhau

Trên hình 1.18b dây quấn có hai cực vì chỉ đề ng ae Bau lại day quan còn hai vùng dang điện có chiều khác nhau & có 2p =4 (a) và 2p = 2 (b),

Tùy theo cách đấu Y hay A và đấu nối tiếp hay song song chúng ta sẽ có các động

cơ có công suất hoặc mômen không đổi Trong thực tế có hai cách đấu: chuyển từ đấu

Y sang YY hoặc chuyển từ A sang YY Sơ đồ đấu hai kiểu này như hình 1.19a và b Theo sơ đồ hình 1.19a dây quấn đang đấu Y (tốc độ chậm) có công suất:

Khi chuyển sang đấu YY (tốc độ nhanh gấp đôi) có công suất:

28

sear

Gia thiết necoso không đổi ta nhận thấy P› = 2P\

Do P = øœM trong đó øœ là tốc độ góc nên ta có thể viết:

P,/P, = @)M,/@, M, = 2M>/M, = 2 tite M, = M, (momen không đổi)

Theo sơ đồ hình I.19b dây quấn đang đấu A (tốc độ chậm) có công suất:

Khi chuyển sang đấu YY (tốc độ nhanh gấp đôi) có công suất:

Giả thiết nịcosọ không đổi ta nhận thấy P; = P, (2 và 1,732) (công suất không

đổi)

" |

À (œ2z2p) ® AA (PI) A œ2) ” A)

Hình 1.19 Sơ đồ đấu day quấn khi thay dél téc do vai mdmen khéng đổi (a)

và công suất không đổi (b)

Sơ đồ chuyển đối A thành YY như hình 1.20

Thiết bị theo sơ đồ trên gồm I aptomat, 3 công tắc tơ, 5 nút ấn và 2 cầu chì

Khi ấn MỊ, K; đóng, động cơ làm việc theo sơ đồ nối A; khi ấn M¿ động cơ làm việc theo sơ đồ YY, khi đó K¿ và Kạ đóng

b) Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Phương pháp này thường áp dụng cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc Theo cách này ta chỉ có thể thay đổi tốc độ đưới định mức Khi giảm điện áp lưới xuống còn x lần (x < 1) điện áp định mức (U = xƯa„) mômen giảm xuống còn

x” lần tức M = x’ Mam: Nếu mômen cản của tải không đổi tốc độ sẽ giảm xuếng Theo phương pháp này khi mômen tải bằng mômen định mức điện áp thấp nhất sẽ vào khoảng 0,7 Uạm, nghĩa là phạm vị điều chính không rộng Đó là hạn chế của phương pháp điều chỉnh điện áp khi điều chính tốc độ quay của động cơ không đồng bộ

29

L, - pio

a6 “eg

Téc dé sau khi giam dién dp sé con: n =n, €1- s/x^) trong đó s = (nạ — n)/n¡ 2 Sam

Để điều chính tốc độ theo phương pháp này có thể sử dụng một nguồn áp có thể

điều chỉnh được bằng van bán dẫn, dùng cuộn kháng đấu nối tiếp, dùng biến áp tự

ngẫu hoặc đổi nối Y - Á (phổ biến nhất hiện nay là dùng các bộ biến đổi kiểu van

bán dẫn)

Sơ đồ nối động cơ vào làm việc với bộ điều áp như hình 1.21 Thiết bị bao gồm

l aptomat, 1 bộ điều áp Các thiết bị điều khiển khác nằm trên bộ điều áp

c) Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi tần số

Phương pháp này thường áp dụng cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc Tốc độ của động cơ không đồng bộ bằng: n = n,(1—s) = (1—s)60f ¡/p, ta thấy tốc

độ động cơ tý lệ thuận với tần số

Vì tần số có thể điều chỉnh một cách liên tục, bằng phẳng nên tốc độ động cơ

cũng thay đổi một cách bằng phẳng Nhược diểm của phương pháp này là phải có một nguồn điện có tần số thay đổi được và thường kéo theo việc điều chỉnh đối với

cả điện áp, dòng điện và từ thông trong mạch từ stato Chính vì vậy mà những bộ biến tần này có giá thành cao nên trong nhiều trường hợp người ta vẫn dùng các phương pháp khác rẻ hơn để giảm giá đầu tư ban đâu

Trong thực tế có hai loại điển khiển tần số chủ yếu: điều chỉnh tần số — điện áp

và điều chỉnh tần số — dòng điện Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng

điện của động cơ thay đổi Để đảm bảo một số yêu cầu điều chỉnh (thường yêu cầu

năng lực quá tải về mômen không đổi) và bảo vệ động cơ khỏi quá đòng cần phải

điều chỉnh cá điện áp Khi cần tăng công suất đơn vị máy và hãm tái sinh động cơ

người ta thường dùng biến tần nguồn dong điện

Hiện nay người ta đã chế tạo được các bộ biến tần có điều khiển công suất đến

hàng trăm kW, tần số thay đổi trong một phạm ví rộng, đáp ứng được các yêu cầu

truyền động điện khác nhau như bội số mômen cực đại không đổi, mômen không

đổi, công suất không đổi

đ) Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rôto

Phương pháp này áp dụng cho động cơ không đồng bộ rôto đây quấn Khi tăng điện trở trong mạch rôto hệ số trượt tăng lên và tốc độ tương Ứng giảm xuống Điều này có thể thấy qua đồ thị đặc tính cơ ứng với các điện trở rôto khác nhau như trên

hình 1.22 Theo phương pháp này ta có thể thay đổi tốc độ theo cấp nếu điện trở phụ

trong mạch rôto thay đổi theo cấp (hình 1.16) vacé thể điều chỉnh trơn nếu điện trở phụ này có thể điều chỉnh trơn Nếu giữ đòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, điều đặc biệt thuận lợi cho những

truyền động có mômen tải không đổi (các loại máy cắt gọt) Tốc độ động cơ khi đó

thay đổi theo quy luật sau:

31

Hình 1.22 Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp xung trở (a)

và đặc tính mômen khi thay đổi điện trở theo cấp (b)

tí = (1-š)n trong đó s' = s(Rz+R¿/R; với s là hệ số trượt khi R; = 0

Do I; không đổi, công suất điện lấy vào không đổi nên tổn hao trong roto tăng

lên và do đó hiệu suất của hệ thống giảm Mặt khác phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ

thuộc vào mức độ tải, khi không tải phương pháp này hoàn toàn không có hiệu quả

Đó là những nhược điểm của phương pháp này

Để điều chỉnh trơn tốc độ bằng phương pháp đưa thêm điện trở phụ vào mạch

roto chúng ta có thể dùng một biến trở điều chỉnh trơn, tuy nhiên phương pháp này thiết bị cổng kểnh Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp xung trở (hình 1.22) Điện áp roto U, duge chỉnh lưu bằng cầu Diot CL qua điện kháng loc L được cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện tro Ro nối song song với khóa bán dẫn TỊ

Khóa Tị được điều khiển đóng ngất theo chu kỳ để thay đổi giá trị trung bình của

điện trở toàn mạch Khi Tị đóng trong mạch không còn Rọ nên dòng điện rôto tăng lên; khi Tị ngất Rạ được đưa vào mạch làm dòng điện rôto giảm xuống Với tần số đóng ngắt nhất định và nhờ có điện cảm L nên dòng điện rôto coi như không đổi và

ta có một giá trị điện trở tương đương R, nào đó trong mạch

e) Điều chỉnh tốc độ bằng nối cấp

Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng các phương pháp làm mềm đặc tính mà van giữ tốc độ không tải lý tưởng không đổi, một phần công suất đã được tiêu tán trên điện- trở của rôto pcu2 = sPạ, và thường được gọi

là công suất trượt Công suất trượt làm giảm hiệu suất của hệ thống đồng thời đốt

nóng rôto Để tận dụng công suất này người ta đã đưa ra phương án xây dựng hệ

32

thống nối cấp gọi tắt là các sơ đồ nối cấp Có nhiều cách nối cấp nhưng thông đụng nhất là sơ đồ nối cấp đùng thyristor như trên hình 1.23

Theo phương pháp này phần lớn công suất tổn hao trên rôto được biến đổi để trả

về lưới, phần nhỏ chỉ cho tổn hao trên điện trở rôto và tổn hao trong bộ biến đổi

Sức điện động rôto U, được chỉnh lưu thành điện áp một chiêu qua điện kháng

lọc L cấp cho nghịch lưu phụ thuộc NL Điện áp xoay chiều nghịch lưu có biên độ.và

tần số không đổi do được xác định bởi tần số và điện áp của lưới điện Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển thay đổi từ 90° dén 140° Độ lớn dòng điện rôto phụ thuộc hoàn toàn vào mômen tải cửa động cơ mà khóng phụ thuộc gì vào góc điều

khiển của nghịch lưu Sơ đồ này cho phép tiết kiệm năng lượng đồng thời đáp ứng

được yêu cầu truyền động điện

1.4.5 Hãm động cơ không đồng bộ

Trong thực tế nhiều khi cần phải hãm hệ thống truyền động một cách nhanh

chóng để nâng cao năng suất lao động hoặc đảm bảo an toàn cho hàng hóa hoặc con người, chẳng hạn trong trường hợp cần trục Phương pháp hãm bao gồm hãm điện và hãm cơ Ở đây chúng ta chỉ nghiên cứu phương pháp hãm điện

a) Hãm ngược Phương pháp này có hai cách: hãm đổi thứ tự pha (áp dụng cho

động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc) và đưa thêm điện trở phụ vào mạch rôto (đối với động cơ rôto dây quấn)

Khi động cơ đang quay nếu chúng ta tiến hành đổi thứ tự pha nguồn cung cấp, từ trường trong động cơ quay ngược làm cho rôto lúc đó đang quav xuởi theo quán tinh bi ham một cách nhanh chóng Động cơ làm việc ở chế độ hãm do

s = [n, - (—n)J/n, > 1 Trong quá trình xảy ra hãm ngược đòng điện trong đây quấn

stato rất lớn nên phương pháp này chỉ áp dụng cho các động cơ công suất không

lớn (< 20kW) Néu déng co lớn hơn có thể chuyển đổi từ A sang Y để hạn chế

đồng điện

Khi động cơ rôto dây quấn đang làm việc ta đóng vào mạch rôto một điện trở phụ

đủ lớn, với tải thế năng động cơ sẽ chuyển sang làm việc tại điểm d (hình 1 24b)

Hình 1.24 Sø đổ hãm đổi thứ tự pha và đặc tính cơ khi hãm ngược với tải thế năng ,

b) Ham đổi thành máy phát điện (hãm tái sinh)

Khi động cơ đang chạy nếu ta đổi nối dây quấn của nó sao cho số đôi cực nhiều hơn lúc đó tốc độ từ trường sẽ giảm xuống (nhưng vẫn cùng chiều) và động cơ chuyển sang làm việc ở chế độ máy phát điện có hệ số trượt s = (n¡ - n)/n¡ < 0

Mômen ở chế độ này là mômen hãm nên làm giảm tốc độ của động cơ một cách

nhanh chóng Theo phương pháp này động cơ phải có dây quấn có thể đổi nối để có

số đôi cực nhiều hơn và cũng chỉ thực hiện được trong khoảng tốc độ nạm > n > 1/2nam Trong thực tế nếu dùng loại động cơ này để làm động cơ kéo thì chế độ hãm đổi

thành máy phát điện xảy ra khi xe xuống đốc làm cho tốc độ rôto lớn hơn tốc độ

từ trường

c) Ham động năng

Sau khi cắt động cơ ra khỏi lưới ta cấp ngay nguồn vào bộ chỉnh lưu để đưa

SGTVHSCTEOS 34

35% %

dong điện một chiều vào dây quấn stato Do rôto vẫn tiếp tục quay theo quán tính trong từ trường một chiều của dây quấn stato nên cảm ứng trong đó sức điện động

Vì rôto ngắn mạch nên có dòng diện và sinh ra mômen có chiều chống lại sự quay

Kết quả là rôto động cơ bị hãm một cách nhanh chóng và bằng phẳng Sơ đồ điện

trong trường hợp này như hình I.25 Thiết bị theo sơ đồ gồm l aptômát, l công tắc tơ,

1 biến áp và I bộ chỉnh lưu

Để kích từ cho động cơ khi hãm chúng ta có thể dùng nguồn một chiều độc lập (hình 1.25a) hoặc tự kích

Nếu tự kích bằng tụ điện (h.I.25b) động cơ trong quá trình hãm làm việc như

một máy phát điện không đồng bộ tự kích Nếu tự kích bằng chỉnh lưm trong mach

rôto thì trong quá trình hãm động cơ làm việc như một máy phát điện đồng bộ mà tải

là điện trở trong mạch chỉnh lưu Chế độ kích từ độc lập thường áp dụng cho động cơ

không đồng bộ rôto lồng sóc, lúc này máy làm việc như một máy phát điện động bộ

bị ngắn mạch trên đầu ra

1.4.6 Đổi chiều động cơ không đồng bộ rôto lổng sóc

Để đổi chiều động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc chúng ta cần phải thay đổi

thứ tự pha, cụ thể là phải đối chỗ hai pha chẳng hạn A và B nguồn cung cấp Việc đổi thứ tự pha được thực biện bằng cách dùng hai công tắc tơ như sơ đồ hãm đổi

thứ tự pha (hình 1.12) Chúng ta sẽ xét kỹ hơn vấn dé này trong một số sơ đồ khống chế sau này

35

1.4.7 Tự động khống chế động cơ điện không đồng bộ

a) Các nguyên tắc cơ bản khống chế truyền động điện

Trong thực tế có bốn nguyên tắc điều khiển cơ bản: thời gian, tốc độ, dòng điện

và hành trình Các nguyên tắc thời gian, tốc độ và dòng điện thường được dùng dé

điêu khiển các quá trình khởi động, đảo chiều quay và hăm động cơ điện một chiều,

động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, khởi động và hãm động cơ đồng bộ, hãm động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

Nguyên tắc hành trình được sử dụng khi điều khiển một động cơ điện thực hiện một chuyển dịch cơ khí nào đó của máy công cụ đã được khống chế bởi một vị trí trong không gian

Các nguyên tắc khống chế, khí cụ điện, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của chúng như sau:

— Nguyên tắc thời gian: Khí cụ dùng để điều khiển là rơle thời gian (điện từ, khí nén, bán dẫn, số) Ưu điểm là đơn giản, tín cậy, khoảng thời gian khống chế

không phụ thuộc sự thay đổi của mômen, dòng điện, điện áp Nhược điểm là không

khống chế được sự tăng đột ngột của mômen cản và dòng điện Thường được sử dụng khi khởi động va him dong cơ điện

— Nguyên tác tốc độ: Khí cụ dùng để điều khiển là rơle điện áp, rơle kiểm tra tốc độ Ưu điểm là đơn giản, rẻ, kích thước và trọng lượng nhỏ Nhược điểm là khó xác định được quá trình gia tốc của hệ thống đối với các loại tải khác nhau của động

cơ, thời gian khởi động và hãm phụ thuộc vào mômen cản, dòng điện, điện áp

Thường đùng khi hãm động cơ một chiều và xoay chiều

— Nguyên tắc dòng điện: Khí cụ đùng để điều khiển là rơle dòng điện các loại

Ưu điểm là giữ được đồng điện và mômen khi khởi động và hãm ở một mức độ nhất định; quá trình khởi động và hãm không phụ thuộc vào nhiệt độ của cuộn đây rơle Nhược điểm là thời gian khởi động và hãm phụ thuộc vào sự đao động của mômen

cản, dòng điện và điện áp nguồn; có thể kéo dài thời gian khởi động và do đó làm quá nhiệt điện trở khởi động Thường dùng đối với động cơ điện một chiều khi cần

giảm hoặc tăng từ thông trong khi giữ đồng điện ồn định

— Nguyên tắc hành trình: Dụng cụ dùng để điều khiển là các loại công tắc

hành trình Ưu điểm đơn giản Nhược điểm là độ chính xác không cao Thường dùng

khi phải khống chế hành trình của máy công tác

3 Trong điều khiển tự động có những nguyên tắc khống chế nào?

4 Phân tích một số sơ đồ tự động khống chế đơn giản

- 4.5, SUA CHUA MAY DIEN KHONG BONG BO

1.5.1 Một số hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng và cách khắc phục

a) Xuất hiện tia lửa dưới chổi than, một số chối than và các chỉ tiết trong hệ thống chối than bị nóng dữ dội

— Bề mặt tiếp xúc của chối than và vành trượt gia công không chính xác Dùng giấy ráp mịn gia công lại bề mặt chối than

— Chéi than bị kẹt trong hộp chổi do kích thước của chổi không thích hợp Khe

hở giữa chối và hộp chổi nên lấy trong khoảng 0,2 + 0,3 mm

— Bề mặt của chối than và của vành trượt bị bẩn thường là do đầu mỡ từ ổ

đỡ văng sang Dùng dé tam xăng lau sạch, khắc phục nguyên nhân văng dầu mỡ

từ 6 da

- Vành trượt không đồng tâm hoặc có bẻ mặt làm việc không bằng phẳng Mài

hoặc tiện láng lại vành trượt

~ Chổi than không đúng chủng loại Cần thay đổi chối than khác

— Dòng điện phân bố không đều giữa các chổi than nối song song Điều này

thường xảy ra khi dùng chổi than chủng loại khác nhau trong cùng một máy, lực nén chổi lên vành trượt không bằng nhau hoặc do tiếp xúc giữa hệ thống chổi và các dây

dẫn ra không tốt

- Chổi than và vành trượt không được thổi gió

b) Máy điện làm việc bị nóng

— Máy làm việc quá tải

- Động cơ điện có chế độ làm việc ngắn hạn hoặc ngắn hạn lặp lại (ví dụ động

cơ cần cẩu, động cơ kéo ) đem sử dụng sai chế độ

~ Các đường thông gió của máy bị rác bẩn, lõi sắt và bề mặt đây bị phủ một lớp

cách nhiệt mỏng như sợi bông, bụi bẩn (thường gặp ở các nhà máy đệt, giấy, Xi

măng, gỗ) Chỉ tiết lọc khí bị bụi bẩn che lấp

~ Góc nghiêng của quạt gió không phù hợp với chiều quạt của máy làm giảm lưu lượng gió làm mát

— Rãnh thông gió hoặc các đoạn dẫn gió hình ống có tiết diện quá nhỏ hoặc có

nhiều chỗ gấp khúc gây cản trở khí động lực của hệ thống

— Hư hỏng khác trong hệ thống làm mát

©) Lõi sắt stato bị nóng

— Lỗi sắt stato bị nóng đều, mặc dù động cơ không làm việc quá tải: điện áp lưới cao hơn định mức Tìm cách giảm điện áp lưới xuống bằng điện áp định mức, hoặc tăng cường hiệu quả làm mát của hệ thống quạt gió

— Lõi sắt stato bị nóng cục bộ khi động cơ làm việc ở chế độ không tải với điện

áp lưới định mức:

37

e Các lá thép của lõi sắt stato bị nối ngắn mạch với nhau do bavia khi dùng đữa

sửa rãnh hoặc sau khi có hiện tượng sát cốt giữa rôto và stato

e©_ Có hiện tượng chạm chập giữa các thanh giằng cố định mạch từ và lõi sat stato

® Một số răng của lõi sắt bị chảy sau các sự cố của dây quấn stato

d) Dây quấn stato bị nóng

— Dây quấn stato bị nóng đều:

e Động cơ làm việc quá tải hoặc hệ thống quạt gió có sự cố Kiểm tra dòng điện

và hệ thống làm mát,

e Điện áp lưới thấp hơn định mức

® Nối sai sơ đồ đây quấn sfato (nối tam giác thay vì phải nối hình sao hoặc

ngược lại)

~ Dây quấn stato bị nóng cục bộ dữ dội, dòng điện chảy trong các pha không bằng nhau, mômen trên trục thấp:

se Dây quấn s(ato bị ngắn mạch giữa các vòng dây

e Nối không đúng các phần tử của một pha Một hoặc vài phân từ bị lồng ngược chiều quấn dây

e Day quấn một pha bị chạm ra vỏ tại hai điểm Xác định vị trí chạm vỏ bằng mêgômét hoặc đèn thử, khắc phục sự cố chạm vỏ

e© Ngắn mạch giữa hai pha Xác định vị trí ngắn mạch và khắc phục

e) Dây quấn róto bị nóng

— Toàn bộ dây quấn rôto bị nóng đều, động cơ làm việc với tốc độ thấp Khí làm việc với tải định mức, động cơ bị quá tải đo điện áp lưới thấp hơn định mức

— Roto va d6i khi ca stato bị nóng Động cơ bị rung, đòng điện trong dây quấn

stato bj dap mach Động cơ mở máy khó khăn khi có tải, mômen và tốc độ không đạt

định mức Nguyên nhân cơ bản là do tiếp xúc không tốt trong mạch rôto

e Tiếp xúc không tốt ở các mối hàn của phần đầu nối hơặc điểm trung tính, ở

các mnối nối giữa thanh dẫn và vành ngắn mạch, giữa các mạch nhánh song song

e Tiếp xúc không tốt giữa dây quấn và vành trượt

e Tiếp xúc không tốt trong hệ thống chối than, ở chỗ ngắn mạch dây quấn rôto Chổi than tiếp xúc không tốt với vành trượt đo nguyên nhân cơ khí, bị bụi bẩn hoặc

dính đầu

© Tiếp xúc không tốt giữa vành trượt và biến trở mở máy

e Tiếp xúc không tốt trong bản thân biến trở mở máy

e Tiếp xúc không tốt giữa các thanh dẫn của dây quấn lỏng sốc với vành ngắn mạch Các thanh dẫn và vành ngắn mạch bị nứt vỡ hoặc đứt mạch

38

~ Déng co khong déng b6 réto dây quấn mở máy được ở chế độ không tải ngay

cả khi dây quấn rôto hở mạch nhưng khi mở máy có tải, dây quấn rôto bị nóng dữ

đội, động cơ quay chậm:

e Dây quấn rôto bị ngắn mạch ở phần đầu nối hoặc ở phần dây quấn nằm trong

rãnh

e Dây quấn rôto bị chạm vỏ tại hai điểm

) Tốc độ làm việc của động cơ không bình thường

~ Động cơ không mở máy được: Không có dòng điện chảy trong đây quan stato

đo cầu chì bị chảy hoặc đo áp tô mát không làm việc Cần thay cầu chì hoặc sửa chữa

ấp tô mát

— Động cơ không mở máy được, khi dùng tay quay rôto thì mở máy được, nhưng động cơ bị giật cục và có tiếng rú không bình thường Một trong ba pha của

đây quấn stato không có dòng điện: bị mất một pha, (khi dây quấn đấu sao) hoặc đứt

mạch mội pha trong lưới điện

Nếu sự cố xảy ra trong khi động cơ đang làm việc với tải định mức thì nó vẫn

có thể làm việc nhưng tốc độ quay giảm, dòng điện trong dây quấn sẽ tăng lên trên định mức làm cháy dây quấn stato hoặc rôto nếu trong hệ thống không có thiết bị bảo vệ dòng điện cực đại Nếu tải nhỏ máy vẫn tiếp tục làm việc bình thường Để

tránh tình trạng này trước khi mở máy động cơ, cần kiểm tra điện áp lưới và kiểm tra

day quan stato

— Động cơ rôto dây quấn không mờ máy được mặc dù điện áp lưới đối xứng và bằng định mức, dòng điện chảy trong các pha của dây quấn stato bằng nhau và điện

áp đo trên ba vành trượt khi rôto đứng yên hở mạch cũng bằng nhau: (hai điện áp đo

được giữa vành trượt giữa và vành trượt bên bằng nhau còn điện áp đo được giữa hai

vành trượt ngoài cùng lớn hơn hai điện áp trên 1,4 lần)

® Đứt mạch trong hai (hoặc cả ba pha) của biến trở mở máy, đứt mạch trong các

dây dẫn từ biến trở đến các vành trượt Dùng đèn thử hoặc mê gô mét để kiểm tra

e Lực từ một phía quá lớn, hút chặt rôto vào stato do có sự cố trong ổ đỡ, ổ bì

hoặc giá đỡ ổ bi

~ Động cơ không đồng bộ rôto đây quấn mở máy được ngay cả khi day quấn

rôto hở mạch Ngắn mạch trong dây quấn rôto

Cũng cần phân biệt trường hợp trong dây quấn rôto không có sự cố gì mà động

cơ vẫn mở máy được nhờ mômen quay do dòng điện xoáy sinh ra mạch từ hoặc do chiều rộng dày dẫn rôto quá lớn Tuy nhiên mômen quay trong trường hợp này nhỏ

Gặp trường hợp này không cần sửa chữa gì cả vì động cơ hoàn toàn tốt

— Động cơ rôto lồng sóc mở máy tốt khi không tải nhưng lại không mở máy được khi có tải Tải quá lớn khí mở máy, cần giảm tải khi mở máy

— Động cơ lồng sóc sau khi mở máy không đạt được tốc độ định mức mà làm việc ổn định ở tốc độ thấp hơn tốc độ định mức một vài lần Thông thường tốc độ

39

nay bang 1/7, L/11, 1/13 v.v so với tốc độ định mức (mẫu số của các phân số trên là

các số lẻ không chia hết cho 3) Tốc độ thấp thường gặp nhất bằng 1/7 tốc độ định

mức Tuy nhiên nếu bằng phương pháp cưỡng bức đưa tốc độ rôto lên lớn hơn giá trị

trên thì tốc độ của nó sẽ tiếp tục tăng đến tốc độ định mức và động cơ sẽ làm việc

bình thường ở tốc độ định mức đó

Dạng đường cong phân bố từ cảm ở khe hở không khí của máy không phải hình sin Nguyên nhân chủ yếu của sự biến dạng đường cong phân bố từ cảm là do

chọn không đúng sự phối hợp ranh giữa stato và rôto với từng số đôi cực xác định

Trong trường hợp đường cong phân bố từ cảm sẽ xuất hiện các sóng điều hòa bậc

cao, như trong bậc 5, 7, 11, 13 (đường cong không hình sin là tổng của các sóng:

điều hòa bậc 1 còn gọi là sóng điều hòa cơ bản Các sóng điểu hòa còn lại là sóng

điều hòa bậc cao, có tần số lớn hơn tần số của sóng cơ bản 5, 7, 11, 13 lần) Sóng

điều hòa bậc cao sinh ra các từ trường quay trong không gian với tốc độ quay nhỏ

hơn (5, 7, I1, 12 lần) so với tốc độ quay của từ trường do sóng điều hòa cơ bản sinh ra Mômen quay do từ trường sóng điều hòa bậc cao sinh ra làm biến dạng đường cong mômen của động cơ và có thể trở thành mômen hãm trong quá trình

động cơ mở máy

Có thể khắc phục tình trạng này bằng cách thay rôto có số rãnh phù hợp hoặc

quấn lại dây quấn stato với bước ngắn (khoảng 6/7) để khử sóng điều hòa bậc 7

— Với tải định mức, động cơ quay với tốc độ không bằng tốc độ định mức

e Điện áp đặt vào động cơ thấp hơn định mức Cần tăng điện áp lên bằng định

mức, nếu không thể được thì phải giảm tải

e Tiếp xúc không tốt trong mạch rôto Điện trở trong mạch rôto quá lớn (dây nối giữa rôto và biến trở quá nhỏ hoặc quá dài hoặc biến trở bị hư hỏng)

e Dây quấn stato thay vì phải nối tam giác lại nối sao

— Tốc độ quay của động cơ nhỏ hơn định mức Rôro bị đao động nhiều ngay cả

khi tải của động cơ không lớn, đồng điện chảy trong dây quấn stato bi đao động Tiếp xúc không tốt trong mạch rôto Nếu là rôto lồng sóc có thể đã bị đứt thanh dẫn Dùng rônha tìm thanh dẫn bị đứt và hàn lại Nếu rôto dây quấn có thể bị đứt một pha

hoặc tiếp xúc đưới một trong các chổi không tốt Bỏ chổi than ra để kiểm tra tình trạng bề mặt chối than và đo kiểm tra thông mạch ba pha (a—b; c—d; c—a)

— Động cơ làm việc ổn định ở tốc độ bằng một nửa tốc độ định mức và có tiếng

rú không bình thường đặc biệt là khi mở máy Nếu có thể tăng tốc độ lên bằng tốc độ định mức thì động cơ lại làm việc bình thường tuy nhiên không bên vững vì chỉ cần tăng thì tốc độ lại giảm xuống bằng một nửa định mic Dit mach trong một pha của

dây quấn rôto Vị trí đứt mạch có thể nằm trong hệ thống chối than, trong biến trở

mở máy hoặc ở dây nối giữa dây quấn rôto và biến trở mở máy Xác định vị trí đứt

mạch bằng mêgômét hoặc bằng đèn thử

40