ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: Tô Anh Tuấn MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Phần I: Giới thiệu máy điện không đồng I Phân loại kết cÊu Phân loại KÕt cÊu .5 2.1 PhÇn tÜnh hay stato .5 2.2 Phần quay hay rôto .6 2.3 Khe hë Các lợng định mức .7 Công dụng máy điện không đồng Đặc tính động không đồng 5.1 Phơng trình đặc tính 5.2 ảnh hởng thông số đến đặc tính .13 II Nguyên lý làm việc máy điện không đồng 17 Nguyên lý làm việc động điện không đồng .17 III Mạch điện thay máy điện không đồng 18 IV Các chế độ làm việc máy điện không đồng 21 Máy làm việc chế độ động điện (0 < s < 1) .21 PhÇn II: Khởi động Động không đồng 23 Phần III: Các phơng pháp khởi động động không đồng 26 I M¸y biÕn ¸p .26 Định nghĩa 26 Các loại máy biến áp 26 M¸y biÕn ¸p tù ngÉu 27 II Dïng m¸y biÕn ¸p tù ngÉu 29 III Dïng ph¬ng ph¸p cuén kh¸ng: 30 IV Dïng Thyristor song song ngỵc: 31 V Mở máy cách thêm điện trở phụ vào roto 33 VI Phơng pháp đấu Y- 34 Phần IV: Dùng phơng pháp khởi động động không đồng cuộn kháng để vận hành bơm 36 I Trang bị tổ máy bơm 36 Líi chắn rác .36 èng hót 36 Ch©n kh«ng kÕ 36 C«n thu .36 ¸p kÕ 36 Van mét chiÒu 37 Van 37 èng ®Èy 37 Đồng hồ đo lu lợng 37 10 Máy bơm 37 11 Khíp nèi trơc 37 12 Động điện 37 II Hệ thống khoá liên động 37 III Tiếp nhận điện áp 22kV 38 Tiếp nhận điện áp 22kV 38 Khoá liên động cho tiếp nhận điện áp 22kV 38 Phân phối điện áp 22kV 38 Khoá điện động cho phân phối điện áp 22kV 38 IV Tiếp nhận điện áp 6kV 38 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: Tụ Anh Tun Tiếp nhận điện áp 6kV .38 Khoá liên động cho phân phối điện áp 6kV .39 Phân phối điện áp 6kV .39 Khoá liên động cho phân phối điện áp 6kV .39 V Tiếp nhận điện áp 400V 39 VI thiết bị đóng cắt 41 KiĨu thiÕt bÞ .41 Các thông số 43 Thông số làm việc 44 Nguyên lý hoạt động 44 * Bù công suất phản kháng 50 Kh¸i niƯm chung 50 Giảm lợng tiêu thụ công suất phản kháng .52 2.1 Giảm điện áp đặt vào động thờng xuyên non tải 54 2.2 Hạn chế động không đồng chạy không tải .54 2.3 Thay động không đồng động đồng 54 Bù công suất phản kháng 55 Phần V: Mô hệ thống khởi động MATLAB-SIMULINK 58 N TỐT NGHIỆP SV: Tơ Anh Tuấn Lời nói đầu Trong giai đoạn nước ta thực cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Đẩy mạnh mở rộng ngành, nghề kỹ thuật cao Tuy nước ta nước nông nghiệp nước phát triển Nói đến nghề nông ta không đề cập đến vấn đề cấp nước Nhưng ngày cấp nước khơng cơng trình hạ tầng kỹ thuật thị nơng thơn mà cịn cơng trình hạ tầng vơ quan trọng xã hội, nú gúp p hần làm thay đổi mặt đô thị, nông thôn, làm cho sống người dân tiện nghi, đại văn minh Từ mà trạm bơm dần hình thành, đóng vai trị quan trọng hệ thống cấp nước Và máy bơm thành phần khơng thể thiếu trạm bơm Trong năm trước máy bơm dùng để vận chuyển nước Ngày máy bơm sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau, với mục đích khác Chính ta phải biết sử dụng chọn máy bơm phù hợp với chức môi trường làm việc Ngày sử dụng bơm yêu cầu vấn đề ln quan tâm đến vấn đề cấp điện cho trạm bơm, tự động hoá trạm bơm đặc biệt phải ý đến động bơm Để đảm bảo vận hành trạm bơm tốt cần phải có truyền tải phối điện đến trạm bơm Động điện thường cung cấp đồng với máy bơm Động có nhiều loại, loại dùng trạm bơm chủ yếu động điện không đồng bộ, đơi dùng động đồng Đây loại động dùng rộng rãi để dẫn động cho loại mỏy Cú cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng Đặc biệt động không đồng rụto lồng sóc mở máy đơn giản Có thể mở trực tiếp hạ điện áp stato mở máy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: Tô Anh Tuấn Mở máy trực tiếp đơn giản cần đóng trực tiếp động vào lưới điện nhờ cầu dao khởi động từ Nhưng cách làm sụt ỏp trờn lưới, dòng khởi động lớn dòng định mức nhiều gây ảnh hưởng đến phụ tải khác Vì ta thường mở máy cách hạ điện áp Stato để từ giảm dịng khởi động Với vai trò quan trọng nh nên sử dụng động không đồng ta phải ý đến khởi động động Và với máy cần phải khởi động cách hạ điện áp khởi động khởi động động đóng vai trị quan trọng Chính mà đề tài tốt nghiệp em giao T " hiết kế khởi động động không đồng bộ" Đồ án em gồm: Chương I: Giới thiệu chung động không đồng Chương II: Đặt vấn đề khởi động động không đồng Chương III: Các phương pháp khởi động Chương IV: Chọn phương án tính tốn Chương V: Mơ hệ thống khởi động Matlab Simlink Qua em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giỏo dạy em q trình học tập vừa qua em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trận Trọng Minh, thầy tận tình hướng dẫn, bảo để em hoàn thành tốt đồ án Trong thời gian thực cố gắng song khơng tránh khỏi sai sót Em mong thầy giáo, cô giáo chỉnh sửa cho em Em xin chân thành cảm ơn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: Tô Anh Tuấn Phần I Giới thiệu máy điện không đồng I Phân loại kết cấu Phân loại - Theo kết cấu vỏ, máy điện không đồng chia thành kiểu sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phịng nổ, v.v… - Theo kết cấu rụto, mỏy điện không đồng chia làm hai loại: loại rụto kiểu dây quấn loại rụto kiểu lồng sóc - Theo sè pha trờn dõy qũn stato chia thành loại: pha, hai pha, ba pha… Kết cấu Giống nh cỏc máy điện quay khỏc, mỏy điện không đồng gồm phận sau: 2.1 Phần tĩnh hay stato Trên stato có vỏ, lõi sắt dây quấn a Vỏ máy: Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ Thường vỏ máy làm gang Đối với máy có cơng suất tương đối lớn (1000kW) thường dựng thép hàn lại làm thành vỏ Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ khác b Lõi sắt Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi sắt từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi sắt làm thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm Ðp lại Khi đường kính ngồi lõi sắt nhỏ 990 mm thỡ dựng tròn Ðp lại Khi đường kính ngồi lõi sắt lớn trị số phải dùng hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn Mỗi thép kỹ thuật điện đầu có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm hao tổn dịng điện xốy gây nên Nếu lõi sắt ngắn ghép thành khối Nếu lõi sắt dài thường ghép thành thếp ngắn, thếp dài đến cm đặt cách cm để thơng gió cho tốt Mặt thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: Tô Anh Tuấn c Dây quấn Dây quấn stato đặt vào cỏc rónh lõi sắt cách điện tốt với lõi sắt 2.2 Phần quay hay rụto Phần có hai phận lõi sắt dây quấn a Lõi sắt Nói chung người ta dựng cỏc thép kỹ thuật điện stato Lõi sắt Ðp trực tiếp lên trục máy lên giỏ rụto mỏy Phớa ngồi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn b Rụto dây quấn rụto Rụto có hai loại chớnh: rụto kiểu dây quấn rụto kiểu lồng sóc - Loại rụto kiểu dây quấn: Rụto có dây quấn giống nh dây quấn stato Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp bớt dây đầu nối, kết cấu dây quấn trờn rụto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha rụto thường đấu hình sao, cịn ba đầu nối vào ba vành trượt thường làm đồng đặt cố định đầu trục thông qua chổi than đấu với mạch điện bên ngồi Đặc điểm loại động điện rụto kiểu dây quấn thơng qua chổi than đưa điện trở phụ hay s.đ.đ phụ vào mạch điện rụto để cải thiện hệ số công suất máy Khi máy làm việc bình thường dây quấn rụto nối ngắn mạch - Loại rụto kiểu lồng sóc: Kết cấu loại dây quấn khác với dây quấn stato Trong rãnh lõi sắt rụto vào dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt nối tắt lại hai đầu hai vành ngắn mạch đồng hay nhôm làm thành lồng mà người ta quen gọi lồng sóc Dây quấn lồng sóc khơng cần cách điện với lõi sắt Để cải thiện tính mở máy, máy cơng suất tương đối lớn, rónh rụto làm thành dạng rónh sõu làm thành hai rãnh lồng sóc hay cịn gọi lồng súc kộp Trong máy điện cỡ nhỏ, rónh rụto thường dùng làm chéo góc so với tâm trục 2.3 Khe hở Vỡ rụto khối trũn nờn khe hở Khe hở máy điện không đồng nhỏ (từ 0,2 đến mm máy điện cỡ nhỏ vừa) để hạn chế dịng điện từ hóa lấy từ lưới vào nh làm cho hệ số công suất máy cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: Tô Anh Tuấn Các lượng định mức Cũng tất loại máy điện khỏc, mỏy điện không đồng cú cỏc trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật mỏy Cỏc trị số nhà máy thiết kế, chế tạo quy định ghi trờn nhón mỏy Vỡ mỏy điện không đồng chủ yếu làm việc chế độ động điện nờn trờn nhón máy ghi trị số định mức động điện máy tải định mức Các trị số thường bao gồm: công suất định mức đầu trục P đm (kW hay W), dòng điện dây định mức Iđm (A), điện áp định mức Uđm (V), cách đấu dây (Y hay ), tốc độ quay định mức nđm (vg/ph), hiệu suất định mức đm hệ số công suất định mức cosđm … Từ trị số định mức ghi trờn nhón mỏy tìm trị số quan trọng khác như: Công suất định mức mà động điện tiêu thụ: P1®m P®m 3U ®m I ®m cos®m ®m Mụmen quay định mức đầu trục: Mm Trong P®m P 0, 975 ®m , kGm, 9,81 n ®m 2 n® m tốc độ quay tính rad/s 60 Công dụng máy điện không đồng Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động vơ điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu xuất cao, giá thành hạ nên động không đồng loại máy dùng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilooat Trong cơng nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ v.v…Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt thông gió Trong nơng nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công sản phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động tủ lạnh, v.v…Túm lại, theo phát triển sản xuất điện khớ hoỏ, tự động hoá sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng máy điện không đồng ngày rộng rãi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: Tô Anh Tuấn Tuy vậy, máy điện khơng đồng có nhược điểm nh cos máy thường khơng cao đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng máy điện khơng đồng có phần hạn chế Máy điện khơng đồng dùng làm máy phát điện đặc tính khơng tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên vài trường hợp (như q trình điện khớ hoỏ nơng thôn) cần nguồn điện phụ hay tạm thời thỡ nú có ý nghĩa quan trọng Đặc tính động không đồng Động không đồng sử dụng rộng rãi thực tế Ưu điểm bật loại động là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt động rụto lồng sóc, so với động chiều động khơng đồng có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắn Ngồi động khơng đồng dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo Nhược điểm động không đồng điều chỉnh tốc độ khống chế trình q độ khó khăn, riêng với động rụto lồng súc cú cỏc tiêu khởi động xấu Xét cấu tạo, người ta chia động không đồng làm hai loại: Động rụto dõy quấn động rụto lồng súc (cũn gọi động rụto ngắn mạch) 5.1 Phương trình đặc tính Để thành lập phương trình đặc tính động không đồng ta sử dụng sơ đồ thay Trên H1 sơ đồ thay pha động không đồng Khi nghiên cứu ta đưa số giả thiết sau đây: - pha động đối xứng - Các thông số động không đổi nghĩa không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở rụto không phụ thuộc vào tần số dịng điện rụto, mạch từ khụng bóo hồ nên điện kháng X1, X2 khơng đổi - Tổng dẫn mạch từ hố khơng I1 thay đổi, dịng điện từ hố khơng phụ X1 R1 X2 thuộc tải mà phụ thuộc điện áp đặt vào stato động R’2 - Bá qua tổn thất ma sát, tổn Uf I X thất lừi thộp - Điện áp lưới hoàn toàn sin đối xứng ba pha R Hình1: Sơ đồ thay pha động không đồng N TT NGHIP SV: Tô Anh Tuấn Với giả thiết ta có sơ đồ thay pha động nh H1 Trong đó: Uf1 – trị số hiệu dụng điện áp pha stato I , I1, I2’ – dịng điện hố, stato dịng điện rụto quy đổi stato X, X1, X’2 - điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stato điện kháng tản rụto quy đổi stato R, R1, R2’ – điện trở tác dụng mạch từ hoá cuộn dây stato rụto quy đổi stato S - độ trượt động s 1 1 (1.1) 1 – tốc độ góc từ trường quay, gọi tốc độ đồng 1 2 f1 (1.2) Trong đó: f1 – tần số điện áp nguồn đặt vào stato p – số đôi cực từ động - tốc độ góc động Từ sơ đồ thay ta tính dịng điện stato 1 I1 U f1 R2 X R'2 R1 X 2nm s (1.3) Biểu thức (1.3) phương trình đặc tính dịng điện stato biểu diễn H Từ (1.3) ta thấy: Khi = 0, s = I1 = I1nm Khi = 1, s = ta có: I1 U f R X I S 1 §C Rf = Rf = 0 I0 I1nm Hình Đặc tính dòng điện stato động không đồng s 1 (1.4) F Rf # Rf=0 I2nm I2 H3 Đặc tính dòng điện rôto động không đồng N TT NGHIP SV: Tơ Anh Tuấn I1nm – dịng điện ngắn mạch stato I dịng điện từ hố có tác dụng tạo từ trường quay động quay với tốc độ đồng Ta tính dịng điện rụto quy đổi stato U f1 I' 2 (1.5) R '2 R X nm s Khi = 1, s = I2’ = 0; ' Khi = 0, s1 = I I nm U f1 (R1 R '2 )2 X nm (1.6) Đặc tính dịng điện rụto biểu diễn H Để tìm phương trình đặc tính dòng động ta dựa vào điều kiện cân công suất động cơ: Công suất điện từ chuyển từ stato sang rụto P12= Mđt 1 Mđt mô men điện từ động Nếu bá qua tổn thất phụ Mđt = Mcơ = M Cơng suất chia thành phần: Pcơ: cơng suất đưa trục động P2: công suất tổn hao đồng rụto P12 = Pcơ + P2’ Hay M1 = M + P2’ Do P2 = M(1 - ) = M1 s (1.7) Mặt khác P2 = I’22R’2’ (1.8) Nên 3I '22 R '2 / s M (1.9) 1 Thay giá trị I’2 tính vào (1.9) biến đổi ta có 3U '2f1 R '2 M R' Sthf 1 (R1 )2 X 2nm s s 1 Mthf (1.10) Sth® Biểu thức (1.10) phương trình đặc tính =0 S=1 điện động khơng đồng Mth® H4: Đồ thị đặc tính động không ®ång bé 10