Xây dựng hệ thống khởi động động cơ dị bộ lồng sóc

LỜI NÓI ĐẦU Một mục tiêu quan trọng hàng đầu mà Đảng Nhà nƣớc đặt tiến trình cơng nghệ hố , đại hố đất nƣớc Để tiến hành cơng nghệ hố, đại hố doanh nghiệp cần phải tiến hành xây dựng lại nhà máy, sở sản xuất, trang thiết bị máy móc đƣa cơng nghệ đại hố vào sản xuất Hơn nữa, để vận hành tốt nhà máy cần phải có đội ngũ cơng nhân kỹ thuật có trình độ chun mơn cao Là sinh viên tốt nghiệp ngành điện công nghiệp dân dụng, em hiểu tự động hố nghiệp cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng phát triển ngành công nghiệp Việt Nam Trong đợt thực tập tốt nghiệp em đƣợc thầy giáo GS.TSKH Thân ngọc Hoàn hƣớng dẫn em thiết kế đồ án tốt nghiệp với đề tài : " Xây dựng hệ thống khởi động động dị lồng sóc " Đề bao gồm chương : Chƣơng 1: Động không đồng phƣơng pháp khởi động Chƣơng 2: Hệ thống khởi động mềm động không đồng Chƣơng 3: Thiết kế lắp ráp hệ thống khởi động mềm Để hoàn thành tốt đƣợc đồ án, em đƣợc giúp đỡ nhiều mơn điện cơng nghiêp tự động hóa đặc biệt giúp đỡ tận tình thầy giáo GS.TSKH.Thân ngọc Hoàn Sau mƣời hai tuần làm đồ án em hiểu đƣợc cấu tạo nguyên lý hoạt động động khơng đồng Và qua em biết cách tính tốn thiết kế hệ thống khởi động động khơng đồng Đó kinh nghiệm quý báu giúp em vững tin công việc sau Mặc dù cố gắng nhƣng đề tài em nhiều thiếu sót, em mong đƣợc bảo thầy Em xin chân thành cảm ơn! CHƢƠNG 1: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG 1.1 MỞ ĐẦU [1] Loại máy điện quay đơn giản loại máy điện không đồng (dị bộ) Máy điện dị loại pha, hai pha ba pha, nhƣng phần lớn máy điện dị ba pha, có cơng suất từ vài W tới vài MW, có điện áp từ 100V đến 6000V Căn vào cách thực rô to, ngƣời ta phân biệt hai loại: loại có rơ to ngắn mạch loại có rơ to dây quấn Cuộn dây rô to dây quấn cuộn dây cách điện, thực theo nguyên lý cuộn dây dòng xoay chiều Cuôn dây rô to ngắn mạch gồm lồng nhôm đặt rãnh mạch từ rô to, cuộn dây ngắn mạch cuộn dây nhiều pha có số pha số rãnh Động rơ to ngắn mạch có cấu tạo đơn giản rẻ tiền, cịn máy điện rơ to dây quấn đắt hơn, nặng nhƣng có tính động tốt hơn, tạo hệ thống khởi động điều chỉnh 1.2 CẤU TẠO [1] Máy điện quay nói chung máy điện khơng đồng nói riêng gồm hai phần bản: phần quay (rô to) phần tĩnh (stato) Giữa phần tĩnh phần quay khe hở khơng khí 1.2.1 Cấu tạo stato Stato gồm phần bản: mạch từ mạch điện a stato b Roto cn dây stato Hình 1.1 Cấu tạo động không đồng a Mạch từ: Mạch từ stato đƣợc ghép thép điện có chiều dày khoảng 0,3-0,5mm, đƣợc cách điện hai mặt để chống dịng Fuco Lá thép stato có dạng hình vành khăn, phía đƣợc đục rãnh Để giảm dao động từ thông, số rãnh stato rô to không đƣợc Mạch từ đƣợc đặt vỏ máy Ở máy có cơng suất lớn, lõi thép đƣợc chia thành phần đƣợc ghép lại với thành hình trụ thép nhằm tăng khả làm mát mạch từ Vỏ máy đƣợc làm gang đúc hay gang thép, vỏ máy có đúc gân tản nhiệt Để tăng diện tích tản nhiệt Tùy theo yêu cầu mà vỏ máy có đế gắn vào bệ máy hay nhà vị trí làm việc Trên đỉnh có móc để giúp di chuyển thuận tiện Ngồi vỏ máy cịn có nắp máy, lắp máy có giá đỡ ổ bi Trên vỏ máy gắn hộp đấu dây b Mạch điện: Mạch điện cuộn dây máy điện trình bày phần 1.2.2 Cấu tạo rô to a Mạch từ: Giống nhƣ mạch từ stato, mạch từ rô to gồm thép điện kỹ thuật cách điện Rãnh rơ to song song với trục nghiêng góc định nhằm giảm dao động từ thơng loại trừ số sóng bậc cao Các thép điện kỹ thuật đƣợc gắn với thành hình trụ, tâm thép mạch từ đƣợc đục lỗ để xuyên trục, rô to gắn trục Ở máy có cơng suất lớn rơ to cịn đƣợc đục rãnh thơng gió dọc thân rô to b Mạch điện: Mạch điện rô to đƣợc chia thành hai loại: loại rơ to lồng sóc loại rô to dây quấn Loại rô to lồng sóc (ngắn mạch Mạch điện loại rơ to đƣợc làm nhôm đồng thau Nếu làm nhơm đƣợc đúc trực tiếp rãnh rơ to, hai đầu đƣợc đúc hai vòng ngắn mạch, cuộn dây hồn tồn ngắn mạch, gọi rơ to ngắn mạch Nếu làm đồng đƣợc làm thành dẫn đặt vào rãnh, hai đầu đƣợc gắn với hai vòng ngắn mạch kim loại Bằng cách hình thành cho ta lồng loại rơ to có tên rơ to lồng sóc Loại rơ to ngắn mạch thực cách điện dây dẫn lõi thép Loại rô to dây quấn: Mạch điện loại rô to thƣờng đƣợc làm đồng phải cách điện với mạch từ Cách thực cuộn dây giống nhƣ thực cuộn dây máy điện xoay chiều trình bày phần trƣớc Cuộn dây rơ to dây quấn có số cặp cực pha cố định Với máy điện ba pha, ba đầu cuối đƣợc nối với máy điện, ba đầu cịn lại đƣợc dẫn ngồi gắn vào ba vành trƣợt đặt trục rơ to, tiếp điểm nối với mạch 1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN DỊ BỘ [1] Để xét nguyên lý làm việc máy điện dị , ta lấy mơ hình máy điện ba pha gồm ba cuộn dây đặt cách chu vi máy điện góc 1200, rơ to cuộn dây ngắn mạch Khi cung cấp vào ba cuộn dây ba dòng điện hệ thống điện ba pha có tần số f1 máy điện sinh từ trƣờng quay với tốc độ 60f1/p Từ trƣờng cắt dẫn rô to stato, sinh cuộn stato sđđ tự cảm e1 cuộn dây rô to sđđ cảm ứng e2 có giá trị hiệu dụng nhƣ sau: E1 = 4,44W1Φ1f1kcd1 (1.1) E2 = 4,44W2Φ2f2kcd (1.2) Do cuộn rô to kín mạch, nên có dịng điện chạy dẫn cuộn dây Sự tác động tƣơng hỗ dịng điện chạy dây dẫn rơ to từ trƣờng, sinh lực ngẫu lực (hai dẫn nằm cách đƣờng kính rô to) nên tạo mô men quay Mô men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại tăng từ thơng móc vịng với cuộn dây N n1 n S F Hình1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động động khơng đồng Nhƣng stato gắn chặt cịn rơ to lại treo ổ bi, rơ to phải quay với tốc độ n theo chiều quay từ trƣờng Tuy nhiên tốc độ tốc độ quay từ trƣờng, n = ntt từ trƣờng khơng cắt dẫn nữa,do khơng có sđđ cảm ứng, E2= dẫn đến I2 = mô men quay không , rô to quay chậm lại, rơ to chậm lại từ trƣờng lại cắt dẫn, nên có sđđ, có dịng mơ men nên rơ to lại quay Do tốc độ quay rô to khác tốc độ quay từ trƣờng nên xuất độ trƣợt đƣợc định nghĩa nhƣ sau: s= ntt n 100% ntt (1.3) Do tốc quay rơ to có dạng: n = ntt(1 – s) (1.4) Do n # ntt nên (ntt - n) tốc độ cắt dẫn rô to từ trƣờng quay Vậy tần số biến thiên sđđ cảm ứng rô to biểu diễn bởi: f2 = n tt n p 60 n tt n tt n p n tt 60 n tt p n tt n 60 n tt sf1 (1.5) Khi rơ to có dịng I2, sinh từ trƣờng quay với tốc độ: n tt 60f p 60sf1 n tt (1.6) sn tt So với điểm không chuyển động stato, từ trƣờng quay với tốc độ: ntt2s = ntt2 + n = s.ntt + n = s.ntt + ntt (1-s) = ntt (1.7) Nhƣ so với stato, từ trƣờng quay rơ to có giá trị với tốc độ quay từ trƣờng stato 1.4 PHƢƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ Để thành lập phƣơng trình đặc tính động không đồng ta dựa vào đồ thay với giả thiết sau: - Ba pha động đối xứng - Các thông số động không đồng không đổi - Tổng dẫn mạch từ hố khơng thay đổi, dịng điện từ hố không phụ thuộc tải mà phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato động - Bỏ qua tổn thất ma sát, tổn thất lõi thép - Điện áp lƣới hoàn toàn sin đối sứng ba pha I1 X1 R1 X2 I2 I Uf R2/ s X R Hình 1.3 Sơ đồ thay động khơng đồng Uf : Trị số hiệu dụng điện áp pha I1, I 2/ , I : Dòng điện từ hố, stato, dịng điện roto quy đổi stato R1, R , R 2/ : Điện trở tác dụng mạch từ hoá cuộn dây stato rơto quy đổi phía stato Phƣơng trình mơ men 3U 2f R2/ M= R2/ s s R1 (1.8) X nm Độ trƣợt tới hạn R2/ sth = R12 (1.9) X nm Mô men tới hạn Mth = 3U 2f R1 R12 (1.10) X nm Dấu ( +) ứng với trạng thái động ( - ) ứng với trạng thái máy phát n n0 ndm S th M dmMnm Mth M Hình 1.4 Đặc tính động khơng đồng 1.5 CÁC PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DỊ BỘ Tuỳ theo tính chất tải tình hình lƣới điện yêu cầu mở máy động điện khác Nói chung mở máy động cần xét đến yêu cầu sau: - Phải có momen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải - Dòng điện mở máy nhỏ tốt - Phƣơng pháp mở máy thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắn - Tổn hao công suất trình mở máy thấp tốt 1.5.1 Khởi động trực tiếp Đây phƣơng pháp mở máy đơn giản nhất, việc đóng trực tiếp động vào lƣới điện nhờ cầu dao Hình 1.5 Mở máy trực tiếp Ƣu điểm : - Thiết bị khởi động đơn giản Khuyết điểm : - Dòng điện mở máy lớn, làm sụp áp lƣới điện lớn - Nếu quán tính máy lớn thời gian mở máy lâu làm cháy cầu chì bảo vệ 1.5.2 Khởi động dùng phƣơng pháp giảm dòng khởi động [1] Dòng khởi động đƣợc xác định biểu thức: U1 Ingm = R1 R 2 X1 X'2 (1.11) Từ biểu thức thấy để giảm dịng khởi động ta có phƣơng pháp sau: - Giảm điện áp nguồn cung cấp - Đƣa thêm điện trở vào mạch rô to - Khởi động thay đổi tần số 1.5.2.1 Khởi động động dị rô to dây quấn Với động dị rô to dây quấn để giảm dòng khởi động ta đƣa thêm điện trở phụ vào mạch rô to Lúc dịng ngắn mạch có dạng [1] U1 Ingm = R1 R2 Rp X1 X' 2 (1.12) Việc đƣa thêm điện trở phụ Rp vào mạch rô to ta đƣợc hai kết quả: làm giảm dòng khởi động nhƣng lại làm tăng mô men khởi động Bằng cách chọn điện trở phụ ta đạt đƣợc mơ men khởi động giá trị mô men cực đại Khi khởi động, tồn bơ điện trở đƣợc đƣa vào rô to, với tăng tốc độ rô to, ta cắt dần điện trở phụ khỏi rô to để tốc độ đạt giá trị định mức điện trở phụ đƣợc cắt hết khỏi rô to o U1~ o o ĐKB rf Hình 1.6 Khởi động động rô to dây quấn 1.5.2.2 Khởi động động dị rơ to lồng sóc Với động rô to ngắn mạch đƣa điện trỏ vào mạch rô to nhƣ động dị rơ to dây quấn để giảm dịng khởi động ta thực phƣơng pháp sau : a Phƣơng pháp giảm điện áp Để giảm điện áp ta dùng phƣơng pháp sau: - Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato Khi khởi động, cầu dao D1 đóng, cầu dao D2 mở để nối cuộn kháng vào cuộn dây stato động Khi động quay ổn định đóng cầu dao D2 để ngắn mạch điện kháng Điện áp đặt vào dây quấn stato khởi động: U’k = kU1 (k