TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐƯỢC THÊM VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC...54CHƯƠNG IV: YÊU CẦU HẠ TẢI...57I.ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG ¼ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC CÓ MOMENT...
CƠ SỞ, LÝ THUYẾT CỦA VIỆC TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
HẠ CẦU TRỤC SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
KHÁI NIỆM, ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN CẤU TẠO
1.Động cơ điện không đồng bộ 3 pha là gì?
- Dựa theo hiện tượng cảm ứng điện từ có tốc độ rotor thay đổi so với tốc độ của từ trường mà người ta xây dựng được nên động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha, tùy theo nhu cầu và các mức điện áp mà người ta có thể chế tạo các mẫu mã động cơ với các tốc độ khác nhau.
- Động cơ không đồng bộ 3 pha (AC Induction Motor) giúp chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng, tạo ra các momen lực…Với các ưu điểm phổ biến như tính mạnh mẽ, tin cậy, bền bỉ, dễ bảo trì và tương đối rẻ, kích thước gọn nhẹ hơn so với động cơ một chiều cùng công suất… mà đã đang được sử dụng phổ biến trong cuộc sống nói chung và các ngành công nghiệp nói riêng.
2.Đặc điểm, thành phần cấu tạo, nguyên lý hoạt động.
- Động cơ không đồng bộ 3 pha cấu tạo gồm 2 thành phần chính:
Phần Stato (đứng yên) gồm cuộn dây đồng quấn trên khung được ghép lại bởi các lá thép kỹ thuật điện Khi cho dòng điện chạy qua đó, điện năng sẽ biến đổi thành hệ thống các đường sức từ trường lông có hướng, khép kín trên mạch từ.
Phần đứng yên Stato có 3 cuộn dây Phần quay của động cơ (Rotor) được chia làm hai dạng: rotor lồng sóc và dây quấn
- Rotor dây quấn gồm 3 dây quấn đặt lệch nhau 120 trong không gian và thường được nối sao, đưa 3 đầu dây ra bên ngoài nhờ hệ thống vành trượt và
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 7 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa chổi than, khi làm việc.
- Rotor lồng sóc (phổ biến hơn vì có nhiều ưu điểm) gồm có lõi thép hình trụ bên Ngoài có xẻ rãnh để đặt các thanh dẫn và được nối ngắn mạch lại giống như lồng sóc.
Hình ảnh cắt ngang cấu tạo chi tiết của động cơ KĐB 3 pha
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 8 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa
Nguyên lý hoạt động: Khi chúng ta cấp điện áp 3 pha vào đầu cuộn dây của động cơ, trong stator sẽ có một từ trường như hình vẽ, từng trường này quét qua các thanh đồng của rotor, sẽ tạo ra dòng điện kín bên trong đó, làm xuất hiện các suất điện động và dòng điện cảm ứng.
Hai lực tương tác giữa từ trường quay và dòng điện cảm ứng này tạo ra momen quay tác động lên rotor, làm rotor quay theo chiều của từ trường với tốc độ gần bằng tốc độ của từ trường quay.
Các thông số ta cần quan tâm khi lựa chọn động cơ không đông bộ 3 pha như:
Công suất định mức P (kW, W)đm
Điện áp định mức U ( V )đm
Dòng điện động cơ I (A)đm
Tần số làm việc (Hz)
Tốc độ quay định mức nđm
Hiệu suất làm việc định mức l %
Hệ số công suất định mức Cos
Ta có giản đồ công suất như sau:
Vì các tổn hao được cộng dồn duy trì qua từng giai đoạn nên ta cần phải tính toán chi li hợp lý để lựa chọn động cơ phù hợp.
Tùy theo mục đích sử dụng, điện áp và tần số mà người ta sử dụng cách đấu dây tam giác hay sao cho phù hợp:
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 9 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa
Cách đấu dây tam giác
Cách đấu dây hình sao
Và cần phải cẩn thận lưu ý về điện áp của động cơ khi ta tiến hành đổi nối sao-tam giác. Động cơ không đồng bộ 3 pha có các ưu nhược điểm như:
- Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ Rotor lồng sóc So với động cơ một chiều Động cơ không đồng bộ giá thành hạ,vận hành tin cậy, chắc chắn Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo
- Nhược điểm: Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình khó khăn, Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mômen cực đại giảm rất nhiều vì mômen tỉ lệ với bình phương điện áp Riêng với các động cơ Rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động kém hơn
II.ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KĐB 3 PHA
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 10 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa
Mạch tương đương một pha của động cơ không đồng bộ 3 pha có được bằng cách tách riêng stator và rotor Trong đó, R , X là điện trở và điện kháng mạch stator Đặc trưng1 1 cho mạch từ lõi thép là R và X , Im gọi là dòng điện từ hóa N là số vòng dây quấn m m 1 stator
E I R X Đối với động cơ công suất lớn thì có thể bỏ qua dòng từ hóa Im
Mạch tương đương 1 pha của stator Ở trạng thái rotor đứng yên, ta có thể xem động cơ như là một máy biến áp cách ly. Tổng trở mạch rotor bao gồm R và X2 2, N2 là số vòng dây quấn rotor E là sức điện2 động khi rotor đứng yên:
Và để cho thuận tiện khi tính toán ta quy đổi mạch rotor về phía stator với điều kiện quy đổi là: cùng điện áp, tần số và công suất không đổi Lúc này: E = E’1 2
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 11 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Để có thể xác định động cơ có thể mở máy hay không ta cần xác định được tỉ số của momen mở máy và momen định mức
Ta xác định momen tới hạn của động cơ:
Ta xét khả năng quá tải của động cơ Kqtcp = = 100% = 185,11%
Ta tính được tỉ số mở máy Kmm = = > 1
Điều này chứng tỏ rằng khi mới ban đầu động cơ có thể kéo tải để thực hiện mở máy và cần thực hiện qua các cấp điện trở để giảm bớt dòng điện khởi động. Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa Moment và tốc độ quay được thể hiện qua công thức:
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 50 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Đồ thị biểu diễn đường đặc tính cơ tự nhiên
Ta có các giao điểm đặc biệt cần chú ý trên đồ thị:
- Tọa độ các điểm làm việc đồng bộ: M = 0, s=0, n = 544,8(v/ph)đm
- Tọa độ các điểm tới hạn: (MMax,smax) = (1469,319 ; 0,386)
- Khi mới mở máy: s=1, n= 0, M = 1094,676(N.m)mm
TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ MỞ MÁY, ĐỘNG CƠ MỞ MÁY QUA BA CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ
TÍNH TOÁN GIỚI HẠN MOMEN LỚN NHẤT VÀ NHỎ NHẤT LÚC MỞ MÁY
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 51 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa
Vì số liệu đề bài không nhắc gì tới M nên ta áp dụng M ≥ (1,05 ÷ 1,3) M c 2 đm
Nhận thấy giá trị M1 và M2 không cho phép ta biểu diễn và tính toán trên đồ thị nên ta cải thiện lại hai giá trị này như sau Cụ thể:
Do đó ta chọn được hai giá trị momen lớn nhất và nhỏ nhất lần lượt là: M = 12001
TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ ĐIỆN TRỞ PHỤ CẦN ĐỂ MỞ MÁY
Ta có: Vì M2 giao với đồ thị đặc tuyến cơ tự nhiên nên
Dựa theo điều kiện (0) ta nhận giá trị s = 0.0992
Tương tự ta cũng có M1 giao với đồ thị đặc tuyến cơ tự nhiên nên
Dựa theo điều kiện ta nhận giá trị s = 0,1767
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 52 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Đồ thị biễu diễn các cấp điện trở khi mở máy s = max
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 53 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa
Kiểm tra dòng điện mở máy khi qua 3 cấp trở phụ:
Tỷ số giữa dòng mở máy khi qua 3 cấp điện trở phụ và dòng điện mở máy ban đầu của động cơ:
YÊU CẦU NÂNG TẢI
TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐƯỢC THÊM VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG ẵ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC
Ta đã có: n = 545(vg/ph)đm
Gọi n là tốc độ ứng với đường đặc tính cơ số 11
Do đó: n1 = n = đm 545 = 272,5(vg/ph)
Lại có: ns = = = 600(vg/ph) w s = = = 62,83(rad/s)
Lúc này s tương ứng với tốc độ lúc này là:1
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 54 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa s 1 = = = 0,546
Ta xột lượng điện trở phụ cấp 1 ứng với tốc độ lỳc này giảm đi ẵ so với tốc độ định mức được thêm vào Rotor quy đổi về Stator như sau:
Giải hệ trên ta có: = 1,15 () hoặc = -0,16()
Theo điều kiện ta có nên ta chọn = 1,15() Điện trở phụ cần quy về mỗi pha Rotor là:
Dòng điện của động cơ lúc này:
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 55 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Đặc tớnh nõng tải của động cơ khi giảm ẵ lần tốc độ định mức
TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐƯỢC THÊM VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC
Gọi n là tốc độ ứng với đường đặc tính cơ số 22
Do đó: n 2 = n = đm 545 = 136,25(vg/ph)
Lại có: n = 600(vg/ph) s w s = = = 62,83(rad/s)
Lúc này s tương ứng với tốc độ lúc này là: 2 s 2 = = = 0,773
Ta xột lượng điện trở phụ cấp 1 ứng với tốc độ lỳc này giảm đi ẳ so với tốc độ định mức được thêm vào Rotor quy đổi về Stator như sau:
Giải hệ trên ta có: = -0,12() hoặc = 1,73()
Do đó ta chọn = 1,73() Điện trở phụ cần quy về mỗi pha Rotor là:
Dòng điện của động cơ lúc này:
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 56 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa
Ta nhận thấy dòng điện lúc khỏi động ban đầu khi chưa thêm điện trở phụ là I’ = 2
86,98 (A), dòng điện sau khi thêm điện trở phụ đều là I’ = 80,92(A) Điều này chứng 2 tỏ việc thêm điện trở phụ thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ là có hiệu quả giúp giảm dòng khởi động động cơ. Đặc tớnh nõng tải của động cơ khi giảm ẳ lần tốc độ định mức
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 57 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Đồ thị biểu diễn đặc tớnh nõng tải của động cơ ứng với ẵ lần tốc độ định mức và ẳ lần tốc độ định mức
YÊU CẦU HẠ TẢI
ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG ẳ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC Cể MOMENT BẰNG 0,8 LẦN MOMEN ĐỊNH MỨC
Vỡ động cơ hạ tải với tốc độ bằng ẳ tốc độ định mức nờn
Gọi n là tốc độ động cơ ứng với đường đặc tính cơ số 3:3 n3 = = = -136,25(vg/ph) (Vì động cơ hạ tải nên n < 0)3
Gọi s là độ trượt của động cơ lúc này: = 1,233 s 3
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 58 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa s 3 = = = 1,23
Lúc này: Mô men của động cơ chỉ bằng 0,8 lần mô men định mức nên để động cơ hạ tải được với tốc độ 136,25(vg/ph) ta có:
0,8.793,82 635,056 Giải hệ trên ta có: = -0,1 () hoặc = 3.92()
Theo điều kiện ta chọn = 3.92()
Do đó lượng điện trở để ta thêm vào mỗi pha của mạch Rotor để động cơ hạ tải với tốc độ 136,25(vg/ph) ứng với mô mem bằng 0,8 lần mô men định mức là:
Dòng điện động cơ lúc này là:
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 59 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Đặc tớnh hạ tải của động cơ khi giảm ẳ lần tốc độ định mức
ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG ẵ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC Cể MOMENT BẰNG 0,8 LẦN MOMEN ĐỊNH MỨC
Lại có n = 545vg/ph) đm
Vỡ động cơ hạ tải với tốc độ bằng ẵ tốc độ định mức nờn:
Gọi n là tốc độ động cơ ứng với đường đặc tính cơ số 4:4 n4 = = = -272,5(vg/ph)
Gọi s là độ trượt của động cơ lúc này:4 s 4 = = = 1,45
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 60 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa
Lúc này: Mô men của động cơ chỉ bằng 0,8 lần mô men định mức nên để động cơ hạ tải được với tốc độ 272,5(vg/ph) ta có:
0,8.793,82 635,056 Giải hệ trên ta có: = -0,07 () hoặc = 4,67()
Theo điều kiện ta chọn = 4,67()
Do đó lượng điện trở để ta thêm vào mỗi pha của mạch Rotor để động cơ hạ tải với tốc độ 272,5(vg/ph) ứng với mô mem bằng 0,8 lần mô men định mức là:
Dòng điện động cơ lúc này là:
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 61 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Đặc tớnh hạ tải của động cơ khi giảm ẵ lần tốc độ định mức
ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC CÓ MOMENT BẰNG 0,8 LẦN MOMEN ĐỊNH MỨC
Lại có n = 545vg/ph) đm
Vì động cơ hạ tải với tốc độ bằng tốc độ định mức nên:
Gọi n là tốc độ động cơ ứng với đường đặc tính cơ số 5:5 n5= -nđm = -545 = -545 (vg/ph)
Gọi là độ trượt của động cơ lúc này:s 5 s 5 = = = 1,91
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 62 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa
Lúc này: Mô men của động cơ chỉ bằng 0,8 lần mô men định mức nên để động cơ hạ tải được với tốc độ 545 (vg/ph) ta có:
0,8.793,82 635,056 Giải hệ trên ta có: = -0,026 () hoặc = 6,224()
Theo điều kiện ta chọn = 6,224()
Do đó lượng điện trở để ta thêm vào mỗi pha của mạch Rotor để động cơ hạ tải với tốc độ 545(vg/ph) ứng với mô mem bằng 0,8 lần mô men định mức là:
Dòng điện động cơ lúc này là:
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 63 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Đặc tính hạ tải của động cơ khi giảm bằng tốc độ định mức
ĐỘNG CƠ HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ BẰNG 2 LẦN TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC CÓ MOMENT BẰNG 0,8 LẦN MOMEN ĐỊNH MỨC
Lại có n = 545(vg/ph) đm
Vì động cơ hạ tải với tốc độ bằng 2 lần tốc độ định mức nên:
Gọi n là tốc độ động cơ ứng với đường đặc tính cơ số 6:6 n6 = 2n = -= -1090(vg/ph) đm
Gọi s là độ trượt của động cơ lúc này:6 s 6 = = = 2,82
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 64 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa
Lúc này: Mô men của động cơ chỉ bằng 0,8 lần mô men định mức nên để động cơ hạ tải được với tốc độ 1090(vg/ph) ta có:
0,8.793,82 635,056 Giải hệ trên ta có: = 0,07 () hoặc = 9,3()
Theo điều kiện ta chọn = 9,3()
(Vì ứng với R = 0,07: 6f s max = s 6nên không thõa)
Do đó lượng điện trở để ta thêm vào mỗi pha của mạch Rotor để động cơ hạ tải với tốc độ 1090(vg/ph) ứng với mô mem bằng 0,8 lần mô men định mức là:
Dòng điện động cơ lúc này là:
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 65 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Đặc tính hạ tải của động cơ khi giảm 2 lần tốc độ định mức
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 66 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Đồ thị biểu diễn đặc tớnh hạ tải của động cơ tương ứng với 4 cấp độ của tốc độ: ẳ lần tốc độ định mức (đường eq5), ẵ lần tốc độ định mức (đường eq6), bằng tốc độ định mức (đường eq9) và 2 lần tốc độ định mức (đường eq1)
Ta nhận thấy dòng điện lúc khỏi động ban đầu khi chưa thêm điện trở phụ là I’ = 2
86,98 (A), dòng điện sau khi thêm điện trở phụ để hạ tải sấp xỉ là I’ 72,72 (A) Điều 2 này chứng tỏ việc thêm điện trở phụ thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ là có hiệu quả giúp giảm dòng khởi động động cơ.
SVTH: Lê Thành Đạt 19142292 Page | 67 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa