Báo Cáo Nhập Môn Ngành Điện Tìm Hiểu Về Động Cơ Điện Xoay Chiều Không Đồng Bộ 3 Pha.pdf

Khi chúng ta cấp điện áp 3 pha vào đầu cuộn dây của động cơ, trong stato sẽ có một từ trường như hình vẽ, từ trường này quét qua các thanh đồng của roto, sẽ tạo ra dòng điện kín bên tron

BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐÀO TẠO LIÊN TỤC

- -  

BÁO CÁO NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN

Đề tài: Tìm hiểu về động cơ điện xoay chiều không

đồng bộ 3 pha

Giảng viên:

Nhóm sinh viên thực hiện:

1 Lê Thị Ngọc Diệp

2022018 7P

2 Nguyễn Doanh Hưng

2022021 4P

3 Lương Vĩnh Đăng

2022072 9P

4 Đặng Hải Nam

2022022 4P

5 Nguyễn Đình Thạch 7P

6 Vương Đình Trung

2022073 9P

Chuyên ngành: Kĩ thuật điều khiển và tự động hóa

Hà Nội, tháng 11, năm 2022

MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

4 I Cấu tạo 4

1 Phần tĩnh (stato): 4

2 Phần quay (roto): 5

3 Khe hở: 7

II Phân loại 7

1.Theo động cơ Roto 7

2, Theo vỏ máy 8

CHƯƠNG II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KĐB BA PHA 8

1 Nguyên lý cơ bản: 8

2 Momen quay: 9

3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ: 9

4 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha: 13

CHƯƠNG III ỨNG DỤNG 16

KẾT LUẬN 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

LỜI NÓI ĐẦU

Cách mạng công nghệ đánh dấu thay đổi lớn trong phương pháp sản xuất qua quy trình sử dụng máy móc nhằm đáp ứng nhu cầu của con người Trong thời đại phát triển 4.0 ngày nay, ngành công nghiệp đóng một vai trò quan trọng nhằm thúc đẩy

và phát triển nền kinh tế đất nước Công nghệ mới là nhân tố thiết yếu cần đưa vào trong quá trình sản xuất

Khi mà động cơ điện ngày càng phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong nền công nghiệp thì thực hiện phương pháp tối

ưu nó là một vấn đề đã được đặt ra Trải qua nhiều giai đoạn, phương pháp, thử nghiệm, động cơ không đồng bộ 3 pha đã được tạo ra Nó đã trở thành giải pháp tối ưu và được sử dụng rất rộng rãi trong các nhà máy, cơ quan, xí nghiệp với quy mô lớn

CHƯƠNG I CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA

I Cấu tạo

Máy phát điện xoay chiều gồm 2 phần chính: phần cảm và phần ứng.

+ Phần cảm: là nam châm dùng để tạo ra từ trường (nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện)

+ Phần ứng: là khung dây dẫn dùng để tạo ra dòng điện Một trong hai sẽ đứng yên, phần còn lại quay Bộ phận đứng yên gọi là phần tĩnh (stato), bộ phận quay gọi là phần quay (roto)

*Động cơ không đồng bộ ba pha gồm hai phần chính:

-Phần tĩnh (stato): gồm vỏ máy, lõi sắt và dây quấn

-Phần quay (roto): gồm trục, lõi sắt và dây quấn roto, ngoài ra khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ nên roto trong động cơ không đồng bộ rất tròn và đều

1 Phần tĩnh (stato):

Trên stato có vỏ, lõi thép và dây quấn

a Vỏ máy:

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn Thường

võ máy làm bằng gang Đối với vỏ máy có công suất tương đối lớn (1000 kW) thường dùng thép tấm hàn lại làm vỏ máy, tùy theo cách làm nguội, máy và dạng vỏ máy cũng khác nhau

b Lõi thép:

Lõi thép là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm bớt tổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5

mm ép lại Khi đường kính ngoài của

lõi thép nhỏ hơn 900mm thì dùng cả

tấm thép tròn ép lại Khi đường kính

ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng

những tấm thép hình rẻ quạt ghép lại

thành khối tròn

Mỗi lõi thép kĩ thuật điện đều có

phủ sơn cách điện trên bề mặt để

giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây

nên Nếu lõi thép ngắn thì có thể ghép

thành một khối Nếu lõi thép quá dài thì ghép thành những tấm ngắn mỗi tấm thép dài từ 6 đến 8 cm đặt cách nhau 1cm để thông gió tốt hơn Mặt trong của lá thép sẽ có rãnh để đặt dây quấn

c Dây quấn:

Dây quấn phần cảm (dây quấn kích từ) được đặt vào các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõi thép Dây quấn phần ứng là phần dây bằng đồng được đặt trong các rãnh phần ứng làm thành một hoặc nhiều vòng kín Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá cao trong toàn giá thành của máy

Yêu cầu đối với dây quấn bao gồm:

- Đối với dây quấn phần cảm (dây kích từ) thì tạo ra từ trường hình sin ở khe hở; còn dây quấn phần ứng đảm bảo có suất điện động và dòng điện tương ứng với công suất điện từ của máy

- Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản

- Bền về cơ, điện, nhiệt, hóa; lắp ráp và sửa chữa dễ dàng

2 Phần quay (roto):

Phần này gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn roto, ngoài ra còn có khe hở

a Lõi thép:

Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stato lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá roto của máy Phía ngoài của lá thép sẽ có rãnh để đặt dây quấn

b Dây quấn roto:

Có loại dây quấn tương tự như dây quấn stato bên trong máy điện loại có công suất trung bình trở lên Do đó, dây quấn roto thường dùng là kiểu dây quấn sóng 2 lớp vì bớt được phần dây đầu nối, đồng thời kết cấu dây quấn ở trên rôto càng chặt chẽ hơn Trong các loại máy điện cỡ nhỏ, người ta thường dùng dây quấn đồng tâm chỉ có 1 lớp

Phân loại làm hai loại chính roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc:

+ Roto kiểu dây quấn: roto kiểu dây quấn cũng giống như dây quấn ba pha stato và có cùng số cực từ dây quấn stato Dây quấn kiểu này luôn đầu hình sao ( Y ) và có ba đầu ra đấu vào

ba vành trượt gắn vào trục quay roto và cách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện và

một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ

(Roto kiểu dây quấn)

+ Roto kiểu lồng sóc (roto ngắn mạch): gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu Với động cơ nhỏ, dây quấn roto được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt

và cánh quạt làm mát Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh roto và gắn chặt vành ngắn mạch

(Dây quấn roto lồng sóc và dây quấn roto)

3 Khe hở:

Vì roto là một khối tròn nên khe hở trong máy điện không đồng bộ đều và rất nhỏ (từ 0,2 mm đến 1 mm trong máy điện

cỡ nhỏ và vừa) Nó dùng để hạn chế dòng điện hóa lấy từ lưới vào, và như vậy có thể làm cho hệ số công suất của máy tăng cao

II

Phân loại

1 Theo động cơ Roto

a, Roto dây quấn

- Ưu điểm: Có ưu điểm về quá trình mở máy và khả năng điều chỉnh tốc độ

- Nhược điểm: Giá thành cao và động cơ vận hành kém tin cậy

b, Roto lồng sóc

- Ưu điểm: Hoạt động đảm bảo và giá thành rẻ

- Nhược điểm: Điều chỉnh tốc độ khó và dòng điện khởi động lớn

2 Theo vỏ máy

Có thể chia làm các loại: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu chống nổ, kiểu chống rung…

CHƯƠNG II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

1 Nguyên lý cơ bản

Tạo ra từ trường quay bằng cách cho dòng điện đi xoay

chiều ba pha đi vào trong stato gồm 3 cuộn dây giống nhau, đặt lệch nhau 120° trên một giá tròn thì trong không gian

giữa 3 cuộn dây sẽ có từ trường quay với tần số góc bằng tần

số góc của dòng điện xoay chiều

Đặt trong từ trường quay một roto lồng sóc (có tác dụng như một khung dây dẫn có thể quay dưới tác dụng của từ trường quay) có thể quay xung quanh trục quay của từ trường Roto lồng sóc quay do tác dụng của từ trường quay với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của từ trường Chuyển động quay của roto được

sử dụng để làm quay các máy khác

Phần tĩnh (stato) 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 có lông có hướng, khép kín trên mạch từ

Phần quay (roto) được chia làm hai dạng, roto lồng sóc

và roto dây quấn Nhưng trong thực tế, động cơ roto lồng sóc chiếm ưu thế hơn cả vì dễ dàng chế tạo và lắp đặt, chi phí giá thành rẻ hơn Nó gồm các thanh đồng được đúc xuyên qua các rãnh của roto và được nối tắt ở hai đầu, kèm theo cánh tản nhiệt và quạt làm mát

Hình trên mô tả nguyên lý tạo ra từ trường quay của stato Khi chúng ta cấp điện áp 3 pha vào đầu cuộn dây của động cơ, trong stato sẽ có một từ trường như hình vẽ, từ trường này quét qua các thanh đồng của roto, 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 roto, làm roto quay

theo chiều của từ trường với tốc độ gần bằng tốc độ của từ trường quay

Để hiểu rõ hơn, ta tham khảo nguyên lý tạo từ trường quay trên hình vẽ

2 Momen quay

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn thì trong khe

hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ (trong đó: f1

là tần số lưới điện; P là số cặp cực; n1 là tốc độ từ trường quay)

Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn roto có dòng điện I chạy qua Từ thông do dòng2 điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn roto tác dụng với từ thông khe hở sinh ra momen

Ở đây, từ trường do stato tạo ra thuộc loại quay vì công suất ba pha, không giống như loại động cơ một pha Và do từ trường quay này, roto bắt đầu tự quay ngay cả khi không có lực đẩy ban đầu Điều này làm cho động cơ ba pha trở thành loại tự khởi động và chúng tôi không cần bất kỳ cuộn dây phụ nào cho loại động cơ này

Lực điện từ tác dụng lên dòng điện trong dây quấn roto tạo momen quay kéo roto quay theo chiều quay của từ trường với tốc độ n < n 1

+) Tốc độ quay của từ trường: (vòng/phút)

+) Tốc độ trượt: n = n – n2 1

+) Hệ số trượt tốc độ:

+) Tốc độ động cơ: n = n (1-s) = 1-s)1

3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ.

a Thay đổi tần số:

Ta đã biết từ thông tỷ lệ thuận với tỉ số , khi thay đổi tần số người ta mong muốn giữ cho từ thông không đổi, để mạch từ máy ở trạng thái định mức Vậy ta phải điều chỉnh đồng thời tần

số và điện áp, giữ cho tỉ số giữa điện áp U1 và tần số f không đổi

Hình vẽ dưới là đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ 3 pha khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tỉ số

Việc điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi tần số thích hợp khi điều chỉnh cả nhóm động cơ lồng sóc Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số cho phép điều chỉnh ở tốc độ một cách bằng phẳng trong phạm vi mở rộng Với sự phát triển vượt bậc của linh kiện điện tử thì giá thành các bộ biến tần ngày càng giảm Các bộ biến tần được ứng dụng ngày càng rộng rãi

b Thay đổi số đôi cực:

Số đôi cực của từ trường quay phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn Động cơ không đồng bộ 3 pha có cấu tạo dây quấn để thay đổi số đôi cực từ được gọi là động cơ không đồng bộ 3 pha nhiều cấp tốc độ Phương pháp này chỉ sử dụng cho loại roto lồng sóc

Mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhưng có ưu điểm là giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ, động cơ nhiều cấp tốc độ được sử dụng rộng rãi trong các máy luyện kim, máy tàu thủy,

c Thay đổi điện áp cung cấp cho stato:

Phương pháp này chỉ được thực hiện trong việc giảm điện

áp Khi giảm điện áp đương đặc tính M = f(s) sẽ thay đổi do đó

hệ số trượt thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi Hệ số trượt s1, s2, s3 ứng điện áp U1đm, 0.85 U1đm và 0.7 U1đm

Nhược điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng điện áp là giảm khả năng quá tải của động cơ, dải điều chỉnh tốc độ hẹp, tăng tổn hao ở dây quấn roto Việc điều chỉnh tốc

độ bằng thay đổi điện áp được dùng chủ yếu với các động cơ công suất nhỏ có hệ số trượt tới hạn S lớn

d) Thay đổi điện trở mạch roto:

Phương pháp này chỉ áp dụng đối với động cơ roto dây quấn, người ta mắc biến trở 3 pha vào mạch roto

- Biến trở điều chỉnh tốc độ phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn hơn so với biến trở máy Khi tăng điện trở thì tốc

độ quay của động cơ sẽ giảm

- Nếu momen cản, dòng roto không đổi, khi tăng điện trở

để giảm tốc độ sẽ tăng tổn hao công suất trong biến trở, do đó phương pháp này không kinh tế Tuy nhiên phương pháp đơn giản, điều chỉnh đơn và khoảng điều chỉnh tương đối rộng, được

sử dụng điều chỉnh tốc độ quay của động cơ công suất cỡ trung bình

4 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha

a Khởi động trực tiếp:

Ở phương pháp này stato của động cơ sẽ được nối trực tiếp với nguồn 3 pha Động cơ sẽ khởi động với dòng điện từ 5-7 lần điện định mức trong thời gian ngắn

Dòng điện khởi động phụ thuộc vào thiết kế kích thước, công suất của động cơ Dòng điện này hầu như không ảnh hưởng đến động cơ, nhưng có khả năng làm sụt áp trên áp nguồn và ảnh hưởng đến các thiết bị khác

b Phương pháp đổi đầu dây quấn (đấu mạch khởi động sao tam giác):

Phương pháp này được thiết kế cho động cơ chạy mặc định ở chế độ sao Khi khởi động mạch sẽ điều khiển động cơ chạy với đầu nối tam giác, lúc này dòng điện của động cơ giảm

đi 3 lần so với dòng định mức

Ưu điểm của mạch khởi động sao tam giác là đơn giản dễ thực hiện, tuy nhiên hạn chế là momen khởi động cũng giảm đi

3 lần

Các phương pháp ra dây trên stato của động cơ không đồng bộ 3 pha:

- Động cơ 3 pha 6 đầu dây ra (đấu vận hành theo một trong hai cấp điện áp nguồn 3 pha tương ứng so với sơ đồ đấu Y hay tam giác)

- Động cơ 3 pha 9 đầu ra (đấu vận hành theo một trong hai phương pháp: đấu Y nối tiếp Y song song, tam giác nối tiếp -tam giác song song)

- Động cơ 3 pha 12 đầu dây (đấu vận hành theo một trong bốn cấp điện áp nguồn 3 pha tương ứng với một trong sơ đồ đấu dây Y nối tiếp, Y song song tam giác nối tiếp, tam giác song song)

c Giảm dòng khởi động dùng điện trở áp cấp cao vào dây quấn:

Một trong các biện pháp giảm áp là đấu nối tiếp điện trở Rmm với bộ dây quấn stato rại lúc khởi động tác dụng của Rmm trong trường hợp này là làm giảm áp đặt vào từng pha dây quấn stato

Tương tự như phương pháp đổi sơ đồ đấu dây để giảm dòng khởi động phương pháp giảm áp cấp vào dây quấn stato cũng làm giảm momen mở máy Do tính chất momen tỉ lệ bình phương điện áp cấp vào động cơ Thường ta sẽ chọn các cấp giảm áp: 80%, 60%, 50% cho động cơ Tương ứng với các cấp giảm áp này, momen mở máy chỉ khoảng 65%, 50% và 25% giá trị momen mở máy khi cấp nguồn trực tiếp bằng định mức vào dây quấn stato

Phương pháp này làm giảm dòng điện và làm cải thiện hệ

số công suất Ở động cơ roto dây quấn, 3 vòng trượt sẽ được nối với các cuộn dây roto Sơ đồ mạch điện được trình bày như hình bên dưới, điện trở sẽ nối tiếp với các cuộn dây roto qua các vòng lượt

Tại thời điểm khởi động, điện trở sẽ điều chỉnh về giá trị lớn nhất Do đó tổng điện trở của roto sẽ giảm từng bước khi giảm giá trị điện trở và roto tăng tốc Tuy nhiên momen động cơ vẫn đạt cực đại trong thời gian tăng tốc động cơ Điện trở giảm giá trị về không, động cơ chạy với tốc độ định mức

d Giảm dòng khởi động dùng điện cảm giảm áp cấp vào dây quấn.

Khi khởi động thì cuộn dây stato mắc nối tiếp với điện kháng Khi đó điện áp rơi trên cuộn dây stato giảm, nhưng momen sẽ giảm theo vì momen tỉ lệ bình phương điện áp Hình bên dưới là ví dụ về mạch khởi động bằng điện kháng, dùng hai cầu dao D1 và D2 Khi khởi động thì đóng cầu dao D1, khi động cơ khởi động xong thì đóng cầu dao D2 để động cơ hoạt động đúng định mức

Trường hợp này để giảm áp cấp vào dây quấn stato tại lúc khởi động Chúng ta đấu nối tiếp điện cảm (có giá trị điện kháng) Xmm với dây quấn stato

Do tính chất momen tỉ lệ bình thường điện áp cấp vào động cơ, thường chúng ta chọn các cấp giảm áp: 80%, 64% và