luận văn tìm hiểu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ và ứng dụng trong công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TÔT NGHIỆP Đề Tài : TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN DƯ XỨNG Sinh viên thực hiện : HUỲNH CÔNG TRUYỀN MSSV : 97202456 Tp - Hồ Chí Minh Tháng 02 - 2001 Trang 1 MỤC LỤC TÌM HI U CÁC PH NG PHÁP I U CH NH T CỂ ƯƠ Đ Ề Ỉ Ố 1 NG C KHÔNG NG B VÀ NG D NGĐỘ ĐỘ Ơ ĐỒ Ộ Ứ Ụ 1 L I C M NỜ Ả Ơ 4 Em xin chân thành c m nả ơ 4 L I NÓI UỜ ĐẦ 4 CH NG 1ƯƠ 6 KHÁI QUÁT V NG C KHÔNG NG BỀ ĐỘ Ơ ĐỒ Ộ 6 I.C U T O VÀ C I MẤ Ạ ĐẶ Đ Ể 6 CH NG 2ƯƠ 17 I U CH NH T C NG C KHÔNG NG B B NG CÁCH Đ Ề Ỉ Ố ĐỘ ĐỘ Ơ ĐỒ Ộ Ằ THAY I I N TR PH M CH ROTOĐỔ Đ Ệ Ở Ụ Ạ 17 CH NG 3ƯƠ 23 I U CH NH T C NG C KHÔNG NG B B NG CÁCH Đ Ề Ỉ Ố ĐỘ ĐỘ Ơ ĐỒ Ộ Ằ THAY I S ÔI C CĐỔ Ố Đ Ự 23 NGUYÊN LÝ KHI THAY I S ÔI C CĐỔ Ố Đ Ự 23 CH NG 4ƯƠ 34 I U CH NHĐ Ề Ỉ 34 T C NG C KHÔNG NG B BA PHA B NG CU N KHÁNG Ố ĐỘ ĐỘ Ơ ĐỒ Ộ Ằ Ộ B O HÒAẢ 34 I.KHÁI NI M V CU N KHÁNG B O HÒAỆ Ề Ộ Ả 34 IV. NH N XÉT VÀ NG D NG TRONG CÔNG NGHI PẬ Ứ Ụ Ệ 40 Nh n Xétậ 40 CH NG 5ƯƠ 42 I U CH NH T C NG C KHÔNG NG B B NG CÁCH Đ Ề Ỉ Ố ĐỘ ĐỘ Ơ ĐỒ Ộ Ằ THAY I I N ÁPĐỔ Đ Ệ 42 I. NGUYÊN LÝ I U CH NHĐ Ề Ỉ 42 CH NG 6ƯƠ 48 I U CH NH T C NG C KHÔNG NG B B NG CÁCH Đ Ề Ỉ Ố ĐỘ ĐỘ Ơ ĐỒ Ộ Ằ THAY I T N S NGU NĐỔ Ầ Ố Ồ 48 I. NGUYÊN LÝ VÀ QUY LU T I U CH NH KHI THAY I T N SẬ Đ Ề Ỉ ĐỔ Ầ Ố 48 T bi u th c:ừ ể ứ 48 CH NG 7ƯƠ 56 I U CH NH T C NG C KHÔNG NG B B NG PH NG Đ Ề Ỉ Ố ĐỘ ĐỘ Ơ ĐỒ Ộ Ằ ƯƠ PHÁP N I T NGỐ Ầ 56 PH NG PHÁP N I T NG DÙNG H TH NG VAN MÁY I NƯƠ Ố Ầ Ệ Ố Đ Ệ 56 K T LU NẾ Ậ 60 TÀI LI U TAM KH OỆ Ả 60 Trang 2 i H c S Ph m K Thu t TPHCM - 1989Đạ ọ ư ạ ỹ ậ 61 NGUY N D X NGỄ Ư Ứ 61 Máy i n - T p 2Đ ệ ậ 61 i H c Bách Khoa - 1981Đạ ọ 61 Ng i d ch: LÊ V N D OANHườ ị Ă 61 NXB – GD 1993 61 Nhà Xu t B n Giáo D c – 2000ấ ả ụ 61 V QUANG H IŨ Ồ 61 Trang 3 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYỄN DƯ XỨNG đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ luận án này. Các thầy cô của trường đã đã tạo điều kiện cho em trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Các bạn sinh viên lớp 97ĐKC và những bạn khác đã góp phần ý kiến cho đồ án này. LỜI NÓI ĐẦU Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, để nâng cao năng suất, hiệu suất sử dụng của máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và các phương pháp tự động hóa dây chuyền sản xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ là không thể Trang 4 thiếu. Vì vậy nhiều loại động cơ điện đã được chế tạo và hoàn thiện cao hơn. Trong đó động cơ điện không đồng bộ chiếm tỉ lệ lớn trong công nghiệp, do nó có nhiều ưu điểm nổi bật như: giá thành thấp, dể sử dụng, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành thấp, Ngày nay, do ứng dụng của tiến bộ khoa học kỹ thuật điện tử, sự phát triển của công nghiệp, kỹ thuật tự động hoá và mọi sinh hoạt của nhân dân mà phạm vi sử dụng động cơ động cơ không đồng bộ rộng rải hơn. Trong thực tế, để đáp ứng yêu cầu sản xuất, làm việc của các nhà máy, phân xưởng với yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ ở một phạm vi nào đó. Điều chỉnh tốc độ động cơ là các phương pháp điều chỉnh nhân tạo nhằm thay đổi tốc độ của hệ thống, của cơ cấu sản xuất theo yêu cầu công nghệ. Đề tài này tìm hiểu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ được trình bày như sau: Nguyên lý điều chỉnh, các sơ đồ và ứng dụng trong công nghiệp. Cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy NGUYỄN DƯ XỨNG, em đã rút ra được những vấn đề cần sử dụng với các phương pháp điều chỉnh thích hợp và kinh tế. Nội dung tập luận án này gồm bảy chương: Chương 1: Khái Quát Về Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha Chương 2: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Trở Phụ Mạch Roto. Chương 3: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Số Đôi Cực Chương 4: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cuộn Kháng Bảo Hòa Chương 5: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Áp Chương 6: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Tần Số Chương 7: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Phương Pháp Nối Tầng Trong quá trình tìm hiểu nghiên cứu thực hiện đề tài, em đã cố gắng trình bày các vấn đề về phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. Nhưng vì thời gian và giới hạn của luận án tốt nghiệp, phạm vi nghiên cứu tài liệu cùng với kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nên tập luận án này không tránh khỏi những thiếu sót. Mong thầy cô và các bạn đóng góp, giúp đỡ. Qua đề tài luận án này em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn NGUYỄN DƯ XỨNG và các Thầy cô trong khoa điện cùng các bạn sinh viên đã tận tình giúp đỡ. Tp. HỒ CHÍ MINH ngày tháng năm 2001 Trang 5 Sinh viên thực hiện: HUỲNH CÔNG TRUYỀN CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I.CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM I.1 Cấu Tạo 1.Cấu tạo phần tĩnh (stato) Gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn. a) Vỏ máy: Thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000 kw), thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố định và không dùng để dẫn từ. b) Lỏi sắt: Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5 mm ghép lại. Lỏi sắt là phần dẫn từ . Vì từ trường đi qua lỏi sắt là từ trường xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lỏi thép có xẻ rảnh để đặt dây quấn . c) Dây quấn : Dây quấn được đặt vào các rảnh của lỏi sắt và cách điện tốt với lỏi sắt. Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch nhau 120 o điện. 2. Cấu tạo phần quay (Roto) a) Trục : Trang 6 Làm bằng thép, dùng để đở lỏi sắt roto. b) Lỏi sắt: Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato. Lỏi sắt được ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài lỏi sắt có xẻ rảnh để đặt dây quấn. c) Dây quấn roto: Gồm hai loại: Loại roto dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc. • Loại roto kiểu dây quấn : Dây quấn roto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số cực stato. Các động cơ công suất trung trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm được những đầu nối dây và kết cấu dây quấn roto chặt chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của roto thường đấu hình sao (Y). Ba đầu kia nối vào ba vòng trượt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. Thông qua chổi than và vòng trượt, đưa điện trở phụ vào mạch roto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ. • Loại roto kiểu lồng sóc : Loại dây quấn này khác với dây quấn stato. Mỗi rảnh của lỏi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thành một cái lồng, người ta gọi đó là lồng sóc. Dây quấn roto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lỏi sắt. 3. Khe hở: Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm ÷ 1mm). Do đó roto là một khối tròn nên roto rất đều. I.2 Đặc Điểm Của Động Cơ Không Đồng Bộ. - Cấu tạo đơn giản. - Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha. - Tốc độ quay của roto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n 1 . Trong đó: n tốc độ quay của roto. n 1 tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ ) II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ra một từ trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn roto, làm cảm ứng trên dây quấn roto một sức điện động E 2 sẽ sinh ra dòng điện I 2 chạy trong dây quấn. Chiều của sức điện động và chiều dòng điện được xác định theo qui tắc bàn tay phải. Trang 7 n 1 M Hình.1-1 Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ. Chiều dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía trên roto hướng từ trong ra ngoài, còn dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía dưới roto hướng từ ngoài vào trong. Dòng điện I 2 tác động tương hổ với từ trường stato tạo ra lực điện từ trên dây dẫn roto và mômen quay làm cho roto quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường. Tốc độ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n 1. Có sự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay stato duy trì được dòng điện I 2 và mômen M. Vì tốc độ của roto khác với tốc độ của từ trường quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ. Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt: Trong đó: n là tốc độ quay của roto. f 1 tần số dòng điện lưới. P số đôi cực. n 1 tốc độ quay của từ trường quay (tốc độ đồng bộ của động cơ). Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n 1 thay đổi làm cho n thay đổi. Khi mở máy thì n = 0 và S = 1 gọi là độ trượt mở máy. Dòng điện trong dây quấn và tư trường quay tác dụng lực tương hổ lên nhau nên khi roto chịu tác dụng của mômen M thì từ trường quay cũng chịu tác dụng của mômen M theo chiều ngược lại. Muốn cho từ trường quay với tốc độ n 1 thì nó phải nhận một công suất đưa vào gọi là công suất điện từ. Khi đó công suất điện đưa vào: Trang 8 p f n 1 1 60 = 60 2 ω 1 n π MMP 1ñt == ϕ cos 3 1 IUP = 1 1 n nn S − = (1-1) (1-2) (1-3) (1-4) Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây quấn stato. Tổn hao sắt: Công suất cơ ở trục là: Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì còn tổn hao trên dây quấn roto: Trong đó: m 2 số pha của dây quấn roto. Vì p’ 2 < p đt do đó n < n 1 Công suất cơ của p 2 đưa ra nhỏ hơn p’ 2 vì còn tổn hao do ma sát trên trục động cơ và tổn hao phụ khác: Hiệu suất của động cơ: III. CÁC ĐẠI LƯỢNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ. 1. Các Đại Lượng a) Hệ số trượt: Để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của roto n và tốc độ của từ trường quay stato n 1. Ta có : Hay tính theo phần trăm: Trang 9 1 1 n nn s − = 2 1 2 11 3 IrP d =∆ st st PP PPPP ñt1ñt ΔΔ −−= ∆=∆ 60 2 .' 2 n MMP π ω == 2 Δ d P −= ñt2 PP 2222 rImP d =∆ fcô pPPP ∆−∆== 22 ' )9,08,0( 1 2 ÷== P P η (1-5) (1-6) (1-7) (1-8) (1-9) (1-10) (1-11) (1-12) Xét về mặt lý thuyết giá trị S sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100 o / o Trong đó : b) Sức điện động của mạch roto lúc đứng n. Trong đó: K 2 là hệ số dây quấn roto của động cơ. f 20 tần số xác định ở tốc độ biến đổi của từ thơng quay qua cuộn dây, vì roto đứng n nên: f 20 bằng với tần số dòng điện đưa vào f 1 c) Khi roto quay: Tần số trong dây quấn roto là: Vậy f 2s = s.f 1 Sức điện động trên dây quấn roto lúc đó là: Với f 2s = s.f 1 thế vào (1-19), ta được: Trang 10 o o o o n nn S 100 1 1 − = )1( 60 1 1 1 snn p f n −= = m WfKE Φ= 220220 44,4 từ mạch trong thông từ của đạïi cực số trò m φ 60 1 20 pn f = 6060 )( 1 1 11 2 pn n nnpnn f Xs − = − = mKWfE ss Φ= 2222 44,4 (1-13) (1-14) (1-15) (1-16) (1-17) (1-18) (1-19) (1-20) [...]... tính cơ của động cơ khơng đồng bộ khi đổi nối dây quấn stato từ tam giác sang sao kép I NHẬN XÉT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CƠNG NGHIỆP 1 Nhận Xét Trang 32 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ khơng đồng bộ bằng cách thay đổi số đơi cực có ưu điểm sau: - Thiết bị đơn giản, giá thành hạ - Các đường đặc tính cơ đều cứng và tổn thất phụ khơng đáng kể - Động cơ làm việc chắc chắn - Điều chỉnh và khống chế tốc độ. .. tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf = Ro /2 Với sơ đồ hình 2-2, muốn mở rộng phạm vi điều chỉnh ta có thể mắc nối tiếp với điện trở Ro một tụ điện đủ lớn III NHẬN XÉT VÀ ỨNG DỤNG 1 Nhận Xét Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ khơng đồng bộ ba pha bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto có các ưu điểm sau: - Có tốc độ phân cấp - Tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ cơ bản - Tự động hóa trong. .. cứng của đường đặc tính cơ bị giảm Khi cho điện trở phụ vào càng lớn thì phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào trị số phụ tải và phụ tải càng lớn thì phạm vi điều chỉnh càng hẹp II PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTO BẰNG CÁC VAN BÁN DẪN Phương pháp này điều chỉnh tốc độ với ưu điểm là dễ dàng tự động hóa Điện trở trong mạch ro to động cơ khơng đồng bộ: r2 = r2d + rf Trong đó: (2-2) r2d điện... tối đa là bốn cấp tốc độ I CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỔI NỐI DÙNG ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 Đổi Nối Cuộn Stato Từ Sao Y Sang Sao Kép YY Từ biểu thức (3-1), khi thay đổi số đơi cực thì ta sẽ điều chỉnh được tốc độ của động cơ, do đó trong cách đổi nối này ta có quan hệ về tốc độ đồng bộ như sau: n1YY =2 n1Y (3-3) Để dựng đặc tính điều chỉnh, ta cần phải xác định được các trị số M t, St và khi thực hiện nối... động cơ, ta đóng điện trở phụ vào cả ba pha của roto Tại thời điểm bắt đầu đóng điện trở phụ vào thì tốc độ động cơ chưa kịp thay đổi, lúc này dòng và mơmen giảm nên tốc độ động cơ giảm Nhưng khi tốc độ giảm thì độ trượt sẽ tăng nên sức điện động cảm ứng trên mạch roto E 2 tăng, do đó dòng ở mạch roto và mơmen tăng làm cho tốc độ của động cơ tăng Khi đưa điện trở phụ vào mạch roto thì hệ số trượt ứng. .. vẫn có các nhược điểm sau: - Kích thước động cơ lớn - Phạm vi điều chỉnh khơng rộng lắm Dmax = 8 - Chỉ cho những tốc độ cấp với độ nhảy cấp khá lớn Hiệu suất sử dụng dây quấn thấp Cấu tạo của động cơ tương đối phức tạp, nặng nề và giá thành cao 2 Ứng Dụng Trong Cơng Nghiệp Đây là phương pháp được ứng dụng trong các máy như máy mài vạn năng, thang máy nhiều tầng, máy nâng trong hầm mỏ và còn dùng trong. .. đối với các hệ thống làm việc ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại và dùng trong các hệ thống với u cầu tốc độ khơng cao như cầu trục, cơ cấu nâng, cần trục, thang máy và máy xúc … Trang 22 CHƯƠNG 3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI SỐ ĐƠI CỰC NGUN LÝ KHI THAY ĐỔI SỐ ĐƠI CỰC Trong nhiều trường hợp các cơ cấu sản xuất khơng u cầu phải điều chỉnh tốc độ bằng phẳng mà chỉ cần điều chỉnh. .. các động cơ khơng đồng bộ roto quấn dây Sơ đồ ngun lý và đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ mạch roto như hình 2-1 U1~ o o o n n1 I1↓ • I2↓ • • ĐKB • • • a b c d ncb • n1.1 rf = 0 n1.2 rf1 n1.3 rf2 rf Mc a) b) Mt rf3 M Hình 2-1 a) Sơ đồ ngun lý b) Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ Khi động cơ đang làm việc ở trạng thái xác lập với tốc độ n Muốn điều chỉnh tốc độ của động. .. giảm bớt độ tin cậy vì khe hở khơng khí nhỏ - Khi điện áp sụt xuống thì mơmen khởi động và mơmen cực đại giảm rất nhiều vì mơmen tỉ lệ với bình phương điện áp CHƯƠNG 2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ PHỤ MẠCH ROTO Trang 17 I NGUN LÝ ĐIỀU CHỈNH KHI THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ PHỤ TRÊN MẠCH ROTO Đây là phương pháp điều chỉnh tốc độ đơn giản và được sử dụng rộng rải trong thực... 2(1 + ε ) (1-51) Giải phương trình bậc hai (1-51) và xem r1 . 3: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Số Đôi Cực Chương 4: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cuộn Kháng Bảo Hòa Chương 5: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng. Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Áp Chương 6: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Tần Số Chương 7: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Phương Pháp Nối Tầng Trong. Trong thực tế, để đáp ứng yêu cầu sản xuất, làm việc của các nhà máy, phân xưởng với yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ ở một phạm vi nào đó. Điều chỉnh tốc độ động cơ là các phương pháp điều