Đồ án được chia làm 4 chương: Chương 1: Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn.. Nội dung chương trình này giới thiệu đặc tính cơ, đặc tính tốc độ, cá
Trang 1GVHD: TS Lê Thanh Lâm Lớp: 23LC42SP1L
SVTH: Võ Minh Thiện MSSV: 23842035
Trang 2EBOOKBKMT.COM GVHD-TS Nguyễn Thị Mi Sa
SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155
CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 9
I) ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 9
1) Khái niệm 9
2) Cấu tạo 9
3 )Ưu điểm 10
4 )Nhược điểm 10
II) PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ 10
III) PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ 12
IV) ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN DẠNG ĐẶC TÍNH CƠ 17
1 Ảnh hưởng của điện áp 17
2 Ảnh hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator 18
3 Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor 20
4 Anh hưởng của số đôi cực từ P 21
V) CÁC DẠNG KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ 23
1) Khởi động động cơ không đồng bộ 23
2) Khởi động trực tiếp 23
3) Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu 23
4) Khởi động bằng điện trở phụ mạch rotor 25
5) Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 25
6) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ vào mạch rotor 25
7) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch stator 26
8) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp 27
VI) MỞ MÁY VÀ TÍNH ĐIỆN TRỞ MỞ MÁY 28
VII) HÃM MÁY 31
1 Hãm tái sinh 31
2 Hãm ngược 32
3 Hãm động năng 35
4 Hãm động năng tự kích từ 36
PHẦN II: TÍNH TOÁN NÂNG CẦN TRỤCBẰNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 39
CHƯƠNG II: YÊU CẦU MỞ MÁY QUA BA CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ 39
I) SƠ LƯỢC VỀ ĐỘNG CƠ AC KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR DÂY QUẤN 39
1) Dòng điện định mức của stator 39
2) Dòng điện rotor ở chế độ định mức 40
3) Tính toán phần trở kháng ngắn mạch 40
4) Tính toán dòng điện mở máy 40
5) Bội số dòng điện mở máy K I 41
6) Tốc độ trượt định mức Sđm 41
7) Tốc độ định mức của động cơ n đm 41
8) Khả năng quá tải của động cơ 41
9) Moment định mức 42
II) TÍNH ĐIỆN TRỞ PHỤ MỞ MÁY, ĐỘNG CƠ MỞ MÁY QUA 3 CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ 42
Trang 3CHƯƠNG III: YÊU CẦU NÂNG TẢI 45
BẰNG 1/2 TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 45
II) TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG 1/4 TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 46 III) TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 47
CHƯƠNG VI: YÊU CẦU HẠ TẢI 49
TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 49 II) TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG ¼ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 50 III) TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 50
LẦN TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 51
KẾT LUẬN 55 PHẦN I: TÍNH TOÁN VÀ THẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG ĐCĐ KĐB XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR DÂY QUẤN
Trang 5Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, em
đã được sự dạy bảo tận tình của tập thể Thầy Cô của trường Những kiến thức và sự thànhđạt mà em đạt được hôm nay chính là nhờ sự dạy bảo của các Thầy Cô
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô, những người đã tận tâm truyền đạtnhững tri thức khoa học cơ bản cũng như những kiến thức chuyên nghành cho em Đặcbiệt em xin cảm ơn quý Thầy Cô khoa Điện - Điện Tử, những người đã bỏ bao tâm huyết
để truyền đạt những tri thức, những kỹ năng, những kinh nghiệm quý báu trong chuyênmôn để chúng em vững tin khi bước vào cuộc sống
Chúng em xin gửi lời cảm ơn riêng đến Cô Nguyễn Thị Mi Sa giảng viên trường Đạihọc Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, đã tận tình hướng dẫn em thực hiện đồ án mônhọc Truyền Động Điện Chúng em xin gửi đến Thầy lời chúc sức khỏe và ngày càngthành công trên bục giảng
Cuối cùng, chúng tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè thân mến đã động viên, góp ý đểmình hoàn thành tốt đồ án này
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trang 6EBOOKBKMT.COM GVHD-TS Nguyễn Thị Mi Sa
SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155
Trong bối cảnh Việt Nam đã là thành viên của tổ chức thương mại thế giới (WTO),xuthế hội nhập ngày càng sâu rộng dẫn đến sự giao lưu hợp tác trên nhiều lĩnh vực, trong đó
có lĩnh vực khoa học kỹ thuật Các dây chuyền sản xuất mới có kỹ thuật hiện đại đã dầnthay thế những dây chuyền lạc hậu, lỗi thời
Trong một dây chuyền sản xuất hiện đại thì khâu truyền động giữ một vai trò quantrọng Tùy theo yêu cầu và mục đích của dây chuyền mà truyền động thực hiện các côngđoạn khác nhau trong một quy trình sản xuất Do đó nó ảnh hưởng tới việc nâng cao chấtlượng sản phẩm và năng suất sản xuất
Để hiểu rõ hơn về truyền động điện và có kiến thức nhất định về vấn đề này.Chúng
em đã được hướng dẫn làm đồ án : “Đặc Tính Cơ Của Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha
và Ứng Dụng Tính Toán Cụ Thể” Đồ án được chia làm 4 chương:
Chương 1: Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây
quấn
Nội dung chương trình này giới thiệu đặc tính cơ, đặc tính tốc độ, các thông số ảnhhưởng tới dạng đặc tính cơ, tính toán điện trở phụ mở máy và vấn đề hãm máy của động
cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn
Chương 2 : Tính toán và thiết kế cơ cấu dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ 3
pha rotor dây quấn
Nội dung của chương trình này là tính toán điện trở mở máy qua 3 cấp điện trở, vàthiết kế sơ đồ nguyên lý cho cơ cấu bằng cách dùng động cơ điện xoay chiều không đồng
bộ 3 pha rotor dây quấn
Kho tàng kiến thức là vô hạn, dù đã được trang bị một lượng kiến thức chưa sâu,kinh nghiêm thực tế chưa nhiều nên trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sailầm thiếu sót Rất mong sự đóng góp của quý thầy cô và bạn bè
Chương 3: Yêu cầu nâng tải
Chương 4: Yêu cầu hạ tải
Trang 7NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Trang 8EBOOKBKMT.COM GVHD-TS Nguyễn Thị Mi Sa
SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155
TP Hồ Chí Minh, ngày….tháng… năm…
Giáo viên hướng dẫn
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Trong một dây chuyền sản xuất hiện đại thì khâu truyền động giữ một vai trò quan trọng Tùy theo yêu cầu và mục đích của dây chuyền mà truyền động thực hiện các công
Trang 9đoạn khác nhau trong một quy trình sản xuất Do đó nó ảnh hưởng tới việc nâng cao chấtlượng sản phẩm và năng suất sản xuất.
Nhằm nâng cao tính linh hoạt cũng như khâu điều khiển vận hành các dây chuyềntruyền động, chính vì thế đề tài này sẽ giúp cho chúng em hiểu rõ hơn về cách điều khiểncác động cơ để vận hành một cách chính xác, đem lại hiểu quả kinh tế cao trong hoạtđộng kinh doanh cũng như thời gian hoạt động của động cơ AC
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
Trình bày các đặc tính cơ tự nhiên
Trang 10EBOOKBKMT.COM GVHD-TS Nguyễn Thị Mi Sa
SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155
Trình bày đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn mởmáy qua 3 cấp điện trở
Các vấn đề liên quan đến đặc tính cơ
Xác định mở máy bằng phương pháp đồ thị
Tính toán cơ cấu nâng hạ cầu trục
Ví dụ ứng dụng thực tế
Trang 11PHẦN I: TÍNH TOÁN VÀ THẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG ĐCĐ KĐB XOAY CHIỀU BA PHA
ROTOR DÂY QUẤN
-Động cơ không đồng bộ 3 pha được dung nhiều trong sản xuất và sinh hoạt
vì chế tạo đơn giản ,giá rẻ ,độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất cao , và gần như không cần bảo trì Dải công suất rất rộng từ vài Watt đến 10000hp, Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha
2) Cấu tạo
-Giống như các loại máy điện quay khác, động cơ không đồng bộ 3 pha gồm có các bộ phận chính sau
- Phần tỉnh hay còn gọi la stator
- Phần quay hay còn gọi la rotora)stator
-Trên stator có vỏ , lõi thép và dây quấn-Võ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn
- Lõi sắt là phần dẫn từ được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ghép lại
-Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt vớilõi sắt
b)rotor
- Phần này có 2 bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn
-Nói chung người ta sử dụng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator
-Dây quấn rotor có 2 loại chính là rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc c.khe hở
Trang 12SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155
-Vì rotor là 1 khối tròn nên khe hở đều.Khe hở trong mày điện không đồng bộ rấtnhò (từ 0,2 đến 1mm trong máy điện nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từlưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn
3 )Ưu điểm
-Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơRotor lồng sóc So với động cơ một chiều,Động cơ không đồng bộ giá thành hạ,vậnhành tin cậy, chắc chắn Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lưới điện xoaychiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo
4 )Nhược điểm
-Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế cácquá trình khó khăn; riêng với các động cơ Rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi độngkém hơn
L1 L2
1
U1p
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của dộng cơ ba pha và sơ đồ tương đương thay thế một
pha của động cơ không đồng bộ
Trang 13√ (
Trong đó:
R0, X0, I0 lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch từ hoá
R1, X1, I1 lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch Stator
R’2,X’2 ,I’2: điện trở, điện kháng và dòng điện Rotor đã qui đổi về Stator
R : điện trở phụ thêm vào mạch rotor
p
U1đm:Điện áp định mức đặt vào ba pha
U1p là điện áp pha đặt vào Stator
s= ω0− ω
= n0−n
ω0 n0 : là độ trượt (Hệ số trượt của động cơ)
ω0 : tốc độ góc của từ trường quay (rad/s)
ω : tốc độ góc của từ trường (rad/s)
n = 60 f
0 p : Tốc độ của từ trường quay( vòng /phút)
f : tần số của điện áp nguồn đặt vào Stator (Hz)
p : số đôi cực từ của động cơ
n : tốc độ quay của Rotor (vòng /phút)
I'2=Kqđ.I2 =Ki I2 : Dòng điện qui đổi
N1,N2:số vòng mỗi pha dây quấn stator ,rotor
E2đm: sức từ động định mức xuất hiện trên 2 vòng trượt rotor khi:
Trang 14EBOOKBKMT.COM GVHD-TS Nguyễn Thị Mi Sa
SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155
R ' = R '2+ R ' p : điện trở qui đổi
Khi mở máy tốc độ n = 0 nên hệ số trượt s=1
Trang 15 Mđt :moment điện từ động cơ
Pdt=PcoƠ + ΔP phuï + ΔPcu2
Nếu tổn hao phụ không đáng kể ΔPphuï=0 thì Mđt = Mcơ =M
⟶
1
2
ñm
Trang 16- M ( ω0−ω )=3 P ' I '
2
Trang 17
(2) là phương trình đặc tính cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha.
- Đường biểu diễn của phương trình đặc tính cơ có dạng đường cong nên toạ độ điểm cực
(-) : ứng với trạng thái máy phát
- Hệ số quá tải về moment
Trang 18Hình 3.5: Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không bộ ba pha Bưóc 1: xác định toạ độ 3 điểm đặt biệt.
Điểm đồng bộ của từ trường : A(M=0,n=n0)
Trang 19thì aS max≈ R1 ≈0
X nm Lúc này (5) có dạng gần đúng :
1S2
S1 M1
0M0S
Trang 20EBOOKBKMT.COM GVHD-TS Nguyễn Thị Mi Sa
SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155
Toạ độ điểm tới hạn :
Thay toạ độ điểm làm việc định mức vào phương trình đặc tính cơ (6)
giải phương trình bậc 2 theo Smax
Ta được toạ độ điểm tới hạn B( Mmax , Smax)
Trang 21IV) ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN DẠNG ĐẶC TÍNH CƠ
1 Ảnh hưởng của điện áp :
Khi điện áp đặt vào động cơ giảm :
1 + X N 2±R1 ] cũng không thay đổi.
- Mmax nói lên khả năng quá tải của động cơ
- Moment mở máy (Mmm = K2U1P2 ) giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp
n n0
2
2
2
Trang 22Hình 3.6: Đặc tính cơ của ĐC không đồng bộ 3 pha khi thay đổi điện áp.
2 Ảnh hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator :
- Khi thêm điện trở phụ Rp vào Stator thì tốc độ đồng bộ n0 không đổi, trượt tới hạn Smax giảm, moment tới hạn Mmax giảm và moment mở máy Mmm cũng giảm
Hình 3.7: ĐC không đồng bộ 3 pha khi thêm điện trở phụ
- Khi thêm điện kháng phụ Xp (giả sử Xp = Rp) vào mạch Stator ta thấy tốc độ đồng
bộ n0 không đổi, độ trượt tới hạn giảm (nhưng vẫn còn lớn hơn khi thêm Rp), moment
mở máy Mmm giảm(bằng với khi thêm Rp)
Trang 23Hình 3.8: ĐC không đồng bộ khi thêm điện kháng và điện trở phụ.
- Ta thấy khi thêm Xp ta tăng được khả năng quá tải của động cơ (Mth nói lên khả năng quá tải của động cơ)
- Đặc tính cơ khi thêm Rp và Xp có dạng:
3 Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor :
Hình 3.9: Đặc tính cơ khi thêm Rp
Smax
Trang 24EBOOKBKMT.COM GVHD-TS Nguyễn Thị Mi Sa
SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155
Rp
Hình 3.10:ĐC KĐB 3 pha khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor
- Động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc (hay rotor ngắn mạch) không thể thay đổiđược điện trở mạch rotor Việc thay đổi chỉ sử dụng đối với động cơ không đồng bộ rotordây quấn vì mạch rotor có thể nối với điện trở ngoài qua hệ vòng trượt -chổi than.(nhưhình vẽ)
- Dễ thấy ,điện trở mạch rotor R2-do đó điện trở quy đổi R2'-chỉ có thể thay đổi vềphía tăng Khi R2'tăng thì độ trượt tới hạn tăng ,còn tốc độ đồng bộ và môment tới hạngiữ nguyên
Hình 3.11: Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor
4 Anh hưởng của số đôi cực từ P :
Ta có : n =n0(1−S )=60 f (1−S )
P
- Khi tăng(giảm) số đôi cực từ p thì tốc độ đồng bộ n0 giảm(tăng) nên tốc độ quaycủa Rotor giảm(tăng) Còn Smax không phụ thuộc vào p nên không thay đổi, nghĩa là độcứng của đặc tính cơ vẫn giữ nguyên Nhưng khi thay đổi số đôi cực từ sẽ phải thay đổicách đấu dây ở Stator động cơ nên một số thông số như R1, X1 có thể thay đổi và do đótuỳ trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến moment tới hạn Mmax của động cơ
Trang 25 Dạng của đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực từ p còn phụ thuộc vào yêu cầu của việc đổi tốc :
Đổi tốc độ đảm bảo moment không đổi ( Δ /YY )
Trang 26trong đó : f1: tần số điện áp đặt vào Stator
Khi thay giảm f1 thì smax và Mmax tăng , nhưng Mmax tăng mạnh hơn
Do vậy độ cứng đặc tính cơ tăng khi f1 giảm
Khi f1 giảm xuống dưới fđm.thì tổng trở các cuộn dây giản nên nếu giữ nguyên điện
áp cấp Uđm thì dòng điện động cơ sẽ tăng ,đốt nóng động cơ quá mức
12 khi thay đổi tần số sẽ làm
- Khi tăng tốc độ thì khả năng quá tải của động cơ sẽ giảm đi Muốn giữ cho khả năng quá tải không thay đổi thì ta phải kết hợp điều chỉnh tần số và điện áp sao cho tỷ số :U
1 P
=const f
Trang 27Hình 3.15: Đặc tính cơ khi thay đổi tần số.
1) Khởi động động cơ không đồng bộ
Có rất nhiều phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ: khởi động trực tiếp, khởi động bằng điện trở phụ, khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu, khởi động
mềm, khởi động bằng cuộn kháng, khởi động part-winding
Trong phần này chúngta chỉ đề cập đến một vài phương pháp cơ bản
2) Khởi động trực tiếp
Đặc điểm của khởi động trực tiếp:
Điều khiển đơn giản, đóng các pha của động cơ trực tiếp vào nguồn ba pha bằng công tắt cơ khí hay dùng contactor
Dòng khởi động lớn có thể gây sụt áp trên lưới điện quá mức cho phép,đặc biệt khi động cơ có công suất lớn
Moment khởi động chứa thành phần xung khá lớn, do đó có thể gây sốcđộng cơ, động cơ khởi động không êm
3) Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu
Trang 28EBOOKBKMT.COM GVHD-TS Nguyễn Thị Mi Sa
SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155
Hình H.3-5 là sơ đồ nguyên lý của hai phương pháp khởi động trực tiếp (dùng tiếp điểm K1) và khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu (dùng tiếp điểm K2, K3)
Gọi : lần lượt là dòng điện qua lưới khi khởi động trực tiếp và khi
khởi động bằng máy biến áp tự ngẫulần lượt là moment khởi động khi khởi động trực tiếp và khi khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu
Nếu không khởi động trực tiếp thì dòng điện qua lưới nguồn và moment động
cơ được xác định theo biểu thức: khi mở máy thì: n = 0 & s = 1
Nếu sử dụng máy biến áp tự ngẫu, điện áp khởi động giảm xuống còn
với .Ta có dòng điện khởi động và moment khởi động
theo biểu thức :