Chương 2.2: Các đặc tính của động cơ không đồng bộ ba pha ppsx

§2.5 Các đặc tính của động cơ không đồng bộ ba pha I. Các đặc tính : Sơ đồ nguyên lý của đông cơ không đồng bộ: bao gồm động cơ không đồng bộ ro to dây quấn và roto lồng sóc: Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, nhưng việc khống chế nó trong quá trình khởi động, điều chỉnh tốc độ và quá trình hãm là rất phức tạp. Đặc biệt là khi động cơ làm việc trong vùng bão hoà từ thì các đặc tính của nó đều là phi tuyến. Do vậy để đơn giản khi nghiên cứu động cơ không đồng bộ ba pha cần có các giả thiết sau : + Ba pha của động cơ là đối xứng + Các thông số của mạch không thay đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ , điện trở mạch rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện trong nó, mạch từ không bão hào + Tổng dẫn của mạch vòng từ hoá không thay đổi , dòng điện từ hoá chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato của động cơ + Bỏ qua các tổn thất do ma sát , tổn thất trong lõi thép + Điện áp là hoàn toàn hình sin và đối xứng Với các giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế của động cơ KĐB ba pha như sau : Trong đó: U 1 : Trị số hiệu dụng điện áp pha ở stato I 1 , I μ , I 2 : Trị số dòng điện stato , dòng từ hoá , dòng điện roto qui đổi về stato r 1 , r μ , r 2 ’ : Trị số điện trở stato , điện trở mạch từ hoá , điện trở roto qui đổi về stato x 1 , x μ , x 2 ’ : Trị số điện kháng stato , điện kháng mạch từ hoá , điện kháng roto qui đổi về stato R f ’ : Điện trở phụ thêm vào mỗi pha của roto s : Độ trượt của động cơ Từ sơ đồ thay thế ta có trị số hiệu dụng gần đúng của dòng điện stato:               +         + + + = 2 ' 2 1 22 11 11 nm x s R r xr UI µµ 32 Trong đó ' 21 '' 2 ' 2 ; xxxRrR nmf +=+= : điện kháng ngắn mạch . Từ biểu thức trên ta nhận thấy : ω = 0 ; s = 1 ta có I 1 = I 1nm : dòng điện ngắn mạch stato ω = ω 0 ; s = 0         + = 22 11 1 µµ xr UI = I μ Nghĩa là ở tốc độ đồng bộ động cơ vẫn tiêu thụ dòng điện từ hoá để tạo ra từ trường quay . Ta có đặc tính dòng điện stato được trình bày như sau : Trị số dòng điện roto quy đổi về stato là 2 ' 2 1 1 ' 2 nm x s R r U I +         + = ω = 0 ; s = 1 ta có ' 2 2' 21 1 ' 2 )( nm nm I xRr U I = ++ = ω = ω 0 ; s = 0 I 2 ’ = 0 Đặc tính dòng điện stato được trình bày như sau : Để tìm phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ điều kiện cân bằng công suất trong động cơ , công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto : 0 . dt dt P M ω = với M đt là mô men điện từ của động cơ . Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì ta có M đt = M cơ và ta có M đt = M cơ = M . Công suất đó được chia làm hai thành phần đó là : Công suất cơ trên trục động cơ P cơ và công suất tổn hao đồng trong roto là ΔP 2 P 12 = P cơ + ΔP 2 MΔP 2 = Mω + ΔP 2 Do đó ta có ΔP 2 = M ( ω 0 - ω ) = Mω 0 s Mặt khác ΔP 2 = 3I 2 ’ 2 R 2 ’ nên s RU M 0 ' 2 2 1 3 ω = Khi thay thế vào ta có phương trình đặc tính cơ như sau       ++ = 22 ' 2 10 ' 2 2 1 )( 3 nm x s R rs RU M ω Mối quan hệ M = f (ω) là một đường cong có cực trị , dạng của nó được biểu diễn trên hình vẽ . 33 Điểm cực trị được gọi là điểm tới hạn có toạ độ [ M th , s th ] , các giá trị đó được xác định như sau ' 2 2 2 1 2 1 2 2 0 1 1 3 2 ( ) th nm th nm R s r x U M r r x ω = ± + = ± ± + Trong biểu thức trên dấu + ứng với trạng thái động cơ còn dấu - ứng với trạng thái máy phát Phương trình đặc tính cơ còn được viết ở dạng sau : th th 1 ' 2 2 (1 as 2as th th th M M s s s s r a R + = + + = - Đối với những động cơ có công suất lớn thì r 1 rất nhỏ hơn so với x nm nên ta có thể coi r 1 =0 khi đó ta có 2 th th th M M s s s s = + Và ' 2 2 1 0 3 2 th nm th nm R s x U M x ω = ± = ± - Trong nhiều trường hợp cho phép ta sử dụng những phương trình gần đúng bằng cách tuyến tính hoá đặc tính cơ trong đoạn làm việc . Ở những vùng có độ trượt s < 0,4 ta xem như 0 th s s = và khi đó ta có phương trình đặc tính cơ 2 th th M M s s = - Có thể tuyến tính hoá đoạn đặc tính làm việc qua hai điểm làm việc là điểm không tải và điểm làm việc định mức . Phương trình có dạng gần đúng như sau dm 2 dm M M s s = - Độ cứng của đặc tính cơ ĐTC của động cơ biến đổi cả về trị số lẫn dấu , vì vậy khi xét ta chỉ xét cho từng đoạn đặc tính dM dM ds d ds d β ω ω = = • II. Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ 1. Ảnh hưởng của thông số diện áp Khi điện áp thay đổi độ trượt tới hạn của động cơ không thay đổi , còn mô men tới hạn của động cơ thay đổi tỷ lệ với bình phương của điện áp lưới ' 2 2 1 0 onst 3 ar 2 th nm th nm R s c x U M v x ω = ± = = ± = Nếu điện áp đặ vào động cơ giảm quá thấp có thể làm cho mô men khởi động của động cơ giảm thấp và động cơ sẽ không khởi động được 34 Khi giảm áp ta sẽ thu được một họ đường đặc tính cơ như sau : 2. Ảnh hưởng của thông số điện trở phụ mạch roto Khi thay đổi điện trở mạch rôto thì độ trượt tới hạn của động cơ thay đổi , còn mô men tới hạn của động cơ không thay thay đổi ' 2 2 1 0 ar 3 onst 2 th nm th nm R s v x U M c x ω = ± = = ± = Họ đường đặc tính thu được khi thay đổi như sau 3. Ảnh hưởng của thông số tần số nguồn điện Nếu cung cấp cho động cơ bằng một nguồn điện có tần số thay đổi thì tốc độ động cơ thay đổi và dạng đặc tính cơ cũng thay đổi ' ' 2 2 1 2 2 1 1 2 0 1 ar 2 3 3 ar 2 8 th nm nm th nm nm R R s v x f L U U M v x L f π ω π = ± = =   = ± = ± =  ÷   Như vậy mô men tới hạn thay đổi theo sự thay đổi của tỷ số U1/f1 . Nếu ta giữ cho tỷ số này không đổi thì M th cũng không thay đổi 35 4. Ảnh hưởng của số đôi cực p Đối với những động cơ không đồng bộ roto lồng sóc nhiều cấp tốc độ để điều chỉnh tốc độ người ta thay đổi thông số đôi cực của máy Khi thay đổi số đôi cực p ta có 1 0 ' 2 2 1 0 2 ar onst 3 onst 2 th nm th nm f v p R s c x U M c x π ω ω = = = ± = = ± = Với những động cơ mà thay đổi số đôi cực bằng cách thay đổi cách đấu các cuộn dây stato thi M th có thể bị thay đổi . Họ đường đặc tính cơ thu được khi thay đổi p = 1; p = 2 và M th = const III. Cách dựng đặc tính tự nhiên và biến trở 1.Cách dựng đặc tính cơ tự nhiên Vì đặc tính cơ tự nhiên của động cơ KĐB là những đường cong phức tạp nên muốn dựng ta cần phải xác định nhiều điểm [M,s] . Có thể sử dụng một trong hai cách sau đây : a. Cách dựng chính xác - Khi biết đầy đủ các thông số của động cơ như : P đm , U đm , I 2đm , E 2đm , r 1 ,x 1 , r 2 , x 2 , hoặc ' ' 2 2 . , , , th nm M Mkd dm dm M M r x M M λ λ = = Từ các thông số đó ta sẽ xác điịnh được s th , M th , 1 ' 2 r a r = và thay chúng vào biểu thức tính mô men . Cho độ trượt s biến thiên từ 0 -1 ta sẽ có các giá trị của mô men tương ứng . Từ các giá trị [M,s] thu được tiến hành dựng đường đặc tính 36 + Nếu không biết các thông số , ' 1 2 1 2 2 2 , , , , , nm dm r r x x E I thì có thể xác định các thông số s th , M th , a như sau : Dựa vào hệ số quá tải về mô men M λ ta xác định được . th M dm M M λ = Để xác định được thông số a và s th ta phải giả đồng thời biểu thức tính mô men cho hai điểm đặc biệt là điểm làm việc định mức và điểm khởi động : Điểm định mức [ M đm , s đm ] th th 2 (1 as ) 2as th dm dm th th dm M M s s s s + = + + Điểm khởi động [M kđ , s = 1] th th 2 (1 as ) 1 2as 1 th kd th th M M s s + = + + b. Cách dựng gần đúng Phương pháp này được sử dụng khi ta không biết các thông số , ' 1 2 1 2 2 2 , , , , , , nm dm Mkd r r x x E I λ . Trong trường hợp này đối với các động cơ có công suất nhỏ hoặc trung bình và có độ trượt trung bình ( s th = 0,15 – 0,25 ) thì khi đó ta coi , 1 1 2 ' 2 , 1 r r r a r ≈ = ≈ , khi đó phương trình đặc tính cơ có dạng sau : 2 (1 ) 2 th th th th th M s M s s s s s + = + + trong đó . th M dm M M λ = còn độ trượt s th được xác định từ phương trình mô men viết cho điểm làm việc định mức dm 2 (1 ) 2 s M dm th dm dm th th th M s M s s s s λ + = + + và ta có 2 1 2 ( 1) 1 2 ( 1) M M dm M th dm dm M s s s s λ λ λ λ   + − + −   = − −     Đối với những động cơ có công suất lớn do r 1 << x nm nên có thể coi a.s th = 0 và khi đó ta có 2 ( 1) th dm M M s s λ λ = + − phương trình đặc tính cơ có dạng đơn giản 2 th th th M M s s s s = + 2.Cách dựng đặc tính cơ biến trở a. Cách dựng chính xác Cách dựng này tiến hành khi ta biết đầy đủ các thông số của động cơ . Từ các thông số đã cho ta xác định được ' ' 2 2 2 1 1 ' ' 2 f thnt nm nt f r R s r x r a r R + = + = + 37 Ta nhận thấy 1 ' , 2 . . tn thtn nt thnt f r a s a s r R = = + và phương trình đặc tính cơ biến trở có dạng 2 (1 . ) 2 . th nt thnt thnt nt thnt thnt M a s M s s a s s s + = + + Trong biểu thức trên : a th , s thtn : hệ số và độ trượt tới hạn của đặc tính cơ tự nhiên a nt , s thnt : hệ số và độ trượt tới hạn của đặc tính cơ nhân tạo b. Cách dựng gần đúng - Khi bỏ qua điện trở tác dụng của cuộn dây stato ( r 1 = 0 ) ta có ' ' 2 f thnt nm r R s x + = Thay vào phương trình đặc tính cơ dạng biến trở và ở trên đoạn làm việc ta xem như 0 th s s = thì khi đó phương trình đặc tính cơ có dạng ' ' 2 2 nm th f x M M s r R = + -Ta cũng có thể dựng đặc tính biến trở từ đặc tính cơ tự nhiên đã tìm được : Với cùng một giá trị mô men từ phương trình đặc tính cơ tự nhiên và biến trở ta có th th 2 (1 as ) 2 (1 as ) th th thtn tn thnt nt tn thtn nt thnt thtn tn thnt nt tn thtn nt thnt M M s s s s s s s s s s s s s s s s + + = + + ⇒ + = + Từ đó ta rút ra 2 2 f nt tn nt thnt thnt thtn tn thtn r R s s s s hay s s s s r + = = = và được 2 2 (*) f nt tn r R s s r + = Dựa vào (*) ta có cách dựng đặc tính biến trở như sau : Ứng với mỗi giá trị của mô men M trên đặc tính cơ tự nhiên ta xác định được s tn , thay vào * sẽ xác định được s nt từ đó dựng từng điểm trên đặc tính biến trở Lưu ý : Trong các biểu thức tính toán nếu đã cho E 2nm , I 2đm mà không cho r 2 thì ta có thể xác định theo biểu thức : ' ' 2 2 2 2 2 2 2 2 2 . ; . ; . ; 3 nm dm r x r r e dm E s r r k r x k x k x k k I = = = = = 38 với 1 1 2 2 0,95 dm dm e nm nm E U k E E = ≈ Trong đó : E 2nm : Sđđ giữa 2 vành góp của roto khi roto đứng yên I 2nm : Dòng điện định mức ở roto U 1đm : Điện áp định mức của lưới điện k r , k e , k x : hệ số qui đổi điện trở , điện áp và điện kháng E 1đm : Sức điện động định mức ở stato IV . Khởi động và cách xác định điện trở khởi động của động cơ KĐB 1 . Khởi động động cơ KĐB 2. Xác định điện trở khởi động Để xác định trị số các cấp điện trở khởi động ta sử dụng đồ thị hình tia với các đường đặc tính tuyến tính hoá trong quá trình khởi động Các bước tiến hành như sau ; Bước 1 : Dựa vào các thông số của động cơ tiến hành dựng đường đặc tính cơ tự nhiên Bước 2 : Chọn giới hạn trên của mô men khởi động 1 0,85 th M M≤ và giới hạn dưới 2 (1,1 1,3) c M M≥ ÷ hoặc 2 (1,1 1,3) dm M M≥ ÷ Bước 3 : Đặt M 2 , M 1 lên trục hoành và kẻ hai đường thẳng song song với trục tung cắt đặc tính cơ tự nhiên tại hai điểm a và b . Kẻ đường thẳng qua ab cắt đường thẳng song song với trục hoành qua điểm 0 ω tại t , t là điểm đồng qui của các tia khởi động . Lấy t làm điểm xuất phát ta vẽ các đặc tính biến trở . Điều kiện giống như với động cơ điện một chiều kích từ độc lập Bước 3 : Xác định trị số các cấp điện trở khởi động Ta có 2 2 2 f f nt nt tn tn tn r r r s s s s r r s + − = ⇒ = Vậy ta có 2 nt tn f tn s s r r s − = từ đồ thị ta có 1 2 2 2 2 2 13 2 2 f f f id ib bd r r r ib ib if id df r r r ib ib ih if fh r r r ib ib −  = =   −  = =   −  = =   V. Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ 39 1 . Hãm tái sinh Hãm tái sinh là một trạng thái máy phát mà động cơ biến cơ năng trên trục động cơ thành điện năng trả về lưới điện . Trạng thái này xảy ra khi tốc độ ω của roto lớn hơn tốc độ không tải 0 ω . Hình 2-34: a/ Sơ đồ nguyên lý; b/ Đặc tính cơ Từ công thức dòng điện ro to: s s jXR E I 22 2 2 + = • Sau khi biến đổi : PKTD II X s R XE J sX s R RE I +=         +       −         +       = •• • 2 2 2 2 220 2 2 2 2 220 2 . . . Như vậy: Khi s>0 thì dòng điện tác dụng và phản kháng đều nhận từ lưới vào. Khi s<0 Thì dòng điện tác dụng đổi dấu, còn dòng điện phản kháng vẫn giữ nguyên. Trạng thái hãm tái sinh thường xảy ra trong các trường hợp sau : -Trong các hệ thống có tải thế năng , hãm tái sinh xảy ra khi hạ tải trọng ở những tốc độ lớn hơn tốc độ đồng bộ 0 ω . Đặc tính cơ được biểu diễn như sau : - Ở những động cơ có điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực hoặc tần số thì trạng thái hãm tái sinh xảy ra khi giảm tốc dộ động cơ . Đặc tính cơ được biểu diễn như sau : 40 2. Hãm ngược Hãm ngược là một trạng thái máy phát mà roto của động cơ quay ngược với từ trường quay tương ứng với thứ tự pha của điện áp lưới đặt vào stato . Hãm ngược xảy ra trong các trường hợp sau : a . Đưa thêm điện trở phụ vào mạch roto của động cơ với tải là tải thế năng . Đặc tính cơ được biểu diễn như sau b. Đổi chiều từ trường quay khi động cơ đang làm việc bằng cách đảo chéo hai trong ba pha của động cơ . Đặc tính cơ trong trường hợp này như sau : Đoạn bc chính là đoạn hãm ngược của động cơ trong trường hợp này 3. Hãm động năng Hãm động năng là trạng thái mà động cơ không đồng bộ làm việc như một máy phát điện đồng bộ cực ẩn có tần số biến đổi và được kích từ ở stato . Động năng được tích luỹ trong quá trình làm việc trước đó , biến thành điện năng tiêu hao trên điện trở roto dưới dạng nhiệt . Trạng thái này xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt nó khỏi lưới điện xoay chiều và đóng vào nguồn một chiều . 41 [...]... đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha ? 16 Hãy trình bày phương pháp xây dựng đặc tính cơ của động c không đồng bộ ba pha ? 17 Hãy trình bày phương pháp tính toán điện trở khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha ro to dây quấn ? 18 Thế nào là trạng thái hãm trong động cơ điện ? Trình bày các trạng thái hãm của động cho động cơ không đồng bộ ba pha ? II Bµi tËp: Bài 1 : Động cơ điện một chiều... pháp tính toán điện trở khởi động cho động cơ một chiều kích từ nối tiếp ? 45 13 Thế nào là trạng thái hãm trong động cơ điện ? Trình bày các trạng thái hãm của động cho động cơ một chiều kích từ nối tiếp ? 14 Thiết lập phương trình đặc tính cơ, vẽ dạng đặc tính và nêu các đại lượng đặc trưng cơ bản cho đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha ? 15 Hãy nêu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ của. .. trong động cơ điện ? Trình bày các trạng thái hãm của động cho động cơ một chiều kích từ song song ? 9 Thiết lập phương trình đặc tính cơ, vẽ dạng đặc tính và nêu các đại lượng đặc trưng cơ bản cho đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp ? 10 Hãy nêu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp ? 11 Hãy trình bày phương pháp xây dựng đặc tính cơ của động cơ. .. trình đặc tính cơ, vẽ dạng đặc tính và nêu các đại lượng đặc trưng cơ bản cho đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ song song ? 5 Hãy nêu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ song song ? 6 Hãy trình bày phương pháp xây dựng đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ song song ? 7 Hãy trình bày phương pháp tính toán điện trở khởi động cho động cơ một chiều kích từ song... tập chương 2 I Câu hỏi ôn tập: 1 Đặc tính cơ của động cơ điện là gì ? Hãy phân loại đặc tính cơ và nêu thông số đặc trưng cơ bản cho đặc tính ? 2 Đặc tính cơ của máy sản xuất là gì ? Hãy viết phương trình và phân biệt dạng đặc tính cơ của MSX theo hàm tốc độ ? 3 Hãy nêu tiêu chuẩn ổn định tĩnh và phân tích tiêu chuẩn ổn định tĩnh đối với các dạng động cơ điện ? 4 Thiết lập phương trình đặc tính cơ, ... Sth ; Mnm ; ω1 = ? Bài 5 : Xây dựng đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc với các thông số sau : Pđm = 10 KW ; U1đm = 380 V ; nđm = 2930 vg/ph : λM = 2,5 ; λkđ = 1,3 Bài 6 : Xây dựng đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc với các thông số sau : Pđm = 14 KW ; U1đm = 380 V ; nđm = 2930 vg/ph : λM = 2,5 ; λkđ = 1,5 Bài 7 : Động cơ điện một chiều kích từ song song... đặc tính : 2M th S S Dùng phương pháp gần đúng : + th S th S Lập bảng : Cho S nhận các giá trị từ 0 đến 1 S S1 S2 S3 M M1 M2 M3 ω ω1 ω2 ω3 M = Sn Mn ωn Dựa vào số liệu xây dựng đặc tính cơ Bài tập 3 : Xây dựng đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc với các thông số sau : Pđm = 10 KW ; U1đm = 380 V ; nđm = 2930 vg/ph : λM = 2,5 ; λkđ = 1,3 I Phương pháp chính xác: 1/ Tính toán các. .. = = 248,5(rad / s ) 11 ω 0 = Kφ dm 0,885 II Xây dựng đặc tính : Dựa vào số liệu xây dựng đặc tính cơ 1 Đặc tính cơ - điện : A [Iu = 0 ; ω0 = 248,5(rad/s)] ; B[ Idm = 35 (A) ; ωdm = 230 (rad/s) ] 2 Đặc tính cơ : C [ M = 0 ; ω0 = 248,5(rad/s)]; D[ Mdm = 28,65 (Nm) ; ωdm = 230 (rad/s) ] 10 β dm = Bài tập 2 : Động cơ điện không đồng bộ roto dây quấn các thông số sau : Pđm = 1,4 KW ; U1đm = 380 V ; nđm... để hãm động năng như sau : Ta có sơ đồ thay thế của động cơ trong chế độ hãm động năng như sau Ở chế độ động cơ không đồng bộ thì điện áp đặt vào stato không thay đổi nghĩa là nguồn stato là nguồn áp , dòng điện từ hoá Iμ và từ thông Φ là không đổi , còn I1 và I2 thay đổi theo độ trượt s Trong trạng thái hãm động năng kích từ độc lấp vì I mc là không đổi nên coi như dòng đẳng trị I 1 cũng không đổi... *2 * Đường cong M = f (ω ) có cực trị tại điểm  M thdn , ω  các giá trị cực trị này được xác định như sau :   44 ' R2 ω = ' xµ + x2 * th M thdn = 3I12 xµ , 2ω0 ( xµ + x2 ) Phương trình đặc tính cơ còn được viết dưới dạng sau : 2M M = * thdn* ω ωth + * ωth ω * Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ KĐB khi hãm động năng Đặc tính cơ trong trường hợp này được vẽ như sau Đường 1 ,2 có cùng giá . 2. 5 Các đặc tính của động cơ không đồng bộ ba pha I. Các đặc tính : Sơ đồ nguyên lý của đông cơ không đồng bộ: bao gồm động cơ không đồng bộ ro to dây quấn và roto lồng sóc: Động cơ không đồng. động cơ không đồng bộ ba pha ? 15. Hãy nêu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha ? 16. Hãy trình bày phương pháp xây dựng đặc tính cơ của động c không đồng bộ ba. x ω ϕ ω = + Từ các biểu thức trên ta rút ra 2 2 *2 2 ' *2 2 2 2 1 &apos ;2 ' * 2 &apos ;2 ' * 2 2 2 2 2 2 ( ) ( ) I x I x x I I R x R x µ µ µ µ µ ω ω ω ω = + + + + 2 1 * ' 2 2 ' 2