TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG 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

Trang 2

Tp - Hồ Chí Minh Tháng 02 - 2001

Trang 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: HUỲNH CÔNG TRUYỀN

Lớp 97ĐKC3/7

MSSV: 97202456

Khóa 1997 – 2001

Ngành: ĐIỆN KHÍ HÓA – CUNG CẤP ĐIỆN

TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

II.Các Số Liệu Ban Đầu

………

Nội Dung

Trang 3

Trang 4

1 Khái Quát Về Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha

2 Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Trở Phụ Mạch Roto

3 Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Số Đôi Cực

4 Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cuộn Kháng Bảo Hòa

5 Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Áp

6 Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Tần Số

7 Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Phương Pháp Nối Tầng

Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN DƯ XỨNG

Ngày giao nhiệm vụ: 25 /12 / 2000

Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28 / 02 / 2001

Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn(Ký ghi rõ họ tên) Chủ nhiệm bộ môn (Ký ghi rõ họ tên)

Trang 5

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

BẢN NHẬN XÉT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: HUỲNH CÔNG TRUYỀN

Lớp : 97ĐKC 3/7

MSSV: 97202 456

Ngành: ĐIỆN KHÍ HÓA - CUNG CẤP ĐIỆN

* Tên Đề Tài:

TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

* Nội Dung:

Tìm hiểu, trình bày về nguyên lý điều chỉnh, ưu và nhược điểm, phạm viđiều chỉnh và ứng dụng của các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơkhông đồng bộ

2 Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi ĐiệnTrở Phụ Mạch Roto

Trang 6

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

Trang 6

Trang 7

………

Giáo viên hướng dẫn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: HUỲNH CÔNG TRUYỀN Lớp : 97ĐKC 3/7 MSSV: 97202 456 Ngành: ĐIỆN KHÍ HÓA - CUNG CẤP ĐIỆN * Tên Đề Tài: TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP * Nội Dung:

Trang 7

Trang 8

Tìm hiểu, trình bày về nguyên lý điều chỉnh, ưu và nhược điểm, phạm vi điều chỉnh và ứng dụng của các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

2 Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Trở Phụ Mạch Roto

Nhận xét của giáo viên duyệt

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT

………

Trang 8

Trang 9

………

Giáo viên duyệt MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ……… Trang 1 I Cấu Tạo Và Đặc Điểm ………

Trang 1

I.1 Cấu tạo 1 Cấu tạo phần tĩnh ( Stato) 2 Cấu tạo phần quay ( Roto)

Trang 9

Trang 10

III Các Đại Lượng Và Phương Trình Cơ Bản Của Động Cơ Không Đồng

Bộ……… Trang

5

1 Các đại lượng

2 Các phương trình cơ bản

IV Ưu Và Nhược Điểm ……… Trang

13

1 Ưu điểm

2 Nhược điểm

CHƯƠNG 2: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI

ĐIỆN TRỞ PHỤ MẠCH ROTO ……… Trang 14

I Nguyên Lý Điều Chỉnh Khi Thay Đổi Điện Trở Phụ Trên Mạch Roto

……… ……… Trang 14

II Phương Pháp Điều Chỉnh Điện Trở Phụ Mạch Roto Bằng Các Van

Bán Dẫn ………

Trang 15

III.Nhận Xét Và Ứng Dụng Trong Công Nghiệp ……… Trang

19

CHƯƠNG 3:ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG

CÁCH THAY ĐỔI SỐ ĐÔI CỰC ……… Trang 20

I.Nguyên Lý Điều Chỉnh ……… Trang

Trang 11

1 Sơ đồ đổi nối cuộn stato từ sao Y sang sang sao kép YY

2 Sơ đồ đổi nối cuộn stato từ sao Y sang sang sao nữa ngược Y1/2ng

3 Sơ đồ đổi nối cuộn stato từ tam giác sang sao kép YY

III.Nhận Xét Và Ứng Dụng Trong Công Nghiệp ……… Trang

31

CHƯƠNG 4: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CUỘN KHÁNG

BẢO HÒA ………Trang 33

I Khái Niệm Về Cuộn Kháng Bảo Hòa ……… Trang

33

II Phương Trình Đặc Tính Cơ……… Trang

35

III Phương Pháp Dùng Cuộn Kháng Bảo Hòa Để Điều Chỉnh Tốc Độ

Động Cơ ……… Trang 36

1 Dùng cuộn kháng bảo hòa không có khâu phản hồi

2 Dùng cuộn kháng bảo hòa có khâu phản hồi

a) Hệ thống cuộn kháng bảo hòa - Động cơ dùng khâu phản hồi âm tốc độb) Hệ thống cuộn kháng bảo hòa – Động cơ dùng khâu phản hồi dương dòngđiện và âm điện áp

IV Nhận Xét Và Ứng Dụng Trong Công Nghiệp……… Trang

40

CHƯƠNG 5: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP……… Trang 42

I Nguyên Lý Điều Chỉnh ……… Trang 42

II Dùng Bộ Điều Chỉnh Điện Aùp Bằng Thyristor……… Trang46 III Nhận Xét và ứng dụng……… Trang48

BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TẦN SỐ……… Trang 49

I Nguyên Lý Và Quy Luật Điều Chỉnh……… Trang 49

Trang 12

II.Các Bộ Biến Tần Dùng Để Điều Chỉnh Tốc Độ Động

Cơ……… Trang 53

1 Bộ biến tần dùng trực tiếp thyristor

2 Bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

III Ứng Dụng Trong Công Nghiệp……… Trang57

BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỐI TẦNG……….Trang 58

I.Phương Pháp Nối Tầng Dùng Hệ Thống Biến Đổi Van Máy

Trang 13

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn

Thầy NGUYỄN DƯ XỨNG đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thànhnhiệm vụ luận án này

Các thầy cô của trường đã đã tạo điều kiện cho em trong quá trình làm đồ ántốt nghiệp

Các bạn sinh viên lớp 97ĐKC và những bạn khác đã góp phần ý kiến cho đồán này

Trang 14

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, để nâng cao năng suất, hiệu suất sửdụng của máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và các phương pháp tự độnghóa dây chuyền sản xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độlà không thể thiếu Vì vậy nhiều loại động cơ điện đã được chế tạo và hoànthiện cao hơn Trong đó động cơ điện không đồng bộâ chiếm tỉ lệ lớn trongcông nghiệp, do nó có nhiều ưu điểm nổi bật như: giá thành thấp, dể sửdụng, 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 triểncủa công nghiệp, kỹ thuật tự động hoá và mọi sinh hoạt của nhân dân màphạm 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, phânxưởng với yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ ở một phạm vi nào đó Điềuchỉnh tốc độ động cơ là các phương pháp điều chỉnh nhân tạo nhằm thay đổitốc 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 đồngbộ được trình bày như sau: Nguyên lý điều chỉnh, các sơ đồ và ứng dụngtrong 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 phươngpháp điều chỉnh thích hợp và kinh tế

Nội dung tập luận án này gồm bảy chương:

Trang 15

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 ThayĐổi Điện Trở Phụ Mạch Roto

Chương 3: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách ThayĐổi Số Đôi Cực

Chương 4: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cuộn KhángBảo Hòa

Chương 5: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách ThayĐổi Điện Áp

Chương 6: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách ThayĐổi Tần Số

Chương 7: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng PhươngPháp Nối Tầng

Trong quá trình tìm hiểu nghiên cứu thực hiện đề tài, em đã cố gắng trìnhbày 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 cứutài liệu cùng với kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nên tập luận án nàykhông tránh khỏi những thiếu sót Mong thầy cô và các bạn đóng góp, giúpđỡ

Qua đề tài luận án này em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫnNGUYỄN DƯ XỨNG và các Thầy cô trong khoa điện cùng các bạn sinhviên đã tận tình giúp đỡ

Tp HỒ CHÍ MINH ngày tháng năm 2001

Sinh viên thực hiện:

HUỲNH CÔNG TRUYỀN

Trang 16

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), thườngdùng thép tấm hàn lại thành vỏ Vỏ máy có tác dụng cố định và không dùngđể 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 điệnđều có phủ lớp sơn cách điện Mặt trong của lỏi thép có xẻ rảnh để đặt dâyquấn

Trang 17

Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato Lỏi sắt được ép trựctiếp 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 dùngdây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm được những đầu nối dây và kết cấudây quấn roto chặt chẽ hơn Các động cơ công suất nhỏ thường dùng dâyquấn 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 nhằmcải 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 đượcnối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làmthành 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 làmột 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 < n1.Trong đó:

n tốc độ quay của roto

n1 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 sẽsinh ra một từ trường quay Từ trường này quét qua các thanh dẫn roto, làmcảm ứng trên dây quấn roto một sức điện động E2 sẽ sinh ra dòng điện I2

chạy trong dây quấn Chiều của sức điện động và chiều dòng điện được xácđịnh theo qui tắc bàn tay phải

n1

M

Trang 18

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 rangoài, còn dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía dưới roto hướng từ ngoàivào trong

Dòng điện I2 tác động tương hổ với từ trường stato tạo ra lực điện từ trên dâydẫn roto và mômen quay làm cho roto quay với tốc độ n theo chiều quay củatừ trường

Tốc độ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n1 Cósự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay stato duy trì được dòngđiện I2 và mômen M Vì tốc độ của roto khác với tốc độ của từ trường quaystato 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

f1 tần số dòng điện lưới

P số đôi cực

n1 tốc độ quay của từ trường quay (tốc độ đồng bộ của động cơ)

Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n1 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 ø trường quay tác dụng lực tương hổ lên nhaunên khi roto chịu tác dụng của mômen M thì từ trường quay cũng chịu tácdụng của mômen M theo chiều ngược lại Muốn cho từ trường quay với tốcđộ n1 thì nó phải nhận một công suất đưa vào gọi là công suất điện từ

S  

(1-1)

(1-2)

(1-3)

Trang 19

Khi đó công suất điện đưa vào:

Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây quấnstato

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:

1 U I

P 

2 2

M M

Trang 20

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 từtrường quay stato n1.

Ta có :

Hay tính theo phần trăm:

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 yên.

Trong đó:

K2 là hệ số dây quấn roto của động cơ

f20 tần số xác định ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây, vì rotođứng yên nên:

f20 bằng với tần số dòng điện đưa vào f1

s 

o o

n

n n

60

1

1 1

s n n

p

f n

E20  4 , 44 2 20 2 

từ mạch trong thông từ của

Trang 21

c) Khi roto quay:

Tần số trong dây quấn roto là:

Vậy f2s = s.f1

Sức điện động trên dây quấn roto lúc đó là:

Với f2s = s.f1 thế vào (1-19), ta được:

2.Phương Trình Cơ Bản Của Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha.

a) Sơ đồ đẳng trị một pha

6060

)

1

1 1

n

n n p n n

E2s  4 , 44 2s 2 2 

S K W f

E2s  4 , 44 1 2 2 m

(1-18)(1-19)

o

U1



 o

rfĐKB

Trang 22

Hình 1-2.

a) Sơ đồ nguyên lý

b) Sơ đồ đẳng trị một pha của động cơ không đồng bộ

Trong đó:

U1 điện áp pha đặt lên cuộn stato

x1, r1, I1 là điện kháng , điện trở, dòng điện của mạch từ hóa

x’2, r’2, I’2 là điện kháng, điện trở, dòng điện pha của cuộn dâyroto qui đổi về stato

I’2 = KI I2

Với KI = 1/KE , là hệ số biến đổi dòng điện

KE = U1đm/E2đm

U1đm Điện áp định mức đặt lên stato

E2đm Sức điện động định mức của roto

n1 tốc độ quay đồng bộ của động

a) Phương trình đặc tính tốc độ.

Theo sơ đồ đẳng trị một pha như hình (1-2), ta có biểu thức dòng điện roto đãqui đổi về stato

(1-26)

(1-27)

(1-28)

(1-29)

Trang 23

Khi tốc độ động cơ n = 0 , theo (1-26) ta có s =1.

Nếu điện áp đặt lên cuộn stato U1 = const thì biểu thức (1 –29) chính là quanhệ giữa dòng điện roto đã qui đổi về stato I’2 với độ S hay với tốc độ n

Do đó biểu thức (1-29) chính là phương trình đặc tính tốc độ.

b) Phương trình đặc tính cơ.

Công suất điện từ của động cơ

Mặt khác:

Do đó:

Mđt mômen điện từ gồm hai phần :

Phần nhỏ tổn thất trên cuộn dây và tổn thất cơ do ma sát ở các ổ bi, ký hiệu

1 2

) ' ( )

' (

'

x x S

r r

U I

P 2

2 ' ' 3

 đt

55 , 9 1

n M

Pđt  đt

55 , 9

' 2 ' 3

1

2

s n

r I

Mđt 

M M

Mđt   

M qua bỏ thể có

55 , 9

' ' 3

1

2 2

s n

r I M t

Trang 24

Thay I’2 từ (1-26) vào (1-34), ta được

Biểu thức (1-35) chính là phương trình đặc tính cơ Được biểu diễn quan hệ

M = f(n) như hình 1-3

Giá trị S sẽ biến thiên từ -  đến +  và mômen quay sẽ có hai giá trị cựcđại gọi là mômen tới hạn (Mt)

Lấy đạo hàm của mômen theo hệ số trượt và cho dM/ds = 0

Ta có hệ số trượt tương ứng với mômen tới hạn Mt gọi là hệ số trượt tới hạn

Do đó ta được biểu thức mômen tới hạn :

Giải các phương trình (1-35), (1-36), (1-37) và đặt :

Ta được dạng đơn giản của phương trình đặc tính cơ:

2 2 1 1

2 1

' '

55 , 9

' 3

x x s

r r s n

r U M

2 2 2 2

2 1 2

) ' (

'

n

x r

r x

x r

r St

55 , 9 2

3

2 2 1 1

2

n

t

x r r n

U M

r

2 2 2

1 2

M M

t t t

n= 0-n +s

Trang 25

Hình 1-3 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.

Nhận thấy dạng gần đúng của phương trình đặc tính cơ như sau:

Đối với động cơ roto lồng sóc, nhất là các động cơ có công suất lớn thì

r1 << xn, nên có thể bỏ qua r1 và  = 0

Ta có:

Với :

Nhận xét: Từ các biểu thức (1-36) và (1-37), ta thấy đối với động cơ xác lậpnếu U1 thay đổi thì St = const và Mt thay đổi tỉ lệ với U12 Khi thay đổi điệntrở mạch roto bằng cách thêm điện trở phụ (đối với động cơ không đồng bộroto quấn dây) thì:

Mt = const và St tỉ lệ với r’2

Khi xét đến điện trở trên mạch stato r1 thì mômen tới hạn Mt sẽ có hai giá trịkhác nhau và ứng với hai trạng thái làm việc của động cơ

Mt M

t t



n

x n

U Mt

55 , 9 2

Trang 26

* S = 0 , n1 < n là trạng thái hãm tái sinh động cơ làm việc như một máyphát.

* S > 0 , n1 > n trạng thái làm việc của động cơ

r S







) (

55 , 9 2

3

2 2 1 1

1

n

tF

x r r n

U M

'

n

x r

r s





tđ

) (

55 , 9 2

3

2 2 1 1

2

n

x r r n

U M

M

 λ

cơ động của mức định mômen

với so nhất lớn mômen

sinh năng khả ra chỉ mômen,

về tải quá số bội là

M



đm M

n 9500P

M 

Trang 27

Mđm : Nm

Pđm : Kw

nđm : Vòng/phút

Độ trượt tới hạn của động cơ được xác định như sau:

Ở trạng thái định mức của động cơ:

n = nđm , S = Sđm , M = Mđm

Phương trình đặc tính tại điểm định mức:

Do đó:

Thường đối với động cơ thì r1 = r’2, nên:

Giải phương trình bậc hai (1-51) và xem r1<< xn

Ta có độ trượt St :

IV.ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1.Ưu Điểm:

- Trong công nghiệp hiện nay phần lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ

ba pha Vì nó tiện lợi hơn, với cấu tạo, mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so vớiđộng cơ một chiều

- Ngoài ra động cơ không đồng bộ ba pha dùng trực tiếp với lưới điện xoaychiều ba pha, không phải tốn kém thêm các thiết bị biến đổi Vận hành tin

SS

M

t

đm đm t

t đm

2 S

S S

S

t

đm đm t M

2s s

s s

s

t t

đm đm t M

Trang 28

cậy, giảm chi phí vận hành, bảo trì sữa chữa Theo cấu tạo người ta chiađộng cơ không đồng bộ ba pha làm hai loại.

- Động cơ roto dây quấn và động cơ roto lồng sóc

- Làm giảm bớt độ tin cậy vì khe hở không khí nhỏ

- Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mômen cực đại giảm rấtnhiều vì mômen tỉ lệ với bình phương điện áp

Trang 29

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ mạchroto như hình 2-1.

a) b)

Hình 2-1

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 điềuchỉnh tốc độ của động cơ, ta đóng điện trở phụ vào cả ba pha của roto Tạithời điểm bắt đầu đóng điện trở phụ vào thì tốc độ động cơ chưa kịp thay đổi,lúc này dòng và mômen giảm nên tốc độ động cơ giảm Nhưng khi tốc độgiảm thì độ trượt sẽ tăng nên sức điện động cảm ứng trên mạch roto E2 tăng,

do đó dòng ở mạch roto và mômen tăng làm cho tốc độ của động cơ tăng

Khi đưa điện trở phụ vào mạch roto thì hệ số trượt ứng với mômen cực đạilúc này là:

Do đó, khi thay đổi điện trở phụ rf trong mạch roto thì hệ số trượt Stf sẽ thayđổi và làm cho tốc độ động cơ thay đổi

2 2

2 ' '

n

f tf

r r

r r S

(2-1)

 o

rfĐKB

Trang 30

Từ các đường đặc tính trên hình vẽ (2-1), ta thấy với trị số phụ tải không đổi,

rf càng lớn thì động cơ làm việc với tốc độ càng thấp

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 không đồng bộ:

r2 = r2d + rf

Trong đó:

r2d điện trở dây quấn roto

rf điện trở phụ mắc thêm vào mạch roto

Mômen của động cơ không đồng bộ có thể tính theo dòng điện roto là:

Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch roto thì mômen tới hạn của động cơkhông đổi còn độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở

Nếu xem đoạn đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ, tức là đoạn cóđộ trượt S = 0 đến S= St là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở, ta có thể viết:

Trong đó:

S là độ trượt khi điện trở mạch roto là r2

Si là độ trượt khi điện trở mạch roto là r2d.

s n

r I M

.



const M

r

r s s

d

2 2

(2-2)

(2-3)

(2-4)

Trang 31

thay (2- 4) vào (2-3), ta được biểu thức mômen.

Nếu giữ dòng điện roto không đổi thì mômen cũng không đổi và không phụthuộc vào tốc độ của động cơ

Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch roto bằng phương pháp xung nhưhình 2-2

r I M

Trang 32

Hình 2-2

b) Phương pháp điều chỉnh

c) Phạm vi điều chỉnh

Điện áp U2 được chỉnh lưu bởi cầu diode chỉnh lưu qua cuộn kháng lọc Lđược cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở Ro nối song song với T1 sẽ đượcđóng ngắt một cách chu kỳ nhằm điều chỉnh giá trị trung bình của điện trởtoàn mạch

Hoạt động của mạch như sau:

Khi khóa T1 ngắt điện trở Ro được đóng vào mạch, dòng điện roto giảm vớitần số đóng ngắt nhất định Nhờ điện cảm L mà dòng điện roto coi nhưkhông đổi và khi T1 đóng thì điện trở R0 bị loại ra khỏi mạch, dòng điện rototăng lên, ta có giá trị tương đương điện trở Rc và thời gian ngắt tn = T – tđ

Nếu điều chỉnh tỉ số giữa thời gian ngắt và thời gian đóng tđ thì ta điều chỉnhđược giá trị điện trở trong mạch roto

Điện trở tương đương Rc trong mạch một chiều được tính đổi về mạch xoaychiều ba pha ở roto theo qui tắc bảo toàn công suất

Tổn hao trong mạch roto:

đ c

t t

t R





) (

3

) 2

(

2 2 2 2

f d

c d d

R R I P

R R T P

n1

Mn

c)

Trang 33

Cơ sở để tính đổi tổn hao công suất là như nhau, nên:

Với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha thì :

Id = 1,5 I22

nên:

Khi có điện trở tính đổi, ta dể dàng dựng được đặc tính cơ theo phương phápthông thường Họ đặc tính cơ này quét kín phần mặt phẳng giới hạn bởi đặctính 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 tiếpvới 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 không đồng bộ ba pha bằng cáchthay 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 điều chỉnh được dể dàng

- Hạn chế được dòng mở máy

- Làm tăng khả năng mở máy của động cơ khi đưa điện trở phụ vào mạchroto

- Các thao tác điều chỉnh đơn giản

- Giá thành chi phí vận hành, sữa chữa thấp

Mặc dù có các ưu điểm như trên nhưng vẫn còn các nhược điểm sau:

- Tốc độ ổn định kém

- Tổn thất năng lượng lớn

3 ) 2

2

f d c

Trang 34

lại và dùng trong các hệ thống với yêu cầu tốc độ không cao như cầu trục, cơcấu nâng, cần trục, thang máy và máy xúc …

CHƯƠNG 3

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI SỐ ĐÔI CỰC

I. NGUYÊN LÝ KHI THAY ĐỔI SỐ ĐÔI CỰC

Trong nhiều trường hợp các cơ cấu sản xuất không yêu cầu phải điều chỉnhtốc độ bằng phẳng mà chỉ cần điều chỉnh có cấp

Đối với động cơ không đồng bộ ba pha, ta có tốc độ của từ trường quay:

Trang 35

Do đó khi thay đổi số đôi cực thì n1 sẽ thay đổi, vì vậy tốc độ của động cơthay đổi.

Để thay đổi số đôi cực P ta thay đổi cách đấu dây và cũng là cách thay đổichiều dòng điện đi trong các cuộn dây mỗi pha stato của động cơ

Khi thay đổi số đôi cực ta chú ý rằng số đôi cực ở stato và roto là như nhau.Nghĩa là khi thay đổi số đôi cực ở stato thì ở roto cũng phải thay đổi theo Dođó rất khó thực hiện cho động cơ roto dây quấn, nên phương pháp này chủyếu dùng cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và loại động cơ này cókhả năng tự biến đổi số đôi cực ở roto để phù hợp với số đôi cực ở stato.Đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ, mỗi pha stato phải có ít nhất là hainhóm bối dây trở lên hoàn toàn giống nhau Do đó càng nhiều cấp tốc độ thìkích thước, trọng lượng và giá thành càng cao vì vậy trong thực tế thườngdùng tối đa là bốn cấp tốc độ

II. 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 đôi cực thì ta sẽ điều chỉnh được tốc độcủa động cơ, do đó trong cách đổi nối này ta có quan hệ về tốc độ đồng bộnhư sau:

Để dựng đặc tính điều chỉnh, ta cần phải xác định được các trị số Mt, St vàkhi thực hiện nối sao Y thì hai cuộn dây stato đấu nối tiếp nên:

R1Y = 2r1 ; X1Y = 2x1

R2Y = 2r2 ; X2Y = 2x2

XnY = 2xn

Trong đó :

r1,x1, r2, x2 là điện trở, điện kháng mỗi đoạn dây stato và roto

Sơ đồ đổi nối cuộn dây stato từ sao sang sao kép như hình 3-1

Trang 36

a) b)

c) d)

Hình 3-1.Sơ đồ nguyên lý đấu cuộn stato và sơ đồ khai triển một pha của cách đấu sao Y sang sao kép YY.

(a) và (b) Khi đấu sao