THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆPTHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆPTHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆPTHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆPTHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆPTHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆPTHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆPTHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

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 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 1 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 và các Thầy cô trong khoa điện cùng các bạn sinh viên đã tận tình giúp đỡ. 2 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 : Làm bằng thép, dùng để đở lỏi sắt roto. 3 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. 4 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. 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. 5 n 1 M 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 6 p f n 1 1 60 = 1 1 n nn S − = (1-1) (1-2) (1-3) 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: 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: 7 60 2 ω 1 n π MMP 1ñt == ϕ cos 3 1 IUP = 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 (1-4) (1-5) (1-6) (1-7) (1-8) 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: 8 1 1 n nn s − = 2222 rImP d =∆ fcô pPPP ∆−∆== 22 ' )9,08,0( 1 2 ÷== P P η (1-9) (1-10) (1-11) (1-12) (1-13) 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: 9 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 − = − = (1-14) (1-15) (1-16) (1-17) (1-18) 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: 2.Phương Trình Cơ Bản Của Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha. a) Sơ đồ đẳng trị một pha 10 mKWfE ss Φ= 2222 44,4 SKWfE ms Φ= 2212 44,4 (1-19) (1-20) (1-21) I o ↓ x1 x'2 xo 10k ro r1 I 1→ I 2→ r’ 2 /s o o U 1 • • o r f ĐKB o o U 1 ~ I 1↓ I 2↓ • • • • [...]... Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ 21 Khi động cơ đang làm việc ở trạng thái xác lập với tốc độ n Muốn điều chỉnh tốc độ của 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... 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 27 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 điều chỉnh được dể dàng - Hạn chế được dòng mở máy - Làm tăng khả năng mở máy của động cơ. .. 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 I NGUN LÝ ĐIỀU CHỈNH KHI THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ PHỤ TRÊN MẠCH ROTO 20 Đây là phương pháp điều chỉnh tốc độ đơn giản và được sử dụng rộng rải trong thực tế nhất là đối với 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... các hệ thống với u cầu tốc độ khơng cao như cầu trục, cơ cấu nâng, cần trục, thang máy và máy xúc … 28 CHƯƠNG 3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI SỐ ĐƠI CỰC I 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 có cấp Đối với động cơ khơng đồng bộ ba pha, ta có tốc độ của từ trường quay:... với tốc độ càng thấp rf1 < rf2 < rf3 ncb > n1 > n2 > n3 Khi Mc bằng hằng số thì động cơ làm việc xác lập tương ứng với các điểm a, b, c, d Tốc độ của động cơ càng thấp thì tổn hao càng lớn, độ 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 22 II PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH... 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 (2-2) Trong đó: r2d điện trở dây quấn roto rf điện trở phụ mắc thêm vào mạch roto Mơmen của động cơ khơng đồng bộ có thể tính theo dòng điện roto là: M= 3I 2 2 r 2 n.s (2-3) Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch roto thì mơmen tới hạn của động cơ khơng đổi còn độ trượt tới... kx = kr = k2E (1-25) S là độ trượt của động cơ n1 − n S = n1 (1-26) Trong đó: n tốc độ quay của roto động cơ n = n1(1-S) (1-27) n1 tốc độ quay đồng bộ của động (1-28) 60 f 1 n1 = p 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 đã qui đổi về stato (1-29) U1 I '2 = (r1 + r '2 2 ) + ( x1 + x'2 ) 2 S Khi tốc độ động cơ n = 0 , theo (1-26) ta... 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: (3-3) n1YY =2 n1Y Để dựng đặc tính điều chỉnh, ta cần phải xác định được các trị số M t, St và khi thực hiện nối sao Y thì hai cuộn... - Trong cơng nghiệp hiện nay phần lớn đều sử dụng động cơ khơng đồng bộ ba pha Vì nó tiện lợi hơn, với cấu tạo, mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so với động cơ một chiều - Ngồi ra động cơ khơng đồng bộ ba pha dùng trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba pha, khơng phải tốn kém thêm các thiết bị biến đổi Vận hành tin cậy, giảm chi phí vận hành, bảo trì sữa chữa Theo cấu tạo người ta chia động cơ khơng đồng. .. yếu dùng cho động cơ khơng đồng bộ roto lồng sóc và loại động cơ này có khả năng tự biến đổi số đơi cực ở roto để phù hợp với số đơi cực ở stato Đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ, mỗi pha stato phải có ít nhất là hai nhóm bối dây trở lên hồn tồn giống nhau Do đó càng nhiều cấp tốc độ thì kích thước, trọng lượng và giá thành càng cao vì vậy trong thực tế thường dùng tối đa là bốn cấp tốc độ I CÁC PHƯƠNG . 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. 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 1 Chương 4: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng. 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