điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto, thay đổi điện áp, thay đổi tần số, phương pháp nối tầng,và sơ đồ và các nguyên lý điều chỉnh, ứng dụng của chúng trong cô

ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI CBHD: ThS Nguyễn Vinh Quan SVTH: Lê Khánh Hiếu MSSV: 10102050 Lớp: 101021D SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Tp Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013  MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .Trang LỜI CẢM ƠN Trang LÝ DO CHỌN NỘI DUNG Trang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trang MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Trang CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Trang CHƯƠNG 2: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI MẠCH TRỞ PHỤ ROTO Trang 15 CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP .Trang 19 CHƯƠNG 4: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TẦN SỐ NGUỒN Trang 24 CHƯƠNG : ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TRƯỢT .Trang 28 CHƯƠNG 6: BÀI TẬP MINH HỌA Trang 31 KẾT LUẬN Trang 35 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan  LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa, sản xuất cơng nghiệp đại vậy, để nâng cao suất, hiệu suất sử dụng máy, nâng cao chất lượng sản phẩm phương pháp tự động hóa dây chuyền sản xuất hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ khơng thể thiếu Vì nhiều loại động điện chế tạo hoàn thiện cao Trong động điện khơng đồng chiếm tỉ lệ lớn cơng nghiệp, có nhiều ưu điểm bật như: giá thành thấp, dể sử dụng, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành thấp Ngày nay, ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật điện tử, phát triển công nghiệp, kỹ thuật tự động hoá sinh hoạt nhân dân mà phạm vi sử dụng động động không đồng rộng rải Trong thực tế, để đáp ứng yêu cầu sản xuất, làm việc nhà máy, phân xưởng với yêu cầu điều chỉnh tốc độ động phạm vi Điều chỉnh tốc độ động phương pháp điều chỉnh nhân tạo nhằm thay đổi tốc độ hệ thống, cấu sản xuất theo yêu cầu cơng nghệ Trong đề tài nhằm tìm hiểu phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ, nguyên lý điều chỉnh, sơ đồ ứng dụng công nghiệp Cùng với hướng dẫn nhiệt tình Thầy Nguyễn Vinh Quan, em rút vấn đề cần sử dụng với phương pháp điều chỉnh thích hợp kinh tế Nội dung đồ án gồm sáu chương Trong trình tìm hiểu nghiên cứu thực đề tài, em cố gắng trình bày vấn đề phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng Nhưng thời gian giới hạn đề tài, phạm vi nghiên cứu tài liệu với kinh nghiệm kiến thức hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Mong thầy SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan bạn đóng góp, giúp đỡ Cũng nhân em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn Nguyễn Vinh Quan Thầy cô khoa điện bạn tận tình giúp đỡ giúp em hồn thành đề tài Tp Hồ Chí Minh, 20/5/2013 Sinh Viên Thực Hiện Lê Khánh Hiếu  LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Vinh Quan nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em hồn thành đồ án Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy trường nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trình làm đồ án Các bạn lớp Điện Công Nghiệp bạn khác góp phần ý kiến cho đồ án Một lần xin tri ân tất ! SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan  LÝ DO CHỌN NỘI DUNG Đa số động điện không đồng chiếm ti lệ lớn cơng nghiệp, có nhiều ưu điểm bật như: giá thành thấp, dể sử dụng, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành thấp Do ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật điện tử, phát triển công nghiệp, kỹ thuật tự động hoá sinh hoạt nhân dân mà phạm vi sử dụng động động không đồng rộng rải hơn, định lựa chọn đề tài hợp lý  NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan  MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Mục tiêu đề tài tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phương trình đặc tính cơ, sau tìm hiểu phương pháp để điều chỉnh tốc độ động không đồng : Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto, thay đổi điện áp, thay đổi tần số, phương pháp nối tầng,và sơ đồ nguyên lý điều chỉnh, ứng dụng chúng công nghiệp Bài tập minh họa SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện  NỘI DUNG  GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I.1 Cấu tạo: Cấu tạo phần tĩnh (stato) Gồm vỏ máy, lỏi sắt dây quấn: a) Vỏ máy: Thường làm gang Đối với máy có cơng suất lớn (1000 kw), thường dùng thép hàn lại thành vỏ vỏ máy có tác dụng cố định không dùng để dẫn từ b) Lỏi sắt: SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Được làm thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5 mm ghép lại Lỏi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lỏi sắt từ trường xoay chiều, nhằm giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên, thép kỹ thuật điện có phủ lớp sơn cách điện Mặt lỏi thép có xẻ rảnh để đặt dây quấn c) Dây quấn : Dây quấn đặt vào rảnh lỏi sắt cách điện tốt với lỏi sắt Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch 120 điện Hình 1-1: Các phận động khơng đồng 2.Cấu tạo phần quay (Roto) a) Trục: Làm thép, dùng để đỡ lỏi sắt roto SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan b) Lỏi sắt: Gồm thép kỹ thuật điện giống phần stato Lỏi sắt ép trực tiếp lên trục Bên ngồi lỏi sắt có xẻ rảnh để đặt dây quấn c) Dây quấn roto: Gồm hai loại: Loại roto dây quấn loại roto kiểu lồng sóc • Loại roto kiểu dây quấn : Dây quấn roto giống dây quấn stato có số cực số cực stato Các động công suất trung trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm đầu nối dây kết cấu dây quấn roto chặt chẽ Các động công suất nhỏ thường đùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha roto thường đấu hình (Y) Ba đầu nối vào ba vòng trượt đồng đặt cố định đầu trục Thơng qua chổi than vịng trượt, đưa điện trở phụ vào mạch roto nhằm cải thiện tính mở máy điều chỉnh tốc độ • Loại roto kiểu lồng sóc: Loại dây quấn khác với dây quấn stato Mỗi rảnh lỏi sắt đặt dẫn đồng nhôm nối tắt lại hai đầu hai vòng ngắn mạch đồng nhôm, làm thành lồng, người ta gọi lồng sóc Dây quấn roto kiểu lồng sóc khơng cần cách điện với lỏi sắt 10 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 10 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Sơ đồ nguyên lý đặc tinh động thay đổi điện trở phụ mạch roto hình 2-1 a) b) Hình 2-1 a)Sơ đồ nguyên lý b)Đặc tính động thay đối điện trở phụ Khi động làm việc trạng thái xác lập với tốc độ n Muốn điều chỉnh tốc độ 24 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 24 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan động cơ, ta đóng điện trở phụ vào ba pha roto Tại thời điếm bắt đầu đóng điện trở phụ vào tốc độ động chưa kịp thay đổi, lúc dịng mơmen giảm nên tốc độ động giảm Nhưng tốc độ giảm độ trượt tăng nên sức điện động cảm ứng mạch roto E2 tăng, dịng mạch roto mômen tăng làm cho tốc độ động tăng Khi đưa điện trở phụ vào mạch roto hệ số trượt ứng với mơmen cực đại lúc là: (2-1) Do đó, thay đổi điện trở phụ r f mạch roto hệ số trượt S tf thay đổi làm cho tốc độ động thay đổi Từ đường đặc tính hình vẽ (2-1), ta thấy với trị số phụ tải khơng đổi, r f lớn động làm việc với tốc độ thấp rf1 < rf2 < rf3 ncb > n1 > n2 > n3 Khi Mc số động làm việc xác lập tương ứng với điểm a, b, c, d Tốc độ động thấp tổn hao lớn, độ cứng đường đặc tính bị giảm Khi cho điện trở phụ vào lớn phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào trị số phụ tải phụ tải lớn phạm vi điều chỉnh hẹp II.PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTO BẰNG CÁC VAN BÁN DẪN Phương pháp điều chỉnh tốc độ với ưu điểm dễ dàng tự động hóa Điện trở mạch ro to động không đồng bộ: r2 = r2d + rf (2-2) Trong đó: r2d điện trở dây quấn roto 25 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 25 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan rf điện trở phụ mắc thêm vào mạch roto Mômen động khơng đồng tính theo dòng điện roto là: (2-3) Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch roto mơmen tới hạn động khơng đổi cịn độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc với điện trở Nếu xem đoạn đặc tính làm việc động không đồng bộ, tức đoạn có độ trượt S = đến S = St thẳng điều chỉnh điện trở, ta viết: , M = Const (2-4) Trong đó: S độ trượt điện trở mạch roto r2 Si độ trượt điện trở mạch roto r2d thay (2- 4) vào (2-3), ta biểu thức mơmen (2-5) a) Nếu giữ dịng điện roto khơng đổi mơmen khơng đổi khơng phụ thuộc vào tốc độ động 26 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 26 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch roto phương pháp xung hình 2-2 b) Hình 2-2: a) Sơ đồ nguyên lý b) Phương pháp điều chỉnh c) Phạm vi điều chỉnh c) 27 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 27 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Điện áp U2 chỉnh lưu cầu diode chỉnh lưu qua cuộn kháng lọc L cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở R0 nối song song với T1 đóng ngắt cách chu kỳ nhằm điều chỉnh giá trị trung bình điện trở toàn mạch Hoạt động mạch sau: Khi khóa T1 ngắt điện trở R0 đóng vào mạch, dịng điện roto giảm với tần số đóng ngắt định Nhờ điện cảm L mà dòng điện roto coi khơng đổi T1 đóng điện trở R0 bị loại khỏi mạch, dòng điện roto tăng lên, ta có giá trị tương đương điện trở R c thời gian ngắt tn = T - tđ Nếu điều chỉnh tỉ số thời gian ngắt thời gian đóng t đ ta điều chỉnh giá trị điện trở mạch roto (2-6) Điện trở tương đương Rc mạch chiều tính đối mạch xoay chiều ba pha roto theo qui tắc bảo tồn cơng suất Tổn hao mạch roto: (2-7) (2-8) Cơ sở để tính đổi tổn hao cơng suất nhau, nên: Với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha thì: Id = 1,5I22 (2-9) Nên (2-10) Khi có điện trở tính đổi, ta dễ dàng dựng đặc tính theo phương pháp thơng thường 28 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 28 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Họ đặc tính quét kín phần mặt phẳng giới hạn đặc tính tự nhiên đặc tính có điện trở phụ Rf = R0 /2 Với sơ đồ hình 2-2, muốn mở rộng phạm vi điều chỉnh ta mắc nối tiếp với điện trở R0 tụ điện đủ lớn III.NHẬN XÉT VÀ ỨNG DỤNG  Nhận Xét Phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha cách thay đối điện trở phụ mạch roto có ưu điểm sau: -Có tốc độ phân cấp -Tốc độ điều chỉnh nhỏ tốc độ -Tự động hóa điều chỉnh dễ dàng -Hạn chế dòng mở máy -Làm tăng khả mở máy động đưa điện trở phụ vào mạch roto -Các thao tác điều chỉnh đơn giản -Giá thành chi phí vận hành, sữa chữa thấp Mặc dù có ưu điểm nhược điểm sau: -Tốc độ ổn định -Tổn thất lượng lớn Ứng Dụng Đây phương pháp sử dụng rộng rải, không kinh tế Thường dùng hệ thống làm việc ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại dùng hệ thống với yêu cầu tốc độ không cao cầu trục, cấu nâng, cần trục, thang máy máy xúc  29 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 29 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan  CHƯƠNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP I.NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH: Phương pháp điều chỉnh tốc độ không đồng cách thay đổi điện áp thực sau: Để thay đổi điện áp, người ta dùng biến đổi có điện áp tùy theo tín hiệu điều khiển đặt vào Sơ đồ nguyên lý hình 5-1 30 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 30 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động khơng đồng Từ hình 3-1, ta thấy: Nếu bỏ qua tổng trở nguồn không dùng điện trở phụ mạch roto Khi điện áp biến đổi U2 ta họ đặc tính điều chỉnh hình 3-2 Khi đó: Độ trượt tới hạn giữ nguyên giá trị: (3-1) Mômen tới hạn tỉ lệ với bình phương điện áp U2 (3-2) Với : 31 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 (3-3) Trang 31 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Trong : Mtu mơmen tới hạn động ứng với điện áp điều chỉnh U2 Điện áp biến đổi 32 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 32 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Hình 3-2 Dạng đặc tính điều chỉnh khơng dùng điện trở phụ mạch roto Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh giảm bớt mức phát nóng động Khi dùng động không đồng roto dây quấn, người ta nối thêm điện trở phụ vào mạch roto hình 3-1 Khi đó: Nếu điện áp đặt vào stato định mức (U = U1) ta đặc tính mềm đặc tính tự nhiên ta gọi đặc tính giới hạn (đtgh) Nếu giá trị điện áp đặt vào stato khác với giá trị định mức mơmen tới hạn lúc điều chỉnh điện áp Mtu thay đổi tỉ lệ với bình phương điện áp, cịn độ trượt tới hạn khơng đổi, nghĩa là: Mtu = Mt.U22 St = Const (3-4) Khi xét đến tổng trở biến đổi việc xác định đặc tính giới hạn có phức tạp Khi ta xem điện trở Rb điện kháng Xb biến đổi có giá trị cố định không phụ thuộc vào điện áp U2 Lúc đó: (3-5) (3-6) Ta phương trình đặc tính cơ: S (3-7) Trong : 33 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 33 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan (3-8) Dạng đặc tính điều chỉnh trường hợp hình 3-3: II.PHƯƠNG PHÁP DÙNG BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BẰNG THYRISTOR 34 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 34 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Đây điều chỉnh ứng dụng ngày nhiều điều chỉnh tốc độ động không đồng có nhiều ưu điểm so với biến đổi xoay chiều khác dùng biến áp tụ ngẫu, dùng khuếch đại từ, 35 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 35 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Hình 3-4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dùng điều chỉnh thyristor Bộ điều chỉnh thyristor tương đối đơn giản gồm sáu thyristor Khi trạng thái xác lập, thyristor mở góc kích khơng đổi Khi T1, T3, T5 dẫn chu kỳ dương T2, T4, T6 dẫn chu kỳ âm lưới điện Điện áp đặt vào stato động U2 (điện áp biến đổi) phần đường hình sin hình 3-5 36 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 36 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan Hình 3-5: Đồ thị điện áp đầu điều chỉnh thyristor Giả thiết đường cong hình 3-5 đồ thị điện áp pha A đưa vào stato động qua hai thyristor T1 T2 Nếu T1 mở góc = T dẫn thời điểm điện áp lưới dương đặt vào Anot sau dẫn từ đến + nhờ lượng điện từ tích lũy dây quấn stato Tương tự thyristor T4 dẫn chu kỳ âm góc phụ thuộc vào độ trượt S Để dựng đặc tính điều chỉnh, ta bỏ qua điện trở thyristor Khi thyristor dẫn đặc tính 37 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 37 Trang 10 ĐAMH1- Truyền động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan điều chỉnh ứng với góc khác vẽ hình 3-6 Vì điện áp phụ thuộc vào góc pha nên độ trượt tới hạn đặc tính điều chỉnh khác với độ trượt St Hình 3-6 Các đặc tính điều chỉnh tốc độ động không đồng dùng điều chỉnh thyristor III.NHẬN XÉT VÀ ỨNG DỤNG Phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi điện áp nguồn sử dụng rộng rải, điều chỉnh dùng thyristor thực dễ dàng tự động hóa Xét tiêu lượng, tổn thất biến đổi không đáng kể điện áp stato bị biến dạng so với hình sin nên tổn thất phụ động lớn hiệu suất khơng cao 38 SVTH: Lê Khánh Hiếu - MSSV:10102050 Trang 38 Trang 10 ... động điện GVHD: ThS Nguyễn Vinh Quan  CHƯƠNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP I.NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH: Phương pháp điều chỉnh tốc độ không đồng cách thay đổi. .. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP .Trang 19 CHƯƠNG 4: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TẦN SỐ NGUỒN Trang 24 CHƯƠNG : ĐIỀU CHỈNH... tốc độ động không đồng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto, thay đổi điện áp, thay đổi tần số, phương pháp nối tầng ,và sơ đồ nguyên lý điều chỉnh, ứng dụng chúng công nghiệp Bài tập minh họa