Tính toán và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Thế kỉ XXI – thế kỉ của công nghệ thông tin, của khoa học kĩ thuật và công nghệ tự động.

Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải LỜI NÓI ĐẦU Thế kỉ XXI – thế kỉ của công nghệ thông tin, của khoa học kĩ thuật và công nghệ tự động. Nhằm đáp ứng nhu cầu của sự phát triển, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Truyền động điện ra đời là một trong những yếu tố quan trọng: • Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất. • Truyền động điện là một hệ thống máy móc được thiết kế với nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành điện năng. • Hệ thống truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc thay đổi. Hiện nay khoảng 70-80% các hệ truyền động là loại không đổi, với các hệ thống này tốc độ hoạt động của động cơ hầu như không cần điều khiển, trừ các quá trình khởi động và hãm. Phần còn lại 20-25% các hệ thống điều khiển được tốc độ động cơ để phối hợp được các đặc tính động cơ với đặc tính tải yêu cầu. Với sự phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật bán dẫn công suất lớn và kĩ thuật vi xử lý, các hệ thống điều tốc được sử dụng rộng rãi và là công cụ không thể thiếu trong quá trình tự động hóa sản xuất. Do đó nội dung của tập đồ án chủ yếu tính toán và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha. Tập đồ án này có thể làm tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm đến vấn đề liên quan đến động cơ không đồng bộ ba pha. Vì kiến thức và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế không nhiều, nên tập đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn bè. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Nhóm sinh viên thực hiện: Vũ Hồng Thái Trang 1 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải CHƯƠNG 1 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1: Cấu tạo:  Động cơ không đồng bộ gồm hai loại: Động cơ Rotor dây quấn và động cơ Rotor lồng sóc (Động cơ Rotor ngắn mạch)  Động cơ điện không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế. 2: Ưu điểm:  Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản đặc biệt là động cơ Rotor lồng sóc. So với động cơ một chiều thì động cơ không đồng bộ giá thành hạ, vận hành tinh cậy, chắc chắn. Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo. 3: Nhược điểm  Nhược điểm của động cơ không động bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế quá trình khó khăn. Riêng với các động cơ Rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động kém hơn. Trang 2 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải II. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý X ' 2 I ' 2 I i I 0 U 1p R'/S R 1 X 0 R 0 Hình 3.2 Sơ đồ tương đương Trong đó: Trang 3 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải o 000 ,, IXR lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch Stator. o 111 ,, IXR lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện Rotor đã quy đổi về Stator. o đm U 1 : Điện áp định mức đặt vào ba pha. o P U 1 : Điện áp pha đặt vào Stator.  0 0 0 0 n nn S − = − = ω ωω : là độ trượt (Hệ số của động cơ) • 0 ω : tốc độ góc của từ trường quay (rad/s) • ω : tốc độ góc của từ trường (rad/s)  p f n 60 0 = : tốc độ của từ trường quay (vòng/phút) • f : tần số của điện áp nguồn đặt vào Stator (Hz) • p : là số đôi cực từ của động cơ. • n tốc độ quay của Rotor (vòng/phút)  22 ' IKI qđ Ι = : Dòng điện quy đổi.  Ε Ι = qđ qđ K K 1 :Hệ số quy đổi dòng điện.  22 11 2 1 . . dq dq đm đm qđ KN KN E U K == Ε : Hệ số quy đổi sức từ động. • 21 , NN :Số vòng mỗi pha dây quấn Stator, Rotor.  đm E 2 : Sức từ động định mức xuất hiện trên hai vòng trượt Rotor khi: - Rotor hở mạch Trang 4 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải - Đặt điện áp vào Stator là đm U Phương trình đặc tính tốc độ: 2 2 1 1 2 ' ' N P X S R R U I +       + = Trong đó: • 21 'XXX N += : điện kháng ngắn mạch • P RRR ''' 2 += : điện trở qui đổi Khi mở máy tốc độ 0 = n nên hệ số trượt 1 = S ( ) 2 2 1 1 2 ' ' N P mm XRR U I ++ = ⇒ dòng điện khi mở máy : mm P mm Z U I 1 2 ' = Với : ( ) 2 1 ' Nmm XRRZ ++= Thông thường : nmmm II )74(' 2 ÷= II. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ Để tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất động cơ. Công suất điện từ chuyển từ Startor sang Rotor 1 . ω đtđt MP = Trong đó : • đt M : monment điện từ động cơ • P đt = P cơ + ΔP phụ + ΔP cu2 Trang 5 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải Nếu tổn hao phụ không đáng kể ΔP phụ = 0 thì M đt = M cơ = M ⇒ P đt = P cơ + ΔP cu2 ⇔ M đm .ω 0 = M cơ .ω + 3P’.I’ 2 2 ( ) 2 20 ''.3 IPM =−⇔ ωω Mà : S IR MS 0 2 0 0 ''3 ωω ωω =⇒ − = Thay 2 'I vào ta được:         +       + = 2 2 1 0 2 1 ' 55.9 '.3 nm P X S R R Sn UR M (2) (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 tọa độ điểm cực trị được xác định bằng cách giải phương trình 0 = ds dM ta được: - Độ trượt tới hạn: 22 1 max ' N XR R S + ±= (3) Thay phương trình (3) vào phương trình (2) ta có: [ ] 1 22 1 0 2 1 55.9 2 '.3 RXR n UR M N P ±+ = (4) Trong đó: (+) : ứng với trạng thái động cơ (-) : ứng với trạng thái máy phát - Hệ số quá tải về moment: nm M M M max = λ Trang 6 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải  Cách vẽ đặt tính cơ khi không biết R 1 ,X 1 ,R 2 ,X 2 chỉ biết các tham số định mức của động cơ trên nhãn máy và cần thục hiện các bước sau: M C n 0 S max M mm M max b 1 0 S M (N.m) n (vòng/phút) Hình 3.3 Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không đồng bộ ba pha Bước 1: Xác định tọa độ ba điểm đặc biệt.  Điểm đồng bộ của từ trường: ),0( 0 nnMA == • Với n 0 = p f60  Điểm tới hạn : B (M max ,S max ) p f n M M đm M 60 0 max =⇔= λ Mặt khác :         +== đm đm đm M S S S S M M max max max 2 1 λ 0 0 n nn S đm đm − = Trang 7 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải M đm đm S S S S λ 2 max max =+ 02 2 max 2 max =+− đmM SSSS đm λ Giải phương trình ta được: )1( 2 2,1max −±= MMđm SS λλ  Điểm mở máy : )0,( == nMMC mm Bước 2: Thay 1 = S vào phương trình (2) ta được: ( ) [ ] 2 2 1 0 2 1 ' 55,9 '.3 N P mm XRR n UR M ++ = Bước 3: lấy nhiều giá trị của S trong khoảng 0 → 1 thay vào biểu thức : 1 1 2 max max max S S M M mm + = Ta sẽ được moment tương ứng: S 0 S 1 S 2 ………. 1 M M 0 M 1 M 2 ………. M mm Bước 3: Từ tọa độ ( MS, ) với 3 điểm đặc biệt nối lại ta sẽ được đường đặc tính cơ của động cơ.  Các dạng đặc tính cơ: Lập tỉ số và lấy dấu (+) ta được: th th th thth aS S S S S aSM M 2 )1(2 ++ + = (5) Trang 8 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải Trong đó: 2 1 'R R a = 22 1 1 max nm XR R aS + = Đối với động cơ có công suất lớn: R 1 <<X nm thì 0 1 max ≈≈ nm X R aS Lúc này (5) có dạng gần đúng: • S S S S M M max max max 2 + = (6) • nm X R S 2 max ' ±= (7) • nm P X n U M 55,9 2 3 0 1 max ±= (8)  Cách vẽ đặc tính cơ khi không biết các thông số R 1 , X 1 , R 2 ,X 2 mà chỉ biết M λ : Xác định tọa độ 3 điểm đặc biệt: p f n 60 0 = Tọa độ điểm giới hạn: Thay tọa độ điểm làm việc định mức vào phương trình đặc tính cơ (6) đm đm đm S S S S M M max max max 2 + = Trang 9 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải ⇔ M đm đm đm M M S S S S λ 2 2 max max max ==+ ⇔ 02 2 max 2 max =+− đmđmM SSSS λ giải phương trìh bậc 2 theo max S ta được tọa độ điểm tới hạn ),( maxmax SMB Thay 1 = S vào phương trình (6) ta được: 1 1 2 max max max S S M M mm + = Lấy giá trị tùy ý của S thay vào phương trình (6) ta tìm được M : S 0 S 1 S 2 S 3 … S max M M 1 M 2 M 3 … M Hệ số moment mở máy: 155,9 >= đm mm M M M K ( 21: → M K ) Hệ số dòng điện mở máy: đm mm I I I K = ( 74: → I K )  Nhận xét:      < <<− >> 0 01 2 00 M s nnn Đoạn đặc tính hãm tái sinh (hãm máy phát).      > << >> 0 10 0 0 M s nn Đoạn đặc tính động cơ quay thuận. Trang 10 [...]... như động cơ một chiều kích từ độc lập, trạng thái hãm ngược của động cơ không đồng bộ cũng có 2 cách: • Cách 1 : Động cơ dang quay thuận thì tiến hành đảo thứ tự 2 trong 3 pha nguồn đưa vào động cơ thì hãm ngược xảy ra ở góc phần tư thứ hai - Động cơ chuyển điểm làm việc từ A trên đặc tính cơ 1 sang B trên đặc tính cơ với tốc độ ω (do quán tính cơ) Quá trình hãm nối ngược bắt đầu khi tốc độ động A cơ. .. = M E = M C và động cơ quay đều, hãm ghìm vật để hạ vật xuống đều với tốc độ ω E - Ở chế độ này động cơ làm việc ờ chế độ máy phát Trang 24 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải w0 wA A MC (1) B Đ w VA P 0 Mmax MB wE (N.m) M MC Đ w VE Hình 3.16 3 Hãm động năng: 3.1 Hãm động năng kích từ độc lập - Để hãm động năng kích từ độc lập một động cơ không đồng bộ dang làm việc ở chế độ động cơ ta phải... cho động cơ Rotor dây quấn truyền động cơ cấu nâng hạ tải Để dừng và hạ tải xuống động cơ được nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng nhờ mở các tiếp điểm K (công tắc tơ K thôi tác động) Đặc tính tương ứng là đường rất dốc - Động cơ chuyển điểm làm việc từ A trên dường 1 sang B trên dường 2 với tốc độ ω Lúc này moment động cơ M Đ = M B < M C nên động cơ giảm tốc độ, vật Α dẫn được nâng lên với tốc độ. .. M(N.m) Hình 3.11 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số IV MỞ MÁY VÀ TÍNH ĐIỆN TRỞ MÁY - đối với động cơ Rotor dây quấn để hạn chế dòng khởi động và tăng moment khởi động người ta đưa điện trở phụ vào mạch Rotor trong quá trình khởi động sau đó loại dần các điện trở phụ này theo từng cấp Trang 17 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải - khi đóng điện trực tiếp vào Stator động cơ không đồng bộ thì thoạt đầu... khi thêm RP ) L1 L2 L3 Xp M Rp Hình 3.6 Động cơ không đồng bộ khi thêm điện kháng và điện trở phụ Ta thấy khi thêm X P ta tăng được khả năng quá tải của động cơ ( M th nói lên khả năng quá tải của động cơ) Đặc tính cơ khi thêm R và X P có dạng: P 3 Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor - Động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc (hay rotor ngắn mạch) không thể thay đổi được điện trở mạch... Đoạn n02C : Vì n < n02 ⇒ S > 0 nên khi thay đổi vào phương trình đặc tính cơ ⇒ MĐ >0 ⇒ Đoạn n02C là đoạn đặc tính động cơ giảm tốc Đến điểm C thì M Đ = M C và động cơ quay ổn định với tốc độ nhỏ ω C Trang 21 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải • Cách 2: Ta tiến hành hạ tải thế năng bằng phương pháp đảo cực tính 2 trong 3 pha nguồn đưa vào động cơ Hãm tái sinh sẽ xảy ra ở gốc phần tư thứ tư n... Stator - Khi thêm điện trở phụ RP vào Stator thì tốc độ đồng bộ không đổi, độ trượt tới hạn S max giảm, moment tới hạn M max giảm và momet mở máy M mm cũng giảm L1 L2 L3 R1 M Trang 12 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải Hình 3.5 Động cơ không đồng bộ 3 pha khi điện trở phụ - Khi thêm điện kháng phụ X P (giả sử X P = RP ) vào mạch Stator thì tốc độ n0 không đổi, độ trượt tới hạn giảm (vẫn còn lớn... số 3 và số 4 có cùng I DC nhưng khác RP - Đường số 1 và số 4 có RP 4 > RP1 nhưng I DC 4 < I DC1 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ TRỤC DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I ĐỘNG CƠ MỞ MÁY QUA 3 CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ, TÍNH ĐIỆN TRỞ PHỤ Ở TỪNG CẤP BIẾT RẰNG ĐỘNG CƠ KÉO TẢI ĐỊNH MỨC: 1 Trình tự mở máy: Bước 1: Vẽ đặc tính cơ tự nhên dựa vào các thông số sau: n0=1000 (vòng/phút) Mmm=261.62 (N.m)... đồng bộ: n0 = 2πn 60 không thay đổi R' 2 • Độ trượt tới hạn S max = R 2 + X 2 không thay đổi 1 nm - Mmax nói lên khả năng quá tải của động cơ - Moment mở máy ( M mm = K 2U 12P ) giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp Trang 11 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN n GVHD: Trần Văn Hải 0 n0 U2 U1 Smax TN(Udm) U2 . kh o cho nh ng ai quan t m đ n v n đề li n quan đ n đ ng c kh ng đ ng b ba pha. V ki n th c v th i gian c h n, kinh nghiệm th c t kh ng nhi u, n n t p. Rotor l ng s c. So v i đ ng c m t chi u thì đ ng c kh ng đ ng b giá th nh hạ, v n h nh tinh c y, ch c ch n. Ngo i ra đ ng c kh ng đ ng b d ng trực