Điều khiện mở máy và hãm động cơ không đồng bộ roto lồng sóc bằng đổi nối υ∆”

Với sự dẫn dắt của các Thầy, Cô khoa điện – điện tử trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên chúng em đã được nhận đề tài “điều khiện mở máy và hãm động cơ không đồng bộ roto lồng sóc bằng đổi nối

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

Khoa Điện-Điện Tử

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAMĐộc lập-Tự do-Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Nhóm sinh viên thực hiện : 1.Nguyễn Duy Nhân

2.Nguyễn Công Nội

3.Trần Hải Nam

Khóa :2011 - 2014

Ngành đào tạo :Kỹ thuật điện

Tên đề tài : “Điều khiện mở máy và hãm động cơ không đồng bộ roto lồng

sóc bằng đổi nối Υ/∆”

Số liệu cho trước :

Chương trình mô đun đào tạo thực tập trang bị điện Trường Đại Học Sư phạm

kỹ thuật Hưng Yên

Các tài liệu, giáo trình chuyên môn

Nội dung cần hoàn thành :

1 Giới thiệu cấu tạo ,nguyên lý,làm việc của động cơ KĐB 3 pha rotodây quấn

2 Thiết kế sơ đồ điều khiển quá trình mở máy và hãm động cơ khôngđồng bộ ba pha rôto lồng sóc bằng đổi nối Υ/∆ theo nguyên tắckhống chế cơ bản

3 .Quyển thuyết minh và bản vẽ A0Folie mô tả đầy đủ nội dung của đề tài

MỤC LỤC Chương I: Sơ lược về cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ

1.1 Khái niệm về động cơ điện không đồng bộ 7

1.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha… 7

1.2.1 Cấu tạo 7

1.2.2 Phần tĩnh (stato) 9

1.2.3 Phần quay(roto) 10

1.2.4: Khe hở 12

1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 12

1.4.Các thông số cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha 16

Chương II: Vấn đề mở máy và hãm động cơ không đồng bộ 2.1.Quá trình mở máy động cơ điện không đồng bộ 17

2.2 Các phương pháp mở máy 18

2.2.1.Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ 18

2.2.2 Phương pháp dùng điện trở mạch roto 20

2.2.3 Phương pháp mở máy bằng cách nối tiếp cuộn kháng hoặc điện trở phụ vào cuộn dây stato 21

2.2.4 Phương pháp mở máy qua biến áp tự ngẫu 23

2.2.5 Mở máy động cơ KĐB ba pha bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác 24

2.3 Các phương pháp hãm 25

2.3.1 Hãm tái sinh 25

2.3.2 Hãm ngược 26

2.3.3 Hãm động năng 29

Chương III: Thiết kế các sơ đồ điều khiển quá trình mở máy và hãm.

3.1 Mạch điều khiển mở máy bằng đổi nối Y/∆ dùng nút bấm chuyển đổi 313.2 Mạch điều khiển mở máy bằng đổi nối Y/∆, có đảo chiều dùng nút bấm.333.3 Mạch điều khiển mở máy Y/∆ chuyển đổi tự động bằng rơle thời gian…353.4 Mạch điều khiển mở máy Y/∆ có đảo chiều chuyển đổi dùng rơle thời

gian 37

3.5 Mạch động lực mở máy động cơ đổi nối Y/ ∆ có đảo chiều 38

3.6.Mạch điều khiển mở máy Y/∆ có đảo chiều bằng tay 39 3.7 Mạch điều khiển mở máy Y/∆ có đảo chiều gián tiếp bằng rơle thờigian……….……….45

3.8 Mạch điều khiển mở máy Y/∆ theo nguyên tắc tốc độ 473.9 Mạch điều khiển mở máy Y/∆ bằng tay và hãm ngược động cơ theo nguyên tắc thời gian 513.10 Mạch điều khiển mở máy theo nguyên tắc thời gian,hãm động năng theonguyên tắc thời gian… 553.11 Mạch điều khiển mở máy Y/∆ theo nguyên tắc thời gian , hãm ngược theo nguyên tắc thời gian 59

3.12 Mạch điều khiển mở máy Y/ ∆ theo nguyên tắc thời gian,hãm ngược theonguyên tắc tốc độ 64

Chương IV: Tính toán,thiết kế sơ đồ

4.1.Khảo sát và tính toán động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc… 654.1.1.Thông số động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc sau khi khảo

sát……….654.1.2 Tính toán và lựa chọn thiết bị 65

4.1.3 Chọn Aptomat……… 66

4.1.4 Chọn Côngtăctơ……… 67

4.1.5 Chọn Rơle nhiệt……….68

4.1.6 Chọn Rơle thời gian……… ….68

4.1.7 Chọn nút ấn ……… 68

4.1.8 Chọn dây dẫn trong mạch……… 68

4.2 Khái niệm, mục đích, yêu cầu khi chế tạo Panel……… 71

4.2.1 Khái niệm panel……… 70

4.2.2 Mục Đích chế tạo panel……… 70

4.2.3: Yêu cầu khi chế tạo panel……… 70

4.3 Chọn sơ đồ thực hiện……… 74

4.4 Sơ đồ mô phỏng cách bố trí thiết bị trên mạch……… 75

4.3.1: Các thiết bị trên mạch……… 75

4.4 Sản Phẩm Hoàn Thành………76

Tổng kết

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng Yên, Ngày… Tháng… Năm 2013

Giảng viên hướng dẫn

(kí ,ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng Yên, Ngày… Tháng… Năm 2013

Giảng viên phản biện

(kí ,ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành điện công nghiệp ở nước ta đangngày càng được chú trọng và đầu tư phát triển Trong đó, lĩnh vực trang bịđiện – điện tử ngày càng ứng dụng rộng rãi vào cuộc sống hay trong lao độngsản xuất của con người Từ khi công nghệ bán dẫn phát triển ra đời thiết bịbiến tần thì động cơ điện KĐB ba pha roto lồng sóc được sử dụng rất rộng rãitrong các nhà máy, xí nghiệp Nhưng cũng không thể thiếu được động cơ điệnkhông đồng bộ ba pha roto lồng sóc trong các truyền động yêu cầu momenlớn và có khả năng điều chỉnh tốc độ đơn giản, như trong các thiết bị nâng hạ,hay truyền động cho các máy bơm nước

Với sự dẫn dắt của các Thầy, Cô khoa điện – điện tử trường ĐHSP kỹ thuật

Hưng Yên chúng em đã được nhận đề tài “điều khiện mở máy và hãm động

cơ không đồng bộ roto lồng sóc bằng đổi nối Υ/∆”.

dưới sự hướng dẫn của thầy Trần văn Chương

Với đề tài được giao, chúng em đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu

và nghiên cứu các cơ sở lý luận về lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâuvào tính toán thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm đáp ứng với yêu

cầu đề ra Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầyTrần Văn Chương

cùng với sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoànthành xong đồ án của mình

Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót khi

góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

1.1 Khái niệm về động cơ điện không đồng bộ

- Động cơ điện không đồng bộ là loại động cơ xoay chiều làm việc theo nguyênlýcảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rotor n (tốc độ quay của máy) khác vớitốc độquay của từ trường n1

- Động cơ điện không đồng bộ có hai dây quấn: Dây quấn stator (sơ cấp) nốivớilưới điện, tần số không đổi f; dây quấn rotor (thứ cấp) được nối tắt lại hoặckhép kínqua điện trở, dòng điện trong dây quấn rôto được sinh ra nhờ sứcđiện động cảm ứngcó tần số không đổi phụ thuộc vào tốc độ của rotor (nghĩa

là phụ thuộc vào tải ở trêntrục của máy)

- Cũng như các loại động cơ điện quay khác, động cơ điện không đồng bộ cótínhthuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện, cũng như ởchế độ máyphát điện

- Động cơ điện không đồng bộ so với các loại động cơ khác có cấu tạo và vậnhànhkhông phức tạp, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiềutrong sản xuấtvà sinh hoạt

1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha 1.2.1 Cấu tạo

Giống như các máy điện quay khác, cấu tạo của động cơ không đồng bộgồm hai bộ phận chính là stato và roto, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy vàtrục máy Trục máy làm bằng thép, trên đó gắn roto, ổ bi và phía cuối trục cógắn một quạt gió để làm mát máy dọc trục

Hình 1.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ

c) Stato của động cơ KĐB

 Vỏ máy

Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang Đối với máy có công suất tươngđối lớn (1000 kW) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ Tùy theo cáchlàm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau Vỏ máy có tác dụng giữ chặt lõisắt, dây quấn và cố định máy trên bệ, không dùng để làm mạch dẫn từ Haiđầu vỏ có nắp máy, ổ đỡ trục Vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy

 Lõi sắt

Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên đểgiảm tổn hao thì lõi sắt được làm từ những lá thép kỹ thuật điện đã dập sẵn,được ghép cách điện với nhau, chiều dày các lá thép thường từ 0,35 mm đến0,5 mm; phía trong của lá thép xẻ rãnh để đặt dây quấn Yêu cầu lõi sắt làphải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ và chắc chắn

Mỗi lá thép kỹ thuật điện được sơn cách điện với nhau để giảm tổn hao dodòng điện xoáy gây nên Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành một khối Nếulõi sắt dài quá thì thường ghép lại thành các thếp ngắn, mỗi thếp dài từ 6 đến

8 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt Lõi sắt được ép vào trong vỏmáy

Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong ba pha dây quấn stato sẽ tạo ra từtrường quay

Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của động cơ vì nó trực tiếp tham giavào quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hay ngược lại

Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm một phần khácao trong toàn bộ giá thành của máy.

Hình 1.3

 Dây quấn roto

- Phân làm hai loại chính : Roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc

- Loại roto kiểu lồng sóc (hình 1.3c) :

Kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dây quấn stato Trong mỗirãnh của lõi sắt roto đặt vào các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõisắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng haynhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc Động cơ điện

có roto lồng sóc gọi là động cơ không đồng bộ lồng sóc, được ký hiệunhư( hình 1.3e)

Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt Để cải thiện tính năng

mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh roto có thể làm sâu hoặclàm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép Trong máy điện cỡ

nhỏ, rãnh roto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục

(hình 1.3d)

- Loại roto kiểu dây quấn (hình 1.4):

Roto có dây quấn giống như dây quấn stato Trong máy điện cỡ trungbình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những dâyđầu nối, kết cấu dây quấn trên roto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thườngdùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba pha của roto thường đấu hìnhsao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt thường làm bằng đồng đặt cốđịnh ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bênngoài

Hình 1.4 Roto (a) và sơ đồ mạch điện (b) của dây quấn roto

Đặc điểm của loại động cơ điện roto kiểu dây quấn là có thể thông quachổi than luôn tỳ trên vành trượt để dẫn điện vào biến trở vào mạch điện roto

để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số côngsuất của máy Khi máy làm việc bình thường dây quấn roto được nối ngắnmạch

 Trục

Trục động cơ mang roto quay trong lòng stato, vì vậy nó cũng là một chitiết rất quan trọng.Trục của động cơ làm bằng thép.

Trên trục của roto có lõi thép, dây quấn, vành trượt và quạt gió

1.2.4: Khe hở

Vì roto là một khối tròn nên khe hở đều Khe hở trong động cơ điệnkhông đồng bộ rất nhỏ (0,2 - 1mm trong động cơ điện cỡ nhỏ và vừa) để hạnchế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào, nhờ đó hệ số công suất của máy caohơn

1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ

 Sự tạo thành từ trường quay trong lõi thép stato

Trên hình 1.5 a, b, c vẽ mặt cắt ngang của động cơ điện ba pha đơn giản,trong đó dây quấn ba pha đối xứng ở stato AX, BY, CZ, đặt trong 6 rãnh.Trục của các dây quấn lệch nhau trong không gian một góc 1200

Giả thiết trong ba dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy qua :,

ký hiệu bằng (.) ở giữa cuối ký hiệu bằng (+)

Hình 1.5 Sự tạo thành từ trường quay

Bây giờ ta xét từ trường tại các thời điểm khác nhau :

: ở thời điểm này, dòng điện pha A cực đại và dương (hình 1.5a), dòngđiện pha B và C âm Theo quy định trên, dòng điện pha A dương, nên đầu A

ký hiệu là (x), cuối ký hiệu là (.) dòng điện pha B và C âm nên đầu B và C kýhiệu là (.) cuối Y và Z ký hiệu

Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ do các dòng điệnsinh ra (hình 1.5a) từ trường tổng có một cực S và một cực N, được gọi là từ

trường một đôi cực () Trục của từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha A

là pha có dòng điện cực đại

Thời điểm pha : là thời điểm sau khi đã xét ở trên 3

1 chu kỳ Ở thời điểmnày, dòng điện pha B cực đại và dương, các dòng điện pha A và C âm (hình1.5c) Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ Ta thấy từtrường tổng đã quay đi một góc là so với thời điểm trước Trục của từ trườngtổng trùng với trục dây quấn là pha B có dòng điện cực đại

Thời điểm pha : là thời điểm chậm sau thời điểm đầu 3

2 chu kỳ; lúc nàydòng điện pha C đang cực đại và dương, còn đòng điện pha A và B âm (hình1.5c)

Từ trường tổng thời điểm này đã quay đi một góc so với thời điểm banđầu Trục của từ trường tổng trùng với trục của dây quấn pha C là pha đang

có dòng điện cực đại

Với cách đấu dây quấn như trên, ta có từ trường quay một đôi cực Nếutăng đều số cuộn dây của mỗi pha lên 2, 3 hay 4 cuộn, ta có từ trường 2, 3 hay

4 đôi cực

 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha

Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, hệ thống dòng xoaychiều ba pha chạy vào dây quấn sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ:

Trong đó: là tần số của dòng điện nguồn

là số đôi cực của dây quấn stato

Từ trường quay quét qua các thanh dẫn của dây quấn roto, làm xuất hiệnsức điện động cảm ứng Vì dây quấn roto nối ngắn mạch nên sức điện độngnày tạo ra dòng điện trong các thanh dẫn của roto Các thanh dẫn có dòngđiện lại nằm trong từ trường nên sẽ tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ đặtvào các thanh dẫn

Tổng hợp các lực này sẽ tạo ra momen quay đối với trục roto, làm choroto quay theo chiều của từ trường với tốc độ

Để minh họa, trên hình 1.6 vẽ từ trường quay với tốc độ , chiều sức điệnđộng và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn roto, chiều các lực điện từ F Haivòng tròn phía ngoài biểu diễn lõi thép và dây quấn stato,vòng tròn phía trongthể hiện lõi thép roto

hiều điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay Khiđộng cơ làm việc, tốc độ của roto () luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường () ().Thực vậy, nếu thì roto sẽ quay đồng bộ với từ trường, giữa từ trường vàthanh dẫn roto không còn chuyển động tương đối Lúc đó sức điện động cảmứng không hình thành, sẽ không có dòng điện trong các thanh dẫn do đó lựcđiện từ cũng như momen quay đều bị triệt tiêu

Độ sai lệch giữa tốc độ roto và tốc độ từ trường được gọi là hệ số trượt,

ký hiệu là và được tính bằng:

Hoặc được tính theo phần trăm:

Trên lý thuyết, s

biến thiên từ đến , hoặc đến Thực tế thì trị số của ở tạiđịnh mức đối với động cơ không đồng bộ thông thường trong giới hạn ; Vớiđộng cơ không đồng bộ có hệ số trượt nâng cao, có thể đạt đến Vì tốc độlàm việc của động cơ không đồng bộ vẫn gần bằng tốc độ của từ trường, giả

sử tốc độ của từ trường là v/ph thì tốc độ của roto khoảng v/phút

1.4.Các thông số cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha

Động cơ điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kĩ thuật của máy Các trị số này do nhà máy thiết kế, chế tạo quy định và được ghi trên nhãn của động cơ Trên nhãn của động cơ ghi các giá trị định mức, các giá trị đó thường bao gồm:

 Công suất định mức ở đầu trục : (kW hay W)

Cách đấu dây Y hay ∆

Ngoài các thông số định mức trên bên cạnh đó có những loại động cơ còn

có các thông số phụ như : hiệu suất (, mã số vòng bi, cấp cách điện, trọnglượng động cơ, …

Chương II: Vấn đề mở máy và hãm động cơ không đồng bộ

2.1QUÁ TRÌNH MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Trong quá trình mở máy động cơ điện, mômen mở máy là đặc tính chủ yếunhất trong những đặc tính mở máy của động cơ điện Muốn cho máy quayđược thì mômen mở máy của động cơ phải lớn hơn mômen tải tĩnh và mômen

ma sát tĩnh Trong quá trình tăng tốc phương trình cân bằng động về mômennhư sau:

M –Mc = Mj =J (1.1)Trong đó:

M, Mc, Mj là mômen điện từ của động cơ điện, mômen cản vàmômen quán tính

J = – Hằng số quán tính;

g = 9,81 - gia tốc trọng trường;

G và D là trọng lượng và đường kính phần quay;

Khi bắt đầu mở máy thì roto đứng yên, hệ số trượt s = 1 nên dòng mở máy

có thể tính được theo mạch điện thay thế

Imm = (1.2)

Thực tế do mạch từ tản bão hòa rất nhanh, điện kháng giảm xuống nêndòng điện mở máy còn lớn hơn nhiều so với trị số tính theo công thức (1.2) Ởtrị số điện áp định mức dòng điện mở máy thường bằng từ 4 đến 7 lần dòngđịnh mức Dòng điện quá lớn không những làm cho bản thân máy bị nóng màcòn làm cho điện áp lưới giảm nhiều, nhất là đối với những lưới điện có côngsuất nhỏ

Trong thực tế, theo yêu cầu của sản xuất, động cơ không đồng bộ thườngphải mở máy và ngừng máy nhiều lần Tùy theo tính chất của tải và tình hìnhcủa lưới điện mà yêu cầu mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau Cókhi yêu cầu mômen mở máy lớn, có khi cần hạn chế dòng điện mở máy và cókhi lại cần cả 2 Nhưng yêu cầu trên đòi hỏi động cơ điện phải có tính năng

- Tổn hao công suất :

Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau như khi yêu cầu dòng điện

mở máy nhỏ thì thường làm cho mômen mở máy giảm theo hoặc cần thiết bịđắt tiền Chính vì vậy phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọnphương án mở máy thích hợp

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY

2.2.1Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ

Khi đóng điện trực tiếp vào động cơ KĐB để mở máy thì do lúc đầu rotorchưa quay, độ trượt lớn (s=1) nên s.đ.đ cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn.Dòng điện này có trị số đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình vàlớn, tạo ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ

Hình 2.1Sơ đồ vàđặc tính động cơ KĐB ba pha khi mở máy trực tiếp

Tuy dòng điện lớn nhưng mômen mở máy lại nhỏ: Mmm = (0,5÷1,5)Mđm

Do vậy cần phải có biện pháp mở máy Trường hợp động cơ có công suấtnhỏ thì có thể mở máy trực tiếp Động cơ mở máy theo đặc tính tự nhiên vớimômen mở máy nhỏ Những động cơ không mở máy trực tiếp thì có thể thựchiện một trong các phương pháp mở máy gián tiếp sau

Phương pháp này được áp dụng đối với động cơ có công suất nhỏ và trungbình

Ưu điểm : Phương pháp này rất đơn giản Thiết bị đóng cắt, bảo vệ đơngiản, thao tác nhanh gọn Hơn nữa phương pháp này có mômen mở máy lớncho nên thời gian khởi động nhanh

Nhược điểm : Phương pháp này có dòng điện mở máy lớn nên công suấtnguồn cung cấp cho động cơ là lớn Nếu công suất nguồn cấp là nhỏ dẫn đếnsụt áp lớn có thể không khởi động được động cơ

2.2.2 Phương pháp dùng điện trở mạch roto

Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ roto dây quấn vì điện trở mở máy

ở mạch ngoài mắc nối tiếp với cuộn dây rotor Hình 2.2 trình bày một sơ đồ

mở máy qua 3 cấp điện trở phụ R1, R2 và R3 ở cả 3 pha roto Đây là sơ đồ

mở máy với các điện trở roto đối xứng

Hình 2.2 Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha roto dây quấn và đặc tính

và tốc độ động cơ lại tiếp tục tăng Động cơ làm việc trên đường đặc tính 2 từ

c đến d Lúc này, các tiếp điểm K2 đóng lại, nối tắt các điện trở R2 Động cơchuyển sang mở máy với điện trở R3 trong mạch roto trên đặc tính 3 tại điểm

e và tiếp tục tăng tốc tới điểm f Lúc này các tiếp điểm K3 đóng lại, điện trởR3 trong mạch roto bị loại Động cơ chuyển

sang làm việc trên đặc tính tự nhiên tại g và tăng tốc đến điểm làm việc A ứngvới mômen cản MC Quá trình mở máy kết thúc

Để đảm bảo quá trình mở máy như đã xét sao cho các điểm chuyển đặctính ứng với cùng một mômen M2, M1 thì các điện trở phụ tham gia vào mạchroto lúc mở máy phải được tính chọn cẩn thận theo phương pháp riêng

Ngoài sơ đồ mở máy với điện trở đối xứng ở mạch roto, trong thực tế còndùng sơ đồ mở máy với điện trở không đối xứng ở mạch roto, nghĩa là điệntrở mở máy được cắt giảm không đều trong các pha roto khi mở máy.

Ưu điểm của phương pháp : có thể đạt được mômen mở máy lớn, đồngthời có dòng điện mở máy nhỏ nên những nơi nào mở máy khó khăn thì dùngđộng cơ điện loại này

Nhược điểm :

+ Điện trở phụ tiêu thụ năng lượng của nguồn nên làm cho tổn hao tăng.+ Roto dây quấn chế tạo phức tạp hơn roto lông sóc nên giá thành đắt hơn.+Việc bảo quản roto day quấn cũng khó khăn hơn

+Hiệu suất của máy cũng thấp hơn roto lồng sóc

2.2.3 Phương pháp mở máy bằng cách nối tiếp cuộn kháng hoặc điện trở phụ vào cuộn dây stato

Phương pháp này dùng điện trở hoặc điện kháng mắc nối tiếp với mạchstato lúc mở máy và có thể áp dụng cho cả động cơ roto lồng sóc lẫn roto dâyquấn Do có điện trở hoặc điện kháng nối tiếp nên dòng mở máy của động cơgiảm đi, nằm trong giá trị cho phép Mômen mở máy của động cơ cũng giảm Thời điểm ban đầu của quá trình mở máy, các tiếp điểm K2 đóng lại (cáctiếp điểm K1 mở) để điện trở (hình a) hoặc điện kháng (hình b) tham gia vàomạch stato nhằm hạn chế dòng điện mở máy Khi tốc độ động cơ đã tăng đếnmột mức nào đó (tuỳ hệ truyền động) thì các tiếp điểm K1 đóng lại, K2 mở ra

để loại điện trở hoặc điện kháng ra khỏi mạch stator Động cơ tăng tốc đến tốc

độ làm việc Quá trình mở máy kết thúc

Hình 2.3Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua điện trở phụ(a) và cuộn

kháng(b)ở mạch stato và dạng đặc tính cơ khi mở máy

Sơ đồ trên giới thiệu mở máy qua 1 cấp điện trở phụ hoặc điện kháng ởmạch stato Trên thực tế có thể mở máy qua hai hoặc ba cấp tuỳ theo yêu cầucông nghệ

Khi mở máy mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng Sau khi mở máysong thì điện kháng này bị nối ngắn mạch Điều chỉnh trị số của điện khángthì có thể có được dòng điện mở máy cần thiết Do đó điện áp giáng trên điệnkháng nên điện áp mở máy trên đầu cực động cơ điện U’k sẽ nhỏ hơn điện ápnguồn U1

Nếu : dòng điện mở máy khi mở máy trực tiếp là Ik

Mômen mở máy khi mở máy trực tiếp Mk.Sau khi thêm điện kháng vào, dòng điện mở máy còn lại I’k = k.Ik,trong đó k<1

Nếu cho rằng khi hạ điện áp mở máy, tham số của máy điện vẫn giữ khôngđổi thì khi dòng điện mở máy nhỏ đi, điện áp đầu cực động cơ sẽ bằng :

U’k = k.U1

Vì mômen mở máy tỷ lệ với bình phương của điện áp nên lúc đó mômen

mở máy bằng :

M’k = k.Mk’

Ưu điểm : phương pháp này là thiết bị đơn giản

Nhược điểm : là giảm dòng điện mở máy thì mômen giảm xuống bìnhphương lần

Phương pháp này dùng cho các động cơ công suất trung bình và nhỏ

2.2.4 Phương pháp mở máy qua biến áp tự ngẫu

Phương pháp này được sử dụng để đặt một điện áp thấp cho động cơ khi

mở máy Do vậy, dòng điện của động cơ khi mở máy giảm đi

Hình 2.4Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua BATN

Sơ đồ sử dụng một máy biến áp tự ngẫu có bên cao được nối vào nguồn,bên hạ áp nối với động cơ

Gọi là tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu ()

Gọi dòng điện lấy từ lưới vào là thì:

là dòng điện thứ cấp của biến áp tự ngẫu

So với phương pháp mở máy bằng cuộn kháng chọn thì:

Mở máy bằng cuộn kháng:

và

Mở máy bằng biến áp tự ngẫu:

Cùng mômen mở máy như nhau dòng điện mở máy khi dung biến áp tựngẫu nhỏ hơn nhiều.Ngược lại nếu cùng dòng điện mở máy thì mômen mởmáy dung máy biến áp tự ngẫu lớn hơn khi mở máy qua cuộn kháng

Ưu điểm khi dùng biến áp tự ngẫu đảm bảo mômen mở máy lớn nhất ởmột dòngđiện đã cho do đó quy trình mở máy diễn ra nhanh hơn Phươngpháp này rất ít hao phí điện năng và có hiệu suất đạt cao hơn

Nhược điểm : dùng biến áp thì chi phí sẽ cao, không kinh tế

2.2.5 Mở máy động cơ KĐB ba pha bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác

Động cơ KĐB làm việc bình thường ở sơ đồ mắc ∆ các cuộn stato thì khi

mở máy có thể mắc theo sơ đồ Y Thực chất của phương pháp này là giảmđiện áp đặt vào cuộn dây stato khi đổi nối vì khi mắc ∆, còn khi mắc Y thìđiện áp giảm 3 lần:

Phương pháp mở máychỉ thích hợp với những động cơ bình thường nối Khi đấu hình điện áp pha trên mỗi dây quấn:

là điện áp lưới và ta có:

Khi mở máy trực tiếp đấu thì:

Như vậy dòng mở máy khi đấu :

Ưu điểm : phương pháp này khởi động đơn giản, dùng với thiết bị đóngcắt thông thường

Nhược điểm : mômen khởi động giảm đi 3 lần không thích hợp cho máyyêu cầu mmen khởi động lớn Sự thay đổi dòng điện đột ngột khi chuyển từmạch Ysang Có thể làm cho bộ bảo vệ tác động Khi đổi nối sẽ xảy rakhoảng dòng điện bị gián đoạn

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÃM

2.3.1 Hãm tái sinh

Đặc tính hãm tái sinh của động cơ KĐB như hình vẽ Động cơ điện xoaychiều KĐB ở chế độ hãm tái sinh khi tốc độ động cơ vượt quá tốc độ đồng bộ

ω0 Khi hãm tái sinh thì động cơ làm việc ở chế độ máy phát

Hình 2.6Đặc tính cơ hãm tái sinh động cơ KĐB ba pha.

Khi độngcơ làm việc ở chế độ máy phát:

Qua đó ta thấy ở chế độ máy phát, độ trượt tới hạn Sth đổi dấu so với chế

độ động cơ, còn mômen tới hạn có trị số lớn hơn trị số mômen tới hạn ở chế

độ động cơ

Chế độ hãm tái sinh của động cơ KĐB được thiết kế trên đoạn NK', góc

2.3.2 Hãm ngược

a) Hãm ngược bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto

Động cơ KĐB roto dây quấn truyền động cho cơ cấu nâng - hạ của mộtcủa một cầu trục, đang làm việc nâng tải tại điểm A trên đặc tính cơ 1 ở gócphần tư thứ I với mômen cản và tốc độ quay nâng (các tiếp điểm K đóng)

Hình 2.7 Hãm ngược bằng cách đưa điện trở phụ vào roto

Để dừng và hạ vật xuống, ta đưa điện trở đủ lớn vào mạch phần ứng (cáctiếp điểm K mở ra), động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính cóđiện trở 2 cùng với tốc độ Mômen của động cơ giảm xuống () nên tốc độđộng cơ giảm Lúc này vật P vẫn được nâng lên nhưng với tốc độ nâng nhỏdần Tới điểm D thì và vật dừng lại nhưng vì mômen động cơ nhỏ hơnmômen cản () nên vật bắt đầu tụt xuống Động cơ đảo chiều quay () Động cơbắt đầu làm việc ở trạng thái hãm ngược (tốc độ âm đi xuống, mômen dương

có xu hướng kéo vật P đi lên)

Đặc tính hãm ngược nằm ở góc phần tư thứ IV Điểm làm việc hãm củađộng cơ chuyển theo đặc tính hãm từ D đến E Tại đây , động cơ quay đều,hãm ghìm vật để hạ vật xuống đều với tốc độ

b) Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay

Động cơ điện KĐB roto dây quấn đang làm việc với tải có mômen cảnphản kháng tại điểm A trên đường đặc tính cơ 1, sơ đồ nối dây như hình vẽ

Để hãm máy, ta đổi thứ tự hai pha bất kỳ trong 3 pha cấp cho stato để đảochiều quay động cơ Động cơ chuyển điểm làm việc từ A trên đặc tính 1 sangđiểm B' trên đặc tính 2 Do quán tính của hệ cơ, động cơ coi như giữ nguyêntốc độ khi chuyển đặc tính Quá trình hãm ngược bắt đầu Khi tốc độ động cơgiảm theo đặc tính hãm 2 tới điểm D' thì Lúc này, nếu cắt điện thì động cơ sẽdừng Đoạn hãm ngược là B'D' Nếu không cắt điện thì như trường hợp ở hình2.7, động cơ có nên động cơ bắt đầu tăng tốc, mở máy chạy ngược theo đặctính cơ 2 và làm việc ổn định tại điểm E' với tốc độ theo chiều ngược

Khi động cơ hãm ngược theo đặc tính 2, điểm B' có mômen nhỏ nên tácdụng hãm không hiệu quả Thực tế phải tăng cường mômen hãm ban đầu ()nhờ vừa đảo chiều từ trường quay của stato, vừa đưa thêm điện trở phụ đủ lớnvào mạch roto Động cơ sẽ hãm ngược theo đặc tính 3 (đoạn BD) Tới D màcắt điện thì động cơ sẽ dừng Nếu không cắt điện, động cơ sẽ tăng tốc theochiều ngược lại và làm việc tại điểm E với tốc độ Nếu lúc này lại cắt điện trởphụ RP thì động cơ sẽ chuyển sang làm việc trên đặc tính 2 tại điểm F và tăngtốc tới điểm E'

Hình 2.8Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay

2.3.3 Hãm động năng

Để hãm động năng một động cơ điện KĐB đang làm việc ở chế độ động

cơ, ta phải cắt stato ra khỏi lưới điện xoay chiều (mở các tiếp điểm K ở mạchlực) rồi cấp vào stato dòng điện một chiều để kích từ (đóng các tiếp điểm H).Thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở

Vì cuộn dây stato của động cơ là 3 pha nên khi cấp kích từ một chiều phảitiến hành đổi nối và có thể thực hiện theo một trong các sơ đồ sau

Hình 2.9Sơ đồ đấu nối mạch hãm động năng động cơ KĐB ba pha

Do động năng tích lũy, roto tiếp tục quay theo chiều cũ trong từ trườngmột chiều vừa được tạo ra Trong cuộn dây phần ứng xuất hiện một dòng điệncảm ứng Lực từ trường tác dụng vào dòng cảm ứng trong cuộn dây phần ứng

sẽ tạo ra mômen hãm và rôto quay chậm dần Động cơ điện xoay chiều khihãm động năng sẽ làm việc như một máy phát điện có tốc độ (do đó tần số)giảm dần

Động năng qua động cơ sẽ biến đổi thành điện năng tiêu thụ trên điện trở ởmạch roto

Nếu trước khi hãm, động cơ làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 thì khihãm động năng, động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính hãmđộng năng 2 ở góc phần tư thứ II

Đặc tínhhãm động năng của động cơ xoay chiều 3 pha KĐB có dạng nhưhình vẽ Tốc độ động cơ giảm dần theo đặc tính về O trên đoạn đặc tính hãmđộng năng BO Tại điểm O, động cơ sẽ dừng nếu tải là phản kháng Nếu tải

có tính chất thế năng thì tải sẽ kéo động cơ quay ngược cho đến khi ổn địnhtại điểm D (góc phần tư thứ IV).Điện trở mạch roto và dòng kích từ cấp chostato lúc hãm động năng có ảnh hưởng tới dạng đặc tính cơ khi hãm

CHƯƠNG III MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂNĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA

nó có thể được đổi nối trở lại nhanh hay chậm Kết thúc quá trình mở máy a/

+ Mở máy :

Cấp nguồn cho mạch điện : Đóng AP1 (L1,1) và AP2 (L2,4) (L3,6)

Ấn S2 (7;9)→ Công tắc tơ K2 (13;0) có điện , tiếp điểm thường mở K2 (9;15),(7;25) đóng lại ( Đèn H1 sáng), tiếp điểm thường đóng K2 (21;23) mở ra khoáchéo sự làm việc của K3 khi đó các tiếp điểm mạch động lực K2 (14;20),(16;20), (18;20) đóng chụm Y cho bộ dây Stato động cơ M Đồng thời CTT

K1 (15;0) có điện, tiếp điểm thường mở K1(7;15) đóng lại duy trì, tiếp điểmthường mở K1 (19;21) đóng chuNn bị cấp nguồn cho CTT K3 (23;0), các tiếpđiểm K1 (2;8), (4;10), (6;12) trên mạch động lực đóng lại cấp nguồn chođộng cơ M khởi động ở chế độ nối Y bộ dây Để kết thúc quá trình mở máy

ấn S3 (9;11) CTT K2 (13;0) mất điện các tiếp điểm thường mở K2(9;15),(7;25) mở ra, tiếp điểm thường đóng K2 (21;23) đóng lại→ Công tắc tơ K3

(23;0) có điện, tiếp điểm thường mở K3 (17;19) đóng lại duy trì, tiếp điểm K3

(7;27) đóng ( Đèn H2 sáng) Đồng thời các tiếp điểm mạch động lực K3

(2;18), (4;16), (6;14) đóng đổi nối bộ dây Stato động cơ M sang làm việc ởchế độ nối ∆ Kết thúc quá trình mở máy

+ Dừng máy:

Muốn dừng máy ấn S1 (5;7) ngắt điện toàn mạch điều khiển, động cơ dừnghoạt động Muốn kết thúc quá trình làm việc ta ngắt AP1, AP2

3.2 Mạch điều khiển mở máy bằng đổi nối Y/ ∆ , có đảo chiều dùng nút bấm

1. Sơ đồ mạch điện

K1 (27;0), có điện, tiếp điểm thường mở K1(7;15), (15;25) đóng lại duy trì,các tiếp điểm K1 (2;8), (4;10), (6;12) trên mạch động lực đóng lại cấp nguồncho động cơ M khởi động ở chế độ nối Y bộ dây Để kết thúc quá trình mởmáy ta ấn S4→ CTT K2 (13;0) mất điện các tiếp điểm K2 (9;15),(7;29) mở ra,tiếp điểm thường đóng K2 (17;19) đóng lại, CTT K3 (19;0) có điện tiếp điểm

K3 (15;17) đóng lại để duy trì, tiếp điểm K3 (7;31) đóng ( Đèn H2sáng), tiếpđiểm thường đóng K3 (11;13) mở ra khoá chéo sự làm việc của K2 Đồng thờicác tiếp điểm mạch động lực K3 (14;24), (16;22), (18;20) đóng đổi nối bộdây Stato động cơ M sang làm việc ở chế độ nối ∆ và quay theo chiều thuận.Kết thúc quá trình mở máy

+ Quay ngược thực hiện khi động cơ ở chế độ dừng Tương tự quay thuận ấnS3 ( 7,9)

+ Dừng máy:

Muốn dừng máy ấn S1 (5;7) ngắt điện toàn mạch điều khiển, động cơ dừnghoạt động Muốn kết thúc quá trình làm việc ta ngắt AP1, AP2 c/ Thiết bị bảo vệ

Khi xảy ra quá tải, rơle nhiệt F2 tác động , tiếp điểm thường đóng F2(3;5) mở

ra ngắt mạch điều khiển, tiếp điểm thường mở F2(3;23) đóng lại, đèn H3 sángbáo hiệu sự cố

3.3 Mạch điều khiển mở máy Y/ ∆ chuyển đổi tự động bằng rơle thời gian

Nguyên lý hoạt động

+ Mở máy :

Cấp nguồn cho mạch điện : Đóng AP1 (L1,1) và AP2 (L2,4) (L3,6)

Ấn S2 (7;9)→ Công tắc tơ K2 (13;0) có điện , tiếp điểm thường mở K2 (9;15),(7;19) đóng lại ( Đèn H1 sáng), tiếp điểm thường đóng K2 (15;17) mở ra khoáchéo sự làm việc của K3 khi đó các tiếp điểm mạch động lực K2 (14;20),(16;20), (18;20) đóng chụm Y cho bộ dây Stato động cơ M Đồng thời CTT

K1 (15;0), rơle K1T (9;0) có điện, tiếp điểm thường mở K1(7;15) đóng lại duy

trì, các tiếp điểm K1 (2;8), (4;10), (6;12) trên mạch động lực đóng lại cấpnguồn cho động cơ M khởi động ở chế độ nối Y bộ dây Sau khoảng thời gianchỉnh định rơle K1T (9;0) tác động tiếp điểm thường đóng mở chậm K1T(9;11) mở ra CTT K2 (13;0) mất điện các tiếp điểm K2 (9;15),(7;19) mở ra,tiếp điểm thường đóng K2 (15;17) đóng lại, CTT K3 (17;0) có điện tiếp điểm

K3 (7;21) đóng ( Đèn H2 sáng), tiếp điểm thường đóng K3 (11;13) mở ra khoáchéo sự làm việc của K2 Đồng thời các tiếp điểm mạch động lực K3 (2;18),(4;16), (6;14) đóng đổi nối bộ dây Stato động cơ M sang làm việc ở chế độnối ∆ Kết thúc quá trình mở máy

+ Dừng máy:

Muốn dừng máy ấn S1 (5;7) ngắt điện toàn mạch điều khiển, động cơ dừnghoạt động Muốn kết thúc quá trình làm việc ta ngắt AP1, AP2

+ Thiết bị bảo vệ

Khi xảy ra quá tải, rơle nhiệt F2 tác động , tiếp điểm thường đóng F2(3;5) mở

ra ngắt mạch điều khiển, tiếp điểm thường mở F2(3;3) đóng lại, đèn H3 sáng báo hiệu

3.4 Mạch điều khiển mở máy Y/ ∆ có đảo chiều chuyển đổi dùng rơle thời

Ấn S2 (7;9)→ Công tắc tơ K2 (13;0) có điện , tiếp điểm thường mở K2

(9;15),(7;29) đóng lại ( Đèn H1 sáng), tiếp điểm thường đóng K2 (15;21) mở

ra khoá chéo sự làm việc của K3 khi đó các tiếp điểm mạch động lực K2

(20;26), (22;26), (24;26) đóng chụm Y cho bộ dây Stato động cơ M Đồng

thời rơle thời gian K4T (9;0) và CTT K1 (25;0), có điện, tiếp điểm thường mở

K1(7;15), (15;25) đóng lại duy trì, các tiếp điểm K1 (2;8), (4;10), (6;12) trênmạch động lực đóng lại cấp nguồn cho động cơ M khởi động ở chế độ nối Y

bộ dây Sau khoảng thời gian chỉnh định rơle K4T (9;0) tác động tiếp điểmthường đóng mở chậm K4T (9;11) mở ra → CTT K2 (13;0) mất điện các tiếpđiểm K2 (9;15),(7;29) mở ra, tiếp điểm thường đóng K2 (15;21) đóng lại, CTT

K3 (21;0) có điện, tiếp điểm thường đóng K3 (11;13) mở ra khoá chéo sự làmviệc của K2 Đồng thời các tiếp điểm mạch động lực K3 (14;24), (16;22),(18;20) đóng đổi nối bộ dây Stato động cơ M sang làm việc ở chế độ nối ∆ vàquay theo chiều thuận Kết thúc quá trình mở máy

+ Quay ngược thực hiện khi động cơ ở chế

độ dừng Tương tự quay thuận ấn

+ Dừng máy:

Muốn dừng máy ấn S1 (5;7) ngắt điện toàn mạch điều khiển, động cơ dừnghoạt động Muốn kết thúc quá trình làm việc ta ngắt AP1, AP2

+ Thiết bị bảo vệ

Khi xảy ra quá tải, rơle nhiệt F2 tác động , tiếp điểm thường đóng F2(3;5) mở

ra ngắt mạch điều khiển, tiếp điểm thường mở F2(3;31) đóng lại, đèn H3 sángbáo hiệu sự

3.5 Mạch động lực mở máy động cơ đổi nối Y/ ∆ có đảo chiều

* Mạch động lực: