Bài giảng Máy điện không đồng bộ - Chương 9: Khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Nội dung của bài giảng tìm hiểu vấn đề về khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ, nguyên lý, cấu tạo và hoạt động của các động cơ máy điện không đồng bộ. Để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu mời các bạn cùng tham khảo bài giảng.

PHẦN – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Phương trình cân mơmen q trình khởi động: M  Mc  J d dt phương trình cân moomen khơi động Trong đó: M - Mơmen điện từ động f1(ω); MC - Mômen cản tải: f2(ω); J - Mơmen qn tính Ta thấy: + Tăng tốc độ thuận lợi dω/dt > → M > MC + (M - MC) lớn tốc độ tăng nhanh + Máy có qn tính lớn thời gian khởi động t k lớn CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Dòng điện khởi động Ik: (khi khởi động ω = , s = 1) Ik  U1 (r1  C1r2' )2  ( x1  C1x '2 ) Thông thường: Ik = (4 ÷ 7)Iđm ứng với điện áp Uđm Mômen khởi động Mk: momen khởi động tỷ lệ thuận với điện áp stato mi U12r2' Mk  1 (r1  C1r2' )2  ( x1  C1x '2 )2 CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ u cầu khởi động động : • Mơmen khởi động Mk phải lớn để thích ứng với đặc tính tải • Dòng khởi động Ik nhỏ tốt để không ảnh hưởng đến phụ tải khác • Thời gian khởi động tk cần nhỏ để máy làm việc • Thiết bị khởi động đơn giản, rẻ tiền, tin cậy tốn lượng Những yêu cầu trái ngược nhau, tùy theo u cầu sử dụng cơng suất lưới điện mà ta chọn phương pháp khởi động thích hợp CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 1.1 Khởi động trực tiếp Đóng cầu dao CD nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới, động quay Ưu điểm: + Thiết bị khởi động đơn giản + Mômen khởi động Mk lớn, + Thời gian khởi động tk nhỏ Nhược điểm: + Dòng khởi động Ik lớn làm ảnh hưởng đến phụ tải khác + Phương pháp dùng cho động công suất nhỏ công suất nguồn lớn nhiều lần công suất động CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 1.2 Khởi động cách giảm điện áp đặt vào dây quấn stato Các phương pháp sau nhằm mục đích giảm dòng điện khởi động Nhưng giảm điện áp mơmen khởi động giảm theo + Khởi động dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stato + Khởi động dùng mba tự ngẫu + Khởi động cách đổi nối Y → Δ CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 1.2.1 Dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stato Sơ đồ: Các cầu dao CD1 CD2, cuộn điện kháng CK Nguyên lý hoạt động: + Khi khởi động: CD2 mở, CD1 đóng, stato nối vào lưới điện qua điện kháng CK + Khi động quay ổn định: đóng CD2, ngắn mạch điện kháng CK, stato nối trực tiếp vào lưới CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 1.2.1 Dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stato Các thông số khởi động Điện áp đặt vào dây quấn stato: U1'  k.U1 (hệ số k < 1) Dòng điện khởi động: I'k  k.Ik (Ik – dòng khởi động trực tiếp với điện áp U1) Mô men khởi động: M'k  k M k CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 1.2.2 Khởi động dùng mba tự ngẫu Sơ đồ: Các cầu dao CD1, CD2, CD3, biến áp tự ngẫu TN Nguyên lý hoạt động: Khi khởi động: cắt CD2, đóng CD3, MBA TN để vị trí điện áp đặt vào động khoảng (0.6÷0,8)Uđm, đóng CD1 để nối stato vào lưới điện thông qua MBA TN Khi động quay ổn định: cắt CD3, đóng CD2 để ngắn mạch MBA TN, nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 1.2.2 Khởi động dùng mba tự ngẫu Thông số khởi động: Điện áp stato Uk  k T U1 (hệ số kT < 1) Dòng điện khởi động I'k  k T Ik Dòng điện mba nhận từ lưới I1  k T I'k  k T2 Ik Mô men khởi động M'k  k T2 M k CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 2.4 Điều chỉnh tốc độ cách nối cấp trả lượng nguồn Năng lượng rô to với tần số f2 = sf1 lẽ tiêu hao điện trở phụ chỉnh lưu thành lượng chiều, sau qua nghịch lưu biến đổi thành lượng xoay chiều tần số f trả nguồn CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ỨNG DỤNG HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI Động KĐB có đặc tính tốt thỏa mãn u cầu: + Khởi động: Mơmen MK lớn, dòng điện IK nhỏ + Làm việc bình thường: Hiệu suất động cao Động rơto dây quấn đáp ứng yêu cầu thay đổi điện trở phụ mạch rơ to, động rơto lồng sóc khơng điều chỉnh mạch rôto CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Đặc điểm động khơng đồng rơto lồng sóc rãnh thường : + Ưu điểm: Chế tạo đơn giản; Làm việc chắn; Đặc tính làm việc tốt + Nhược điểm: Dòng khởi động IK lớn; Mômen khởi động MK nhỏ Giải pháp: Nếu dùng vật liệu để chế tạo dẫn cho R2 lớn → MK lớn hiệu suất η giảm Khắc phục : + Động không đồng rơto lồng sóc rãnh sâu + Động khơng đồng rơto lồng sóc CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 3.1 Động Rôto rãnh sâu Động khơng đồng rơto lồng sóc rãnh sâu lợi dụng tượng từ thông tản rãnh rơto gây nên tượng hiệu ứng mặt ngồi khởi động làm điện trở rôto R2 tăng lên để cải thiện đặc tính khởi động 3.1.1 Cấu tạo rãnh rơto Rãnh rơ to có + Chiều cao h = 40 ÷ 60 mm + Tỉ số h/b =10 ÷ 12 lần CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Khi tốc độ đạt định mức s = sđm, điện trở R2(1), dòng điện phân bố (đường 1); Khi khởi động s = 1, điện trở R2(2) , dòng tập trung miệng rãnh (đường 2) Đường biểu diễn đặc tính thực tế động rôto rãnh sâu hệ số trượt s thay đổi từ 1÷ sđm, điện trở R2(2) giảm đần R2(1) CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 3.1.2 Nguyên lý + Khi khởi động : Tốc độ rôto n = 0, Hệ số trượt s = 1; f2 = sf1 = f1, từ thông tản thời điểm tập trung đáy rãnh, lên miệng rãnh từ thơng điện kháng tản đáy rãnh lớn, phía miệng rãnh nhỏ dòng điện tập trung lên phía miệng rãnh Kết việc tập trung dòng điện lên phía miệng rãnh coi tiết diện dây dẫn bị nhỏ điện trở rôto tăng lên làm MK tăng lên CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 3.1.2 Nguyên lý + Khi tốc độ tăng: Tần số rôto f2 giảm, hiệu ứng mặt ngồi giảm dòng điện phân bố lại R2 coi nhỏ lại máy làm việc bình thường f2 = (2 ÷ 3) Hz , hiệu ứng mặt ngồi lúc nầy khơng có, đặc tính làm việc giống động bình thường CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 3.1.3 Mạch điện thay + Điện trở rôto : Điện trở điện kháng rôto xét hiệu ứng mặt ngoài: r2'  k r r2' r  r2' v x '2  k x x '2r  x '2 v : r - ký hiệu nhỏ rãnh rôto v - ký hiệu nhỏ vành ngắn mạch kr - hệ số tăng điện trở hiệu ứng mặt kx - hệ số giảm điện kháng tản hiệu ứng mặt CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Hệ số kr kx phụ thuộc chiều cao qui đổi ξ :   hr s  Cu : s - hệ số trượt; hr - chiều cao rãnh; ρ, ρCu - điện trở suất vật liệu làm dẫn đồng + Mạch điện thay rôto rãnh sâu: CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Bội số dòng bội số mơmen điện áp định mức: Ik  4,5  Iđm M max   1,4 M đm Hiệu suất động rãnh sâu không khác rãnh thường bao, có cosφ thấp điện kháng tản rơto rãnh sâu lớn loại rãnh thường, mơmen cực đại Mmax nhỏ Phạm vi công suất loại động vào khoảng 50÷200kW CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 3.2 Động Rôto hai lồng sóc 3.2.1 Cấu tạo rãnh rơto Rãnh rơto chế tạo gồm hai lồng sóc : + Lồng sóc : dùng để mở máy, chế tạo với tiết diện S nhỏ, vật liệu có điện trở suất ρ lớn, để có điện trở khởi động R2kđ lớn + Lồng sóc : gọi lồng sóc làm việc, chế tạo với tiết diện S lớn, vật liệu có điện trở suất ρ nhỏ, để có điện trở làm việc R2lv nhỏ CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 3.2.2 Nguyên lý Khi mở máy f2 = f1, hiệu ứng mặt ngồi nên dòng điện tập trung lồng sóc ngồi, mà R2 ngồi lại lớn nên MK lớn Khi làm việc bình thường, số f2 nhỏ mà R2 nhỏ nên dòng điện lớn mơmen chủ yếu lồng sóc nầy tạo CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 3.2.3 Mạch điện thay Dòng điện: I'2  I'2kđ  I'2lv Điện kháng tản: x’2kđ từ thơng tản Φt.kđ ứng với dòng I’2đk x’2lv từ thơng tản Φt.lv ứng với dòng I’2lv x’ 2kv từ thơng tản Φt.kv ứng với dòng I’2kv CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Bội số dòng bội số mơmen điện áp định mức: Ik  46 Iđm M max  1,2  M đm Điện kháng tản rôto lớn nên cosφ thấp So với loại rơto rãnh sâu động điện loại dùng nhiều kim loại màu hơn, thiết kế đặc tính mở máy linh hoạt Phạm vi công suất loại động vào khoảng 30÷1250kW CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Đặc tính M = f(s) loại động điện: Loại thường (đường 1) Động điện rãnh sâu (đường 2) Động điện rơto lồng sóc kép (đường 3) ... CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Sơ đồ đặc tính khởi động CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Ưu điểm nhược điểm phương pháp khởi động: + Ưu điểm: Mơ men khởi động Mk lớn Dòng điện. .. trở khởi động CHƯƠNG 9: KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Họ đặc tính ĐK rơto dây quấn dùng biến trở điều chỉnh tốc độ Đặc điểm điều chỉnh: Khi tăng điện trở, tốc độ quay động giảm CHƯƠNG 9: KHỞI... KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Trước đây, có u cầu điều chỉnh tốc độ cao thường dùng động điện chiều Nhưng ngày nhờ kỹ thuật điện tử phát triển nên việc điều