Tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha

Ch−¬ng I TæNG QUAN VÒ §éNG C¥ KH¤NG §åNG Bé BA PHA Trang 3 I.GIớI THIệU Về ĐộNG CƠ KHÔNG ĐộNG Bộ BA PHA . So với tất cả các động cơ điện dùng trong công nghiệp thì động cơ không đồng bộ đợc dùng nhiều hơn cả v chúng đang thay thế ngy một nhiều cho các động cơ điện một chiều. Đến nay phần lớn các cần trục đợc trang bị động cơ không đồng bộ, nhiều cơ cấu của máy cắt kim loại, truyền động phụ của máy cán v nhiều cơ cấu khác trong các lĩnh vực công nghiệp cũng đang sử dụng động cơ không đồng bộ. Tuy nhiên khi điều chỉnh tốc độ v khống chế các quá trình quá độ của động cơ rất khó khăn, riêng đối với động cơ Rôto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn so với động cơ điện một chiều nhng động cơ điện một chiều thì lại sử dụng phức tạp đòi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện riêng, khi hoạt động sẽ gây ra tia lửa điện . Chính vì những điểm yếu đê của động cơ điện một chiều m hiện nay xu hớng nghiên cứu dùng động cơ không đồng bộ để thay thế động cơ điện một chiều ngy cng đợc quan tâm hơn. Ngy nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trong đê có sự phát triển của ngnh công nghệ chế tạo bán dẫn công suất v công nghệ điện tử đã lm cho các hệ truyền động của động cơ không đồng bộ có thể khai thác hết các u điểm để cạnh tranh với động cơ điện mĩt chiều. Phơng trình đặt tính cơ: Dòng điện stato: ++ + + = nm f JX S 'R R JXR UI 2 1 11 Trong đó: U f : Trị hiệu dụng của điện áp pha stato. X: Điện kháng mạch từ hóa. R,R 1 ,R 2 : Điện trị tác dụng của mạch từ hóa, của cuộn stato, của rôto quy đổi về stato. X nm = X 1 + X' 2 : Điện kháng ngắn mạch. X 1 : Điện kháng tản stato. X' 2 : Điện kháng tản rôto đã quy đổi về stato. S: Hệ số trợt của động cơ. ( ) 1 1 =S Trang 4 : Tốc độ gốc của động cơ. 1 : Tốc độ đồng bộ. Phơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ: + + = 2 2 2 11 2 2 1 3 nm ' ' , f X S R R S R .U M Từ các phơng trình trên ta vẽ đợc đờng đặc tính của động cơ không đồng bộ với các giá trị tới hạn: )XRR(. U. M nm f th 22 111 2 2 3 + = 22 1 2 nm th XR 'R s + = ,S 1 s t M th TN(R f = 0) NT(R f 0) M õm M Hỗnh 1.1. ỷc tờnh cồ cuớa õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ = f(M) trong Trang 5 II. KhởI Động Động cơ Vấn đề cơ bản khi mở máy động cơ không đồng bộ l độ lớn của dòng điện mở máy. Đối với động cơ mômen mở máy phải lớn hơn mômen cản trên trục động cơ, mômen mở máy cng lớn thì thời gian mở máy cng ngắn. Ngoi ra đối với lới điện thì dòng mở máy cng nhỏ cng tốt. Khi mở máy tốc độ của động cơ tăng dần nên phơng trình chuyển động của động cơ l: Từ đê ta thấy để mở máy nhanh thì J phải nhỏ v M-Mc phải lớn, dòng mở máy đợc xác định nh sau: dt d JMM c = ()( ) 2 21 2 21 1 xxrr U I m +++ = 1. Mở máy trực tiếp: Phơng pháp ny đợc thực hiện bằng cách nối động cơ trực tiếp vo lới điện, nó có u điểm l đơn giản, mômen mở máy lớn, thời gian mở máy nhỏ nhng dòng mở máy lớn, nếu tải tăng thì thời gian mở máy kéo di v động cơ bị nóng lên. Phơng pháp ny chỉ áp dụng cho các động cơ có công suất nhỏ. 2. Mở máy bằng cách giảm điện áp đa vo động cơ: a. Dùng cuộn kháng:(Sơ đơ mở máy nh hình vẽ 1.2a) Để mở máy trớc hết ta đóng cầu dao D 1 . Lúc ny động cơ đợc nối nối tiếp với cuộn kháng v điện áp trên stato giảm đi, trên dây quấn stato có điện áp: U min =K.U đm <U đm (K<1) Do vậy dòng mở máy giảm đi, khi tốc độ tăng lên đến một giá trị no đó ta đóng cầu dao D2 động cơ đợc nối trực tiếp vo lới điện với U = U đm . Ta gọi dòng điện v mômen mở máy khi mở máy trực tiếp l I mm , M mm v khi mở máy qua cuộn kháng l: I mm v M mm Nh vậy: I mm = K.I mm ; M mm = K 2 .M mm Phơng pháp ny có nhợc điểm l mômen mở máy giảm đi nhiều, thừơng mở máy cho động cơ có M c < M đm. b. Dùng biến áp tự ngẫu: (Sơ đồ mở máy nh hình vẽ 1.2b) Khi mở máy trớc hết ta đóng cầu dao D1 v D3 lúc ny động cơ đợc cung cấp điện áp U mm =K t .U đm <U đm do đó dòng mở máy giảm đi, khi tốc độ quay đạt đến giá trị no đó ta cắt cầu dao D3 v đóng cầu dao D2 khi ny động Trang 6 cơ đợc nối trực tiếp vo lới điện v lm việc với U=U đm Ta có: M mm =K t2 .M mm ; I mm = K t .I mm Dòng điện mở máy m máy biến áp lấy từ lới điện l: I 1 = K t .I mm = K t 2 . I mm Nh vậy dòng mở máy qua máy biến áp tự ngẫu giảm đi K t2 lần so với khi mở máy trực tiếp. Ta thấy dòng điện khi mở máy dùng biến áp tự ngẫu nhỏ hơn dùng cuộn kháng. 3.Đổi nối sang Y: (Sơ đồ mở máy nh hình vẽ 1.2c) K D 1 D 2 K D 1 D 2 D 3 (a ) (b ) D 1 K D 2 Y (c ) Hỗnh 1.2. Caùc sồ õọử mồớ maùy õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ Phơng pháp ny dùng cho động cơ khi bình thờng nối . Khi mở máy ta Trang 7 3 dm mmf U'U 3 1 = đóng cầu dao D2 phía Y. Khi mở máy xong cầu dao D2 đợc đóng sang phía . Đổi nối sang Y nên điện áp trên mỗi pha của động cơ giảm đi lần, do đó dòng điện mở máy giảm, điện áp pha khi mở máy l: 3 3 2 mmmm mm M )( M 'M == Mômen mị máy: Dòng mở máy khi nối Y l: 3 mmf mmfmm I .'I'I = Nếu mở máy trực tiếp nối thì: Do đó: mmfmm I.I3= 3 3 mm mmf mmfmm I I .'I'I == 3 1 = t K Nghĩa l khi đổi nối sang thì dòng mở máy giảm đi 3 lần v mômen mở máy cũng giảm đi 3 lần giống nh ta dùng máy biến áp tự ngẫu với 4. Mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vo mạch Rôtor: Phơng pháp ny dùng cho các động cơ rôtor dây quấn vì ta có thể đa thêm điện trở phụ rf vo mạch rôtor thông qua hệ thống chổi than v vnh trợt. Khi ta thêm điện trở phụ vo mạch rôtor đặc tínhcơ dịch dần qua phải. Mômen mở máy (tơng ứng với hệ số trợt S = 1) tăng lên. Với giá trị xác định của r f ta có đợc M mm = M max . Tốc độ của động cơ tăng dần theo đờng 3. Khi S = S a ta chuyển vị trí con trợt sang vị trí 2. Động cơ chuyển lm việc đến điểm D v tốc độ động cơ tăng theo đờng 2. Khi S = S b ta dịch con trợt đến vị trí 1 tốc độ tăng theo đờng 1. Cuối cùng động cơ lm việc tại điểm C với r f = 0. Phơng pháp ny có u điểm l dòng mở máy nhỏ, mômen mở máy lớn. 1 2 3 D M D C B 1 23 A Trang 8 S S B B B S B A B Hỗnh 1 3 Sồ õọử vaỡ õỷc tờnh mồớ maùy III.HãM ĐộNG CƠ 1. Hãm tái sinh: Hãm tái sinh của động cơ không đồng bộ xảy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ đồng bộ 1 . Khi đang lm việc ở trạng thái động cơ thì từ trờng quay cắt qua các thanh dẫn của dây quấn stato v rôto theo chiều nh nhau nên sức điện động stato E1 v sức điện động rôto E2 trùng pha nhau, còn khi hãm tái sinh E1 vẫn chiều nh cũ, còn sức điện động E2 có chiều ngợc lại vì khi đó > 1 các thanh dẫn Rôto cắt từ trờng quay theo chiều ngợc lại. Dòng điện trong rôto đợc tính: Ta thấy rằng khi chuyển sang hãm tái sinh S < 0 nên chỉ có thnh phần tác dụng của dòng điện rôto đổi chiều, do đó mômen đổi chiều, còn thnh phần phản kháng vẫn giữ chiều nh cũ, ở trạng thái hãm tái sinh động cơ lm việc nh một máy phát điện song song với lới, trả công suất tác dụng về lới còn vẫn tiêu thụ công suất phản kháng. Những động cơ không đồng bộ điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tần số hoặc số đôi cực khi giảm tốc độ thì ta có thể thực hiện hãm tái sinh. () () 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 22 22 2 22 2 2 S.XR S.X.E j S.XR S.R.E S.X.jR E.S S.X.jR E I '' s + + = + = + = 2. Hãm ngợc: Hãm ngợc của động cơ không đồng bộ có hai trờng hợp: a. Hãm ngợc xảy ra khi động cơ đang lm việc ta đóng vo mạch rôto điện trở đủ lớn, với tải thế năng động cơ sẽ lm việc ổn định tại điểm d (hình 1.4) đoạn cd l đoạn đặc tínhhãm ngợc. 0 a b 0 c M C M d Hỗnh 1.4. ỷc tờnh cồ b. Hãm ngợc xảy ra khi động cơ đang lm việc, ta đổi hai trong ba pha điện áp đặt vo stato, động cơ sang lm việc trên đặt tính hãm ngợc bc hoặc bc. Nếu tải có tính phản kháng hệ thống sẽ lm việc ổn định tại d hoặc Trang 9 cuớa õọỹng cồ KB khi haợm ngổồỹc vồùi taới 1 1 1 > + = S thóỳ d. Ta cần chú ý rằng trong cả hai trờng hợp hãm ngợc : Nên dòng điện Rôto có giá trị lớn. Mặt khác vì tần số dòng điện Rôto f 2 = S.f 1 lớn, nên điện kháng X 2 lớn, do đó mômen nhỏ, vì vậy để tăng cờng mome hãm v hạn chế dòng điện Rôto ta cần đa thêm điện trở phụ đủ lớn vo mạch Rôto (đối với động cơ có Rôto dây quấn), điện trở ny có thể xác định ứng với dòng điện hãm ban đầu tại b. 3. Hãm động năng: Phơng pháp hãm động năng động cơ không đồng bộ đợc ứng dụng rộng rãi, nó đợc dùng để dừng nhanh, chính xác một số máy công tác. Hãm động năng động cơ không đồng bộ có thể xảy ra nếu Rôto đang quay, cuộn dây Stato đợc cắt khỏi lới điện xoay chiều ba pha v nối vo nguồn điện một chiều. Nh vậy trong Stato hình thnh một từ tríng đứng yên, từ tríng ny sẽ gây ra trong Rôto đang quay một sức điện động cảm ứng v tạo nên dòng điện. Tác dụng tơng hỗ giữa từ thông đứng yên của stato với dòng điện rôto sinh ra mômen hãm. Động cơ giảm tốc độ dần v đến khi dừng hẳn thì sức điện động, dòng điện v mômen của nó sẽ giảm về không. b' b 0 a c M C M c' d' d Hỗnh 1.5 ỷc tờnh cồ cuớa õọỹn g cồ KB khi haợm ngổồỹc bũng caùch õaớo chióửu quay Rõ rng l khi hãm động năng, động cơ không đồng bộ lm việc ở trạng thái máy phát đồng bộ. FHD Nguọửn mọỹt chióửu I St L HN Starto Roto Vaỡnh trổồỹt Maù y phaùt haợm õọỹn g nn g r KT Trang 10 IV. ĐIềU CHỉNH TốC Độ 1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực từ: Tốc độ động cơ không đồng bộ đợc xác định bởi biểu thức: () s p f n = 1 60 1 Do đó để điều chỉnh tốc độ của động cơ ta có thể dùng phơng pháp thay đổi số đôi cực của động cơ thì tốc độ đồng bộ sẽ thay đổi, do đó tốc độ của rôto sẽ thay đổi theo. Khi ny tốc độ của động cơ sản xuất thay đổi nhảy cấp, thông thờng động cơ đợc chế tạo với hai cấp tốc độ. Để thay đổi số đôi cực của dây quấn stato ngời ta hoặc l đặt một dây quấn lên stato v thay đổi cách nối dây để có số đôi cực khác nhau. Cần chú ý l số đôi cực của dây quấn rôto phải phù hợp với số đôi cực của dây quấn stato. Nh vậy khi đổi nối dây quấn stato để thay đổi số đôi cực đồng thời phải thay đổi cả dây quấn rôto nên kết cấu động cơ phức tạp. Chính vì lí do ny m hầu hết các động cơ có nhiều cấp tốc độ thờng l các động cơ có rôto lồng sóc. 2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp: Khi biến đổi điện áp động cơ không đồng bộ thì mômen tới hạn của nó biến đổi theo, còn độ trợt tới hạn không đổi. Nếu mạch từ máy điện không bão hòa thì mômen tới hạn tỉ lệ với bình phơng điện áp. S 1 S t U 2 U 1 U õm M a.ỷc tờnh cồ Trang 11 khi õióửu M b.ỷc tờnhcồ khi õióửu chốnh õióỷn trồớ õióỷn khaùng S 1 x 1f R 1f Hỗnh 1.7. ỷc tờnh cồ cuớa õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ Khi giảm điện áp, modun độ cứng đặc tính cơ giảm xuống. Ngoi ra, mômen cho phép cũng giảm khi giảm tốc độ (đờng nét đứt). Mômen cho phép đó đợc xác định theo nh điều chỉnh tốc độ bằng cách biến đổi điện trở trong mạch stato hoặc biến đổi điện cảm trong mạch rôto. Để tăng mômen cho phép ở các tốc độ nhỏ, ngời ta nối thêm điện trở phụ vo mạch rôto động cơ. Các đặc tínhcơ trong trờng hợp ny đợc vẽ ở hình 1.7b. Các chỉ tiêu năng lợng khi điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách biến đổi điện áp cũng gần giống nh khi điều chỉnh bằng cách biến đổi điện trở trong mạch stato, nghĩa l hiệu suất v hệ số công suất của thiết bị sẽ giảm xuống khi giảm tốc độ. Ta có thể dùng nhiều thiết bị khác nhau để biến đổi điện áp stato nh l: Biến áp tự ngẫu, điện kháng bão hòa, bộ điều chỉnh điện áp bằng Tirstor Đat. Khi dùng biến áp tự ngẫu, điện áp đợc điều chỉnh do thay đổi hệ số biến áp. Khi có điện áp v điện trở đẳng trị của máy biến áp tự ngẫu đều thay đổi: Điện áp cng giảm điện trở đẳng trị cng tăng. Khi giảm điện áp của stato nhờ biến áp tự ngẫu biến, mômen tới hạn v độ trợt tới hạn đợc giảm đồng thời. Các đặc tínhcơ trong trờng hợp ny đợc trình by nh hình vẽ: KC DAT (a) (b) Hỗnh 1.8. Sồ õọử õióửu chốnh õióỷn aùp starto; a) Bũng maùy bióỳn aùp tổỷ ngỏựu; b) Bũng bọỹ õióửu chốnh Th ristor Trang 12 [...]... vnh trợt của động cơ không đồng bộ đợc đa đến đầu vo của bộ biến đổi BĐ Đầu ra của BĐ có điện áp v tần số bằng trị số của lới điện do đợc nối với lới Tốc độ của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn đợc điều chỉnh bằng cách: thay đổi sức điện động của bộ BĐ nối với BA K mạch rôto, ta sẽ biến đổi đợc dòng điện trong các dây quấn động cơ v do đó L biến đổi đợc mômen v tốc độ động cơ không đồng bộ Để cụ thể... sóng dơng điện áp pha của lới điện Khi biến đổi góc từ 0 đến 1500 điện áp động cơ đợc điều chỉnh từ trị số điện áp lới điện đến 0 1 3 Điều chỉnh công suất trợt: Trong các trờng hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách lm mềm đặc tínhv để nguyên tốc độ không tải lí tởng thì công suất trợt: PS = S.Pđt = MC 1.S đợc tiêu tán trên điện trở mạch rôto ở các hệ thống truyền động công suất lớn,... Ngoi ra, việc đa các mạch hồi tiếp vo hệ thống để nâng cao độ cứng đặc tínhcơ trong trờng hợp ny tơng đối khó khăn Do đó, phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ nhờ biến áp tự ngẫu chỉ đợc thực hiện cho các cơ cấu có phụ tải quạt gió v phạm vi điều chỉnh tốc độ không lớn Khi dùng các van điều chỉnh, điện áp M động cơ đợc điều chỉnh bằng cách biến Hỗnh 1.9 ỷc tờnh đổi góc thông chậm của... Nh vậy nếu cứ s = sth = 1/Tr thì M=Mth Trong trờng hợp ny gọi l luật điều chỉnh sao cho động cơ sinh ra mômen tối đa ứng với giá trị cho trớc của dòng điện trong stato 16 Trang 0 B B Sth=cons t B ISn IS3 M B B B B IS2 B B B IS1 B B Hình 1.14 Đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ với tần số trợt không đổi 17 Trang ... các chỉ tiêu năng lợng của truyền động điện sẽ giảm thấp Việc sử dụng trực tiếp năng lợng trợt của động cơ không đồng bộ l rất khó vì tần số dòng điện rôto khác với tần số lới Vì thế, để vừa điều chỉnh đợc tốc độ truyền động, vừa tận dụng đợc công suất trợt, gọi tắt l các sơ đồ nối tầng Hình vẽ dới đây l một trong các sơ đồ nguyên lí của thiết bị nối tầng v đặc tính cơ điều chỉnh của nó Bọỹ bióỳn... năng quá tải về mômen l không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ Mômen cực đại m động cơ sinh ra đợc chính l mômen tới hạn Mth, khả năng quá tải về mômen đợc quy định bằng hệ số quá tải mômen m (m = Mth/M =const) 14 Trang Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato thì có thể tính đợc mômen tới hạn: U M th = 2 = K m S 2 L2 L R 0 0 S L2 m 2 US 2 Điều kiện giữ khả năng quá tải về mômen không đổi l:... điện động rôto ur đợc chỉnh lu thnh điện áp qua kháng lọc L cấp cho nghịch lu phụ thuộc NL Điện áp AC của NL có biên độ v tần số không đổi do đợc xác định bởi điện áp v tần số của lới điện 4 Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho ĐKB: Khi điều chỉnh tần số ĐKB, thờng kéo theo điều chỉnh cả điện áp, dòng điện hoặc từ thông mạch stato Do tính chất phức tạp của các quá trình điện từ trong động cơ không đồng bộ. .. tínhcơ thống kê của các máy sản xuất có thể viết gần đúng: 0 M C = M Cõm 0 õm X Khi truyền động ổn định, M = Mc nên từ trên ta có: 1+ X 2 1+ X 2 0 U S fs = = f U õm 0 õm sõm b Luật điều chỉnh từ thông: Từ các quan hệ tính mômen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông của máy hoặc từ thông S của stato không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vo tần số, v mômen tới hạn sẽ không. .. tích không sử dụng trực tiếp đợc cho trờng hợp điều chỉnh tần số a Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả năng quá tải: 0õm Uõm; fõm õm M ( ) U; 0 f M M Mõm Mth Mthõm Hỗnh 1.12 ỷc tờnh cồ õióửu chốnh tọỳc õọỹ õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ theo khaớ nng quaù ới óử ọ Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện của động cơ thay đổi Để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh m không lm động cơ bị... không đổi thì vectơ từ thông rôto luôn vuông pha với vectơ dòng điện rôto v do đó mômen điện từ của từ thông hon ton tỉ lệ với biên độ dòng điện rôto IS/ISõm I S/Sõm 0 Hỗnh 1.13 ỷc tờnh õióửu chốnh tổỡ c Luật điều chỉnh tần số trợt không đổi: Nếu ta giữ tần số trợt không đổi 5 = const thì Mômen chỉ còn phụ M = s I s2 3 L2 m 2 R r 1 + ( s Tr )2 thuộc vo Is m không phụ thuộc vo tần số nguồn Đặc tínhM(s) . Ch−¬ng I TæNG QUAN VÒ §éNG C¥ KH¤NG §åNG Bé BA PHA Trang 3 I.GIớI THIệU Về ĐộNG CƠ KHÔNG ĐộNG Bộ BA PHA . So với tất cả các động cơ điện dùng trong. đổi về stato. S: Hệ số trợt của động cơ. ( ) 1 1 =S Trang 4 : Tốc độ gốc của động cơ. 1 : Tốc độ đồng bộ. Phơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng