Sau khi rôto quay để giữ một mômen điện từ nhất định trong quá trình khởi động ta cắt dần điện trở nối thêm vào mạch rôto làm cho quá trình tăng tốc động cơ từ đặc tính nầy sang đặc tính[r]
(1)1 Đại Học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách Khoa Khoa Điện - Nhóm Chuyên môn Điện Công Nghiệp Giaïo trçnh Biãn soản: MÁY ĐIỆN Bùi Tấn Lợi Chæång 15 KHỞI ĐỘNG VAÌ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 14.1 KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Phương trình cân mômen quá trình khởi động: M − Mc = J dΩ dt âoï: M : Mômen điện từ động điện: f1(Ω) MC : Mämen caín cuía taíi: f2(Ω) J : Mämen quaïn tênh Ta thấy: + Tăng tốc độ thuận lợi dΩ/dt > → M > MC + (M - MC) càng lớn thì tốc độ tăng càng nhanh + Máy có quán tính lớn thì thời gian khởi động tk lâu Dòng điện khởi động Ik : khởi động Ω = , s = nên : U1 Ik = ( r1 + C1r2' ) + (x + C1x '2 ) Thường thì : Ik = (4÷7)Iđm ứng với Uđm Mômen khởi động Mk : m1 U12 r2' Mk = × Ω1 ( r1 + C1 r2' ) + (x + C1x '2 ) Yêu cầu khởi động động : • Mômen Mk phải lớn để thích ứng với đặc tính tải • Dòng Ik càng nhỏ càng tốt để không ảnh hưởng đến các phụ tải khác • Thời gian tk cần nhanh để máy có thể làm việc • Thiết bị khởi động đơn giản, rẻ tiền, tin cậy và ít tốn lượng Những yêu cầu trên là trái ngược nhau, vì tùy theo yêu cầu sử dụng và công suất lưới điện mà ta chọn phương pháp khởi động thích hợp (2) 14.1.1 Khởi động trực tiếp Trên hình 14.1 là sơ đồ nối dây khởi động trực tiếp động không đồng Đóng cầu dao CD nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới, động quay Ưu điểm phương pháp này: + Thiết bị khởi động đơn giản + Mômen khởi động Mk lớn, U1 + Thời gian khởi động tk nhỏ Khuyết điểm phương pháp này là dòng CD điện khởi động Ik lớn làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác Do phương pháp nầy dùng cho động công suất nhỏ và công suất ÂC nguồn lớn nhiều lần công suất động Hình 16-1 Khởi động trực tiếp cå 14.1.2 Khởi động cách giảm điện áp đặt vào dây quấn stato Các phương pháp sau đây nhằm mục đích giảm dòng điện khởi động Ik Nhưng giảm điện áp khởi động thì mômen khởi động giảm theo Khởi động dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stato: Trên hình 14.2 là sơ đồ nối dây khởi động động không đồng bô dùng cuộn kháng CKü Khi khởi động : CD2 cắt, đóng CD1 để nối dây quấn stato vào lưới điện thông qua CK, động quay ổn định, đóng CD2 để ngắn mạch điện kháng, nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới Điện áp đặt vào dây quấn stato kđ: (k < 1) U’k= kU1 Đòng điện khởi động: I’k= kIk Với Ik: dòng khởi động trực tiếp với U1 Mômen khởi động: U1 CD1 CK CD2 ÂC Hình 14 Khởi động dùng điện Mk= k2Mk Khởi động dùng mba tự ngẫu: Trên hình 14.3 là sơ đồ nối dây khởi động động không đồng dùng máy biến áp tự ngẫu (MBA TN) Trước 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 dây (3) quấn stato vào lưới điện thông qua MBA TN, động quay ổn định, cắt CD3, đoúng CD2 để ngắn mạch MBA TN, nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới Khi khởi động, động cấp điện: U1 (k < 1) Uk= kT U1 Lúc đó dòng điện khởi động: CD1 I’k= kT Ik với Ik: dòng khởi động trực tiếp Dòng điện MBATN nhận từ lưới điện: CD2 I1 = kTI’k = k2TIk TN Mômen khởi động: M’k= k2T Mk ÂC Hình 14.3 Khởi động dùng MBA TN CD3 Khởi động cách đổi nối Y→ Δ: Trên hình 14.4 là sơ đồ nối dây khởi động cách đổi nối Y sang Δ động không đồng Phương pháp này dùng cho động lúc máy làm việc bình thường nối Δ, khởi động nối Y, sau tốc độ quay gần ổn định chuyển nối Δ để làm việc Điện áp pha khởi động: U1 U 'kf = Uk CD1 Dòng điện khởi động nối Y: I kY = I 'kf = I kf CD2 Dòng điện khởi động trực tiếp: I kΔ = 3I kf Δ ÂC I kΔ 3I kf = =3 I kf I kY Mômen khởi động Mk giảm lần Ta coï: Y Hình 14 Khởi động đổi nối Y→ Δ 14.1.3 Khởi động cách thêm Rp vào mạch rôto dây quấn: Phương pháp nầy dùng cho động rôto dây quấn vì đặc điểm loại động này là có thể thêm điện trở phụ vào mạch rôto Khi điện trở rôto thay (4) đổi thì đặc tính M = f(s) thay đổi theo Khi điều chỉnh điện trở mạch rôto thích đáng thì Mk = Mmax (đường 3) Sau rôto quay để giữ mômen điện từ định quá trình khởi động ta cắt dần điện trở nối thêm vào mạch rôto làm cho quá trình tăng tốc động từ đặc tính nầy sang đặc tính khác và sau cắt toàn điện trở thì tăng tốc đến điểm làm việc đặc tính tự nhiên M U1 r2 r2+ rp2 r2+ rp2+rp1 CD1 ÂC K2 s rp2 (b) K1 rp1 (a) Hình 14 Khởi động động rôto dây quấn a) Sơ đồkhởi động; b) Đặc tính khởi động Ưu điểm phương pháp nầy là Mk lớn còn dòng điện khởi động IK nhỏ Nhược điểm phương pháp nầy là động rôto dây quấn chế tạo phức tạp rôto lồng sóc nên giá thành đắt hơn, bảo quản khó khăn và hiệu suất thấp 14.2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Trước đây, có yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao thường dùng động điện chiều Nhưng ngày nhờ kỹ thuật điện tử phát triễn nên việc điều chỉnh tốc độ động không đồng không gặp khó khăn với yêu cầu phạm vi điều chỉnh, độ phẳng điều chỉnh và lượng tiêu thụ Ta thấy các phương pháp điều chỉnh chủ yếu có thể thực : + Trên stato : Thay đổi điện áp U đưa vào dây quấn stato, thay đổi số đôi cực từ p dây quấn stato và thay đổi tần số f nguồn điện + Trên rôto : Thay đổi điện trở rôto, nối cấp đưa sđđ phụ vào rôto 14.2.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp Ta đã biết, hệ số trượt tới hạn sm không phụ thuộc vào điện áp Theo (14.40) và (14.43), r’2 không đổi thì giảm điện áp nguồn U1, hệ số trượt tới hạn sm không đổi còn Mmax giảm tỉ lệ với U12 Vậy họ đặc tính thay đổi hình (14.7) làm cho tốc độ thay đổi theo Phương pháp nầy thực máy mang tải, còn máy không tải giảm điện áp nguồn, tốc độ gần không đổi (5) B A n C MC nm < U1 < U2 U3 M ÂC (a) (b) Hình 14.6 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp nguồn điện a) Sơ đồ mạch động lực; b) Đặc tính với các U khác 14.2.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số Với điều kiện lực quá tải không đổi, có thể tìm quan hệ điện áp U1, tần số f1 và mômen M Trong công thức mômen cực đại, bỏ qua điện trở r1 thì mômen cực đại có thể viết thành : M max U12 =C ; f1 Trong đó C là hệ số n Invertor (dc - ac) IM f giaím → Rectifier (ac- dc) MC 3φ V control f control M (a) (b) Hình 14.7 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số nguồn điện a) Sơ đồ khối; b) Đặc tính U1/f không đổi Giả thiết U’1 và M’ là điện áp và mômen lúc tần số f1’, vào điều kiện lực quá tải không đổi, ta có : (6) M'max M max = M' M M ' M ' max U1'2 f12 = = M M max U12 f1'2 hay U1' f1 ' M ' = U1 f1 M Do âoï ta coï: Trong thực tế ứng dụng, thường yêu cầu mômen không đổi, nên ta có : U1' f1 ' = U1 f1 U1 = const f1 hay Trường hợp yêu cầu công suất Pcơ không đổi, nghĩa là mômen tỉ lệ nghịch với tần số, ta có : M1' f1 = ; M1 f1' Thế vào trên ta : U1' f' = f1 U1 Tóm lại, thay đổi tần số f1, ta phải đồng thời thay đổi U1 đưa vào động Trường hợp U1/f = Cte và tần số giảm có đặc tính hình 14.7b, cách điều chỉnh này có các đặc tính thích hợp với loại tải cần MC = Cte vận tốc thay đổi 14.2.3 Điều chỉnh tốc độ cách điều chỉnh điện trở rôto Thay đổi điện trở dây quấn rôto, cách mắc thêm biến trở ba pha vào mạch rôto động rôto dây quấn hình 14.15a Do biến trở điều chỉnh phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn biến trở khởi động Họ đặc tính ĐK rôto dây quấn dùng biến trở điều chỉnh tốc độ trên hình 14.15b Khi tăng điện trở, tốc độ quay động giảm Tần số đóng cắt và điện trở tương đương mạch BĐX : f= 1 = ; t1 + t T R C = R1 t1 t = R 1 = R 1ρ t1 + t T Phương pháp nầy gây tổn hao biến trở nên làm hiệu suất động giảm Tuy vậy, đây là phương pháp khá đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục phạm vi tương đối rộng nên dùng nhiều các động công suất cở trung bçnh (7) M U1 r2 CD1 r2+ rp1 r2+ rp2+rp1 IM s rp s1 s2 s3 s4 s5 (b) (a) 3φ Id Rcå + UC IM R − (c) 3φ Id Tach IM Rcå + UC R − (d) n n* Σ + − + Id α Σ Hình 14.8 Điều chỉnh tốc độ động rôto dây quấn dùng điện trở a) Sơ đồ điều chỉnh; b) Đặc tính; c Sơ đồ mạch hở; d Sơ đồ mạch kín 14.2.4 Điều chỉnh tốc độ cách nối cấp trả lượng nguồn Năng lượng trượt tần số f2 = sf1 lẽ tiêu hao trên điện trở phụ chỉnh lưu thành lượng chiều (hình 15.9), sau đó qua nghịch lưu biến đổi thành lượng xoay chiều tần số f trả nguồn Quan hệ hệ số trượt s và góc mở α thyristor : • Điện áp chỉnh lưu cầu ba pha : U C = 1,35 s K D U • Điện áp nghịch cầu : U N = 1,35 K B U cos α W2 k dq ; sKDU: điện áp rôto; KB : tỉ số biến áp Với K D = W1k dq1 (8) U CD1 BA ÂC Bäü CL Bäü NL UCL (a) UNL 3φ Id (b) Tach + + UCL IM UNL − − n n* Σ + − − + Id α Σ Hình 14.9 Điều chỉnh tốc độ ĐC cách trả lượng nguồn a Sơ đồ mạch hở; b Sơ đồ mạch kín Vậy, từ các công thức trên ta có: s=− KB cos α KD với 900 < α < 1800 nên cosα < ]R R^ (9)