Đây là phương pháp đơn giản nhất, ch việc đóng điện trực tiếp động cơ vào lưới điện. Khuyết điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn, ảnh
hưởng đến điện áp lưới nhiều. Nếu quán tính của động cơ lớn thì thời gian mở
máy sẽ rất lâu làm chảy cầu chì bảo vệ. Vì thế phương pháp này dùng được khi công suất của nguồn lớn hơn công suất động cơ nhiều.
Hình 3-19: Sơ đồ mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.
3.4.3.2. Giảm điện áp stator khi mở máy
Khi ta mở máy giảm điện áp đặt vào động cơ để làm giảm dòng mở máy thì
cũng làm moment mở máy của động cơ giảm đi rất nhiều, vì thế nó ch được sử
dụng trong những trường hợp không yêu cầu moment mở máy lớn. Có các biện pháp làm giảm điện áp khi mở máy sau:
a)Khởi động dùng điện kháng nối tiếp vào mạch Stator
Điện áp mạng đặt vào động cơ thông qua điện kháng. Sau khi mở máy, tốc
độđộng cơ đã n định thì ta ngắn mạch điện kháng đểđộng cơ làm việc với điện
áp định mức. Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng, điện áp đặt trực tiếp trên stator
động cơ giảm k lần, dòng khởi động sẽ giảm k lần song moment khởi động giảm k2 lần.
Hình 3-20: Sơ đồ mở máy dùng điện kháng nối tiếp vào mạch Stator.
Khi khởi động: CD2 cắt, đóng CD1 để nối dây quấn stator vào lưới điện thông qua điện kháng ĐK, động cơ quay n định, đóng CD2 để ngắn mạch cuộn
điện kháng KĐ, nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới.
Điện áp đặt váo dây quấn stato khởi động là: UK= kU1 (k < 1)
Dòng điện khởi động: I’K= k.IK (3-28) Với IK: dòng khởi động trực tiếp.
Mômen khởi động:
b)Khởi động dùng máy biến áp t ngẫu
Hình 3-21: Sơ đồ mở máy qua biến áp tự ngẫu.
Đóng cầu dao CD3 sang vị trí khởi động, đóng cầu dao CD1 và CD2, điện áp nguồn được đưa vào BATN, động cơ được cấp nguồn từ phía thứ cấp của BATN và bắt đầu khởi động ở điện áp thấp. Khi độn cơ đạt tốc độ n định, đóng
cầu dao CD3 sang vị trí làm việc (LV), ngắt CD2 cắt nguồn ra khỏi BATN, kết thúc quá trình khởi động, động cơ hoạt động trực tiếp với nguồn cấp từ lưới
điện.
Thay đ i vị trí con trượt để khi mở máy điện áp đưa vào động cơ nhỏ, sau
đó dần tăng lên định mức, gọi k là hệ số biến áp tự ngẫu, U1 điện áp pha của lưới
điện, Zn t ng trở động cơ lúc mở máy, điện áp pha đặt vào động cơ lúc mở máy Uđc= .
Dòng điện chạy vào động cơ lúc có MBA:
(3-30)
Dòng điện lưới cung cấp cho động cơ khi có BATN.
Khi mở máy trực tiếp:
So sánh ta thấy, lúc có máy tự biến áp, dòng điện của lưới giảm đi k2 lần,
đây là một ưu điểm so với phương pháp dùng điện kháng. Vì thế phương pháp
dùng máy biến áp tự ngẫu thường được dùng nhiều với những động cơ có công
suất lớn. Nếu lấy từ lưới vào một dòng điện khởi động bằng dòng điện khởi
động, khi dùng điện kháng thì moment khởi động sẽ lớn hơn nhiều, đó là ưu điểm của phương pháp dùng BATN.
Ví dụ 3.4:Động cơ KĐB ba pha khởi động bằng BATN có: UKĐ = 0,8Uđm.
I’KĐ = (0,8)2IKĐ = 0,64IKĐ
M’KĐ = (0,8)2MKĐ = 0,64MKĐ
Trong đó: IKĐ, MKĐlà dòng điện và moment khi khởi động trực tiếp.
I’KĐ, M’KĐlà dòng điện và moment khi khởi động dùng BATN.
c) Khởi động b ng cách đổi nối sao – tam giác
Hình 3-22: Sơ đồ mởmáy đổi nối YΔ
•Phương pháp này ch áp dụng với động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato nối tam giác.
• Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp đặt vào mỗi pha giảm lần, sau khi mởmáy ta đ i nối lại thành tam giác như đúng quy định của máy.
Dòng điện dây khi nối tam giác:
√
√ (3-32)
Dòng điện dây khi nối hình sao: √ √ (3-33) Ta có: √ √ (3-34)
Còn moment khởi động của động cơ Mkđ giảm 3 lần.
Qua các phương pháp chúng ta đều thấy momen mở máy giảm xuống nhiều. Để khắc phục điều này, người ta chế tạo loại động cơ lồng sóc kép và loại
động cơ rãnh sâu có đặc tính mở máy tốt.
3.4.4. Mở máy động cơ KĐ rotor dây quấn
Mở máy bằng cách đưa điện trở phụ vào rotor.
Hình 3-23: Sơ đồ khởi động động cơ KĐB 3 pha rotor dây quấn dùng điện trở
Phương pháp này ch dùng với động cơ rotor dây quấn vì đặc điểm của
động cơ này co thể thêm điện trở vào rotor. Khi điện trở rotor thay đ i thì M =
f s cũng thay đ i. Ta điều ch nh điện trở rotor thích hợp thì sẽ được trạng thái mởmáy l tưởng.
Khi mở máy, dây quấn rotor sẽ được nối với biến trở mở máy. Đầu tiên để
biến trở lớn nhất sau đó giảm dần về 0.
Muốn moment mở máy cực đại, hệ sốtrượt tới hạn phải bằng 1.
(3-35)
là điện trở mởmáy qui đ i mắc vào rotor. Từđó xác định được điện trở R’m cần thiết. Khi có R’m dòng điện mở máy là:
√ (3-36)
Moment mở máy là:
[ ] (3-37)
Như vậy, nhờ có Rm mà dòng điện mở máy giảm xuống còn moment mở máy tăng, đó chình là ưu điểm lớn nhất của động cơ KĐB rotor dây quấn.
3.5. Động cơđiện vạn năng 3.5.1. Khái niệm 3.5.1. Khái niệm
Động cơ điện vạn năng là loại động cơ có thể làm việc với nguồn cung cấp là nguồn điện một chiều hay nguồn điện xoay chiều, nhưng tốc độ động cơ khi
làm việc trong hai loại nguồn này hầu như không thay đ i.
Động cơ điện van năng là loại động cơ có đặc điểm đạt được mô men mở
máy lớn so với các loại động cơ khác có cùng công suất, dễ dàng điều ch nh tốc
độ. Tuy nhiên, động cơ sẽ đạt tốc độ khá cao khi làm việc không tải và có thể gây hư hỏng cho dây quấn rô to dưới tác dụng của lực ly tâm do đó động cơ vạn
năng thường được lắp đặt với hệ thống cơ khí truyền động. Như vậy động cơ
vạn năng luôn luôn khởi động trong điều kiện có tải, về mặt thiết kế chế tạo, để
giảm các ảnh hưởng xấu gây ra do phản ứng phần ứng và quá trình đ i chiều
dòng điện cần thiết kế điện áp giữa các phiến góp liên tiếp trên c góp có giá trị
nhỏ.
Hình 3-24: Động cơ vạn năng.
3.5.2. Cấu tạo
a)Stator (phần cảm)
Vỏ: là một ống thép được gia công mặt trong, bên trong có gắn các khối cực từ để giữ các cuộn dây kích thích (thường có từ 2- 4 khối cực từ) trên vỏ có gắn các cọc nối dây cách điện để dẫn điện từ nguồn vào stator
Cực từ: được chế tạo bằng thép ít cacbon để có đặc tính dẫn từ tốt và được bắt vào trong thân bằng các vít đặc biệt.
Cuộn dây kích thích: có nhiệm vụ tạo từ trường chính xác cho các khối cực,
được quấn bằng dây đồng dẹp hoặc tròn có tiết diện lớn xung quanh các khối cực từ khoản 4 – 10 vòng. Phần này là cuộn dây kích thích nối tiếp còn cuộn dây kích thích song song có tiết diện dây nhỏ, quấn nhiều vòng để đảm bảo cường độ từ cảm trên các cực từ là như nhau. Dây kích thích phải lớn vì khi máy khởi động làm việc thì dòng điện tiêu thụ rất lớn (200 –
800)A và có thể lớn hơn nữa. Các cuộn dây kích thích kề nhau được quấn
ngược chiều để tuần tự tạo ra các cực Bắc – Nam khác nhau tác dụng lên thân máy, có nhiệm vụ làm cầu nối liên lạc mạch từ giữa các khối cực.
Hình 3-26: Kiểu quấn ngược chiều dây của dây quấn kích thích.
Ở các máy khởi động có công suất nhỏ thì các cuộn dây được đấu nối tiếp, còn ở máy khởi động có công suất lớn và trung bình các cuộn dây đấu song song - nối tiếp.
b)Rô to (Phần ứng)
Rô to động cơ điện vạn năng: Được chế tạo bằng một khối thép từ gồm các lá thép kỹ thuật điện dày từ (0,35 – 0,5)mm, có hình dạng đặc biệt được ép lên trục rotor. Phía bên ngoài có xẻ nhiều rãnh dọc để quấn dây. Rotor được đỡ trên 2 bạc thau và quay bên trong các khối cực của stator với khe hở ít nhất để giảm bớt tốn hao năng lượng từtrường.
- Khung dây phần ứng: Dây quấn trong rotor động cơ điện vạn năng là các dây đồng có tiết diện hình chữ nhật hoặc tròn. Mỗi rãnh thường có 2 dây và quấn sóng, các dây quấn được cách điện với lõi của rotor, các đầu dây của các
khung dây được hàn vào các lá góp bằng thau của c góp.
Hình 3-27: Cấu tạo stator và rotor động cơ vạn năng.
- C góp điện: gồm nhiều lá góp bằng thau, ghép quanh trục, giữa các lá
góp được cách điện với nhau và cách điện với trục bằng mica.
Hình 3-28: Cổ góp và khung dây phần ứng.
- Nắp và giá đỡ ch i than: Thường được đúc bằng gang hoặc nhôm, bên
trong có đóng các bạc thau để lắp với trục rotor, ngoài ra còn có các chốt định vị đểráp đúng vào vị trí của thân động cơ.
+ Nắp phía bánh răng: được gia công lỗđể gắn cần điều khiển khớp truyền
động, vị trí lắp rơle gài khớp, các lỗbulông để lắp vào vỏ bọc bánh đà của động
cơ.
+ Nắp phía c góp điện: còn là nơi gắn các giá đỡ ch i than và lò xo. Lò xo luôn ấn ch i than tỳ vào c góp điện dúng với lực ép cần thiết để dẫn điện vào cuộn dây rotor.
- Ch i than: ch i than được chế tạo bằng bột than, bột đồng với thiếc, đồng với graphit được đúc ép thành khối với áp suất cao nhằm làm giảm điện trở
riêng và mức mài mòn của ch i than. Các ch i than điện được dính liền với dây dẫn điện. Đối với động cơ vạn năng thường dùng 4 hoặc 2 ch i than điện, ch i
than điện được cách điện với thân máy của động cơ.
3.5.3. Nguy n lý làm việc
Động cơ vạn năng có các đường thẳng (trục đặc biệt trong kết cấu của
động cơ như sau:
Đường thẳng đi qua giữa hai mặt cực từ của Stato, gọi là trục cực từ của Stato.
Đường thẳng vuông góc với trục cực từ của Stato một góc 90o điện, được gọi là đường trung tính hình học.
Đường thẳng đi qua hai trục của ch i than, gọi là trục ch i than.
Hình 3-29: Kết cấu động cơ vạn năng.
Khi cho dòng điện xoay chiều vào động cơ do tác dụng của từ trường phần cảm lên cuộn dây phần ứng sinh ra một lực điện từ làm cho rô to quay. Khi
dòng điện đ i chiều ở bán kỳ âm, ngay lúc đó chiều của từ trường phần cảm cũng đ i chiều nên lực tác dụng lên rotor vẫn không đ i chiều vì thế động cơ vẫn quay được liên tục theo một chiều nhất định.
Hình 3-30: Nguyên lý động cơ vạn năng khi hoạt động với dòng xoay chiều.
Khi nối vào nguồn điện một chiều. Dòng điện trong dây quấn phần ứng và từ trường phần cảm tác dụng tương hỗ nhau, tạo thành lực điện từ, mô men quay làm quay rô to. Nhờ có vành đ i chiều nên dòng điện một chiều được nghịch lưu thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng. Do đó, tại bất kỳ thời điểm nào lực tác dụng lên dây quấn phần ứng cũng đều theo một chiều nhất định làm cho quay theo một chiều cốđịnh.
Hình 3-31: Nguyên lý động cơ vạn năng khi hoạt động với dòng một chiều.
Khi rotor (phần ứng động cơ quay, trong dây quấn phần ứng có một sức
điện vào phần ứng, nên sức điện động này được gọi là sức phản điện. Dòng điện trong dây quấn phần ứng khi động cơ làm việc n định là: I = E = U – I.r
Do đặc điểm của động cơ điện vạn năng như trên, nên được gọi là động cơ điện vạn năng. Vì nó sử dụng được cảhai dòng điện một chiều và xoay chiều.
3.5.4. Phƣơng pháp mở máy động cơ điện vạn năng 3.5.4.1. Điều kiện moment đạt c c đại
Khi đặt một khung dây dẫn có dòng điện I đi qua trong từ trường, tuỳ theo vị trí của khung dây so với phương của đường sức từ trường ta có ba dạng khác nhau cho ba dạng moment hình thành trên khung dây:
Vị trí chết, moment quay trên khung dây bằng không. Vị trí tạo moment quay trên khung dây.
Vị trí tạo moment cực đại trên khung dây. Vị trí chết của khung dây
Với khung dây đơn giản vị trí chết xảy ra khi mặt phẳng cuộn dây cho từ
thông qua bé nhất. Lúc đó, lực từ hình thành trên hai thanh dẫn có khuynh
hướng kéo làm méo dạng khung dây, chứ không hình thành moment quay.
Hình 3-32: Trục phân dòng trùng với trục cực từ (M=0)
Nhận xét: gọi trục phân dòng chia 2 nhóm cạnh tác dụng có dòng điện đi qua ngược hướng nhau, được tách thành hai nhóm riêng biệt nằm trên mỗi nửa mặt phẳng thì khi trục phân chia dòng điện trùng với trục cực từ stator hay thẳng góc với đường trung tính hình học thì động cơ đang ở vị trí chết.
Vị trí tạo moment quay trên khung dây
Động cơ ở vị trí tạo moment quay (chưa đạt cực đại) khung dây dẫn đặt ở
vị trí cho đường sức từ qua khung dây (phương của đường sức từ hợp với pháp tuyến khung dây một góc ) lực điện từ tạo nên trên hai thanh dẫn của khung dây tạo thành moment quay nhưng chưa đạt cực đại.
Hình 3-33: Trục phân dòng không trùng với trục cực từ (M 0).
Nhận xét: khi trục phân dòng không trùng với trục cực từ và không trùng với đường trung tính hình học thì rotor đang ở vị trí quay nhưng chưa đạt moment cực đại.
Vị trí tạo moment c c đại trên khung dây
Ta thực hiện vịtrí đặt mặt phẳng khung dây để có được moment quay tối
đa, lúc đó đường sức từ vuông góc mặt phẳng khung dây.
Hình 3-34: Trục phân dòng trùng với đường trung tính hình học (M = Mmax).
Tóm lại: khi trục phân dòng trùng với đường trung tính hình học hay thẳng góc với trục cực từ stator, thì đạt được moment cực đại trên rotor.
3.5.4.2. Mở máy động cơ điện vạn năng a)Khởi động tr c tiếp
Phương trình cân bằng điện áp ở mạch phần ứng là:
U = Eư + Rư.Iư (3-38)
Khi mở máy, tốc độ n = 0, sức phản điện Eư = kE.n. = 0. Dòng điện lúc mở
máy là:
Iưmm = (3-39)
Vì Rư rất nhỏ nên Iưmm rất lớn khoảng 20 30 lần Iđm dễ làm hỏng c góp, ch i than và ảnh hưởng đến lưới điện. Phương pháp này ch cho phép khởi động
các động cơ có công suất nhỏhơn 2kW.
Để giảm dòng mở máy, Imm = (1,5 2)Iđm, ta dùng các biện pháp sau:
b)Dùng biến trở mở máy
Mắc biến trở nối tiếp vào mạch phần ứng, dòng khởi động lúc mở máy là:
(3-40)
Hình 3-35: Sơ đồ mở máy động cơ điện vạn năng.
Lúc đầu để biến trở khởi động Rmm ở vị trí lớn nhất, trong quá trình khởi
động tốc độ tăng lên, sức phản điện động phần ứng Eưtăng lên và giảm dần Rmm về không, động cơ làm việc với điện áp định mức.
c) Giảm điện áp đặt vào phần ứng
Phương pháp này được sử dụng khi có nguồn một chiều có thể điều ch nh
được điện áp. Ví dụ trong hệ thống T - Đ (thyristor - động cơ đang sử dụng ph biến.
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 3
1. Trình bày cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha, phân biệt vai trò và công dụng của rotor lồng sóc và rotor dây quấn.