Khởi động, đảo chiều quay động cơ

1 .Máy biến áp

3. Động cơ điện xoay chiều KĐB ba pha

3.3. Khởi động, đảo chiều quay động cơ

3.3.1. Khởi động động cơ

3.3.1.1. Khởi động động cơ 3 pha qua cuộn kháng

a. Sơ đồ mạch động lực

Hình 1.27. Sơ đồ mạch động lực

Nêu nguyên lý hoạt động của mạch động lực:

Khi tiếp điểm chính K1 đóng thì động cơ khởi động qua cuộn kháng, một thời sau, khi tốc độ gần đạt tốc độ định mức thì tiếp điểm chính K2 đóng lại, động cơ hoạt động trực tiếp khơng qua cuộn kháng nữa.

Hình 1.28. Mạch điều khiển khởi độngđộng cơ qua cuộn kháng

c. Nguyên lý hoạt động

Nhấn nút ON, cuộn dây cơngtăctơ K1 có điện, đóng tiếp điểm K1(3-5) tự giữ, đóng tiếp điểm chính K1 ở mạch động lực, động cơ khởi động qua cuộn kháng.

Đồng thời lúc đó Timer T cũng có điện. Sau thời gian T đóng tiếp tiếp điểm T(5-7), cơng tăctơ K2 có điện, đóng tiếp điểm chính K2 ở mạch động lực, loại bỏ cuộn kháng, động cơ hoạt động trực tiếp với nguồn

3.3.1.2 Mở máy động cơ 3 pha bằng phương pháp đổi nối sao- tam giác

a. Sơ đồ mạch động lực

Hình 1.29. Mạch động lực khởi động động cơ 3 pha đổi nối sao tam giác

Hình 1.30. Mạch điều khiển động động cơ 3 pha đổi nối sao tam giác không dùng nút nhấn kép

c. Nguyên lý hoạt động

Khi nhấn nút ON cơngtăctơ KY có điện, KY có điện đóng tiếp điểm thường hở KY (5-11), cơngtăctơ K có điện, đóng tiếp điểm K (3-11) tự giữ. Đóng các tiếp điểm chính ở mạch động lực, động cơ hoạt động theo cách nối sao.

Khi muốn chuyển sang chế độ nối tam giác, ta nhấn OFF2, côngtăctơ KY mất điện. Lúc này cơngtăctơ K vẫn có điện vì có tiếp điểm thường hở K (3-11). Khi côngtăctơ KY mất điện nó trả tiếp điểm thường kín KY (11-13) về trạng thái thường kín, cơngtăctơ Kcó điện, động cơ hoạt động theo cách nối tam giác.

Khi quá tải trong thời gian cho phép relay nhiệt RN tác động mở tiếp điểm (2-4), cơngtăctơ K mất điện, nhả tiếp điểm chính ở mạch động lực K, động cơ mất điện.

3.3.1.3. Mở máy bằng biến áp tự ngẫu a. Sơ đồ mạch điện

Hình 1.31 Sơ đồ nguyên lý mở máy

b. Nguyên lý hoạt động:

- Khởi động: Điều chỉnh con trượt ở vị trí tương ứng với tải. Đóng cầu dao CD3, CD1 (CD2 mở), Động cơ được khởi động với điện áp thấp hơn ddiwwnj áp định mức, tốc độ động cơ tăng dần, ta điều chỉnh dần con trượt lên trên. Khi tốc độ động cơ

đạt định mức thì đóng cầu dao CD2 ngát cầu dao CD3 để ngắt biến áp ra khỏi mạch (biến áp nghỉ ngơi để chuẩn bị cho hoạt động tiếp theo)

- Dừng: Ngắt cầu dao CD1, động cơ mất điện.

3.3.2. Đảo chiều quay động cơ

Đối với động cơ điện 3P: Theo nguyên tắc chung, chúng ta chỉ cần đảo 2 trong 3 pha thì động cơ sẽ tự động quay theo chiều ngược lại. Đánh dấu các pha theo thứ tự ban đầu từ 1 – 2 – 3 (từ trái sang phải) sau đó hãy giữ nguyên 1 và đảo 2 qua 3, đồng thời 3 qua 2 => Sau khi đảo chiều, thứ tự dây sẽ là: 1 – 3 – 2. Sơ đồ nguyên lý đảo chiều quay động cơ điện không đồng bộ ba pha được biểu diễn trên hình 1.32.

Hình 1.32. Sơ đồ đảo chiều quay động cơ khơng địng bộ ba pha

3.4. Phươg pháp đấu dây

Động cơ điện khơng đồng bộ ba pha có hai cách đầu dây cơ bản:

3.4.1. Đấu dây hình sao (Y)

Việc đấu dây động cơ không đồng bộ ba pha theo sơ đồ hình Y được thực hiện khi điện áp định mức của dây quấn mỗi pha của động cơ bằng điện áp pha của nguồn điện ba pha. Với sơ đồ này chúng ta có:

f

d U

U  3 và Id  If

Thực hiện bằng cách đấu ba đầu cuối X, Y, Z của ba cuộn dây của động cơ với nhau và đấu ba đầu đầu A, B và C vào các pha của lưới điện chúng ta sẽ có sơ đồ đấu động cơ hình sao (Hình 1.33, a)

a, Đấu sao b, Đấu tam giác

Hình 1.33. Sơ đồ đấu dây động cơ không đồng bộ ba pha

3.4.2. Đấu dây hình tam giác (∆)

Việc đấu dây động cơ không đồng bộ ba pha theo sơ đồ hình ∆ được thực hiện khi điện áp định mức của dây quấn mỗi pha của động cơ bằng điện áp dây của nguồn điện ba pha. Với sơ đồ này chúng ta có:

f

d U

U  và Id  3If

Thực hiện bằng cách đấuđầu cuối cuộn dây pha A (đầu X) với đầu đầu cuộn dây pha B (đầu B), đầu cuối cuộn dây pha B (đầu Y) với đầu đầu cuộn dây pha C (đầu C) và đấu đầu cuối cuộn dây pha C (đầu Z) với đầu đầu cuộn dây pha A (đầu A). Sơ đồ đấu đấu hình tam giác biểu diễn trên hình 1.33,b.

3.5. Thông số kỹ thuật3.5.1. Điện áp định mức (Uđm) 3.5.1. Điện áp định mức (Uđm)

Trên Catalog của các động cơ điện nhà chế tạo thường cho biết các tham số định mức về điện áp của cuộn dây tương ứng với cách đấu dây động cơ. Ví dụ:

Uđm : Y/∆ : 220/380 V có nghĩa điện áp định mức của cuộn dây Stator của động cơ là 220 V. Nếu lưới điện 220/380 V thơng dụng thì động cơ này phải đấu hình Y, khi dùng với lưới điện 127/220 V thì động cơ này phải đấu tam giác. Còn nếu ghi Uđm : Y/∆ : 380/660 V thì hiểu rằng điện áp định mức của cuộn dây Stator là 380 V nên khi đấu vào mạng 220/380V thì bắt buộc phải đấu tam giác cịn nếu lưới điện 380/660 V thì phải đấu hình Y.

3.5.2. Dòng điện định mức (Iđm)

Là giá trị dòng điện dây định mức của cuộn dây động cơ. Tùy thuộc vào cách đấu dây động cơ mà dịng điện có giá trị khác nhau.

Khi đấu dây hình sao có Id  If cịn khi đấu tam giác có Id  3If

3.5.3. Công suất định mức (Pđm)

Công suất định mức của động cơ là công suất cơ sản sinh ra trên đầu trục động cơ, được tính bằng kW hoặc bằng sức ngựa (HP).

Để tính tốn cơng suất điện tiêu thụ, trong tính tốn bắt buộc phải lấy cơng suất của động cơ chia cho hiệu suất (ηđm)

Pđ = Pđm /η trong đó: Pđ – cơng suất điện mà động cơ tiêu thụ, kW; Pđm –công suất định mức của động cơ, kW.

3.5.4. Hiệu suất định mức của động cơ

Trong quá trình làm việc khi năng lượng điện được đưa vào cuộn Stator của động cơ chuyển thành năng lượng từ khép vòng sang cuộn dây Roto làm roto quay và tạo nên cơ năng trên trục động cơ. Trong quá trình biến đổi năng lượng sẽ xuất hiện các tổn hao trên các bộ phận:

- Tổn hao điện (hay còn gọi là tổn hao đồng) là các tổn hao trên dây quấn Stator và dây quấn Rotor.

- Tổn hao từ (hay còn gọi là tổn hao sắt từ) trong lõi thép Stator và lõi thép Roto. - Tổn hao phụ khác trong vịng bi, quạt gió ...

Giản đồ năng lượng của động cơ được biểu diễn trên hình 1.34

P1 Pđt Pcơ P2 Pcu1 PFe Pcu2 Pcơ Pt

Hỡnh 1.34 Gin ũ năng lượng của động cơ điện không đồng bộ ba pha

- Động cơ điện lấy điện năng từ lưới điện vào với P1m1U1I1cos1. Một phần nhỏ của cơng suất đó biến thành tổn hao đồng của dây quấn stato: 1

2 1 1 1 mI r

pCu  .

- Tổn hao trong lõi sắt:

m

Fe mI r

p  1 02

(1 – 33)

- Phần lớn công suất đưa vào chuyển thành công suất điện từ Pđt truyền qua roto.

' '2 2 1 1 1 2 đt Cu Fe r P P p p m I S     (1 – 34) - Tổn hao đồng trong roto:

' 2 '

2 1 2 2

Cu

P m I r

(1 – 35) - Công suất cơ của động cơ điện Pcơ bằng:

'2 ' 2 1 2 2 1 ( ) co đt Cu S P P p m I r S     (1 – 36)

- Công suất đưa ra đầu trục động cơ điện P2 sẽ nhỏ hơn cơng suất cơ vì khi máy quay có tổn hao Pcơ và Pf:

) (

2 Pco pco pf

P   

- Tổng tổn hao trong động cơ điện bằng:

p pCu1 pFe pCu2 pco pf

(1 – 38) - Công suất đưa ra đầu trục:





P p

P2 1

(1 – 39) - Động cơ điện không đồng bộ lấy từ lưới vào một công suất phản kháng:

1 1 1 1 1 mU I sin Q  (1 – 40)

- Một phần nhỏ công suất phản kháng được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sơ cấp q1 và thứ cấp q2. 1 2 1 1 1 m I x q  (1 – 41) ' 2 ' 2 1 2 2 q  m I x (1 – 42)

- Phần lớn cơng suất phản kháng cịn lại dùng để sinh ra từ trường khe hở:

m

m mEI mI x

Q  1 1 0  1 02 . (1 – 43) Ta có:Q1 Qm q1q2 m1U1I1sin1. (1 – 44) * Đồ thị vectơ của động cơ điện khơng đồng bộ:

0 90o  1 2 r1I1 I 1  U1 jx1I1 -E1 I2 E1  1 ' -I2' I0

Hình 1.35 Đồ thị véc tơ động cơ điện không đồng bộ ba pha Khi đó hiệu suất của động cơ điện được xác định theo biểu thức:

1 1 2 1 P p P P     . (1 – 45) ɳ - Hiệu suất của động cơ điện.

3.5.5. Hệ số công suất (cos)

Hệ số công suất là tỷ số giữa công suất tác dụng truyền tải với công suất biểu kiến tiêu thụ: S P   cos

Hệ số công suất là đại lượng nhỏ hơn 1. Hệ số cơng suất càng lớn thì hiệu suất sửa dụng năng lượng điện càng lớn và ngược lại.

3.5.6. Tần số (f)

Tần số f (Hz) được cho trong thơng số kỹ thuật của động cơ chính là tần số định mức của lưới điện mà động cơ cần đấu vào.

Trên thế giới hiện nay có 2 tần số định mức là loại 50 Hz và 60 Hz. Việt Nam chúng ta đang sử dụng tần số 50 Hz. Nếu sử dụng sai tần số định mức sẽ dẫn đến làm nóng động cơ và làm giảm hiệu hiệu suất sử dụng điện.

3.5.7. Tốc độ quay (nđm)

Tốc độ quay định mức là tốc độ quay định mức trên trục roto. Tóc đọ quay định mức của động cơ điện ba pha phụ thuộc vào số đôi cực (p) của động cơ và độ trượt (s) được xác định theo công thức :

n2 n1(1s) (1-46)

trong đó: n2 – tốc độ động cơ, vg/phút; n1 – tốc độ quay của từ trường p

f

n1  60. (1-47) với f – tần số lưới điện, Hz và P là số đôi cực của dây quấn động cơ.

3.6. Ưu, nhược điểm 3.6.1. Ưu điểm 3.6.1. Ưu điểm

Động cơ không đồng bộ ba pha có các ưu điểm cơ bản sau:  Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ.

 Vận hành dể dàng, bảo quản thuận tiện.

 Sử dụng rộngrãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa.

 Sản xuất với nhiều cấp điện áp khác nhau (từ 24 V đến 10 kV) nên rất thích nghi cho từng người sử dụng.

3.6.2. Nhược điểm

Động cơ khơng đồng bộ ba pha có các nhược điểm cơ bản sau:

 Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng của lưới điện.  Không sử dụng được lúc non tải hoặc khơng tải.

 Khó điều chỉnh tốc độ.

 Đặc tính mở máy khơng tốt, dòng mở máy lớn (gấp 6-7 lần dòng định mức).  Momen mở máy nhỏ.

4. Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ một pha

- Giới thiệu về cách tạo ra từ trường quay của động cơ: Giả sử trong rãnh lõi thép stato chỉ đặt một cuộn dây thì khi cho dịng điện xoay chiều một pha chạy qua. Thì trong động cơ chỉ sinh ra từ trường đập mạch (tức khơng có từ trường quay). Từ trường này có thể phân tích thành hai từ trường quay trong khơng gian với vận tốc và độ lớn bằng nhau nhưng ngược chiều nhau. Do

vậy mà moment quay tổng hợp ở trên roto bằng không. Kết quả động cơ không thể quay được. Lúc này, nếu dùng một lực cơ học mồi cho động cơ quay theo chiều nào thì nó sẽ quay theo chiều đó nhưng do có lực momen khởi động rất nhỏ nên động cơ quay lờ đờ và gần như không kéo được tải. Để khởi động động cơ điện xoay chiều một pha ta phải sử dụng sơ đồ đặc biệt như như dùng cuộn dây phụ khởi động hay dùng vòng chập mạch. ( Hình 1.36)

- Định nghĩa : Từ trường của dây quấn một pha là từ trường có phương khơng đổi song trị số và

chiều biến thiên theo thời gian, được gọi là từ trường đập mạch.

4.2. Động cơ điện xoay chiều khơng đồng bộ một pha có cuộn phụ và tụ điện

4.2.1. Cấu tạo

Động cơ một pha điện dung là động cơ 1 pha có hai dây quấn dùng để tạo ra lệch pha giữa các dòng điện vào các cuộn dây. Sơ đồ đấu dây như hình vẽ sau bao gồm:

- Các cuộn dây làm việc (LV): gọi là cuộn dây chính hay cuộn dây chạy (Run) được dấu trực tiếp với nguồn điện

- Các cuộn dây khởi động (KĐ): gọi là cuộn dây phụ hay cuộn dây đề (Start) được đấu nối tiếp với tụ. Rơto là loại rơto lồng sóc

Hình 1.37 Ngun lý động cơ 1 pha chạy tụ mở mấy bằng dây quấn phụ Từ trường quay của dòng điện xoay chiều 2 pha

4 3 2 1 A X a X A N N S S 1 4 3 2 b N S A X 1 4 2 3 b 1 2 3 4 X A a

Khi dây quấn hai pha (m=2) đặt lệch nhau trong khơng gian một góc 900điện , dòng điện trong hai dây quấn lệch pha nhau về thời gian 900.

Từ trường hai pha là từ trường quay:

max =

2

m P max = P max (1 – 48)

Từ trường của dây quấn hai pha có biên độ bằng biên độ từ trường một pha. Qua phân tích trên ta thấy rằng khi dây quấn đối xứng và dòng điện các pha đối xứng từ trường quay trịn có biên độ không đổi và tốc độ không đổi, từ trường quay trịn sẽ cho đặc tính máy tốt, khi khơng đối xứng từ trường quay có biên độ và tốc độ quay biến đổi.

4.2.2. Nguyên lý làm việc

Động cơ này ngồi dây quấn chính, cịn có dây quấn phụ. Dây quấn phụ có thể thiết kế để làm việc khi mở máy hoặc làm việc lâu dài. Trong stato dây quấn chính được đặt lệch so với dây quấn phụ, sao cho từ thông giữa hai cuộn lệch nhau một góc 900 khơng gian và dịng điện dây quấn phụ lệch pha với dịng điện trong dây quấn chính một góc 900.

Nhờ có tụ điện trong mạch cuộn dây phụ (KĐ) Dòng điện iKĐ vượt trước dịng điện iLV một góc 900 do vậy từ trường trong động cơ do hai cuộn dây chính và cuộn dây phụ sinh ra là từ trường quay nó có tác dụng tạo mơ men mở máy và động cơ tự mở máy được.

Khi động cơ mở máy song có thể cắt cuộn khởi động như vậy cuộn dây khởi động chỉ làm việc trong quá trình mở máy. loại động cơ này gọi là động cơ 1 pha có phần tử mở máy.Trong nhiều trường hợp người ta vẫn để cuộn dây khởi động ngâm điện trong suốt quá trình động cơ làm việc để cải thiện đặc tính làm việc của động cơ nâng cao hệ số công suất của máy động cơ kiểu náy gọi là động cơ một pha điện dung.

d. Cách bố trí đầu dây, nối dây và vận hành

Hình 1.38. Cách bố trí đầu dây, nối dây động cơ 1 pha chạy tụ e. Sơ đồ trải động cơ không đồng bộ một pha có Z= 16, 2p = 4

Hình 1.39. Sơ đồtrải động cơ khơng đồng bộ một pha có Z=16, 2p=4

4.3. Nguyên tắc đảo chiều quay động cơ một pha có cuộn phụ 4.3.1. Nguyên tắc đảo chiều quay

Nguyên tắc chung để đảochiều quay động cơ khơng đồng bộ một pha có dây quấn phụ là đảo chiều dịng điện chạy trong dây quấn khởi động, giữ nguyên dòng điện chạy trong dây quấn chính ( cuộn làm việc) hoặc ngược lại

Hình 1-40. Sơ đồ nguyên lý đảo chiều quay động cơ một pha

4.3.2. Cách đấu dây đảo chiều quay

Cuộn khởi động Tụ điện Cuộn làm việc

động

Cuộn làm việc động

Đối với động cơ điện mọt pha có ba đàu dây chũng ta tiến hành đảo đầu dây như sơ đồ hình 1-41 sau:

Hình 1-41. Sơ đồ đấu dây đảo chiều quay động cơ 1 pha ba đầu dây

trong đó: CW – chiều quay thuận;