CHƯƠNG 5 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
5.5. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ
5.4.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ
Nói chung động cơ điện KĐB trong điều kiện làm việc bình thườngcó hệ số trượt nhỏ, do đó tốc độ của động cơ điện gần bằng tốc độ đồng bộ, nếu f1 không đổi thì tốc độ đồng bộ của động cơ tỉ lệ nghịch với p (số đôi cực), do đó khi thay đổi số đôi cực của dây quấn stato thì tốc độ động cơ thay đổi.
CD2
~3 pha
Y ĐC
CD1
K2
Rp1
Rp2
K1
Đ
~ 3 pha
A B C
X Y
Y Z
149 Tùy theo cách đấu Y hay và cách đấu dây quấn pha song song hay nối tiếp mà người ta chế tạo động cơ điện hai cấp tốc độ thành loại có mômen không đổi (Y/YY) hình 5.16 và loại có công suất không đổi (/YY) hình 5.17.
Đặc tính cơ của động cơ M = f(n) ứng với cách nối dây Y/YY và /YY được biểu diễn trên hình 5.18 và 5.19.
Phương pháp này mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp nhưng có ưu điểm là giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ nên được sử dụng nhiều trong các máy luyện kim, máy tàu thủy...
Hình 5.16 Sơ đồ đấu dây khi đổi tốc độ theo tỉ lệ 2:1 kiểuY/YY
Hình 5.17 Sơ đồ đấu dây khi đổi tốc độ theo tỉ lệ 2:1 kiểu
/YY
n
YY
Y
M 0
nY
nYY
Hình 5.18 Đặc tính cơ M = f(n) của động cơ điện hai tốc độ Y/YY
Hình 5.19 Đặc tính cơ M = f(n) của động cơ điện hai tốc độ /YY 2) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số
Để giữ cho từ trường của máy không đổi thì ta đồng thời phải điều chỉnh cả tần số và điện áp
Trong thực tế thường yêu cầu mômen không đổi ta có:
150 1
' 1 1 ' 1
f f U
U hay const
f U
1
1 (5.29)
Khi yêu cầu điều chỉnh tốc độ đảm bảo công suất cơ Pcơ không đổi, nghĩa là M tỉ lệ nghịch với f1(như trong đầu máy điện), thì ta có:
1
' 1 1 ' 1
f f U
U (5.30)
0 Mc Mth M
f13
f1.®m
f11
f12
Hình 5.20 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số với M = const
Hình 5.21 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số với M tỉ lệ nghịch
với f1
3) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
Nếu giảm điện áp đặt vào động cơ xuống còn x lần (x < 1) điện áp định mức, tức là U1 = xUđm thì mômen động cơ M giảm x2 lần: M = x2Mđm. Nếu động cơ làm việc với mômen cản Mc = const thì tốc độ động cơ n giảm xuống, hệ số trượt s tăng từ sa
đến sb rồi sc.
U1 giảm x lần, sức điện động E1 và từ thông giảm x lần và I2 tăng lên
x
1 lần. Tốc độ động cơ ở điện áp U1 = xUđm
sẽ là:
s
x 1 1 n ) s 1 ( n
n 1 2 Hình 5.22 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
n
0 n0.3
n0.đm
n0.1
n0.2
n0.2
n0.đm
n0.1
151 Ngày nay với sự phát triển của điện tử công suất người ta thay đổi điện áp nhờ các bộ điều áp dùng thyristor hoặc triac. Nhược điểm của phương pháp này là giảm khả năng quá tải của động cơ, dải điều chỉnh tốc độ hẹp và tăng tổn hao trên dây quấn roto. Phương pháp này sử dụng cho động cơ công suất nhỏ có hệ số trượt tới hạn lớn.
4) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto
Phương pháp này chỉ có thể dùng đối với động cơ điện rôto dây quấn. Thông qua vành trượt có thể nối một biến trở ba pha vào dây quấn rôto.
Nếu mômen tải không đổi (Mc = const), điện trở phụ mạch rôto càng lớn thì hệ số trượt ở điểm làm việc càng lớn (từ a đến b rồi c), nghĩa là tốc độ động cơ càng giảm.
Như vậy, ta thấy rằng đưa điện trở phụ Rf vào rôto có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ trong giải n < nđm trong một giới hạn đủ rộng.
Hình 5.23 Điều chỉnh tốc độ động cơ rôto dây quấn dùng điện trở phụ
Đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto như hình 5.23.
Vì mômen tỉ lệ với công suất điện từ Pđt, nên ta có:
s
r r s
r2 2 f
Trong đó: rf là điện trở phụ; s' là hệ số trượt của động cơ khi thêm điện trở phụ rf
vào mạch rôto.
Do công suất điện từ Pđt không đổi, I2 cũng không đổi nên một bộ phận công suất cơ trước kia đã biến thành tổn hao đồng m2I22rf. Vì lúc đó công suất đưa vào không đổi nên hiệu suất đã giảm. Đó là nhược điểm của phương pháp này. Mặt khác tốc độ điều chỉnh được nhiều hay ít còn tùy theo tải lớn hay nhỏ, do đó khi không tải không thể dùng phương pháp này để điều chỉnh tốc độ được.
152 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 5
Câu hỏi
Câu 1. Tại sao máy điện không đồng bộ là loại máy điện được dùng rộng rãi nhất?
Câu 2. Phân tích những điểm giống và khác nhau trong nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ so với máy biến áp.
Câu 3. Tóm tắt các phương pháp mở máy, các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ và so sánh ưu nhược điểm của mỗi phương pháp.
Bài tập
Bài tập 5.1. Một máy điện không đồng bộ ba pha 6 cực, 50 Hz. Khi đặt điện áp định mức lên stato còn dây quấn rôto hở mạch thì sđđ cảm ứng trên mỗi pha dây quấn rôto là 110 V. Giả thiết tốc độ lúc làm việc định mức là n = 980 vòng/phút; rôto quay cùng chiều với từ trường quay. Hỏi:
a. Máy làm việc ở chế độ nào?
b. Lúc đó s.đ.đ. rôto E2s bằng bao nhiêu?
c. Nếu giữ chặt rôto lại và đo được r2 = 0,1 ; x2 = 0,5 hỏi ở chế độ làm việc định mức I2 bằng bao nhiêu?
ĐS: a. chế độ động cơ; b. E2s = 2,2 V c. I2 = 21,89 A Bài tập 5.2. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha đấu Y; 380 V; 50 Hz; nđm = 1440 vòng/phút; r1 = 0,2 ; r’2 = 0,25 ; x1 = 1 ; x’2 = 0,95 ; xm = 40 ; bỏ qua rm. Tính số đôi cực, tốc độ đồng bộ, hệ số trượt định mức, tần số dòng điện rôto lúc tải định mức. Vẽ mạch điện thay thế hình T và căn cứ vào đó tính ra trị số của các dòng điện I1, I0 và I’2.
ĐS: p = 2; nđb = 1500 v/p; sđm = 0,04; f2 = 2 Hz; I1 = 33 A; I0 = 5 A; I’2 = 31,92 A.
Bài tập 5.3. Cho một động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có Pđm = 155 kW; p = 2; U
= 380 V; đấu Y; pđ2 = 2210 W; pcơ = 2640 W; pf = 310 W; r’2 = 0,012 .
a. Lúc tải định mức tính: Pđt; sđm %; nđm; Mđm.
b. Giả sử mômen tải không đổi, nếu nối dây quấn phần quay một điện trở quy đổi r’f = 0,1 thì hệ số trượt, tốc độ quay và tổn hao đồng rôto sẽ bằng bao nhiêu?
c. Biết r1 = r’2; x1 = x’2 = 0,06 . Tính Mmax, sm.
d. Tính điện trở phụ cần thiết phải cho vào rôto để mômen mở máy cực đại.
ĐS: a. Pđt = 160,16 kW; sđm = 1,38%; nđm = 1479 vòng/phút; Mđm = 1000,7 Nm.
b) s' = 12,88%; n' = 1307 vòng/phút; pđ2 = 20,63 kW.
c) Mmax = 20892 Nm; sm = 0,1.
d) rf = 0,108 .
153 Bài tập 5.4. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc có: Pđm = 20 kW;
U1 = 380 V; đấu Y; = 88%; cos = 0,84; nđm = 970 vòng/phút. Biết rằng:
Imở/Iđm= 4,5; Mmax/Mđm = 1,8; Mmở/Mđm = 1,2. Tính:
a. Iđm; Imở; sđm.
b. Mđm, Mmở, Mmax và tổng tổn hao trong động cơ khi làm việc định mức.
ĐS: a. Iđm = 41,1A; Imở = 185A; sđm = 0,03;
b. Mđm= 197Nm; Mmở = 236,3Nm; Mmax = 354,4Nm Bài tập 5.5. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha có số liệu như sau: f = 50 Hz; 6 cực; Pđm = 100 kW; tốc độ quay n = 980 vòng/phút; Giả thiết tổn hao cơ của máy bằng 1% công suất định mức đưa ra và momen tải luôn giữ không đổi. Trong mạch rôto nối thêm điện trở phụ để tốc độ giảm xuống còn 750 vòng/phút. Hãy tính công suất tiêu hao trên điện trở phụ và công suất đưa ra của động cơ điện khi giảm tốc độ.
ĐS: pđ2 = 23,7 kW; P2 = 76,3 kW.
Bài tập 5.6. Cho một động cơ điện rôto dây quấn p = 2; f = 50 Hz; r2= 0,02 ; n
= 1485 vòng/phút. Nếu mômen tải không đổi, muốn có n = 1050 vòng/phút thì phải thêm điện trở phụ vào rôto là bao nhiêu? Nếu thay đổi điện áp đặt vào dây quấn stato để có được tốc độ nói trên (không có điện trở phụ vào rôto) thì phải đặt vào stato một điện áp là bao nhiêu?
ĐS: rf = 0,58 ; U' = 0,316Uđm.
154