CHƯƠNG 5 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
5.5. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ
5.5.1. Mở máy động cơ điện không đồng bộ
a) Điều kiện mở máy
Phương trình cân bằng mômen trong quá trình mở máy:
dt Jd M
M c (5.26)
Trong đó: M là mômen điện từ của động cơ.
Mc là mômen cản của tải.
J là hằng số quán tính phụ thuộc kết cấu của động cơ.
là tốc độ góc của rôto dt
d là gia tốc góc của rôto.
Như vậy, khi khởi động để động cơ tăng tốc được cần có gia tốc dt
d> 0, tức là M > Mc. Nếu M - Mc càng lớn thì động cơ tăng tốc càng nhanh. Máy có quán tính lớn thì thời gian mở máy lâu.
b) Yêu cầu mở máy
Khi mở máy dòng điện và mômen lúc mở là:
I1mở =
1 2 2
2 2 1
1
x x r
r
U
= (47)Iđm (5.27)
Mmở =
] ) x x ( ) r r [(
f 2
r . U . p . m
2 2 1 2 2 1 1
2 2 1 1
(5.28)
Dòng điện mở máy lớn nếu thời gian mở máy lâu sẽ làm nóng máy và gây sụt áp trên lưới điện (nhất là đối với lưới điện có công suất nhỏ), làm giảm điện áp đặt vào động cơ và ảnh hưởng tới các thiết bị khác làm việc trong lưới. Vì vậy lúc mở máy cần có những yêu cầu sau:
- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Mômen mở máy lớn để thời gian mở máy nhanh.
- Thiết bị mở máy đơn giản, làm việc tin cậy, rẻ tiền, tiêu hao ít năng lượng.
Các yêu cầu trên là trái ngược nhau vì thế tuỳ theo yêu cầu sử dụng và công suất của lưới mà chọn phương pháp mở máy thích hợp.
2) Các phương pháp mở máy a) Mở máy trực tiếp
146 Khi mở máy đóng cầu dao CD để nối dây quấn stato trực tiếp với lưới điện, động cơ sẽ tăng tốc đến tốc độ ổn định. Mômen mở máy lớn, thiết bị rẻ, thực hiện đơn giản. Nhược điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn làm sụt áp lưới và thời gian mở dài nếu quán tính (J) của động cơ lớn. Vì thế phương pháp này thường dùng khi công suất động cơ nhỏ hơn nhiều lần so với công suất lưới điện.
b) Mở máy giảm điện áp
Phương pháp mở máy giảm diện áp có ưu điểm là giảm được dòng điện mở máy nhưng nhược điểm là khi giảm điện áp mở máy thì mômen mở máy cũng bị giảm nhiều. Vì vậy nó được sử dụng khi không yêu cầu mômen mở máy lớn.
Để giảm điện áp đặt vào động cơ khi mở máy ta có thể thực hiện theo các cách sau: mắc cuộn kháng nối tiếp vào mạch stato, dùng máy biến áp tự ngẫu, đổi nối Y-.
* Phương pháp mắc cuộn kháng nối tiếp vào mạch stato
Sơ đồ nối dây mạch điện mở máy giảm áp dùng mắc cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stato như hình 5.12.
Khi mở máy các cầu dao CD2 ngắt, CD1 đóng dây quấn stato được nối vào lưới điện thông qua cuộn kháng CK . Lúc này do có điện áp rơi trên cuộn kháng mà điện áp đặt vào động cơ giảm xuống. Khi động cơ quay gần đến tốc độ định mức thì ngắn mạch cuộn kháng CK bằng cách đóng cầu dao CD2. Lúc này dây quấn stato được nối trực tiếp với lưới nên điện áp đặt vào động cơ là định mức.
Nếu điện áp đặt trực tiếp vào động cơ được giảm đi k lần (k <1) thì dòng điện cũng giảm đi k lần nhưng mômen giảm đi k2 lần so với phương pháp mở máy trực tiếp.
* Phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu
Sơ đồ mạch điện mở máy giảm điện áp dùng biến áp tự ngẫu như hình 5.13.
Trước khi mở máy ngắt cầu dao CD2, đóng cầu dao CD3, máy biến áp tự ngẫu BATN để ở vị trí để điện áp đặt vào động cơ khoảng (0,60,8)Uđm. Sau đó, muốn mở máy đóng cầu dao CD1 để động cơ được cấp điện từ máy biến áp tự ngẫu. Khi động cơ
~ 3 pha
CD
Đ
Hình 5.11 Mở máy trực tiếp
147
CD1
CD2
Đ C
~3 pha
CK
CD3
CD2
BAT N
~ 3 pha
Đ
C CD1 quay đến tốc độ gần định mức ngắt cầu dao CD3, đóng cầu dao CD2, lúc này dây quấn stato nối trực tiếp với lưới nên điện áp đặt vào động cơ là định mức.
Gọi k (k>1) là hệ số biến áp của máy biến áp tự ngẫu thì điện áp đặt vào động cơ sẽ giảm k lần còn dòng điện sơ cấp của biến áp tự ngẫu sẽ giảm k2 lần và mômen cũng giảm k2 lần. Phương pháp này ưu điểm hơn vì dòng điện khởi động giảm được nhiều hơn so với phương pháp dùng cuộn kháng nên được dùng với động cơ công suất lớn.
* Phương pháp đổi nối Y/
Sơ đồ mạch điện mở máy giảm điện áp dùng phương pháp đổi nối Y/ như hình 5.14.
Phương pháp mở máy này chỉ dùng được để mở máy cho những động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato đấu tam giác.
Khi mở máy đóng cầu dao CD2 về phía trái và đóng cầu dao CD1, lúc đó dây quấn stato được nối sao (Y) nên điện áp đặt vào mỗi pha của động cơ giảm đi 3 lần.
Khi động cơ quay với tốc độ định mức đóng cầu dao CD2 về phía phải, lúc đó dây quấn stato được nối tam giác () nên điện áp đặt vào động cơ là định mức.
Phương pháp mở máy này sẽ giảm dòng điện và mômen mở máy đi 3 lần.
c) Mở máy thêm điện trở phụ vào mạch rôto
Phương pháp mở máy thêm điện trở phụ vào mạch rôto có ưu điểm là tăng được mômen và giảm được dòng điện khi mở máy. Nhưng phương pháp này lại có
Hình 5.13 Mở máy dùng cuộn kháng
Hình 5.12 Mở máy dùng biến áp tự ngẫu
148 nhược điểm là không dùng được đối mới động cơ rôto lồng sóc và có tổn hao đồng trên điện trở phụ nên hiệu suất của động cơ giảm xuống.
Phương pháp này dùng mở máy động cơ rôto dây quấn trong trường hợp mở máy khó khăn, cần mômen mở máy lớn.
Sơ đồ mạch điện mở máy thêm hai cấp điện trở phụ vào mạch rôto của động cơ rôto dây quấn như hình 5.15.
Khi bắt đầu mở máy điện trở trong mạch rôto là lớn nhất (các tiếp điểm của côngtăctơ K1 và K2 mở).Thông thường giá trị điện trở được chọn sao cho lúc khởi động thì mômen đạt cực đại. Trong quá trình mở máy giảm dần điện trở phụ đến 0 bằng cách loại dần các cấp điện trở phụ ra khỏi mạch rôto (tiếp điểm côngtăctơ K2
đóng sau đó đến tiếp điểm công tắc tơ K1 đóng).
Tuỳ theo yêu cầu lúc mở máy mà có thể nối thêm một hoặc nhiều cấp điện trở phụ có trị số phù hợp vào mạch dây quấn rôto.
Hình 5.14 Mở máy đổi nối Y/ Hình 5.15 Mở máy thêm điện trở phụ vào dây quấn rôto