CHƯƠNG 2. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN
2.4. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha
2.4.2. Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ
Từ phương trình đặc tính cơ động cơ không đồng bộ, ta thấy các tham số ảnh hưởng bao gồm:
- Ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stato (nối thêm điện trở phụ Rf và X1f
vào mạch stato).
- Ảnh hưởng điện trở mạch rôto (nối thêm điện trở phụ R2f vào mạch rôto với động cơ rôto quấn dây).
- Ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cung cấp cho động cơ.
- Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới điện cấp cho động cơ f1.
Ngoài ra việc thay đổi số đôi cực sẽ thay đổi tốc độ đồng bộ và làm thay đổi đặc tính cơ (trường hợp này xẩy ra đối với động cơ nhiều cấp tốc độ ).
a. Ảnh hưởng của suy giảm điện áp cấp cho động cơ
Khi điện áp lưới suy giảm, theo (2-74) mô men tới hạn giảm bình phương lần độ suy giảm của điện áp. Trong khi đó 1 = const và sth = const. Ta có dạng đặc tính cơ khi điện áp lưới trên hình 2.28. Trên hình vẽ các đặc tính cơ ứng với các giá trị điện áp khác nhau Uđm > U1 > U2 > U3 ; điện áp giảm mô men ngắn mạch cũng giảm. Đặc tính này thích hợp với phụ tải bơm và quạt gió không thích hợp với tải không đổi.
Ngoài ra đối với động cơ công suất lớn làm việc với phụ tải bơm hoặc quạt gió; người ta dùng phương pháp tăng dần điện áp đặt vào động cơ để hạn chế dòng diện khởi động.
ωth
ω1
ω s
U®m (TN)
Mnm3Mnm2 Mc2 Mnm Mth1
Mnm1
Mth2
M Mc1 U3 U2 U1
Hình 2.28. Đặc tính cơ của động cơ khi giảm điện áp b.Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato
Khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stato R1f hoặc X1f thì tốc độ
1 = const, sth giảm, Mth giảm nên đặc tính cơ có dạng như hình 2.29 a.b.
a/ b/
M
Rf Rf Rf
M
Xf Xf Xf
ω1
ω s
TN
M’nm Mnm Mth
M R1f X1f
Sth
Hình 2.29. Sơ đồ nối điện trở phụ ( hoặc điện kháng phụ) trong mạch stato (a) Đặc tính cơ khi nối điện trở (hoặc điện kháng phụ trong mạch stato (b)
Ta thấy khi cần tạo ra đặc tính có cùng mô men khởi động Mnm thì đặc tính cơ có Xf cứng hơn đăc tính cơ có Rf trong mạch stato động cơ.
Dựa vào tam giác tổng trở ngắn mạch có thể xác định được R1f hoặc X1f trong mạch stato khi khởi động hình 2.30.
c/
Z’nm
Znm
Xnm
Rnm R1f
b/
Znm
Xnm
Rnm
a/
Z’nm
Znm Xnm X1f
Rnm
Hình 2.30.a) Tam giác tổng trở ngắn mạch tự nhiên b) Tam giác tổng trở ngắn mạch thêm R1f
c) Tam giác tổng trở ngắn mạch thêm X1f
Giả sử cần hạn chế dòng điện khởi động từ Inm ứng với đặc tính tự nhiên đến dòng I’nm ứngvới đặc tính có R1f hoặc X1f trong mạch stato :
I’nm = Inm ( < 1) còn M’nm = 2Mnm
Tương ứng trong tam giác tổng trở ngắn mạch: Z’nm= α Znm
R1f = 2nm nm
2
nm -X -R
α
Ζ (2-86)
X1f = 2nm nm
2
nm -R -X
α
Ζ (2-87)
Trong đó: Rnm= R1 + R’2 ; Znm= (R1+R'2)2+X2nm c. Ảnh hưởng của số đôi cực p
Để thay đổi số đôi cực ở stato ta phải thay đổi cách đấu dây, điều này chỉ thực hiện được khi động cơ không đồng bộ chế tạo mỗi pha có nhiều nhóm dây.
Vì 1 = p πf1
2 (2-88) và = 1( 1 - s) (2-89)
Nếu thay đổi số đôi cực p thì 1thay đổi, do đó tốc độ động cơ cũng thay đổi.
Còn sth = const, nghĩa là độ cứng đặc tính cơ vẫn giữ nguyên. Nhưng khi thay đổi p sẽ phải thay đổi cách đấu dây ở stato nên một số tham số như Uf, R1, X1 có thể thay đổi, do đó tuỳ trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mô men tới hạn Mth của động cơ.
Đặc tính cơ khi thay đổi p với
2
= p
p2 1 và Mth = const trên hình 2.31.a. Đặc tính cơ khi thay đổi p (
2
= p
p2 1 ) và P = const, trên hình 2.31.b.
ω s
Mth M
a/ b/
ω s
M
p2 p1
p2 p1
1
ωp 2
ωp 2
ωp
1
ωp
Hình 2.31. a) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực của động cơ không đồng bộ Mth=const, b) Đặc tính cơ của động cơ không khi thay đổi số đôi cực P1= const d. Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto
Đối với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn người ta thường mắc thêm điện trở phụ vào mạch rôto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ.
Khi đưa R2f vào rôto thì:
1 = const ; Mth = const ; sth =
nm '
f 2 ' 2
X R R
R2f càng lớn sth càng lớn và theo (2-82) càng nhỏ, nghĩa là đặc tính cơ càng mềm khi đặc tính cơ nằm trong đoạn làm việc. Đặc tính cơ trên hình 2.32.c.
ω1
ω
TN
Inm3Inm2Inm1Inm3 I2
21 3
b/ c/
ω1
ω s
TN
Mth M 1
2
3
MnmMn1Mn2
a/
M
Rf Rf Rf
Hình 2.32. Ảnh hưởng của điện trở mạch roto đến đặc tính cơ
a) Sơ đồ đấu dây; b) Các đặc tính dòng điện rotor; c) Các đặc tính cơ biến trở
Theo (2-68) I2nm, = 2
nm 2
' 2 1
1 f
X ) R R (
U
Ta thấy Rf càng tăng, dòng điện khởi động càng giảm. Các đặc tính dòng điện rôto trên hình 2.32. Trong phạm vi nhất định khi tăng Rf làm Mkđ tăng lên, còn sau đó mô men khởi động sẽ giảm. Vì vậy phải căn cứ vào điều kiện khởi động và đặc điểm của phụ tải mà chọn trị số điện trở phụ cho thích hợp.
e. Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới điện f1 cấp cho động cơ
Xuất phát từ biểu thức 1 = 2 f1/p, ta thấy thay đổi tần số sẽ làm thay đổi tốc độ 1và sẽ thay đổi tốc độ của động cơ.
- Xét trường hợp khi tăng f1 > fđm từ biểu thúc (2-78) biến đổi ta có:
Mth = 2
' 1 2
2 1 2
π 8
. 3
f L
U p
nm
f (2-90)
Khi tần số tăng , Mth giảm ( U = const); do vậy Mth 1/f2
- Xét trường hợp tần số giảm f1< f1đm, nếu giữ nguyên điện áp U1 thì dòng điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ giảm theo tần số). Do vậy khi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho động cơ sinh ra được mô men như trong chế độ định mức. Đó là bài toán tìm quy luật tối ưu trong chế độ làm việc tĩnh của hệ điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ .
ω11
ω s
Mth
M
ω12
ω13
ω14 m
®
ω1 f1®m
f11
f12
f13
f14 f1<f1®m
f >f®m
Hình 2.33. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số của động cơ không đồng bộ
Trên hình 2-33 là đặc tính cơ khi f1< f1đm với điều kiện từ thông = const (hoặc gần đúng giữ U1/f1= const) thì Mth = const. ở vùng f1 > f1đm, mô men tới hạn tỉ lệ nghịch với bình phương tần số.