Chương II: Vấn đề mở máy và hãm động cơ không đồng bộ 2.1.Quá trình mở máy động cơ điện không đồng bộ
2.2. Các phương pháp mở máy
2.2.1Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ
Khi đóng điện trực tiếp vào động cơ KĐB để mở máy thì do lúc đầu rotor chưa quay, độ trượt lớn (s=1) nên s.đ.đ cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn.
Dòng điện này có trị số đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và lớn, tạo ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ.
Hình 2.1Sơ đồ vàđặc tính động cơ KĐB ba pha khi mở máy trực tiếp
Tuy dòng điện lớn nhưng mômen mở máy lại nhỏ: Mmm = (0,5÷1,5)Mđm. Do vậy cần phải có biện pháp mở máy. Trường hợp động cơ có công suất nhỏ thì có thể mở máy trực tiếp. Động cơ mở máy theo đặc tính tự nhiên với mômen mở máy nhỏ. Những động cơ không mở máy trực tiếp thì có thể thực hiện một trong các phương pháp mở máy gián tiếp sau.
Phương pháp này được áp dụng đối với động cơ có công suất nhỏ và trung bình
Ưu điểm : Phương pháp này rất đơn giản. Thiết bị đóng cắt, bảo vệ đơn giản, thao tác nhanh gọn. Hơn nữa phương pháp này có mômen mở máy lớn cho nên thời gian khởi động nhanh.
Nhược điểm : Phương pháp này có dòng điện mở máy lớn nên công suất nguồn cung cấp cho động cơ là lớn. Nếu công suất nguồn cấp là nhỏ dẫn đến sụt áp lớn có thể không khởi động được động cơ.
2.2.2 Phương pháp dùng điện trở mạch roto
Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ roto dây quấn vì điện trở mở máy ở mạch ngoài mắc nối tiếp với cuộn dây rotor. Hình 2.2 trình bày một sơ đồ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ R1, R2 và R3 ở cả 3 pha roto. Đây là sơ đồ mở máy với các điện trở roto đối xứng.
Hình 2.2 Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha roto dây quấn và đặc tính cơ
Lúc bắt đầu mở máy, các tiếp điểm công tắc tơ K1, K2, K3 đều mở, cuộn dây roto được nối với cả 3 cấp điện trở phụ (R1+R2+R3) nên đường đặc tính cơ là đường 1. Tới điểm b, tốc độ động cơ đạt ωb và mômen giảm còn M2, các tiếp điểm K1 đóng lại, cắt các điện trở phụ R1 ra khỏi mạch roto.Động cơ được tiếp tục mở máy với điện trở phụ (R2+R3) trong mạch roto và chuyển sang làm việc tại điểm c trên đặc tính 2 ít dốc hơn. Mômen tăng từ M2 lên M1
và tốc độ động cơ lại tiếp tục tăng. Động cơ làm việc trên đường đặc tính 2 từ c đến d. Lúc này, các tiếp điểm K2 đóng lại, nối tắt các điện trở R2. Động cơ chuyển sang mở máy với điện trở R3 trong mạch roto trên đặc tính 3 tại điểm e và tiếp tục tăng tốc tới điểm f. Lúc này các tiếp điểm K3 đóng lại, điện trở R3 trong mạch roto bị loại. Động cơ chuyển
sang làm việc trên đặc tính tự nhiên tại g và tăng tốc đến điểm làm việc A ứng với mômen cản MC. Quá trình mở máy kết thúc.
Để đảm bảo quá trình mở máy như đã xét sao cho các điểm chuyển đặc tính ứng với cùng một mômen M2, M1 thì các điện trở phụ tham gia vào mạch roto lúc mở máy phải được tính chọn cẩn thận theo phương pháp riêng.
Ngoài sơ đồ mở máy với điện trở đối xứng ở mạch roto, trong thực tế còn dùng sơ đồ mở máy với điện trở không đối xứng ở mạch roto, nghĩa là điện trở mở máy được cắt giảm không đều trong các pha roto khi mở máy.
Ưu điểm của phương pháp : có thể đạt được mômen mở máy lớn, đồng thời có dòng điện mở máy nhỏ nên những nơi nào mở máy khó khăn thì dùng động cơ điện loại này.
Nhược điểm :
+ Điện trở phụ tiêu thụ năng lượng của nguồn nên làm cho tổn hao tăng.
+ Roto dây quấn chế tạo phức tạp hơn roto lông sóc nên giá thành đắt hơn.
+Việc bảo quản roto day quấn cũng khó khăn hơn.
+Hiệu suất của máy cũng thấp hơn roto lồng sóc.
2.2.3 Phương pháp mở máy bằng cách nối tiếp cuộn kháng hoặc điện trở phụ vào cuộn dây stato
Phương pháp này dùng điện trở hoặc điện kháng mắc nối tiếp với mạch stato lúc mở máy và có thể áp dụng cho cả động cơ roto lồng sóc lẫn roto dây quấn. Do có điện trở hoặc điện kháng nối tiếp nên dòng mở máy của động cơ giảm đi, nằm trong giá trị cho phép. Mômen mở máy của động cơ cũng giảm.
Thời điểm ban đầu của quá trình mở máy, các tiếp điểm K2 đóng lại (các tiếp điểm K1 mở) để điện trở (hình a) hoặc điện kháng (hình b) tham gia vào mạch stato nhằm hạn chế dòng điện mở máy. Khi tốc độ động cơ đã tăng đến một mức nào đó (tuỳ hệ truyền động) thì các tiếp điểm K1 đóng lại, K2 mở ra để loại điện trở hoặc điện kháng ra khỏi mạch stator. Động cơ tăng tốc đến tốc độ làm việc. Quá trình mở máy kết thúc.
Hình 2.3Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua điện trở phụ(a) và cuộn kháng(b)ở mạch stato và dạng đặc tính cơ khi mở máy
Sơ đồ trên giới thiệu mở máy qua 1 cấp điện trở phụ hoặc điện kháng ở mạch stato. Trên thực tế có thể mở máy qua hai hoặc ba cấp tuỳ theo yêu cầu công nghệ.
Khi mở máy mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng. Sau khi mở máy song thì điện kháng này bị nối ngắn mạch. Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được dòng điện mở máy cần thiết. Do đó điện áp giáng trên điện kháng nên điện áp mở máy trên đầu cực động cơ điện U’k sẽ nhỏ hơn điện áp nguồn U1.
Nếu : dòng điện mở máy khi mở máy trực tiếp là Ik
Mômen mở máy khi mở máy trực tiếp Mk.
Sau khi thêm điện kháng vào, dòng điện mở máy còn lại I’k = k.Ik, trong đó k<1.
Nếu cho rằng khi hạ điện áp mở máy, tham số của máy điện vẫn giữ không đổi thì khi dòng điện mở máy nhỏ đi, điện áp đầu cực động cơ sẽ bằng :
U’k = k.U1
Vì mômen mở máy tỷ lệ với bình phương của điện áp nên lúc đó mômen mở máy bằng :
M’k = k.Mk’
Ưu điểm : phương pháp này là thiết bị đơn giản.
Nhược điểm : là giảm dòng điện mở máy thì mômen giảm xuống bình phương lần .
Phương pháp này dùng cho các động cơ công suất trung bình và nhỏ.
2.2.4 Phương pháp mở máy qua biến áp tự ngẫu
Phương pháp này được sử dụng để đặt một điện áp thấp cho động cơ khi mở máy. Do vậy, dòng điện của động cơ khi mở máy giảm đi.
Hình 2.4Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua BATN
Sơ đồ sử dụng một máy biến áp tự ngẫu có bên cao được nối vào nguồn, bên hạ áp nối với động cơ.
Gọi là tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu ()
Gọi dòng điện lấy từ lưới vào là thì:
là dòng điện thứ cấp của biến áp tự ngẫu
So với phương pháp mở máy bằng cuộn kháng chọn thì:
Mở máy bằng cuộn kháng:
và Mở máy bằng biến áp tự ngẫu:
Cùng mômen mở máy như nhau dòng điện mở máy khi dung biến áp tự ngẫu nhỏ hơn nhiều.Ngược lại nếu cùng dòng điện mở máy thì mômen mở máy dung máy biến áp tự ngẫu lớn hơn khi mở máy qua cuộn kháng.
Ưu điểm khi dùng biến áp tự ngẫu đảm bảo mômen mở máy lớn nhất ở một dòngđiện đã cho do đó quy trình mở máy diễn ra nhanh hơn. Phương pháp này rất ít hao phí điện năng và có hiệu suất đạt cao hơn.
Nhược điểm : dùng biến áp thì chi phí sẽ cao, không kinh tế.
2.2.5 Mở máy động cơ KĐB ba pha bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác
Động cơ KĐB làm việc bình thường ở sơ đồ mắc ∆ các cuộn stato thì khi mở máy có thể mắc theo sơ đồ Y. Thực chất của phương pháp này là giảm điện áp đặt vào cuộn dây stato khi đổi nối vì khi mắc ∆, còn khi mắc Y thì điện áp giảm 3 lần:
Phương pháp mở máychỉ thích hợp với những động cơ bình thường nối Khi đấu hình điện áp pha trên mỗi dây quấn:
là điện áp lưới và ta có:
Khi mở máy trực tiếp đấu thì:
Như vậy dòng mở máy khi đấu :
Ưu điểm : phương pháp này khởi động đơn giản, dùng với thiết bị đóng cắt thông thường .
Nhược điểm : mômen khởi động giảm đi 3 lần không thích hợp cho máy yêu cầu mmen khởi động lớn. Sự thay đổi dòng điện đột ngột khi chuyển từ mạch Ysang Có thể làm cho bộ bảo vệ tác động. Khi đổi nối sẽ xảy ra khoảng dòng điện bị gián đoạn.