Đe đảo chiều động cơ không đồng bộ ba pha, cần phải đảo chiều quay của từ trường quay do stato tạo ra. Muốn vậy, chỉ cần đảo hai pha bất kỳ trong ba pha của nguồn cấp cho stato.
Khi thiết kế mạch đảo chiều động cơ, cần thiết kế khoá lẫn 2 công-tắc- tơ đê hai công-tắc.tơ không hoạt động đồng thời. Hình 2.17 mô tả mạch điện đảo chiều động cơ bằng việc sử dụng hai nút ấn MT và MN.
Khi nhấn nút ấn MT, công-tắc-tơ KI được cấp nguồn làm động cơ quay theo chiều thuận. Khi đó không thể nhấn nút ấn MN để đảo chiều quay vì tiếp điểm thường đóng K I-9 đã được mở ra khóa chéo mạch. Đẻ động cơ hoạt động theo chiều nghịch cần dừng động cơ trước.
Khi muốn đảo chiều quay động cơ, nhấn nút ấn D đê động cơ ngừng hoạt động, rồi nliấn nút ấn MN để động cơ hoạt động theo chiều ngược lại.
Tương tự như sơ đồ điện ở hình 2.17, sơ đồ điện ở hình 2.18 là sơ đồ điện mạch đảo chiều động cơ sử dụng nút ấn liên động. Khi đó, muốn đảo chiều động cơ chỉ cấn nhấn MT hoặc MN mà không cần nhấn nút ấn D để dừng động cơ.
1 2 3 4 5 6 7 ج 9 10
cc
١ ٩
Sơ đô điện mạch đảo chiên động cơ ؛ 2.17 Hình 1 2 3 4 5 6 10 cc ١ ١ Ệ
Hãm động cơ không đồng bộ ba pha có thể được tiến hành bằng điện (tự hãm) hoặc bằng các cơ cấu điện cơ. Dưới đây ta lần lượt xét một sô phương pháp hâm thưÒTíg dùng.
2.2.4.1. Phương pháp hãm ngược
Phương pháp hãm ngược được thực hiện bằng cách đảo chiều quay của động cơ tức là làm biến đổi hướng quay của từ trường, chuyển đường đặc tính làm việc sang đưòng đặc tính hãm (đường 2 ở hình 2.19).
Khi thực hiện hãm ngược ta có thể dùng công-tắc-tơ để đảo chiều trực tiếp động cơ, hoặc có thể dùng rơle vận tốc để đảm bảo ngắt động cơ khỏi mạng điện.
2.2.4 Hãm động co· không đồng bộ
Hình 2.19: Đặc tính các phương pháp hãm động cơ điện
Khi ta đảo ngược chiều quay của động cơ, điểm A trên đưòng đặc tính làm việc (1) sẽ chuyển sang điểm B trên đường đặc tính hãm (2). Lúc đó,
mômen của động cơ tăng dần với việc giảm số vòng quay. Nhưng để tránh động cơ bắt đầu quay ngược lại, khi số vòng quay n=0, cần phải ngắt động cơ ra khỏi mạng điện.
Phương pháp hãm này rất đơn giản và thường được sử dụng trong máy cắt kim loại. Cách hãm này tiến hành bằng tay, nên phải hết sức thận trọng. Hình 2.20 trình bày sơ đồ điện mạch hãm bằng phương pháp này.
Đóng cầu dao CD, nhấn nút ấn M để động cơ hoạt động. Để hãm động cơ nhấn nút ấn D, để cắt nguồn công-lắc-tơ K l, cấp nguồn cho công-tắc-tơ K2. Khi công-tắc-tơ KI mất nguồn, động cơ không ngừng hẳn mà do quán tính động cơ vẫn tiếp tục quay theo chiều làm việc ban đầu. Công-tắc-tơ K2 hoạt động làm phát sinh từ trường ngược trong động cơ, kéo rôto động cơ
quay ngược lại để cản quán tính của động cơ, mạch hãm hoạt động. Sau một thời gian t để động cơ ngừng hẳn, rơle thời gian KT hoạt động làm ngắt điện toàn bộ mạch.
1 2 3 4 5 6 10
cc
Hình 2.20: Sơ đồ điện mạch hãm động cơ không đồng bộ ba pha bằng phương pháp hãm ngược
Cách hãm ngược thứ hai cũng được dùng phổ biến là dùng rơle vận tốc để đảm bảo ngắt động cơ ra khỏi mạng điện, khi số vòng quay của động cợ đã giảm đến một mức độ nhất định (thường từ lỌ0^200v/f). Sơ đồ kết cấu của rơle vận tốc thể hiện ở hình 2.21, rơle vận tốc RV làm việc giống như động cơ điện cảm ứng. Nó được lắp trên trục động cơ (hoặc trên trục nào đó của xích truyền động). Khi động cơ quay, rôto (1) là một nam châm vĩnh cữu lắp trên trục động cơ quay theo. Stato (2) cấu tạo như một lồng sốc và có thể quay trên bộ đỡ của nó, các lò xo (4) giữ cần (3) ở chính giữa. Lúc lò xo (4) bị kéo hay nén tùy vào chiều quay của động cơ mà tiếp điểm động (11) lệch qua tiếp điểm tĩnh (7) hoặc (15).
Hình 2.22 trình bày sơ đồ điện mạch hãm ngược dùng rơle vận tốc có đảo chiều. Khi nhấn S l, công-tắc.tơ KI được cấp nguồn làm động cơ hoạt động theo chiều thuận. Khi nhấn D, công-tắc-tơ KI bị ngắt điện, công-tắc-tơ K2 được cấp nguồn thực hiện quá trình hãm ngược, rơle vận tốc hoạt động. Khi tốc độ động cơ giảm xuống gần bằng 0, rơle vận tốc tác động ngắt điện công-tấc.tơ K2 làm toàn bộ mạch điện bị ngắt. Tương tự khi ẩn S2, động cơ
quay nghịch và chế độ hãm ngược tương tự khi đó công-tắc-tơ KI làm vai trò công-tắc-tơ hãm. 12 RVt ١11 14 ٦2 14 \ . RVn ١،11 7 1 1 1 5
Hình 2.21: Sơ đô kêt câu của rơle vận tôc
1 2 3 ỉ---r ~ r ٦4 — 5 ĩ ~ r6 10 11 F1 12 13 ٦ ٦ 11 14
Phương pháp hãm ngược có nhiều ưu điểm. Nguồn điện hãm cũng chính là nguồn điện làm việc. Thời gian hãm quá ngắn, nhưng năng lượng tiêu phí khi hãm cũng quá lớn. Vì vậy, trong một số trường hợp, khi tần số mở máy lớn, người ta dùng phương pháp hãm động năng.
Nếu nhu ta ngắt dộng cơ ra khỏi mạng díện xoay chiều ba pha và đấu mạch stato của nó vào mạng diện một ch؛ều, ta sẽ thục h؛ện phuơng pháp hãm dộng năng. Khi hâm, dộng cơ sẽ có chức năng của máy phát. Năng luợng diện do nó tạo ra nên bíến thành nhiệt trong cuộn dây rOto và trong diện trở hâm.
Dường dặc tinh hãm dộng năng dược thể hiện với dường 3 ở binh 2.19. Lúc bắt dầu hâm (điểm c ), momen hãm nhỏ và nO lớn dần với việc giảm số vOng quay. Sau khi dạt trị số lớn nhất, nỏ giảm nhanh dến 0. Dạng của dường dặc tinh có thể thay dổi với sự thay dổi dỉện trở hãm lắp trên mạch của rOto và thay dổi cường độ dOng diện kích thích một ch؛ều. Ví dụ,
dể tăng cường độ hãm, dOng diện kích thích có thể tăng từ 3 4 ؛ lần so với dOng diện chạy không lúc dộng cơ làm việc binh thường theo dường 4 hlnh
و 2.1
Hâm dộng năng dược dUng th u n lợi nếu có sẵn nguồn diện một chiều. Nếu không có, cần thiết phải dUng bộ chinh lưu. Dối với những dộng cơ có công suất lớn phải dUng máy phát diện một chiều riêng. Hlnh 2.23 trinh bày sơ dồ hâm dộng năng dUng bộ chỉnh lưu.
2.2.4.2. Hãm động nũng
De tự dộng ngất dộng cơ khỏi nguồn d؛ện một chiều ta dUng rơ!e thờ؛ gian KT. Thời gian chỉnh dinh t của rơle bằng hỉệu thờ؛ gian hãm th (theo tinh toán hoặc dự d؛nh) và thời gian tác dộng bản thân to của role: t = th - to
Thờ؛ gian hãm thông thuOng từ 1 3 ﺏs tùy thuộc vào dặc tinh phụ tả؛ và cường độ dOng diện một chiều.
2.2.4.3. Ham tài sinh
ở dộng co có nhiều cấp vận tốc, khl chuyển dổi từ cấp vận tốc cao dến cấp vận tốc thấp, ta thực hiện phương pháp hãm tái sinh. Khi hãm, dộng cơ làm việc ở chế độ máy phát, biến cơ năng của hệ truyền dộng diện dang có qua dộng cơ thành diện năng dể hoàn trả về lưới diện.
Dường dặc tinh của dộng cơ có nhiều cấp vận tốc tương ứng với dường (5) ở hỉnh 2.19. Khi chuyển từ vận tốc cao dến vận tốc thấp, tương ứng vớỉ việc chuyển từ d؛ểm D ở dường (5) sang điểm E của dường (1). Trong trường hợp này, mOmen hãm (âm) tăng với v؛ệc giảm số vOng quay. Khi dạt dến trị số lớn nhất, momen giảm nhanh và ở số vOng quay По,
momen của dộng cơ bằng 0. ở những số vOng quay nhỏ hơn n٥, dộng cơ làm việc với dường dặc tinh (1).
Nếu muốn hãm cho dến khi dộng cơ dimg hẳn, ta phải dUng các phương pháp như dã nói ở trên.
2.2.4.4٠ Ham bằng điện - cơ
Hãm b ^ g diện-cơ là phương pháp dUng các cơ cấu hăm d؛ện-cơ dặt trực tiếp trên trục dộng cơ hoặc trên một kliâu nào dó của xích truyền dộng. Phương pháp dơn giản và thông dụng nhất là dUng cơ cấu hãm có nam châm diện.
ư u d؛ểm của phương pháp này là dộng cơ không bị nOng trong quá trinh hâm. Diều này dặc b؛ệt quan trọng trong quá trinh hãm hệ thống mOmen lớn. Hỉnh 2.24 giới thiệu sơ dồ hãm d؛ện cơ dUng nam châm d؛ện.
DOng cầu dao CD dể cấp nguồn cho liệ thống. Nhấn nút ấn M, dộng cơ hoạt dộng. Khi nhấn nút ấn D, công-tảc-tơ KI bị cắt nguồn, mở các tiếp d؛ểm dộng lực ngắt diện vào dộng cơ. Dộng cơ mất nguồn nhưng chưa dừng hẳn vl còn lực quán tinh. Dồng thờ؛, công-tắc-tơ Κ2 dược cấp diện dể hệ thống hãm hoạt dộng. Nam châm dỉện dược cấp nguồn sinh ra lực hút lớn hơn lực kéo của 10 xo làm má phanh tl vào trục dộng cơ cho dến khi dộng cơ ngừng hẳn. Lúc dó rơle thờ؛ gian RT tác dộng làm ngắt toàn bộ mạch diện.
Hlnh 2.25 trinh bày một thiết bỊ hãm dộng cơ thưCmg sử dụng trong công nghiệp.
1 2 3 4 5
ΗιηΙι 2.25: T^iết bi hãm động cơ
Hãm d؛ện-cơ cũng thường thực hiện bằng các toại ly hợp diện từ lắp trong xích truyền dộng.
2.2.5 Thay dổỉ tốc ٥ộ dộng cơ dỉện
Thay dổi số vOng quay dộng cơ dỉện không dồng bộ ba pha bằng cách tiến hành bằng nhiều cách, dựa trên cơ sở công thUc (2.2) da biết:
6 0 /
Theo công thức này thỉ số vOng quay n của dộng cơ có thê thay dô؛ bằng cách thay dổi tần số f của dỉộn nguồn cấp, hệ số trượt s hoặc số cặp cực p.
2.2.5.l. Phươngρΐιάρ thay dồi bằng hệ sổ tru٠ọ1
Phương pháp thay dổi tốc độ dộng cơ điện không đồng bộ bằng cách tha١' dổi hệ số số truçrt s, và do dó thay dổi số vOng quay của dộng cơ, ta lăp vào mạch phần ứng một diện trở Ri(hính 2.26). Tác dụng của Ri ؛à tạo nên trên đầu nối (vành góp) của mạcli phần ứng một diện áp laRf = Uf. Diện áp này cần phả؛ cân bằng với d؛ện áp cảm ứng ٧ 2 trong mạch phần ứng tức ٧2
= Uf. Vì ٧2 phụ thuộc vào hệ số trượt s, nên hệ số truçrt s của dộng cơ cũng thay dổi tỷ Jệ với Uf tức thay dổi tỷ lệ vớ؛ R(:
Obi
Ciiộn ròĩo
Lòi sất
Vànli góp
Hình 2.26: Ket cấuphầìi lìvg (roto)
Diện trở R|- có thể là dỉện trở của cuộn dây hoặc là diện trở của chất lOng và nó có thể thay dổi dược. Diện trở R|- dược nố؛ với mạch phần Ung qua vành góp, nên loại dộng cơ này dược gọi là dộng cơ có vành góp ba pha.
Pliương pháp thay dổi tốc độ dộng cư này có hai nhược dỉểm lớn: một là năng lượng của hệ số trượt b؛ến thành nhiệt trên d؛ện trở, hai là dường dặc tínli cơ mềm, tức là khi phụ tải thay dổi, số vOng quay thay dổi với trị số rất lớn. Do dó loạ٤ dộng cơ thay dổi số vOng quay bằng cách thay dôi hệ sô trượt s chi dUng ở những nơi không cần ổn định số vOng quay và có công sưât nhỏ như quay các trục phô؛ của máy mà؛, hoặc dUng trong một sô máy của ngành dệt, máy in.
2.2.5.2. Phương pháp thay đổi bằng tần số
Phương pháp thay dổi số vOng quay bằng cách thay dổi tần số của nguồn diện cung cấp là phương pháp tương dối kinh tế, có thể diều chinh vô cấp nhung hơi phức tạp. ٧ ؛ thế, phương pháp này chỉ dUng trong những
trưòrng hợp cần số vòng quay lớn hơn 3000 v/f; thí dụ để quay trục chính máy mài (với đá mài 03Omm, quay 30m/s thì cần n = 200.000 v/f).
Để tạo ra dòng điện có tần số cao, ta dùng một động cơ không đồng bộ quay một máy phát không đồng bộ, do mạng điện có tần số fo = 50Hz cung cấp năng lượng cho cuộn stato. Như thế, số vòng quay của máy phát và động cơ như nhau, và nó phụ thuộc vào số cặp Pd của động cơ, tức là:
/ ٥ 50
p،í Pd
Trường hợp này, tần số rô to của máy phát tạo nên phụ thuộc vào tần số vòng quay, số cặp cực p. của máy phát và hướng từ trường quay của cuộn dây stato. Neu chiều quay của từ trường quay cùng hướng với chiều quay của động cơ, thì hướng quay của từ trường là hướng âm; nếu nghịch với chiều quay của động cơ là chiều dương.
Tần số của máy phát là;
ĩ = ПсіРа ± f o =
SOp3
± 5 0 = 5 o ( ^ ± l ) (2.6)
Vd ^Pd
Do đó, số vòng quay n của động cơ có số cặp cực p chạy với dòng điện có tần số cao do máy phát điện tạo nên là:
p V /
(2.7)
p ^Pd
Nếu không kể ở những dãy số vòng quay thấp, khi rôto máy phát quay
^ » ٠ ١ \ ١
cùng chiêu hoặc ngược chiêu với từ trường quay, đêu có thê đạt được dãy sô vòng quay như nhau. Do đó, ta không cân tính đên sự quay cùng chiêu (địnhf
__ 7 A /
vị âm) và như thê, từ công thức (2.6) và (2.7) có thê lây sô vòng quay trong
١
một phút của động cơ có dòng điện cao tân là: ?t =
p Vp٥ / v \ v ^ p ^Pd / (2.8)
Ngày nay, phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng tần số được thực hiện thông qua biển tần. ư u điểm của biến tần làm giảm độ phức tạp của hệ thống truyền động điện cũng như dễ dàng điều chỉnh tần số khi sử dụng.
2.2.53. Phương pháp thay đỗi bằng số cặp cực a) Động cơ có hai cuộn dẫy, haỉ cấp tốc độ
Để có thể thay đổi tốc độ động cơ rôto lồng sóc, người ta thay đổi số cặp cực quấn trên stato. Động cơ rôto lồng sóc hoạt động dựa trên việc rôto
quay trong stato, điều này là do tác động của từ trường quay. Tốc độ của từ trường quay được xác định bởi tần số của nguồn cung cấp cho động cơ và số lượng cực trên stato, ở tốc độ đồng bộ, tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường quay. Tuy nhiên, thực tế tốc dộ đồng bộ không thực hiện được do hệ số trượt giữa stato và rôto. Hệ số trượt được quyết định dựa vào thiết kế động cơ, các loại động cơ có hệ số trượt khác nhau.
Động cơ có các cuộn dây riêng biệt thì có các tốc độ khác nhau và có cấu tạo phức tạp. Giả sừ tần số là không đổi, động cơ hoạt động với hai tốc độ khác nhau dựa trên hai cuộn dây. Hình 2.27 là một ví dụ điều khiển động cơ hai cuộn dây, hai cấp tốc độ khác nhau.
Mạch hoạt động như sau:
- Nhấn nút ấn S2, cuộn dây KI có điện đóng tiếp điểm thưòng mở K I-8 trên mạch điều khiển để duy trì điện cho cuộn dây KI và đóng các tiếp điểm thường mở ở mạch động lực cấp nguồn cho động cơ hoạt động với tốc độ thấp.
1 2 3 4 5 6 10
cc
| 13 I l 4
Hình 2.27: Sơ đồ điện mạch điều khiển động cơ hai cuộn dây, hai cẩp tốc độ.
- Khi nhấn S3 sẽ ngắt điện cuộn dây KI và đồng thời đóng điện cho cuộn dây K2, đóng tiếp điểm thường mở K2-9 để duy trì điện cho cuộn dây
K2, đóng các tiếp điểm thường mở ở mạch động lực làm cho động cơ hoạt động với tốc độ cao.
- Sử dụng nút nhấn liên động S2 để điều khiển động cơ hoạt động ở tốc độ thấp và S3 khi muốn động cơ hoạt động ở tốc độ cao.
- Nhấn Sl, toàn mạch bị ngắt điện, động cơ ngưng hoạt động. Cách đấu các dây trong động cơ được thể hiện ở hình 2.28.
IU 2U rw١ Á -٠ A Tôc độ LI L2 L3 Ngắt Thấp lU IV 1W 2U,2V,2W Cao 2U 2V 2W 1U١1V,1W TỐC độ LI L2 L3 Ngắt Thấp lU IV 1W-1, lW-2 2U.2V, 2W-l,2W -2 Cao 2U 2V 2W-1, 2W-2 1٧ ١ 1V, lW -l,lW -2 ۶
a) Động cơ đâu hình sao b) Động cơ đẩu hình tam giác
Hình 2.28: Các kiểu kết nối động cơ ba pha
hai cuộn dây, hai cấp tốc độ