ĐỀ TÀI: Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển mở máy động cơ không đồng bộ ba pha roto dây quấn pot

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN
Đề Tài:
Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển mở máy
động cơ không đồng bộ ba pha roto dây quấn
GVHD: LÊ THỊ MINH TÂM
SVTH: VŨ THÀNH TÂM
LÊ SỸ THÀNH
TRẦN VĂN TẠ
LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển của khoa học- công nghệ đã làm cho hệ thống điều khiển trong
công nghiệp và đời sống phát triển. Do đó đã nâng cao năng suất lao động và
hạn chế sức lao động của con người. Cùng với nó hệ thống tự động hoá quá
trình sản xuất ngày càng được sử dụng, ứng dụng rất rộng rãi trong các nhà máy
xí nghiệp.
Trong các loại máy điện, máy điện không đồng bộ do kết cấu đơn giản, làm
việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện , giá thành hạ nên được sử dụng
rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân. Trong công nghiệp thường dùng máy điện
không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các
máy công cụ ở nhà máy công nghiệp nhẹ…Trong hầm lò dùng làm máy tời hay
quạt gió. Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản
Thiết kế chế tạo hệ thống mở máy và hãm động cơ điện không đồng bộ
xoay chiều ba pha rôto dây quấn là một đề tài quan trọng và cần thiết đối với
sinh viên chuyên ngành tự động hóa.Vì qua đồ án sinh viên được tìm hiểu kĩ hơn
về quá trình tính toán, các thông số, chỉ tiêu của loại động cơ vô cùng thông
dụng này. Và em là một trong số những sinh viên nhận đề tài:“thiết kế chế tạo
hệ thống điều khiển mở máy động cơ không đồng bộ ba pha roto dây quấn “
Nội dung đồ án nay gồm 4 chương:
Chương 1:Khái quát về đông cơ không đồng bộ ba pha
Chương 2:Các phương pháp điều khiển quá trình mớ máy động cơ không
đồng ba rôto dây quấn
Chương 3:phương pháp mở máy và hãm động cơ điện không đồng bọ ba

pha roto dây quấn.
Chương 4: phân tích lựa chọn thiết bị
Chơng 1
khái quát về động cơ không đồng bộ xoay chiều
ba pha
1.1. Gii thiu chung v ng c khụng ng b
ng c khụng ng b l mỏy in xoay chiu, cú tc roto khỏc tc
stato. T trng quay cú th l mt pha, hai pha, hoc ba pha, tựy thuc vo
cu to dõy qun. stato l mt pha, hai pha, hoc ba pha. Theo cu to dõy
qun roto ng c khụng ng b c chia lm hai loi: roto lng súc v rụt
dõy qun. ng c khụng ng b lng súc cú cu to n gin, vn hnh v
bo qun d dng, tin cy cao, giỏ thnh r, nờn c ỏp dng rng rói trong
thc t. ng c khụng ng b roto dõy qun cú cu to phc tp vn hnh v
bo qun khú hn, tin cy kộm hn, giỏ thnh cao nhng cú u im l cú th
a in tr ph ngoi vo ci thin tớnh nng m mỏy v iu chnh tc
. Do ú nú khụng c s dng cho nhng ni no cú cu dao v m mỏy v
iu chnh tc m ng c lng súc khụng ỏp ng c.
Tuy nhiờn ng c khụng ng b cú nhc im l iu chnh tc v
khng ch cỏc quỏ trỡnh quỏ khú khn riờng vi ng c roto lng súc cỏc ch
tiờu khụng ng b.
1.2. Cấu tạo
a) Cấu tạo phần tĩnh (stato): Gồm có vỏ máy,lõi thép và dây quấn.
Vỏ máy: Thờng làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000 kw),
thờng dùng thép tấm hàn lại làm vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố định và không dùng
để dẫn từ. Hai đầu vỏ có lắp máy ổ trục đỡ. Vỏ và lắp còn dùng để bảo vệ máy.
Lõi thép: Đợc làm bằng các lá thép kỹ thật điện dầy 0,35 mm đến 0,5 mm
ghép lại tạo thành khối hình trụ rỗng. Lõi thép là phần dẫn từ. Vì từ trờng đi qua
lõi thép là từ trờng xoay chiều , nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên
mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có
xẻ rãnh để đặt dây quấn. Lõi thép đợc ép vào trong vỏ máy.

Hình1.1: Cấu tạo stato
Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện(dây điện từ).
Thờng làm bằng dây đồng đợc đặt trong các rãnh của lõi thép stato và cách điện
tốt với lõi thép. Dây quấn stato có 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120
0
điện dòng điện
xoay chiều 3 pha chạy trong 3 pha dây quấn stato sẽ tạo ra từ trờng quay.
b) Cấu tạo phần quay(rôto): Gồm trục, lõi thép và dây quấn.
Trục: Làm bằng thép hình trụ tròn cố định để đỡ lõi thép rôto.
Lõi thép: Gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại giống nh ở lõi thép
stato.Lõi thép đợc ép trực tiếp trên trục bên ngoài lõi thép có xẻ rãnh dọc theo h-
ớng trục để đặt dây quấn.
Dây quấn rôto: Gồm hai loại: Rôto dây quấn và rôto kiểu lồng sóc.
- Rôto kiểu dây quấn: Dây quấn rôto giống nh dây quấn stato và số cực
bằng số cực stato .Các động cơ công suất trung bình trở lên thờng dùng dây
quấn sóng kiểu hai lớp để giảm đợc những đầu nối và kết cấu dây quấn rôto
chặt chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thờng dùng dây quấn đồng tâm một
lớp .Dây quấn ba pha của roto thờng đấu hình Y, ba đầu kia nối vào ba vành trợt
bằng đồng cố định ở đầu trục thông qua chổi than và vành trợt, đa điện trở phụ
vào mạch rôto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ.
- Rôto kiểu lồng sóc: Loại dây quấn này khác với loại dây quấn stato. Mỗi
rãnh của lõi thép đợc đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và đợc nối tắt lại
ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm làm thành một cái lồng, ng-
ời ta gọi đó là lồng sóc. Dây quấn kiểu rôto lồng sóc không cần cách điện với lõi
thép.
Với loại rôto kiểu lồng sóc thì động cơ không đồng bộ ba pha kiểu lồng
sóc đợc kí hiệu :
H×nh 1.2: CÊu t¹o r«to
c) Khe hë :
Khe hë trong ®éng c¬ kh«ng ®éng bé rÊt nhá tõ 0.2mm ®Õn 1 mm do ®ã

d©y quÊn r«to lµ mét khèi trßn ®Òu.
1.3. Các lượng định mức
Máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ
thuật mở máy. Các chỉ số này do nhà máy thiết kế, ché tạo quy định và được ghi
trên nhã máy. Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ
điện nên trên nhãn máy ghi các trị số định mức của động cơ điện. Khi tải định
mức các trị số đó thường bao gồm: công suất định mức ở trên đầu trục P
đm
(kW
hay W), dòng điện dây định mức I
dm
(A), điện áp dây định mức Udm (V), cách
đấu dây (Y hay Δ) tốc độ quay định mức nđm ( vg/ph ), hiệu suất định mức η
đm
và
hệ số công suất định mức cosϕ
đm
,…
1.4. Công dụng của máy điện không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động cơ
điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu quả cao, giá thành hạ nên
động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rai nhất trong các ngành
kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kW. Trong công
nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động cho máy cán thep
loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nặng
v.v trong hầm mỏ dùng làm máy tời hoặc quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để
làm máy bơm hoắc máy gia công nông sản phẩm. Trong dời sống hàng ngày máy
điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, máy quang
điện, động cơ trong tủ lạnh. Tóm lại theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí
hóa, tự động hóa và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không

đồng bộ ngày càng rộng rãi.
Tuy vậy máy điện không đồng bộ có những nhược điểm sau: cosϕ của
máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên được ứng
dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế. Máy điện không động bộ
có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt so với máy phát điện
ng b nờn ch trong mt s trng hp no ú cp ngun in ph tm thi thỡ
nú cng cú mt ý ngha quan trng.
1.5 . Đặc điểm của động cơ không đồng bộ
- Cấu tạo đơn giản
- Giải công suất rộng từ nhỏ cho đến trung bình và lớn
- Đấu trực tiếp đợc vào lới điện xoay chiều ba pha
- Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trờng quay của stato n<n
1
Trong đó :
n : là tốc độ quay của rôto
n
1
: là tốc độ từ trờng quay của stato (tốc độ không đồng bộ của động
cơ)
1.6. Nguyên lý hoạt động
Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato, sẽ tạo ra từ trờng
quay p đôi cực quay với tốc độ là ,
0
n
=
p
f
1
60
từ trờng quay cắt các thanh dẫn

của dây quấn rôto, cảm ứng các sức điện động vì dây quấn rôto nối ngắn mạch
nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng trong các thanh dẫn rôto. Lực tác
dụng tơng hỗ giữa từ trờng quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rôto,
kéo rôto quay cùng chiều quay từ trờng với tốc độ n.
Để minh hoạ, trên hình 1.3 từ trờng quay tốc độ n
1
chiều sức điện động và
dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rôto, chiều các lực điện từ F
đt
Hình 1.3: Quá trỡnh to mụmen ca ụng c khụng ng b
Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải, ta căn
cứ vào chiều chuyển động tơng đối của thanh dẫn với từ trờng. Nếu coi từ trờng
đứng yên, thì chiều chuyển động tơng đối của thanh dẫn ngợc chiều n
1
, từ đó ta
áp dụng bàn tay phải, xác định chiều sức điện động nh hình vẽ (dấu chỉ chiều
đi từ ngoài vào trang giấy ). Chiều điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái
trùng với chiều quay n
1
.
Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trờng quay n
1
vì nếu tốc độ bằng nhau
thì không có sự chuyển động tơng đối trong dây quấn rôto không có sức điện
động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng không. Nếu tốc độ từ trờng quay
là

0
(rad/s) hay n
0

(vòng /phút) thì tốc độ quay của phần cảm

( hay n) luôn
nhỏ hơn(

<

0
;n<n
0
).sai lệch tơng đối giữ hai tốc độ là độ trợt S
S =
0
0



(1-1)
Từ đó :
0

=
(1-S) hay n = n
0
(1-S)
Với
60
.2 n

=
;
p
f
n
1
0
0
.2
60
.2



==
(1-2)
Trong đó : - n: là tốc độ của rôto
- f
1
: là tần số dòng điện lới
- p:số đôi cực
- n
0
: Tốc độ quay của từ trờng quay (tốc độ đồng bộ của động cơ )
Tốc độ

0
(rad/s) hay n
0
(vòng /phút) là tốc độ lớn nhất mà rôto có thể đạt

đợc nếu không có lực cản nào. Tốc độ này gọi là tốc độ không tải lý tởng hay tốc
độ đồng bộ ở chế độ động cơ, độ trợt S có giá trị 0

S
.1


Dòng điện cảm ứng trong cuộn dây phần ứng ở rôto cũng là dòng điện xoay
chiều với tần số xác định bởi tốc độ tơng đối của rôto đối với từ trờng quay

1
0
2
.
60
)(
fS
nnp
f
=

=
(1-3)
Động cơ điện không đồng bộ nhận năng lợng điện từ lới điện, nhờ từ tr-
ờng quay điện năng đã đợc biến thành cơ năng. Đồ thị quá trình năng lợng đợc
vẽ trên hình 1.4 khi số pha stato m
1
= 3 ta có:
P
1

công suất điện động cơ tiêu thụ của lới điện : P
1
= 3.U
1
.I
1
.cos


Trong đó :
U
1
:điện áp pha
I
1
: dòng điện pha

Hình 1.4: Đồ thị quá trình năng lợng
P
dt
: công suất điện từ :

S
R
Im
S
R
IP
dt
2

2
22
'
2
'2
2
3
==
(1-3)
P
cơ
: Là công suất trên trục:

S
SR
Im
S
SR
IP
co
)1(

)1(
3
2
2
22
'
2
'2

2

=

=
(1-4)
P
2
:công suất hữu ích trên trục động cơ :
P
2
= P
cơ
-

P
cf
(1-5)
Hiệu suất của động cơ :

PP
P
P
P
+
==
2
2
1
2

(1-6)

P :là tổng công suất hao tổn trong máy:

efddtst
PPPPP
+++=
21
(1-7)

P
st1
: Tổn hao sắt từ trong lõi thép stato do dòng điện xoáy và từ trễ :

P
dt
: Tổn hao điện trở dây quấn stato:


P
dt
= 3.R
1
.I
1
2
(1-8)

P
d2

: Tổn hao trên điện trở dây quấn rôto


P
d2
= 3.R
2
.I
2
2
= m
2
.R
2
.I
2
2
(1-9)
Tổn hao sắt từ trong lõi thép rôto nhỏ ( có thể bỏ qua ) vì tần số dòng điện
rôto nhỏ.
Thông thờng ngời ta xác định gần đúng hiệu suất nh sau :

n
PkPP
P
.
2
102
2
++

=

(1-10)
Trong đó: k
t
= I
1
/I
1đm
hệ số tải
P
0
=

P
st1
+

P
ef
tổn hao không tải
P
n
: Là tổn hao trên điện trở dây quấn stato và rôto khi dòng điện
bằng định mức.
Hiệu suất định mức của động cơ không đồng bộ khoảng (0,75
ữ
0,95).
ở chế độ động cơ điện mômen điện từ đóng vai trò mômen quay ,đợc tính
là:

1

dt
dt
P
MM ==
(1-11)
Mà công suất điện từ :

S
R
Im
S
R
IP
dt
2
2
22
2
2
2

'
.'.3 ==
(1-12)
Tần số góc của từ trờng
P

=
1
Khi đó dòng điện I2 đợc tính là :

2
21
2
2
1
1
)()( XX
S
R
R
U
M
+++
=
(1-13)
=>
])()[(.
3
2
21
2
'
2
1
'

2
2
1
XX
S
R
Rs
RUP
M
+++
=

(1-14)
Nếu thay
0
0
n
nn
S

=
ta có mối quan hệ n = f(M). Đó là đặc tính cơ của
động cơ không đồng bộ.
Chơng 2
Các phơng pháp điều khiển quá trình mở máy
V HM NG C không đồng bộ ba pha rôto
dây quấn
2.1. Lý luận chung về điều chỉnh tốc độ động cơ không không đồng bộ
2.1.1 Khái niệm chung.
Động cơ không đồng bộ đợc sử dụng nhiều. Tuy nhiên trớc đây các hệ thống

truyền động động cơ không đồng bộ có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỉ lệ nhỏ, đó
là việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ có khó khăn hơn động cơ một
chiều. Trong thời gian gần đây do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công
suất và điện tử tin học động cơ không đồng bộ mới đợc khai thác các u điểm của
mình.
Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động tiristor
động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ đợc cấu tạo đơn giản, phần cảm ứng
và phần không tách đặc biệt từ thông động cơ cũng nh mômen động cơ sinh ra
phụ thuộc vào nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh động cơ không đồng bộ là hệ
điều chỉnh nhiều tham số có phi tuyến mạnh.
2.1.2 Những yếu tố ảnh hởng tới tốc độ động cơ không đồng bộ trong quá
trình làm việc
1. ảnh hởng của sự suy giảm điện áp cấp cho động cơ
Ta có mômen tới hạn và trợt tới hạn là:









++
=
22
1
2
(2
nm

f
th
XRR
m
M

(2-1)

22
1
'
2
nm
th
XR
R
S
+
=
(2-2)
Trong đó: U
f
: Giá trị hiệu dụng của điện áp pha stato .
m: Số pha

1

: Tốc độ của từ trờng quay.
X
n

: Điện áp ngắn mạch.
R
1
: Điện trở của cuộn dây stato.
R
2
: Điện trở rôto đã quy đổi về stato từ hai biểu thức (2-1) và
(2-2) ta thấy khi điện áp giảm thì S
th
=const ,
const
=
1

còn M
th
giảm bình ph-
ơng lần độ suy giảm điện áp
Hình 2-1:Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi điện áp giảm.
2. ảnh hởng của điện trở và điện áp phụ mạch stato
Khi ta nối thêm điện trở hoặc điện áp phụ vào mạch stato. Thì
1

=const,
S
th
giảm, M
th
giảm nên đặc tính cơ có dạng (hình 2-2) ta thấy khi cần tạo ra đặc
tính cơ có mômen khởi động là M

nm
thì đặc tính với X
f
trong mạch cứng hơn đặc
tính cơ với R
f

Hình 2-2 : Đặc tính cơ khi nối R
f
hoặc X
f
vào mạch stato
3. ảnh hởng của điện trở mạch rôto
Đối với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ngời ta thờng mắc thêm điện
trở phụ vào mạch rôto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ
động cơ.
Khi đa R
f
càng lớn thì S
th
càng lớn và độ cứng

càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ
càng mềm, khi đặc tính cơ nằm trong đoạn làm việc.
a)Đặc tính dòng điện b)Đặc tính cơ
Hình 2-3: ảnh hởng của điện trở mạch rôto đến đặc tính cơ
4. ảnh hởng của thay đổi tần số lới điện f
1
cấp cho động cơ xuất phát từ biểu
thức:

p
f
1
2


=
(2-3)
Khi thay đổi tần số thì tốc độ đồng bộ
0

thay đổi, đồng thời X
1
,X
2
cũng thay
đổi (
lfX
1
2

=
) kéo theo thay đổi cả độ trợt tới hạn S
th
và mômen tới hạn M
th


2

1
22
8 fL
Ump
M
nm
th

=
(2-4)
Khi tần số f
1
tăng thì M
th
giảm (điện áp giữ không đổi) do vậy
2
1
1
f
M
th

khi tần số f
1
giảm nếu giữ nguyên điện áp U
1
thì dòng điện động cơ tăng rất lớn
vì tổng trở động cơ giảm theo tần số. Do vậy khi giảm tần số cần giảm điện áp
theo quy luật nhất định sao cho động cơ sinh mômen nh trong chế độ định mức
Hình 2-4 trình bày đặc tính cơ khi f

1
< f
đm
với điều kiện từ thông
const
dm
=

(hoặc gần đúng
const
f
U
=
2
1
1
) thì M
th
không đổi.
Trong vùng f
1
< f
1đm
mômen tới hạn M
th
tỷ lệ nghịch với bình phơng tần số
Hình 2-4: Đặc tính cơ khi thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ không
đồng bộ
5. ảnh hởng của số đôi cực:
Khi số đôi cực thay đổi thì tốc độ đồng bộ

0

bị thay đổi. Còn S
th
không phụ
thuộc vào P nên không thay đổi, nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ giữ nguyên
nhng khi thay đổi số đôi cực sẽ phải thay đổi cách đấu dây ở stato động cơ nên
một số nh U
1
, R
1 ,
X
1
có thể thay đổi do đó tuỳ từng trờng hợp sẽ ảnh hởng khác
nhau đến mômen tới hạn M
th
của động cơ.
Hình 2-5: a)Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cựccủa động cơ KĐB M
th
= const.
b)Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực của động cơ KĐB P
1
=const.
6. ảnh hởng của sự thay đổi tải:
Ta có biểu thức mômen cản

2
P
M
c

=
(2-5)

fcc
PPPP
=
2
(2-6)
Hình2-6: Đặc tính cơ
Trong đó :
P
2
: công suất có ích
P
c
: công suất sinh ra trên trục động cơ

c
P

: hao tổn cơ

f
P
: hao tổn
Thay
n.2

=
vào (2-5) ta đợc

n
P
M
c
.2
2

=

Với n: Tốc độ quay của rôto
Từ đồ thị (2-6) ta thấy khi mômen của M
c
tăng thì tốc độ quay của động
cơ giảm hay nới cách khác khi thay đổi tải thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo .
2.1.3 Các chỉ tiêu chất lợng khi điều chỉnh tốc độ quay của động cơ không
đồng bộ
Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện
nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất. Điều chỉnh tốc độ
truyền động điện là dùng các phơng pháp trực tiếp tác động nên bản thân hệ
thộng truyền động để thay đổi tốc độ quay của trục động cơ. Tốc độ làm việc của
truyền động điện do yêu cầu công nghệ đợc gọi là tốc độ đặt hay tốc độ mong
muốn. Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thờng bị bién đổi do tải của
nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ đặt và tốc độ đặt
1. Sai số tốc độ
Sai số tốc độ là đại lợng đặc trng cho độ chính xác duy trì tồc độ đạt và
thờng tính theo phần trăm.

0
0
0

0
100.
0
0



=

=
d
d
S
(2-8)
Trong đó
d

: Tôc độ đặt


: Tốc độ làm việc
2. Độ trơn của điều chỉnh tốc độ
Độ trơn của điều chỉnh tốc độ đợc định nghĩa

i
i



1+

=
(2 -9)
Trong đó:
d

: Giá trị tốc độ đạt đợc ở cấp i

1
+
d

: Giá trị tốc độ đạt đợc ở cấp kế tiếp i+1
Từ chỉ tiêu độ trơn của điiêù chỉnh tốc độ ta co thể phân loại hệ điều
chỉnh vô cấp

1
1
=
+
i
i



(2-10)
Tức là hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trị trong suất
dải điều chỉnh.
Hệ điều chỉnh vô cấp khi nó chỉ có thể làm việc ở một số giá trị của tốc
độ trong giải điều chỉnh.
3 . Dải điều chỉnh tốc độ

Dải điều chỉnh hay phạm vi điều chỉnh là tỷ số giữa giá trị lớn nhất và
giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho

min
max


=
D
(2-11)
Giá trị tốc độ cực đại
max

bị hạn chế bởi độ bền cơ học của động cơ với
động cơ một chiều nó còn bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của vành
góp .Giá trị tốc độ nhỏ nhất
min

bị chặn dới bởi yêu cầu về mômen khởi động,
về khả năng quá tải về sai số tốc độ lám việc cho khép.
4. Sự phù hợp giữa đặc điểm điều chỉnh và đặc tính tải
Với các động cơ một chiều và xoay chiều thì chế độ tối u thờng là
chế độ định mức của động cơ. Để sử dụng tốt động cơ khi điều chỉnh tốc độ cần
lu ý đến các chỉ tiêu nh: Dòng điện động cơ không vợt quá dòng điện định mức
đảm bảo khả năng quá tải về mômen (trong thời gian ngắn ) đảm bảo yêu cầu về
ổn định tĩnh khi có nhiễu trong toàn giải điều chỉnh.
Vì vậy khi thiết kế hệ truyền động động cơ điều chỉnh tốc độ ngời
ta thờng hạn chế truyền động cũng nh phơng pháp điều chỉnh sao cho đặc tính
điều chỉnh của hệ bám sát yêu cầu đặc tính của tải. Nếu đảm bảo đợc điều kiện
này thì tổn thất trong quá trình điều khiển sẽ nhỏ nhất.

5.Tổn thất năng lợng khi điều chỉnh
Để tính đợc dự đoán tổn thất ở trạng thái làm việc bất kì ,chỉ cần xác
định đợc giá trị của các tổn thất trong hệ thống ở một chế độ làm việc xác định
(thờng chọn chế độ làm việc định mức ) sau đó có thể xác định tổn thất ở các dải
điều chỉnh hay phạm vi điều chỉnh là tỷ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ
nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho

min
max


=
D
(2-12)
Giá trị tốc độ cực đại
max

bị hạn chế bởi độ bền cơ học của động cơ
với động cơ một chiều nó còn bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của vành
góp. Giá trị tốc độ nhỏ nhất
min

bị chặn dới bởi yêu cầu về mômen khởi động,
về khả năng quá tải, về sai số tốc độ làm việc cho phép.
Để tính toán đợc dự đoán tổn thất ở trạng thái làm việc bất kì, chỉ cần
xác định đợc giá trị của các tổn thất trong hệ thống ở một chế làm việc xác định
(thờng chọn chế độ định mức ) sau có thể xác định đợc tổn thất ở các chế độ
khác theo phơng pháp tính đổi. Dới đây mô tả nguyên tắc tính toán tổn thất của
máy điện quay.
Tổn thất nhiệt trên dây quấn

2
IP
i


Tổn thất trong mạch từ: Do từ trễ
fB
2

Do dòng xoáy
22
fB
Có thể dùng công thức kinh nghiệm, gần đúng coi tổn thất trong mạch
từ là nh nhau
3,12
fB
Fe

Tổn thất cơ học do chuyển động và quạt gió tỷ lệ với
3

tổn thất do ma
sát tỷ lệ với

. Nói chung tổn thất cơ học là hàm số của tốc độ quay

P
cơ
)(

f=
ở mỗi phần của mạch lực lại có thể chia tổn thất thành hai loại
+ Tổn thất không đổi
0
P
+Tổn thất biến đổi phụ thuộc vào bình phơng dòng điện
w
P

Ví dụ : Tính tổn thất của động cơ điện làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ
)(
0 AAJA
MP

=
(2-13)
Tổn thất của động cơ khi làm việc tại điểm A là

0 0
( )
A
A
P P KM

= + +

(2-14)
Chọn k=1 với động cơ điện một chiều

2
21
'
'
R
RR
K
+
=
với động cơ điện một chiều
R
1
: Điện trở dây quấn stato
R
2
:Điện trở dây quấn rôto đã quy đổi về stato
Khi thay đổi tốc độ từ giá trị
1

đến giá trị
2

trong khoảng thời gian từ t
1
đến t
2
thì có thể tính đợc tổn thất năng lợng từ phơng trình chuyển động của hệ
thống .

+==
2
1
.0
)(
f
f
tcoj
WdtMW

(2-15)
Trong đó tổn thất nhiệt không phụ thuộc vào dạng đặc tính cơ mà chỉ
phụ thuộc vào giá trị tốc độ đấu cuối .




=
2
1
)(
0



dJW
j
(2-16)
Còn tổn thất cơ học trên tải là:

=
2
1
)(
0.
t
t
ctco
dtMW

(2-17)
2.2 . Các phơng pháp điều chỉnh quá trình mở máy
Mở máy: khi đóng điện trực tiếp vào stato động cơ không đồng bộ ba
pha rôto dây quấn để khi mở máy thì thoạt đầu rôto cha quay, độ trợt lớn (S=1).
Nếu suất điện động và dòng điện cảm ứng lớn: I
mm
=(5
ữ
8)I
đm
, dòng điện này có
giá trị đặc biệt lớn gây ra đốt nóng động cơ vào gây xung lực có hại cho động
cơ. Tuy dòng điện lớn nhng mômen mở máy lại nhỏ .M
mm
=(
5,15.0 ữ
)M
đ
.

Do vậy cần phải có biện pháp mở máy để hạn chế dòng điện lúc mở
máy và đảm bảo một mômen mở máy cần thiết.
2.2.1.Mở máy trực tiếp
Mở máy trực tiếp: đây là phơng pháp đơn giản nhất, chỉ việc đóng điện
trực tiếp vào lới điện.(hình 2-7a)

a) b)
Hình 2-7: Mở máy trực tiếp
a)Sơ đồ nguyên lý b)Đặc tính cơ
Khuyết điểm của phơng pháp này là dòng mở máy lớn, làm tụt điện áp
rất nhiều, nếu quán tính của máy lớn thì thời gian mở máy sẽ rất lâu, có thể làm
cháy cầu chì bảo vệ. Vì thế phơng pháp này dùng đợc khi công suất mạng điện
(hoặc nguồn điện ) lớn hơn công suất động cơ rất nhiều, việc mở máy sẽ rất
nhanh và đơn giản. Đặc tính cơ khi mở máy trực tiếp (hình 2-7b).
2.2.2. Phơng pháp mở máy gián tiếp
1. Phơng pháp mở máy bằng điện trở phụ ở mạch rôto
Khi mở máy dây quấn rôto đợc nối với biến trở mở máy( hình -8a). Đầu
tiên biến trở ở vị trí lớn nhất, sau đó giảm dần đều về không. Đờng đặc tình
mômen ứng với các giá trị R
mở
vẽ trên ( hình -8b)
Muốn mômen mở máy cực đại, hệ số trợt tới hạn phải bằng 1

1
''
''
21
2
=
+

+
=
XX
RR
S
mo
th

3
1
U
I
Pmo
=
(2-19)
Nhờ có R
mở
dòng điện mở máy giảm xuống. Nh vậy có R
mở
mômen mở máy
tăng lên, dòng điệ mở máy giảm xuống, đó là u điểm lớn của loại động cơ này
a. Phơng pháp mở máy bằng điện trở phụ đối xứng mở máy rôto
Trên hình (2-9a) trình bày sơ đồ nguyên lý nối động cơ không đồng bộ
ba pha rôto dây quấn để mở máy qua hai cấp điện trở phụ R
1
và R
2
ở cả ba
pha rôto. Đây là sơ đồ mở máy với các điện trở mở máy đối xứng ở mạch
rôto.

a. b.
Hình 2-9: Sơ đồ mở máy qua 2 cấp điện trở phụ (a) c tớnh m mỏy (b)

Lúc bắt đầu đóng diện vào stato, các tiếp điểm công tắc tơ K
1
, K
2
đều
mở, mỗi pha cuộn dây rôto đợc nói với hai điện trở (R
1
+R
2
) nên đặc tính cơ là
đờng 1. Động cơ bắt đầu mở máy với mômen M
mm
=M
1
và bắt đầu tăng tốc
theo dặc tính 1 tới điểm a. Tới điểm b tốc độ động cơ đạt
b

và mômen giảm
còn M
2
thì tiếp điểm K
1
đóng lại. Các điện trở phụ R
1
đợc nối tắt không tham

gia vào mach điện rôto. Động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm b trên đặc tính
1 sang điểm c trên đặc tính 2 (
cb

=
) tơng ứng với điện trở phụ rôto là R
2
.
Mômen động cơ tăng từ M
2
nên M
1
và động cơ tiếp tục tăng tốc từ điểm c đến
điểm d trên đặc tính 2. Tới điểm d mômen động cơ lại giảm xuống còn M
2
, lúc
này tiếp điểm K
2
loại nốt điện trở phụ R
2
ra khỏi mạch rôto. Động cơ lại
chuyển trạng thái làm việc từ điểm d (trên đặc tính cơ 2 ) sang điểm e trên đặc
tính cơ tự nhiên t
n
với cùng tốc độ
ed

=
mômen động cơ lại tăng lên M
1

và
tiếp tục tăng tốc từ
e

lên
LV

tại điểm làm việc.ở đó thì M
d
= M
c
và động cơ
quay đều.Để các điểm chuyển đổi b , d, ứng với cùng mômen M
2
và các điểm a
, c , e, ứng với cùng mômen M
1
thì các điện trở phụ R
1
, R
2
, phải đợc tính chọn
theo phơng pháp riêng.Thông thờng,mômen chuyển đổi đợc chọn trong giới
hạn
dm
MM )5,22(
1
ữ=
,M
2

=(1,1ữ1,3)M
đm
b. Phơng pháp mở bằng điện trở phụ không đối xứng ở mạch rôto
Phơng pháp này không đòi hỏi các điện trở mở máy ở các pha rôto
giống nhau và khi cắt giảm điện trở không cần đều nhau.
a) b) c)

d) e) f)
Hình 2-10: Sơ đồ mở máy với 4 cấp điện trở phụ không đối xứng
Lúc đóng điện, toàn bộ các điện trở đợc đa vào mạch rôto, các tiếp điểm
đều mở (Hình 2- 10a ). Trong qúa trình tăng tốc của động cơ, các điện trở lần l-
ợt đợc tách ra khỏi mạch rôto nhờ tác động của công tắc tơ. Theo thứ tự K
1
, K
2
, K
3 ,
và K
4
(các hình 2-10b,c,d,e ). Hai điện trở R
4
và R
5
đợc tách ra khỏi mạch
rôto cùng một lúc nên thụôc cùng một cấp điện trở.
Trờng hợp này mà dùng phơng pháp điện trở đối xứng bình thờng
thì cần phải cần đến 12 điện trở phụ nh hình (2-10f). Phơng pháp mở máy bắng
điện trở không đối xứng ở mạch rôto thờng dùng với các bộ khống chế lực để
kết hợp với việc tạo tạo ra các tốc độ khác nhau khi vận hành cũng nh để đa
động cơ trở về tố độ thấp trớc khi dùng nhằm để đảm bảo độ chính xác.

2.Phơng pháp mở máy bằng điện trở hoặc điện kháng nối tiếp mạch stato
Với phơng pháp này,do có điện trở hoặc điện kháng nên tổng trở mạch
stato tăng vá dòng điện mở máy của động cơ giảm đi, nằm trong giá trị cho
phép. Tất nhiên mômen mở máy cũng giảm.

a) b) c)
Hình 2-11: Sơ đồ mở máy dùng R
1
hoặc X
1
ở mạch stato (a,b)Đặc tính khi mở
máy(c)
Lúc mở máy các tiếp điểm K
2
đóng, K
1
mở để điện trở (hình 2-11a) hoặc
điện kháng (hinh2-11b)tham ra vào mạch stato nhằm hạn chế dòng điện mở
máy. Khi tốc độ động cơ đã tăng tới một mức nào đó (tuỳ theo hệ truyền động)
thì các tiếp điểm K
1
đóng, K
2
mở để loại điện trở hoặc điện kháng ra khỏi mạch
stato. Động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm a trên đặc tính 1 sang điểm b trên
đặc tính 2 và tăng tốc đến tốc độ làm việc, quá trình mở máy kết thúc.
Sơ đồ (hình 2-11a,b )là mở máy với một cấp điện trở hoặc điện kháng ở
mạch stato. Có thể mở máy nhiều cấp điện trở hoạc điện kháng khi công suất
độnh cơ lớn. Phơng pháp này thờng dùng cho động cơ cao áp.

Hình 2-12
Hình(2-12) trình bày trờng hợp mở máy đơn giản theo phơng pháp
điện trở không đối xứng ở mạchstato. Lúc đầu mới đóng điện thì tiếp điểm K
mở để động cơ làm việc bình thờng. Đây là trờng hợp cần giảm mômen mở
máy cho động cơ công suất nhỏ và trung bình mà không cần hạn chế dòng mở
máy phơng pháp này đơn giản,rẻ tiền mà vẫn đáp ứng đựơc yêu cầu cần thiết.
3. Phơng pháp mở máy dùng biến áp tự ngẫu
Phơng pháp này đợc sử dụng để đạt đợc một điện áp thấp cho động cơ lúc
mở máy nhằm giảm điện áp do đó giảm dòng điện lúc mở máy nhng cũng kéo
theo giảm mômen mở máy.

Hình2-13: Sơ đồ mở máy qua MBA tự ngẫu(a) Đặc tính cơ(b)
Lúc mở máy, các tiếp điểm K
1
,K
2
đóng ,K
3
mở. Khi các tiếp điểm K
3
đóng, K
1
và K
2
mở thì quá trình mở máy kết thúc.
4. Phơng pháp mở máy nhờ đổi nối sao - tam giác
Với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn làm việc bình thờng ở sơ
đồ mắc tam giác các cuộn dây stato thì mở máy có thể mắc theo sơ đồ hình
sao. Thực chất của phơng pháp này là giảm điện áp đặt vào các cuộn dây stato.
Khi đổi nối vì U

ph
= U
d
khi mắc tam giác còn khi mắc hình sao thì điện áp giảm
3
lần


3
d
ph
U
U
=

H×nh (2-14): Hép nèi d©y stato ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to d©y quÊn khi më
m¸y b»ng ®æi nèi sao- tam gi¸c
Hép nèi d©y cña ®éng c¬ nh h×nh a vµ khi më m¸y nhê ®æi nèi sao- tam
gi¸c th× m¾c nh s¬ ®å ë h×nh b. Lóc më m¸y th× c¸c tiÕp ®iÓm K
1
®ãng ,K
2
më.
Sau ®ã K
1
më, K
2
®ãng vµ qu¸ tr×nh më m¸y kÕt thóc.
5.Cỏc phng phỏp hóm ng c
5.1. Hãm tái sinh

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ

của động cơ lớn hơn tốc độ đồng bộ
1

khi đang làm việc ở trạng thái động cơ thì từ trờng quay cắt các thanh dẫn của
cuộn dây stato và rôto theo chiều nh nhau, nên sức điện động stato E
1
và sức
điện động rôto E
2
trùng pha nhau, còn khi hãm tái sinh E
1
vẫn giữ chiều nh cũ
còn sức điện động E
2
có chiều ngợc lại vì khi đó
1

>
, các thanh dẫn rôto
cắt từ trờng quay theo chiều ngợc lại .
Dòng điện trong cuộn dây rôto đợc tính:

2
2
2
2
2
22

2
2
2
2
22
22
2
).(

).(


.
SXR
SXE
J
SXR
SRE
SXJR
SE
+

+
=
+
(3-36)
Ta thấy rằng khi chuyển sang trạng thái hãm tái sinh S < 0, nh vậy chỉ có
thành phần tác dụng của dòng điện rôto đổi chiều, do đó mômen đổi chiều, còn
thành phần phản kháng vẫn giữ chiều nh cũ ở trạng thái hãm tái sinh động cơ
làm việc nh một máy phát điện song song với lới trả công suất tác dụng về lới,

còn vẫn tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì từ trờng quay.
Những động cơ không đồng bộ điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tần
số hoặc số đôi cực. Khi giảm tốc độ có thể thực hiện hãm tái sinh.
Trên hình 3-7 là đoạn đặc tính hãm tái sinh là
1312
,

bb
ở đó
12

>
hoặc
13

>

a) b)