PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG LÀM TĂNG HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG LÀM TĂNG HIỆU QUẢ </b>

<i><b>SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA </b></i>

<i><b> </b></i>

<b>KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC</b>

<i>Quảng Nam, tháng 4 năm 2015</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>L O </b>

ôi xin cam đoan tất cả các kết quả được trình bày trong luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của hS. Bùi Xuân Diệu. Các số liệu và kết quả trong luận văn này là hồn tồn trung thực và khơng có bất cứ sao chép nào từ các công bố của người khác mà khơng có trích dẫn trong mục tư liệu tham khảo.

<b> </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>L Ơ </b>

<i>Khóa luận này được thức hiện tại khoa Lý – Hóa – Sinh Trường Đại Học Quảng Nam dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS. Bùi Xn Diệu. Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy, người đã định hướng cho tôi trong tư duy khoa học, tận tình chỉ bảo và tạo rất nhiều thuận lợi cho tơi trong suốt q trình nghiên cứu và thực hiện khóa luận. </i>

<i>Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Ban Giám Hiệu, Lãnh đạo khoa Lý – Hóa – Sinh Trường Đại học Quảng Nam, đặc biệt các thầy cơ giáo chun ngành Vật lí, cùng các bạn sinh viên trong lớp Sư phạm Vật lý K12 đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt q trình thực hiện khóa luận. </i>

<i>Cuối cùng, tơi xin dành những tình cảm sâu sắc nhất tới những người thân trong gia đình và bạn bè thân quen đã động viên, chia sẽ những khó khăn, thơng cảm, hỗ trợ tôi về tinh thần cũng như vật chất trong suốt thời gian tôi nghiên cứu và thực hiện khóa luận. </i>

<i>Xin chân thành cảm ơn! </i>

<i>Quảng Nam, tháng 04 năm 2016 </i>

<i><b>Tác giả khóa luận </b></i>

Nguyễn Thị Thanh Trà

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>DANH MỤC CÁC HÌNH NH, HÌNH VẼ </b>

b. Cấu tạo rotor động cơ khơng đồng bộ ba pha. 5 1.3 Phân bố dòng và S.t.đ trong dây quấn 3 pha. 6

1.5 Q trình tạo moment của máy điện khơng đồng bộ. 9 1.6 Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ ba pha. 14 1.7 Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ ba pha. 14 1.8 Giản đồ năng lượng trong động cơ không đồng bộ. 15 1.9 a) Đồ thị thể hiện quan hệ giữa moment và hệ số trượt trong

động cơ không đồng bộ. b) Đường đặt tính cơ của động cơ không đồng bộ .

1.12 Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn rotor. 20

1.14 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ. 22 2.1 Khởi động động cơ bằng phương pháp trực tiếp. 24 2.2 Các phương pháp giảm điện áp khi khởi động động cơ dị bộ

giác; b. Đặc tính điện – cơ; c. Đặc tính cơ.

31

2.7 a. Khởi động động cơ dị bộ rotor dây quấn; b. Đặc tính cơ. 33 2.8 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số. 34

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

2.9 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp. 36 2.10 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

I_2d, I_2p, U_2d, U_2p, n₂

Dòng dây, dòng pha, điện áp dây, điện áp pha, tốc độ rotor của động cơ sau khi mạch chuyển đổi tự động của phương pháp mở máy đổi nối sao- tam giác.

I_3d, I_3p, U_3d, U_3p, n₃

Dòng dây, dòng pha, điện áp dây, điện áp pha, tốc độ rotor của động cơ sau khi mạch chuyển đổi tự động của phương pháp mở máy sử dụng điện trở.

i_A; i_B; i_C Dòng điện qua pha A, pha B, pha C. I_kđ Dòng khởi động.

k₂ Hệ số quy đổi tổng trở. k_dq Hệ số dây quấn.

k_i, k_e Hệ số quy đổi dòng điện và sức điện động. m₁, m₂ Số pha của dây quấn stato, rotor.

M_max = M_th Moment cực đại. M_kđ Moment khởi động.

M_{kđ(Y -∆)} Moment khởi động của phương pháp mở máy đổi nối sao – tam giác.

M_kđC Moment khởi động của phương pháp mở máy sử dụng cuộn kháng.

n₁ Tốc độ từ trường quay. p Số cặp cực.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

P₀ Tổn hao không tải.

P₁ Công suất điện động tiêu thụ từ lưới điện. P₂ Công suất hữu ích trên trục động cơ: P_cơ Cơng suất cơ trên trục.

P_đt Công suất điện từ.

P_j1 Tổn hao đồng hay tổn hao sắt từ trong stato do dịng điện xốy và từ trễ gây ra.

P_j2 Tổn hao đồng hay tổn hao sắt từ trên dây quấn rotor. P_mq Tổn hao ma sát cơ ở ổ trục quạt gió và phụ.

P_n Tổng tổn hao trên dây quấn stato và rotor.

P_th Tổn hao thép hay tổn hao trong dây quấn trên stato. R’₂ Điện trở dây quấn rotor chuyển về stato.

R₂ Điện trở dây quấn rotor. S Hệ số trượt của máy.

w₁, w₂ Số vòng dây 1 pha của stato, rotor. Η Hiệu suất của động cơ điện:

Từ thông xuyên qua mỗi dây quấn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b> Ụ Á B NG </b>

3.1 Kết quả khảo sát khởi động trực tiếp với stato nối hình sao 42 3.2 Kết quả khảo sát khởi động trực tiếp với stato nối tam giác 42 3.3 So sánh kết quả khảo sát khởi động trực tiếp khi stato nối sao

và stato nối tam giác

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>MỤC LỤC </b>

1.3.1. Sự tạo thành từ trường quay của dây quấn ba pha 6

1.4.1. Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n < n₁ ( 0 < s <1) 101.4.2. Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n > n<small>1</small> (s < 0) 101.4.3. Rotor quay ngược chiều từ trường n < 0 ( s >1) 10

1.5.1. Phương trình cân bằng điện áp mạch stato 101.5.2. Phương trình cân bằng điện áp mạch rotor 111.5.3. Phương trình cân bằng sức từ động của động cơ không đồng bộ ba pha 12

1.7. Biểu đồ năng lượng và hiệu suất động cơ điện không đồng bộ ba pha 141.8. oment và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha 161.8.1. Moment của động cơ không đồng bộ ba pha 161.8.2. Đặc tính cơ của động cơ khơng đồng bộ ba pha 171.8.3. nh hưởng của các tham số đến dạng đặc tính cơ 18

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Chương II: CÁC P ƯƠ P ÁP K ỞI ĐỘ ĐỘN CƠ K Ô ĐỒNG BỘ BA

2.2. Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ba pha 24

2.2.2. Khởi động dùng phương pháp giảm dòng khởi động 24

2.2.2.3. Phương pháp nối sao - tam giác Y - ∆ 29

2.2.3. Khởi động động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn 332.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 342.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số: 342.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp 362.3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ ở mạch rotor 37Chương III: K O SÁ CÁC P ƯƠ PHÁP KHỞI ĐỘ ĐỘ CƠ K Ô

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>PHẦN 1. MỞ BÀI1.1.Lí do chọn đề tài: </b>

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp nước ta đang được chú trọng đầu tư và phát triển. Sự phát triển đó được đánh dấu bằng việc thay thế các động cơ một chiều thành động cơ khơng đồng bộ ba pha vì những ưu điểm của nó như khởi động đơn giản, hiệu suất cao, rẻ tiền và kết cấu đơn giản, kích thước gọn nhẹ, vận hành tin cậy, giá thành chế tạo và chi phí vận hành thấp, sử dụng tốt trong môi trường công nghiệp nhất là loại rotor lồng sóc (như quạt gió, bơm nước, truyền động để di chuyển các băng tải sản xuất…).

uy nhiên cũng có các nhược điểm là đặc tính cơ phi tuyến mạnh dịng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của các thiết bị khác cùng nối với thanh góp của động cơ điện nên trước đây với các phương pháp khởi động, điều khiển động cơ khơng đồng bộ cịn gặp nhiều khó khăn và hạn chế.

Khi khởi động động cơ điện cần xét những yếu tố như: phải có moment khởi động đủ lớn để thích ứng với các đặt tính cơ của tải, dòng điện khởi động càng nhỏ càng tốt, tổn hao công suất trong quá trình khởi động càng nhỏ càng tốt, phương pháp khởi động và thiết bị khởi động phải đơn giản rẻ tiền và làm việc chắc chắn. Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau như khi đòi hỏi dòng điện khởi động nhỏ thường làm cho moment khởi động nhỏ. Vì vậy căn cứ vào điều kiện cụ thể của động cơ cần có phương pháp khởi động thích hợp.

Để tìm ra phương pháp khởi động thích hợp để có thể hạn chế dịng điện

<b>khởi động, đồng thời điều chỉnh tăng moment khởi động một cách hợp lý, tăng </b>

hiệu suất và các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. gồi việc tránh dịng đỉnh trong khi khởi động động cơ, cịn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn khơng gây ảnh hưởng xấu đến các thiết bị khác trong lưới điện; xuất phát từ các sự lý luận trên tôi chọn đề

<b>tài “Phương pháp khởi động làm tăng hiệu quả sử dụng động cơ không đồng </b>

<i><b>bộ ba pha” để nghiên cứu phân tích. </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>1.2. Mục tiêu của đề tài: </b>

Mục tiêu chính là thơng qua nghiên cứu tìm ra các phương án thích hợp để có thể khởi động động cơ khơng đồng bộ ba pha một cách an toàn và hiệu quả đồng thời thiết kế mạch khởi động hiệu dụng nhất đối với động cơ không đồng bộ ba pha để động cơ hoạt động với công suất tốt nhất.

<b>1.3. ối tượng và phạm vi nghiên cứu: </b>

 Đối tượng nghiên cứu: Động cơ không đồng bộ ba pha (cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, các tính chất cơ của động cơ khơng đồng bộ ba pha).

 Phạm vi nghiên cứu: Các phương pháp khởi động và thiết kế mạch khởi động động cơ không đồng bộ ba pha.

<b>1.4. Phương pháp nghiên cứu: </b>

 Phương pháp lý thuyết:

- Nghiên cứu các hiện tượng vật lý xảy ra trong động cơ.

- Dựa vào các định luật vật lý, viết hệ phương trình tốn diễn tả sự làm việc của động cơ, đó là mơ hình tốn của động cơ.

- Từ mơ hình tốn, thiết lập mơ hình mạch, đó là mạch điện thay thế của động cơ và nghiên cứu khai thác động cơ, sử dụng theo các yêu cầu cụ thể cũng như tìm ra phương án tiêt kiệm năng lượng cho động cơ.

 Phương pháp thực tiễn: Phương pháp quan sát, phương pháp thực nghiệm, phương pháp tổng kết kinh nghiệm.

<b>1.5. óng góp của đề tài: </b>

<b> ua đề tài “Phương pháp khởi động làm tăng hiệu quả sử dụng động cơ khơng đồng bộ ba pha” có thể được ứng dụng trong thực tế cuộc sống nhằm </b>

khởi động, sử dụng động cơ điện một cách hiệu quả.

<b>1.6. Cấu trúc của đề tài: </b>

Chương I: Tổng quan lý thuyết về động cơ không đồng bộ ba pha. Chương II: Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ba pha.

Chương III: Khảo sát các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ba pha.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>PHẦN 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU </b>

<b>Chương I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ Ộ Ơ Ô ỒNG BỘ BA PHA </b>

<b>1.1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ: </b>

áy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rotor n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường n₁.

Cũng như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, có nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện cũng như chế độ máy phát điện. Tuy nhiên máy phát điện khơng đồng bộ có đặc tính làm việc khơng tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ nên ít được dùng.

Động cơ điện khơng đồng bộ có cấu tạo và vận hành đơn giản, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống.

Động cơ điện không đồng bộ gồm các loại: động cơ ba pha, hai pha và một pha.

<b>1.2. ấu tạo động cơ điện khơng đồng bộ ba pha </b>

<i>Hình 1.1. Cấu tạo động cơ </i>

<b>1.2.1. Phần tĩnh - Stato </b>

rên Stato có vỏ máy, lõi thép và dây quấn.

máy làm bằng gang. Đối với vỏ máy có cơng suất lớn (1000kW) thường dùng

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

thép tấm hàn lại vỏ máy, tùy theo cách làm nguội, máy và dạng vỏ máy có dạng khác nhau.

<i> Lõi thép Stato: Lõi thép là phần dẫn từ. Được ghép bằng các lá thép Kỹ </i>

thuật điện hình vành khăn dày 0,5 mm ép lại có rãnh ở bên trong để đặt dây quấn Stato. rong trường hợp máy có cơng suất lớn, kích thước lõi thép lớn thì lõi thép ghép từ nhiều lá thép hình rẻ quạt. Lõi thép được ép vào máy.

thành các bối dây hay tổ bối dây. ùy theo cuộn dây quấn Stato là 1 pha hay 3 pha mà ta có động cơ khơng đồ bộ 1 pha hay 3 pha.

<i>Hình 1.2.a Stato động cơ </i>

<b>1.2.2. Phần quay – Rotor </b>

<b>Phần quay rotor gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. </b>

<i> Lõi thép: Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài </i>

ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa các lỗ để lắp trục.

 <i>Dây quấn: Dây quấn rotor của máy điện khơng đồng bộ thường có hai kiểu: </i>

rotor lồng sóc (rotor ngắn mạch) và rotor dây quấn.

 Rotor lồng sóc trong các rãnh của lõi thép rotor đặt các thanh đồng (hoặc nhôm), các thanh đồng thường đặt nghiêng so với trục, hai đầu nối ngắn mạch bằng 2 vịng đồng (nhơm), tạo thành lồng sóc (hình 1.2.b).

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<i>Hình 1.2.b Cấu tạo rotor </i>

<i>Hình 1.2.c Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ; (a) dây quấn rotor lồng sóc; (b) lõi thép rotor; (d) ký hiệu động cơ rotor lồng sóc. </i>

 Rotor dây quấn gồm lõi thép và dây quấn. Trong rãnh lõi thép rotor, đặt dây quấn ba pha. Dây quấn rotor thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng (vành trượt), được nối với ba biến trở bên ngoài để điều chỉnh tốc độ và mở máy.

là một chi tiết rất quan trọng. rục của máy điện tùy theo kích thước có thể được chế tạo từ thép Cacbon. rên trục của rotor có lõi thép, dây quấn, vành trượt và quạt máy.

không đồng bộ rất nhỏ (0,2 – 1 mm trong máy cỡ vừa và nhỏ) để hạn chế dòng từ hóa lấy từ lưới vào, nhờ đó hệ số cơng suất của máy cao hơn.

<i>Động cơ không đồng bộ có hai loại: Động cơ rotor lồng sóc và động cơ rotor dây quấn. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>1.3. ừ trường quay của dây quấn ba pha </b>

<b>1.3.1. Sự tạo thành từ trường quay của dây quấn ba pha </b>

Để tạo ra từ trường quay trong lõi thép Stato, cuộn dây Stato cần phải được chế tạo theo quy luật nhất định, cách bố trí, đấu nối cuộn dây 3 pha của Stato cần nghiêm ngặt tuân thủ công nghệ chế tạo. Dưới đây ta khảo sát cách tạo ra từ trường quay.

<i>Hình 1.3. Phân bố dòng và S.t.đ trong dây quấn 3 pha </i>

Cuộn dây Stato trong hình vẽ trên biểu diễn gồm có 3 vòng dây cho 3 pha, ba cuộn dây của 3 pha X, BY và CZ được đặt lệch nhau những góc 120<small>0</small>

. Dịng điện cung cấp cho động cơ cũng là dòng xoay chiều 3 pha : i_A, i_B và i_C cũng lệch pha nhau những góc là 120<small>0</small>. rong các dây quấn có dịng điện ba pha đối xứng chạy qua có đồ thị trên:

i_A = I_max sinωt

i_B = I_max sin(ωt-120⁰) i_C = I_max sin(ωt-240⁰)

i_A chạy vào cuộn dây X, i_B chạy vào cuộn BY, i_C chạy vào cuộn CZ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Để khảo sát sự biến thiên của từ trường sinh ra trong lõi thép Stato, ta khảo sát chiều và vị trí của từ trường tại các thời điểm khác nhau. a quy ước chiều dòng điện đi từ đầu đến cuối cuộn dây mang dấu dương (+), đi từ cuối đến đầu cuộn dậy mang dấu âm (-). hì chiều dịng điện trong các cuộn dây tại các thời

<b>điểm đó, dấu (+) là dòng điện đi vào, dấu (.) là dòng điện đi ra. </b>

<i>Hình1.4. Cuộn dây Stato </i>

Xét từ trường tổng do dòng ba pha gây ra tại 3 thời điểm:

 hời điểm pha ωt= 90<small>0</small>

(hình a)

Dòng điện pha cực đại và dương, các dịng điện pha B và C âm và có độ lớn bằng nhau. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường B_A, B_B, B_C, B_tổng.

 hời điểm pha ωt= 90<small>0</small>

+120⁰ (hình b )

Dịng điện pha B cực đại và dương, các dòng điện pha và C âm. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường B_A, B_B, B_C, B_tổng .Véc tơ từ trường tổng B<small>tổng</small> đã quay đi ột góc là 120⁰ so với thời điểm trước theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

 hời điểm pha ωt= 90<small>0</small>+240⁰(hình c)

Dịng điện pha C cực đại và dương, các dòng điện pha và B âm. Véc tơ từ trường tổng B<small>tổng</small> đã quay đi một góc là 240⁰ so với thời điểm ban đầu theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Vậy dòng điện ba pha tạo ra từ trường quay. ừ trường tạo ra trong lõi thép Stato có chiều và trị số thay đổi liên tục theo thời gian và trong trường hợp này nó quay theo chiều kim đồng hồ. hìn trên đồ thị thời gian ta thấy rằng từ điểm a đến thời điểm d tương ứng với khoảng thời gian là ½ chu kỳ ( /2); trong khoảng thời gian đó thì từ trường quay được 180<small>0</small>, như vậy sau một chu kỳ của dịng điện thì từ trường sẽ quay được 360<small>0</small> (1 vòng).

ừ trường trong trường hợp ta vừa xét gồm có 2 cực, nếu ta tăng gấp đôi số cuộn dây của mỗi pha thì số cực cũng sẽ tăng lên gấp đơi, tốc độ của từ trường quay lại bị giảm đi một nửa. rong trường hợp tổng quát, tốc độ quay của từ trường xác định theo công thức: n₀ = 60.f/p.

<b>1.3.2. ặc điểm của từ trường quay </b>

- ốc độ từ trường quay:

ốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f_i và số đôi cực p. ốc độ từ trường quay là n<small>1</small> =60f_i/p (vòng /phút).

- Chiều quay của từ trường:

Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện đạt cực đại. uốn đổi chiều quay của từ trường ta giữ nguyên một pha và thay đổi thứ tự hai pha còn lại với nhau .

<i>Ví dụ : Dịng điện i</i><small>B</small> cho vào dây quấn CZ, dòng điện i_C cho vào dây quấn BY, từ trường sẽ quay theo chiều ngược lại tức là cùng chiều kim đồng hồ.

- Biên độ của từ trường quay:

Từ trường quay sinh ra từ thông xuyên qua mỗi dây quấn. Dây quấn 3 pha lệch về khơng gian với pha một góc lần lượt là 120<small>0</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ. </b>

<i>Hệ số trượt s của máy: </i>

hư vậy khi n = n₁ thì s = 0, cịn khi n =0 thì s =1; khi n > n₁ thì s < 0 và rotor quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì s > 1.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<b>1.4.1. Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n < n₁ ( 0 < s <1) </b>

Giả thuyết về chiều quay n₁ của từ trường khe hở và của rotor như hình (a). Theo quy tắc bàn tay phải, ta xác định được chiều sức điện động E₂ và I₂; theo quy tắc bàn tay trái xác định được lực F và moment M. Ta thấy F cùng chiều quay của rotor, nghĩa là điện năng đưa tới stato thông qua từ trường đã biến đổi thành cơ năng trên trục quay rotor theo chiều từ trường quay n<small>1</small>, như vậy động cơ làm việc ở chế độ động cơ điện.

<b>1.4.2. Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n > n₁ (s < 0) </b>

Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ đồng bộ n > n₁. Lúc đó chiều từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽ ngược lại, sức điện động và dòng điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều của cũng ngược chiều n₁, nghĩa là ngược chiều với rotor, nên đó là moment hãm (hình (b)). hư vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục dộng cơ điện, do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện, nghĩa là động cơ làm việc ở chế độ máy phát.

<b>1.4.3. otor quay ngược chiều từ trường n < 0 ( s >1) </b>

Vì ngun nhân nào đó mà rotor của máy điện quay ngược chiều từ trường quay (hình (c)) lúc này chiều của sức điện động và moment giống như ở chế độ động cơ. Vì moment sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãm rotor lại. rường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào, vừa lấy cơ năng từ động cơ sơ cấp. Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ.

<b>1.5. Thiết lập các phương trình cân bằng </b>

<b>1.5.1. Phương trình cân bằng điện áp mạch stato </b>

Dây quấn Stato động cơ điện tương tự như máy biến áp, ta có phương trình cân bằng điện áp là:

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

X₁ = 2π. .L₁ : điện kháng dây quấn stato ( : tần số stato, L₁: điện cảm tản stato).

E₁ = 4,44. .k_dq1 . .w₁ : sức điện động pha stato do từ thông của từ trường quay sinh ra.

k_dq<1 : hệ số dây quấn của một pha stato w₁ : số vòng dây 1 pha của stato  : biên độ từ thơng của trường quay

<b>1.5.2. Phương trình cân bằng điện áp mạch rotor </b>

Dây quấn rotor xem như dây quấn thứ cấp của máy biến áp, song ở đây dây quấn rotor chuyển động tương đối với từ trường quay

tốc độ trượt n₂ = n₁ – n = s.n₁ hư vậy sức điện động và dịng điện trong dây quấn rotor có tần số là :

w .w .

<i>kE</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Vì dây quấn rotor ngắn mạch, nên phương trình cân bằng điện lúc rotor quay là:

 <i>^(1.13)</i>

<b>1.5.3. Phương trình cân bằng sức từ động của động cơ không đồng bộ ba pha </b>

Ta lý luận tương tự như máy biến áp, từ thơng  có trị số hầu như khơng đổi tương ứng với chế độ có tải và khơng tải. Do đó ta viết được phương trình cân bằng từ động cơ điện:

là dòng điện stato lúc không tải <i><small>I</small></i>₁

<small>..w .</small>

<i><small>dqi</small></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<b>1.6. Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ </b>

Căn cứ vào hệ thống cân bằng điện và từ của động cơ điện:

I’₂ = I₂ / k_i dòng điện rotor quy đổi về stato.

R’₂ = R₂ . k_i .k_e là điện trở dây quấn rotor quy đổi về stato. X’₂ = X₂ .k_i .k_e là điện kháng dây quấn rotor quy đổi về stato. k_i .k_e = k₂ là hệ số quy đổi tổng trở.

Phương trình (5) suy ra được:

<small>'0</small> <i><small>E</small></i> <small>'</small> <i><small>I</small></i> <small>'</small> <i>^R<small>j X</small></i><small>.</small>

 

(1.16)

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<i> a. b. </i>

<i>Hình 1.6. Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ ba pha </i>

Sơ đồ (b) được sử dụng nhiều trong tính tốn động cơ điện khơng đồng bộ.

R R R X X

' 1'

Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ có thể vẽ như hình 1.7.

<b>1.7. Biểu đồ năng lượng và hiệu suất động cơ điện không đồng bộ ba pha </b>

Động cơ điện không đồng bộ nhận điện năng của lưới điện, nhờ từ trường quay, điện năng đã được biến thành cơ năng.

Đồ thị quá trình năng lượng được biểu diễn như hình 1.8. rong đó số pha

<i>stato m₁=3. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<i>Hình 1.8. Giản đồ năng lượng trong động cơ không đồng bộ </i>

 P₁: công suất điện động cơ tiêu thụ từ lưới điện:

P₁ =3. U₁ .I₁ .cosφ₁ <i> (1.20) </i>

rong đó: ₁, I₁ là điện áp pha và dịng điện pha.

 P_đt: công suất điện từ:

P_mq: tổn hao ma sát cơ ở ổ trục quạt gió và phụ.

Tổn hao sắt từ trong lõi thép rotor nhỏ có thể bỏ qua vì tần số dịng điện rotor nhỏ. hông thường người ta xác định gần đúng hiệu suất như sau:

<small>2220</small> <i>_t</i> <small>.</small> <i>_n</i>

<small></small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

rong đó: k_t = I₁/ I_1đm hệ số tải

P₀ = P_j1 + P_mq: tổn hao không tải

P_n: tổng tổn hao trên dây quấn stato và rotor (η_đm = 0,75 ÷0,95)

<b>1.8. oment và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha 1.8.1. Moment của động cơ không đồng bộ ba pha </b>

oment điện từ <small>đt </small>đóng vai trị moment quay:

M = M_đt = P_đt/ω₁= P_đt.p/ω₀ <i> (1.29) </i>

ω₁: tần số góc của từ trường quay ; ω₀ : tần số góc dòng điện stato (ω₁ = ω₀/p); p là số đôi cực từ.

Công suất điện từ: P_đt= 3I’<small>2</small>² R’₂/s <i> (1.30) </i>

Dựa vào sơ đồ (b) hình1.6. ta tính được:

Đồ thị moment theo hệ số trượt = f_i(s) (hình 1.9.a)

Thay s = (n₁-n)/n₁ vào biều thức ta có mối quan hệ n = f_i(M).

uan hệ n = f_i( ), gọi là đường đặc tính cơ của động cơ khơng đồng bộ (hình 1.9.b). Động cơ sẽ làm việc ở điểm _q =M_c (hình 1.9.b ).

a) b)

<i>Hình 1.9.a) Đồ thị thể hiện quan hệ giữa moment và hệ số trượt trong động cơ không đồng bộ; b) Đường đặt tính cơ của động cơ khơng đồng bộ. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

<i>Đặc điểm của moment quay: </i>

 oment tỉ lệ với bình phương điện áp M~U₁<small>2</small>, nếu ₁thay đổi, moment động cơ thay đổi rất nhiều.

 oment có trị số cực đại <small>max</small> hay moment tới hạn M_th ứng với giá trị tới hạn s_th

''

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>1.8.2.4. ặc tính hệ số cơng suất cosφ = f(P₂) </b>

Vì động cơ luôn luôn nhận công suất phản kháng từ lưới. Lúc không tải cosφ rất thấp thường < 0,2. Khi có tải dịng điện I₂ tăng lên nên cosφ cũng tăng lên.

Khi tải tăng, công suất P₁ tăng và cosφ được tăng lên đạt đến giá trị định mức cosφ = 0,8 - 0,9.Khi quá tải dòng điện vượt định mức, từ thơng tản tăng, Q₁ tăng; do đó cosφ lại giảm xuống.

<i>Hình 1.10. Các đường đặt tuyến của động cơ không đồng bộ </i>

<b>1.8.3. nh hưởng của các tham số đến dạng đặc tính cơ 1.8.3.1. nh hưởng của điện áp </b>

Khi điện áp đặt vào động cơ giảm:

 Từ phương trình: M_max= M_th=

(Dựa trên công thức (1.32) viết lại với X_nm = X₁ + X’₂)

Ta thấy moment tới hạn giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ giảm của điện áp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

 Độ trượt tới hạn

  ^{không thay đổi.}

- M_th nói lên khả năng quá tải của động cơ. - Moment khởi động ( <small>2</small>

<small>k</small><i><small>đ</small></i> <small>21</small><i><small>P</small></i>

<i>M</i> <i>K U</i> ) giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp.

<i>Hình 1.11. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha khi thay đổi điện áp </i>

Đặc tính này thích hợp với phụ tải bơm và quạt gió, khơng thích hợp với phụ tải khơng đổi. Ngồi ra đối với động cơ cơng suất lớn với phụ tải bơm hoặc quạt gió; người ta dùng phương pháp tăng dần điện áp đặt vào động cơ để hạn chế dòng điện khi khởi động.

<b>1.8.3.2. nh hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator </b>

Khi thêm điện trở phụ R_p vào Stator thì ₀ khơng đổi, độ trượt tới hạn <i>S_th</i>

giảm, momen tới hạn <i>M_th</i> giảm.

Khi thêm điện kháng phụ X_p vào mạch Stator thì tốc độ ₀ không đổi, độ trượt tới hạn <i>S_th</i> giảm, momen tới hạn <i>M_th</i> giảm.

Chú ý: Nên chọn R_phoặc X_p sao cho có cùng một moment khởi động (M_kđ), thì đường đặc tính ứng với R<small>p</small> nằm gần trục tung hơn vì nó có tổn thất năng lượng lớn hơn.

<small>Mth2</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

<b>1.8.3.3. nh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor </b>

Đối với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn người ta mắc thêm điện trở phụ <i><small>R</small>_p</i>vào mạch rotor để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ.

Khi đưa <i><small>R</small>_p</i>vào mạch rotor thì ω₀= const; <i>M_th</i> = const; <i>S_th</i>=

<i>Hình 1.12. Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn rotor. </i>

<b>1.8.3.4. nh hưởng của số đôi cực từ p </b>

Để thay đổi số đôi cực ở stato người ta thường thay đổi cách đấu dây vì: )

Hình 1.13 biểu diễn đặc tính cơ thay đổi với p =

<small>21</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

<i>Hình 1.13. a) Đặc tính cơ khi thay đổi số đơi cực, M_th= const; b) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực p</i>₁<i>= const. </i>

<b>1.8.3.5. nh hưởng của tần số </b>

 Từ biểu thức

<i><small>n mf</small></i>

Trên (hình 1.14) trình bày đặc tính cơ khi <i><small>f</small></i>₁ <small></small> <i><small>f</small></i>₁<i>_đm</i> với điều kiện thì M<i>_th</i> giữ không đổi. Ở vùng <i><small>f</small></i>₁ <small></small> <i><small>f</small></i>₁<i>_đm</i>, M<i>_th</i> tỉ lệ nghịch với bình phương tần số.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<i>Hình 1.14. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ </i>

<b>Kết luận chương </b>

Với chương I như nêu trên em đã trình bày được những nội dung chính:

 Cấu tạo của động cơ gồm hai phần chính đó là stato và rotor.

 ừ trường quay của dây quấn ba pha được hình thành ra sao và đặc điểm của từ trường đó.

 Nguyên lý hoạt động của động cơ.

<b> Thiết lập các phương trình cân bằng (cân bằng điện áp, cân bằng sức từ động). </b>

 Sơ đồ thay và biểu đồ năng lượng và hiệu suất động cơ điện không đồng bộ ba pha.

 oment và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha.

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<b>Chương : Á P Ơ P ÁP Ở Ộ Ộ Ơ Ô ỒNG BỘ BA PHA </b>

<b>2.1. Các yêu cầu khởi động: </b>

Quá trình khởi động động cơ điện không đồng bộ là quá trình kể từ khi đóng điện vào động cơ lúc tốc độ bằng không cho đến khi tốc độ tăng dần và ổn định. Song song với q trình tốc độ tăng dần thì dịng điện trong quá trình khởi động cũng giảm dần. Dịng điện khởi động có giá trị lớn nhất trong quá trình khởi động thường gấp khoảng 4 đến 7 lần dịng điện định mức do đó có thể làm hỏng dây quấn đồng thời làm ảnh hưởng đến điện áp lưới điện.

Khi mới bắt đầu khởi động n = 0 và s = 1 nên dòng điện pha khởi động có thể tính được từ mạch điện thay thế khi bỏ qua dịng điện từ hóa như sau:

Trong thực tế, tùy theo yêu cầu làm việc, theo tính chất của tải và theo tình hình lưới điện mà yêu cầu khởi động đối với động cơ điện khơng đồng bộ cũng khác nhau. Có khi yêu cầu moment khởi động lớn, có khi cần hạn chế dịng khởi động nhưng có khi lại u cầu cả hai. Những u cầu đó địi hỏi động cơ khơng đồng bộ phải có tính năng khởi động thích hợp.

Nói chung các yêu cầu cơ bản khi khởi động động cơ điện khơng đồng bộ là:

 Dịng điện khởi động càng nhỏ càng tốt;

 Moment khởi động phải lớn hơn moment cản (M<small>kđ</small>> M_c);

 Phương pháp khởi động và thiết bị sử dụng phải hiệu quả, làm việc an toàn, tin cậy, tổn hao trong quá trình khởi động thấp và giá thành chấp nhận được.

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

<b>2.2. ác phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ba pha 2.2.1. Phương pháp khởi động trực tiếp </b>

Khởi động trực tiếp là đóng động cơ vào lưới điện khơng qua một thiết bị phụ nào. Việc cấp một điện áp định mức cho stato động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc hoặc động cơ khơng đồng bộ rotor dây quấn nhưng cuộn dây rotor nối tắt, khi rotor chưa kịp quay, thực chất động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch. Dòng động cơ rất lớn, có thể gấp dịng định mức từ 4 đến 7 lần. Tuy dòng khởi động lớn như vậy nhưng moment khởi động lại nhỏ do hệ số công suất cosφ rất nhỏ (cosφ_o = 0,1 - 0,2), mặt khác khi khởi động, từ thông cũng bị giảm do điện áp giảm làm cho moment khởi động càng nhỏ.

<i>Hình 2.1. Khởi động động cơ bằng phương pháp trực tiếp </i>

Hay ta có thể nói phương pháp khởi động trực tiếp có ưu điểm là khởi động đơn giản do không tốn thiết bị kèm theo. uy nhiên nhược điểm của phương pháp này là dòng khởi động lớn ( I_kđ = 4÷7 I_đm), nếu qn tính của tải lớn và thời gian khởi động dài thì có thể làm động cơ nóng và giảm điện áp lưới điện.

Vì vậy phương pháp khởi động trực tiếp thường sử dụng với động cơ điện có cơng suất nhỏ so với công suất nguồn, và khởi động nhẹ (moment cản trên trục động cơ nhỏ).

<b>2.2.2. Khởi động dùng phương pháp giảm dịng khởi động </b>

Mục đích của phương pháp là giảm điện áp đặt vào động cơ điện để giảm dòng khởi động. Sau khi khởi động xong phải khôi phục điện áp định mức để động cơ điện làm việc bình thường.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Dòng khởi động của động cơ xác định bằng biểu thức:

 Giảm điện áp nguồn cung cấp;

 Đưa thêm điện trở vào mạch rotor;

 hay đổi tần số.

Với động cơ khơng đồng bộ rotor lồng sóc (động cơ dị bộ rotor ngắn mạch) để giảm dòng khởi động ta thực hiện biện pháp giảm điện áp. gười ta dùng các phương pháp sau đây để giảm điện áp khởi động: dùng cuộn kháng, dùng biến tự ngẫu, thực hiện đổi nối sao – tam giác và thay đổi tần số.

Đặc điểm chung của các phương pháp giảm điện áp là cùng với việc giảm dòng khởi động, moment khởi động cũng giảm.

<i>Hình 2.2. Các phương pháp giảm điện áp khi khởi động động cơ dị bộ rotor lồng sóc; a. dùng cuộn kháng; b. dùng biến tự ngẫu; c. dùng đổi nối sao – tam giác. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

Vì moment động cơ tỷ lệ với bình phương điện áp nguồn cung cấp, nên khi giảm điện áp moment giảm theo tỷ lệ bình phương, ví dụ điện áp giảm √ lần thì moment giảm đi 3 lần. Việc thực hiện đổi nối sao tam giác chỉ thực hiện được với những động cơ khi làm việc bình thường thì cuộn dây stato nối tam giác. Do khi khởi động cuộn dây stato nối sao, điện áp đặt lên stato nhỏ hơn √ lần khi chuyển sang nối tam giác, dòng điện giảm √ lần thì moment cũng giảm đi 3 lần. Khi khởi động bằng biếp áp, nếu hệ số biến áp là k_t thì điện áp trên tụ đấu dây của động cơ giảm đi k_t lần so với điện áp định mức, dòng khởi động giảm đi k_t , moment khởi động cũng sẽ giảm đi k_t² lần. Tất cả các phương pháp khởi động bằng giảm điện áp chỉ thực hiện được ở những động cơ có khởi động nhẹ, còn động cơ khởi động nặng không áp dụng được, người ta khởi động bằng phương pháp mềm. Để hiểu rõ hơn về các phương pháp khởi động trên đã giảm điện áp tạo dòng khởi động như thế nào ta sẽ lần lượt chỉ rõ trong các phần sau đây.

<b>2.2.2.1. Phương pháp sử dụng cuộn kháng </b>

<i>Hình 2.3.Hạ áp khi khởi động bằng cuộn kháng. </i>

Điện kháng là cuộn dây lõi thép có điện kháng lớn được nối tiếp với động cơ (hình 2.3). Khi khởi động cầu dao D₂ mở, cầu dao D₁ đóng. Điều chỉnh trị số của điện kháng được dòng điện khởi động cần thiết. Khi động cơ đã quay ổn định thì đóng cầu dao D

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

Gọi I_kđ và M_kđ là dòng điện và moment khi khởi động trực tiếp với điện áp đặt vào động cơ điện là U<small>đm</small>.

Khi có điện kháng thì khi đó:

 Điện áp đặt vào động cơ điện là U<small>đc</small>: U_đc = kU_đm

 Dòng điện khởi động: I’<small>kđ</small> = k.I_kđ

 Moment khởi động: ’<small>kđ</small> = k²M_kđ

Do có điện áp giáng trên điện kháng mà điện áp đặt vào động cơ giảm k lần, k<1. Dòng điện khởi động cũng giảm k lần nhưng moment khởi động giảm k<small>2</small>

lần (vì moment tỷ lệ với bình phương điện áp theo (1.32)).

<i><b>Ưu điểm: là thiết bị đơn giản. </b></i>

<i><b>Nhược điểm: khi giảm dòng điện khởi động thì moment khởi động cũng giảm </b></i>

xuống bình phương lần.

<b>2.2.2.2. Phương pháp sử dụng biến tự ngẫu </b>

<i>Hình 2.4. Hạ áp khi khởi động bằng biến áp tự ngẫu. </i>

Sơ đồ khởi động như hình 2.4. rong đó là biến áp tự ngẫu, bên sơ cấp nối với lưới điện, bên thứ cấp có điện áp thấp nối với động cơ điện. Khi khởi động cầu dao D₁ và D₃ đóng, D₂ mở. Sau khi khởi động xong thì D₂ đóng D₃ mở.

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

Gọi k_t là tỷ số biến áp của máy biến áp tự ngẫu (k_t>1); U_L là điện áp lưới điện bằng điện áp pha định mức của động cơ điện; Z<small>n</small> là mô đun tổng trở pha động cơ điện khi khởi động.

Điện áp pha đặt vào động cơ điện là:

<small>'</small> <i><small>L</small>^đ<small>đ</small></i>

Vậy khi sử dụng biến áp giảm áp đặt dây quấn stato lúc khởi động, dòng điện mở máy qua dây quấn giảm thấp. hưng dịng điện này chỉ xuất hiện phía thứ cấp biến áp cịn dịng qua nguồn chính là dịng qua sơ cấp biến áp.

Dòng điện khởi động phía thứ cấp chạy vào động cơ điện hay dòng điện khởi động của động cơ điện lúc khởi động là:

Với biến áp giảm áp, dịng điện phía sơ cấp sẽ có giá trị thấp hơn dịng điện phía thứ cấp. Tóm lại khi dùng máy biến áp giảm áp để giảm dòng khởi động, dòng điện khởi động qua biến tự ngẫu sẽ thấp hơn dòng điện khởi động khi dùng với điện kháng hay trực tiếp.

<i><b>Ưu điểm: so với phương pháp trên ta thấy, khi ta chọn k</b></i><small>t</small> = 0,6 thì moment khởi động vẫn bằng ”<small>kđ</small> = 0.36 M<small>kđ</small> nhưng dòng khởi động lấy từ lưới điện vào thì nhỏ hơn nhiều I’_kđ = 0,36 I_kđ ngược lại ta lấy từ lưới vào một dòng điện khởi động bằng dòng điện khởi động của phương pháp trên thì phương pháp này thì moment khởi động lớn hơn. Đó là ưu điểm của phương pháp dùng biến áp tự ngẫu hạ thấp điện áp khởi động.

</div>