Báo Cáo Nhập Môn Ngành Điện Tìm Hiểu Về Động Cơ Điện Xoay Chiều Không Đồng Bộ 3 Pha.pdf

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.57 MB, 20 trang )

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

BÁCH KHOA HÀ NỘI

--- ---<sub>  </sub>

<b>BÁO CÁO NHẬP MƠN NGÀNH ĐIỆN</b>

<i><b>Đề tài: Tìm hiểu về động cơ điện xoay chiều không</b></i>

20220214P3 Lương Vĩnh Đăng

20220729P4 Đặng Hải Nam

20220224P

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

5 Nguyễn Đình Thạch 7P6 Vương Đình Trung

<b>Chuyên ngành: Kĩ thuật điều khiển và tự động hóa</b>

<i>Hà Nội, tháng 11, năm 2022</i>

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

<b><small>1 Phần tĩnh (stato):...4</small></b>

<b><small>3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ:...9</small></b>

<b><small>4. Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha:...13</small></b>

<b><small>CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG...16</small></b>

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

<b>LỜI NĨI ĐẦU</b>

Cách mạng cơng nghệ đánh dấu thay đổi lớn trong phươngpháp sản xuất qua quy trình sử dụng máy móc nhằm đáp ứngnhu cầu của con người. Trong thời đại phát triển 4.0 ngày nay,ngành cơng nghiệp đóng một vai trị quan trọng nhằm thúc đẩyvà phát triển nền kinh tế đất nước. Công nghệ mới là nhân tốthiết yếu cần đưa vào trong quá trình sản xuất.

Khi mà động cơ điện ngày càng phổ biến và được ứng dụngrộng rãi trong nền cơng nghiệp thì thực hiện phương pháp tốiưu nó là một vấn đề đã được đặt ra. Trải qua nhiều giai đoạn,phương pháp, thử nghiệm, động cơ không đồng bộ 3 pha đãđược tạo ra. Nó đã trở thành giải pháp tối ưu và được sử dụngrất rộng rãi trong các nhà máy, cơ quan, xí nghiệp với quy mơlớn.

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

<b>CHƯƠNG I. CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA</b>

<i>Máy phát điện xoay chiều gồm 2 phần chính: phần cảm vàphần ứng.</i>

<i>+ Phần cảm: là nam châm dùng để tạo ra từ trường (namchâm vĩnh cửu hoặc nam châm điện)</i>

<i>+ Phần ứng: là khung dây dẫn dùng để tạo ra dòng điện.Một trong hai sẽ đứng yên, phần còn lại quay. Bộ phận đứngyên gọi là phần tĩnh (stato), bộ phận quay gọi là phần quay(roto)</i>

*Động cơ không đồng bộ ba pha gồm hai phần chính:-Phần tĩnh (stato): gồm vỏ máy, lõi sắt và dây quấn.

-Phần quay (roto): gồm trục, lõi sắt và dây quấn roto, ngồi rakhe hở trong động cơ khơng đồng bộ rất nhỏ nên roto trongđộng cơ không đồng bộ rất tròn và đều.

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

Lõi thép là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi thép là từtrường quay nên để giảm bớt tổn hao, lõi thép được làm bằngnhững lá thép kĩ thuật điện dày 0,5

mm ép lại. Khi đường kính ngồi củalõi thép nhỏ hơn 900mm thì dùng cảtấm thép trịn ép lại. Khi đường kínhngồi lớn hơn trị số trên thì phải dùngnhững tấm thép hình rẻ quạt ghép lạithành khối tròn.

Mỗi lõi thép kĩ thuật điện đều cóphủ sơn cách điện trên bề mặt đểgiảm hao tổn do dịng điện xốy gâynên. Nếu lõi thép ngắn thì có thể ghép

thành một khối. Nếu lõi thép quá dài thì ghép thành những tấmngắn mỗi tấm thép dài từ 6 đến 8 cm đặt cách nhau 1cm đểthơng gió tốt hơn. Mặt trong của lá thép sẽ có rãnh để đặt dâyquấn.

Dây quấn phần cảm (dây quấn kích từ) được đặt vào cácrãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõi thép. Dây quấnphần ứng là phần dây bằng đồng được đặt trong các rãnh phầnứng làm thành một hoặc nhiều vịng kín. Dây quấn là bộ phậnquan trọng nhất của động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào qtrình biến đổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng. Đồngthời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệkhá cao trong toàn giá thành của máy.

Yêu cầu đối với dây quấn bao gồm:

- Đối với dây quấn phần cảm (dây kích từ) thì tạo ra từ trườnghình sin ở khe hở; cịn dây quấn phần ứng đảm bảo có suất điệnđộng và dịng điện tương ứng với cơng suất điện từ của máy- Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản.

- Bền về cơ, điện, nhiệt, hóa; lắp ráp và sửa chữa dễ dàng.

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

Có loại dây quấn tương tự như dây quấn stato bên trongmáy điện loại có cơng suất trung bình trở lên. Do đó, dây quấnroto thường dùng là kiểu dây quấn sóng 2 lớp vì bớt được phầndây đầu nối, đồng thời kết cấu dây quấn ở trên rôto càng chặtchẽ hơn. Trong các loại máy điện cỡ nhỏ, người ta thường dùngdây quấn đồng tâm chỉ có 1 lớp.

Phân loại làm hai loại chính roto kiểu dây quấn và rotokiểu lồng sóc:

+ Roto kiểu dây quấn: roto kiểu dây quấn cũng giống như dâyquấn ba pha stato và có cùng số cực từ dây quấn stato. Dâyquấn kiểu này ln đầu hình sao ( Y ) và có ba đầu ra đấu vàoba vành trượt gắn vào trục quay roto và cách điện với trục. Bachổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện và

một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi độnghoặc điều chỉnh tốc độ.

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

(Roto kiểu dây quấn)

+ Roto kiểu lồng sóc (roto ngắn mạch): gồm các thanh đồnghoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vànhngắn mạch ở hai đầu. Với động cơ nhỏ, dây quấn roto được đúcnguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệtvà cánh quạt làm mát. Các động cơ công suất trên 100kwthanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh roto và gắnchặt vành ngắn mạch.

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

- Ưu điểm: Có ưu điểm về quá trình mở máy và khả năngđiều chỉnh tốc độ.

- Nhược điểm: Giá thành cao và động cơ vận hành kém tincậy.

- Ưu điểm: Hoạt động đảm bảo và giá thành rẻ.

- Nhược điểm: Điều chỉnh tốc độ khó và dịng điện khởiđộng lớn.

<b>Tạo ra từ trường quay bằng cách cho dòng điện đi xoay</b>

chiều ba pha đi vào trong stato gồm 3 cuộn dây giốngnhau, đặt lệch nhau 120° trên một giá trịn thì trong không gian

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

giữa 3 cuộn dây sẽ có từ trường quay với tần số góc bằng tầnsố góc của dịng điện xoay chiều.

Đặt trong từ trường quay một roto lồng sóc (có tác dụngnhư một khung dây dẫn có thể quay dưới tác dụng của từtrường quay) có thể quay xung quanh trục quay của từ trường.Roto lồng sóc quay do tác dụng của từ trường quay với tốc độnhỏ hơn tốc độ của từ trường. Chuyển động quay của roto đượcsử dụng để làm quay các máy khác.

<b>Phần tĩnh (stato) gồm cuộn dây đồng quấn trên khung</b>

được ghép lại bởi các lá thép kỹ thuật điện. Khi cho dịng điệnchạy qua đó, điện năng sẽ biến đổi thành hệ thống các đườngsức từ trường có lơng có hướng, khép kín trên mạch từ.

và roto dây quấn. Nhưng trong thực tế, động cơ roto lồng sócchiếm ưu thế hơn cả vì dễ dàng chế tạo và lắp đặt, chi phí giáthành rẻ hơn. Nó gồm các thanh đồng được đúc xuyên qua cácrãnh của roto và được nối tắt ở hai đầu, kèm theo cánh tảnnhiệt và quạt làm mát.

Hình trên mơ tả ngun lý tạo ra từ trường quay của stato.Khi chúng ta cấp điện áp 3 pha vào đầu cuộn dây của động cơ,trong stato sẽ có một từ trường như hình vẽ, từ trường này quétqua các thanh đồng của roto, sẽ tạo ra dòng điện kín bên trongđó, làm xuất hiện các suất điện động và dòng điện cảm ứng.

Hai lực tương tác giữa từ trường quay và dòng điện cảmứng này tạo ra momen quay tác động lên roto, làm roto quay

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

theo chiều của từ trường với tốc độ gần bằng tốc độ của từtrường quay.

Để hiểu rõ hơn, ta tham khảo nguyên lý tạo từ trường quaytrên hình vẽ.

<b>2. Momen quay</b>

Khi có dịng điện ba pha chạy trong dây quấn thì trong khehở khơng khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ (trong đó: f1là tần số lưới điện; P là số cặp cực; n1 là tốc độ từ trường quay).Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nêntrong dây quấn roto có dịng điện I chạy qua. Từ thơng do dịng<small>2</small>điện này sinh ra hợp với từ thơng của stato tạo thành từ thơngtổng ở khe hở. Dịng điện trong dây quấn roto tác dụng với từthông khe hở sinh ra momen.

Ở đây, từ trường do stato tạo ra thuộc loại quay vì cơngsuất ba pha, khơng giống như loại động cơ một pha. Và do từtrường quay này, roto bắt đầu tự quay ngay cả khi khơng có lựcđẩy ban đầu. Điều này làm cho động cơ ba pha trở thành loại tựkhởi động và chúng tôi không cần bất kỳ cuộn dây phụ nào choloại động cơ này.

Lực điện từ tác dụng lên dòng điện trong dây quấn rototạo momen quay kéo roto quay theo chiều quay của từ trườngvới tốc độ n < n .<small>1</small>

+) Tốc độ quay của từ trường: (vòng/phút). +) Tốc độ trượt: n = n – n<small>21</small>

+) Hệ số trượt tốc độ:

+) Tốc độ động cơ: n = n (1-s) = 1-s)<small>1 </small>

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

Hình vẽ dưới là đặc tính cơ của máy điện khơng đồng bộ 3pha khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tỉ số .

Việc điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi tần sốthích hợp khi điều chỉnh cả nhóm động cơ lồng sóc. Điều chỉnhtốc độ bằng thay đổi tần số cho phép điều chỉnh ở tốc độ mộtcách bằng phẳng trong phạm vi mở rộng. Với sự phát triển vượtbậc của linh kiện điện tử thì giá thành các bộ biến tần ngàycàng giảm. Các bộ biến tần được ứng dụng ngày càng rộng rãi.

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

Số đôi cực của từ trường quay phụ thuộc vào cấu tạo dâyquấn. Động cơ khơng đồng bộ 3 pha có cấu tạo dây quấn đểthay đổi số đôi cực từ được gọi là động cơ không đồng bộ 3 phanhiều cấp tốc độ. Phương pháp này chỉ sử dụng cho loại rotolồng sóc.

Mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhưng có ưu điểm làgiữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ, động cơ nhiều cấp tốc độđược sử dụng rộng rãi trong các máy luyện kim, máy tàuthủy,...

<b>c. Thay đổi điện áp cung cấp cho stato:</b>

Phương pháp này chỉ được thực hiện trong việc giảm điệnáp. Khi giảm điện áp đương đặc tính M = f(s) sẽ thay đổi do đóhệ số trượt thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi. Hệ số trượt s1, s2,s3 ứng điện áp U1đm, 0.85 U1đm và 0.7 U1đm.

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

Nhược điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằngđiện áp là giảm khả năng quá tải của động cơ, dải điều chỉnhtốc độ hẹp, tăng tổn hao ở dây quấn roto. Việc điều chỉnh tốcđộ bằng thay đổi điện áp được dùng chủ yếu với các động cơcông suất nhỏ có hệ số trượt tới hạn S lớn.

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

- Nếu momen cản, dịng roto khơng đổi, khi tăng điện trởđể giảm tốc độ sẽ tăng tổn hao cơng suất trong biến trở, do đóphương pháp này khơng kinh tế. Tuy nhiên phương pháp đơngiản, điều chỉnh đơn và khoảng điều chỉnh tương đối rộng, đượcsử dụng điều chỉnh tốc độ quay của động cơ công suất cỡ trungbình.

<b> 4. Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 3pha</b>

Ở phương pháp này stato của động cơ sẽ được nối trựctiếp với nguồn 3 pha. Động cơ sẽ khởi động với dòng điện từ 5-7lần điện định mức trong thời gian ngắn.

Dòng điện khởi động phụ thuộc vào thiết kế kích thước,cơng suất của động cơ. Dòng điện này hầu như không ảnhhưởng đến động cơ, nhưng có khả năng làm sụt áp trên ápnguồn và ảnh hưởng đến các thiết bị khác.

<b>b. Phương pháp đổi đầu dây quấn (đấu mạch khởiđộng sao tam giác):</b>

Phương pháp này được thiết kế cho động cơ chạy mặcđịnh ở chế độ sao. Khi khởi động mạch sẽ điều khiển động cơchạy với đầu nối tam giác, lúc này dòng điện của động cơ giảmđi 3 lần so với dòng định mức.

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

Ưu điểm của mạch khởi động sao tam giác là đơn giản dễthực hiện, tuy nhiên hạn chế là momen khởi động cũng giảm đi3 lần.

Các phương pháp ra dây trên stato của động cơ khôngđồng bộ 3 pha:

- Động cơ 3 pha 6 đầu dây ra (đấu vận hành theo một trong haicấp điện áp nguồn 3 pha tương ứng so với sơ đồ đấu Y hay tamgiác).

- Động cơ 3 pha 9 đầu ra (đấu vận hành theo một trong haiphương pháp: đấu Y nối tiếp - Y song song, tam giác nối tiếp -tam giác song song).

- Động cơ 3 pha 12 đầu dây (đấu vận hành theo một trong bốncấp điện áp nguồn 3 pha tương ứng với một trong sơ đồ đấudây Y nối tiếp, Y song song tam giác nối tiếp, tam giác songsong).

<b>c. Giảm dòng khởi động dùng điện trở áp cấp cao vàodây quấn:</b>

Một trong các biện pháp giảm áp là đấu nối tiếp điện trởRmm với bộ dây quấn stato rại lúc khởi động. tác dụng củaRmm trong trường hợp này là làm giảm áp đặt vào từng phadây quấn stato.

Tương tự như phương pháp đổi sơ đồ đấu dây để giảmdòng khởi động phương pháp giảm áp cấp vào dây quấn statocũng làm giảm momen mở máy. Do tính chất momen tỉ lệ bìnhphương điện áp cấp vào động cơ. Thường ta sẽ chọn các cấpgiảm áp: 80%, 60%, 50% cho động cơ. Tương ứng với các cấpgiảm áp này, momen mở máy chỉ khoảng 65%, 50% và 25% giátrị momen mở máy khi cấp nguồn trực tiếp bằng định mức vàodây quấn stato.

Phương pháp này làm giảm dịng điện và làm cải thiện hệsố cơng suất. Ở động cơ roto dây quấn, 3 vòng trượt sẽ đượcnối với các cuộn dây roto. Sơ đồ mạch điện được trình bày nhưhình bên dưới, điện trở sẽ nối tiếp với các cuộn dây roto qua cácvòng lượt.

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

Tại thời điểm khởi động, điện trở sẽ điều chỉnh về giá trịlớn nhất. Do đó tổng điện trở của roto sẽ giảm từng bước khigiảm giá trị điện trở và roto tăng tốc. Tuy nhiên momen động cơvẫn đạt cực đại trong thời gian tăng tốc động cơ. Điện trở giảmgiá trị về không, động cơ chạy với tốc độ định mức.

<b>d. Giảm dòng khởi động dùng điện cảm giảm áp cấpvào dây quấn.</b>

Khi khởi động thì cuộn dây stato mắc nối tiếp với điệnkháng. Khi đó điện áp rơi trên cuộn dây stato giảm, nhưngmomen sẽ giảm theo vì momen tỉ lệ bình phương điện áp.

Hình bên dưới là ví dụ về mạch khởi động bằng điệnkháng, dùng hai cầu dao D1 và D2. Khi khởi động thì đóng cầudao D1, khi động cơ khởi động xong thì đóng cầu dao D2 đểđộng cơ hoạt động đúng định mức.

Trường hợp này để giảm áp cấp vào dây quấn stato tại lúckhởi động. Chúng ta đấu nối tiếp điện cảm (có giá trị điệnkháng) Xmm với dây quấn stato.

Do tính chất momen tỉ lệ bình thường điện áp cấp vàođộng cơ, thường chúng ta chọn các cấp giảm áp: 80%, 64% và

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

50% cho động cơ. Tương ứng với các cấp giảm áp này, momenmở máy chỉ còn khoảng 65%, 50% và 25% giá trị momen mởmáy khi cấp nguồn trực tiếp bằng đúng định mức cấp vào dâyquấn stato.

<b>e. Giảm dòng khởi động dùng máy biến áp tự ngẫugiảm áp.</b>

Với các phương pháp giảm dòng mở máy dùng Rmm hayXmm, dòng điện mở máy qua dây quấn cũng chính là dịng điệnqua dây nguồn. Khi sử dụng biến áp giảm áp đặt vào dây quấnstato lúc khởi động, dòng điện mở máy qua dây quấn giảm ápthấp. Nhưng dòng điện này chỉ xuất hiện thứ cấp biến áp cịndịng điện qua dây nguồn chính là dòng qua sơ cấp biến áp.

Với biến áp giảm áp, dịng điện phía sơ cấp sẽ có giá trịthấp hơn dịng điện phía thứ cấp. Tóm lại khi dùng máy biến ápgiảm áp để giảm dòng khởi động, dòng điện mở máy qua dâynguồn sẽ thấp hơn dòng điện mở máy khi dùng phương phápgiảm dòng với Rmm hay Xmm.

Khi dùng biến áp giảm áp để giảm dòng khởi động thờigian hoạt động của máy biến áp tồn tại rất ngắn, chúng ta cóthể sử dụng một trong các dạng biến áp tự ngẫu sau:

- Biến áp tự ngẫu loại 3 pha 3 trụ.- Biến áp tự ngẫu 3 pha.

Tương tự trường hợp đã nêu trong các danh mục trên, máybiến áp giảm áp được bố trí nhiều cấp điện áp ra tương ứng vớicác mức 80%, 64% và 50% giá trị momen mở máy trực tiếp chỉcòn khoảng 65%, 50% và 25% giá trị momen mở máy trực tiếp(khi cấp nguồn trực tiếp bằng đúng định mức cấp vàostato).

<b>CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG</b>

Các ngành cơng nghiệp quy mơ nhỏ, quy mơ trung bình hayquy mô lớn đều sử dụng các động cơ không đồng bộ ba pha nàytrong các hệ thống sản xuất của họ như:

 Dùng trong vận hành thang máy Sử dụng trên các cẩu trục, cần cẩu

 Là động cơ chính của các loại máy mài, máy tiện, máy cắt Nhà máy chiết xuất dầu

 Cánh tay robot Hệ thống băng tải

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

Thực tế ta có thể thấy được rằng động cơ khơng đồng bộ 3pha có công dụng rất lớn trong sự phát triển của nền cơngnghiệp hiện nay. Các xí nghiệp, cơng ty, nhà máy sản xuất, …từ lớn đến nhỏ đều ưu tiên sử dụng động cơ không đồng bộ 3pha để tối ưu hóa khả năng vận hành và tiết kiệm năng lượng.

Qua những thơng tin đã được trình bày, nhóm đã giới thiệucho mọi người biết được tổng quan về động cơ không đồng bộ 3pha. Phần cấu tạo và nguyên lý làm việc đã khái quát đượccách mà loại động cơ này được sử dụng như thế nào trong thựctế. Nếu mọi người có nhu cầu tìm hiểu thêm về động cơ khơngđồng bộ 3 pha thì có thể truy cập vào những đường liên kết sauđể biết thêm thông tin. Xin cảm ơn!

</div>