Xây dựng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha

LỜI MỞ
Đ
Ầ
U
T
ro
n
g

công n
g
h
i
ệp

động cơ
dị
bộ
3 pha là
động
cơ
chiếm
tỷ lệ
rất lớn
các
loại
động
cơ khác. Do
kết
cấu
đơn giản,

làm
việc chắc chắn, hiệu suất
cao, giá
thành hạ,
nguồn
cung
cấp
lấy ngay trên lưới công
nghiệp,
dải công
suất
động
cơ
rất rộng
từ vài trăm W
đến
hàng ngàn kW. Tuy nhiên các hệ
truyền
động
có
điều chỉnh tốc
độ
dùng
động
cơ
không đồng
bộ lại có tỷ lệ
nhỏ
hơn so với
động

cơ 1 chiều.
Đó là
điều chỉnh tốc độ động
cơ dị
bộ gặp nhiều
khó khăn và dải
điều
chỉnh
hẹp.
Nhưng với sự ra
đời
và phát
triển
nhanh
của dụng
cụ bán
dẫn
công suất như : Diode, Triắc, tranzitor công
suất,
Thyristor có cực khoá thì
các hệ
truyền động
có
điều chỉnh tốc độ
dùng
động
cơ dị bộ mới
được
khai thác
mạnh

hơn.
Xuất
phát từ
những vấn đề
nêu trên và trong khuôn khổ
đồ
án
tốt
nghiệp,
bản đồ
án này nghiên
cứu
:
„„Xây dựng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều
3
pha công suất
3kW
dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ
dị
bộ
‟‟
Nội
dung của đồ án gồm
3
chương
:
1.
Chương
1 :
T

ổ
n
g

quan
về
động cơ
dị bộ
2.
Chương
2 : Bộ
điều chỉnh điện
áp xoay chiều
3.
Chương
3 : Xây
dựng
và
thiết
kế
bộ điều chỉnh điện
áp
Em xin
chân thành cảm ơn thầy
giáo GS.TSKH Thân
Ngọc
Hoàn
đã
hư
ớn

g
dẫn tận
tình cho em trong quá trình làm
đồ
án
vừa qua. Đến
hôm nay em đã
hoàn thành
đồ
án
của
mình nhưng vì khả năg và thời gian có
hạn
nên chắc
chắn
còn sai sót
nhất
định.
Em
cũng
xin
tỏ
l
ò
n
g

b
i
ế

t

ơn sâu sắc đối
với các thầy cô giáo trong bộ
môn
điện
công
nghiệp
và dân
dụng trường đại học
Dân
Lập
Hải Phòng đã nhiệt
tình
giảng
dạy, giúp
đỡ tạo điều kiện
trong
suốt
quả trình
học tập
và rèn luyện
của em để đến
hôm nay em hoàn thành
nhiệm
vụ
học tập của
mình.
1
CHƢƠNG

1
.
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DỊ
BỘ
1.1 ĐỘNG CƠ DỊ
BỘ
.
1.1.1
Cấu
t
ạ
o
.
Động cơ không đồng roto
l
ồ
n
g

sóc cũng có cấu tạo
g
i
ố
n
g

như các
loại
động cơ khác. Cấu
tạo gồm

hai
phần
cơ
b
ản
:

phần quay (roto)
và
phần
t
ĩ
nh
(s
t
a
t
o
).
Giữa
phần
t
ĩ
nh
và
phần quay
là
khe hở không
khí. Dưới
đây ta

đi
n
g
h
i
ê
n
cứu
từng phần riêng
b
i
ệ
t
.
Hình 1.1:
L
á

thép stato
và
roto máy điện
dị
bộ:1-
Lá thép stato; 2-Rãnh;
3-
Ră
n
g
;
4

- Lá thép roto.
1.1.1.1. Cấu
tạo của stato.
Stato gồm
có hai
phần cơ
b
ản
:

mạch từ
và
mạch
điện.
Mạch
t
ừ
:
Mạch
từ
của
stato được ghép bằng
các lá
thép
điện kĩ
thuật
có
chiều
dày
khoảng 0.3-0.5mm, được cách

đ
i
ện
2
mặt để chống dòng
fucô.
L
á
thép stato có dạng
h
ì
nh

vành khăn
p
h
í
a

trong được đục các
rã
nh
.
Để
g
i
ảm
dao
động từ
t

h
ô
n
g
,

số rãnh stato
và
roto không được bằng
nh
a
u
.

Mạch từ
được
đ
ặ
t
trong
vỏ máy.
Ở
những máy
có
công suất
lớn, lõi
thép
được chia
thành từng phần
và

ghép lại với
nhau thành
h
ì
nh

trụ bằng
các lá
thép nhằm tăng khả năng
làm
mát
của
mạch từ.
Vỏ
máy được
làm
bằng gang đúc
hay
t
h
ép
,

trên
vỏ
máy
có
đúc
các
găn tản

nh
i
ệt
.
Trên vỏ
máy có đấu hộp đấu
dây.
Mạch điện của
s
t
ato
:
Mạch điện là
cuộn
dây máy điện
được đặt
vào
các
rãnh của
lõi
thép
và
được cách
đ
i
ện

tốt
với
l

õ
i
.
1.1.1.2. Cấu
tạo
r
ôto.
Mạch
t
ừ
:

Giống như mạch từ s
t
ato
,

mạch từ roto cũng gồm
các lá
thép
điện kĩ
thuật ghép
lại và cách
đ
i
ệ
n
đối với
nhau
.

Rãnh của
roto
có
thể
song
song với
trục hoặc
n
g
h
i
ê
n
g
đi
một góc nhất
đ
ị
nh

nhằm
g
i
ả
m

dao động
từ thông
và loại
trừ một

số
sóng
bậc cao. Các lá
thép
điện kĩ
thuật được
gắn với nhau
thành
h
ì
nh

t
r
ụ
,
ở
tâm
lá
thép mạch từ được đục
lỗ
để xuyên
trục, roto gắn
lên
trục.
Ở
những
máy
công suất
lớn

roto
còn đục các
rãnh
thông
gió
dọc
t
h
â
n
roto.
Mạch
đ
i
ện
:
Đây
chính
là
phần tạo nên
sự
khác
b
i
ệt

g
i
ữ
a

động
cơ dị
bộ
r
o
t
o
l
ồ
n
g
sóc với
động
cơ dị
bộ roto
dây
cu
ố
n
.

Mạch
đ
i
ện

của
loại
roto

này
được làm
bằng nhôm hoặc đồng
t
h
a
u
.
Nếu làm
bằng nhôm
t
h
ì

được
đúc
trực
t
i
ếp
vào rãnh
ro
t
o
,
hai
đầu được
đúc
bằng
hai

vòng ngắn
mạch,
cuộn
dây hoàn
toàn ngắn
mạch
,

chính
vì vậy mà còn gọi là
roto ngắn
mạch
.
Nếu làm bằng
đồng
t
h
ì

được làm
bằng các thanh dẫn
và
đặt vào trong
rã
nh
,
hai đầu được
gắn với
nhau bằng
hai

vòng ngắn mạch cùng
kim loại. Bằng
cách đó h
ì
nh

t
hành
cho ta một
cái
l
ồ
n
g

chính do đó
có
tên
là
roto
l
ồ
n
g
sóc.
Giữa
dây cuốn
và lõi
thép không phải thực h
i

ệ
n

cách
đ
i
ện
với nhau.
1.1.2.
Nguyên
lý
hoạt
độn
g
.
Khi
cung cấp
vào ba
cuộn
dây ba
dòng đ
i
ện
của hệ
thống đ
i
ệ
n
ba
pha

có
tần
số là f
1
t
h
ì

trong
máy
đ
i
ện
sinh ra
từ trường quay
với
tốc
độ
60
f
1
/
p
.
T
ừ
trường này cắt thanh dẫn của roto
và
s
t

a
t
o
,

sinh
ra ở
cuộn stato tự cảm
e
1
và ở
cuộn dây roto sđđ tự cảm
e
2
có giá trị
h
i
ệu

dụng như
sa
u
:
E
1
= 4,44W
1
f
1
k

cd
(1.1)
E
2
= 4,44W
2
f
2
k
cd
(1.2)
H×nh 1.2: C¸ch t¹o tõ tr
•
êng quay trong m¸y ®iÖn b»ng dßng
điện
3 ba.
Do
cuộn dây roto ngắn
mạch
,

nên sẽ có dòng
đ
i
ệ
n

chạy trong các thanh
dẫn của
cuộn

dây này. Sự
tác động tương
hỗ
g
i
ữ
a

dòng đ
i
ện
chạy
trong
dây dẫn
roto
và
từ
t
rư
ờn
g
,

sinh
ra lực,
đó
là các
ngẫu
lực (2
thanh dẫn nằm

cách
nhau
đường
kính
roto) nên tạo
ra
mô men
q
u
ay
.
Mô
men quay
có
c
h
i
ề
u
đẩy
s
t
a
t
o theo
ch
i
ề
u

chống
lại sự
tăng từ thông móc vòng
với
cuộn
dây.
Nhưng
vì
s
t
a
t
o
gắn chặt
còn
roto
lại
treo trên
ổ bi, do đó
roto
phải
quay
với
tốc
độ n
t
h
eo
chiều quay
của

từ
t
rư
ờn
g
.
Tuy
nh
i
ê
n

tốc độ
này
không thể bằng tốc độ
quay
của từ
t
rư
ờn
g
,

bởi nếu
n
=
n
tt
t
h

ì

từ trường
không cắt các thanh dẫn nữa, do
đó
không
có sđd cảm ứng, E
2
=
0 dẫn
t
ớ
i
I
2
=0
và mô men quay cũng bằng k
h
ô
n
g
,
khi
roto chậm
lại
t
h
ì

từ trường

lại
cắt
các
thanh
d
ẫn
,

nên
có sđđ, có
dòng
và
mô men nên roto
lại
q
u
a
y
.
Do
tốc độ quay
của
roto khác
với
tốc
độ
quay của từ trường nên xuất
h
i
ệ

n

độ trượt
và
được
đ
ị
nh

n
g
h
ĩ
a

như sa
u
:
n

S
tt
n
tt
100%
(1.3)
Do
đó tốc độ quay của roto có
d
ạn

g
:
n
n= n
tt
(1-s) (1.4)
Do n n
tt
nên (n
tt
–n) là
tốc độ cắt các thanh dẫn roto của từ trường
quay.
Vậy
tần số
b
i
ế
n

t
h
i
ên

của sđđ cảm ứng trong roto
b
i
ểu

d
i
ễn

b
ở
i
:
f
n

tt
p
n

tt


n
tt
p
n

tt

p



n

tt

2
60
n

tt
60
60
n

tt
f
1
(1.5)
Khi roto có dòng I
2
chạy, nó cũng sinh ra
một từ trường quay
với
tốc
độ
n
60
f

2
60

sf

1
tt
p
p
n
tt
(1.6)
So với
một
đ
i
ểm

không chuyển động của
s
t
ato
,

từ trường quay
này
sẽ
quay
với
tốc
độ
:
n
tt2s
= n

tt2
+n = sn
tt
–
n
tt
(1
–
s) = n
tt
(1.8)
Như vậy so với
s
t
ato
,

từ trường quay
của
roto
có
cùng tốc độ quay
của
t
ừ
trường
s
t
a
t

o
.
1.1.3. Phƣơng trình cân bằng sđđ và sơ đồ tƣơng
đƣ
ơn
g.
Khi cấp cho
stato
máy điện dị bộ
roto
l
ồ
n
g
sóc
một
điện áp U
1
thì
trong
cuộn
dây
stato
và
roto
có
dòng đ
i
ệ
n

chạy I
1
và I
2
0, làm xuất
h
i
ệ
n
mô
men
quay
và
quay roto
với
tốc độ
n n
tt
(theo nguyên
lý
hoạt
động)
Sđđ
cảm ứng trong cuộn
dây
stato
và
trong roto
b
i

ể
u

d
i
ễ
n

bằng
b
i
ể
u

t
h
ứ
c
sau:
E
1
= 4,44W
1
f
1
k
cd
E
2
= 4,44W

2
f
2
k
cd
E
2
= E
20
s (đặt E
20
= 4,44W
2
f
1
k
cd
) (1.9)
Ở
stato dòng
I
1
sinh
ra
từ thông
chính
và
từ thông
t
ản

.
Từ
thông tản gây
ra
trở kháng
X
1
(X
1
= L
1
). Điện
trở thuần cuộn
dây
stato
là R
1
, vậy cân
bằng
sđđ
ở
mạch stato
là
:
(1.10)
Dòng I
2
s
i
nh

ra
cũng gồm từ thông
chính
và
từ thông
t
ả
n
.
Từ
thông tản
gây
ra điện
trở kháng
X
2
(X
2
= L
1
). Nếu gọi R
2
là điện
trở thuần
ro
t
o
.
Ta có
phương

tr
ì
nh

cân bằng sđđ roto như
s
a
u
:
n
nn
s
s
E I
. . . .
U
1
10
R
1
I

10
X

1
j
.
.
0

2 2
R
2
.
I
2
X
2
.
.
E

2
2
R
2
.
(
1
.
1
1
)
Từ (1.11)
ta có thể
t
í
nh

được dòng

I
2
theo
b
i
ểu

t
h
ứ
c:
I
E
2
2

IE
j
I
j
2

Mặt khác ta
có
X
2
= L
2
=2 f
2

L
2
=2 sf
1
L
2
=sX
2
‟
(1.13)
T
ro
n
g

đó
đặt
X
2
‟
= 2 f
1
L
2
Thay (1.9) và (1.13)
vào
(1.12)
ta
được:
I

2
=

sE
20


E (1.1
4)
2
sX
20
)
R
2
X
20
)
s
Phương
t
r
ì
nh
(1.14)
thực chất chính
là
ta
đi
thực

h
i
ệ
n
việc
chuyển
đổi sao
t t t t
.
t t
i i i về i
t
ì
t t t
ị
:
X1
R
1
X
R'
2
X
0

R'

2



s
R
0
Hình 1.3:
Sơ
đồ mạch thay thế
động cơ
dị bộ
.
T
ro
n
g

đó
:
E
2
‟
=
k

u
E
2
, I
2
‟
= k
i
I
2
, R
2
‟
= k
u
k
i
R
2
, X
2
‟
=
k
u
k
i
X
2
.

R X
2
(
R
2 2
(
2
cho ần số ro o bằng ần số ở s ato Nếu a hực h ện v ệc
chuyển
đổ
cả
đ
ện
áp h a có hể
hay thế động cơ
d
bộ bằng mạch điện đơn giản sau
đây
1.2. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ DỊ B
Ộ
.
1.2.1.
Thống kê năng lƣợng của động cơ
dị b
ộ
.
Về
nguyên
lý,
máy

đ
i
ện

không đồng bộ
có
thể làm
việc
như máy phát
điện
hoặc động
cơ
không đồng
bộ. Ở chế độ làm việc
động
cơ,
năng
l
ư
ợn
g
điện
được cung cấp từ
lưới
đ
i
ện
và
chuyển sang
rô

to bằng từ trường
q
u
ay
.
Dòng
năng
l
ư
ợn
g

được
b
i
ể
u

d
i
ễ
n

như sa
u
:
-Công suất nhận từ
lưới
đ
i

ệ
n
:
P
1
=m
1
U
1
I
1
cos
1
(1.15)
Ở
s
t
ato
,

năng
lượng bị mất
một phần
do
tổn
hao ở điện
trở
cuộn
dây
( P

Cu1
) và trong lõi thép ( P
Fe1
). Vậy
công suất
đ
i
ện

từ chuyển từ stato
sang
rô to như
sa
u
:
P
đt
=P
1
- P
Cu1
- P
Fe1
(1.16)
2 2
T
ro
n
g
đó

P
Cu1
=m
1
I
1
R
1
, P
Fe1
=m
1
I
Fe
R
Fe
. Tổn
hao thép phụ thuộc vào
t
ầ
n
số. Tổn
hao
lõi
thép p
h
í
a
rô
to bỏ qua,

vì khi
làm
việc
đ
ị
nh

mức tần số
f
2
= (1
- 3)Hz.
Công suất
đ
i
ệ
n

từ chuyển sang rô to sẽ ứng
với
công suất tác dụng sinh
ra
ở
đ
i
ệ
n

trở
R

2
‟
/
s

v
ậy
:
P
đt
= m
1
I
'
2
R
'

2


= m I
'
2
R
‟+
m
I
'
2

R
‟

1


(1.17)
2
s
1
2
2
1
2
2
s
T
hành

phần thứ nhất
là
tổn hao đồng
ở
cuộn dây rô
t
o
:
P
Cu2
= m

1
I
'
2
R
‟=
m
I
2
R
(1.18)
2
2 2
2
2
Phần
công suất
còn lại
được chuyển sang công
cơ học
trên trục động
cơ
v
ậy
:
P
cơ
= m
1
I

'
2
R
‟

1


= m I
2
R
1


(1.19)
2
2 1
2
2
s
s
Công suất
cơ
được chuyển sang công suất hữu
ích P
2
và
tổn hao
cơ
các

loại
( P
Cơ
)
nh
ư
:

ma sát
ổ bi,
quạt
gió,
ma sát
rô
to
với không khí v.v. ngoài ra còn
s
s
s
tổn hao phụ do sóng bậc
ca
o
,

do mạch từ
có
răng
( P
p
). Tổn

hao phụ rất
nh
ỏ
( P
p
0.005P
1
).
Vậy
công suất hữu
ích
t
í
nh

như
s
au
:
P
2
=P
cơ
- P
Cơ
- P
p
(1.20)
T
ổ

n
g

tổn hao của động
cơ
có
g
i
á

t
rị
:
P = P
Cu1
+ P
Fe1
+ P
Cu2
+ P
cơ
+ P
p
(1.21)
Hiệu
suất của động
cơ:
=
P
2

P
1
P
1
P
1
P
1
(1.22)
Sơ
đồ năng lượng của máy điện
dị
bộ
b
i
ể
u

d
i
ễ
n

trên
h
ì
nh
1.4
P
Cu1

P
Fe
Từ
P
Cu2
P
p
Hình 1.4:
Sơ
đồ năng lượng của động cơ
dị bộ
.
1.2.2. Mô men quay
(mô men điện từ) của động cơ
dị b
ộ
Công suất
cơ
học của máy
đ
i
ện

không đồng bộ phụ thuộc vào tốc độ
quay
của rô to (tốc độ
c
ơ):
P
cơ

=M
cơ
. (1.23a)
Do
đó mô men
đ
i
ệ
n

từ của máy
đ
i
ệ
n

không đồng bộ
có
thể
t
í
nh

được
bằng b
i
ể
u

t

h
ứ
c
:
P
M =
dt
(1.23)
P
1
P
P
1
P
trường
P
Cơ
+
đt
P
2
co

2
Ở đây
cơ
=
60
2
,

trong đó n
-
tốc độ quay của
rô
to
t
í
nh

bằng
vòng
p p
phút,
tt
-
tốc độ góc quay của từ trường đo bằng
ra
d
/
g
i
ây
,

p
-
số
đô
i
cực.

Thay
công suất
đ
i
ệ
n

từ bằng
(1.17)
ta đ
ược
:
M=m
1
I
'
2
R
'
1

2

.
s
(1.24)
Biểu
thức
mô
men

đ
i
ện

từ
của máy
đ
i
ệ
n

không
đồng
bộ còn có
thể
nhận
được
ở
dạng khác như
sau:
Thay vào (1.24)
một
giá
trị
của I
2
‟
bằng
b
i

ểu

thức
(1.14) và cos
2
có giá
t
rị
:
' '
1
2 2
R
'
cos
2
=

s
1
R
'
2
2
X
'
2
s
2
R

' '
X
'
2 2
2 2
s
2
Ta
nhận
được:
pm



E

'

s

M=
1
2


I
'
R

'

4,44

k
W
2
=
cd1 1
f
1
m
1
p
I‟
c
o
s
(1.2
4a)
2
2
2
2
'
2
X '
2
Hay: M
=
kI‟
2

cos
2
(1.24b)
có dạng của
mô men máy
đ
i
ện
dòng
một
chiều,
trong
đ
ó k=
4,44k
cd1
W
1
2
1
m
1
p
.
Chúng ta
còn có cách khác để
t
í
nh
mô

men
điện
từ
của mấy điện không
đồng
bộ.
Trước
hết
t
í
nh

dòng
I
2
‟. Ta
dùng
sơ
đồ tương đương
gần đúng
( hình 1.3).
n
f
1
tt
2
co
s
R
R

2
s
R
1
f
1
s
2
tt
R
22
T
h
eo

sơ đồ ta
có
:
I
‟

=
U
1


R
R
2
1

s
X
1
X
'
2
Thay vào
(1.29)
ta
được:
2
2
2
pm U
2
R
'
M=


1




1

2

(1.26)
'
R
1
X
1
s
s
X '
2
Đây là
b
i
ểu

thức mô men
đ
i
ệ
n

từ của máy
đ
i
ệ
n

không đồng
bộ
,

có
g
i
á
trị
đo
bằng
[Nm],
muốn đo bằng
[KGm]
phải chia cho
9,81.
1.2.3.
Đặc tính cơ của động cơ
dị b
ộ
.
Đặc
t
í
nh
cơ
được
đ
ị
nh

n
g
h
ĩ
a
là mối
quan
hệ
hàm
g
i
ữ
a

tốc độ quay
và
mô
men điện từ của động
cơ n=f(M).
Để
dựng được
mối
quan hệ
này,
trước hết ta
n
g
h
i

ê
n
cứu
công thức
(
1.25)
là mối
quan
hệ M=f(s) và
được
gọi là
đặc
t
í
nh

tốc độ của động
cơ. Từ
biểu
thức ta nhận thấy
mối
quan
hệ giữa mô
men
và
độ trượt
là mối
quan
hệ phi
t

u
y
ến
.
Để
khảo sát chúng ta hãy tìm
cực trị
.
Đầu
t
i
ên

ta
t
í
nh
:
d

M
=0 (1.27)
ds
Sau khi
t
í
nh

đạo hàm mô men
rồi,

cho bằng
0
ta tìm được độ trượt tới
hạn
có
g
i
á

trị
s
a
u
:
s
th
=
'
2
R
1
X
1
X
,
)
(1.28)
Ở
đây
s

th
-
là
độ trượt tới hạn
,

tức
là giá
trị độ trượt
ở
đó xuất h
i
ện

mô
men
cực đại và cực
t
i
ể
u
.

Dấu‟+‟ ứng
với
chế độ động
cơ
còn dấu
„-„
ứng

với
chế
độ máy
phát.
Thay s
th
vào (1.31) ta có:
M
max
=
2
R
1
3
pU
2
1
X
1
X
'
2
(1.29)
Dấu “+” cho chế
độ động
cơ,
còn dấu trừ
cho chế
độ
máy

p
h
á
t
.
Để
dựng
đặc
t
í
nh
M=f(s)
ta nhận thấy,
khi s
nhỏ
t
h
ì

R
'
2
>> X
+X‟
do đó có thể
bỏ
1
s
1 2
qua X

1
+X‟
2
ta có m
ối quan hệ
tuyến
t
í
nh
(hình 1.5), còn khi s lớn
t
h
ì
2
tt
R
2
2
R
(
2
tt
1
R
2
2
R
R
'
R

2
<< X
+X‟
nên nhận
R
R
'
1
s
1 2
1
s
hypecbon (hình 1.5).
Đường
M=f(s) là
đường
3 trên hình 1.5.
Giữa M và
độ trượt còn có thể
b
i
ểu

d
i
ễn

bời
b
i

ể
u

thức
s
au
:
2M

m

a
x
M =
s
th
s
th
s
(1.3
0)
Để
dựng đặc
t
í
nh

tốc độ
n
g

ư
ờ
i

ta
thường dùng công thức
này và có
tên
là
công thức
K
l
o
ss
.
Hệ
số quá
t
ả
i
là
tỷ số giữa mô men
cực
đạ
i

đố
i
với
mô men định mức

:
M
m a x
K
q
t
=
đ
m
s
(
1.
3
-s
s=-1
3
s
M
Đ
H
ì
n
h
1
.
5
:
Đ
ặ
c

t
í
n
h
M
=
f(
s)
k
h
i
U
1
=
c
o
n
st
,
f
1
=
c
o
n
st
.
Ta
hãy xét ảnh hưởng của một số
thông số

lên
mô men động
cơ
:
- Ảnh
hưởng của
sự
thay
đổ
i

đ
i
ện

áp
mạng cấp
U
1
Từ
b
i
ể
u

thức
(1.26) và (1.29)
ta thấy
khi
đ

i
ệ
n
áp U
1
g
i
ảm

t
h
ì

mô men
cực
đại và
mô men
g
i
ảm

theo tỷ
lệ
b
ì
nh
p
h
ư
ơn

g
,

đ
i
ều

đó rất dễ
làm cho
động
cơ
dừng
dướ
i

điện.(hình
1.6)
M
M
m
M
m
a
M
m
a
U
1
U
2

U
1
>
U
2
>
U
3
M
1
1
R
11
<
R
12
<
R
13
R
11
R
U
t3
R
12
13
Hình 1.6: Ảnh
hưởng của
đ

i
ệ
n
áp Hình 1.7: Ảnh
hưởng của
đ
i
ệ
n

trở
rô
ngu
ồn
n
ạp
đố
i
với
mô men động
cơ.
to lên mô men động
cơ.
Khi
thay
đổi
đ
i
ệ
n

trở
X ở
mạch
s
t
ato
,

hậu quả như
g
i
ảm

đ
i
ện
áp
nguồn
v
ì
đ
i
ệ
n

áp đặt
lên
động
cơ

bằng
đ
i
ện

áp nguồn trừ
đi
độ sụt áp trên điện trở
X
.
Trên hình 1.7
b
i
ểu

d
i
ễn
sự
thay
đổ
i

của mô men
khi
thay
đổ
i

điên trở của

rô
to động
cơ. Khi
thay
đổ
i

đ
i
ện

trở
R‟
2
sẽ
làm thay
đổ
i

độ trượt tới
h
ạ
n
,
nhưng
không thay
đổ
i

mô men

cực
đại
(
1.29).
Đặc
tính
cơ:
Để
có được đặc
t
í
nh

cơ M=f(n) ta dựa vào m
ố
i

quan
hệ
:
n=n
tt
(1-s) (1.32)
Cho s
những
giá
trị
khác
nhau ta
có giá

trị
của n,
từ
(1.26)
ta
t
í
nh
M,
lập
bảng
m
ố
i

quan hệ n=f(M)
rồi
dựng đồ
t
h
ị

m
ố
i

quan hệ này hình
1.8
n
n

0
a
n
th
b
0
Mô men khởi
động
c
M
max
M
Từ đặc
t
í
nh
cơ
ta
H
c
ìn
ó
h
n
1
h
.
ậ
8
n

:
x
Đ
é
t
ặ
:
c
đ
t
ặ
í
n
c
h
t
í
c
n
ơ
h
đ
c
ộ
ơ
n
g
c
h
c

i
ơ
a
d
l
ị
à
b
m
ộ
.
2

đo
ạ
n
:

đoạn
a
-b và
đoạn
b
-
c.
Đoạn ab
là
đoạn làm
việc
ổn

đ
ị
nh
,
vì
trên đoạn
này
m
ỗ
i
khi
chế
độ
12
ổn
đ
ị
nh
cũ bị
phá
vỡ
t
h
ì

nó
lại
t
h
i

ết
lập
chế độ ổn
đ
ị
nh
mới. Trên
đoạn
b-c ta
không có được
t
í
nh

chất
đó
.
Từ
đặc
t
í
nh

cơ ta thấy có
2
chế độ đặc
t
rư
n
g

:
- Khi M=0 thì có n=n
0
(n
0
- là
tốc
độ
không tải
có giá
trị bằng tốc
độ
t
ừ
trường quay). Chế độ này thực tế không
có,
để
n
g
h
i
ên

cứu ta phải gắn máy
l
ai
n
go
à
i

với
động
cơ rồi
quay rô to
với
tốc độ bằng tốc độ quay của từ
t
rư
ờn
g
,

t
a
gọ
i

chế độ này
là
chế độ không
t
ả
i
lý tưởng.
- Khi
n
=
0
.
Đây là

chế độ
khi vừa
đưa động
cơ vào lưới
cung
c
ấp
,

động
cơ
chưa
kịp
q
u
ay
,

ta
gọi là
chế độ
khởi
động
,
ứng
với
chế độ
khởi
động
có

mô
men khởi
động.
N
go
à
i
ra
động
cơ
còn
có
tốc độ n=0 trong trường hợp động
cơ
không
làm
việc,
không có
đ
i
ệ
n

áp cung cấp cho
s
t
a
t
o
.

L
ú
c

này không
có gì xảy ra,
chúng
ta không bàn
t
ớ
i
.
1.3.CÁC
PHƢƠNG
PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC
Đ
Ộ
.
1.3.1. Mở
đầu.
T
ro
n
g

thực tế sản xuất
và
t
i

êu

d
ùn
g
,

các khâu cơ
khí
sản xuất cần có tốc
độ
thay đổi. Song
khi
chế
t
ạ
o
,

m
ỗ
i

động
cơ
đ
i
ện
lại
được sản xuất

với
một tốc
độ đ
ị
nh

mức,
vì vậy
vấn đề
đ
i
ề
u

chỉnh
tốc độ các động cơ
đ
i
ện
là
rất cần
t
h
i
ết
.
Khi mô
men
cản
trên trục động

cơ
thay
đổi,
t
h
ì

tốc
độ
động
cơ
thay
đổi,
nhưng
sự
thay
đổ
i

tốc độ như thế không
gọ
i
là
đ
i
ều

chỉnh tốc
độ.
Điều

chỉnh
tốc độ động
cơ
không đồng bộ
là
quá
t
r
ì
nh

thay
đổ
i

tốc độ
độ
n
g
cơ
theo
ý
chủ quan của con
n
g
ư
ờ
i

phục

vụ
các yêu cầu
về
công
nghệ.
Phụ thuộc vào đặc
t
í
nh
cơ
của
cơ khí
sản xuất mà quá trình thay
đổ
i

tốc
độ xảy ra khi
mô men
cản
không
đổi (hình 1.9a)
hoặc
khi
mô men cản thay
đổi (hình 1.9b).
Khi
đ
i
ề

u

chỉnh
tốc độ động
cơ
cần thoả mãn những yêu cầu
s
au
:
Phạm
vi
đ
i
ều

chỉnh,
sự liên
tục trong
đ
i
ều

chỉnh
và
t
í
nh
kinh
tế trong
điều

chỉnh.
Với
các
t
h
i
ế
t
bị
vận
c
hu
y
ển
,

p
h
ả
i

điều chỉnh tốc
độ trong phạm
vi
rộng,
n
13
n
n
1

n
1
còn
t
h
i
ế
t
bị
dệt hoặc
giấy
t
h
ì
lại đòi hỏi
tốc
độ
không
đổi với độ
chính
xác
cao.
Để
n
g
h
i
ê
n

cứu
các
phương pháp
đ
i
ề
u

chỉnh
tốc độ động
cơ
không đồng
bộ
ta dựa vào các
b
i
ể
u

thức
sau:
n= n
tt
(1-s) (1.33)
60
f
n
tt
=
s=

E
1
E
2
p
h
o
ặc

s
=



f
1
f
2
(1.33a)
(1.33b)
Mặt khác ta
lại
có
:
E
2
=I
2
2
X

20

s)
Vậy
s
=




R
2
I
2

(1.33c)
2
2
20 20
2
Từ
các công thức
(1.36)
rút
ra
các phương pháp
đ
i
ề

u

chỉnh
tốc độ sau
đây
:
1.Thay
đổ
i

tần số
f
1
2.Thay
đổ
i

số
đô
i

cực
p
3.Thay
đổ
i

đ
i
ện

trở
R
2
ở
mạch rô
t
o
;
4.Thay
đổ
i
E
20
hoặc
U
1
5.Thay
đổ
i

đ
i
ện

áp
E
2
6.Thay
đổ

i

tần số
f
2
19
R
2
(
2
X I )(
E
T
ro
n
g
các
phương pháp
t
rên
,

người ta
hay sử
dụng phương pháp
1, 2 và 4.
Dưới
đây trình bày ngắn gọn một số phương pháp thường
dùng.
1.3.2. Thay

đổi tần số nguồn điện cung cấp
f
1.
Phương pháp
này chỉ sử
dụng được
khi
nguồn cung cấp
có khả
năng
t
h
ay
đổi
tần
số.
Ngày
nay,
do
sự
phát triển của công nghệ
đ
i
ệ
n

tử
các
bộ b
i

ế
n
t
ầ
n
t
ĩ
nh

được
chế
tạo từ
các van
bán dẫn công suất
đã
đảm
nh
i
ệ
m

được
n
g
u
ồ
n
cung cấp năng
l
ư

ợn
g

đ
i
ệ
n
có
tần
số
thay
đổi,
do đó phương pháp
đ
i
ề
u
chỉnh
tốc độ bằng thay
đổ
i

tần số đang được áp dụng rộng
rãi và
cạnh
tranh
với các
hệ thống truyền động điện dòng một
chiều.
Nếu bỏ qua tổn hao

đ
i
ện

áp
ở
mạch stato ta
có:
U
1
=E
1
=4,44f
1
W
1
k
cd1
(1.34)
Hay U
1
=kf
1

(1.34a)
Từ
b
i
ể
u

thức
này
ta thấy nếu thay
đổi f
1
mà giữ
U
1
=const
t
h
ì

từ thông
sẽ
thay
đổi. Việc
thay
đổi
từ thông
làm
g
i
ảm

đ
i
ề
u

kiện
công tác
của máy
điện,
thay
đổ
i

hệ số
cos
1
,
thay
đổ
i

h
i
ệ
u

suất
và
tổn hao
lõi
t
h
ép
,

do đó yêu
cầu
khi
thay đổi tần số phải
giữ
cho từ thông không
đổi.
Mặt khác trong
đ
i
ề
u

chỉnh tốc độ
p
h
ả
i

đảm bảo
khả
năng quá tải của
động
cơ
không
đổ
i

trong toàn bộ phạm
vi

đ
i
ều

chỉnh,
đ
i
ề
u

đó
có
n
g
h
ĩ
a
là
phải
giữ
cho
M
max
=const. Muốn
giữ cho
M
max
=const
t
h

ì

p
h
ả
i
giữ cho
từ thông
không đổi.
Muốn
giữ
cho từ thông không
đổ
i

t
h
ì
khi
thay
đổ
i

tần số ta phải
thay
đổi
đ
i
ệ
n

áp đảm bảo
sự
cân bằng của
(
1.34a).
Mô men
cực
đạ
i

có thể biểu
d
i
ễ
n

bởi
b
i
ểu

t
h
ứ
c:
U
M
max
= C

1
(1.35)
f
1
Nếu hệ
số
quá
t
ả
i

không
đổi,
t
h
ì

tỷ
số
của mô men
t
ớ
i

hạn
ở 2
tốc độ
khác
nhau phải bằng tỷ số mô men cản
ở 2

tốc độ đó tức
l
à:
'
'





th






c
''
''
th
c
U

'
2
f
'
2
f

''
2
U

''
2
(1.36)
1 1
2
M M
M M
1 1
Từ
đây ta
có
:
U ' f ' M
'




1


U
'

'
1

1
f
'

'
1





c

''
c
(1.37)
T
rong đó
M‟
th
và M
c
‟ là
mô men
t
ớ
i

hạn
và

mô men cản ứng
với
tần số
n
g
u
ồ
n
nạp
f
1
‟,
đ
i
ện

áp
U
1
‟
còn
M‟‟
th
và M
c
‟‟ là
mô men tới hạn
và
mô men cản
ứng với

tần
số
nguồn
nạp f
1
‟‟ và điện áp U
1
‟‟. Nếu điều chỉnh
theo công
s
u
ấ
t
không
đổ
i

P
2
=const
t
h
ì

mô men của động
cơ
tỷ
lệ
n
g

h
ị
ch
với
tốc độ do
vậy
:
Do
đó
:
'







c
''
c

U

'
1


U
'

'
1
f
''
1
f
'
1
'







1




''
1
(1.38)
(1.39)
T
ro
n
g

thực tế ta thường gặp
đ
i
ề
u

chỉnh
với
M
c
=const do
đó
:
U
1
f
1
const (1.40)
Khi giữ cho
=const thì cos =const, h
iệu
suất không
đổi,
I
0
=co
n
s
t

.
Nếu
mô men cản có dạng quạt
g
i
ó

t
h
ì

:

U
'
1

1
U

'
'
1
1
(1.41)
T
h
eo
các
b

i
ểu

thức trên đây
t
h
ì
khi
thay
đổ
i

tần
số,
mô men
cực đại
không
đổi.
Điều
đó
chỉ
đúng trong phạm
vi
tần số
đ
ị
nh

mức,
khi

tần số vượt
ra ngoài
phạm
vi
đ
ị
nh

mức
t
h
ì
khi
tần sô giảm, mô men
cực
đ
ạ
i

cũng
g
i
ả
m

do từ
t
h
ô
n

g
giảm,
sở dĩ
như
vậy vì
để nhận được các
b
i
ể
u

thức trên ta đã bỏ qua độ
sụt
áp
trên
các
đ
i
ệ
n

trở
t
hu
ầ
n
,

đ
i

ề
u

đó đúng
khi
tần số
lớn,
nhưng
khi
tần số
thấp
t
h
ì
g
i
á

trị
X
giảm,
ta không thể bỏ qua độ sụt áp trên
đ
i
ệ
n

trở thuần nữa,
do đó
t

ừ
thông sẽ
g
i
ảm
và
mô
men cực
đ
ạ
i

giảm.
Trên
h
ì
nh
1.10
b
i
ể
u

d
i
ễn
đặc
t
í
nh

cơ khi
đ
i
ề
u

chỉnh tần số
với
f
1
>f
2
>f
3
.
M
M
M
f
f
2
f
'
f
''
n
0
f
1
n

01
f
2
n
02
f
M
0
Hình 1.10: Đặc
t
í
nh
cơ khi
đ
i
ều

chỉnh
tần số theo
nguyên
lý: f
1
>f
2
>f
3
.
Ưu
điểm của phương pháp
đ

i
ề
u

chỉnh tần só
là
phạm
vi
đ
i
ề
u

chỉnh
r
ộ
n
g
,

độ đ
i
ề
u

chỉnh
lá
n
g
,

tổn hao đ
i
ề
u

chỉnh
nhỏ.
1.3.3
Thay
đổi số đôi
cực.
Nếu động
cơ dị
bộ
có
trang
bị
t
h
i
ế
t
bị đổi nối
cuộn dây để thay
đổi số
đôi cực
thì ta có thể
đ
i

ều

chỉnh
tốc độ bằng thay
đổ
i

số
đô
i
cực.
Để
thay đổi số
đô
i
cực
ta có thể
:
-Dùng
đổi nối
một cuộn
dây. Giả sử lúc
đầu cuộn
dây
được
nối
như
hình
1.11a, khi
đó

số
cặp
cực là p,
nếu bây
giờ đổi nối
như
hình 1.11b
ta đuợc
số
cặp cực
p
/
2
.
Đặc
tính
cơ khi
thay
đổ
i

số
đô
i
cực
b
i
ể
u

d
i
ễn

trên
h
ì
nh

1.11c
i
i
i
i
i
i
i
i
i
a)
b)
n
n
0
/2
p/2
i
M
0
c)

Hình 1.11:
Cách
đổ
i

nối cuộn dây để thay
đổ
i

số
đô
i

cự
c
:
a) Mắc
n
ố
i

t
i
ếp
,

số
đôi cực là p b) Mắc
song song số
đô

i
cực là
p
/
2
;
c)Đặc
t
í
nh
cơ
của động
cơ
khi
t
h
ay
đổ
i

số
đô
i
cực
.
Để
thay đổi cách
n
ố
i

cuộn dây ta có những phương pháp
sa
u
:
Đổi
từ n
ố
i

sao sang sao kép
(hình
1.12a).
A B C
(Y)
a)
( )
(YY)
b)
Hình 1.12:
Đổi
n
ố
i

cuộn dây
a)
Y
YY, b) . YY.
Với cách nối này

ta
có
:
Giả
t
h
i
ết

rằng
hiệu
suất
và hệ số cos không
đổi
t
h
ì

công suất trên trục động
cơ ở
sơ đồ
Y
sẽ
là:
P
Y
=
3
U
d

I
p
cos
1
Cho sơ đồ
YY
ta
c
ó
:
P
YY
=
3
U
d
2I
p
cos
1
,
do
đó
P
Y
/P
YY
=2.
Ở đây
I

p
-
dò
n
g

pha.
Như vậy khi
thay
đổi
tốc
độ 2 lần
t
h
ì

công suất
cũng
thay đổi
với
tỷ
lệ ấy.
Cách
đổ
i

n
ố
i

này gọi
là
cách
đổ
i

n
ố
i

có
M=
co
n
s
t
.
Người ta còn thực
h
i
ện
đổi nối
theo nguyên tắc
sang YY(sao kép) hình
1.12b.
Ta có:
P =
3
U
d

3
I
p
cos
1
P
YY
=
3
U
d
2I
p
cos
1
,
do
đó
P
YY
/P =2/
3
=1,15
thực tế
coi như
không
đổi. Đây là cách đổi nối có
P=const.
-Dùng cuộn
dây

độc
lập với
những
số cực
khác
nhau
,

đó
là
động
cơ dị
bộ
nh
i
ề
u

tốc
độ
.
Với
động
cơ loại
này stato
có 2
hoặc
3
cuộn
dây,

m
ỗ
i

cuộn
dây có
số
đô
i
cực
khác
nh
a
u
.

Nếu ta trang
bị
t
h
i
ế
t
bị
đổ
i

n
ố
i

cuộn dây
t
h
ì

ta
được
6
số cặp
cực
khác nhau ứng
với 6
tốc
độ.
A B C
(YY)
Đặc
đ
i
ểm
của
phương pháp thay
đổi
tốc
độ
bằng thay
đổi số đôi
cự
c

:
rẻ
t
i
ề
n
,
dễ
thực
hiện. Tuy
nh
i
ê
n

do
p là
một
số
nguyên nên thay
đổi
tốc
độ có tính
nhảy bậc
và
phạm
vi
thay
đổ
i

tốc độ không
rộng.
1.3.4.
Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp nguồn cung
cấp.
Thay đổi
đ
i
ệ
n

áp nguồn cung cấp
làm
thay
đổi
đặc
t
í
nh
cơ (hình 1.13).
Vì
mô men
cực đại M
max
=cU
1
2
,
nên

khi
g
i
ả
m

đ
i
ện
áp
t
h
ì

mô men
cực đại
cũng
g
i
ảm
mà
không thay
đổi độ
trượt tới hạn
(vì s
th
R
2
/X
2

). Nếu mô
men
cản
không
đổi
t
h
ì
khi
g
i
ả
m

đ
i
ện
áp
từ
U
đm
tới
0,9U
đm
tốc
độ sẽ
thay
đổi, nhưng khi
đ
i

ện
áp
g
i
ảm

tới
0,7U
đm
t
h
ì
mô
men
của
động
cơ
nhỏ hơn
mô
men
cản,
động
cơ
sẽ
bị
dừng dưới
điện.
Đặc điểm của
phương pháp
điều chỉnh

tốc
độ
bằng
điều chỉnh điện
áp
nguồn cung cấp
là
phạm
vi
đ
i
ề
u

chỉnh
h
ẹp
,

rất dễ
bị
dừng
máy, chỉ
đ
i
ề
u
chỉnh
theo
chiều

g
i
ảm

tốc
độ.
Mặt
khác vì P
đt
= CE
20
I
2
cos
2
= C
1
U
1
I
2
cos
1
=const
nên
khi
g
i
ảm

đ
i
ện

áp
U
1
, mà
mô men cản không
đổi sẽ làm
tăng
dòng
t
r
o
n
g
mạch stato
và
rô to làm
tăng tổn hao trong các cuộn
dây.
Để
thay
đổ
i

đ
i
ệ

n

áp ta
có
thể dùng bộ b
i
ế
n

đổ
i

đ
i
ệ
n

áp không
t
i
ếp

đ
i
ểm
bán dẫn, biến áp
hoặc
đưa
thêm
điện

trở hoặc
điện
kháng
vào
mạch
s
t
ato
.
Đưa
thêm
đ
i
ệ
n

trở thuần
sẽ
làm
tăng tổn
h
ao
,

nên
n
g
ư
ờ
i

ta thường đưa
đ
i
ệ
n
kháng
vào mạch stato
hơn.
Để
mở rộng phạm
vi
đ
i
ề
u

chỉnh
và
tăng độ cứng của đặc
t
í
nh
cơ,
hệ
t
h
ố
n
g

đ
i
ề
u

chỉnh
tốc độ bằng
đ
i
ệ
n

áp thường làm
việc ở
hệ thống k
í
n
.
n
n
n
U
đm
n
n
0,9U
đm
19
0,8U
đm

0,7U
đm
Hình 1.13:
Đặc
t
í
nh
cơ
của động cơ
dị
bộ
khi
thay đổi
điện
1.3.5.
Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện
trở
mạch
rô
t
o
.
Phương pháp
đ
i
ề
u

chỉnh này
chỉ

áp dụng cho động
cơ dị
bộ
rô
to dây
quấn. Đặc
t
í
nh
cơ
của động
cơ dị
bộ
rô
to dây quấn
khi
thay
đổ
i

đ
i
ệ
n

trở
rô
to
biểu
d

i
ễ
n

trên
h
ì
nh
1.14. Bằng việc
tăng đ
i
ệ
n

trở
rô
t
o
,

đặc
t
í
nh
cơ
mềm
đi nhiều,
nếu mô men cản không
đổ
i

ta có thể thay
đổ
i

tốc độ động
cơ
theo
ch
ỉ
ề
u
giảm.
Nếu
đ
i
ệ
n

trở phụ thay
đổi vô
cấp ta thay
đổi
được tốc độ
vô
cấp
,
tuy
nhiên việc
thay

đổ
i
vô
vấp tốc độ bằng phương pháp
đ
i
ện

trở rất ít
dùng mà thay
đổi
nhảy bậc do đó các
đ
i
ện

trở
đ
i
ều

chỉnh được chế
tạo
làm
việc ở
chế độ lâu
dài
và
có
nh

i
ều

đầu
ra.
n
n
0
n
1
n
2
n
3
M
c
M
max
M
0
Hình 1.14: Đặc
t
í
nh
cơ
của động cơ
dị
bộ dây quấn
khi
thay đổi

đ
i
ệ
n

đ
i
ệ
n

trở rô
t
o
.
Giá trị
đ
i
ệ
n

trở phụ đưa vào rô to có thể
t
í
nh

bằng công
t
h
ứ
c:

25