CHƯƠNG 2 vận HÀNH máy điện KHÔNG ĐỒNG bộ

CHƯƠNG 2: VẬN HÀNH MÁY ĐIỆN
KHÔNG ĐỒNG BỘ
 Khởi động động cơ không đồng bộ
 Điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ
 Động cơ không đồng bộ dùng hiệu ứng mặt ngoài
 Máy phát điện không đồng bộ
 Các chế độ hãm
 Động cơ không đồng bộ một pha


§1. KHÁI NIỆM CHUNG
1. Khởi động động cơ không đồng bộ
• Phương trình mô men:
dω
M − Mc = J
dt

• Dòng điện khởi động:
Ik =

U1
(R 1 + R′2 )2 + (X 1 + X′2 )2

Ik = (4 - 7)Iđm khi Uk = Uđm

• Mô men khởi động:


m 1pU12R′2
Mk =
2 πf 1 (R 1 + R′2 )2 + (X 1 + X′2 )2 

2. Các yêu cầu khi khởi động
 Mk càng lớn càng tốt
 Ik càng nhỏ càng tốt
 tk nhỏ
 Thiết bị khởi động đơn giản, làm việc tin cậy,
tiêu thụ ít năng lượng


§2. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG
1. Khởi động trực tiếp

• Ưu điểm
- Thiết bị khởi động đơn giản
- Mô men khởi động Mk lớn
- Thời gian khởi động tk nhỏ
• Nhược điểm:

U1
CD

ĐC

- Dòng điện khởi động Ik lớn
• Ứng dụng:
- Dùng để khởi động các động cơ có công suất nhỏ


2. Khởi động bằng cách giảm điện áp

a. Dùng cuộn kháng

• Đóng CD1, mở CD2

U1

• Khi tốc độ động cơ ổn định, CD1
đóng CD2

CD2

K

• Uk = kUđm (k < 1)
• Ik giảm k lần
• Mk giảm k lần
2

IM


Ví dụ: Một động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto
lồng sóc có: Pđm= 55kW, f = 50Hz, Uđm = 2300V nối Y,
Iđm = 20A, 2p = 2, n = 2880 vg/ph. Giả thiết góc pha của
tổng trở vào một pha khi roto đứng yên là 75o. Động
cơ có mI = 7 và mK = 1.25. Tính điện kháng của cuộn
dây mắc nối tiếp vào mạch stato để dòng điện khởi
động bằng 3.5 lần dòng điện định mức biết Rcd = 0;
tính điện áp đặt vào động cơ và mô men khởi động
khi cuộn dây được nối nối tiếp với động cơ.

Dòng điện khởi động
I k = m I × Idm = 7 × 20 = 140A
Tổng trở của động cơ khi roto đứng yên:
U1
2300
zv =
=
= 9.485∠75o Ω = (2.45 + j9.16)Ω
Ik
3 × 140
Khi nối thêm cuộn dây, tổng trở toàn mạch là:
z vt = [2.45 + j(X cd + 9.16)]Ω
Dòng điện khởi động khi dùng cuộn kháng:
I′k = 20 × 3.5 = 70A
Như vậy:


U fdm
I′k =
=
z vt

2300
2.452 + (X cd + 9.16)2

= 70

Điện kháng của cuộn dây là:
X cd = 23.6Ω
Điện áp đặt vào động cơ khi khởi động là:

U k = I k × z v = 70 × 9.485 = 663.9V
Mô men khởi động của động cơ:
2
2


M k 1.5M dm
U1
2300 

=
=
=
= 12
÷
÷
M′k
M′k
 U k   663.9 
M′k =

1.5M dm
= 0.125M dm
12


b. Khởi động nhờ MBA tự ngẫu
• Đóng CD1 và CD3, mở
U1

CD2
• Khi tốc độ động cơ ổn
định, đóng CD2 và mở

CD1
CD2

TN

CD3
• Uk = kUđm
• Ik giảm k2 lần
• Mk giảm k2 lần

CD3
IM


Ví dụ: Một động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng
sóc có Pdm = 40kW, 50Hz, 440V, 2p = 6, n = 940 vg/ph
cosϕ = 0.89, η = 0.91, mI = 5, mk = 1.7. Tính hệ số trượt
định mức; Mđm; Mk; điện áp thứ cấp của MBA tự
ngẫu dùng để khởi động sao cho dòng điện khởi
động bằng 200% dòng điện định mức; dòng điện sơ
cấp của MBA
Tốc độ đồng bộ:
60f 60 × 50
n1 =
=
= 1000vg / ph

p
3


Hệ số trượt định mức:
sdm

n1 − n 1000 − 980
=
=
= 0.02
n1
1000

Mô men định mức:
M dm

Pdm 40 × 10 3 × 60
=
=
= 389.7Nm
ω
980 × 2 π

Mô men khởi động:
M k = m k M dm = 1.7 × 389.7 = 662.6Nm
Dòng điện định mức:
Pdm
40 × 10 3
Idm =

=
= 64.8A
3Udm ηcosϕ
3 × 440 × 0.91 × 0.89


Dòng điện khởi động khi dùng MBA tự ngẫu:
I′k = 2Idm = 2 × 64.8 = 129.6A
Dòng điện khởi động khi khởi động trực tiếp:
I k = m I × Idm = 5 × 64.8 = 324A
Điện áp thứ cấp của MBA:
I′k
129
U 2 = Udm =
× 440 = 175.2V
Ik
324
Dòng điện sơ cấp của MBA:
U2
175.2
I1 =
I′k =
× 129.6 = 51.6A
Udm
440


c. Đổi nối tam giác - sao
U1

• Đóng CD1, CD2 đóng sang
vị trí Y.

CD1

• Khi tốc độ động cơ ổn
định, đóng CD2 sang phía
∆.
• Uk = √3Uđm
• Ik giảm 3 lần
• Mk giảm 3 lần

ÂC

∆
CD2

Y


Ví dụ: Một động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng
sóc có Pdm = 18kW, 50Hz, 440V, 2p = 6, n = 940 vg/ph,
mk = 1.5 được thiết kế để khởi động bằng cách đổi nối
∆-Y. Tổng trở khi roto đứng yên là 3.5∠78oΩ/pha.
Tính dòng điện dây và pha khi khởi động bằng các
nối Y; dòng điện dây và pha khi khởi động bằng cách
nối ∆; mô men khởi động khi nối ∆ và nối Y.
Khi nối Y, dòng điện dây bằng dòng điện pha nên:
I kY

U fdm
=
=
zv

440
= 72.58A
3 × 3.5


Dòng điện pha khởi động nối bằng cách ∆:
U fdm 440
I kf∆ =
=
= 125.7A
zv
3.5
Dòng điện dây khi khởi động bằng cách nối ∆:
I kd∆ = 3I kf∆ = 3 × 125.7 = 217.74A
Mô men định mức của động cơ:
3
Pdm 18 × 10 × 60
M dm =
=
= 182.86Nm
ω
940 × 2 π
Mô men khởi động:
M k∆ = m k × M dm = 1.5 × 182.86 = 274.3Nm
M kY = (1/ 3) × M k∆ = (1/ 3) × 274.3 = 91.43Nm

3. Đưa điện trở vào mạch roto

M

U1

r2

r2+ rp2

CD

r2+ rp2+ rp1
ĐC
O

K2

1

s

rp2 • Ưu điểm : Mk lớn Ik nhỏ.
K1
rp1

• Nhược điểm: động cơ có cấu tạo
phức tạp, khó bảo dưỡng

§3. ĐIỀU CHỈNH n CỦA Đ.C.K.Đ.B
1. Các phương pháp điều chỉnh n
60f1
n = (1 − s)n1 = (1 − s)
p
Như vậy để điều chỉnh n ta có thể điều chỉnh:
• số đôi cực p
• tần số f1
• hệ số trượt s
 thay đổi điện áp U1
 thay đổi điện trở của mạch roto
 nối cấp các động cơ


2. Thay đổi số đôi cực p
τ

τ

τ

τ

τ

τ

τ

τ

τ

τ




Số đôi cực có thể thay đổi theo tỉ số 2:1. Roto của

động cơ phải có cấu tạo lồng sóc


Nối nối tiếp hay song song các phần dây quấn cho

phép ta thay đổi p:
A1
X1
A2
n thấp
A1

X1
X2

A2
n thấp

X2

A1

X1 A2

A1

X2

n cao
X1

A2
n cao

X2




Thay đổi từ nối tam giác nối tiếp tốc độ thấp sang

nối Y song song tốc độ cao được thực hiện như sau:
A
X1
A1
A2
A

B

C
n thấp
Pt = 3U1I1ηtcosϕ

A2

C

n cao
Pc = 3U1 (2I1 )ηc cosϕc

B


Pt
η cosϕ t
= 0.866
Pc
ηc cosϕ c




Mt
η cosϕ t
= 1.732
Mc
ηc cosϕ c

Nói chung, cosϕt < cosϕc và ηt < ηc nên:
ηtcosϕ
= 0.7
ηc cosϕ c
Mt
= 1.732 × 0.7 = 1.21
M
Mc
Đặc tính cơ của động cơ

∆

YY

khi điều chỉnh tốc độ
bằng cách thay đổi p như
hình bên.

n




Thay đổi từ nối Y song song tốc độ thấp sang nối

tam giác nối tiếp tốc độ cao thực hiện như sau:
A
X1
X2

A1
A2
A

C

n thấp
Pt = 3U1 (2I1 )ηtcosϕ

B

B

C
n cao
Pc = 3U1I1ηc cosϕ c


Pt
η cosϕ t
= 1.15
= 1.15 × 0.7 = 0.8 ≈ 1
Pc
ηc cosϕ c
Mt
= 2 × 0.7 = 1.6
Mc


Đặc tính cơ của động cơ

khi điều chỉnh tốc độ

M
YY
∆

bằng cách thay đổi p như
hình bên.

n




Thay đổi từ nối Y nối tiếp n thấp sang nối Y song

song n caođược thực hiện theo sơ đồ sau:
A
X1
A2
A1
X2
A

B

C
n thấp
Pt = 3U1I1ηtcosϕ

C

n cao

B

Pc = 3U1 (2I1 )ηc cosϕ c


Pt
η cosϕ t
= 0.5
= 0.5 × 0.7 = 0.35
Pc
ηc cosϕ c
Mt
= 2 × 0.35 = 0.7
Mc


Đường cong mô men:
M
YY
Y

n