Thiết kế hệ thông máy nâng ở giếng chỉnh mỏ than Mông Dương

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (500.17 KB, 52 trang )

Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
1

Trờng đại học mỏ - địa chất
Bộ môn kỹ thuật điện - điện tử

đề tài tốt nghiệp

Họ và tên: Đặng Thế Dũng Hệ đào tạo: Chính qui
Nghành: điện - điện tử
Khoá: 48
Ngày nhận đề tài: Ngày hoàn thành: 20/5/2008

Tên đề tài
Tìm hiểu hệ thống máy nâng ở giếng chính mỏ than
Mông dơng

Ngời hớng dẫn: TS. Nguyễn Công Hoà
Chủ nhiệm Bộ môn: TS. Đào Đắc Tuyên.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
2

ChơngI
Giới thiệu chung về mỏ than mông dơng
1.1. Điều kiện kinh tế xã hội
1.1.1. Vị trí địa lý
Mỏ Mông Dơng thuộc địa phận thị xã Cẩm Phả tỉnh Quảng Ninh, cách
trung tâm thị xã khoảng 10km về hớng Bắc.
Phía Bắc, Đông Bắc giáp với sông Mông Dơng và biển.Phía Nam giáp với mỏ
than Bắc Quảng Lợi và Bắc Cọc Sáu. Phía Tây giáp với mỏ Khe Chàm.
1.1.2 Ranh giới mỏ.
Công ty than Mông Dơng đợc Tổng Công ty Than Việt Nam (TVN)
giao quản lý, bảo vệ thăm dò và khai thác 2 khu: Mỏ Mông Dơng hiện tại và
khu Đông Bắc Mông Dơng từ Công ty than Quang Hanh chuyển sang năm
2004.
1.1.3. Địa hình - sông suối - Khí hậu.
Mỏ than Mông Dơng nằm trong vùng núi thấp đến trung bình, cao nhất
là đỉnh +165m (Khu trung tâm); thấp nhất là lòng sông Mông Dơng chịu ảnh
hởng trực tiếp của chế độ thuỷ triều. Mực nớc thuỷ triều dao động từ 3.50
4.20m. Đây là yếu tố rất thuận tiện cho giao thông đờng thuỷ và xây dựng các
cảng than nội địa.

Trong khu mỏ có hai suối lớn bắt nguồn từ Cọc Sáu, Quảng Lợi chảy qua
và tập trung nớc vào sông Mông Dơng. Hai suối này thờng có nớc quanh
năm, lu lợng nớc thay đổi từ: 10 đến 20 l/s (mùa khô) đến trên 150 l/s (mùa
ma). Cha có số liệu thống kê lu lợng khi đang có ma lớn và lũ.
Sông Mông Dơng: Bắt nguồn từ Khe Chàm chảy ra biển, lòng sông rộng
40 ữ 50m. Mức nớc sông lên cao nhất +6.7m (năm 1979, 1986 đã gây ngập lụt
mỏ), thấp nhất là +0.4m (vào mùa khô). Khí hậu khu vực chia làm hai mùa rõ
rệt.
Mùa khô: từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, nhiệt độ trung bình 10
ữ17
0
C. Mùa
ma: từ tháng 5 đến tháng 9 nhiệt độ trung bình 27 ữ 30
0
C, lợng ma trung
bình 144mm/ngày, lớn nhất 260.7mm/ngày.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
3
1.1.4. Kinh tế - giao thông.
Kinh tế trong khu vực chủ yếu là các xí nghiệp khai thác than, hiện nay
công ty than Mông Dơng đã đợc đầu t xây dựng, có dây truyền công nghệ
khá hoàn chỉnh. SCN mỏ nằm sát với quốc lộ 18A và tuyến đờng sắt Cửa Ông -
Mông Dơng.
1.2. Giới thiệu về trục tải giếng đứng 2-3.5 x 1,7
1.2.1. Công dụng của trục tải giếng đứng 2-3.5 x 1,7
Trục tải giếng đứng 2-3.5 x 1,7 dùng để vận chuyển than, vật liệu, đất đá
từ mặt bằng mỏ xuống hầm lò và từ hầm lò lên mặt bằng.
1.2.2. Hệ thống điện của máy nâng bao gồm
+ hệ thống điện áp cao

+ hệ thống điện hạ áp
+ hệ thống bảo vệ
+ hệ thống điều khiển
1- Hệ thống điện áp cao:
Cung cấp điện cao áp 6KV. ợc cung cấp từ trạm 6KV trung tâm tới
phân xởng qua đờng cáp ngầm vào tủ đầu vào số 1 hoặc số, khi tủ số một đợc
đóng điện 6KVchờ sẵn ở thanh cái, tủ số 3 là máy ngắt dầu KPI2, khi đó tủ máy
ngắt dầu 3 có điện 6KV đợc chờ sẵn ở tủ đảo chiều. Khi vận hành máy nâng
nhả tay phanh, đa tay số về vị trí tiến hoặc lùi điện áp 6KV qua tiếp điểm mạch
lực của tủ đảo chiều.
2- Hệ thống điện hạ áp :
Gồm tủ điện dẫn động phụ, tủ dẫn động chính, tủ phanh động lực, bảng
điện công tắc tơ đi số, động cơ khí nén, động cơ bơm dầu.
1.2.2. Đặc tính kỹ thuật của trục tải giếng đứng 2-3.5 x 1,7
1- Công suất động cơ: 400KW.
+ Mã hiệu: AKH-16-44-2T.
+ Số chế tạo: 650490.
+ Điện áp định mức stato: 6KV.
+ Dòng điện định mức stato: 66A.
+ Điện áp định mức roto: 760V.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
4
+ Dòng điện định mức roto: 315A.
+ Năm chế tạo: 1965.
2- Vận tốc quay: 240v/phút.
3- Vận tốc: 4,2 mét/giây.
4- Chiều dài làm việc của cáp: 183m.
5- Chiều cao nâng: 157m.
6- Chiều cao tháp giếng: 27,4m.

7- Trọng tải nâng: 10 tấn.
8- Tang cáp:
+ Đờng kính tang: 3400mm.
+ Chiều dài tang: 1700mm.
+ Số lợng tang: 02 (tang kép).
+ Loại tang: xẻ rãnh, quấn 1ớp.
+ Số kẹp cáp trên tang: 03 bộ.
+ Số vòng cáp ma sát: 05 vòng.
+ Đờng kính cáp tải: 42-- 43 mm.
9- Mã hiệu cáp nâng tải: 4,2--B-H-(1.700) OCT-
7668-80.
10- Hộp giảm tốc:
+ Kiểu: 02-16-10,5.
+ Tỉ số truyền: 10,5.
+ Trọng lợng: 23.575 Kg.
+Mômen quay lớn nhất trên cấp chậm: 58.400 KG.M.
+ Kích thớc chính ( DxRxC): (4250x2380x3256) mm.
11- Khớp nối răng từ động cơ sang hộp giảm tốc:
+ Kí hiệu: M3H-11.
+ Số răng: 84.
+ Mô đuyn 8.
+ Mômen xoắn cực đại: 7.100 Kgm.
12- Khớp nối răng từ hộp giảm tốc sang trục tang cáp.
+ Kí hiệu: M3H-17.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
5
+ Số răng: 64.
+ Mô đuyn 12.
+ Mômen xoắn cực đại: 56.000 Kgm.

13- Tủ điện dẫn động phụ:
+ Mã hiệu: 5922-4477T3.
+ Số chế tạo: 31.
+ Điện áp định mức: 380 V.
+ Dòng điện định mức: 250 A.
+ Năm chế tạo: 2004.
+ Trọng lợng: 250 Kg.
14- Tủ điện dẫn động chính:
+ Mã hiệu: T3.
+ Số chế tạo: 32
+Điện áp định mức: 220 V.
+ Dòng điện định mức: 10 A.
+ Năm chế tạo: 2004.
+ Trọng lợng: 250 Kg.
15- Tủ điện phanh động lực:
+ Mã hiệu: 6201-4044T3.
+ Số chế tạo: 27.
+ Điện áp định mức: 380 V.
+ Dòng điện định mức: 80 A.
+Năm chế tạo: 2004.
+ Trọng lợng: 220 Kg.
16-Bảng điện công tắc tơ gia tốc:
+ Mã hiệu: 6701-4672T3.
+ Số chế tạo: 29.
+ Điện áp định mức: 380 V.
+ Dòng điện định mức: 250 A.
+ Năm chế tạo: 2004.
+ Trọng lợng: 225 Kg.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48

6
17- Tủ điện A3K:
+ Mã hiệu: A-1YX4.
+ Số chế tạo: 135
+ Điện áp định mức: 380 V.
+ Năm chế tạo: 2004
+ Trọng lợng: 670 Kg.
18- Tủ đảo chiều:
+ Mã hiệu: 6701-4672T3.
+ Số chế tạo: 101.
+ Điện áp định mức: 6.000 V.
+ Dòng điện định mức: 1 KA.
+ Năm chế tạo: 2004.
+ Trọng lợng: 580 Kg.
19- Điện trở mạch roto:
+ Mã hiệu: C-4Y3.
+ Điện áp định mức: 660 V.
+ Dòng điện định mức: 38 A.
+ Điện trở trong: 2,95 .
+ Trọng lợng: 20 Kg/ 1 cụm (5 điện trở).
20- Hệ thống khí nén:
* Máy nén khí: m= 1.180 Kg.
+ Mã hiệu: 3-B-5MTO.
+ Số chế tạo: 73.
+ Công suất định mức: 5, 0 m
3
/phút.
+ Dung tích bình chứa khí: 70 lít
+ Động cơ điện mã hiệu: BP-200-M4-PY 2,5.
+ Số chế tạo: 36653.

+ Công suất định mức: 37 KW
+ Điện áp định mức: 380/660 V.
+ Tốc độ định mức: 1460 vòng/phút.
+ Dòng điện định mức: 72/41 A.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
7
+ Năm chế tạo: 2003.
+ Trọng lợng: 444Kg.
*Bình chứa khí:
+ Mã hiệu: B-1,6.
+ Số chế tạo: 650503.
+ áp lực lớn nhất: 6,5 KG/cm
2
+ Dung tích: 1,6 m
3
.
+ Nhiệt độ: 80
0
C.
21- Hệ thống bôi trơn:
+ Mã hiệu: 11-24 AT.
+ Số chế tạo:
+ Công suất định mức: 50 lít/phút.
+ Tốc độ quay: 1450 vòng/phút.
+ Động cơ điện mã hiệu: A 42- 4T.
+ Công suất định mức: 2,8 KW
+ Điện áp định mức: 380V.
+ Tốc độ định mức: 1420 vòng/phút.
+ Dòng điện định mức: 6,5 A.

+ Năm chế tạo: 1965.
22- Hệ thống điều khiển:
+ Số cấp điện trở mạch roto: 8 cấp.
+ Mã hiệu điện trở khởi động: C-4Y3; R=2.95; I=38 A.
+ Rơle tăng tốc: PB- 817T & PB- 884T.
+ Tủ đảo chiều mã hiệu: 6701-4672T3.
23- Hệ thống tín hiệu
+ Chuông điện từ kiểu: Y-1-T-CTY-79-17.
+ Điện áp định mức: 127 V.
24- Puly tháp giếng:
+ Kiểu: K-4.
+ Đờng kính: 3950mm.
+ Chiều sâu rãnh: 90mm.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
8
+ Năm chế tạo: 1964.
25- Thùng nâng:
+ Kiểu: Thùng kíp mở đắng.
+ Dung tích: 6,0 m
3
.
+ Năm chế tạo: 8/2003.
26- Cơ cấu treo: Ròng rọc lệch tâm.
27- Hệ thống bảo vệ:
+ Rơle quá tốc loại cơ khí: PMH-7011.
+Cơ cấu hạn chế tốc độ: POC-5914.
+ Khoá ngắt mòn má phanh: BK-311A.
+ Khoá ngăt chùng cáp kiểu: BOK.
+ Khoá ngắt quá hành trình kiểu: BK-51.

+ Khoá bảo vệ hành trình piston phanh an toàn kiểu: KY-501.
+ Rơle bảo vệ áp lực dầu: C57-51.
+ Rơle bảo vệ áp lực khí nén: AK-11.
+ Rơle bảo vệ nhiệt: TP-200.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
9

chơngii
hệ thống truyền động điện của trục tải giếng chính
mỏ than mông dơng
2.1. Giới thiệu các phơng pháp điều khiển tốc độ ĐCKĐB.
2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ĐCKĐB.
a. Cấu tạo.
Máy điên không đồng bộ gồm hai bộ phận chính là Stato và Roto. Ngoài
ra, nó còn có vỏ máy, trục máy.
Cấu tạo phần tĩnh (Stato).
Stato gồm có các bộ phận chính là: Vỏ máy lõi thép và dây quấn.
+ Vỏ máy: Thờng làm bằng gang. Đối với máy công suất lớn (1000
KW), thờng dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố định và
không dùng để dẫn từ.
+ Lõi sắt: Đợc làm bằng lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5 mm
ghép lại. Lõi sắt là phần tử dẫn từ. Vì từ trờng đi qua lõi sắt là từ trờng xoay
chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuât điện
đều có phủ sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
+ Dây quấn: Dây quấn đợc đặt vào trong các rãnh của lõi sắt và cách
điện tốt với lõi sắt. Dây quấn Stato gồm có 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120
0
điện.

Cấu tạo phần quay (Roto).
+ Trục: Làm bằng thép dùng để đỡ lõi sắt Roto.
+ Lõi sắt: Gồm có các lá thép kỹ thuật điện giống nh ở Stato. Lõi sắt
đợc ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài có xẻ rãnh để quấn dây.
+ Dây quấn Roto: Gồm hai loại : loại Roto dây quấn và kiểu Roto lồng
sóc.
Loại Roto dây quấn: Dây quấn Roto giống dây quấn ở Stato và có số cực
bằng số cực Stato. Các động cơ công suất trung trở lên thơng dùng dây quấn
kiểu sóng hai lớp để giảm đợc đầu nối dây và kết cấu dây quấn Roto chặt chẽ
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
10
hơn. Các động cơ công suất nhỏ thờng dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây
quấn ba pha của Roto thờng đấu hình sao. Ba pha kia nối vào vòng trợt bằng
đồng đặt cố định ở đầu trục động cơ. Thông qua chổi than và vòng trợt, đa
điện trở phụ vào mạch Roto nhằm cải thiện tính năng mở máy và đều chỉnh tốc
độ.
Loại Roto kiểu lồng sóc: Loại dây quấn này khác với dây quấn Stato. Mỗi
rảnh của lõi sắt đợc đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm và đợc nối
tắt ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hoặc bằng nhôm, làm thành
một cái lồng, ngời ta gọi là lồng sóc. Dây quấn Roto kiểu lồng sóc không cần
cách điện với lõi sắt.
Khe hở:
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm
ữ
1 mm). Do Roto
là một khối tròn nên Roto rất đều.
b. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ.
Khi nối dây quấn Stato vào lới điện xoay chiều ba pha, sẽ tạo nên từ
trờng quay. P đôi cực quay với tốc độ n

1
quay. Từ trờng này quét các thanh
dẫn Roto, làm cảm ứng trên dây quấn Roto một sức điện động E
2
sẽ sinh ra dòng
điện I
2
chạy trong dây quấn. Lực tác động tơng hỗ gia từ tròng quay và các
thanh dẫn Roto mang dòng điện tạo nên mômen quay làm rôto quay vơi tốc độ n
Chiều dòng điện đợc xác định theo quy tắc bàn tay phải. Chiều của lực tác động
tơng hỗ đợc xác định theo quy tắc bàn tay trái. Kết quả là chiều quay của Roto
động cơ trùng với chiều quay của từ trờng quay n
1
.
Tốc độ n Roto luôn phải nhỏ hơn tốc độ từ trờng quay n
1
vì nếu cùng
bằng nhau thì không có sự chuyển động tơng đối gia thanh dẫn và từ trờng
quay và do đó không có dòng điện Roto đợc.
Độ chênh lệch gia tốc độ từ trừơng quay và tốc độ Roto gọi là tốc độ
trợt n
2
.
Vậy:

nnn =
12

Hệ số trợt của tốc độ là:
Đồ án tốt nghiệp

SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
11

1
1
1
2
n
nn
n
n
s

==

Khi Roto đứng yên (n=0) thì hệ số trợt s=1.
Hệ số trợt định mức s
đm
= 0,02
ữ
0,06.
Tốc độ quay của động cơ:
)1(
1
snn =
.
2.1.2. Các phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ.
1. Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ.
Để lập đợc phơng trình đặc tính cơ của ĐCKĐB ta đa ra một số giả
thiết sau:

- Ba pha của động cơ là đối xứng.
- Mạch từ của động cơ không bão hoà.
- Tổng dẫn từ không đổi
- Các thông số điện trở không thay đổi theo nhiệt độ, theo tần số.
- Bỏ qua các tổn thất trong thép và tổn thất do ma sát.
- Điện áp lới hoàn toàn sin và đối xứng.
Với những giả thiết trên ta có thể sử dụng sơ đồ thay thế một pha của động
cơ không đồng bộ nh hình 2-1.

U
1
x
0
I
0
R
0
x
1
R
1
x'
2
R'
2
/
s
R'
f
S

E'
2
I
1
I'
2

Hình2-1
Các ký hiệu sử dụng trong hình 2-1 nh sau:

R
1
: Điện trở stato.
R
2

/s : Điện trở rôto quy đổi về điện áp và tần số stato.

Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
12
R
f

/s: Điện trở phụ đấu vào một pha rôto đã quy đổi về điện
áp và tần số stato.
X
o
: Điện kháng mạch từ hoá.
X

1
: Điện kháng pha stato.
X
2

: Điện kháng pha rôto quy đổi về stato.
I
0
: Dòng từ hoá.
I
1
: Dòng stato.
I

2
: Dòng rôto quy đổi về stato.
U
1
: Trị hiệu dụng điện áp pha stato.
s: Hệ số trựơt của động cơ.

0
0

=s

0

: Tốc độ góc của từ trờng quay, còn gọi là tốc độ đồng
bộ.

: Tốc độ góc của động cơ.

P
f
1
0
2

=

f
1
: Tần số của điện áp nguồn đặt vào stato.
p: Số đôi cực của động cơ.
Từ sơ đồ thay thế ta tính đợc dòng điện stato:

+

+
+
+
=
2
'
2
1
2
0
2
0
1
11

1
nm
X
S
R
R
XR
UI

[]
12

Trong đó: X
nm
= X
1
+ X
2

: Điện kháng ngắn mạch..
Còn dòng rôto quy đổi về stato:

2
'
2
1
1
'
2
nm

X
s
R
R
U
I
+

+
=

[]
22

Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
13

Các công thức
[]
12

và
[ ]
22

là đặc tính dòng stato I
1
=f(s) và dòng rôto
I
2

=f(s) của động cơ không đồng bộ. Các đặc tính có dạng nh hình 2-2
1
0
S
I
0
MF
I
1nm
I
1
R
f
R
f
=0
C
0
1I'

2nm
I'
2
0
S
MF
C
R
f
=0
0
R
f

Hình 2-2
Các dòng điện ở trạng thái máy phát lớn hơn trạng thái động cơ.
Để tìm đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất
trong động cơ.
Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto:
P
đt
=M
đt
.
0

[]
32

Trong đó: M
đt
: Mômen điện từ của động cơ.
Một cách gần đúng ta bỏ qua tổn thất cơ trên trục động cơ, coi M
đt
= M =
M
cơ
. Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto đợc chia thành hai phần:
P
đt
= P
2
+ P
2

[]
42

Trong đó: P
2
: Công suất đa ra trên trục.
P
2
: Tổn hao đồng trong rôto.
Từ
[]

32

và
[]
42

có:
M.
0

= M.

+P
2

Do đó: P
2
= M(

0
) = M.
0

.s
[]
52

Mặt khác: P

2
= 3I
2

2
R
2

[]
62

Nên: M=
0
'
2
2
'
2
.3

s
R
I

[]
72

Thay gía trị I

2

ở
[]
22

vào
[ ]
72

có:
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
14
M =
[]
22'
210
'
2
2
1
).().(
..3
sXRsR
sRU
nm
++

[]
82

Biểu thức
[]
82

vừa tìm đợc chính là phơng trình đặc tính cơ của
ĐCKĐB vì nó là quan hệ gia mômen và hệ số trợt. Cũng là quan hệ giữa
mômen và tốc độ.
Mômen điện từ của ĐCKĐB là hàm của hệ số trợt s vì vậy muốn tìm cực
trị của hàm này chúng ta lấy đạo hàm của M theo S và cho bằng không:

0
)(.
.
3
2
2
'
2
1
2
2
'
2
22
1
0

'
2
2
1
=

++

+
=

nm
nm
X
s
R
Rs
s
R
XR
RU
ds
dM

Giải phơng trình trên sẽ tìm đợc giá trị của s để cho M cực trị. Giá trị
cực trị đó ký hiệu là M
th
, s
th.

22
1
'
2
n
th
XR
R
s
+

=

[]
92

Thay
[]
92
vào
[]
82
để tìm M
th
:

(
)
22
110
2
1
..2
3
nm
th
XRR
U
M
+
=

[]
102

Dấu (+) trong công thức
[ ]
92
và
[ ]
102
dùng cho trạng thái động cơ, còn
dấu (-) dùng cho trạng thái máy phát. M
th
ở chế độ máy phát lớn hơn chế độ
động cơ.
Khi s =1(

0=
), mômen của động cơ lúc đó là mômen khởi động.

()
[]
2
2
'
210
'
2
2

1
3
nm
kd
XRR
RU
M
++
=

(N.m)
[]
112

Các biểu thức vừa chứng minh ở trên cho phép ta dựng đờng đặc tính cơ
của ĐCKĐB theo hệ số trợt. Nếu chú ý rằng
)1(
0
S
=

ta có thể dựng đờng
đặc tính cơ theo tốc độ góc

của rôto động cơ.
Trên hình 2-3 cho hình dáng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôto
dây quấn theo
)(Mf=

và
)(

=M
. Trên đó cũng cho điểm định mức A và
điểm tới hạn T.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
15
Phần đặc tính cơ có s=0 đến s=s
th
đợc gọi là phần công tác, động cơ làm
việc ổn định trên đọan đặc tính này.
Phần tính từ S
th
tới 1 gọi là phần không làm việc vì đại đa số các trờng
hợp mômem cản trong thc tế đông cơ làm việc không ổn định ở đoạn này.

1
0
M
dm
M
kd
M
th
T
A

0

0
S
th
M
dm

Hình 2-3
2. ảnh hởng của thông số đến đặc tính cơ.
a. ảnh hởng của suy giảm áp U
1
.
Nếu giảm U
1
đặt vào động cơ ( U
1
< U
đm
) còn R
2

=0 theo
[]
92
và
[ ]
102

suy ra rằng hệ số trợt tới hạn không đổi còm mômen tới hạn thay đổi tỉ lệ với

bình phơng điện áp.
Thật vậy nếu điện áp nguồn là U
1đm
, mômen động cơ là M, còn điện áp đặt
vào stato của động cơ lúc này là U
1
( U
1
< U
1đm
), mômen là M

.
Ta có:

2
1
1
'

=
dm
U

U
M
M

[]
122

Các đặc tính cơ khi giảm điện áp cho ở hình 2-4. đặc tính này thích hợp
với phụ tải bơm. Và quạt gió, không thích hợp với loại tải có mômen không đổi.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
16
Ngoài ra với động cơ công suất lớn: phụ tải bơm, quạt gió, ngời ta dùng phơng
pháp tăng dần điện áp đặt vào động cơ để giảm dòng khởi động.
Trong thực tế để giảm áp đặt vào động cơ ngời ta dùng biến áp tự ngẫu
đấu vào stato của động cơ, việc đa biến áp tự ngẫu vào mạch stato sẽ tăng điện
trở, điện cảm của mạch stato do đó sẽ làm cho hệ số trợt tới hạn giảm, mômen
giảm. Họ đờng đặc tính cơ cho ở hình 2-5.
I
2
0
U
dm
U
1
U
2
tn
M
c

I
2
S
th
S
U
dm
>U
1
>U
2
I
2
U
dm
>U
1
>U
2
S
th
S'
th
0
S
0
U
dm
U
1

U
2
U
3
a)
b)

Hinh2-4 Hình 2-5
b. ảnh hởng của điện trở mạch stato
Khi nối thêm điện trở R
1f
vào mạch stato sẽ là cho hệ số trợt tới hạn
giảm, mômen tới hạn giảm, sơ đồ đấu và họ đặc tính cho ở hình 2-6.
Từ hình vẽ thấy bằng phơng pháp này cũng giảm đợc dòng khởi động.
Việc xác định giá trị điện trở phụ đợc tính theo công thức sau:

nmnm
nm
f
RX
Z
R

=
2

2
1

[]
132

Trong đó:

: Bội số dòng khởi động

'
21
RRR
nm
+=

22'
21
)(
nmnm
XRRZ ++=

Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
17
R
f1

tn
M
c

0
S
thtn
0
M
R
1f
R
1f1
M
1f2

a)
b)

Hình 2-6

c. ảnh hởng của điện kháng mạch stato
Khi nối thêm điện kháng vào mạch stato ĐCKĐB chúng ta cũng có kết
quả tơng tự nh khi đấu thêm điện trở phụ vào mạch stato. Sơ đồ đấu và họ đặc
tính cho ở hình 2-7.
Điểm cần chú ý là khi cần tạo ra đờng đặc tính cơ có mômen khởi động
là Mnm thì đặc tính cơ có X
1f
sẽ có đặc tính cứng hơn đặc tính có R
1f

.
Xác định giá trị X
1f
cần đấu vào stato theo biểu thức:

nmnm
nm
f
XR
Z
X

=
2
2
1

[]
142

Các tham số trong
[]
142

đợc chú thích ở
[ ]
132
.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
18
X
1f
S
thtn
0
S
1
M
thtn
M
X
1f
X
1f

Hình2-7

d. ảnh hởng của thay đổi tần số f
1

Từ biểu thức
p
f

1
0
2

=
ta thấy rằng khi tần số f
1
thay đổi sẽ làm cho tốc độ
0

và

thay đổi.
Đây là phơng pháp đang đợc phát triển rất mạnh và đã đợc áp dụng
rộng rãi để thay cho các TĐĐ một chiều.
Bây giờ chúng ta xét ảnh hởng của tần số f
1
đến đặc tính cơ của ĐCKĐB.
* Nếu bỏ qua giáng áp U
1
trên cuộn dây stato: U
1
=
0
2
1
2
11
=+ XRI

thì
lúc đó :
U
1

E
1
=K

f
1

T đó thấy rằng nếu thay đổi tần số f
1
mà giữ nguyên điện áp U
1
thì từ
thông

của động cơ phải thay đổi.
Nếu giảm f
1
so với định mức thì từ thông

phải tăng lên, mạch từ bị bão
hoà, dòng điện I
0
quá lớn, các chỉ tiêu năng lợng của động cơ bị xấu đi và nhiều
khi động cơ sẽ phát nóng quá mức.

Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
19
Nếu tăng tần số f
1
thì từ thông

sẽ giảm xuống. Lúc đó mạch từ không
bão hoà, còn dòng I
2
có thể tăng lên nếu mômen động cơ không đổi
(

cos
2
IKM =
).Vậy cuộn dây ở trờng hợp này cuộn dây bị nóng còn lõi thép bị
non tải.
Cũng vì những lý do trên mà khả năng quá tải của động cơ bị giảm xuống.
Để tận dụng động cơ một cách tốt nhất khi thay đổi tần số f
1
ta phải làm
sao để từ thông của động cơ không thay đổi và bằng từ thông định mức của động
cơ (
dm

=
). Muốn đạt đợc điều đó thì khi điều chỉnh f
1
phải thay đổi U

1
. Vấn
đề đặt ra là luật điều chỉnh của U
1
.
* Luật biến thiên U
1
khi coi U
1
=0:
Khi tìm luật biến thiên của U
1
theo sự biến thiên của f
1
ngời ta thờng
xuất phát từ điều kiện đảm bảo cho khả năng quá tải của ĐCKĐB không thay
đổi.

t
M
M
c
th
cos==

Mômen tới hạn của động cơ không đồng bộ:

(
)

22
10
2
1
2
3
nm
th
XRR
U
M
+
=

Vì có giả thiết coi U
1
=0, cũng có nghĩa coi R
1
=0, do đó mômen tới hạn
của động cơ là:

nm
th
X
U
M
0
2
1

2
3

=

Mặt khác ta lại có:

p
f
1
0
2

=

nmnm
LfX
1
2

=

Từ đó có:

2
1
2
1

f
CU
M
th
=

[]
152

Trong đó:
nm
L
P
C
2
8
3

=

Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
20
Từ
[]
152
ta thấy nếu bỏ qua U
1
thì mômen tới hạn tỉ lệ thuận với bình
phơng điện áp U

1
và tỉ lệ nghịch với bình phơng tần số dòng stato f
1
. ứng với
tần số f
1i
nào đó, động cơ sẽ quay với vận tốc
i

tơng ứng và hệ số quá tải sẽ là:

()
()
ici
i
ic
thi
i
Mf
U
C
M
M

2
1
2
1

.==

[]
162

Trong đó: U
1i
: Điện áp pha ứng với tần số f
1i
.
M
c
(
i

): Mômen cản khi
P
f
i
i
1
2

=

ứng với trạng thái định mức f
1
= f
1đm

ta có hệ số quá tải là:

()
()
dmcdm
dm
dmc
th
dm
Mf
U
C
M
M

2
1
2
1
==

[]
172

Để giữ cho hệ số quá tải của động cơ luôn không đổi khi tần số f
1
thay đổi
ta có điều kiện sau:

=
i

() ()
dmcdm
dm
ici
i
dm
Mf
U
Mf
U

2
1
2
1
2
1
2
1
=

Hay:
( )
()
dmc

ic
dm
i
dm
i
M
M
f
f
U
U

==
2
1
2
1
2
1
2
1

[]
182

Từ
[]
182
ta tìm đợc luật biến đổi của điện áp theo luật biến thiên của

tần số. để giữ cho khả năng quá tải của động cơ không đổi:

( )
cdm
c
dmdm
M
M
f
f
U
U

1
1
1
1
=

[]
192

Trong đó:
U
1
,
()

c

M
: là giá trị điện áp và mômen cảm ứng với tần số f
1

đã đợc điều chỉnh.
U
1đm
,
cdm
M
: là giá trị điện áp và mômen cảm ứng với tần số
f
1đm
của lới điện đấu vào động cơ.
Biểu thức
[ ]
192

có thể viết dới dạng tơng đối:

**
1
*
1 c
MfU =

[]
202

Chúng ta đã biết mômen cản của máy sản xuất đợc biểu diễn bằng công
thức thực nghiệm:
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
21

()
a
codmcoc
MMMM

+=

Hay ở hệ tơng đối:

( )
a
cococ
fMMM
*
1
***
1+=

[]
212

Thế
[]
212

vào
[]
202

ta có:

( )
a
coco
fMMfU
*
1
***
1
*
1
1
+=

[]
222

Từ công thức
[]
222

là luật biến thiên của điện áp theo tần số dạng tổng
quát. Tuỳ thuộc vào luật biến thiên của f
1
và luật biến thiên của mômen cản mà
có đợc luật biến thiên của điện áp.
Trong lý thuyết truyền động điện ta thờng khảo sát ba loại mômen hay
gặp.
* Trờng hợp 1: khi mômen cản không phụ thuộc vào tốc độ
( Mc=const ). Lúc đó a=0, M
c
=M
đm
=const.
Quy luật điều chỉnh điện áp:

*
1
*
1
fU =

Hay:
const
f

U
=
1
1

[]
232

Vậy khi thay đổi tần số phải thay đổi điện áp tỉ lệ thuận với tần số. Hình
dáng đặc tính cơ lúc này cho ở hình 2-8.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
22
f
11
f
1dm
f
12

1

2
0
dm
M
th

M
M
c

Hình 2-8
*Trờng hợp 2: khi điều chỉnh tốc độ quay, công suất trên trục động cơ không
đổi:

constP
c
=

dmdmc
c
MP
M ==
,

=

*
1
*
1
1
f
M
, a=-1, M
0
=0.
Theo
[]
192

ta xác định đợc luật biến thiên của điện áp U
1
:

*
1
*
1
fU =

[]
242

Hay:
const

f
U
=
1
1

Điều đó có nghĩa là khi công suất tải không đổi ta tiến hành điều chỉnh tần
số f
1
thì U
1
phải thay đổi tỉ lệ thuận với căn bậc hai của tần số.
Đặc tính cơ có dạng nh hình 2-9.
* Đặc tính mômen cản có dạng quạt gió lý tởng:
M
c
=0, a=2,
2

=

dmc
MM
,

2*
1
*
fM
c
=
.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
23
Theo
[]
222

ta xác định đợc luật điều chỉnh áp là:

2*
1
*
1
fU =
hay
const
f
U
=
2
1
1

[]
252

điều đó có nghĩa là khi tải quạt gió thi thay đổi tần số f
1
điện áp nguồn
phải thay đổi tỷ lệ bình phơng với tần số.
đặc tính cơ có dạng nh hình 2-10.

M
c
f
11
f
1dm
f
12

1

1
0
dm
dm

1

2
M
c
f
11
f
1dm
f
12
MM
0

Hình 2-9 Hình 2-10
Cần lu ý quy luật
[]
252

nhận đợc khi ta bỏ qua U
1
tức là coi R
1
=0 do
đó công thức tìm đợc chỉ đúng cho động cơ công suất lớn, khi điều chỉnh dới
tốc độ cơ sở và phạm vi điều chỉnh nhỏ (từ 2-2,5).
e. Khi thay đổi số đôi cực P:
Phơng pháp thay đổi số đôi cực P thờng đợc dùng điều chỉnh tốc độ
động cơ lồng sóc. Thay đổi số đôi cực đợc hiểu bằng cánh đổi nối dây quấn
stato, còn số đôi cực rôto sẽ tự động biến đổi theo.

Khi thay đổi số đôi cực thì tốc độ đồng bộ cũng thay đổi theo. Trong thực
tế thờng đổi nối từ sao sang sao kép có thể coi gần đúng là công suất động cơ
không đổi, do đó phơng pháp này dùng để điều chỉnh tốc độ với công suất
không đổi.
Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
24
Khi chuyển nối từ sao sang sao kép và ngợc lại tốc độ động cơ thay đổi
hai lần còn mômen cho phép cả hai trơng hợp không đổi. Phơng pháp nay chỉ
nên sử dụng khi mômen cản không đổi.
1K 1K 1K2K
2K
2K 2K
1K
1K
1K
2K
2K
2K
2K
2K

0

0
yy

0

0

yy
Mc

0
0M
M
0
a)
b)
c)
b)
d)

Hình 2-12
a)Sơ đồ nguyên lý khi đấu hình sao chuyển sang sao kép.
b)Đặc tính cơ khi đấu sao và sao kép
c)Sơ đồ đấu tam giác chuyển sang sao kép.
d) Đặc tính cơ khi đấu sao và tam giác.
f. ảnh hởng của điện trở trong mach rôto.
Đối với ĐCKĐB rôto dây quấn, ngời ta thờng đấu thêm điện trở phụ vào
mạch rôto để hạn chế dòng khởi động và để điều chỉnh tốc độ quay của nó.
Sơ đồ nguyên lý nh hình 2-13a.
Khi đa điện trở phụ vào mạch rôto ta sẽ đợc đờng đặc tính nhân tạo
còn gọi là đặc tính biến trở.
Hệ số trợt tới hạn của đặc tính biến trở:

22
1
''
2

nm
f
thnt
XR
RR
S
+
+
=

[]
262

Đồ án tốt nghiệp
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
25
Từ đó thấy hệ số trợt tới hạn phụ thuộc vào điện trở phụ của mạch rôto,
điện trở phụ càng lớn hệ số trợt giới hạn càng lớn.
Còn mômem tới hạn xác định bởi biểu thức
[ ]
102

. Từ biểu thức đó cho
thấy mômen tới hạn không phụ thuộc vào điện trở mạch rôto, nó luôn là hằng số
khi tiến hành thay đổi R
f
.
Ta xét hai đờng đặc tính cơ là đặc tính tự nhiên và đặc tính biến trở bất
kỳ nào đó.

Phơng trình đặc tính cơ tự nhiên:

thtn
tn
tn
thtn
th
S
S
S
S
M
M
+
=
2

Phơng trình đặc tính cơ nhân tạo:

thnt
tn
tn
thnt
th
S
S
S
S
M
M

+
=
2

Nếu xét tại một giá trị M bất kỳ nào đó ta có:

thtn
tn
tn
thnt
thnt
nt
nt
thtn
S
S
S
S
S
S
S
S
+=+

Phơng trình trên chỉ đúng khi:

tn
thnt
nt
thtn