Phương pháp điều khiển bằng cách thay đổi điện áp stato

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

LỜI NÓI ĐẦU
- Chương V: Thiết kế sơ đồ điều khiển tự động dòng điện và tốc độ
Động cơ không đồng bộ được sử dụng rất phổ biến trong công
động cơ.
nghiệp cũng như trong đời sông nhân dân. sở dĩ như vậy là do động cơ
gian ưu
làmđiểm
việcvượt
dướitrội
sự hướng
trực tiếp
của PGS-TS
không Sau
đồngmột
bộ thời
có nhiều
so với dẫn
các động
cơ khác
như cấu
Bùi vận
Đìnhhành
Tiếu.đơn
Emgiản,
đã hoàn
thành hạ,
đồ án

khả năng
và
tạo,
giá thành
kếtcủa
cấumình
chắcnhưng
chắn...vìNhưng
nhược
thời gian
có hạn
chắc
sai sót
nhấttốcđịnh.
Emkhó
mong
được
điểm
lớn nhất
củanên
động
cơvẫn
nàycó
là nhiều
việc điều
khiển
độ rất
khăn
và
sự chỉ

thêm
củakhông
các thầy
cônhư
trong
khoa điện
và bộ môn
bị điện
đặc
tínhbảo
điều
chỉnh
được
ý muôn.
Do nhược
điểm thiết
này mà
trongđiện gian
tử. Em
xin chân
thành cảm
rất nhiều.
thời
trước
đây, người
ta ít ơn
khicác
sửthầy
dụngcôcác
hệ truyền động điều chỉnh

Sinh viên:
tốc độ động cơ không đồng bộ mà chủ yếu dùng
cácThanh
hệ truyền
Đặng
Thư động một
chiều.
Trước thực tế đó, cùng với sự phát triển của ngành điện tử bán dẫn
công suất, các hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng
bộ đã ra đời và trở thành hệ truyền động cạnh tranh hiệu quả với các hệ
truyền động động cơ một chiều.
Có nhiều phương pháp để điều chỉnh tốc độ dựa vào việc ứng dụng
các thiết bị điện tử công suất, nhưng trong đồ án này chỉ đưa ra xem xét hệ
truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc
bằng bộ điều chỉnh pha.
Nội dung gồm 5 chương:
- Chương mở đầu: Tổng quan về động cơ không đồng bộ.
- Chương I: Tổng quan về các phương pháp điều khiển động cơ

không đồng bộ.
- Chương II: Phương pháp điều khiển bằng cách thay đổi điện áp

stato.
- Chương III: Tính toán các sô" liệu, đặc tính của động cơ.

SV: Đặng Thanh Thư

trang 2
1

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội
MỞ ĐẦU

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG cơ KHÔNG ĐồNG BỘ
I. Vài nét về động cơ không đổng bộ:

Máy điện KĐB là loại máy điện xoay chiều, chủ yếu dùng làm động
cơ điện, do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao giá thành
hạ nên động cơ KĐB là loại động cơ được dùng rộng rãi nhất trong các
ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài đến vài chục Kw.
Trong công nghiệp, thường dùng máy điện không đồng bộ làm
nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy
công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ ... Trong hầm mỏ thường dùng làm
máy tời hay quạt gió, trong nông nghiệp thường dùng làm máy bơm nước
hay các máy gia công nông sản. Trong đời sông hàng ngày, máy điện KĐB
cũng chiếm một vị trí quan trọng như: Quạt gió, máy quay đĩa, động cơ
trong tủ lạnh ..., Tóm lại, cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí
hóa, tự động hóa và các phương tiện sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng
dụng của máy điện KĐB ngày càng rộng rãi.
Tuy vậy động cơ điện KĐB cũng có những nhược điểm như là hệ sô
coscp của máy thường không cao lắm và đặc tính điều chỉnh tốc độ không
tốt, nên ứng dụng của nó trong các lĩnh vực cần điều chỉnh tốt độ có phần
bị hạn chế.
Máy điện không đồng bộ cũng có thể dùng làm máy phát điện nhưng
điện áp ra không tốt bằng so với máy điện đồng bộ do đó hầu như người ta
không sử dụng để làm máy phát.
Động cơ không đồng bộ có hai loại chính là động cơ roto lồng sóc và

động cơ roto dây quấn. Động cơ roto dây quấn chỉ áp dụng cho tải có công
suất lớn và cần điều chỉnh tốc độ (điều chỉnh tốc độ và mở máy bằng điện
trở phụ). Còn đôi với các loại tải trung bình và nhỏ, người ta thường sử
SV: Đặng Thanh Thư

trang 3


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

II. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha:

Động cơ KĐB ba pha hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện
từ, do đó động cơ KĐB còn được gọi là động cơ cảm ứng.
Dây quấn ba pha của stator đặt lệch nhau trong không gian 120°,
được cấp dòng điện xoay chiều ba pha lệch nhau về thời gian 120° điện.
Lúc ấy, trong máy sẽ hình thành từ trường quay, quay với tốc độ đồng bộ:
Hđb = —7- (v/p)
p
Trong đó: - f là tần sô" nguồn điện cấp cho động cơ.
- p là sô" đôi cực từ của động cơ.
Từ trường quay của stato quét qua các thanh dẫn roto làm cảm ứng
trong các thanh dẫn một sức điện động theo định luật cảm ứng điện từ. Sức
điện động này có chiều được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Vì Roto
luôn kín mạch nên sức điện động này sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều iR
chạy trong dây quân Roto, dòng iR lại tạo ra từ trường trong Roto hợp với
từ trường quay tạo thành từ trường trong khe hở (giữa Roto và Stato).
Dòng iR chạy trong các thanh dẫn nằm trong từ trường nên bị tác

động một lực điện từ có chiều được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Hợp
các lực này tạo thành Momen quay tác động lên dây quân Roto làm cho
roto quay theo chiều của từ trường.
Tô"c độ của Roto luôn nhỏ hơn tô"c độ đồng bộ của từ trường quay để
có sự tác động tương đôi giữa các thanh dẫn với từ trường quay stato, nếu
như roto quay đến tôc độ đồng bộ thì trong roto sẽ không tồn tại dòng cảm
ứng nữa do đó sẽ không còn momen quay nữa. Do tốc độ của động cơ
không bao giờ bằng được tô"c độ đồng bộ nên gọi là động cơ không đồng

SV: Đặng Thanh Thư

trang 4


Đồ án tốt nghiệp
Nội

Trường ĐHBK Hà
CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐlỀư KHIÊN ĐỘNG
Cơ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Động cơ điện không đồng bộ hiện nay được sử dụng rất phổ biến,
nhưng các hệ truyền động điều khiển tốc độ thì ít được sử dụng so với các
hệ truyền động một chiều vì có nhược điểm là điều chỉnh tốc độ khó khăn
hơn. Tuy nhiên, với việc phát triển của công nghệ bán dẫn và điện tử tin
học thì việc điều khiển tốc độ của động cơ không đồng bộ trở nên dễ dàng
hơn rất nhiều và đồng thời hệ truyền động điều khiển tốc độ động cơ
không đồng bộ trở thành hệ truyền động cạnh tranh hiệu quả với hệ truyền
động động cơ một chiều. Để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ, ta

có thể tác động vào mạch roto hoặc mạch stato của động cơ. Trong thực tế,
với các hệ truyền động người ta hay dùng các phương pháp điều khiển tốc
độ động cơ không đồng bộ như sau:
Điều khiển bằng phương pháp thay đổi điện áp cấp vào stato
của động cơ.
Điều khiển bằng phương pháp thay đổi điện trở mạch roto
Điều khiển bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn cấp vào
stato của động cơ.
Điều khiển bằng phương pháp điều chỉnh công suất trượt.
Tuỳ vào từng trường hợp cụ thể mà người ta có thể sử dụng từng
phương pháp cho thích hợp. Sau đây là phần trình bày về cơ bản của các
phương pháp đã nêu.
I. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:

SV: Đặng Thanh Thư

trang 5


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Đôi với động cơ KĐB, khi điện áp nguồn cấp thay đổi sẽ làm momen
của động cơ cũng thay đổi tỉ lệ với bình phương lần sự thay đổi điện áp (do
thay đổi cả dòng điện và từ thông). Khi momen điện thay đổi mà momen
cơ chưa kịp thay đổi thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi. Do đó, khi thay đổi
điện áp cấp cho động cơ thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi.
M = u2
suy ra : Mth - u2 và Mnm - u2

Trong khi đó:
Sth — R-2
Mà : R.2 = const nên Sth = const.
Để thay đổi điện áp cấp vào stato của động cơ, ta có thể sử dụng máy
biến áp hoặc cuộn kháng đặt vào stator hoặc đổi nối Y - À hoặc dùng các
bộ điều áp bằng Tiristor. Đôi với các hệ truyền động động cơ roto lồng
sóc, người ta thường sử dụng các bộ điều áp để thay đổi cả dòng điện và
điện áp mà không làm thay đổi tần sô" để điều chỉnh tốc độ và hạn chế
dòng mở máy bằng phương pháp giảm điện áp khi khởi động.

Hình 1.1: sơ đồ đơn giản của phương pháp thay đổi điện áp stato
SV: Đặng Thanh Thư
trang 6


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Khi giảm điện áp đặt vào stator của động cơ, ta được các đặc tính như

Hình 1.2 :Đặc tính của điều chỉnh tốc độ bằng cách
thay đổi điện áp vào Stator
Dựa vào đặc tính cơ ta có thể nhận thấy khi giảm điện áp thì momen
giảm rất nhiều. Do đó, phương pháp này chỉ thích hợp với tải có momen tỷ
lệ với tốc độ như tải quạt gió, không thích hợp với tải có momen không
đổi.
2.

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần sô" nguồn cấp :

Để thay đổi tốc độ bằng cách tác động vào stato của động cơ ngoài
phương pháp thay đổi điện áp nguồn cấp ta còn có thể sử dụng phương
pháp thay đổi tần sô" nguồn cấp vào động cơ. Nguyên lý của phương pháp
này là khi tần sô" của nguồn câ"p thay đổi thì tốc độ không tải lý tưởng CO] =
27if/p cũng thay đổi theo tỷ lệ với tần sô". Đây là phương pháp điều chỉnh
trơn hoàn toàn và ta có thể điều chỉnh ở bâ"t kỳ tốc độ nào.
00] = 27ĩf/p
f = var nên co 1 = var.

SV: Đặng Thanh Thư

trang 7


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Hình 1.3: Sơ đồ đơn giần của phương pháp thay đổi tần sô'
Nếu giữ cho điện áp không đổi thì ta có quan hệ :
Mth =

—= _L
Củ.Xnm f

(U = const)

Nghĩa là khi giữ điện áp không đổi, tần sô" giảm bao nhiêu lần thì
momen của động cơ sẽ tăng lên tỷ lệ với bình phương lần sự suy giảm của

tần sô". Như thê", ta có thể tăng momen của động cơ bằng phương pháp
giảm tần sô".
Thực tê" là khi tần sô giảm so với tần sô định mức thì dòng điện sẽ
tăng lên rất nhiều nếu điện áp giữ nguyên do điện kháng giảm (điện
kháng tỷ lệ với tần sô). Do đó, khi giảm tần sô thì cũng phải giảm điện áp
sao cho tỷ sô" giữa điện áp và tần sô" là không đổi. Như vậy, trong trường
hợp giảm tần sô" thì mô men sẽ không thay đổi. Do đó, trong đặc tính cơ sẽ
có hai phần fi > fđm và fi < fđm-

SV: Đặng Thanh Thư

trang 8


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Ta có dạng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi tần sô
nguồn lưới như sau :

co
ư>n
fi>f,đm

1^1 đm
f,M
Hình 1.4: Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ KĐB

Tóm lại, khi thay đổi tần sô" để điều chỉnh tốc độ ta phải đồng thời
điều chỉnh cả điện áp đưa vào động cơ. Phương pháp điều chỉnh tần sô" là
một phương pháp hiện đại, nhưng khá tôn kém do đó hiện nay nó chưa
được dùng phổ biến mà chỉ sử dụng trong một sô lĩnh vực nhât định.
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch

rotor :
Để điều chỉnh tô"c độ, ngoài việc tác động vào stato, người ta còn có
thể tác động vào mạch rotor để thay đổi dòng điện rotor dẫn đến làm thay
đổi momen của động cơ. Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rotor là
phương pháp chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ rotor dây quân nhờ
nôi tiếp cuộn dây roto với bộ biến đổi điện trở mạch ngoài. Do độ trượt tới
hạn tỷ lệ với giá trị điện trở roto nên khi điện trở rôto thay đổi thì độ trượt
tới hạn sẽ thay đổi theo trong khi momen tới hạn không thay đổi do tần sô"
điện áp giữ nguyên.
SV: Đặng Thanh Thư

trang 9


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Ta có sơ đồ đơn giản như sau :

Hình 1. 5: Sơ đồ đơn giản của phương pháp điều
chỉnh
điện trở phụ mạch roto
Điện trở tổng của mạch roto:

Rl2 — R2 + Rf2
Trong đó :
R2 _ Điện trở của mạch roto
Rf2 _ Điện trở phụ mắc thêm vào
Khi thay đổi điện trở phụ ở mạch roto thì:
Sth - RZ2 = var
Mth = const; Mnm = var.
Trong một giá trị điện trở phụ nào đó thì mo men ngắn mạch của
động cơ sẽ tăng lên sau đó sẽ giảm xuống do đó chỉ nên chọn giá trị của

SV: Đặng Thanh Thư

trang 10


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

(0
0)

Rn + R

Rf2 + R
M

Hình 1.6: Đặc tính cơ khi thay đổi điện trở roto
Phương pháp này chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm tốc độ và
sự ổn định về tốc độ cũng kém hơn do đặc tính dốc hơn. Tuy nhiên, phương

pháp này có ưu điểm lớn là có thể điều chỉnh điện trở phụ sao cho Mnm
bằng Mth để mở máy động cơ với momen lớn nhất cũng như là dùng điện
trở phụ để hạn chế dòng điện mở máy.
4. Phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi công suất

trượt:
Đôi với động cơ KĐB, công suất trượt ÀPS = s.pđt được tiêu tán trên
điện trở của roto. Với các máy có công suất lớn thì tổn hao công suất này
là đáng kể đặc biệt là khi điều chỉnh ở tốc độ thấp (s lớn). Do đó, từ việc
tiết kiệm điện năng mới nảy sinh yêu cầu tận dụng công suất này. Để tận
dụng công suất tổn hao này, người ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suất
trượt để đưa năng lượng này trả ngược về lưới. Trong điều kiện nguồn cấp
không đổi pđt = const thay đổi công suất trượt ÀPS ta sẽ thay đổi được độ
trượt s do đó làm thay đổi được tôc độ động cơ.
SV: Đặng Thanh Thư

trang 11


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh công suất trược
p, = p2 + APS
Khi thay đổi góc mở chậm của Tiristor ở trạng thái nghịch lưu, ta sẽ
làm cho APS thay đổi dẫn đến độ trượt s cũng sẽ thay đổi. Ta có đặc tính
điều chỉnh như sau:

Hình 1.8: Đặc tính cơ của động cơ khi

điều chỉnh công suất trượt
SV: Đặng Thanh Thư

trang 12


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

II. Phương pháp điều chỉnh điện áp stator
1. Nguyên lý:

Từ phương trình đặc tính của động cơ :

Ta nhận thấy khi thay đổi điện áp nguồn cấp cho động cơ ơ, thì
momen của động cơ cũng thay đổi theo. Từ đó, tốc độ làm việc của động
cơ sẽ chuyển sang chế độ xác lập khác.
2.
Phương trình đặc tính cơ.
Để thành lập đặc tính của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ đồ
thay thế. Dựa vào sơ đồ thay thê ta xác định được dòng điện stator :
1

1
( 1.2)

Trong đó:
Xnm _ điện kháng ngắn mạch.
R]

R2’_

điện

_
trở

điện
ro

to

trở
qui

đổi

stator
về

stato

R^ _ điện trở tác dụng của mạch từ hoá
XM _ điện kháng ngắn mạch của mạch từ hoá
Từ (1.2) ta thấy:
Khi Củ = 0 thì 5 = 1, /ị = ĩlnm : dòng ngắn mạch

SV: Đặng Thanh Thư

trang 13

R1 + —s

UA
Đồ án tốt nghiệp

A =ur

Trường ĐHBK Hà Nội
= [.

,K+Kj

- Ỉ f ỉ : là dòng từ hóa có tác dụng tạo ra từ trường quay khi động cơ
quay với vận tốc đồng bộ.
Ta cũng có thể tính được dòng roto khi quy đổi về stato
i; =
Ur,
X. Ri

C 0 = C Ở X thì s = 0, /2 =
0
/;=/- =

Để tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện
cân bằng công suất trong động cơ.
Công suất điện chuyển từ stato sang roto.
P\2 = .COị
Trong đó: Mđị là momen điện từ của động cơ, nếu bỏ qua các tổn

thất phụ thì:

Mđl=Mcơ=M

(1.6)

Công suất p 12 chia thành hai thành phần:
- Pcơ: công suất cơ đưa ra trên trục động cơ
- AP2: công suất tổn hao đồng trong roto

P\2 ~ Pcơ +
hay:

MbA=MuÁ+AP2

do đó: AP2 = M(COX -CỞ)=
MCỚ.S
SV: Đặng Thanh Thư

trang 14


Đồ án tốt nghiệp

Mặt khác:

Trường ĐHBK Hà Nội

AP2 = 3TỊ .R\
(1.8)

—-——
Thay giá trị /2 đã tính được ở trên và biến đổi ta có
3.Ư"-.R2
■
Ri
co,

(1.9) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ nếu biểu
diễn đặc tính cơ trên đồ thị thì sẽ được đường cong trên hình sau:
s

Hình 1.9: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Có thể xác định các điểm cực trị của đường cong này bằng cách giải
phương trình vi phân —- = 0 ta sẽ đươc tri sô" của M và s tai điểm cưc tri ký
ds
hiệu là Mth gọi là momen tới hạn và s,h gọi là độ trượt tới hạn. Các giá trị
R2
(1.10)
s* =
u\
M,h =2.eol(Rl+^RỈ +
X2ttm)

SV: Đặng Thanh Thư

(1.11)

trang 15

Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Ta thấy phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thể
biểu diễn thuận tiện hơn bằng cách lập tỉ sô" giữa hai phương trình (1.9) và
phương trình (1.11). Sau khi biến đổi ta sẽ được phương trình đặc tính cơ
như sau:

M= 2Mlh(ỉ + aSlh)

( 1. 12)

Trong đó: a =
—
Đôi với các động cơ công suẩt lớn thường Rj rất nhỏ so với xnm, lúc
này có thể bỏ qua R Ị , nghĩa là coi R/ = 0 và phương trình đặc tính cơ có
dạng gần đúng:
(1.13)

Trong đó:

= -^
....

( 1.14)
(1.15)

3. Phương pháp tính toán các thông sô" khi thay đổi điện áp:

Xác định điện áp câ"p vào stator của động cơ từ bộ điều

a.

áp:
Để xác định điện áp câ"p vào stator của động cơ thông qua bộ điều
a

-

góc

mở

của

Tiritor

cp - xác định từ hệ sô" công suất

SV: Đặng Thanh Thư

trang 16


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Từ các thông sô" của động cơ đã có như cos(pđm, cosỌkđ, coscpo ta
xác
định các góc (p ứng với các chế độ của động cơ. Dựa vào bảng quan hệ
V2 = f(a,(p) ta sẽ xác định được điện áp cấp vào stator của động cơ Ui(D
theo góc mở OL
Từ
và (p
tra được
V và có
xácdây
định
được
U]ta có
Đô"ia với
bộtađiều
áp ba V2,
pha từ
tải đó
đâusuy
saorakhông
trung
tính
bảng quan hệ v2 = f(a,(p) như hình vẽ sau:

Hình 1.10: Quan hệ V =f(a,(p)
b.

Xác định các thông sô" khi thay đổi điện áp :

Như ta đã biết, khi thay đổi điện áp thì mo men cũng sẽ thay đổi
theo tỷ lệ với bình phương lần sự thay đổi của điện áp. Do đó, ta có thể
xây dựng được các công thức xác định momen tới hạn và momen ngắn
mạch của đường đặc tính nhân tạo thứ i nào đó.
Ta đã có các sô" liệu của đường đặc tính tự nhiên :
U(jm Ị Mthđm Ị Mnniđm
SV: Đặng Thanh Thư

trang 17


Udm
Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

u2
Với đường đặc tính thứ i có điện áp là Uj ta sẽ tính được:
Mnmi=(f-ỉr)Mnmdm
M,uUdm
=(jT)MlUm

Tương tự như vậy, khi có yêu cầu về momen cần xác định điện áp
đặt vào động cơ:
u, = Ưdm

Hoặc :
u,
=udm

V
ÍK~
Mn
mdm
V

V,

SV: Đặng Thanh Thư

trang 18


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội
CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG sớ CỦA ĐỘNG cơ
Tính toán các thông sô" định mức của động cơ:

I.

Để có được các thông sô" của động cơ ở chế độ định mức ta dựa vào
các sô liệu cơ bản của động cơ sau :
Pđm = 36
kw
uđm = 380 V
nđm = 920
v/p

X

=

3,3

KM = 2,4
coscpdm = 0,82 ; coscpkđ = 0,62 ; coscpo =
0.069
Iiđm

=

81A

2. Momen định mức của động cơ.

= 376,7Nm
Mđm = 376,5 Nm

SV: Đặng Thanh Thư

trang 19


n\
1p
1

3 Đồ án tốt nghiệp

3.

* /s

Trường ĐHBK Hà Nội

Momen tới hạn của động cơ:

Theo sô liệu động cơ ta có bội sô momen cực đại X = 3,3 do đó :
Mth — X.Mđm
Mth = 3,3 X 376,7 = 1233,21 Nm
Vậy :Mth = 1233,21 Nm
4.

Momen ngắn mạch

Để xác định momen ngắn mạch ta dựa vào hệ sô momen ngắn mạch
KM = 2,4.

Mnm — Kjy[.Mdm
Mnm = 2,4 X 376,7 = 896,9
Nm
Mnm = 896,9 Nm
o _ ”l -”dm
°đm
1000-920
= 0,08

7. Xác định độ trượt tới hạn:
6. Tốc=độ

góc (tô"c= độ
bộ) của từ trường quay co, ở tần sô"
2-3’14-50
104đồng
67 rad/

Từ biểu thức của đặc tính cơ :
không đổi f, = 50Hz
Ta có:
2 7rf,

SV: Đặng Thanh Thư

trang 20


sth = + V/12 -1 )sdm
2-m„M
Đồ án tốt nghiệp
nm ~ 2.1233,21.104,7
2Mlh
Mdm
L/IÌI _|_
V)

Trường ĐHBK Hà Nội

Trong đó:

suy ra:

slh = (3,3 + V3,32 -1).0,08
=

0,51

Vậy : Sth = 0,51
8. Điện kháng ngắn mạch của động cơ:
Từ biểu thức tính Mth

suy ra:
xnm

3 u\f

3.2202

= 0,56Q

Vậy : xnm = 0,56Q
Il.Xây dựng đặc tính cơ của động cơ
1. Đặc tính tự nhiên:
Đc xây dựng đặc tính tự nhicn ta dựa vào các sô liệu của động cơ ở
chế độ định mức sau:
SV: Đặng Thanh Thư

trang 21


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Mth= 1233,21 Nm
Mnm = 896,9 Nm
Mdm = 376,6 Nm
sđm = 0,08
Sth = 0,51
Từ các điểm trên, ta xây dựng được đặc tính tự nhiên trên hai trục
(s,M) như hình 2.1 . Đường đặc tính tự nhiên sẽ đi qua các toạ độ
2. Các đặc tính nhân tạo của động cơ:
Theo yêu cầu thiết kế là điều chỉnh điện áp vào động cơ để điều
chỉnh tốc độ của động cơ trong điều kiện tần sô" không đổi. Như vậy, ta
phải xây dựng được các đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp. Ta sẽ xây
dựng các đặc tính có điện áp nhỏ hơn điện áp định mức, cụ thể là ta sẽ xây
dựng các đặc tính ứng với điện áp bằng 0,4Uđm; 0,6Uđm; 0,8Udm.
Theo đơn vị tương đôi, lây Mđm udm làm đơn vị cơ sở ta sẽ có:
^1 thđm — 3,3
M nrn = 2,4
Khi điện áp lưới suy giảm thì mô men tới hạn, mô men ngắn mạch sẽ
giảm đi bình phương lần. Do đó, ta có thể tính được các thông sô" của động
cơ ứng với các điện áp :
+ Với Ư! = 0,8Uđm
Suy ra:

U*1 = 0,8

M thi = 0,82 M thđm
= 2,112
M*nm1 = 0,82M*nmđm

SV: Đặng Thanh Thư

trang 22


Đồ án tốt nghiệp
Suy ra:

Trường ĐHBK Hà Nội

U*1 = 0,6
M th2 - 0,62 M thđm
= 1,188
M nm2 — 0,6 M nmđm
= 0,896

+ Với Ư3 = 0,4ưđm
Suy ra:

U*1 = 0,4
M th3 = 0,42 M thđm
= 0,528
M nm3 = 0,4 .M nmđm
= 0,384

Do Sth không thay đổi do đó ta có thể dựng được 3 đường đặc tính cơ
ứng với 3 cấp điện áp như trên hình 2.1
Như vậy ta thấy khi điện áp lưới suy giảm dẫn theo mômen tới hạn
sẽ giảm bình phương lần độ giảm điện áp, trong khi đó tốc độ đồng bộ giữ
nguyên và độ trược tới hạn không thay đổi. Họ đặc tính cơ này chỉ thích

hợp với loại phụ tải bơm, quạt gió, không thích hợp với tải không đổi.
Ngoài ra, đôi với động cơ công suất lớn làm việc 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 mỏ máy.
3. Xác định đường đặc tính cơ của tải:
Như ta đã nêu ở phần trước, với phương pháp điều chỉnh động cơ

SV: Đặng Thanh Thư

trang 23


Đồ án tốt nghiệp
M = M.

Trường ĐHBK Hà Nội
(MV
\ °>dm J

Thay giá trị của Mđm và C0đm ta được:
í„

M =376,7

V96,3 ,

Mcơ = 0,0406. co
Ta dựng được đường đặc tính cơ như trên hình 2.1 và xác định được
các tốc độ làm việc của động cơ ứng với các giá trị điện áp khác nhau.
Với: V = 1

co,s

s

co = 96,3rad/s

v = 0,8

co = 87,65 rad/s

v = 0,6

co = 79,8rad/s

=

SV: Đặng Thanh Thư

0

trang 24


A nm
Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

III. Xác định điện áp khởi động của động cơ:

Phương pháp dùng bộ điều chỉnh pha có ưu điểm lớn nhất là dùng để
khởi động động cơ động cơ không đồng bộ với dòng khởi động rất nhỏ
bằng cách hạ điện áp khi khởi động. Nhược điểm của nó là momen khởi
động nhỏ nhưng đôi với tải mà ta đã xác định (tải quạt gió có momen khởi
động không đáng kể) thì nhược điểm này coi như không có gì trở ngại.
1. Dòng điện khởi động trực tiếp của động cơ:

Ta có thể tính gần đúng dòng điện khởi động của động cơ theo công
thức sau:
/ = cơ
/ +—'2Với động
có công suất 37Kw thì tổn hao dòng điện không tải lo cỡ
1 nm i0 T v
20% dòng định mức.
Iđm=81A
U]f = 220 V
x„m= 0,56
n
Vậy:

220
nm
= 0,2.81 0,5
+
/„„,=409,057/1

Bội sô dòng điện khởi động:
I
Knm

I dm
Knm 40
9
Vậy dòng điện khởi động trực tiếp gấp 5 lần dòng định mức.

SV: Đặng Thanh Thư

trang 25


Đồ án tốt nghiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

2. Điện áp khởi động :

Dòng khởi động trực tiếp của động cơ là khá lớn, có thể gây ra
những tác động không tốt đôi vđi động cơ như phát nhiệt lớn, lực điện
động tác động lên các dây quấn lớn... Do đó, ta sẽ điều chỉnh điện áp để
dòng điện khởi động chỉ cỡ 2 lần dòng định mức có nghĩa là dòng khởi
động mới bằng 0,4 lần dòng khởi động tự nhiên. Để làm được điều này ta
phải giảm điện áp xuông chỉ còn bằng 0,4 điện áp định mức.
Ưkd = 0,4.uđm
ưkd = 0,4.380 = 152 V
3. Xác định góc mở a:

Dựa vào quan hệ V2 = f(a,(p) xác định được góc a như sau:
Từ: V = 0,4 suy ra V2 = 0,16
coscpkđ = 0,62 suy ra cpkd = 51,68
Trên đồ thị V2 = f(a,(p) ta vẽ hai đường thẳng, đường thứ nhất là

đường thẳng vuông góc vđi trục V2 tại điểm V2 = 0,16; đường thứ hai là
đường thẳng vuông góc với trục cp tại điểm (p = 51,68. Giao điểm của hai
đường này sẽ cho ta biết được góc mở akd= 96°.

SV: Đặng Thanh Thư

trang 26