Thiết kế tủ điều khiển động cơ kđb 3 pha roto lồng sóc mở máy qua 2 cấp điện trở phụ dùng rơle thời gian và hãm ngược
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.13 MB, 44 trang )
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
MỤC LỤC
1.1. Tổng quan về ứng dụng của máy điện không đồng bộ........................5
1.2.Phân loại................................................................................................6
1.3.Cấu tạo chung........................................................................................8
1.4.Các lượng định mức............................................................................12
1.5.Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ................................14
1.4.Các thông số cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha...................16
CHƯƠNG II: VẤN ĐỀ MỞ MÁY VÀ HÃM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG
BỘ.................................................................................................................17
2.1 Qúa trình mở máy của động cơ không đồng bộ..................................17
2.2 Các phương pháp mở máy.................................................................18
2.2.1Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ........................................18
2.2.2 Phương pháp dùng điện trở mạch roto.......................................19
2.2.3 Phương pháp mở máy bằng cách nối tiếp cuộn kháng hoặc điện
trở phụ vào cuộn dây stato....................................................................21
2.2.4 Phương pháp mở máy qua biến áp tự ngẫu................................23
2.2.5 Mở máy động cơ KĐB ba pha bằng phương pháp đổi nối sao –
tam giác ................................................................................................24
2.3 Các phương pháp hãm.........................................................................25
2.3.1 Hãm tái sinh.................................................................................25
2.3.2 Hãm ngược.......................................................................................26
2.3.3. Hãm động năng...........................................................................28
Mạch mở máy động cơ không đồng bộ 3 pha rô to dây quấn qua 2 cấp
điện trở phụ, mở máy theo nguyên tắc thời gian và hãm ngược...........30
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 1
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ...........................33
3.2.3. Chọn công tắc tơ.............................................................................42
3.2.4. Chọn Rơle nhiệt...............................................................................43
3.2.8. Chọn dây dẫn trong mạch................................................................44
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 2
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
Giảng viên hướng dẫn
Đỗ Quang Huy
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 3
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong thời đại với sự phát triển không ngừng của khoa
học kĩ thuật, một thời đại mà sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa được đặt lên
hàng đầu.
Nói đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì không thể tách rời được ngành
điện, ngành điện đóng một vai trò mấu chốt trong quá trình đó. Trong ngành điện
thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng, nhờ có các kĩ sư
thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới được ra đời cung cấp cho các nhà
máy điện. Khi điện đã được sản xuất ra thì phải truyền tải điện năng tới nơi tiêu
thụ, trong quá trình truyền tải điện năng đó thì không thể thiếu được các máy biến
áp điện lực dùng để tăng và giảm điện áp lưới sao cho phù hợp nhất đối với việc
tăng điện áp lên cao để tránh tổn thất điện năng khi truyền tải cũng như giảm điện
áp cho phù hợp với nơi tiêu thụ.
Chính vì lý do đó trong đồ án lần này em đã đựơc giao đề tài:’’ Thiết kế tủ
điều khiển động cơ KĐB 3 pha roto lồng sóc mở máy qua 2 cấp điện trở phụ
dùng rơle thời gian và hãm ngược‘‘. Bằng tất cả cố gắng của mình ,với những
kiến thức nhận được từ thầy cô và sự hướng dẫn tận tình của thầy Đỗ Quang Huy
giúp chúng em hoàn thiện đồ án chuyên ngành. Do kiến thức còn nhiều hạn chế
nên bài thiết kế còn nhiều thiếu sót, em mong các thầy cô tận tình chỉ bảo giúp
hoàn thiện hơn đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện:
1 Phạm Công Sơn
2 Vũ Đức Thắng
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 4
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1. Tổng quan về ứng dụng của máy điện không đồng bộ.
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên
lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rotor n (tốc độ của máy) khác với tốc độ
quay của từ trường n1. Cũng như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ
có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện, cũng có thể
làm việc ở chế độ máy phát điện
Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không được tốt so với máy
phát điện đồng bộ, nên nó ít được sử dụng.
Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và vận hành không phức tạp, giá
thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và trong sinh hoạt.
Trong công nghiệp thường dùng loại máy điện không đồng bộ làm nguồn
động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ cho các nhà máy
công nghiệp nhẹ...Trong hầm mỏ nó thường được 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 sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng chiếm một vị trí quan
trọng như làm: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tụ lạnh.
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 không đồng bộ ngày càng
rộng rãi.
Tuy vậy, động cơ không đồng bộ cũng có những nhược điểm như hệ số cosϕ
của máy không cao và đặc tính điều chỉnh động cơ không tốt nên ứng dụng của nó
trong các lĩnh vực đòi hỏi cần có sự điều chỉnh tốc độ tốt thì hạn chế
Máy điện không đồng bộ cũng có thể dùng làm máy phát điện nhưng điện áp
đầu ra không tốt so với máy phát điện đồng bộ do đó người ta hầu như không sử
dụng nó làm máy phát
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 5
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Hình 1: Động cơ không đồng bộ
1.2. Phân loại.
1.2.1 Theo kết cấu của vỏ động cơ
Máy điện không đồng bộ có thể chia thành các loại chính sau: kiểu hở, kiểu
bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v...
a.Kiểu hở.
Không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay và bộ
phận mang điện, đồng thời nó cũng không có trang bị bảo vệ tránh các vật bên ngoài
rơi vào máy.
Theo cấp bảo vệ thì đây là loại IP00. Loại này được chế tạo theo kiểu tự
làm nguội. Loại này thường đặt trong nhà, có người trông coi và không để người
khác đến gần.
b. Kiểu bảo vệ
Có sự bảo vệ chống tiếp xúc ngẫu nhiên của các bộ phận quay hay mang điện.
Loại này thường là tự thông gió.
Theo cấp bảo vệ thì kiểu này thuộc các cấp bảo vệ từ IP11 đến IP33.
c. Kiểu kín .
Là kiểu mà không gian bên trong máy và môi trường bên ngoài được cách ly.
Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên. Kiểu kín thường là tự
thông gió ở mặt ngoài vỏ hay thông gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 6
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
bằng các đường ống. Loại này thường được dùng trong môi trường ẩm ướt và có
nhiều bụi...
1.2.2 Theo kết cấu của rotor
Theo kết cấu của rotor, máy điện không đồng bộ được chia thành hai loại:
rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc.
Động cơ rotor kiểu 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 đối với các loại
tải trung bình và nhỏ người ta sử dụng loại động cơ rotor lồng sóc và mở máy trực
tiếp.
a.Động cơ rotor lồng sóc
b. Đây là loại động cơ phổ biến nhất do giá thành rẻ, vận hành đơn giản
hoạt động ổn định. Các động cơ này có đặc tính cơ khi tải thay đổi từ thông đến
định mức thì tốc độ quay của chúng giảm tất cả khoảng 2% - 5%. Các động cơ rotor
lồng sóc có momen mở máy khá lớn .
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nó cũng có các nhược điểm sau:
- Khó điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phẳng trong phạm vi rộng
- Dòng điện mở máy từ lưới lớn, bằng từ 5-7 lần Iđm
- Hệ số công suất thấp
Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo động cơ rotor lồng sóc
nhiều tốc độ và dùng rotor rãnh sâu lồng sóc kép để giảm dòng khởi động, đồng thời
momen khởi động cũng được tăng lên.
c. Động cơ rotor dây quấn
Với động cơ rotor dây quấn(hay động cơ vành trượt) thì loại trừ được những
nhược điểm trên nhưng làm cho kết cấu rotor trở lên phức tạp nên khó chế tạo và đắt
tiền hơn rotor lồng sóc, khoảng 1,5 lần. Do đó, động cơ không đồng bộ rotor dây
quấn chỉ được sử dụng trong điều kiện mở máy nặng nề, cũng như khi cần phải điều
chỉnh bằng phẳng tốc độ quay. Loại động cơ này đôi khi được dùng nối cấp các máy
khóa. Nối cấp máy không đồng bộ cho phép điều chỉnh tốc độ quay một cách bằng
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 7
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
phẳng trong phạm vi rộng với hệ số công suất cao. Xong giá thành cao nên nó không
được sử dụng rộng rãi như loại còn lại. Trong động cơ không đồng bộ rotor dây
quấn các pha dây quấn rotor nối hình sao và đầu ra của chúng được nối với ba vành
trượt. Nhờ các chổi điện tiếp xúc với các vành trượt nên có thể đưa điện trở phụ vào
rotor để thay đổi đặc tính làm việc của máy.
1.2.3 Theo số pha trên dây quấn stator
Theo số pha trên dây quấn stator của máy điện không đồng bộ thì ta có thể
chia ra thành các loại: 1 pha, 2 pha và 3 pha.
1.3. Cấu tạo chung
Máy điện không đồng bộ có cấu tạo chung gồm 2 phần chính:
- Phần tĩnh (stator).
- Phần quay (rotor).
Cấu tạo của máy điện không đồng bộ 3 pha được chỉ ra trên hình H1.1,a
gồm 2 bộ phận chính là rotor(a) và stato(b). Ngoài ra còn có vỏ máy(e), nắp
máy(c). Hình H1.1,b là mặt cắt ngang của máy cho thấy rõ các lá thép của
stator(a) và của rotor(b).
Hình 2: Cấu tạo máy điện không đồng bộ ba pha
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 8
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Hình 3: Ký
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
hiệu của
động cơ không
đồng bộ ba
pha
a. Kiểu lồng
sóc b. Kiểu
dây quấn
1.3.1. Phần tĩnh (stator):
Trên stator có vỏ, lõi sắt và dây quấn
Hình 4 : Cấu tạo Stato
1.3.2 Vỏ máy
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch
dẫn từ. Vỏ máy thường được làm bằng gang. Tùy theo cách làm nguội mà vỏ máy
cũng được chế tạo ở những dạng khác nhau.
Loại gang đúc được phân làm hai loại: loại có gân trong và loại không có gân
trong.
- Loại không có gân trong thường được dùng cho máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu
kín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ
máy.
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 9
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
- Loại có gân trong có đặc điểm là khi gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhưng
phôi liệu bỏ đi ít hơn loại không có gân trong
Đối với máy có công suất tương đối lớn, khoảng 1000KW, thường dùng thép
tấm hàn lại thành vỏ.
a.Lõi sắt
Lõi sắt của máy điện không đồng bộ là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi
sắt là từ trường quay, nên để giảm tổn hao, lõi sắt phải được làm bằng các lá thép kỹ
thuật điện dày 0,5mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt stator nhỏ hơn 990mm thì
dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn 1000mm thì phải dùng những
tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn.
Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều được phủ một lớp sơn cách điện trên bề mặt để
làm giảm tổn hao do dòn Fuco gây nên. Nếu lõi sắt ngắn hơn 25cm đến 30cm thì có
thể ghép lại thành một khối. Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thì thường ghép thành
từng thếp ngắn, mỗi thếp dài từ 4cm đến 6cm, đặt cách nhau 1cm để thông gió cho
tốt
b.Dây quấn
Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với
lõi sắt. Bối dây quấn có thể chỉ là một vòng dây (được gọi là dây quấn kiểu thanh
dẫn, bối dây thường được chế tạo dạng ½ phần tử và thiết diện thường lớn), cũng có
thể bối dây quấn gồm nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ và được gọi là day quấn kiểu
vòng dây). Số vòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha và cách nối lại phụ thuộc
vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán
điện từ.
Yêu cầu chính đối với dây quấn như sau:
-
Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quấn ba pha, điện áp ba pha
lệch nhau một góc 120 độ điện.
Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha phải
bằng nhau.
Có thể đấu thành các mạch song song dễ dàng khi cần thiết.
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 10
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
-
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Dùng vật liệu làm dây dân điện ít nhất. Phần đầu nối càng ngắn càng tốt
để thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu.
Dễ chế tạo và sửa chữa.
Cách điện giữa các vòng dây, các pha và nối đất ít tốn kém và chắc
chắn.
Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch
hoặc khi khởi động.
1.3.3 Phần quay (rotor)
a. Lõi sắt
Được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy. Phía ngoài
của lơi sắt có xẻ rănh để đặt dây quấn.
a
b
Hình 5
Có 2 loại dây quấn rotor:
-
Rotor kiểu lồng sóc (Hình 5 a)
-
Rotor kiểu dây quấn (Hình 5 b)
• Loại rotor kiểu lồng sóc:
Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài
ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng
hoặc nhôm làm thành một cái lồng mà người ta gọi là lồng sóc.
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 11
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Để cải thiện tính năng mở máy của động cơ điện công suất lớn, rãnh rotor
có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là
lồng sóc kép. Đối với động cơ nhỏ rãnh rotor được làm chéo đi một góc so với tâm
trục.
• Loại rotor kiểu dây quấn:
Trong động cơ cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn sóng hai lớp vì
bớt được những dây đầu nối, kết cấu trên rotor chặt chẽ. Dây quấn đồng tâm một
lớp thường dùng cho máy điện cỡ nhỏ. Dây quấn ba pha của rotor thường đấu hình
sao còn ba đầu kia được đấu vào vành trượt bằng đồng được đặt cố định ở một đầu
trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài.
Đặc điểm của động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than để đưa
điện trở phụ hay sức điện động phụ vào rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều
khiển tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy
c. Khe hở
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ(từ 0,2mm đến 1mm trong
động cơ vừa và nhỏ) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và để cho hệ số
công suất của máy cao hơn.
1.4. Các lượng định mức
Máy điện đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của
máy. Các chỉ số này do các nhà thiết kế, chế tạo quy định và được ghi trên nhãn
máy. Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên
nhãn máy ghi các trị số định mức của động cơ điện khi tải định mức. Các trị số đó
thường bao gồm: công suất định mức ở đầu trục P đm (KW hoặc W), dòng điện dây
định mức Iđm (A), điện áp dây định mức U đm (V), cách đấu dây (Y hay ∆), tốc độ
quay định mức nđm (vg/phút), hiệu suất định mức ηđm và hệ số công suất định mức
cosϕđm...
Các động cơ không đồng bộ do các nhà máy sản xuất phải làm việc trong
những điều kiện nhất định với những số liệu xác định gọi là số liệu định mức (Sổ tay
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 12
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
kỹ thuật điện). Những số liệu định mức của động cơ không đồng bộ được ghi trên
nhãn của nhà máy chế tạo và được gắn trên thân máy, đó là:
-Công suất do động cơ sinh ra: Pđm =P2đm
-Tần số lưới điện: f1
-Điện áp dây quấn stato: U1đm
-Dòng điện dây quấn stato: I1đm
-Tốc độ quay rotor: n đm
-Hệ số công suất: cosϕđm
-Hiệu suất: ηđm
Nếu dây quấn stato có đưa ra các đầu ra và cuối pha để có thể đấu thành hình
sao hoặc tam giác thì điện áp dây và dòng điện dây ở mỗi cách mắc có thể (Y/ ∆)
được ghi dưới dạng phân số (UdY/Ud∆) và (Idy/ Id∆). Các số liệu định mức của động cơ
không đồng bộ biến đổi trong phạm vi rất rộng. Công suất định mức từ mấy phần
W đến hàng chục nghìn KW. Tốc độ quay đồng bộ định mức n 1đm= 60f1/p với
tần số lưới Hz thì Mđm từ 300vg/phút đến 500vg/phút, trong những trường hợp đặc
biệt còn lớn hơn nữa (tốc độ quay định mức của rotor thường nhỏ thì tốc độ quay
đồng bộ 2%-5% trong các động cơ nhỏ thì từ 5%-20%. Điện áp định mức từ 2,4V10V), trị số lớn ứng với công suất lớn.
Hiệu suất định mức của các động cơ không đồng bộ tăng theo công suất và
tốc độ quay của chúng. Khi công suất lớn hơn 0,5 KW, hiệu suất nằm trong khoản từ
0,65 đến 0,95.
Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ bằng tỉ số giữa công suất toàn
phần và công suất toàn phần nhận được từ lưới.
cos ϕ =
P1
P12 + Q 12
Hệ số công suất cũng tăng lên so với chiều tăng công suất và tốc độ quay của
động cơ. Khi công suất động cơ lớn hơn 1KW, hệ số công suất khoảng 0,7 đến 0,9,
còn các động cơ nhỏ thì khoảng từ 0,3 đến 0,7.
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 13
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
1.5. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ.
Hình 6. Động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 14
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, hệ thống dòng xoay chiều
ba pha chạy vào dây quấn sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ:
Trong đó:f1 là tần số của dòng điện nguồn
P là số đôi cực của dây quấn stato
Từ trường quay quét qua các thanh dẫn của dây quấn roto, làm xuất hiện sức
điện động cảm ứng. Vì dây quấn roto nối ngắn mạch nên sức điện động này tạo ra
dòng điện trong các thanh dẫn của roto. Các thanh dẫn có dòng điện lại nằm trong từ
trường nên sẽ tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ đặt vào các thanh dẫn.
Tổng hợp các lực này sẽ tạo ra momen quay đối với trục roto, làm cho roto quay
theo chiều của từ trường với tốc độ n.
Để minh họa, trên Hình 7vẽ từ trường quay với tốc độ
, chiều sức điện động
và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn roto, chiều các lực điện từ F. Hai vòng tròn
phía ngoài biểu diễn lõi thép và dây quấn stato,vòng tròn phía trong thể hiện lõi thép
roto.
Hình 7
Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải, ta căn cứ
vào chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn với từ trường. Nếu coi từ trường
đứng yên, thì chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn ngược chiều n 1, từ đó áp
dụng quy tắc bàn tay phải, xác định chiều sức điện động như hình vẽ (dấu (+) chỉ
chiều đi từ ngoài vào trang giấy. Chiều điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái,
trùng với chiều quay n1. Khi động cơ làm việc, tốc độ của roto n1 luôn nhỏ hơn tốc
độ của từ trường (n1) ( n < n1 ). Thực vậy, nếu n < n 1 thì roto sẽ quay đồng bộ với từ
trường, giữa từ trường và thanh dẫn roto không còn chuyển động tương đối. Lúc đó
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 15
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
sức điện động cảm ứng không hình thành, sẽ không có dòng điện trong các thanh
dẫn do đó lực điện từ cũng như momen quay đều bị triệt tiêu.
Độ sai lệch giữa tốc độ roto và tốc độ từ trường được gọi là hệ số trượt, ký hiệu
là
và được tính bằng:
Hoặc được tính theo phần trăm:
Trên lý thuyết, s biến thiên từ 0 đến 1, hoặc 0% đến 100%. Thực tế
thì trị số của
ở tại định mức đối với động cơ không đồng bộ thông thường trong
giới hạn 2% - 3% ; Với động cơ không đồng bộ có hệ số trượt nâng cao,
có thể đạt
đến 10%. Vì tốc độ làm việc của động cơ không đồng bộ vẫn gần bằng tốc độ của từ
trường, giả sử tốc độ của từ trường là 3000v/ph thì tốc độ của roto khoảng 28502950v/phút
1.4.Các thông số cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng
cho điều kiện kĩ thuật của máy. Các trị số này do nhà máy thiết kế, chế tạo quy
định và được ghi trên nhãn của động cơ. Trên nhãn của động cơ ghi các giá trị
định mức, các giá trị đó thường bao gồm:
Công suất định mức ở đầu trục : Pđm (kW hay W)
Điện áp dây định mức
: Uđm (V)
Dòng điện dây định mức
: I đm (A)
Tần số dòng điện
: f (Hz)
Tốc độ quay định mức roto
: n đm(vg/ph)
Hệ số công suất định mức
GVHD: Đỗ Quang Huy
::
Trang 16
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
CHƯƠNG II: VẤN ĐỀ MỞ MÁY VÀ HÃM ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ
2.1 Qúa trình mở máy của động cơ không đồng bộ
Trong quá trình mở máy động cơ điện, mômen mở máy là đặc tính chủ yếu
nhất trong những đặc tính mở máy của động cơ điện. Muốn cho máy quay
được thì mômen mở máy của động cơ phải lớn hơn mômen tải tĩnh và mômen
ma sát tĩnh. Trong quá trình tăng tốc phương trình cân bằng động về mômen
như sau:
M –Mc = Mj =J
(1.1)
Trong đó:
M, Mc, Mj là mômen điện từ của động cơ điện, mômen cản và
mômen quán tính.
J=
– Hằng số quán tính;
g = 9,81
- gia tốc trọng trường;
G và D là trọng lượng và đường kính phần quay;
Khi bắt đầu mở máy thì roto đứng yên, hệ số trượt s = 1 nên dòng mở máy
có thể tính được theo mạch điện thay thế.
Imm =
(1.2)
Thực tế do mạch từ tản bão hòa rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên
dòng điện mở máy còn lớn hơn nhiều so với trị số tính theo công thức (1.2). Ở
trị số điện áp định mức dòng điện mở máy thường bằng từ 4 đến 7 lần dòng
định mức. Dòng điện quá lớn không những làm cho bản thân máy bị nóng mà
còn làm cho điện áp lưới giảm nhiều, nhất là đối với những lưới điện có công
suất nhỏ.
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 17
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Trong thực tế, theo yêu cầu của sản xuất, động cơ không đồng bộ thường
phải mở máy và ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình
của lưới điện mà yêu cầu mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Có
khi yêu cầu mômen mở máy lớn, có khi cần hạn chế dòng điện mở máy và có
khi lại cần cả 2. Nhưng yêu cầu trên đòi hỏi động cơ điện phải có tính năng
mở máy thích ứng.
Trong nhiều trường hợp, do phương pháp mở máy hay do chọn động cơ
điện có tính năng mở máy không thích hợp sẽ gây hỏng máy.
p ≤ p1=p2
Nói chung khi mở máy một động cơ điện cần xét đến những yêu cầu cơ
bản sau:
- Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải.
- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn,
an toàn.
- Tổn hao công suất :
Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau như khi yêu cầu dòng điện
mở máy nhỏ thì thường làm cho mômen mở máy giảm theo hoặc cần thiết bị
đắt tiền. Chính vì vậy phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn
phương án mở máy thích hợp.
2.2 Các phương pháp mở máy
2.2.1Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ
Khi đóng điện trực tiếp vào động cơ KĐB để mở máy thì do lúc đầu rotor
chưa quay, độ trượt lớn (s=1) nên s.đ.đ cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn.
Dòng điện này có trị số đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và
lớn, tạo ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ.
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 18
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Hình 8. Sơ đồ vàđặc tính động cơ KĐB ba pha khi mở máy trực tiếp
Tuy dòng điện lớn nhưng mômen mở máy lại nhỏ: M mm =
(0,5÷1,5)Mđm.
Do vậy cần phải có biện pháp mở máy. Trường hợp động cơ có công suất
nhỏ thì có thể mở máy trực tiếp. Động cơ mở máy theo đặc tính tự nhiên với
mômen mở máy nhỏ. Những động cơ không mở máy trực tiếp thì có thể thực
hiện một trong các phương pháp mở máy gián tiếp sau.
Phương pháp này được áp dụng đối với động cơ có công suất nhỏ và
trung bình
Ưu điểm : Phương pháp này rất đơn giản. Thiết bị đóng cắt, bảo vệ đơn
giản, thao tác nhanh gọn. Hơn nữa phương pháp này có mômen mở máy lớn
cho nên thời gian khởi động nhanh.
Nhược điểm : Phương pháp này có dòng điện mở máy lớn nên công suất
nguồn cung cấp cho động cơ là lớn. Nếu công suất nguồn cấp là nhỏ dẫn đến
sụt áp lớn có thể không khởi động được động cơ.
2.2.2 Phương pháp dùng điện trở mạch roto
Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ roto dây quấn vì điện trở mở máy
ở mạch ngoài mắc nối tiếp với cuộn dây rotor. Hình 2.2 trình bày một sơ đồ
mở máy qua 3 cấp điện trở phụ R1, R2 và R3 ở cả 3 pha roto. Đây là sơ đồ mở
máy với các điện trở roto đối xứng.
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 19
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Hình 9 .Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha roto dây quấn và đặc
tính cơ
Lúc bắt đầu mở máy, các tiếp điểm công tắc tơ K1, K2, K3 đều mở, cuộn
dây roto được nối với cả 3 cấp điện trở phụ (R1+R2+R3) nên đường đặc tính
cơ là đường 1. Tới điểm b, tốc độ động cơ đạt ωb và mômen giảm còn M2, các
tiếp điểm K1 đóng lại, cắt các điện trở phụ R 1 ra khỏi mạch roto.Động cơ được
tiếp tục mở máy với điện trở phụ (R2+R3) trong mạch roto và chuyển sang
làm việc tại điểm c trên đặc tính 2 ít dốc hơn. Mômen tăng từ M 2 lên M1 và tốc
độ động cơ lại tiếp tục tăng. Động cơ làm việc trên đường đặc tính 2 từ c đến
d. Lúc này, các tiếp điểm K2 đóng lại, nối tắt các điện trở R2. Động cơ chuyển
sang mở máy với điện trở R3 trong mạch roto trên đặc tính 3 tại điểm e và tiếp
tục tăng tốc tới điểm f. Lúc này các tiếp điểm K3 đóng lại, điện trở R3 trong
mạch roto bị loại. Động cơ chuyển
sang làm việc trên đặc tính tự nhiên tại g và tăng tốc đến điểm làm việc
A ứng với mômen cản MC. Quá trình mở máy kết thúc.
Để đảm bảo quá trình mở máy như đã xét sao cho các điểm chuyển đặc
tính ứng với cùng một mômen M2, M1 thì các điện trở phụ tham gia vào mạch
roto lúc mở máy phải được tính chọn cẩn thận theo phương pháp riêng.
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 20
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Ngoài sơ đồ mở máy với điện trở đối xứng ở mạch roto, trong thực tế còn
dùng sơ đồ mở máy với điện trở không đối xứng ở mạch roto, nghĩa là điện trở
mở máy được cắt giảm không đều trong các pha roto khi mở máy.
Ưu điểm của phương pháp : có thể đạt được mômen mở máy lớn, đồng thời
có dòng điện mở máy nhỏ nên những nơi nào mở máy khó khăn thì dùng động
cơ điện loại này.
Nhược điểm :
+ Điện trở phụ tiêu thụ năng lượng của nguồn nên làm cho tổn hao
tăng.
+ Roto dây quấn chế tạo phức tạp hơn roto lông sóc nên giá thành đắt
hơn.
+Việc bảo quản roto day quấn cũng khó khăn hơn.
+Hiệu suất của máy cũng thấp hơn roto lồng sóc.
2.2.3 Phương pháp mở máy bằng cách nối tiếp cuộn kháng hoặc điện trở phụ
vào cuộn dây stato
Phương pháp này dùng điện trở hoặc điện kháng mắc nối tiếp với mạch
stato lúc mở máy và có thể áp dụng cho cả động cơ roto lồng sóc lẫn roto dây
quấn. Do có điện trở hoặc điện kháng nối tiếp nên dòng mở máy của động cơ
giảm đi, nằm trong giá trị cho phép. Mômen mở máy của động cơ cũng giảm.
Thời điểm ban đầu của quá trình mở máy, các tiếp điểm K2 đóng lại (các
tiếp điểm K1 mở) để điện trở (hình a) hoặc điện kháng (hình b) tham gia vào
mạch stato nhằm hạn chế dòng điện mở máy. Khi tốc độ động cơ đã tăng đến
một mức nào đó (tuỳ hệ truyền động) thì các tiếp điểm K1 đóng lại, K2 mở ra
để loại điện trở hoặc điện kháng ra khỏi mạch stator. Động cơ tăng tốc đến tốc
độ làm việc. Quá trình mở máy kết thúc.
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 21
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Hình 10. Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua điện trở phụ(a) và
cuộn kháng(b)ở mạch stato và dạng đặc tính cơ khi mở máy
Sơ đồ trên giới thiệu mở máy qua 1 cấp điện trở phụ hoặc điện kháng ở
mạch stato. Trên thực tế có thể mở máy qua hai hoặc ba cấp tuỳ theo yêu cầu
công nghệ.
Khi mở máy mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng. Sau khi mở máy
song thì điện kháng này bị nối ngắn mạch. Điều chỉnh trị số của điện kháng thì
có thể có được dòng điện mở máy cần thiết. Do đó điện áp giáng trên điện
kháng nên điện áp mở máy trên đầu cực động cơ điện U’ k sẽ nhỏ hơn điện áp
nguồn U1.
Nếu :
dòng điện mở máy khi mở máy trực tiếp là Ik
Mômen mở máy khi mở máy trực tiếp Mk.
Sau khi thêm điện kháng vào, dòng điện mở máy còn lại I’ k =
k.Ik, trong đó k<1.
Nếu cho rằng khi hạ điện áp mở máy, tham số của máy điện vẫn giữ không
đổi thì khi dòng điện mở máy nhỏ đi, điện áp đầu cực động cơ sẽ bằng :
U’k = k.U1
Vì mômen mở máy tỷ lệ với bình phương của điện áp nên lúc đó mômen
mở máy bằng :
M’k = k.Mk’
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 22
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Ưu điểm : phương pháp này là thiết bị đơn giản.
Nhược điểm : là giảm dòng điện mở máy thì mômen giảm xuống
bình phương lần .
Phương pháp này dùng cho các động cơ công suất trung bình và nhỏ.
2.2.4 Phương pháp mở máy qua biến áp tự ngẫu
Phương pháp này được sử dụng để đặt một điện áp thấp cho động cơ khi
mở máy. Do vậy, dòng điện của động cơ khi mở máy giảm đi.
Hình 11. Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua BATN
Sơ đồ sử dụng một máy biến áp tự ngẫu có bên cao được nối vào nguồn,
bên hạ áp nối với động cơ.
Gọi
là tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu (
Gọi dòng điện lấy từ lưới vào là
)
thì:
là dòng điện thứ cấp của biến áp tự ngẫu
So với phương pháp mở máy bằng cuộn kháng chọn
thì:
Mở máy bằng cuộn kháng:
và
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 23
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Mở máy bằng biến áp tự ngẫu:
Cùng mômen mở máy như nhau dòng điện mở máy khi dung biến áp tự
ngẫu nhỏ hơn nhiều.Ngược lại nếu cùng dòng điện mở máy thì mômen mở
máy dung máy biến áp tự ngẫu lớn hơn khi mở máy qua cuộn kháng.
Ưu điểm khi dùng biến áp tự ngẫu đảm bảo mômen mở máy lớn nhất ở một
dòngđiện đã cho do đó quy trình mở máy diễn ra nhanh hơn. Phương pháp này
rất ít hao phí điện năng và có hiệu suất đạt cao hơn.
Nhược điểm : dùng biến áp thì chi phí sẽ cao, không kinh tế.
2.2.5 Mở máy động cơ KĐB ba pha bằng phương pháp đổi nối sao – tam
giác
Động cơ KĐB làm việc bình thường ở sơ đồ mắc ∆ các cuộn stato thì khi
mở máy có thể mắc theo sơ đồ Y. Thực chất của phương pháp này là giảm
điện áp đặt vào cuộn dây stato khi đổi nối vì
khi mắc ∆, còn khi mắc
Y thì điện áp giảm 3 lần:
Phương pháp mở máy
chỉ thích hợp với những động cơ bình thường nối
Khi đấu hình điện áp pha trên mỗi dây quấn:
là điện áp lưới và ta có:
Khi mở máy trực tiếp đấu
GVHD: Đỗ Quang Huy
thì:
Trang 24
Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án chuyên ngành
Lớp: ĐK42.1
Như vậy dòng mở máy khi đấu :
Ưu điểm : phương pháp này khởi động đơn giản, dùng với thiết bị đóng cắt
thông thường .
Nhược điểm : mômen khởi động giảm đi 3 lần không thích hợp cho máy
yêu cầu mmen khởi động lớn. Sự thay đổi dòng điện đột ngột khi chuyển từ
mạch Ysang
Có thể làm cho bộ bảo vệ tác động. Khi đổi nối sẽ xảy ra
khoảng dòng điện bị gián đoạn.
2.3 Các phương pháp hãm
2.3.1 Hãm tái sinh
Đặc tính hãm tái sinh của động cơ KĐB như hình vẽ. Động cơ điện xoay
chiều KĐB ở chế độ hãm tái sinh khi tốc độ động cơ vượt quá tốc độ đồng bộ
ω0. Khi hãm tái sinh thì động cơ làm việc ở chế độ máy phát
Hình 12. Đặc tính cơ hãm tái sinh động cơ KĐB ba pha.
Khi độngcơ làm việc ở chế độ máy phát:
GVHD: Đỗ Quang Huy
Trang 25
