Xây dựng mô hình hệ truyền động điện biến tần – động cơ không đồng bộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
Lời mở đầu…………………………………………………………............
Chương I : Tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha ……...............
1.1. Khái niệm chung ……………………………………………………….
1.2. Cấu tạo …………………………………………………………………
1.3. Nguyên lý hoạt động ……………………………………………..........
1.4. Các đường đặc tính của động cơ không đồng bộ ……………………...
1.5. Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ …………………
1.6. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ba pha ……………
Kết luận…………………………………………………………………….
Chương II: Nghiên cứu biến tần Siemens MM 420 ………………...........
2.1. Tổng quan về biến tần ……………………………………………….
2.1.1. Khái niệm chung ……………………………………………………..
2.1.2. Phân loại …………………………………………………………….
2.1.3 Nguyên lý hoạt động ………………………………………………….
2.1.4. Ưu nhược điểm của biến tần …………………………………………
2.1.5. Ứng dụng của biến tần ……………………………………………….
2.2. Nghiên cứu biến tần Siemens MM420 ……………………………….
2.2.1 Lắp đặt cơ khí ……………………………………………………….
2.2.2. Lắp đặt phần điện ……………………………………………………
2.2.3. Cài đặt mặc định …………………………………………………….
2.2.4. Truyền thông …………………………………………………...........
2.2.5. Các tham số thông dụng ……………………………………..............
2.2.6. Cảnh báo và lỗi . ……………………………………………………..
2.2.7. Cài đặt biến tần Siemens MM420 ……………………………………
Kết luận……………………………………………………………………..
Chương III: Xây dựng mô hình thực nghiệm ……………………............

3.1. Quấn lại động cơ không đồng bộ ba pha …………………………….
3.2. Lắp đặt biến tần………………………………………………………..
Kết luận…………………………………………………………………….

LỜI MỞ ĐẦU

TRANG 1

2
3
3
3
7
8
12
18
24
25
25
25
25
37
38
38
40
40
41
46
47
51

60
73
75
76
76
79
82


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Như chúng ta đã biết, động cơ điện có vai trò rất qan trọng trong đời sống
của chúng ta cũng như trong công nghiệp. Đặc biệt là động cơ điện không đồng
bộ được sử dụng rất rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực. Từ đó đặt ra vấn đề rất lớn
trong việc kiểm soát và điều khiển tốc độ của động cơ điện KĐB.
Nhằm củng cố lại những kiến thức đã được học trong trường và tìm hiểu
sâu thêm về điều khiển tốc độ động cơ. Trong học phần làm đồ án tốt nghiệp
của mình nhóm sinh viên chúng em đã nghiên cứu về đề tài :
“Xây dựng mô hình hệ truyền động điện biến tần – động cơ không
đồng bộ.”
Qua đây chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong
khoa đã tận tình dạy dỗ chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình học tập, và đặc
biệt là sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Th.s Phạm văn Cường đã giúp chúng em
hoàn thành tốt đồ án của mình.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do thời gian và trình độ còn hạn chế nên đồ
án chúng em không thể tránh khỏi những thiếu xót. Kính mong các thầy cô cùng
các bạn sinh viên xem và đóng góp ý kiến để chúng em có thể hoàn thiện hơn đề
tài của mình.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ BA PHA
TRANG 2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều, làm việc theo
nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor khác với tốc độ từ trường quay
trong máy.
Động cơ không đồng bộ 3 pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh
hoạt vì chế tạo đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao,
và gần như không cần bảo trì. Dải công suất rất rộng từ vài W đến 10.000 Hp.
Các động cơ từ 5 Hp trở lên hầu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1Hp thường
là một pha.

1.2. CẤU TẠO
Giống như các loại máy điện quay khác, động cơ không đồng bộ ba pha
gồm có các bộ phận chính sau ( hình 1.1 )
+ phần tĩnh hay còn gọi là stator
+ phần quay hay còn gọi là rotor

Stator

Rotor

Hình 1.1 Cấu tạo Đ/C KĐB

1.2.1 PHẦN TĨNH ( hay stator )
Trên stator có vỏ máy, lõi thép và dây quấn
 Vỏ máy
TRANG 3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn. Thường vỏ máy làm
bằng gang. Đối với vỏ máy có công suất lớn ( 1 MW ) thường dùng thép tấm
hàn lại làm vỏ máy, tùy theo cách làm nguội vỏ máy mà dạng vỏ máy cũng khác
nhau.
 Lõi thép
Lõi thép là phần dẫn từ. Vì từ
trường đi qua lõi thép là từ trường
quay nên để giảm bớt tổn hao, lõi
thép được làm bằng những lá thép
kỹ thuật điện dày 0.5 mm ép lại.
Khi đường kính ngoài của lõi thép
nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm
Hình 1.2 Tấm thép hình rẻ quạt

thép tròn ép lại còn nếu đường kính

ngoài lớn hơn trị số trên thì dùng những tấm thép hình rẻ quạt ( hình 1.2 ) ghép

lại thành khối tròn.
Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm
hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi thép ngắn thì có thể ghép thành một
khối, nếu lõi thép quá dài thì ghép thành những tấm ngắn, mỗi tấm thép dài từ 68 cm đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt. Mặt trong của lá thép có xẻ rãnh
để đặt dây quấn.
 Dây quấn
Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt
với lõi thép. Dây quấn phần ứng là phần dây bằng đồng được đặt trong các rãnh
phần ứng và làm thành một hoặc nhiều vòng kín. Dây quấn là bộ phận quan
trọng nhất của động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng
lượng từ điện năng thành cơ năng. Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của
dây quấn chiếm tỉ lệ khá cao trong toàn bộ giá thành của máy.
Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm:

TRANG 4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng điện nhất
định chạy qua mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định để sinh ra một
momen cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt.
- Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, an toàn.
- Dây quấn phần ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau:
+ Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp.
+ Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp.
* Trong một số máy cỡ lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sự kết hợp
giữa hai dây quấn xếp và song.

1.2.2 PHẦN QUAY ( hay rotor )
Phần này gồm hai thành phần chính là lõi thép và dây quấn rotor:
 Lõi thép
Nói chung người ta dùng các lõi thép kỹ thuật điện như ở stator, lõi thép
được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy. Phía ngoài của lá
thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
 Dây quấn rotor
Phân làm hai loại chính: rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc:
Loại rotor kiểu dây quấn: Roto kiểu dây quấn ( hình 1.3 ) cũng giống như
dây quấn ba pha stator và có số cực từ dây quấn stator. Dây quấn kiểu này luôn
đấu hình sao ( Y ) và có 3 đầu ra đấu vào 3 vành trượt gắn vào trục quay rotor và
cách điện với trục. Ba chổi than cố định luôn tì trên vành trượt này để dẫn điện
và 3 biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc
độ.

TRANG 5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.3: Rotor kiểu dây quấn.
Loại rotor kiểu lồng sóc (hình 1.4): Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm
đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu. Với động cơ
nhỏ dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch,
cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát. Các động cơ công suất trên 100 KW thanh
dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch.

(c)

Hình 1.4 Cấu tạo rotor động cơ KĐB
a) Dây quấn rotor lồng sóc b) Lõi thép rotor c) Ký hiệu động cơ trên sơ đồ

1.2.3 KHE HỞ
Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều, khe hở trong máy điện không
đồng bộ rất nhỏ ( từ 0.2 mm – 1mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa ) để hạn chế
dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy có thể làm cho hệ số công suất của
máy tăng cao.

TRANG 6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe hở
không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n 1 = 60f1/p ( f1 là tần số lưới điện;
p là số cặp cực; tốc độ từ trường quay ). Từ trường này quét qua dây quấn nhiều
pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn rotor có dòng diện I2 chạy qua. Từ thông
do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở
khe hở. Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra
mômen. Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor. Trong
những phạm vi tồc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau.
Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ.
Hệ số trượt s của máy :
s= =
Như vậy khi n = n1 thì s = 0 , còn khi n = 0 thì s = 1 ; khi n > n 1 ,s < 0
và rotor quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì s > 1.

Hình 1.5 Quá trình tạo mômen của máy điện không đồng bộ
1.3.1 ROTOR QUAY CÙNG CHIỀU TỪ TRƯỜNG NHƯNG TỐC ĐỘ
n < n1 ( 0 < s < 1 )
Giả thuyết về chiều quay n1 của từ trường khe hở Φ và của rotor n như
hình 1.5a . Theo quy tắc bàn tay phải, xác định được chiều sức điện động E 2 và
I2; theo quy tắc bàn tay trái, xác định được lực F và mômen M. Ta thấy F cùng
chiều quay của rotor, nghĩa là điện năng đưa tới stator, thông qua từ truờng đã
TRANG 7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

biến đổi thành cơ năng trên trục quay rotor theo chiều từ trường quay n 1, như
vậy đông cơ làm việc ở chế độ động cơ điện.
1.3.2 ROTOR QUAY CÙNG CHIỀU NHƯNG TỐC ĐỘ n > n1 (s < 0)
Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ
dồng bộ n > n1. Lúc đó chiều từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽ ngược
lại, sức điện động và dòng điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều
nên chiều của M cũng ngược chiều n 1, nghĩa là ngược chiều với rotor, nên đó là
mômen hãm ( hình 1.5b ). Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động
cơ điện ,do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện, nghĩa là
động cơ làm việc ở chế độ máy phát.
1.3.3 ROTOR QUAY NGƯỢC CHIỀU TỪ TRƯỜNG n < 0 (s > 1)
Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy điện quay ngược chiều từ
trường quay hình 1.5c, lúc này chiều của sức điện động và mômen giống như ở
chế độ động cơ. Vì mômen sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng
hãm rotor lại. Trường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào, vừa lấy

cơ năng từ động cơ sơ cấp. Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ.

1.4. CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ .
- Đặc tính tốc độ n = F(P2)
Theo công thức hệ số trượt ta có :
n = n1 (1-s)
Trong đó: s = Khi động cơ không tải Pcu << Pdt nên s ~ 0 động cơ điện
quay gần tốc độ đồng bộ n ~ n1. Khi tăng tải thì tổn hao đồng cũng tăng lên n
giảm một ít, nên đường đặc tính tốc độ là đường dốc xuống.
- Đặc tính moment M = f(P2)
Ta có M = f(s) thay đổi rất nhiều nhưng trong phạm vi 0 < s < s m thì
đường M = f(s) gần giống đường thẳng nên M 2 = f(P2) đường thẳng qua gốc tọa
độ.
TRANG 8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Đặc tính hiệu suất η = f(P2)
Ta có hiệu suất của máy điện không đồng bộ :

η = 100%
∑P tổng tổn hao, nhưng ở đây chỉ có tổn hao đồng thay đổi theo phụ tải
còn các tổn hao khác là không đổi.
- Đặc tính hệ số công suất cosϕ = f(P2)
Vì động cơ luôn luôn nhận công suất phản kháng từ lưới. Lúc không tải
cosϕ rất thấp thường < 0,2 Khi có tải dòng điện I2 tăng lên nên cosϕ cũng tăng.

- Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ.
Theo quan điểm năng lượng thì động cơ điện là thiết bị biến đổi điện – cơ,
biến đổi năng lượng điện của lưới điện đặc trưng bằng công suất điện của lưới
điện Pđt = U.I.cosφ thành năng lượng cơ trên trục của động cơ P cơ = M.ω. Một đặc
tính quan trọng cần xét đối với động cơ đó là quan hệ giữa mômen do động cơ
sinh ra ( Mđc = Mđt – Mcơ ) và tốc độ động cơ ω ( hoặc hệ số trượt s = ω 1- ω ).
Quan hệ này phụ thuộc vào các thông số của động cơ và của nguồn cung cấp.
Trong mục này trên cơ sở định luật bảo toàn năng lượng sẽ đưa ra biểu thức của
đặc tính cơ ở dạng cơ sự phụ thuộc các thông số của động cơ và nguồn.
Cũng giống như các máy điện khác động cơ điện KĐB lúc làm việc phải
khắc phục mômen tải bao gồm mômen không tải M 0 và mômen cản của tải M2.
Vì vậy phương trình cân bằng mômen của động cơ điện KĐB lúc làm việc ổn
định là :

M = M0 + M2 (4.1)

Trong đó:

M – mômen điện từ của động cơ điện
Với M0 =

Trong đó:

ω

;

M2 =

là tốc độ góc của rotor, n là tốc độ quay của rotor

Biểu thức 4.1 có thể viết dươi dạng M =

( 4.2 )

Mặt khác mômen điện từ do từ trường quay m 1, và dòng điện rotor I2 tác
dụng với nhau sinh ra và từ trường đó quay với tốc độ đồng bộ n, do đó quan hệ
giữa mômen điện từ và công suất điện từ như sau:
TRANG 9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

( 4.3 )

M=

ω1 là tốc độ của từ trường quay : ω1= ( p là số đôi cực )
từ 4.2 và 4.3 ta rút được:
Pcơ = = Pđt = (1-s) Pđt
Vậy tổn hao đồng trên rotor bằng: pcu2 = Pđt – pcơ =sPđt
Thường chúng ta dùng sơ đồ thay thế của máy điện KĐB để tính ra
mômen điện từ theo hệ số trượt s khi bỏ qua dòng từ hóa Ith dòng được tính là:

=

( 4.4 )

( 4.5 )

Pđt = 3 ω1 =

Từ đó ta có quan hệ giữa mômen điện từ với hệ số trượt s:
M

=

( 4.6 )

Từ 4.6 ta rút ra những nhận xét sau :
- Với tần số và tham số cho trước, mômen điện từ tỷ lệ với bình phương
điện áp.
- Mômen tỷ lệ nghịch với điện kháng khi tần số cho trước.
Muốn tìm mômen cực đại ta lấy đạo hàm và được hệ số trượt sth ứng với
mômen cực đại Mmax .

Sth =

( 4.7 )
Mmax = =

Nhận xét về mômen cực đại:
- Với tần số và tham số cho trước Mmax tỷ lệ với
- Mmax không phụ thuộc vào điện trở rotor.
- Điện trở rotor R2 càng lớn thì sth càng lớn

TRANG 10

( 4.8 )


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.6 Quan hệ M = f(s)
Mômen mở máy có thể tìm được khi thay s=1 vào biểu thức (4.6)

Mk =
Mômen cho khi mở máy Mk = Mmax thì phải tăng điện trở roto R2 lên,
điều đó được thực hiện khi:

Sth =
Trong thực tế thường không biết các tham số của máy điện KĐB nên có
thể dùng công thức Klox:

M=

Trong đó : sth –hệ số trượt tới hạn ;
S – hệ số trượt định mức của động cơ.

1.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ
 KHÁI QUÁT CHUNG
Do yêu cầu của sản xuất, động cơ điện KĐB khi làm việc thường phải
mở máy và ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất tải và tình hình của lưới
điện mà yêu cầu về mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu
cầu momen mở máy lớn có khi lại cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi cần

cả hai yếu tố đó. Những yêu cầu trên đòi hỏi động cơ điên KĐB phải có tính

TRANG 11


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

năng mở máy thích ứng. Nếu việc áp dụng phương pháp mở máy không thích
hợp sẽ dẫn đến hỏng động cơ và máy móc sản xuất.
Vậy những yếu tố cơ bản nào cần phải có để mở máy động cơ. Đó là :
•

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 .

•

Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt
Để đạt được những yêu cầu trên không dễ dàng chút nào. Vì chúng
thường mâu thuẫn với nhau. Ví như khi đòi hỏi dòng điện mở máy nhỏ thì
thường làm cho momen mở máy bị giảm theo hoặc cần thiết bị đắt tiền chẳng

hạn. Do đó chúng ta phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể để chọn phương
pháp mở máy thích hợp.
Trong giới hạn này chúng em giới thiệu những phương pháp mở máy
thông dụng sau đây :

•

Mở máy trực tiếp động cơ điện rotor lồng sóc

•

Mở máy bằng phương pháp hạ điện áp

•

Mở máy bằng phương pháp Y/∆

•

Mở máy bằng phương pháp thêm điện trở phụ vào rotor
1.5.1 MỞ MÁY TRỰC TIẾP ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Phương pháp này sử dụng nguồn điện lưới để khởi động động cơ không
đồng bộ. Xem hình sau :

TRANG 12


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.7 Khởi động trực tiếp
Đóng cầu dao CD nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới điện, động cơ
quay.
Ưu điểm của phương pháp này là :
•

Thiết bị khởi động đơn giản

•

Mômen khởi động lớn

•

Thời gian khởi động nhỏ
Nhược điểm của phương pháp này là :
Dòng điện khởi động lớn làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác .
Ứng dụng :
Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho động cơ công suất nhỏ hoặc công
suất của nguồn lớn hơn nhiều so với công suất của động cơ.
1.5.2 MỞ MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẠ ĐIỆN ÁP
Các phương pháp này với mục đích giảm dòng khởi động nhưng thực tế là
giảm được dòng khởi động thì mômen cũng giảm theo.

 Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato
Ta có hình vẽ sau :

TRANG 13

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.8 Khởi động dùng điện kháng
Nguyên tắc hoạt động:
Khi khởi động CD2 cắt, ta đóng CD1 vào để nối lưới điện vào stator
thông qua điện kháng CK, khi động cơ quay ổn định thì đóng CD2 để ngắn
mạch điện kháng, nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới.
Điện áp đặt vào dây quấn stator khởi động:

Dòng điện khởi động

Với Ik : dòng khởi động trực tiếp với điện áp U1.
Do đó mômen khởi động

 Khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu
Ta có sơ đồ sau :
TRANG 14


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.9 Khởi động dùng MBA TN
Nguyên tắc hoạt động:
Trước khi khởi động: Cắt CD2 , đóng CD3, MBA TN để ở vị trí điện áp
đặt vào động cơ khoảng ( 0,6 - 0,8 U định mức), đóng CD1 để nối dây quấn

stator vào lưới điện thông qua MBA TN, động cơ quay ổn định cắt CD3 đóng
CD 2 để ngắn mạch MBA TN, nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới.
Khi khởi động động cơ được cấp điện:

Lúc đó dòng điện khởi động:

Dòng điện MBA TN nhận được từ lưới điện là:

Mômen khởi động :

Phương pháp này với mục đích giảm dòng khởi động nhưng nó kéo theo
giảm mômen khởi động bình phương lần.

TRANG 15


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Phương pháp này thường được sử dụng trong việc mở máy các động cơ
cao áp.
1.5.3 MỞ MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỔI NỐI Y/∆
Hình vẽ sau là sơ đồ nối dây khởi động bằng cách đổi nối Y sang ∆ động
cơ không đồng bộ ;

Hình 1.10 Khởi động đổi nối Y-∆
Phương pháp này chỉ sử dụng cho động cơ lúc máy làm việc bình thường
nối tam giác, khi khởi động nối sao, sau khi tốc độ quay ổn định thì chuyển về
nối tam giác.

Khi khởi động cầu dao đảo chiều sẽ đóng về phía Y do đó điện áp pha khi
khởi động là:

Dòng điện khi khởi động nối Y :

Dòng điện khi khởi động trực tiếp :

TRANG 16


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Do đó mômen khởi động giảm đi 3 lần.
Phương pháp này sử dụng khá phổ biến trong khởi động các động cơ công
suất trung bình và lớn.
1.5.4 MỞ MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÊM ĐIỆN TRỞ PHỤ VÀO
ROTOR
Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ rotor dây quấn vì đặc điểm của
của động cơ này là có thể thêm điện trở phụ vào mạch rotor. Khi điện trở của
roto thay đổi thì đặc tính M =f(s) cũng thay đổi theo. Khi điều chỉnh mạch roto
thích đáng thì Mk=Mmax. Sau khi roto quay để giữ một mômen điện từ nhất định
trong quá trình khởi động ta cắt dần điện trở nối thêm vào mạch roto làm cho
quá trình tăng tốc động cơ từ đặc tính này sang đặc tính khác và sau khi cắt toàn
bộ điện trở thì sẽ tăng tốc đến điểm làm việc của đặc tính cơ tự nhiên.

Hình 1.11 Khởi động động cơ rotor dây quấn
a) sơ đồ khởi động b) đặc tính khởi động

TRANG 17


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ưu điểm của phương pháp này là Mk lớn còn dòng khởi động nhỏ.
Nhược điểm là động cơ dây quấn chế tạo phức tạp hơn động cơ roto lồng
sóc cho nên giá thành đắt hơn nhiều, bảo quản khó khăn hơn và hiệu suất cũn
thấp hơn.

1.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG
CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Trước đây, nếu có yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao thường dùng động cơ
điện một chiều. Nhưng ngày nay nhờ kỹ thuật điện tử phát triển nên việc điều
chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ không gặp khó khăn mấy với yêu cầu phạm
vi điều chỉnh, độ bằng phẳng khi điều chỉnh và năng lượng tiêu thụ.
Ta thấy các phương pháp điều chỉnh chủ yếu có thể thực hiện :
+ Trên stato: Thay đổi điện áp U đưa vào dây quấn stator, thay đổi số đôi
cực từ p dây quấn stator và thay đổi tần số f nguồn điện.
+ Trên rotor: Thay đổi điện trở rotor, nối cấp hoặc đưa sđđ phụ vào rotor.
1.6.1 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP
Ta đã biết, hệ số trượt tới hạn

sm

không phụ thuộc vào điện áp. Nếu

không đổi thì khi giảm điện áp nguồn U1, hệ số trượt tới hạn sm sẽ không đổi

còn Mmax giảm tỉ lệ với. Vậy họ đặc tính thay đổi như ( hình 1.12 ) làm cho tốc
độ thay đổi theo. Phương pháp nầy chỉ thực hiện khi máy mang tải, còn khi máy
không tải giảm điện áp nguồn, tốc độ gần như không đổi.

TRANG 18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.12 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn điện
a) Sơ đồ mạch động lực b) Đặc tính cơ và các U khác nhau
1.6.2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TẦN SỐ
Với điều kiện năng lực quá tải không đổi, có thể tìm ra được quan hệ giữa
điện áp U1, tần số f1 và mômen M. Trong công thức về mômen cực đại, khi bỏ
qua điện trở r1 thì mômen cực đại có thể viết thành:

Hình 1.13 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện
TRANG
a) Sơ đồ khối b) Đặc tính cơ
U1/f19không đổi


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giả thiết U’1 và M’ là điện áp và mômen lúc tần số f1’, căn cứ vào điều
kiện năng lực quá tải không đổi, ta có:

Hay:

Do đó ta có:

Trong thực tế ứng dụng, thường yêu cầu mômen không đổi, nên ta có:

Trường hợp yêu cầu công suất Pcơ không đổi, nghĩa là mômen tỉ lệ nghịch
với tần số ta có:

TRANG 20


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thế vào trên ta được:

Tóm lại, khi thay đổi tần số f 1, ta phải đồng thời thay đổi U 1 đưa vào
động cơ. Trường hợp U1/f = Cte và tần số giảm có đặc tính cơ như ( hình
1.13b), cách điều chỉnh này có các đặc tính thích hợp với loại tải cần M C = Cte
khi vận tốc thay đổi.
1.6.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ
ROTOR
Thay đổi điện trở dây quấn rotor, bằng cách mắc thêm biến trở ba pha vào
mạch rotor của động cơ rôto dây quấn.
Do biến trở điều chỉnh phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn hơn
biến trở khởi động. Họ đặc tính cơ của ĐK rotor dây quấn khi dùng biến trở điều
chỉnh tốc độ trên. Khi tăng điện trở, tốc độ quay của động cơ giảm.

Tần số đóng cắt và điện trở tương đương của mạch BĐX :

Phương pháp này gây tổn hao trong biến trở nên làm hiệu suất động cơ
giảm. Tuy vậy, đây là phương pháp khá đơn giản, tốc độ được điều chỉnh liên

TRANG 21


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

tục trong phạm vi tương đối rộng nên được dùng nhiều trong các động cơ công
suất cở trung bình.

Hình 1.14 Điều chỉnh tốc độ động cơ rotor dây quấn dùng điện trở
a) Sơ đồ điều chỉnh b) Đặc tính c) Sơ đồ mạch hở d) Sơ đồ mạch kín
1.6.4 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH NỐI CẤP TRẢ NĂNG
LƯỢNG VỀ NGUỒN
Năng lượng trượt tần số f2 = sf1 lẽ ra tiêu hao trên điện trở phụ được
chỉnh lưu thành năng lượng một chiều (hình 1.15), sau đó qua bộ nghịch lưu
được biến đổi thành năng lượng xoay chiều tần số f trả về nguồn.
Quan hệ giữa hệ số trượt s và góc mở α của thyristor :
• Điện áp ra của chỉnh lưu cầu ba pha: Uc = 1,35sKDU
TRANG 22


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

• Điện áp ra của nghịch cầu: UN = 1,35KBUcosα
sKDU: điện áp ra của rotor; KB : tỉ số

Vậy từ các công thức trên ta có:
Hình 1.15 Điều chỉnh tốc độ ĐC bằng cách trả năng lượng về nguồn
a) Sơ đồ mạch hở b) Sơ đồ mạch kín
với 900 < α < 1800 nên cosα < 0

KẾT LUẬN
TRANG 23


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trong chương I chúng em đa nghiên cứu sâu về động cơ không đồng bộ
ba pha để có thể nắm vững được cơ bản một số kiến thức về động cơ không
đồng bộ ba pha như :
-

Khái niệm, cấu tạo chung của động cơ không đồng bộ ba pha.
Nguyên lý hoạt động.
Các đường đặc tính của động cơ không đồng bộ ba pha.
Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ba pha.
Đặc biệt đi sâu nghiên cứu về các phương pháp điều chỉnh tốc độ
của động cơ không đồng bộ ba pha.

Trong đồ án này chúng em đã sử dụng phương pháp thay đổi tần số để

điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ, cụ thể sử dụng biến tần SIEMENS
MM420 sẽ được nghiên cứu ở chương sau.

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU BIẾN TẦN
SIEMENS MM 420
2.1.

TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN
TRANG 24


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.1.1. KHÁI NIỆM CHUNG
- Biến tần là một thiết bị tổ hợp các linh kiện điện tử thực hiện chức
năng biến đổi tần số và điện áp một chiều hay xoay chiều có tần số nhất định
thành dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển được nhờ các khóa điện tử.
- Bộ Biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ
xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn
sẽ thay đổi thành tần số biến thiên.
- Tần số của lưới điện quyết định tốc độ góc của từ trường quay
trường máy điện, do đó bằng cách thay đổi tần số dòng điện stator ta có thể
điều chỉnh được tốc độ động cơ.
- Ở bộ biến tần làm nguồn cung cấp cho động cơ ĐK, yêu cầu bộ này
có khả năng biến đổi tần số và điện áp sao cho tỉ số:
U/f = const
2.1.2. PHÂN LOẠI
- Các loại biến tần dùng van được ứng dụng rộng rãi nhờ các ưu điểm :

- Kích thước nhỏ nên diện tích lắp đặt không lớn
- Trọng lượng nhẹ
- Hệ số khuếch đại công suất lớn
- Có quán tính nhỏ
- Về nguyên lý, biến tần chia ra làm hai loại:
- Biến tần trực tiếp
- Biến tần gián tiếp

 Biến tần trực tiếp
- Biến tần trực tiếp còn được gọi là biến tần phụ thuộc (Hình 2.1 )

TRANG 25