Giáo trình Máy điện II

g điện không tải phần trăm của máy điện không đồng bộ I0% lớn hơn dòng điện không tải phần trăm của máy biến áp, còn dòng điện ngắn mạch phần trăm In% thì lại nhỏ hơn? Dòng điện không tải lớn ảnh hưởng như thế nào đến tính năng của máy? 5. Tìm sự liên hệ giữa các công suất của giản đồ năng lượng với các công suất, các tổn hao trên mạch điện thay thế. Bài tập: 2.1. Một động cơ không đồng bộ có các số liệu sau: dây quấn stator và rotor đều nối Y; số rãnh stator Z1 = 72; số rãnh rotor Z2 = 12; số thanh dẫn ở một rãnh stator. Sr1 = 9 và ở rotor Sr2 = 2; dây quấn bước đủ có 4 đôi cực. Khi làm thí nghiệm ngắn mạch, điện áp đặt vào stator là Un = 110V; dòng điện In = 61A và cosϕ = 0,336. Tính: a) Điện trở và điện kháng ngắn mạch rn, xn. b) Điện trở và điện kháng dây quấn rotor r2, x2. Cho biết r1 = 0,159Ω ; x1 = 0,46Ω . c) Công suất động cơ điện tiêu thụ và công suất tiêu hao trên dây quấn khi ngắn mạch. 2.2. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có các số liệu sau: Pđm = 11,9kW; Ufđm = 220V; Ifđm = 25A; f = 50Hz; 2p = 6; ΔpCu1 = 745W; ΔpCu2 = 480W; ΔpFe = 235W; Δpcơ = 180W; Δpf = 60W. Tính công suất điện từ, moment điện từ và tốc độ quay của động cơ. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 67 2.3. Một máy điện không đồng bộ ba pha 6 cực, 50Hz. Khi đặt điện áp định mức lên stator còn dây quấn rotor hở mạch thì s.đ.đ cảm ứng trên mỗi pha dây quấn rotor là 110V. Giả thiết tốc độ lúc làm việc định mức là n = 980vòng/phút, rotor quay cùng chiều với từ trường quay. Hỏi: a) Máy làm việc ở chế độ nào? b) Lúc đó s.đ.đ rotor E2s bằng bao nhiêu? c) Nếu giữ chặt rotor lại và đo được r2 = 0,1Ω , x2 = 0,5Ω ; hỏi ở chế độ làm việc định mức I2 bằng bao nhiêu? 2.4. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha đấu Y, 380V, 50Hz, nđm = 1440Vòng/phút. Tham số như sau: r1 = 0,2Ω , r’2 = 0,25Ω , x1 = 1Ω , x’2 = 0,95Ω , xm = 40Ω , bỏ qua rm. Tính số đôi cực, tốc độ đồng bộ, hệ số trượt định mức, tần số dòng điện rotor lúc tải định mức. Vẽ mạch điện thay thế hình T và căn cứ vào đó tính ra trị số thực và tương đối của các dòng điện I1, I0 và I’2. 2.5. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha 6 cực, điện áp định mức là 380V, đấu Y, tần số 50Hz, công suất định mức là 28kW, tốc độ định mức là 980vòng/phút, lúc tải định mức cosϕ = 0,88; tổn hao đồng và sắt stator là 2,2kW, tổn hao cơ là 1,1kW. Tính hệ số trượt, tổn hao đồng rotor, hiệu suất, dòng điện stator và tần số dòng điện rotor khi tải định mức. 2.6. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha, tiêu thụ năng lượng điện là 60kW, tổng tổn hao trên stator là 1kW, hệ số trượt s = 0,03. Tính công suất cơ và tổn hao đồng của rotor. § 2.4. MOMENT ĐIỆN TỪ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1. Phương trình cân bằng moment Khi động cơ không đồng bộ làm việc ổn định n = cte = Const thì phải khắc phục moment phụ tải Mcđm tạo nên từ moment cản không tải M0 và moment cản hiệu dụng M2. Do đó moment điện từ phát sinh ở rotor động cơ lúc n = cte = Const phải có hai thành phần moment cản tương ứng. Như vậy: Mđt = M0 + M2 Với n PP n PppM fc 0000 .55,9.2 60 ===Δ+Δ= πωω ơ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 68 n PPM 222 .55,9== ω n P559PP P M 20 cơcơđt .,=ω=ω+ω= 60 n2π=ω Tốc độ góc quay của rotor. n: tốc độ quay của rotor. Mặc khác ta có: 1 đtđt đt n , P559PM 1 =ω= 60 n2 1 1 π=ω : tốc độ góc quay đồng bộ của từ trường quay từ đó ta có: đtđtđtcơđtcơ )( Ps1Pn nPPPP 111 −==ω ω=⇒ω=ω 2. Biểu thức moment a. Theo quan hệ I2 và Φ : p f2 kwf2E IEmPM 1 1 m2dq212 1 2222 π=ω Φπ= ω ψ=ω= cos 1 đt đt 22M222dq22 ICIkpwm2 2M ψΦ=ψΦ= coscosđt CM: hệ số kết cấu của máy. b. Theo hệ số trượt s: pf spPM Cu 1 2 2πω Δ== 1 đt đt 2 2 212 2 212 2 222 ''''' RImrImrImpCu ===Δ ( ) ″ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + = 2 21 2 2 1 1 2 '' '' XX s RR UI 212 II ''' σ= (2-19) với 111 rR σ= ; 2212 rR '' σ= 111 xX σ= ; 2212 xX '' σ= ( ) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + = 2 21 2 2 11 2 2 11 ''2 /' XX s RRf sRUpmM π đt (Nm) (2-20) (Phương trình đặc tính cơ của máy) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 69 Kết luận: Với tần số và các tham số cho trước, Mđt tỉ lệ thuận với bình phương điện áp và tỉ lệ nghịch với bình phương của tần số. Dựa vào (2-19), (2-20) ta có thể tìm được đặc tính I = f(s); M = f(s); I’2max ở s = ∞± s < 0 ⇒ Mđt < 0 (máy phát điện) c. Tính moment cực đại Mmax: Muốn tính Mmax ta lấy 0ds dM = thì ta tính được sm ứng với Mmax ( ) 2 2 21 2 2 1 2 1 2 22 1 2 2 22 2 2 1 2 111 '')2( ''2'''2 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +− = XX s RRf s R s RR s R s RX s RRPUmf ds dM n π π ( ) 2 2 21 2 2 1 2 1 2 2 222 1 22 111 ' ' )2( '' 2 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−− = XX s R Rf s R XR s R PUmf ds dM n π π Muốn cho đạo hàm dM/ds = 0 thì: 2212 2 2 2 2 222 1 '0' nn XRs R s RXR +=⇒=+−− 22 1 2' n m XR Rs + ±=⇒ (2-21) Trong máy điện không đồng bộ: R1 << Xn thường R1 = (10 ÷ 12)%Xn do đó R1 bé hơn Xn đến mức có thể bỏ qua được. Trong trường hợp này: Hình 2.12 Đường biểu diễn mô men điện từ và dòng điện theo hệ số trượt. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 70 21 22 '' XX R X Rs n m ′+=±≈ Thế (2-21) vào (2-20) ta có Mmax: ( ) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡ ++± +±= 2 2 22 111 22 1 2 11 max 2 nn n XXRRf XRUpm M π ( )[ ]2221221111 22 1 2 11 max 22 nnn n XXRXRRRf XRUpm M ++++± +±= π [ ]21222111 22 1 2 11 max 4 RXXRRf XRUpm M nn n +++± +±= π [ ]22111 2 11 max 4 nXRRf UpmM ++± ±= π (2-22) ( ) ⎟⎠⎞⎜⎝⎛ +++± ±= 2 21 2 1111 2 11 max '4 xxrrf UpmM σπ Nếu tính gần đúng bỏ qua 221 nXR << ta có: [ ] [ ])'(44 211111 2 11 11 2 11 max xxrf Upm XRf UpmM n σσππ ++± ±≈+± ±= (2-23) + Dấu cộng tương ứng với trường hợp động cơ. + Dấu trừ tương ứng với trường hợp máy phát. Nhận xét về Mmax: + Moment cực đại tỉ lệ thuận với bình phương điện áp. + Moment cực đại tỉ lệ nghịch với điện kháng của máy. + Moment cực đại không phụ thuộc vào điện trở của rotor. Tỉ số đm max M Mk m = gọi là hệ số năng lực quá tải của động cơ, nói lên khả năng sinh ra Mmax của động cơ. d) Tính moment mở máy Mmm: Bên cạnh Mmax, Mmm của động cơ là một trong những đặc tính vận hành quan trọng nhất của nó. Biểu thức M- mm có được từ công thức Mđt (2-20) khi s = 1. ( )[ ] ( ) ( )[ ]2221112221111 2 2 11 22 211 2 2 11 ''2 ' '2 ' xxrrf RUpm XRRf RUpmM n mm σσσσππ +++=++= (2-24) Nếu muốn có Mmm = Mmax thì sm = 1: ( ) ( ) 212212212 ''' nf XRrrR +=+= σ hay gần đúng: r’2 + r’f = x1 + x’2 (2-25) Nhận xét: • Với tần số và các thông số cho trước moment mở máy tỉ lệ thuận với bình phương điện áp. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 71 • Mmm = Mmax với điều kiện điện trở tác dụng của rotor bằng điện kháng tản của máy. • Mmm giảm nếu xn của máy lớn khi những điều kiện khác của máy giống nhau. • Moment mở máy thường được biểu diễn bằng tỉ số: đmM Mk mmmm = : bội số của Mmm e) Sự phụ thuộc của M đối với R2: Nếu rf = 0 thì 2212 rR '' σ= và tỉ số nX R 2' thường rất bé do đó Mđt đi qua trị số Mmax với s không lớn lắm: sm = 0,12 – 0,2. Đồng thời Mmm ở các động cơ rotor dây quấn có điện kháng tản lớn hơn điện kháng tản của rotor lồng sóc nên Mmm có thể giảm xuống quá giới hạn cho phép khi mở máy, làm động cơ không mở máy được. Để loại trừ điều ấy, cần thiết phải đưa vào rotor một điện trở phụ rf. Như vậy từ biểu thức (2-22), (2-21) thì Mmax = const nhưng sm được tăng lên. 3. Biểu thức KLOSS. Trong truyền động điện việc xác định M = f(s) theo những số đã cho ở cẩm nang rất quan trọng. Các thông số thường được cho: Mđm, sđm, kM, Nếu không có các tham số cấu tạo của động cơ R1, X1, R2, X2 ta vẫn có thể tính được sm, Mmax và vẽ được đặc tính cơ của máy. Lấy các quan hệ (2-20) chia (2-22) chỉ dùng dấu (+) trường hợp động cơ ta có: ( ) 2 2 2 1 22 11 2 max ' 2 n n X s RR XRR s R M M +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + ++ = Theo (2-21) ta có: 2212 ' n m xR s R += Đưa trị số của căn vào biểu thức trên: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + = s RR s R s Rs s RRR M M m m 21 2 2 2 2 2 12 max '2'' ''2 Hình 2.13 Đường đặc tính M=f(s) với các điện trở rotor khác nhau. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 72 Đặt max '2R làm thừa số chung: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + = m m mm m m s R R s s s s s R R sR s R M M 2 12 2 12 max ' 2' 1 ' '2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + = m m m m s R R s s s s R sR M M 2 1 2 1 max ' 2 1 ' 2 Trong các động cơ không đồng bộ khi rf = 0 thường r1 = r’2 và R1 ≈ R’2, sm = 0,12 ÷ 0,2, nên msR R 2 1 ' 2 rất nhỏ có thể bỏ qua s s s s MM s s s sM M m m m m + =⇒ + = max max 22 (2-26) (2-26) là biểu thức Klox để vẽ đường đặt tính cơ của máy. Với smax được tính như sau: ( )12 −+= mmm kkss đm 4. Đặc tính cơ và vấn đề ổn định Ta đã biết: M2 = Mđt – M0 Do M0 << M2 nên đặc tính cơ của động cơ M2 = f(n) có thể coi bằng Mđt = f(n) và nó có dạng như M = f(s) ở h2-12. Phân tích sự làm việc ổn định của động cơ: Giả sử động cơ làm việc với 1 moment phụ tải Mc nào đó. Theo phương trình cân bằng moment động cơ có thể làm việc ở hai điểm A và B. 9 Xét trường hợp máy làm việc ở điểm A: Nếu vì một lý do nào đó MCA tăng MCA1 > MCA ⇒ Mđl MCA1 ⇒ Mđl > 0 ⇒ nA1 → nA nên điểm A là điểm làm việc ổn định. Điều kiện làm việc ổn định: ds dMdM C> ds Đ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ < dn dMC dn dM hay Đ 9 Xét trường hợp máy làm việc tại điểm B: Giả sử MCB tăng đến MCB1 > MĐB ⇒ Mđl < 0 ⇒ nB → nB1 Hình 2.14 Sự làm việc ổn định của động cơ điện và máy công Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 73 Tại nB1: Mđl = MĐB1 - MCB1< 0 ⇒ Mđl < 0 ⇒ n giảm đến 0 ⇒ điểm B là điểm làm việc không ổn định. Điều kiện làm việc không ổn định: ds dMdM C< ds Đ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ > dn dMC dn dM hay Đ § 2.5. CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I. Các đặc tính của động cơ không đồng bộ trong điều kiện định mức Các đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ bao gồm:n, M, η và cosϕ = f(P2) với U1 = const, f1 = const 1. Đặc tính tốc độ n = f(P2) Từ công thức: ⇒−= 1 1 n nns n = n1(1-s) Với đtP p s 2Cu Δ= Khi không tải ΔpCu2 1nn0s0 ≈=⇒≈ , Khi không tải lí tưởng 12Cu nn0s0p ==⇒=Δ , . Khi phụ tải tăng MC = Mđm do hiệu suất η của động cơ nên ( )%, đt 551 P p P p s 2 2Cu2Cu ÷=Δ≈Δ= . Số bé ứng với động cơ công suất lớn, số lớn ứng với động cơ công suất nhỏ (3 ÷ 10)kW. Do đó s rất nhỏ, tốc độ giảm rất ít khi s giảm coi quan hệ n = f(P2) là một đường thẳng hơi nghiêng về trục hoành. 2. Đặc tính moment M = f(P2) Ta đã biết ở tình trạng làm việc ổn định M = M2 + M0 khi MC = 0 ÷ Mđm thì coi như n = const. (s biến đổi trong giới hạn bé) nên M = f(P2) coi như một đường thẳng ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ = n P559M 2, . 3. Tổn hao và đặc tính hiệu suất của động cơ η = f(P2) Khi máy làm việc có các tổn hao: Tổn hao đồng trong stator và rotor ΔpCu1 và ΔpCu2, tổn hao sắt ΔpFe, tổn hao cơ Δpcơ, tổn hao phụ Δpf, 4 loại tổn hao đầu đã có công thức xác định ( )f222212Cum201Fe12111Cu pPPprImprImprImp Δ−−=Δ=Δ=Δ=Δ cơcơ,'',, còn tổn hao phụ bao gồm tổn hao phụ trong đồng và sắt. Cách tính rất phức tạp nên thường lấy là pf = 0,5%P1. Hình 2.15 Các đường đặc tính làm việc của máy điện không đồng bộ. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 74 Hiệu suất của máy: ∑ ∑∑ +=−= −==η pP P P p 1 P pP P P 2 2 11 1 1 2 100 pP P 2 2 .% ∑+=η Thường thiết kế maxη vào khoảng (0,5 ÷ 0,75)Pđm. 4. Đặc tính hệ số công suất cosϕ = f(P2) Động cơ không đồng bộ lấy công suất phản kháng từ lưới vào nên hệ số công suất luôn luôn khác 1 và cosϕ < 1. Khi không tải cosϕ ≤ 0,2 rồi sau đó tăng tương đối nhanh theo phụ tải và đạt maxcosϕ khi P2 ≈ P2đm, khi phụ tải tăng hơn nữa thì nĐ giảm, tương ứng 2 2 r xsarctg ' '.=ψ tăng và cos 2ψ và cos 2ϕ giảm. 5. Năng lực quá tải đm max M Mk M = Khi làm việc bình thường M ≤ Mđm nhưng trong một thời gian ngắn, máy có thể chịu quá tải lớn hơn (quá tải) mà không bị hư hỏng gì thì được gọi là năng lực quá tải của máy. Thường các động cơ công suất bé và trung bình có kM = 1,6 ÷ 1,8. Động cơ công suất trung bình và lớn hơn có kM = 1,8 ÷ 2,5. Động cơ đặc biệt kM = 2,8 ÷ 3 và cao hơn nữa. II. Các đặc tính của động cơ không đồng bộ trong điều kiện không định mức 1. Điện áp không định mức: Giả thiết U < Uđm, ta đã biết 21UM ≡ nên khi U1 giảm x lần thì M giảm x2 lần. Nếu bỏ qua điện áp rơi coi Φ≡≈ 11 EU thì khi U1 giảm thì s.đ.đ và Φ cũng giảm theo mức độ như vậy. Nếu moment tải constICM M =Φ= 22 cosϕ thì I2 tăng làm nóng máy (hệ số trượt phải thay đổi để cho I2 biến thiên nghịch với Φ ). Khi động cơ điện làm việc với điện áp thấp ở tải nhẹ (< 40%) thì ∑p giảm, I2 tăng ít máy ít nóng cosϕ giảm η→ tăng. Khi máy làm việc đầy tải nên cung cấp Uđm để I2 khỏi tăng. 2. Tần số không định mức f ≠ f1 . Nếu 11 f5ff %±= thì coi như f = const. Nếu bỏ qua điện áp rơi: constfkwf2EU dq11 =Φ≅Φπ=≈ khi U = const thì f 1≅Φ . Khi f giảm → Φ tăng → I0 tăng → ΔpFe = m201 rIm tăng (lõi sắt nóng). constICM 22MC =ψΦ= cos → Φ tăng → I2 giảm → s.Pđt = ΔpCu2 = 2221 rIm '' giảm → s giảm. Khi f giảm → p f60 n 11 = giảm máy làm nguội kém. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 75 Thí dụ 1: Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có các số liệu sau: Pđm = 11,9kW; Ufđm = 220V; Ifđm = 25A; f = 50Hz; 2p = 6; nđm = 960vòng/phút; ΔpCu1 = 745W; ΔpCu2 = 480W; I’2 = 20,25A; xn = x1 +x’2 = 2,18Ω . Tính moment điện từ của động cơ. Coi 11 =σ Giải: Điện trở: Ω==Δ= 3980 253 745 mI p r 22 1 1Cu 1 ,. Ω==Δ= 390 25203 480 Im pr 22 21 2Cu 2 ,,.' ' Tốc độ đồng bộ: 1000 3 5060 p f60n === . vòng/phút Hệ số trượt: 040 1000 9601000 n nns 1 1 ,=−=−= Moment điện từ: ( ) )(120 18,2 04,0 39,0398,0502 04,0 39,0.220.3.3 ''2 /' 2 2 2 2 21 2 2 11 2 2 11 Nm xx s rrf srpUmM = ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + = π π Câu hỏi: 1. Nếu điện áp nguồn giảm đi 5% thì ảnh hưởng đến Mmax, Mmm như thế nào? Nếu moment tải không đổi thì ảnh hưởng đến n, I1, Φ , cosϕ như thế nào? 2. Một động cơ điện không đồng bộ thiết kế với tần số f = 60Hz nếu đem dùng ở tần số 50Hz và giữ điện áp không đổi thì điện kháng tản, cosϕ , Mmax, Mmm và tổn hao không tải sẽ thay đổi như thế nào?Có ảnh hưởng đến công suất của máy hay không? 3. Moment phụ của động cơ không đồng bộ là những moment nào? Ý nghĩa và ảnh hưởng của các loại moment đó? 4. Vẽ và giải thích các đường đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ. 5. Cho những kết luận chính khi động cơ làm việc trong điều kiện không định mức và điện áp không đối xứng. 2.7. Cho một động không đồng bộ rotor dây quấn có Pđm = 155kW; p = 2; U = 380V; đấu Y; ΔpCu2 = 2210W; Δpcơ = 2640W; Δpf = 310W; r’2 = 0,012Ω . Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 76 a. Lúc tải định mức tính Pđt; sđm%; nđm; Mđm. b. Giả sử moment tải là không đổi, nếu cho dây quấn phần quay một điện trở quy đổi r’f = 0,1Ω thì hệ số trượt, tốc độ quay và tổn hao đồng rotor sẽ bằng bao nhiêu? c. Biết r1 = r’2; x1 = x’2 = 0,06Ω . Tính Mmax, sm. d. Tính điện trở phụ cần thiết phải cho vào rotor để moment mở máy cực đại. ĐS: a) Pđt = 160,16kW; sđm = 1,38%; nđm = 1479vòng/phút; Mđm = 1000,7Nm; b) s’ = 12,88%; n’ = 1307vòng/phút; ΔpCu2 = 20,63kW. c) Mmax = 20892Nm; sm = 0,1. d) rf = 0,108Ω 2.8. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có: Pđm = 20kW; U1 = 380V; đấu Y; η = 88%; cosϕ = 0,84; nđm = 970vòng/phút. Biết rằng Imm/Iđm = 4,5; Mmax/Mđm = 1,8; Mmm/Mđm = 1,2. Tính: a) Iđm, Imm, sđm. b) Mđm, Mmm, Mmax và tổng tổn hao trong động cơ khi làm việc định mức. ĐS: a) Iđm = 41,1A; Imm = 185A, sđm = 0,03 b) Mđm = 197Nm; Mmm = 236,2Nm; Mmax = 354,4Nm. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 77 CHƯƠNG III: MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ § 3.1. QUÁ TRÌNH MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Quá trình mở máy động cơ điện là quá trình đưa tốc độ động cơ từ n = 0 ÷ nđm khi n tăng thì phương trình cân bằng động về moment như sau: MĐ – MC = Mđl = dt dJ ω Trong đó: MĐ, MC, Mđl: moment điện từ của động cơ, moment cản, moment quán tính. 49 DGJ 2.= : hằng số quán tính g = 9,81m/s2: gia tốc trọng trường. G: khối lượng phần quay. D: đường kính phần quay. ω : tốc độ góc của rotor. Để tốc độ của động cơ tăng thuận lợi thì MĐ > Mc 0dt d >ω→ Khi bắt đầu mở máy s = 1: Dòng điện mở máy Imm: ( ) ( ) đm đm ' I74 XRR U I 2 n 2 21 pha1 mm ÷=++ = Trong đó: U1phađm: Điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stator. Trên thực tế, mạch từ tản của máy bão hoà nhanh X giảm → Imm còn lớn hơn nhiều so với trị số tính theo công thức trên. § 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY Các yêu cầu khi mở máy: + Mmm phải đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải. + Imm phải được hạn chế đến mức thấp nhất. + Thời gian mở máy nhanh. + Phương pháp và thiết bị mở máy phải đơn giản, vận hành chắc chắn. + Tổn hao công suất trong quá trình mở máy thấp. 1. Mở máy trực tiếp động cơ rotor lồng sóc Dòng điện mở máy lớn, chỉ dùng cho các máy có công suất nhỏ. Nếu máy có công suất lớn thì dùng trong lưới điện có công suất lớn. Phương pháp này mở máy nhanh, đơn giản. 2. Phương pháp hạ điện áp mở máy: Chỉ dùng với các thiết bị yêu cầu moment mở máy nhỏ. Hình 3.1 Mở máy trực tiếp động cơ điện KĐB 3 pha rotor lồng sóc Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 78 a) Dùng cuộn kháng bão hoà trong mạch stator: Khi mở máy đóng D1, D2 mở: Khi đmnn ≈ đóng D2. - Lúc mở máy trực tiếp: n 2 n mm Z U x UI đm 2 n đm R = + = 1 2 2 mm1 mm rImM ω= ' - Lúc mở máy có cuộn kháng (điện kháng xk): ( )2knmmk xx UI ++ = 2 n đm R 1 2 2 mmk1 mmk rImM ω= ' Từ đó ta có: ( ) 1kxxR xR I I 2 kn 2 n 2 n 2 n mm mmk <= ++ += ( ) 22kn2n 2 n 2 n mm mmk k xxR xR M M =++ +=⇒ Theo phương pháp này Imm giảm k lần thì Mmm giảm k2 lần. Phương pháp chỉ được dùng trong các trường hợp mà vấn đề trị số Mmm không có ý nghĩa quan trọng. b) Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy: Khi mở máy đóng D1 và D3, khi đmnn ≈ đóng D2, ngắt D3. Gọi: - U1, I1: là điện áp và dòng điện của lưới. - U’mm, I’mm: điện áp trên cực động cơ và dòng điện stator của động cơ khi mở máy. - kT: là tỉ số biến áp (kT < 1). 1 mm mm 1 2 1 T I I U U w wk ' ' === - Zn: tổng trở ngắn mạch của một pha động cơ. T 1 mm k UU =' T1 n mm mm kIZ UI .'' == T mm 1 k II '= 2 Tn 1 Tn mm 1 kZ U kZ UI .. ' == Hình 3.2 Hạ điện áp mở máy bằng điện kháng Hình 3.3 Hạ điện áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 79 Như vậy, khi mở máy bằng biến áp tự ngẫu dòng điện từ lưới vào sơ cấp máy biến áp giảm đi 2Tk so với Imm khi nối trực tiếp và moment mở máy giảm 2Tk lần so với Mmm trực tiếp. c) Phương pháp đổi nối Y - Δ : Chỉ sử dụng với động cơ có 2 cấp điện áp 220/380 và làm việc bình thường ở cấp điện áp 220V. Cách mở máy: Đóng cầu dao đổi nối D2 về vị trí mở máy (Y). Đóng D1 khi đmnn ≈ đổi D2 sang vị trí làm việc. Gọi: - UL: là điện áp dây của lưới. - UfY, ΔfU : điện áp pha khi dây quấn nối Y, Δ . - ImmLY, ΔmmLI : dòng điện dây mở máy trong lưới khi đấu Y, Δ - ImmfĐY, ΔmmfĐI : dòng điện pha mở máy trong dây quấn stator khi nối Y, Δ . - Zn: tổng trở ngắn mạch một pha. ¾ Nếu đóng động cơ điện vào lưới khi đấu Y: n L n fY mmLY Z3 U Z UII .mmfĐY === ¾ Nếu đóng động cơ vào lưới khi đấu Δ : n L n f Z U Z UI == ΔΔImmfĐ Và n L mmL Z U3I3I .. mmfĐ == ΔΔ Lập: 3 1 U3 Z Z3 U I I L n n L mmL mmLY == Δ . . . Dòng điện mở máy trong lưới khi nối Y nhỏ hơn khi nối Δ 3 lần. Mmm cũng giảm đi 3 lần: 3 UUM 2 L2 YmmY =≡ . Trong khi 2L2mm UUM =≡ ΔΔ . 3. Thêm Rf vào dây quấn rotor Chỉ áp dụng với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn nếu Mc > MĐ mà động cơ sinh ra khi s = 1 thì động cơ không thể khởi động được. Ta phải đóng Rf vào để khi mở máy Mmmmax cần phải chọn 22n21f RxRR −+= . Quá trình mở máy ứng với các Rf như hình vẽ 3.5. Hình 3.4 Mở máy bằng phương pháp sao tam giác Hình 3.5 Đặc tính moment ứng với các điện trở phụ khác nhau trong mạch rotor Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 80 § 3.3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Người ta phân biệt các phương pháp điều chỉnh tốc độ theo cách tác động vào động cơ: ƒ Từ phía stator: Thay đổi điện áp U1, tần số f, số đôi cực p. ƒ Từ phía rotor: Thay đổi điện trở trong mạch rotor, đưa vào mạch rotor một s.đ.đ phụ có cùng tần số với s.đ.đ chính của rotor. 1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực p: Tốc độ quay đồng bộ p f60 n 11 = nếu f1 đã cho thì khi p thay đổi → n1 thay đổi → thay đổi. n = n1(1-s) Sơ đồ nguyên tắc đổi số đôi cực: Có thể đổi nối số đôi cực stator bằng cách sau: ™ Đặt vào stator một dây quấn và thay đổi số cực bằng cách đổi nối tương ứng các phần của nó, chỉ dùng với động cơ có 2 cấp tốc độ có tỉ số biến tốc 2 : 1. ™ Chế tạo 2 dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, chỉ dùng với động cơ có tỉ số biến tốc 4/3 hoặc 6/5. ™ Chế tạo 2 dây quấn độc lập trên stator, mỗi bộ dây lại có đổi nối các cực. Ví dụ: Muốn cho động cơ có 4 cấp tốc độ quay đồng bộ quay đồng bộ 1500, 1000, 750, 500vòng/1 phút thì trên stator có thể đặt 2 dây quấn: một dây quấn có số cực là 2p = 4 và 2p = 8, còn một dây quấn có số cực là 2p = 6 và 2p = 12. Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý về thay đổi số đôi cực Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 81 Sơ đồ ra dây được biểu diễn như sau: Tốc độ Sơ đồ Liên kết Nhanh Δ Nguồn vào T4; T5; T6 Chậm Y//Y Nguồn vào T1; T2; T3 Nối tắt T4 – T5 – T6 Tốc độ Sơ đồ Liên kết Nhanh Y//Y Nguồn vào T4; T5; T6 Nối tắt T1 – T2 – T3 Chậm Δ Nguồn vào T1 , T2 , T3 Tốc độ Sơ đồ Liên kết Nhanh Y//Y Nguồn vào T4; T5; T6Nối tắt T1 – T2 – T3 Chậm Y Nguồn vào T1 ; T2; T3 Hình 3.7 Sơ đồ ra dây, động cơ hai cấp tốc độ, loại moment không đổi (M = const) Hình 3.8 Sơ đồ