Đồ án Tìm hiểu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ và ứng dụng trong công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Đề Tài : TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN DƯ XỨNG Sinh viên thực hiện : HUỲNH CÔNG TRUYỀN MSSV : 97202456 Tp - Hồ Chí Minh Tháng 02 - 2001 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: HUỲNH CÔNG TRUYỀN Lớp 97ĐKC3/7 MSSV: 97202456 Khóa 1997 – 2001 Ngành: ĐIỆN KHÍ HÓA – CUNG CẤP ĐIỆN Đầu Đề Đồ Aùn TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP II.Các Số Liệu Ban Đầu ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Nội Dung 1. Khái Quát Về Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha 2. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Trở Phụ Mạch Roto. 3. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Số Đôi Cực 4. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cuộn Kháng Bảo Hòa 5. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Áp 6. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Tần Số 7. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Phương Pháp Nối Tầng Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN DƯ XỨNG Ngày giao nhiệm vụ: 25 /12 / 2000 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28 / 02 / 2001 Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn (Ký ghi rõ họ tên) Chủ nhiệm bộ môn (Ký ghi rõ họ tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: HUỲNH CÔNG TRUYỀN Lớp : 97ĐKC 3/7 MSSV: 97202 456 Ngành: ĐIỆN KHÍ HÓA - CUNG CẤP ĐIỆN * Tên Đề Tài: TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP * Nội Dung: Tìm hiểu, trình bày về nguyên lý điều chỉnh, ưu và nhược điểm, phạm vi điều chỉnh và ứng dụng của các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. 1. Khái Quát Về Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha 2. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Trở Phụ Mạch Roto. 3. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Số Đôi Cực 4. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cuộn Kháng Bảo Hòa 5. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Áp 6. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Tần Số 7. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Phương Pháp Nối Tầng Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN DƯ XỨNG Nhận xét của giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Giáo viên hướng dẫn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: HUỲNH CÔNG TRUYỀN Lớp : 97ĐKC 3/7 MSSV: 97202 456 Ngành: ĐIỆN KHÍ HÓA - CUNG CẤP ĐIỆN * Tên Đề Tài: TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP * Nội Dung: Tìm hiểu, trình bày về nguyên lý điều chỉnh, ưu và nhược điểm, phạm vi điều chỉnh và ứng dụng của các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. 1. Khái Quát Về Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha 2. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Trở Phụ Mạch Roto. 3. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Số Đôi Cực 4. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cuộn Kháng Bảo Hòa 5. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Áp 6. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Tần Số 7. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Phương Pháp Nối Tầng Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN DƯ XỨNG Nhận xét của giáo viên duyệt NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Giáo viên duyệt MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA …………………………………………………………………………………………………..Trang 1 I. Cấu Tạo Và Đặc Điểm …………………………………………………………………. Trang 1 I.1 Cấu tạo Cấu tạo phần tĩnh ( Stato) Cấu tạo phần quay ( Roto) Khe hở I.2 Đặc điểm ……………………………………………………………………………………………. Trang 2 II. Nguyên Lý Làm Việc Của Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha .. ……………………………………………………………………………….. ………………………….. Trang 2 III. Các Đại Lượng Và Phương Trình Cơ Bản Của Động Cơ Không Đồng Bộ…………………………………………………………………………………………………………………. Trang 5 1. Các đại lượng 2. Các phương trình cơ bản IV. Ưu Và Nhược Điểm ……………………………………………………………………………… Trang 13 Ưu điểm Nhược điểm CHƯƠNG 2: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ PHỤ MẠCH ROTO ……………………………………………………… Trang 14 I .Nguyên Lý Điều Chỉnh Khi Thay Đổi Điện Trở Phụ Trên Mạch Roto …………………………………………………………… ………………………………………………………………………… Trang 14 II. Phương Pháp Điều Chỉnh Điện Trở Phụ Mạch Roto Bằng Các Van Bán Dẫn ………………………………………………………………………………………………………………………… Trang 15 III.Nhận Xét Và Ứng Dụng Trong Công Nghiệp ……………………….. Trang 19 CHƯƠNG 3:ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI SỐ ĐÔI CỰC …………………………………………………………… Trang 20 I.Nguyên Lý Điều Chỉnh ……………………………………………… Trang 20 II. Các Phương Pháp Đổi Nối Dùng Để Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ……………………………………………………………………………………………………………………………. Trang 20 Sơ đồ đổi nối cuộn stato từ sao Y sang sang sao kép YY Sơ đồ đổi nối cuộn stato từ sao Y sang sang sao nữa ngược Y1/2ng Sơ đồ đổi nối cuộn stato từ tam giác sang sao kép YY III.Nhận Xét Và Ứng Dụng Trong Công Nghiệp …………… Trang 31 CHƯƠNG 4: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CUỘN KHÁNG BẢO HÒA ………………………………………………………………………………………………Trang 33 I. Khái Niệm Về Cuộn Kháng Bảo Hòa ………………………… Trang 33 II. Phương Trình Đặc Tính Cơ………………………………………………………… Trang 35 III. Phương Pháp Dùng Cuộn Kháng Bảo Hòa Để Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ ………………………………………………………………………………………. Trang 36 Dùng cuộn kháng bảo hòa không có khâu phản hồi Dùng cuộn kháng bảo hòa có khâu phản hồi a). Hệ thống cuộn kháng bảo hòa - Động cơ dùng khâu phản hồi âm tốc độ b). Hệ thống cuộn kháng bảo hòa – Động cơ dùng khâu phản hồi dương dòng điện và âm điện áp. IV. Nhận Xét Và Ứng Dụng Trong Công Nghiệp…………… Trang 40 CHƯƠNG 5: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP……………………………………………………….. Trang 42 I. Nguyên Lý Điều Chỉnh …………………………………………………………………. Trang 42 II. Dùng Bộ Điều Chỉnh Điện Aùp Bằng Thyristor…………………… Trang46 III. Nhận Xét và ứng dụng………………………………………………………………………. Trang48 CHƯƠNG 6: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TẦN SỐ…………………………………………………………. Trang 49 Nguyên Lý Và Quy Luật Điều Chỉnh……………………………………… Trang 49 II.Các Bộ Biến Tần Dùng Để Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ……………………………………………………………………………………………………………. Trang 53 Bộ biến tần dùng trực tiếp thyristor Bộ biến tần có khâu trung gian một chiều III. Ứng Dụng Trong Công Nghiệp………………………………………………………… Trang57 CHƯƠNG 7: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỐI TẦNG………………………………………………………….Trang 58 I.Phương Pháp Nối Tầng Dùng Hệ Thống Biến Đổi Van Máy Điện………………………………………………………………………………………………………… Trang58 II. Phương Pháp Nối Tầng Dùng Thyristor………………………………… Trang 59 III.NhậnXét……………………………………………………………………………… Trang 61 KẾT LUẬN…………………………………………………………………………………………………………. Trang 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………………………. Trang 64 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYỄN DƯ XỨNG đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ luận án này. Các thầy cô của trường đã đã tạo điều kiện cho em trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Các bạn sinh viên lớp 97ĐKC và những bạn khác đã góp phần ý kiến cho đồ án này. LỜI NÓI ĐẦU Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, để nâng cao năng suất, hiệu suất sử dụng của máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và các phương pháp tự động hóa dây chuyền sản xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ là không thể thiếu. Vì vậy nhiều loại động cơ điện đã được chế tạo và hoàn thiện cao hơn. Trong đó động cơ điện không đồng bộâ chiếm tỉ lệ lớn trong công nghiệp, do nó có nhiều ưu điểm nổi bật như: giá thành thấp, dể sử dụng, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành thấp,.. Ngày nay, do ứng dụng của tiến bộ khoa học kỹ thuật điện tử, sự phát triển của công nghiệp, kỹ thuật tự động hoá và mọi sinh hoạt của nhân dân mà phạm vi sử dụng động cơ động cơ không đồng bộ rộng rải hơn. Trong thực tế, để đáp ứng yêu cầu sản xuất, làm việc của các nhà máy, phân xưởng với yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ ở một phạm vi nào đó. Điều chỉnh tốc độ động cơ là các phương pháp điều chỉnh nhân tạo nhằm thay đổi tốc độ của hệ thống, của cơ cấu sản xuất theo yêu cầu công nghệ. Đề tài này tìm hiểu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ được trình bày như sau: Nguyên lý điều chỉnh, các sơ đồ và ứng dụng trong công nghiệp. Cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy NGUYỄN DƯ XỨNG, em đã rút ra được những vấn đề cần sử dụng với các phương pháp điều chỉnh thích hợp và kinh tế. Nội dung tập luận án này gồm bảy chương: Chương 1: Khái Quát Về Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha Chương 2: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Trở Phụ Mạch Roto. Chương 3: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Số Đôi Cực Chương 4: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cuộn Kháng Bảo Hòa Chương 5: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Điện Áp Chương 6: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Cách Thay Đổi Tần Số Chương 7: Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Phương Pháp Nối Tầng Trong quá trình tìm hiểu nghiên cứu thực hiện đề tài, em đã cố gắng trình bày các vấn đề về phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. Nhưng vì thời gian và giới hạn của luận án tốt nghiệp, phạm vi nghiên cứu tài liệu cùng với kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nên tập luận án này không tránh khỏi những thiếu sót. Mong thầy cô và các bạn đóng góp, giúp đỡ. Qua đề tài luận án này em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn NGUYỄN DƯ XỨNG và các Thầy cô trong khoa điện cùng các bạn sinh viên đã tận tình giúp đỡ. Tp. HỒ CHÍ MINH ngày tháng năm 2001 Sinh viên thực hiện: HUỲNH CÔNG TRUYỀN CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I.CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM I.1 Cấu Tạo 1.Cấu tạo phần tĩnh (stato) Gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn. Vỏ máy: Thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000 kw), thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố định và không dùng để dẫn từ. Lỏi sắt: Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5 mm ghép lại. Lỏi sắt là phần dẫn từ . Vì từ trường đi qua lỏi sắt là từ trường xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lỏi thép có xẻ rảnh để đặt dây quấn . Dây quấn : Dây quấn được đặt vào các rảnh của lỏi sắt và cách điện tốt với lỏi sắt. Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch nhau 120 o điện. 2. Cấu tạo phần quay (Roto) Trục : Làm bằng thép, dùng để đở lỏi sắt roto. Lỏi sắt: Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato. Lỏi sắt được ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài lỏi sắt có xẻ rảnh để đặt dây quấn. Dây quấn roto: Gồm hai loại: Loại roto dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc. Loại roto kiểu dây quấn : Dây quấn roto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số cực stato. Các động cơ công suất trung trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm được những đầu nối dây và kết cấu dây quấn roto chặt chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của roto thường đấu hình sao (Y). Ba đầu kia nối vào ba vòng trượt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. Thông qua chổi than và vòng trượt, đưa điện trở phụ vào mạch roto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ. Loại roto kiểu lồng sóc: Loại dây quấn này khác với dây quấn stato. Mỗi rảnh của lỏi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thành một cái lồng, người ta gọi đó là lồng sóc. Dây quấn roto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lỏi sắt. 3. Khe hở: Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm ¸ 1mm). Do đó roto là một khối tròn nên roto rất đều. I.2 Đặc Điểm Của Động Cơ Không Đồng Bộ. Cấu tạo đơn giản. Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha. Tốc độ quay của roto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n1. Trong đó: n tốc độ quay của roto. n1 tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ ) II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ra một từ trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn roto, làm cảm ứng trên dây quấn roto một sức điện động E2 sẽ sinh ra dòng điện I2 chạy trong dây quấn. Chiều của sức điện động và chiều dòng điện được xác định theo qui tắc bàn tay phải. M n1 Hình.1-1 Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ. Chiều dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía trên roto hướng từ trong ra ngoài, còn dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía dưới roto hướng từ ngoài vào trong. Dòng điện I2 tác động tương hổ với từ trường stato tạo ra lực điện từ trên dây dẫn roto và mômen quay làm cho roto quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường. Tốc độ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n1. Có sự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay stato duy trì được dòng điện I2 và mômen M. Vì tốc độ của roto khác với tốc độ của từ trường quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ. Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt: (1-1) Trong đó: n là tốc độ quay của roto. f1 tần số dòng điện lưới. P số đôi cực. n1 tốc độ quay của từ trường quay (tốc độ đồng bộ của động cơ). (1-2) Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n1 thay đổi làm cho n thay đổi. Khi mở máy thì n = 0 và S = 1 gọi là độ trượt mở máy. (1-3) Dòng điện trong dây quấn và tư ø trường quay tác dụng lực tương hổ lên nhau nên khi roto chịu tác dụng của mômen M thì từ trường quay cũng chịu tác dụng của mômen M theo chiều ngược lại. Muốn cho từ trường quay với tốc độ n1 thì nó phải nhận một công suất đưa vào gọi là công suất điện từ. Khi đó công suất điện đưa vào: (1-4) Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây quấn stato. (1-5) Tổn hao sắt: (1-6) (1-7) Công suất cơ ở trục là: Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì còn tổn hao trên dây quấn roto: (1-8) Trong đó: (1-9) m2 số pha của dây quấn roto. Vì p’2 < pđt do đó n < n1 Công suất cơ của p2 đưa ra nhỏ hơn p’2 vì còn tổn hao do ma sát trên trục động cơ và tổn hao phụ khác: (1-10) Hiệu suất của động cơ: (1-11) III. CÁC ĐẠI LƯỢNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ. Các Đại Lượng Hệ số trượt: Để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của roto n và tốc độ của từ trường quay stato n1. (1-12) Ta có : Hay tính theo phần trăm: (1-13) Xét về mặt lý thuyết giá trị S sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100 o/o (1-14) Trong đó : (1-15) Sức điện động của mạch roto lúc đứng yên. Trong đó: (1-16) K2 là hệ số dây quấn roto của động cơ. (1-17) f20 tần số xác định ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây, vì roto đứng yên nên: f20 bằng với tần số dòng điện đưa vào f1 Khi roto quay: Tần số trong dây quấn roto là: (1-18) (1-19) Vậy f2s = s.f1 Sức điện động trên dây quấn roto lúc đó là: (1-20) Với f2s = s.f1 thế vào (1-19), ta được: (1-21) 2.Phương Trình Cơ Bản Của Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha. Sơ đồ đẳng trị một pha o rf ĐKB o o U1~ I1¯ I2¯ · · · · · · I1® I2® r’2/s o o U1 Io¯ b) a) Hình 1-2. a) Sơ đồ nguyên lý. b) Sơ đồ đẳng trị một pha của động cơ không đồng bộ Trong đó: U1 điện áp pha đặt lên cuộn stato. x1, r1, I1 là điện kháng , điện trở, dòng điện của mạch từ hóa. x’2, r’2, I’2 là điện kháng, điện trở, dòng điện pha của cuộn dây roto qui đổi về stato. (1-22) I’2 = KI I2 Với KI = 1/KE , là hệ số biến đổi dòng điện (1-23) KE = U1đm/E2đm U1đm Điện áp định mức đặt lên stato E2đm Sức điện động định mức của roto (1-24) r’2 = kr r2 (1-25) x’2 = kx x2 , với kx = kr = k2E (1-26) S là độ trượt của động cơ Trong đó: n tốc độ quay của roto động cơ. (1-27) n = n1(1-S) n1 tốc độ quay đồng bộ của động (1-28) Phương trình đặc tính tốc độ. (1-29) Theo sơ đồ đẳng trị một pha như hình (1-2), ta có biểu thức dòng điện roto đã qui đổi về stato. Khi tốc độ động cơ n = 0 , theo (1-26) ta có s =1. Nếu điện áp đặt lên cuộn stato U1 = const thì biểu thức (1 –29) chính là quan hệ giữa dòng điện roto đã qui đổi về stato I’2 với độ S hay với tốc độ n. Do đó biểu thức (1-29) chính là phương trình đặc tính tốc độ. Phương trình đặc tính cơ. (1-30) Công suất điện từ của động cơ (1-31) Mặt khác: Do đó: (1-32) Mđt mômen điện từ gồm hai phần : Phần nhỏ tổn thất trên cuộn dây và tổn thất cơ do ma sát ở các ổ bi, ký hiệu DM Phần lớn biến thành mômen quay của động cơ M. (1-33) Vậy Mđt ~ M (1-34) Khi đó : Thay I’2 từ (1-26) vào (1-34), ta được (1-35) Biểu thức (1-35) chính là phương trình đặc tính cơ. Được biểu diễn quan hệ M = f(n) như hình 1-3 Giá trị S sẽ biến thiên từ - ¥ đến + ¥ và mômen quay sẽ có hai giá trị cực đại gọi là mômen tới hạn (Mt). Lấy đạo hàm của mômen theo hệ số trượt và cho dM/ds = 0. Ta có hệ số trượt tương ứng với mômen tới hạn Mt gọi là hệ số trượt tới hạn. (1-36) Do đó ta được biểu thức mômen tới hạn : (1-37) (1-38) Giải các phương trình (1-35), (1-36), (1-37) và đặt : (1-39) Ta được dạng đơn giản của phương trình đặc tính cơ: s = 0 M Mt Mđm St n n1 nđm +s n= 0 -n +s Hình 1-3. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. Nhận thấy dạng gần đúng của phương trình đặc tính cơ như sau: Đối với động cơ roto lồng sóc, nhất là các động cơ có công suất lớn thì r1 << xn, nên có thể bỏ qua r1 và e = 0. Ta có: (1-40) (1-41) Với : (1-42) Nhận xét: Từ các biểu thức (1-36) và (1-37), ta thấy đối với động cơ xác lập nếu U1 thay đổi thì St = const và Mt thay đổi tỉ lệ với U12 . Khi thay đổi điện trở mạch roto bằng cách thêm điện trở phụ (đối với động cơ không đồng bộ roto quấn dây) thì: Mt = const và St tỉ lệ với r’2 . Khi xét đến điện trở trên mạch stato r1 thì mômen tới hạn Mt sẽ có hai giá trị khác nhau và ứng với hai trạng thái làm việc của động cơ. * S = 0 , n1 < n là trạng thái hãm tái sinh động cơ làm việc như một máy phát. (1-43) (1-44) * S > 0 , n1 > n trạng thái làm việc của động cơ. (1-45) (1-46) Ta có tỉ số : Trong đó:(1-47) (1-48) (1-48a) Mđm : Nm Pđm : Kw nđm : Vòng/phút Độ trượt tới hạn của động cơ được xác định như sau: Ở trạng thái định mức của động cơ: n = nđm , S = Sđm , M = Mđm (1-49) Phương trình đặc tính tại điểm định mức: (1-50) Do đó: Thường đối với động cơ thì r1 = r’2, nên: (1-51) Giải phương trình bậc hai (1-51) và xem r1<< xn Ta có độ trượt St : (1-52) IV.ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1.Ưu Điểm: - Tr