BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ khởi động động cơ
không đồng bộ ba pha
Đồ án tốtnghiệp
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
1
Thiết kế bộ khởi động động cơ không
đồng bộ ba pha
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
2
hành và bảo quản dễ dàng , độ tin cậy cao , giá thành rẻ , nên được ứng
dụng rộng rãi trong thực tế. Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có cấu
tạo phức tạp vận hành và bảo quản khó hơn, độ tin cây kém hơn, giá thành
cao hơn nhưng nó có ưu điểm là có thể đưa điện trở phụ ở ngoài vào để
cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh . Tốc
độ do đó nó không được
sử dụng cho những nơi nào có cầu dao về mở máy về điều chỉnh tốc độ
mà động cơ lồng sóc không đáp ứng được.
Tuy nhiên động cơ không đồng bộ có nhược điểm là điều chỉnh tốc
độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn riêng với động cơ rôto
lồng sóc , các chỉ tiêu không đồng bộ.
2. Cấu tạo
2.1. Phầ
n tĩnh ( Stato)
Trên stato có vỏ, lõi sắt và dây quấn.
a/ Vỏ máy:
Vỏ có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm
mạch dẫn từ. Thân vỏ máy làm bằng gang . Đối với máy có P tương đối
lớn ( 1000kw) thường dùng tấm kim loại làm thành vỏ.
b/ Lõi sắt.
Lõi sắt là phần dẫn từ, vì từ thông đi qua lõi sắt là từ thông quay nên
để giảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng lõi thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm
ghép lạ
i. Khi đường kinh ngoài lõi sắt nhỏ hơn 0,9mm . Thì dùng cả tấm
trên ghép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn 0,9mm thì phải dùng các tấm
hình rẻ quạt ghép lại :
Lõi sắt dùng là các lá thép kỹ thuật như stato , lõi sắt được ép trực
tiếp trên trục động cơ hoặc lên một giá roto của động cơ phía ngoài của lá
thép có sẻ rãnh để đặt dây quấn.
b/ Dây quấn to
Đồ án tốtnghiệp
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
4
Phân làm 2 loại chính: Loại rôto kiểu dây quấn và loại roto kiểu
lồng sóc.
- Loại rôto kiểu dây quấn: Roto có dây quấn giống dây quấn stato.
Trong động cơ cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng 2
lớp vì bớt được những dây đầu nối kết cấu của dây quấn trên rôto chặt
chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường đồng tâm một lớp. Dây quấn 3 pha
của roto thường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào ba rãnh tr
ượt
thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than
có thể đấu với mạch dựa? Bên ngoài . Đặc biệt của roto kiểu dây quấn là
có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ vào mạch điện roto để cải
thiện hệ số công suất của máy khi máy làm việc bình thường. Dây quấn
roto được nối ngắn mạch.
- Loại roto kiể
u lồng sóc , kết cấu của loại dây quấn này rất khác,
với dây quấn stato trong mỗi rãnh của lõi sắt roto đặt vào thanh dẫn bằng
đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng 2
vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng gọi là lồng
sóc.
Dây quấn rôto lồng sóc không cách điện với lõi sắt . Để cải thiện
tính năng mở máy trong máy công suất lớn. Rãnh roto có thể làm thành
d
ạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc kín trong máy có công
2
< n
1
.
Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ.
Ta gọi động cơ không đồng bộ vì tốc độ quay n
2
của roto không
bằng tốc độ quay đồng bộ của trường quay của roto .
Trong đó: n
1
- n
2
: Là hiệu số tốc độ quay của động cơ KĐB.
N
S
n
1
F
M
. I
2
cosϕ
2
C
M
: Là hằng số momen của động cơ KĐB
Đối với một động cơ đã chế tạo hoàn chỉnh thì nó là một trị số xác
định không đổi, thì trị số φ ở công thức trên về cơ bản không thay đổi nên
momen điện tử của động cơ KĐB tuỳ thuộc vào dòng điện I
2
của roto và
hệ số công suất cosϕ
2
của mạch điện roto.
- Khi n
1
- n
2
giảm thì I
2
giảm.
Khi bắt đầu khởi động động cơ , roto chưa quay , do đó hiệu số tốc
độ quay n
1
- n
2
= n
1
- M
max
: Momen cực đại
- M
xđ
: Momen khởi động
- M
đm
: Momen định mức
- S
th
: Độ trượt tới hạn.
Đường cong momen của động cơ KĐB
Sau khi đấu động cơ với nguồn điện ở thời điểm bắt đầu khởi động
S = 1 , lúc này I
2
lớn nhất, cosϕ nhỏ nhất gọi là momen khởi động. Nếu
nếu phụ tải tă
ng lên đến mức làm cho momen cản vượt quá momen cực
đại.
Nếu phụ tải tăng lên đến mức làm cho momen cản vượt qua momen
cực đại , thì tốc độ quay của động cơ sẽ giảm xuống nhanh chóng cho đến
khi dừng lại. Do đó phạm vi làm việc ổn định của động cơ chỉ hạn chế ở
trong đoạn đường cong OA.
Khi động cơ làm việc liên tục và lâu dài, trên trục độ
ng cơ truyền ra
một momen định mức. Momen định mức của động cơ phải nhỏ hơn
momen cực đại. Nếu khi thiết kế cho momen định mức gần bằng momen
cực đại , thì khi hơi quá tải một ít động cơ sẽ dừng lại ngay. Do đó động
cơ phải có một khả năng quá tải nhất định , khả năng quá tải là tỷ số giữa
momen cực đại và momen định mức kí hiệu
λ38,1
max
−==
dm
M
M
λ
Trên đây ta xét khi điện áp của nguồn điện không thayđổi, nếu điện
áp thay đổi thì từ công thức :
M= C
M
. φ.I
Điện á
p
do đó c
á
m
điện áp
)
III- ĐẶ
C
* Phư
ơ
Để thà
n
ự
a vào đồ
- 3 pha
- Các t
h
- Tổng
phụ th
u
- Bỏ q
u
- Điện
á
Ta có s
ơTrong
ơ
)
.
C
TÍNH C
Ơ
ơ
ng trình
đ
n
h lập ph
ư
thay thế
v
của động
h
ông số c
ủ
dẫn mạc
h
u
ộc tải mà
u
a các tổn
á
p lưới h
o
ơ
đồ thay
đ
ới các gi
cơ là đối
ủ
a động c
ơ
h
từ hoá
k
chỉ phụ t
h
thất ma s
á
o
àn toàn s
i
thế.
đặt vào s
t
ò
ng điện
t
k
háng m
ạ
đ
ổi về stat
o
n
trong sta
a
ạ
ch từ ho
á
o
.
t
o
t
ăng lê
n
ế
t bị bảo
CƠ KHÔ
N
cơ của đ
u
:
ồng bộ k
h
a
y đổi, d
ò
đ
iện áp đ
ặ
t
trong lõ
i
g
k
háng tản
à
m cháy
đ
á
p thấp (
h
G
BỘ.
h
ông đồn
g
t
ừ hoá k
h
t
o động c
ơ
o
to đã qui
stato và
đ
đ
ộng
h
oặc
g
bộ
h
S
π
2
;
60
00
0
0
0
0
==
−
=
−
=
W
0
: Tốc độ từ trường quay.
ω
: Tốc độ góc của độngcơ
f: Tần số điện áp nguồn đặt vào stato
p: Số đôi cực từ động cơ.
Dựa vào sơ đồ thay thế ta tính được dòng điện stato
()
()
⎥
⎥
⎥
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
+
+
=
2
21
2
2
1
22
1
2
21
2
2
1
22
-> S = 0
Dòng không tải
I
1
=
10
22
1
I
XR
U
f
=
+
μμ
- Khi
ω
= 0 -> S = 1
-> I
1
=
()
2
2
21
22
1
'
1
N
C
P
c
∇
-
>
-
>
M
N
T
ệ
p
ầ
I
1
ngắn m
ạ
>
I'
2
=
f
M
ω
0
=
M
>
∇
P
2
=
M
M
ặt khác :
N
ên: M =
3
hay I'
2
đã
ề
ạ
ch.
(
)
RR
21
'
1
.
ω
+
∇
P
2
M
.(
ω
0
-
ω
)
∇
P
2
=
.3 I
SW
RI
.
'.'.
3
0
2
2
2
tính đượ
c
= M
ω
0
.
S
2
2
2
'.' R
c
ở trên v
à
nm
I
2
'
)
a
ng roto
cơ
h
ì M
đt
=
M
p
hần
u
n
t
ốtnghi
ệ
p
ầ
M
Biểu th
ứ
Khảo s
á
Trị số
c
S
Thay v
à
M
D
D
H
Khi ng
h
đến trạn
g
R
R
I
+
=
à
o phươn
g
.2
o
th
W
M
±=
D
ấu (+) ứ
n
D
ấu (-) ứn
g
H
ình 1.6
:
h
iên cứu
g
thái là
m
o
ảng tốc đ
nm
X
+
g
trình đặ
c
(
2
11
2
1
.3
f
RR
U
+±
n
g với chế
g
với chế
đ
:
Đồ thị đ
ặ
hệ truyề
n
m
việc củ
a
t
ính ta đ
ư
)
2
nm
X
độ động
c
đ
ộ máy p
h
ặ
c tính c
ơ
n
động v
ớ
a
động c
ơ
S
th
í
nh cơ củ
a
x
g
cơ KĐ
B
ơ
KĐB.
N
ờ
ng đặc tí
n
KĐB
i
ểm cực t
r
B
N
gười ta
q
n
h cơ th
ư
r
ị.
q
uan
ư
ờng
Đ
ồ á
ệ
p
ầ
h
cơ bản
c
ả
n phươn
g
t
h
th
t
S
S
S
S
M
M
1(.2
+
=
đ
ó :
2
1
'R
R
a =
c
g
trình đặ
c
th
h
th
Sa
S
Sa
.
.
+
+
2
g
cơ công
oi R
1
= 0
S
h
th
nm
th
W
M
nm
f
X
W
U
.
1
2
1P MỞ M
Á
>
M
co
( m
o
ω
= f (M)
t
hường R
1
0
ta có.
Á
Y CỦA
o
men cán
b
14
Khi mở máy thường I
m
( 5 - 7 ) I
đm
. Vì vậy nếu cùng một lúc có
nhiều động cơ mở máy thì dòng điện tổng từ lưới điện quốc gia vào xí
nghiệp sẽ lớn -> M
đmc
giảm. Thời gian mở máy t
m
lớn -> aptomat tổng bị
tác động -> mất điện toàn xí nghiệp -> ta phải tìm cách giảm dòng mở
máy.
Tuỳ theo tính chất của tải và tình hình của lưới điện yêu cầu về mở
máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Nói chung khi mở máy động
cơ cần xét đến yêu cầu cơ bản sau:
- Phải có momen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ
củ
a 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 quá trình mở máy càng thấp càng tốt.
1. Mở máy động cơ KĐB roto lồng sóc.
1.1. Mở máy trực tiếp.
Đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện nhờ cầu dao. Đây là phương
pháp mở máy đơn giản nhất như
ng lúc mở máy trực tiếp, dòng điện mở
máy lớn, thời gian mở máy quá tải thì có thể làm cho máy nóng và ảnh
iện khá
n
Hìn
h
ề
n
g phươn
g
n
g nối tiế
p
h
1.9
:
Hạ
Hình 1.8
g
pháp h
ạ
p
vào mạc
áp mở m
á
ạ
điện áp.
h điện st
a
á
y bằng
U
U
1
=
( k
ck
>1)
Gọi dòng điện mở máy và mômen mở máy trực tiếp là I
m
và M
m sau
khi thêm
điện kháng vào , dòng điện mở máy còn lại I
mđ
I
mđ
=
ck
m
dcckdc
dc
k
I
ZK
U
Z
U
==
.
Trong
s
á
p nối vớ
i
g
cầu dao
Máy bi
ế
T
M
U
-
>
I
m
I
m
ệ
p
ầ
g
điện áp
t
Hình 1
.
s
m
đc
=
ba
m
k
I
m
l
=
2
'
ba
k
I
=
ề
t
ự ngẫu
h
.
10: Hạ á
p
à
biến áp
. Sau khi
ở
D
3
k
I
=
h
ạ điện á
p
p
mở má
y
t
ự ngẫu,b
mở máy
Y
- Y có đ
i
h
ì
I
I
U
U
2
1
2
1
=
ơ
đồ ta th
ấ
ế
n áp tự
n
nối với l
ư
ta cắt T
bình tính
u
ộn kháng
ng
ẫu
ư
ới điện ,
ra bằng
c
nối đất.
)
bên
c
ách
Đồ án tốtnghiệp
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
18
-> M
mba
=
2
ba
m
= I
mđ
=
dc
d
dc
m
Z
U
Z
U
I 3.33
1
==
×
Khi đấu Y :
3
3
1
3
1
m
mY
mmY
m
my
M
M
h
n
t
ốtnghi
ệ
p
ầ
M
ở máy đ
Mở má
y
Phươn
g
m
của loạ
i
n
t
r
ở roto
c
h điện ro
t
Khi có
đ
(
I
mrf
=
đ
iện trở p
(
21
'' RRR ++
(
[
11
'.
2
.3
RRf
p
+
π
y
khi có
đ
i
máy đã
q
y
ta căt dầ
n
ề
h
ông đồn
g
c
h đưa đi
'
'(.
X
R
RRU
p
f
f
++
+
đ
iện trở p
h
q
uay để g
i
n
điện trở
g
bộ roto
ệ
n trở ph
ụ
H
ình 1.1
1
g
với nhữ
n
ô
phụ.
dây quấ
n
ụ
vào roto
1
n
g động
c
điện trở
v
t
hay đổi.
g
thái mở
m
giảm và
M
ô
men điệ
n
n
.
c
ơ roto dâ
y
v
ào cuộn
ở
quá
Đ
ồ á
n
đườ
n
tốc
đ
đượ
nhữ
n
, bả
đồn
g
n
t
ốtnghi
ệ
p
ầ
Khi ta
c
n
g M = f
m
ậ
y dùng
đ
mở máy
o
mở má
y
h
ó khăn,
g
dây quấn
DỰNG M
ồ
mạch l
ự
ề
c điện tr
ở
a
ng M =
f
m
việc sa
u
đ
ộng cơ
k
lớn, dòn
g
n
C
ẽ
làm tha
y
.
Sau khi
c
ệ
n trở kh
ở
n
g bộ rot
o
ở
máy nh
ỏ
u
mở má
y
n
hược đi
ể
y
đổi tốc
đ
c
ắt hết đi
ệ
h
ơ từ
ụ
thì
đạt
n
g ở
c
tạp
h
ông
Đồ án tốtnghiệp
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
21
* Nguyên lý hoạt động
Khi đóng Aptomat vào, nguồn điện qua bộ biến đổi đưa đến để khởi
động động cơ. Bộ khởi động bao gồm 6 Thyristor mắc song song ngược
có mạch RC để bảo vệ hiện tượng quá điện áp trên Thyristor. Nhờ bộ biến
đổi này ta hạ thấp được điện áp trước khi đưa đến khởi động động cơ.
Khi động cơ đ
ã chạy, muốn cắt bộ biến đổi ra khỏi hệ thống
khởi động ta ấn vào nút M. Khi đó K có điện và kéo các tiếp điểm K đóng
lại → cắt bộ biến đổi ra khỏi động cơ.
4 - đánh giá nhận xét và lựa chọn .
Trước khi khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha nếu ngắt mạch
điện 1 pha của stato thì động cơ cũ
ng không khởi động được . Nhưng
trong quá trình vận hành , nếu dây chảy của một pha nào đó bị đứt thì
động cơ vẫn tiếp tục quay thì mômen cản trên trục động cơ chưa thay đổi ,
* Công dụng của động cơ không đồng bộ .
Do kết cấu đơn giản , làm việc chắc chắn , hiệu xuất cao , giá thành
hạ nên động c
ơ không đồng bộ là một trong những loại động cơ điện được
dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất vài
chục đến vài nghìn kw . Trong ngành công nghiệp thường dùng động cơ
không đồng bộ làm nguồn lực cho máy còn thép loại vừa và nhỏ , động
lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ trong hầm mỏ
dùng làm máy tời hay định gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm
hay máy chế biến nông sản phẩ
m. Trong đời sống hàng ngày, máy điện
không dồng bộ cũng dần chiếm một vị trí quan trọng: Quạt gió , máy quay
đĩa Tóm lại theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá vừa , tự
động hoá và sinh hoạt hàng ngày Phạm vị ứng dụng của máy điện
không đồng bộ ngày càng rộng rãi.
Tuy nhiên động cơ không đồng bộ cũng có những nhược điểm như :
Công suất c
ủa động cơ không cao lắm và đặc tính điều chỉnh tốc độ không
tốt nên việc sử dụng động cơ không đồng bộ có phần bị hạn chế .
Đồ án tốtnghiệp
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
23
- Phương pháp khởi động trực tiếp.
Ưu điểm: Phươg pháp này đơn giản chi việc đóng trực tiếp động cơ
vào lưới điện .
Song nó chỉ phù hợp với những động cơ có công suất nhỏ hơn 50kw
. Còn với yêu cầu , động cơ máy bơm có P = 250 kw , ta không sử dụng
được phương pháp này .
- Phương pháp dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào.
Phương pháp này cũng dễ thực hiệ
trị t
rcủa
đón
gáp
x
Th
y
tro
n
giá
tđồ
n
chi
ề
a/
T
n
t
ốtnghi
u
tr
ị hiệu d
ụ
* Các
s
Xung á
p
n
ày là tư
ơ
ề
u
T
hyristor
đ
ệ
p
ầ
C
Á
biến đổ
i
ến đổi x
u
ờ
i gian nh
ấ
xoay c
h
ơ
ng đươ
n
đ
ấu song
s
ề
C
H
Á
C BỘ B
I
i
xung á
p
u
ng áp là
d
ấ
t định t
x
t
á
p gia tải
đ
ổi điện á
p
ong ng
ư
ợ
H
ƯƠNG
I
ẾN ĐỔ
I
p
có chứ
c
d
ùng một
t
rong kho
trong ch
u
p
này có
ư
n
áp tron
g
ấ
t trong b
Á
P XOA
Y
o
u
kỳ T .
ư
u điểm c
ơ
g
một phạ
m
ộ biến đổ
i
Y
CHIỀU.
,
d
ùng đ
ể
xoay chi
ề
r
iac để t
h
ó
c mở
α
-
ơ
đồ van
c
c
năng đi
i
> Từ đó
t
c
ơ bản nh
ư
ề
u chỉnh
c/Tria
c
m
ức điện
á
t
ải vào n
g
y
đổi đượ
c
g
mà hiệu
là trên p
ầ
n
h giá trị
đ
u
sử dụng
i
á trị điệ
oay
Copyright: Tài liệu đại học ©