Trờng Đại học SPKT Nam Định
khoa điện - điện tử
bộ môn kỹ thuật điều khiển
Đồ án tự động hóa
Sinh viên thực hiện: Trn Duy Cng
Lớp : CK-ĐTĐ 11
Nghành đào tạo : Công nghệ tự động
Tên đề tài : Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ 3 pha
Ngày nhận đề : 7-10-2010
Ngày nộp đồ án : 27-11-2010
Nhiệm vụ của đề tài:
- Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ
- Lựa chọn phơng án mạch lực và mạch điều khiển
- Tính các phần tử mạch lực và mạch điều khiển.
Kết quả cần đạt đợc:
Bản thuyết minh đồ án môn học
Ngày tháng năm 2010
Khoa điện - điện tử
Nguyễn Đức Hỗ
Bộ môn kt điều khiển
Phạm Văn Chính
Giáo viên hớng dẫn
ThS.Phạm Thị Hoa
1
Lêi nãi ®Çu
Việc tìm ra và phát triển nguồn năng lượng điện có thể nói là một sự
kiện vĩ đại nhất của con người, mà cũng chính nhờ sự kiện vĩ đại đó mà đã
khiến cho thế giới thay đổi hoàn toàn: thế giới chuyển từ hình thức lao động
giản đơn lên thời kỳ đại công nghiệp, sức lao động được giải phóng, năng
suất lao đông tăng cao… con người dần làm chủ thế giới.
Và một trong những công cụ đắc lực nhất giúp đạt được những gì như

dẫn nối tắt với nhau bằng vòng ngắn mạch.
- Rotor dây quấn (rotor pha) có ba đầu dây ra của dây quấn đợc nối
với ba vòng đồng ở đầu rotor, tiếp xúc với ba chổi than ở stato để dẫn ra
ngoài.
Hình 1.1: Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ
3
I.2 Nguyên lý làm việc
Khi nối dây quấn Stato vào lới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ
sinh ra một từ trờng quay. Từ trờng này quét qua các thanh dẫn roto, làm
cảm ứng trên dây quấn roto một sức điện động E
2
sẽ sinh ra dòng điện I
2

chạy trong dây quấn. Chiều của sức điện động và chiều dòng in đợc xác
định theo qui tắc bàn tay phải.
n
1
M
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động động cơ không đồng bộ
Chiều dòng điện của các thanh dẫn ở nửa phía trên rôto hớng từ trong ra
ngoài, còn dòng điện của các thanh dẫn ở nửa phía dới rôto hớng từ ngoài
vào trong.
Dòng điện I
2
tác động tơng hỗ với từ trờng stato tạo ra lực điện từ trên
dây dẫn rôto và mômen quay làm cho rôto quay với tốc độ n theo chiều quay
của từ trờng.
Tốc độ quay của rôto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trờng quay stato n
1

(1.2)
Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n
1
thay đổi làm cho n thay đổi.
Khi mở máy thì n = 0 và S = 1 gọi là độ trợt của máy.
4
Dòng điện trong dây cuốn và từ trờng quay tác dụng tơng hỗ nên nhau
nên khi rôto chịu tác dụng của mômen M thì từ trờng quay cũng chịu tác
dụng của mômen M theo chiều ngợc lại. Muốn cho từ trờng quay với tốc độ
n
1
thì nó phải nhận một công suất đa vào gọi là công suất điện từ.
60
2
1
1
n
MMP
t


==
(1.3)
Khi đó công suất điện đa vào:

cos3
1
UIP =
(1.4)
Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên dây quấn điện

22 dt
PPP =
(1.8)
Trong đó:
2222
rImP
d
=
(1.9)
m
2
số pha của dây cuốn rôto
Vì
t
PP <
'
2
do đó n < n
1
Công suất cơ của P
2
đa ra nhỏ hơn
'
2
P
vì còn tổn hao do ma sát trên trục
động cơ và tổn hao phụ khác:
fco
PPPP ==
'

=
(1.14)
)1(
1
snn =
(1.15)
II.2 Sức điện động của mạch rôto lúc đứng yên
m
WfKE =
220220
44,4
(1.16)
Trong đó:
m

trị số cực đại của từ thông trong mạch từ
K
2
là hệ số dây quấn rôto của động cơ
20
f
tần số xác định ở tốc độ biến đổi của từ thông quay
qua cuộn dây, vì rôto đứng yên nên:
60
1
20
Pn
f =
(1.17)
20

=
6060
)(
1
1
11
2
pn
n
nnpnn
f
Xs

=

=
mKWfE
ss
=
2222
44,4
(1-13)
(1-18)
(1-19)
(1-20)
(1.12)
Với
12
. fsf
s

.r3U
M
(1)
Biểu thức (1) là phơng trình đặc tính cơ, biểu diễn quan hệ m = f(n).
Lấy đạo hàm của mômen theo hệ số trợt và cho d
m
/d
s
= 0. Ta có hệ số trợt t-
ơng ứng với mômen tới hạn m
t
gọi là hệ số trợt tới hạn:
S
th
=
'
2
2 ' 2
2 1 2
( )
r
r x x+ +
(2)
Do đó ta có biểu thức mômen tới hạn:
M
th
=
(
)
2

s s


+
+ +
(5)
7
SKWfE
ms
=
2212
44,4
(1-21)
- Đối với động cơ rôto lồng sóc có công suất lớn thì r
1
<<x
n
nên bỏ qua
r
1
và = 0
M =
2
th
th
th
M
s
s
s s

=
.
I
1
1
Z
-
1
E
Trong đó:
1
Z
= R
1
+ JX
1
là tổng trở dây quấn stato
- R
1
Là điện trở dây quấn stato
- X
1
= 2

fL
1
là điện kháng tản dây quấn stato đặc trng cho từ
thông tản stato
- f. Tần số dòng điện stato
- L

Họ đặc tính của động cơ không đồng bộ
Từ phơng trình: (1)
Ta có
max

tỉ lệ thuận với tỉ số
f
U
1
. Khi thay đổi tần số ngời ta mong
muốn giữ cho
max

không đổi để mạch từ máy ở tình trạng định mức. Muốn
vậy phải điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp, giữ cho tỉ số điện áp U
1
và
điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi f, tần số f không đổi.
Việc điều chỉnh tốc độ quay bằng thay đổi tần số thích hợp khi điều
chỉnh cả nhóm động cơ lồng sóc. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số cho
phép điều chỉnh tốc độ một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng.
III.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đối số đôi cực
Trong nhiều trờng hợp các cơ cấu sản xuất không yêu cầu phải điều
chỉnh tốc độ bằng phẳng mà chỉ cần điều chỉnh có cấp.
Để thay đổi số đôi cực P ta thay đổi cách đấu dây và cũng là cách thay
đổi chiều dòng điện đi trong các cuộn dây mỗi pha stato của động cơ.
Khi thay đổi số đôi cực ta chú ý rằng số đôi cực ở stato và rôto là nh
nhau. Nghĩa là khi thay đổi số đôi cực ở stato thì ở rôto cũng phải thay đổi
theo. Do đó rất khó thực hiện cho động cơ rôto dây quấn, nên phơng pháp
này chủ yếu dùng cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và loại động cơ

Như vậy điện áp trên mỗi cuộn dây là:
U =
Khi đấu Y thì:
S =
Moomen tới hạn khi đấu Y sẽ được tính bằng:
M = 3U
Khi nối YY thì 2 cuộn dây nối song song nên:
R = , x =
R = , X =
lúc đó M = 3U
So sánh giữa các biểu thức trên ta thấy
= = 2
12
Vậy M = 2M
Và S = S
Như vậy khi đổi nối từ đấu Y sang cách đấu YY thì momen tới hạn tăng
gấp đôi còn độ trượt tới hạn thì như nhau.
Tương tự như cách tính trên thì ta cũng có:
Vậy P = 2P
Ngoài phương pháp đổi nối trên ta còn có một số phương pháp đổi nối
khác như: ∆/YY, từ Y/Y ngược…
Nhận xét và ứng dụng
13
+ Nhận xét:
Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, giá thành hạ
Các đường đặc tính đều cứng và tổn thất phụ không đáng kể
Động cơ làm viêc chắc chắn
Việc điều chỉnh khá đơn giản
+Nhược điểm: kích thước động cơ lớn
Dải điều chỉnh không rộng

tt
==
Vic iu chnh tc bng thay i in ỏp c dựng ch yu vi
cỏc ng c cụng sut nh cú h s trt S
th
ln.
III.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi iện trở mạch rôto
Thay đổi điện trở mạch rôto, bằng cách mắc biến trở ba pha vào mạch
rôto.
Biến trở điều chỉnh tốc độ phải làm việc lâu dài nên có kích thớc lớn
hơn so với biến trở mở máy. Họ đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôto
dây quấn khi có biến trở điều chỉnh tốc độ. Ta thấy rằng khi tăng điện trở,
tốc độ quay của động cơ giảm.
15
Nếu mômen cản không đổi, dòng rôto không đổi, khi tăng điện trở để
giảm tốc độ, sẽ tăng tổn hao công suất trong biến trở, do đó phơng pháp này
không kinh tế. Tuy nhiên phơng pháp đơn giản, điều chỉnh trơn và khoảng
điều chỉnh tơng đối rộng, đợc sử dụng điều chỉnh tốc độ quay của động cơ
công suất cỡ trung bình.
Từ những phơng pháp điều chỉnh trên ta thấy phơng pháp điều chỉnh
bằng cách thay đổi tần số có những u điểm hơn cả.
Từ những u điểm đó ở đồ án này em dùng ph ơng pháp điều chỉnh tốc độ
bằng thay đổi tần số làm ph ơng án để điều điều khiển tốc độ động cơ không
đồng bộ ba pha.
16
Chơng II
Lựa chọn phơng án mạch lực và mạch điều khiển
I. Phơng án mạch lực
Sơ đồ mạch lực:
I.1. Bộ chỉnh lu

, D
3
, D
5
các Katot đấu chung
+Nhóm chẵn: D
2
, D
4
, D
6
các Anot đấu chung
U U
d
u
a2
u
b2
u
c2
A
0 B

C

Các Diode nhóm lẻ dẫn điện khi điện thế cực A dơng nhất
Các Diode nhóm chẵn dẫn điện khi điện thế cực K âm nhất
- Từ
21
tt ữ

và D
4
dẫn
Bảng tóm tắt hoạt động:
Khoảng Chiều dòng điện Diode mở
Điện áp tải
d
U
21
tt ữ
Từ A đến B 1 và 6
a
u
2
ữ
b
u
2
32
tt ữ
A - C 1 - 2
a
u
2
ữ
c
u
2
43
tt ữ

C - B 5 - 6
c
u
2
ữ
b
u
2
Dòng tải bao giờ cũng xuất phát từ điểm có điện thế cao nhất tới điểm
có điện thế thấp nhất
- Mỗi Diode cho dòng chảy qua 1/3 chu kỳ ( 2

/3)
19
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
- Mỗi cuộn dây thứ cấp biến áp cho dòng chảy qua trong 2 lần một phần
3 chu kỳ ( 4

Biên độ sóng hài lớn nhất của I
t
( hay U
t
)
Giá trị trung bình của I
0
( hay U
0
)
t
U
t
có tụ C
C Phóng C nạp
t
Khi không có tụ lọc, điện áp trên tải có độ nhấp nhô lớn ( đờng hình sin
đứt nét).
Khi có tụ lọc mạch, trong mạch xảy ra quá trình phóng nạp:
Kết quả điện áp ra trên tụ tơng đối bằng phẳng.
Mặt khác tụ điện còn có tác dụng lọc các sóng hài bậc cao. Các sóng hài
bậc cao qua tụ C thoát xuống mass không đa ra tải. Do vậy dòng điện qua tải
chỉ còn thành phần 1 chiều và một phần thành phần hài bậc thấp.
- Điện cảm L
Khi dòng qua tải biến thiên ( đập mạch) trong cuộn L sinh ra sức điện
động tự cảm chống lại sự đập mạch đó, do vậy dòng điện ra bằng phẳng hơn.
Mặt khác các thành phần hài bậc cao khi qua L sẽ sụt áp trên L ( vì


càng lớn thì X

có một sự chuyển
trạng thái mạch).
Với nguyên tắc van nào dẫn coi là thông mạch.
Nguyên tắc chuyển mạch: cho góc mở của mỗi Tranzito là
0
180
và cứ
0
60
tiếp theo ( kể từ khi Tranzito trớc đó mở thì cho một Tranzito khác mở).
Nh vậy trong cùng một thời gian có 3 Tranzito mở.
22
T
0 ữ
60
0
60
0
ữ
120
0
120
0
ữ180
0
180
0
ữ240
0
240

5
, T
6
dẫn. Chiều dòng điện
trên tải đợc xác định theo chiều mũi tên, đến thời điểm 60
0
thì đảo trạng thái
từ T
5
sang T
2
. Do trên tải Z
c
mang tính cảm nên dòng điện không đảo ngay
lập tức mà năng lợng tích lũy trong Z
c
đợc duy trì theo chiều cũ, một thời
gian lúc đó buộc dòng điện duy trì phải thoát qua D
2
qua tải về âm nguồn
đến lúc dòng điện đổi chiều sẽ mang dòng điện duy trì thì D
2
khóa quá trình
chuyển mạch kết thúc.
Từ những lý luận nh trên ta có đợc các chuyển mạch:
23
I.3.2 D¹ng sãng m¹ch nghÞch lu:
24
§iÖn ¸p trªn tõng pha t¶i
Trªn pha A: