Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bộ khởi động động cơ không
đồng bộ 3 pha
1. Giới thiệu chung :
Động cơ không đồng bộ là máy điện xoay chiều, có tốc độ rôto khác
tốc độ stato . Từ trường quay có thể là 1 pha , 2 pha hoặc 3 pha, tuỳ thuộc
vào cấu tạo dây quấn ở stato là 1 pha, 2 pha hoặc 3 pha. Theo cấu tạo dây
quấn rôto , động cơ không đồng bộ được chia làm 2 loại: Rôto lồng sóc và
rôto dây quấn động cơ không đồng bộ lồng sóc có cấu tạo đơn giản, vận
hành và bảo quả
n 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.
Đ
ồ án tốtnghiệp Thiết kế bộ khởi động động cơ khôngđồng bộ ba
pha
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
2
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. Phần 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 đố
i
Dây quấn stato được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách đi
ện
tốt với lõi sắt. 2.2. Phần quay Rôto.
Có 2 bộ phân chính: Lõi sắt và dây quấn.
a/ Lõi sắt.
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
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 giố
ng 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 trượt
Đ
ồ án tốtnghiệp Thiết kế bộ khởi động động cơ khôngđồng bộ ba
pha
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
4
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
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
5
lực điện từ đó tạo thành một mômen điện từ đối với trục quay, do đó làm
cho rôt quay theo chiều quay cảu từ trường quay.
Tốc độ quay của N
2
của roto luôn luôn nhỏ hơn tốc độ quay của n
1
của từ trường quay ( tốc độ quay đồng bộ ). Nếu tốc độ quay của roto đạt
đến tốc độ quay đồng bộ thì không còn có sự chuyển động tương đối giữa
nó và từ trường nữa. Dây điện của rôto sẽ không cắt đường sức do đó sức
điện động cảm ứng , dòng điện và momen điện từ của nó đều bằng 0 . Do
đó ta th
ấy roto luôn quay theo từ trường quay với tốc độ n
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
ồ án tốtnghiệp Thiết kế bộ khởi động động cơ khôngđồng bộ ba
pha
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
6
lõi sắt của MBA truyền điện năng từ cuộn sơ cấp cho sơ cấp cho cuộn thứ
cấp. Do đó khi dòng điện trong roto tăng lên thì dòng điện trong stato
cũng tăng lên.
Momen điện từ (M) của động cơ KĐB tỷ lệ thuận với tích của từ
thông quay (φ) và thành phần tác dụng của dòng điện roto (I
2
cosϕ
2
)
M = C
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.
Mạch điện rôto tương đương với một cuộn dây quấn trên lõi sắt nó
cũng có cảm kháng, độ lớn của cảm kháng tỷ lệ thuận với tần số của dòng
điện trong roto . Cảm kháng càng nhỏ thì cosϕ càng lớn . Tần số của dòng
điện trong roto giảm khi n
1
- n
2
giảm -> cosϕ tăng.
Ta thấy quan hệ giữa momen điện từ và độ trượt khá phức tạp , đó
là một đường cong quan trọng biểu thị đặc tính vận hành của động cơ
KĐB cho ta thấy độ trượt khi momen điện từ thay đổi.
- M
max
: Momen cực đại
- M
xđ
: Momen khởi động
Đ
ồ án tốtnghiệp Thiết kế bộ khởi động động cơ khôngđồng bộ ba
pha
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
7
- M
đm
: Momen định mức
- S
th
: Độ trượt tới hạn.
momen điện từ tăng lên . Do đó tạo nên sự cân bằng mới với momen cản,
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
M
S
th
S = 1
M
đm
M
max
M
kdd
S
Đ
ồ án tốtnghiệp Thiết kế bộ khởi động động cơ khôngđồng bộ ba
pha
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
8
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 động 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 hơ
i quá tải một ít động cơ sẽ dừng lại ngay. Do đó động
cơ , do đó các động cơ cỡ lớn đều có thiết bị bảo vệ điện áp thấp ( hoặc
kém điện áp ).
III- ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.
* Phương trình đặc tính cơ .
Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
ta dựa vào đồ thay thế với các giả thiết sau:
- 3 pha của động cơ là đối xứng.
- Các thông số của động cơ không đồng bộ không đổi.
- Tổng dẫn mạch từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá không
phụ thuộc tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp đặ
t vào stato động cơ.
Đ
ồ án
pha
về s
khá
n
và ro
với t
n tốtnghiệp
ầ
- Bỏ qu
- Điện á
Ta có sơTrong
đ
U
1f
:
ệp
ầ
ua các tổn
áp lưới ho
ơ đồ thay
đó :
ện áp pha
2
: Các dò
X
2
: Điện k
o đã qui đ
R
2
: Các điệ
i đổi về st
trượt của đ
quay.
W
p
f
W
WW
;
60
00
0
0
=
−
=
góc của đ
iện áp ngu
ực từ động
kế bộ khở
át, tổn thất
in đối sứng
tato
từ hoá, sta
ạch từ hoá
o.
dụng của
đặc trưn
g
W
0
: T
ộngcơ
uồn đặt và
g cơ.
ởi động độn
t trong lõi
g ba pha
ato và dòn
á , điện k
mạch từ
g cho tốc đ
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
1
11
R
U
UI
f
f
(1-11) p
- Khi
ω
Dòng k
I
1
- Khi
ω
->
U
f
+
μ
= 0 -> S
> I
1
=
2
R
U
μ
I
1
ngắn mạ
> I'
2
=
f
U
1
Thiết
ề
ơ đồ thay
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
U
+
+
μμ
ạch.
( )
RR
21
'
1
.
+
(
kế bộ khở
thế ta tính
(
(
++
⎟
⎠
⎞
++
⎟
⎠
⎞
1
2
1
2
2
⎥
⎥
⎦
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
+
2
2
2
2
'
'
X
X
iện stato
2
nm
X
nm
I
2
'
= M
Công suất được chia thành 2 phần
P
cơ
: Công suất đưa ra trên trục động cơ
∇P
2
: Công suất tổn hao động trong roto
P
12
= P
cơ
+∇P
2
-> M
ω
0
= M
ω
+∇P
2
-> ∇P
2
= M.(
ω
0
-
ω
) = M
nmo
f
.
'
'.3
2
2
2
1
2
2
1
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
)
22
11
2
1
.2
.3
nmo
f
th
XRRW
U
M
+±
±=
Dấu (+) ứng với chế độ động cơ
Dấu (-) ứng với chế độ máy phát
Đ
ồ án
pha
tâm
biể
u
n tốtnghiệp
2
1
'R
R
a =
Thiết
ề
: Đồ thị đặ
hệ truyền
m việc của
ộ 0 ≤ S ≤
của động c
g trình đặc
th
h
th
Sa
S
Sa
.
.
+
+
2
kế bộ khở
ặc tính cơ
n động vớ
a động cơ
ồ án tốtnghiệp Thiết kế bộ khởi động động cơ khôngđồng bộ ba
pha
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
13
Đối với các động cơ công suất lớn thường R
1
rất nhỏ so với X
nm
lúc
này có thể bỏ qua R
1
, coi R
1
= 0 ; a.S
th
= 0 ta có.
S
S
S
S
M
M
th
th
th
+
=
.2
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.
Đ
ồ án tốtnghiệp Thiết kế bộ khởi động động cơ khôngđồng bộ ba
pha
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
14
Đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện nhờ cầu dao. Đây là phương
U
t
sẽ giảm
G
Gọi dòn
êm
điện kh
Vì mô
m
ệp
ầ
Hình
ở máy tron
mở máy b
Có thể điều
thiết. Do c
m đi và nhỏ
Giả sử :
dc
U
ng điện m
áng vào ,
I
mđ
=
men mở m
mck
M
m
k
M
=
kế bộ khở
áp mở má
điện stato
đóng cầu
rị số mà đ
t
rên điện
n áp lưới U
ck
>1)
à mômen m
n mở máy
ck
m
dc
k
I
Z
U
=
.
1
ới bình ph
ởi động độn
đặt vào đ
à I
m
và M
nên :
ộ ba
ng ta
sẽ bị
điện
động
M
m sau
Đ
ồ án
pha
hạ á
đóngn tốtnghiệp
ầ
b/Dùng
Trong s
áp nối với
g cầu dao
Máy bi
ế
T
M
mđc
=
ba
m
k
I
ml
=
2
'
ba
k
I
=
Thiết
ề
tự ngẫu h
.10: Hạ áp
à biến áp
. Sau khi
ở D
3
.
ngẫu nối Y
y biến áp th
dựa vào sơ
U
2
= U
2
1
=
ơ đồ ta thấ
I
ml
= I
1
; I
g ở phươn
ởi động độn
p mở máy.
y bằng biế
ên cao áp
xong thì
iểm trung
BA
k'=
ấy:
I
mđc
= I
2
.
g pháp c
u
ng cơ khôn
rất nhiều so với phương pháp mở máy trên. Mặt khác khi lấy từ lưới vào 1
dòng điện mở máy bằng dòng điện mở máy của phương pháp trên thì
phương pháp này có mômen mở máy lớn hơn . Đây chính là ưu điểm của
phương pháp dùng biến áp tự ngẫu hạ biến áp mở máy.
c/ Mở máy bằng phương pháp Y -
Δ
Phương pháp này thích ứng với những máy khi làm việc bình
thường đấu tam giác. Lúc mở máy chuyển sang đấu Y. Như vậy điện áp đi
vào 2 đầu mỗi pha chỉ còn
3
1
U
.
Khi mở máy đóng cầu dao D
1
còn cầu dao D
2
thì đóng xuống dưới
điểm mở máy dấu Y khi máy đã chạy rồi thì đóng cầu dao D
2
về phía trên
máy đầu tam giác
Theo phương pháp này ta có : Khi đấu Δ
I
mΔ
= I
mđ
=
dc
=→
=→
Δ
( Vì điện áp đặt lên dây quấn giảm
3
lần ).
Đ
ồ án
pha
3. Mđiể
m
điện
mạc trìn
h
n tốtnghiệp
ầ
Mở máy đ
Mở má
y
[
11
'.2
.3
RRf
p
+
π
y khi có đ
i máy đã q
y ta căt dần
Thiết
ề
hông đồng
ch đưa điệ
H
y chỉ dùng
này là có
thì M = f(
ợp thì sẽ đ
hụ R
f
thì t
)
(
1
2
X
U
f
2
'
X
)
]
2
21
'
)
XX
f
+
hụ thì I
mRf
iữ một mô
phụ.
ởi động độn
dây quấn
ụ vào roto
1
ng động c
điện trở v
thay đổi.
g thái mở m
giảm và M
ômen điện
ng cơ khôn
n.
cơ roto dây
, bả
đồn
g
n tốtnghiệp
ầ
Khi ta c
ng M = f(
độ đạt đến
Như vậ
c momen
ng nơi nào
o quản kh
g bộ roto
V. XÂY
* Sơ đồ
ệp
ầ
cắt dần cá
(S) này sa
n điểm làm
ậy dùng đ
mở máy
o mở máy
hó khăn, g
dây quấn
DỰNG M
ng cơ khôn
y đổi tốc đ
cắt hết điệ
ởi động
o dây quấ
ỏ nên ta th
y cao. Cấu
ểm của độ
ngđồng bộ
độ động c
ện trở phụ
ấn có thể
hường dùn
u tạo phức
ộng cơ kh
ộ ba
ơ từ
ụ thì
đạt
ng ở
c tạp
hông
Đ
ồ án tốtnghiệp Thiết kế bộ khởi động động cơ khôngđồng bộ ba
pha
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
20
* Nguyên lý hoạt động
Khi đóng Aptomat vào, nguồn điện qua bộ biến đổi đưa đến để khởi
Đ
ồ án tốtnghiệp Thiết kế bộ khởi động động cơ khôngđồng bộ ba
pha
Sinh viên : Trần thị Phương Hiền – Lớp TĐH – K7
21
Sự làm mát động cơ thường tuỳ thuộc vào dòng xoáy không khí
trong khe, do quạt lắp trên trục động cơ tạo nên . Khi động cơ quay với
tốc độ nhỏ hơn định mức thì hiệu quả làm mát lớn hơn -> phải giảm
momen hay dùng thông gió cưỡng bức nhờ thiết bị bên ngoài tạo nên.
Việc giảm các tổn hao của truyền động làm tăng hiệu xuất chung và
tiết kiệm năng lượng.
* Lựa ch
ọn phương pháp khởi động
Từ các phương pháp khởi động trên ta thấy phương án 4 là phương
án thích hợp nhất . Trước hết ta đi phân tích từng phương án để thấy được
ưu nhược điểm cũng như phạm vi ứng dụng của nó.
* 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
loại động cơ có cấp đổi n
ối Y - Δ là 380/600 => động cơ bơm là 380/220 -
> không thích hợp.
- Phương pháp dùng Thyristor.
Từ việc phân tích trên ta thấy phương pháp này là tối ưu nhất, dùng
phương pháp này vừa hạ được điện áp ( dùng điều áp xoay chiều song
song ngược ) thêm vào đó khởi động êm , không phát sinh tia lửa điện , có
thể huy động công suất nhỏ , điều khiển được công suất lớn, vận hành đơn
giản, an toàn và độ tin cậy cao.
Đ
ồ án
pha
Ngu
tron
trị trcủa
đón
gáp
x
Thy
tron
giá t
CÁ
biến đổi
ến đổi xu
ời gian nhấ
của điện á
n lý biến đ
thay đổi g
đổi rất cao
nhỏ.
Ộ BIẾN ĐỔ
biến đổi x
u với hiệu
c song s
o
u kỳ của đ
ụng của đi
ơ đồ van .
p xoay ch
ơng đươn
đấu song s
Thiết
ề
CH
ÁC BỘ BI
i xung áp
ung áp là d
ất định t
x
t
áp gia tải
ụng các sơ
rong chức
ược b/ Cầu
ởi động độn
II
I XUNG Á
c năng bi
phần tử
k
ảng từ 0 -
u kỳ T .
ưu điểm cơ
g một phạm
ộ biến đổi
Y CHIỀU.
, dùng để
xoay chiề
riac để th
óc mở α -
ơ đồ van c
c năng điề
u Diot
ng cơ khôn
ÁP
ến đổi m
khoá nối t
- T ta thay
ơ bản là:
m vi rộng
i chủ yếu
được
c sơ
xoay
Đ
ồ án
pha
Ta n
chi
ề
nhiê
Tria
qua
Th
y
thự
c
xung
sơ đ
n tốtnghiệp
ầ
nhận thấy t
Như ta
ều là Triac
ên người
ac, lúc này
cụm Thy
yristor dễ h
Thiết
ề
đồ trên thì
an bán dẫn
à loại duy
g dùng T
yristor the
xoay chiề
.
ồ b, nếu th
hỉnh điện
kỳ điện áp
sơ đồ a, c.
AY CHIỀU
tải thuần
lý
kế bộ khở
ì sơ đồ a đ
n phù hợp
nhất cho
Thyristor đ
eo một ch
ều . Thêm
hay Thyry
n áp bằng
p lưới. Tu
.
1 PHA
trở
ởi động độn
ộ ba
xoay
Tuy
cho
dòng
khoá
ó thể
rộng
rong
Copyright: Tài liệu đại học ©