Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Nhận xét của giáo viên phản biện ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH KHOA ĐIỆN SVTH Phạm Viết Tâm MỤC LỤC MỤC LỤC 1 Lời Nói Đầu 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 4 1 1 Cấu tạo, phân loại động cơ xoay chiều không đồng bộ 4 1 1 1 Cấu tạo của động cơ xoay chiều không đồng bộ 4 1 1 2 Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ xoay chiều không đồng bộ 6 1 1 3 Nguyên lý làm việc của động cơ xoay chiều không đồng bộ 6 1 1 4 Đặc điểm và ứng dụng của động c.
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
Cấu tạo, phân loại động cơ xoay chiều không đồng bộ
1.1.1 Cấu tạo của động cơ xoay chi ều không đồng bộ Động cơ xoay chiều không đồng bộ gồm 2 thành phần chính: Stator và Rotor.
Stator là phần đứng yên của động cơ, được tạo thành từ vỏ, lõi sắt và quấn.
Vỏ máy có vai trò quan trọng trong việc cố định lõi sắt và dây quấn, nhưng không được sử dụng như một mạch dẫn từ Bên cạnh đó, vỏ máy còn giúp truyền nhiệt để làm mát Thông thường, vỏ máy được chế tạo từ gang, trong khi các máy có công suất lớn (1000kw) thường sử dụng thép tấm hàn để tạo thành vỏ Hình dạng và chất liệu của vỏ máy cũng thay đổi tùy thuộc vào phương pháp làm nguội.
Lõi sắt là bộ phận dẫn từ, giúp giảm tổn hao do từ trường quay Để đạt hiệu quả tối ưu, lõi sắt được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện ép chặt Đối với lõi sắt có đường kính ngoài nhỏ hơn 990mm, sử dụng tấm thép tròn ép lại, trong khi đó, với lõi sắt có đường kính lớn hơn 990mm, tấm thép hình rẻ quạt sẽ được ghép lại thành khối tròn.
Mỗi lá thép kỹ thuật điện được phủ sơn cách điện để giảm tổn hao do dòng điện xoáy Khi lõi sắt quá dài, cần ghép thành từng thếp ngắn từ 6cm đến 8cm, đặt cách nhau 1cm để đảm bảo thông gió Bên trong lõi thép có rãnh để lắp đặt dây quấn.
Dây quấn stator được lắp đặt trong các rãnh của lõi sắt và được cách điện hoàn toàn với lõi này Trong động cơ không đồng bộ, dây quấn bao gồm nhiều phần tử được kết nối với nhau theo một quy luật nhất định Các phần tử này là những bối dây được đặt trong các rãnh của phần ứng.
Bối dây có thể được cấu tạo từ một hoặc nhiều vòng dây, tùy thuộc vào thiết kế Số lượng vòng dây của mỗi bối, cũng như số vòng dây của mỗi pha và phương pháp kết nối, phụ thuộc vào các yếu tố như công suất, điện áp, tốc độ và cách điều khiển hoạt động của máy.
Hình 1.1: Dây quấn stator sau khi quấn hoàn chỉnh.
- Dây quấn một lớp - Dây quấn xếp.
- Dây quấn hai lớp - Dây quấn đồng tâm.
- Dây quấn đồng khuôn - Dây quấn song.
Rotor là phần quay của động cơ Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn.
Người ta thường sử dụng các lá thép kỹ thuật cho stator, trong đó lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy Bên ngoài các lá thép có thiết kế rãnh để lắp đặt dây quấn.
Rotor và dây quấn rotor.
Rotor có hai loại chính: rotor kiểu lồng sóc và rotor kiểu dây quấn.
- Loại rotor kiểu lồng sóc:
Kết cấu của dây quấn rotor khác biệt so với dây quấn stator, với các thanh đồng hoặc nhôm được đặt trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor Những thanh này được nối lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hoặc nhôm, tạo thành một lồng sóc.
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt, giúp cải thiện hiệu suất khởi động cho máy công suất lớn Đối với các động cơ điện cỡ nhỏ, rãnh rotor thường được thiết kế chéo một góc so với trục, trong khi rãnh sâu hoặc lồng sóc kép được áp dụng cho máy có công suất lớn hơn.
- Loại rotor kiểu dây quấn:
Rotor có dây quấn tương tự như dây quấn stator, với động cơ điện cỡ trung bình trở lên thường sử dụng dây quấn kiểu song hai lớp để giảm thiểu số lượng dây đầu nối và tạo cấu trúc chặt chẽ Đối với động cơ điện cỡ nhỏ, dây quấn đồng tâm một lớp thường được ưa chuộng Dây quấn ba pha của rotor thường được đấu hình sao, trong khi ba đầu còn lại được kết nối với ba vành trượt bằng đồng, đặt cố định ở đầu trục và kết nối với mạch điện bên ngoài qua chổi than Một điểm nổi bật của động cơ rotor kiểu dây quấn là khả năng đưa điện trợ phụ vào mạch điện rotor thông qua chổi than, giúp cải thiện khả năng khởi động, điều chỉnh tốc độ và nâng cao hệ số công suất Trong quá trình hoạt động bình thường, dây quấn rotor được nối ngắn mạch.
Hình 1.3: Rotor dây quấn công suất lớn và rotor dây quấn công suất nhỏ.
1.1.2 Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ xoay chiều không đồng bộ
Phân loại động cơ xoay chiều không đồng bộ.
Động cơ xoay chiều không đồng bộ rotor lồng sóc.
Động cơ xoay chiều không đồng bộ rotor dây quấn.
Ưu, nhược điểm của động cơ xoay chiều không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ, với cấu tạo đơn giản và động cơ rotor lồng sóc, có giá thành thấp hơn so với động cơ một chiều Đặc biệt, động cơ này vận hành tin cậy và chắc chắn Một ưu điểm nổi bật là nó có thể sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha mà không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi.
Nhược điểm của động cơ rotor lồng sóc là khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ và kiểm soát các quá trình quá độ Đặc biệt, động cơ này có các chỉ tiêu khởi động kém hơn so với động cơ điện một chiều.
1.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ xoay chiều không đồng bộ
Khi dòng điện 3 pha tần số f được cung cấp vào 3 dây quấn stator, một từ trường quay với p đôi cực được hình thành, quay với tốc độ n1 = 60 p f Từ trường này cắt qua các thanh dẫn của dây quấn rotor, tạo ra sức điện động theo quy tắc bàn tay phải Do dây quấn rotor được nối ngắn mạch, sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rotor.
Lực tác dụng tương hổ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rotor kéo rotor quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n.
Chú ý: Khi xác định chiều sức điện động
Sơ đồ nguyên lý làm việc của ĐC XCKĐB cảm ứng dựa trên quy tắc bàn tay phải cho thấy rằng chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn phải được xác định theo hướng ngược lại với từ trường, nếu coi từ trường là đứng yên.
Tốc độ của máy n nhỏ hơn tốc độ của từ trường n1, vì nếu hai tốc độ bằng nhau sẽ không có chuyển động tương đối, dẫn đến việc không xuất hiện sức điện động và dòng điện cảm ứng trong dây quấn rotor, do đó lực điện từ bằng 0 Độ chênh lệch giữa tốc độ của từ trường quay và tốc độ máy được gọi là tốc độ trượt n2, được tính theo công thức n2 = n1 – n (1.1).
Hệ số trượt của tốc độ là
Khi rotor đứng yên (n=0),hệ số trượt s=1 Khi rotor quay định mức s= 0,02 ÷ 0,06.
Tốc độ động cơ là: n = n1.(1 – s) = 60 p f (1-s) (1.3)
1.1.4.Đặc điểm và ứng dụng của động cơ xoay chiều không đồng bộ a Đặc điểm
- Mômen mở máy phải lớn để thích nghi với phụ tải.
- Dòng mômen phải nhỏ để khỏi ảnh hưởng đến phụ tải khác.
- Thời gian mở máy nhỏ để có thể làm việc được ngay.
Thiết bị mở máy đơn giản, tiết kiệm chi phí và tiêu thụ ít năng lượng, đặc biệt là động cơ điện không đồng bộ Với cấu trúc đơn giản và độ bền cao, loại động cơ này dễ sử dụng và bảo trì, do đó được ưa chuộng trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là với công suất dưới 100 kW.
Đặc tính cơ của động cơ xoay chiều không đồng bộ
1.2.1 Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ ba pha 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 đặt vào stato động cơ.
- Bỏ qua các tổn thất do ma sát, tổn thất trong lõi thép.
- Điện áp hoàn toàn sin, đối xứng 3 pha.
Ta có sơ đồ thay thế:
Hình 1.5: Sơ đồ thay thế ĐK.
- U1f : Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V).
- I1, I2, I’1 : Các dòng stato, mạch từ hóa, rôto đã quy đổi về stato (A).
- X1, Xà, X’2 : Điện khỏng stato, mạch từ, rụto đó quy đổi về stato (Ω).).
- R1, Rà, R’2 : Điện trở stato, mạch từ, rụto đó quy đổi về stato (Ω).).
- R’2f: Điện trở phụ (nếu có) ở mỗi pha rôto đã quy đổi về stato (Ω).).
- S: Hệ số trượt của động cơ
1.2.2 Phương trình đặc tính cơ Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha ta sử dụng sơ đồ thay thế Trên (hình 1.5) là sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ ba pha Khi nghiên cứu ta đưa ra một số giả thuyết sau đây:
- Ba pha cả động cơ là đối xứng, khe hở của không khí là đồng đều.
Các thông số của động cơ không thay đổi theo nhiệt độ, với điện trở rotor không bị ảnh hưởng bởi tần số dòng điện Hơn nữa, mạch từ không bão hòa, do đó điện kháng X1 và X2 cũng giữ nguyên giá trị.
- Tổng dẫn mạch từ hóa không thay đổi, dòng điện từ hóa không phụ thuộc tải mà chỉ
- Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép.
- Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng 3 pha.
Khi cuộn dây stator được cấp điện với điện áp định mức U1f trên một pha mà giữ yên
Rotor (không quay) thì mỗi pha của cuộn dây rotor sẽ xuất hiện sức điện động
E2pha đmtheo nguyên lý máy biến áp Hệ số quy đổi sức điện động là:
Từ đó có hệ số quy đổi của dòng điện: KI = K 1
Với các hệ số quy đổi này các đại lượng điện ở trong mạch rotor có thể quy đổi về phía mạch stator theo cách sau:
Dòng điện rotor quy đổi về phía stator có thể tính từ sơ đồ thay thế:
Khi động cơ hoạt động, công suất điện từ P1,2 được chuyển từ stator sang rotor, tạo ra công suất cơ Pcơ trên trục động cơ, đồng thời phát sinh công suất nhiệt P2 làm nóng cuộn dây.
Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì có thể coi mômen điện từ Mđt của động cơ bang mômen cơ Mcơ.
0 (1.7) Công suất nhiệt cuộn dây bap ha là:
P2 = 3.R’2.I’2 2 (1.8) Thay (1.8) vào (1.5) sau đó thay vào (1.7) ta được:
Sω 0 ¿ ¿ (1.9) Trong đó: Xnm = X1 + X’2 là điện kháng ngắn mạch
Phương trình (1.9) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
Biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ tạo thành một đường cong, như minh họa trong hình 1.4 Để xác định điểm cực trị của đường cong này, ta cần giải phương trình dM/dS = 0, từ đó tìm ra giá trị M và S tại điểm cực trị, được ký hiệu lần lượt là Mth và Sth, tương ứng với mômen và độ trượt tới hạn.
Thay (1.10) vào (1.9) ta có Mth:
Trong hai biểu thức (2+X nm 2) (1.11), dấu (+) biểu thị cho trạng thái của động cơ, trong khi dấu (-) thể hiện trạng thái của máy phát Kết quả cho thấy rằng Mth trong chế độ máy phát lớn hơn Mth trong chế độ động cơ.
Khi nghiên cứu các hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ, việc quan tâm đến trạng thái làm việc của động cơ là rất quan trọng Các đường đặc tính cơ thường được biểu diễn trong khoảng tốc độ từ 0 đến Sth Để đơn giản hóa, người ta thường tuyến tính hóa đoạn làm việc từ ω0 đến ωđm.
Hình 1.6: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
1.2.3 Ảnh hưởng của các tham số đến dạng đặc tính cơ a Ảnh hưởng của điện áp:
Khi điện áp vào động cơ giảm:
Ta thấy mômen tới hạn giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ giảm của điện áp.
- Trong khi tốc độ đồng bộ: ω0 = 2 60 πnn không thay đổi.
- Mth nói lên khả năng quá tải của động cơ.
Mômen mở máy (Mmm = K2U1f^2) giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp, điều này phù hợp với phụ tải bơm và quạt gió nhưng không thích hợp với phụ tải không đổi Đối với động cơ công suất lớn sử dụng cho bơm hoặc quạt gió, người ta thường áp dụng phương pháp tăng dần điện áp đặt vào động cơ nhằm hạn chế dòng điện khi khởi động.
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha sẽ thay đổi khi điện áp được điều chỉnh Sự thay đổi này cũng bị ảnh hưởng bởi điện trở phụ hoặc điện kháng phụ nối tiếp trong mạch stator, điều này có thể tác động đến hiệu suất và hoạt động của động cơ.
- Khi thêm điện trở phụ R1 vào stator thì ω0 không đổi, độ trượt tới hạn Sth giảm, mômen tới hạn Mth giảm.
- Khi thêm điện kháng phụ Xf vào mạch stator thì tốc độ ω0 không đổi, độ trượt tới hạn Sth giảm, mômen tới hạn Mth giảm.
Khi chọn Rf hoặc Xf, cần đảm bảo chúng có cùng mômen khởi động (Mnm), vì đường đặc tính của Rf sẽ nằm gần trục tung hơn do tổn thất năng lượng lớn hơn Đối với động cơ không đồng bộ có rotor dây quấn, việc mắc thêm điện trở phụ Rf vào mạch rotor giúp hạn chế dòng điện khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ.
Khi đưa Rf vào mạch rotor thì ω = const; Mth = const;
Khi giá trị Rf tăng, Sth cũng sẽ tăng theo, trong khi β giảm cho thấy đặc tính cơ trở nên mềm hơn Việc thay đổi Rf dẫn đến việc tạo ra một tập hợp các đường đặc tính biến trở.
Khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn rotor, đặc tính cơ của động cơ sẽ thay đổi Số đôi cực từ p có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hoạt động của stator Để điều chỉnh số đôi cực, người ta thường thay đổi cách đánh dấu dây, theo công thức ω = ω0 (1-S) = 2 p πnf (1-S).
Khi thay đổi số đôi cực p, tần số góc ω0 cũng sẽ thay đổi do tốc độ động cơ thay đổi Tuy nhiên, độ cứng của đặc tính cơ Sth không phụ thuộc vào p, vì vậy nó vẫn giữ nguyên Việc thay đổi số đôi cực cũng ảnh hưởng đến cách đánh dấu dây ở động cơ stator, dẫn đến một số thông số như Uf, R1 và X1 có thể thay đổi, từ đó ảnh hưởng đến mômen tới hạn Mth của động cơ trong từng trường hợp cụ thể.
Hình 1.9: Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực, M th = const.
Hình 1.9 và hình 1.10 biểu diễn đặc tính cơ thay đổi với p = p 1
Hình 1.10: Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực p 1 = const. e Ảnh hưởng của tần số:
- Từ biểu thức ω0 = 2 p πnf ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm thay đổi tốc độ từ trường quay và tốc độ động cơ thay đổi.
- Xét trường hợp khi tăng tần số f1¿ fđm, từ biểu thức (1.11) biến đổi ta có.
Khi tăng tần số, Mth giảm (với điện áp giữ nguyên không đổi) do vậy: Mth
Khi tần số f1 nhỏ hơn tần số định mức fđm, nếu giữ nguyên điện áp, dòng điện của động cơ sẽ tăng đáng kể do tổng trở của động cơ giảm theo tần số.
Do vậy khi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định Trên hình
1.11 Trình bày đặc tính cơkhi f1¿ f1đm với điều kiện Φ = const thì Mth giữ không đổi Ở vùng f1¿ f1đm, Mth tỉ lệ nghịch với bình phương tần số Hình 1.11:Đặc tính cơ khi thay đổi tần số ĐC KĐB. Động cơ không đồng bô ba pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với động cơ khác Sỡ dĩ như vậy là do động cơ KĐB có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha Tuy nhiên trước đây các hệ truyền động cơ không đồng bộ có điều chỉnh tốc độ lại chiếm rất nhỏ, đó là do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB có khó khăn hơn động cơ một chiều Trong thời gian gần đây, do sự phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơKĐB mới được khai thác các ưu điểm của mình Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động tiristo, động cơ một chiều.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB
Động cơ không đồng bộ khi mắc vào nguồn điện có tần số f1 thì ta có biểu thức tốc độ: ω = ω0 (1-S).
Trong đó: ω tốc độ quay của rotor. ω0 = 2 πnf 1 p tốc độ không tải lý tưởng.
S hệ số trượt của động cơ.
Do đó ta có: ω = 2 πnf 1 p (1-S).
Để thay đổi tốc độ của động cơ không đồng bộ ω, ta có thể điều chỉnh các thông số như tần số nguồn f1, số đôi cực và hệ số trượt Những điều chỉnh này dẫn đến các phương pháp khác nhau trong việc điều chỉnh động cơ không đồng bộ.
- Thay đổi tần số f1 của nguồn áp.
- Điều chỉnh điện áp đặt vào stator.
- Điều chỉnh điện trở mạch rotor.
- Dùng sơ đồ nối tầng động cơ không đồng bộ.
1.3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số a Nguyên lý điều chỉnh.
Tần số lưới điện ảnh hưởng đến tốc độ góc của từ trường quay trong máy điện, cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số dòng stator Để thực hiện việc điều chỉnh này, chúng ta sử dụng bộ nguồn biến tần BT cung cấp năng lượng cho động cơ.
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện của điều chỉnh tần số.
Máy điện được thiết kế để hoạt động ở tần số định mức, vì vậy khi tần số thay đổi, chế độ làm việc của máy cũng sẽ bị ảnh hưởng Tần số có tác động trực tiếp đến từ thông của máy điện, và mối quan hệ này có thể được phân tích thông qua phương trình cân bằng điện áp trong mạch stator của máy.
Trong đó:E1 Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây stator. Φ Từ thông móc vòng qua cuộn dây stator. c Hằng số tỷ lệ.
U1 Điện áp đặt vào stator động cơ. f1 Tần số dòng stator.
Nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở của cuộn dây stator ta có: Φ = U cf 1
Khi giữ điện áp U1 không đổi và tăng tần số f1, từ thông trong máy giảm, dẫn đến mômen động cơ giảm Nếu mômen tải không thay đổi hoặc tăng theo tốc độ, dòng điện sẽ phải tăng để cân bằng với mômen tải, gây ra tình trạng quá tải dòng cho động cơ Ngược lại, khi giảm tần số để giảm tốc độ, từ thông lại tăng, làm tăng mức độ từ hóa lõi thép, dẫn đến tổn hao thép cao hơn và làm nóng máy điện.
Như vậy khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số thì ta cũng phải thay đổi điện áp một cách tương ứng.
Khi thay đổi tần số và điều chỉnh điện áp để giữ hệ số quá tải của động cơ không đổi (λ = Mth/Mc = const), chế độ làm việc của động cơ sẽ luôn duy trì ở mức tối ưu như khi hoạt động ở thông số định mức, dẫn đến hiệu suất của máy trong toàn dải điều chỉnh gần như không thay đổi Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tần số không chỉ phụ thuộc vào tần số mà còn phụ thuộc vào quy luật thay đổi điện áp và đặc tính của phụ tải.
Hình 3.2: Các dặc tính điều chỉnh của động cơ KĐB với các dải tần số khác nhau. c Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số có các ưu, nhược điểm sau: Ưu điểm.
- Điều chỉnh vô cấp tốc độ quay của động cơ.
- Dải tần chỉnh tốc độ D lớn
Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ sử dụng biến tần kết nối trực tiếp với lưới điện, loại bỏ nhu cầu về các thiết bị biến đổi Nó áp dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc với thiết kế đơn giản và chắc chắn, có chi phí thấp và khả năng hoạt động hiệu quả trong mọi môi trường.
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng biến tần có thể hãm tái sinh cho nguồn điện xoay chiều này có thể làm việc ở 4 góc tọa độ.
Bộ biến tần có giá thành đắt do sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn và mạch điều khiển điện tử.
Hệ thống điều khiển tốc độ bằng biến tần mang lại nhiều lợi ích, nhưng ứng dụng của nó phụ thuộc vào yếu tố kinh tế Thực tế cho thấy, biến tần thường được áp dụng khi nhiều động cơ cần thay đổi tốc độ theo một quy luật chung Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn ít được sử dụng với biến tần, vì biến tần dễ dàng điều chỉnh tốc độ cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.
1.3.2.Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực a Nguyên lý điều chỉnh.
Phương pháp thay đổi số đôi cực thường dùng nhiều nhất cho động cơ hai cấp.Tốc độ, có hai cách đấu như sau:
Để thay đổi số đôi cực P của động cơ, cần thay đổi cách nối dây quấn stator theo sơ đồ ∆ - YY Những máy này được gọi là máy đa tốc độ, với hai phương pháp thay đổi số đôi cực: phương pháp đầu tiên sử dụng hai tổ nối dây riêng biệt, mỗi tổ có hai số đôi cực khác nhau; phương pháp thứ hai sử dụng một tổ dây quấn stator, trong đó mỗi pha được chia thành hai đoạn Việc thay đổi cách nối giữa hai đoạn này sẽ dẫn đến sự thay đổi của số đôi cực P Phương pháp đầu tiên cho phép tạo ra hai tốc độ độc lập, trong khi phương pháp thứ hai có sơ đồ đấu dây phức tạp và tạo ra hai cấp lệ thuộc nhau.
Khi đổi nối từ tam giác → sao kép (∆-YY) ta có những quan hệ sau đây Khi nối
∆ hai đoạn dây stator đấu nối tiếp nên:
Và tương ứng:R2 = 2r2; X2 = 2X2; Xnm = 2Xnm (1.13) Trong đó: r1, r2, X1, X2điện trở và điện kháng mỗi đoạn dây stator và rotor Điện áp đặt lên dây quấn mỗi pha là Uf∆ = √ 3 U 1
4ω 0 (r 1 ± √ r 2 2 + X 2 nm ) (1.15) Nếu nối YY thì:
R1YY = 1 2r1; X1YY = 1 2X1; R2YY = 1 2r2 ; X2YY = 1 2X2 (1.16) Còn áp trên dây quấn mỗi pha là UfYY = U1 vì vậy:
So sánh (1.18) và (1.15) ta thấy M M thYY t h ∆ = 2 3 (1.19)
Như vậy khi nối ∆→YY tốc độ khong tải lý tưởng tăng hai lần Sth giữ nguyên, mômen tới hạn giảm đi 1 3. Đặc tính cơ có dạng như hình3.4.
Hình 3.4: Các đặc tính cơ điều chỉnh và đặc tínhtải cho phép khi đổi nối dây quấn stator ∆ - YY
Hình 3.5: Đổi nối dây quấn stator theo sơ đồ Y-YY.
SthY = SthYY ; MthY = MthYY (1.25)Dạng đặc tính cơ có dạng:
Hình 3.6: Các đặc tính cơ điều chỉnh và đặc tính tải cho phép khi đổi nối dây quấn stator Y-YY. b Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng.
Phương pháp thay thế đôi cực P sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm thiết bị đơn giản và giá thành thấp Các đặc tính cơ học cứng và khả năng điều chỉnh linh hoạt giúp tối ưu hóa hiệu suất Đặc biệt, độ chính xác của phương pháp này được duy trì ở mức cao, trong khi tổn thất trượt trong quá trình điều chỉnh là không đáng kể.
Phương pháp này gặp phải nhược điểm lớn là độ tinh chỉnh kém, dải điều chỉnh hạn chế và kích thước động cơ lớn, dẫn đến việc động cơ đa tốc độ thường chỉ được chế tạo với công suất dưới 20 đến 30 kW.
- Phạm vi ứng dụng. Được sử dụng trong một số máy cắt kim loại, nâng bơm ly tâm và cả quạt gió.
1.3.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp dặt vào stator a Nguyên lý điều chỉnh. Để điều chỉnh điện áp người ta dùng bộ nguồn BD có điện áp ra thay đổi tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển Uđk với sơ đồ nguyên lý hình 3.7.
Hình 3.7: Sơ đổ tổng quát của hệ truyền động điện KĐB của thay đổi điện áp.
Khi điện áp lưới giảm xuống x lần (x < 1), mômen sẽ giảm còn x² lần so với mômen định mức (M = x² Mđm) Nếu mômen tải không thay đổi, tốc độ sẽ giảm và hệ số trượt sẽ tăng lên.
Theo công thức mômen M = cmI2 ’Φ, khi điện áp lưới U1 = xUđm, sức điện động E và từ thông Φ đều tăng lên x lần so với giá trị ban đầu, trong khi đó I ’ 2 cũng tăng lên 1/x lần Hệ số trượt sẽ được điều chỉnh tương ứng với các thay đổi này.
Nên hệ số trượt S sẽ bằng 1/x 2 lần hệ số trượt cũ và tốc độ động cơ điện ở điện áp
Khi điện áp không đạt giá trị định mức, mômen tới hạn Mth sẽ thay đổi theo tỷ lệ với bình phương điện áp, trong khi độ trượt tới hạn Sth vẫn giữ nguyên Công thức tính là: U1 = xUđm = n = n1.(1 - S x 2).
Mth.u = Mth.U b ¿2 ; Sth.u = Sth.tn = const Đặc tính điều chỉnh có dạng như sau:
Hình 3.8: Các đặc tính cơ khi điều b Các phương pháp điều chỉnh điện áp.
Bộ điều chỉnh thyristor là giải pháp ngày càng phổ biến trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ nhờ vào nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp biến đổi xoay chiều khác, như sử dụng biến áp tự ngẫu hay khuếch đại từ.
Sơ đồ nguyên lý của hệ dùng bộ điều chỉnh thyristor như hình 3.9.
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống dùng bộ điều chỉnh thyristor.
