§å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Lêi nãi ®Çu    !"#$%&'()*+, -./0#1!234)"#!1 21!/$5!016!7' 89*+,-/%5!0:;  7$!1)3<=3'> %$+&"?!/%@:&"!  A%%/=:&"!!1&<  *)A!B!$C?DB  C94 !1' E+F#G !1?1!  +F&H%%&+I6!!&!&<1  /"*+JK*4'8.0$9H#LM//  1!2#&H%%&+I6!%N ?!OP&7"I!1  '</6!).%%H&#92  </6!%9B!'M+!A*! %H$P-  ),"!Q  M=6!1!2#&H%% '  R7C4'  R7C41!3'  M=)#1!34D' M6!.$%IP&3S  </!"$P0)<T/ B  %43%H' U?%SD%/I"I!"9B9+J M/"!VM!W$-0.9+J1!T/6!T %!$903X&M/X@>;>M:Y>4Z7X(Z %4"A-4<1!A*!#"!#  Y%H#'  1 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội I.Khái quát về động cơ không đồng bộ ba pha 2 II.Mạch điện thay thế 3 III.Đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ 5 84 Chơng I Tổng quan các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha A. mạch điện thay thế và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha I. Khái quát về động cơ không đồng bộ ba pha Trong quá trình khai thác sử dụng các tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho nền kinh tế quốc dân nói riêng và các hoạt động của xã hội nói chung, không thể không nói đến sự biến đổi năng lợng từ dạng này sang dạng khác. Trong đó, động 2 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội cơ điện là thiết bị biến đổi từ điện năng thành cơ năng có vai trò rất to lớn trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng và rất nhiều lĩnh vực khác. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ và kỹ thuật hiện đại. Đặc biệt trong lĩnh vực điện tử và bán dẫn công suất (transistor công suất, tiristor, triac) đã tạo điều kiện cho việc sử dụng các động cơ điện có hiệu quả và đa ra nhiều ph- ơng án để lựa chọn những loại động cơ thích hợp. Hiện nay, động cơ điện không đồng bộ đợc sử dụng rộng rãi chiếm tỷ lệ rất cao với mức công suất nhỏ từ vài chục W đến mức công suất trung bình hàng trăm kW. Với những u điểm nổi bật của nó nh: giá thành hạ (chỉ bằng 1/6 động cơ điện một chiều khi có cùng công suất), làm việc tin cậy chắc chắn, hiệu suất cao Ngoài ra động cơ không đồng bộ còn dùng trực tiếp lới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo, đỡ phức tạp cho hệ thống. Các lĩnh vực ứng dụng của động cơ không đồng bộ nh: Trong công nghiệp thờng dùng làm nguồn lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng trong các trạm bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống sinh hoạt hàng ngày, động cơ điện không đồng bộ cũng chiếm một vị trí rất quan trọng nh làm quạt gió, máy bơm n- ớc, tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ Cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá và tự động hoá thì phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng đợc cải thiện và mở rộng. Tuy nhiên, với mỗi loại động cơ đều có những nhợc điểm riêng của nó. Đối với động cơ không đồng bộ bên cạnh những u điểm kể trên nó có một số nhợc điểm sau: Đặc tính điều chỉnh không tốt, cos thấp, khống chế các quá trình quá độ khó khăn. Riêng đối với động cơ rô to lồng sóc có đặc tính khởi động tơng đối xấu. Chính vì những lý do đó nên ứng dụng của nó trong một số điều kiện cụ thể còn có phần bị hạn chế. Nói tóm lại, với những u điểm nổi bật của động cơ không đồng bộ thì việc ứng dụng nó trong những lĩnh vực của cuộc sống ngày càng đợc phát triển và cải tiến về mọi mặt. II. Mạch điện thay thế Nói chung, trên stato của động cơ không đồng bộ có dây quấn m 1 pha (th- ờng m 1 = 3), trên rôto có dây quấn m 2 pha (m 2 = 3 đối với động cơ rôto dây quấn; còn đối với động cơ rôto lồng sóc thì m 2 > 3). Nh vậy trong động cơ không đồng bộ có hai mạch điện không nối với nhau và giữa chúng chỉ có sự liên hệ về cảm ứng từ. Sau khi đã phân tích các quan hệ điện từ ta có đợc hệ phơng trình cơ bản của động cơ không đồng bộ lúc rôto quay nh sau: 3 ;ZI=E- ;I='I+I ;E='E );jx'+ s r' ('I-'E=0 );jx+(rI+E-=U m 0 1 0 2 1 1 2 2 2 2 2 11 1 1 1 (I) Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Dựa vào các phơng trình cơ bản trên, ta có thể thiết lập đợc mạch điện thay thế hình T cho động cơ không đồng bộ khi rôto quay nh sau: Thờng để thuận lợi cho tính toán, ngời ta biến đổi mạch điện thay thế hình T thành mạch điện thay thế hình đơn giản hơn: MQ m 1 1 Z Z 1C += [ 4 C 1x 1 C 1r 1 C 1r' 2 /s C 1x' 2 x m r m U 1 I 1 -I'' 2 I 00 r 1 x 1 Z.\'E4/. &H%' Z.]'E4/.M &H%' x 1 r 1 r' 2 x' 2 x m r m U 1 r' 2 (1-s)/s I 1 -I' 2 I 0 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội m 1 1 00 ZC U =I 7+D&T$+D& *9^"_`[ 1 2 2 C 'I- =''I- 7+D* 4 Thực tế, 1 C chỉ lớn hơn 1 một ít và góc phức lại rất nhỏ, nên có thể coi 1=+1= 1 1 ? ? a . Nh vậy: Do vậy ta có thể có mạch điện thay thế đơn giản hơn nữa: III. Đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ Từ sơ đồ mạch điện thay thế hình đơn giản hóa, trị số hiệu dụng của dòng điện rôto đã quy đổi về stato I 2 là: MQ b _? ] c?d \ 4' Để tìm phơng trình đặc tính cơ ta xuất phát từ điều kiện cân bằng công suất trong động cơ: công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto: P 12 =M đt . 0 MQE e&Pf Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì M đt = M cơ , ta ký hiệu: ;'I=''I 2 2 ;I=I-I=''I-I=''I 0 2 1 2 1 00 (II) 5 Z.g'E4/. &H%' x 1 r 1 r' 2 /s x' 2 x m r m U 1 I 1 -I' 2 I 0 r 1 x 1 (1) 2 nm 2 2 1 f 2 x) s 'r r( U 'I ++ = Z.h'>C & H%' (s=s th ) 0 0 M đm M th M )xrr(2 U3 M 2 nm 2 110 2 f th ++ = (3) (4) 22 2 2 th nm1 2 211 2 xr 'r )'xx(r 'r s + = ++ = Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội M đt = M cơ = M Công suất đó đợc chia làm hai phần: công suất đa ra trục động cơ P cơ và công suất tổn hao trong rôto P 2 nghĩa là: P 12 = P cơ + P 2 hay M 0 = M + P 2 do đó P 2 = M ( 0 - ) = M 0 s Mặt khác: 2 2 22 'r'I3=P nên s 'r'I3 M 0 2 2 2 = Thay (1) vào phơng trình trên ta có phơng trình đặc tính cơ: Kết hợp với phơng trình tốc độ = 0 (1 s) ta có dạng đờng cong đặc tính cơ: Điểm cực trị của đặc tính cơ thờng đợc gọi là điểm tới hạn có tọa độ [M th , s th ]: 6 ]x+) s 'r +r[( 'rU3 =M 2 nm 2 2 1 0 2 2 f (2) s s s s M2 M th th th + = nm th x 'r s 2 = nm0 2 f th x2 U3 M = Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Ta có thể viết phơng trình đặc tính cơ dới dạng khác thuận tiện hơn bằng cách lập tỉ số giữa (2) và (4) rồi biến đổi ta đợc: ( ) th th th thth as2+ s s + s s as+1M2 =M MQ 2 1 r r a = ' Trong động cơ không đồng bộ thờng r 1 r 2 mà s th = 0,1 ữ 0,2 nên ta có thể coi as th 0 khi đó ta có dạng biểu thức Klôx: Đối với các động cơ có công suất lớn thờng r 1 << x nm nên ta có: (5) B. các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ khi mắc vào nguồn điện có tần số f 1 thì ta có biểu thức của tốc độ: = 0 (1 s) (6) MQ #6! &[ ` p f2 = 1 0 #&T[ 7 1 1 1 1 1 ZI-U=fc=E Z.i'WH!AT!11! 2B"#' Đ var f b U b const f 1 U 1 Biến Tần Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội ""#) ' Do đó ta có: s)-1( p f2 1 = (7) Từ phơng trình trên ta thấy, muốn thay đổi tốc độ động cơ không đồng bộ ta có thể thực hiện bằng cách thay đổi các thông số: tần số nguồn f 1 , số đôi cực p và hệ số trợt s. Tơng ứng với sự điều chỉnh các thông số trên ta có các phơng pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ: - Thay đổi tần số f 1 của nguồn cấp. - Thay đổi số cực 2p. - Điều chỉnh điện áp đặt vào stato. - Điều chỉnh điện trở mạch rôto. - Dùng sơ đồ nối tầng động cơ không đồng bộ. I. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số 1. Nguyên lý điều chỉnh Tần số của lới điện quyết định giá trị tốc độ góc của từ trờng quay trong máy điện, do đó bằng cách thay đổi tần số dòng stato ta có thể điều chỉnh đợc tốc độ của động cơ. Để thực hiện phơng pháp điều chỉnh này ta dùng bộ nguồn biến tần BT để cung cấp cho động cơ. Sơ đồ tổng quát của hệ nh sau: Máy điện đợc chế tạo để hoạt động ở tần số định mức nên khi thay đổi tần số chế độ làm việc của máy điện cũng bị thay đổi vì tần số có ảnh hởng trực tiếp đến từ thông của máy điện. Quan hệ này có thể đợc phân tích nhờ phơng trình cân bằng điện áp đối với mạch stato của máy điện: MQ 1 E W**!+I"[ 8 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Mf&D6!!+I"[ ZN"#j[ 1 U >"[ k ] MB"#+D"' Nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở của cuộn dây stato ta có : 1 1 cf U = Từ phơng trình trên ta thấy nếu giữ nguyên điện áp U 1 (U 1 = const), khi tăng tần số f 1 thì từ thông trong máy sẽ giảm làm cho mômen của máy điện giảm. Nếu mômen tải không thay đổi hoặc là hàm tăng của tốc độ thì khi đó dòng điện cũng phải tăng để cho mômen cân bằng với mômen tải. Kết quả là động cơ bị quá tải về dòng. Ngợc lại khi giảm tần số để giảm tốc độ lại dẫn đến từ thông tăng lên làm tăng mức độ từ hoá lõi thép, tăng tổn hao thép và làm nóng máy điện. Nh vậy khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số thì ta cũng phải thay đổi điện áp một cách tơng ứng. Ngời ta chứng minh đợc rằng, khi thay đổi tần số, nếu đồng thời điều chỉnh điện áp sao cho hệ số quá tải của động cơ không thay đổi )constM/M( cth == thì chế độ làm việc của động cơ luôn đợc duy trì ở mức tối u giống nh khi làm việc ở thông số định mức. Khi đó hiệu suất và cos của máy trong toàn dải điều chỉnh gần nh không đổi. 2. Các đặc tính điều chỉnh 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, nghĩa là còn phụ thuộc đặc tính của phụ tải. - Khi M c = const 0 M c M th M f 12 f 1đm f 11 - Khi M c 1 9 Z.l'aC1!21!2# &H%%NB"#94!' Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội M M c 0 f 11 f 1đm f 12 - Khi M c 2 M Mc 0 f11 f1đm f12 3. Các u, nhợc điểm và phạm vi ứng dụng Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số có các u, nhợc điểm sau: Ưu điểm Điều chỉnh vô cấp tốc độ quay của động cơ. Dải điều chỉnh tốc độ D lớn. Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ dùng biến tần mắc trực tiếp từ lới điện, do đó không cần các thiết bị biến đổi, nó sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, vững chắc, giá thành rẻ, có thể làm việc trong mọi môi trờng. Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng biến tần có thể hãm tái sinh cho nên nguồn xoay chiều này có thể làm việc ở cả 4 góc tọa độ. Nhợc điểm Bộ biến tần có giá thành đắt do sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn và mạch điều khiển điện tử. Phạm vi ứng dụng 10 [...]... chiều ít vì thờng ta khởi động bằng phơng pháp khác cho đến khi tốc độ đến vùng làm việc thì mới sử dụng phơng pháp này để điều chỉnh tốc độ Kết luận: Từ việc phân tích các u, nhợc điểm của các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ với động cơ trong yêu cầu của đồ án là động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn ta thấy phơng pháp điều chỉnh tốc độ dùng điện trở xung rôto là thích hợp nhất... vơi động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, phơng pháp này hiếm khi đợc sử dụng vì khi thay đổi số cực stato ta đồng thời phải thay đổi số cực rôto, làm cho cấu trúc động cơ rất phức tạp III Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào stato 1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh trở kháng mạch stato a Nguyên lý điều chỉnh Từ phơng trình đặc tính cơ. .. thống yêu cầu tốc độ không cao nh cần trục, cầu trục V Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng sơ đồ nối tầng 1 Nguyên lý điều chỉnh Điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ trong các sơ đồ nối tầng đợc thực hiện bằng cách đa vào rôto của nó một sức điện động E f Sức điện động phụ này có thể cùng chiều hoặc ngợc chiều với sức điện động cảm ứng trong mạch rôto E2 và có tần số bằng tần... của điện áp Phạm vi ứng dụng Phơng pháp này thích hợp với truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ nh: quạt gió, bơm ly tâm IV Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto 1 Nguyên lý điều chỉnh Khi thay đổi điện trở mạch rôto (bằng cách thay đổi điện trở phụ R f mắc vào rôto), dòng điện stato I1 và do đó mômen của động cơ cũng thay đổi, dẫn đến tốc. .. 2,065 2 0,073 Dòng điện định mức trong dây quấn rôto: I 2 = k i I ' 2 I 2 = 1,42.15,759 = 22,377A B lựa chọn và tính toán mạch động lực Động cơ trong yêu cầu của bài toán thiết kế là loại động cơ ba pha sử dụng điện áp U1 = 380 V với tần số f 1 = 50 Hz và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh xung điện trở mạch rôto Do vậy, động cơ đợc mắc trực tiếp vào lới điện ba pha có điện áp U1 = 380 V... tốc độ của động cơ cũng thay đổi Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh bằng phơng pháp này nh sau: U a 0 1 Đ b 2 a' Rf 0 Mc Mth M Hình 10 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ điều chỉnh bằng điện trở Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với đặc tính tự nhiên có tải là M c và tốc độ là 1, điểm làm việc là điểm a trên đồ thị hình 10 Để điều chỉnh tốc. .. = 50 Hz Ta điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện trở phụ mắc vào mạch rôto Hệ thống điện trở phụ bao gồm ba biến trở R f mắc vào ba pha của dây quấn rôto thông qua hệ thống vành trợt Sử dụng biến trở trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ là một phơng pháp đơn giản nhng có nhiều nhợc điểm Phần lớn các nhợc điểm đều liên quan đến dạng đặc tính cơ mềm và dùng điện trở nhiều cấp... của đặc tính cơ biến trở và trị số tốc độ của truyền động điện Trong thực tế, việc dùng cả ba điện trở xung ở trong mạch rôto làm cho mạch điều khiển phức tạp và khó điều chỉnh Vì vậy, ta thờng dùng một điện trở xung Rx và một bộ chỉnh lu có sơ đồ nh sau: U~ Đ CL R K Rx Hình 14 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở rôto kết hợp với bộ chỉnh lưu Bộ chỉnh lu CL không cần yêu cầu cao về điện áp, do... 19 mạch động lực hệ điều lý chỉnh xung điện trở rôto Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong sơ đồ trên: AP - áp tô mat; K - công tắc tơ có dập hồ quang; RN - rơle nhiệt; Rf - điện trở điều chỉnh mạch rôto U~ I Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto Để khắc phục một số nhợc điểm quan trọng trên và mở ra khả năng tự động hóa hệ thống, ngời ta dùng phơng pháp điều chỉnh xung điện trở Đây là... Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực Khi thay đổi số đôi cực p của máy điện không đồng bộ, tốc độ từ trờng quay thay đổi và do đó tốc độ động cơ rôto cũng biến đổi theo Quan hệ đó thể hiện trong biểu thức tốc độ sau: = 2 f1 (1 - s) p Động cơ đa tốc thờng có rôto lồng sóc, vì rôto này có khả năng tự biến đổi số cực rôto theo stato Do đó, số cực, điện trở và điện kháng . pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số có các u, nhợc điểm sau: Ưu điểm Điều chỉnh vô cấp tốc độ quay của động cơ. Dải điều chỉnh tốc độ D lớn. Hệ thống điều. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào stato 1. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh trở kháng mạch stato a. Nguyên lý điều chỉnh. pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ với động cơ trong yêu cầu của đồ án là động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn ta thấy phơng pháp điều chỉnh tốc độ dùng điện trở xung rôto là