Khi đóng điện lưới trực tiếp vào động cơ KĐB để mở máy thì lúc đầu do rotor chưa quay, độ trượt lớn (s = 1) nên s.đ.đ cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn.
^mm ■ 8 ) I ctm
Dòng điện này có trị số đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và lớn, tạo ra nhiệt đổt riổng động cơ và gây xung lire có hại cho động cờ. Tuy dòng điện lớn nhưng mô mèn mở máy lại nhỏ:
Mmm = ( 0 ,5 + l ,5 ) M dm Do vậy, cần có biện pháp mở máy.
Trường hợp động cơ có công suất nhỏ thì có thể mở máy trite tiếp. Độrìg cơ mở máỷ theo đặc tính tự nliicn với mồ men mờ m-áỳ nhỏ (hình 2.44).
Những động cơ không mở máy trực tiếp thì có thể thực hiện một trong các phương pháp mở máy gián tiếp sau.
2.5.6.1. Phương pháp dùng điện trở mỏ' máy ở mạch rổtór
Phương pháp này chỉ sử dụng cho động cơ rotor dây qtiấh vì diện trở mở măy ở mạch ngoài mắc nối
tiếp với cuộn dây rotor. HÌNH 2.44.
Đặc tính cơ khi mở máy trực tiếp.
43
Hình 2.45a trình bày một sơ đổ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ R |, R2 và R3 ở cả ba pha rotor. Đây là sơ đồ mở máy với Ccác điện trở rotor đối xứng.
~3 £J t
HÌNH 2.45. Sơ đổ mở máy động cơ KĐB qua 3 cấp điện trớ (ai và các đặc tính mở-máy (b).
LÚC bắt đầu mở máy, các tiếp điểm công tắc tơ K[, K2, K3 đều mở, cuộn dây rotor được nối với cả 3 điện trở phụ (Rị + R2 + R3) nên đặc tính cơ là đường 1. Động cơ được mở máy với mô men M mm = M | và bắt đđu tăng tốc từ điểm a trên đặc tính 1. Tới điểm b, tốc độ động cơ đạt (0b và mô men giảm còn M 2, các tiếp điểm Kj đóng lại, cắt các điện trở phụ R |' ra khỏi mạch rotor. Động cơ được tiếp tục mở máy với điện trở phụ (R7 + R3) trong mạch rotor và chuyển (ngang) sang làm việc tại điểm c trên đặc tính 2 ít dốc hơn. Mô men tăng tìr
M 7 lện Mị và tốc độ động cơ lại tiếp tục tăng. Động cơ làm việc trên đường đặc tính 2 từ c tới d. Lúc này, các tiếp điểm K2 đóng lại, nối tắt các điện trở R 2. Động cơ chuyển sang mở máy với điện trở R3 trong mạch rotor trên đặc tính 3 tại điểm e và tiếp tục tăng tốc tới diêm f. Lúc này, các tiếp điểm K3 đóng lại, điện trở R3 trong mạch rotor bị loại. Động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính tự nhiên tại g và tăng tốc tới điểm làm việc A ứng với mô men cán Mc . Quá trình mở máy kết thúc.
Để đám bảo quá trình mở máy như đã xét sao cho các điểm chuyến đặc tính ứng với cùng một mô men M i, Mị thì các điện trở phụ tham gia vào mạch rotor lúc mở máy phải được tính chọn cẩn thận theo các phương pháp riêng.
Ngoài sơ đồ mở máy vói điện trở đối xứng ở mạch rotor, trong thực tế còn dùng sơ đồ mở máy với điện trở không đối xứng ở mạch rotor, nghĩa là điện trở mở máy được cắt giảm không đều trong các pha rotor khi mở máy.
Giả sử động cơ được mở máy với 4 cấp điện trở như trên hình 2.46 với các điện trở mở máy R |, R 2, ...., R5 bố trí không đối xứng trong mạch rotor.
44
o
HÌNH 2.4Ờ. Sở đồ mở máy với 4 cấp điện [rớ không đối xứng ở mạch rotor.
LÚC mới đóng điện, toàn bộ các điện trở được đưa vào mạch rotor (hình 2.46a). Điện trở không đối xứng trong các pha tạo ra dòng điện ba pha không đối xứng trong mạch rotor.
Dòng điện này có thể phân tích thành 2 hệ thống đối xứng thứ tự thuận và thứ tự ngược.
Dòng điện ba pha thứ tự thuận tạo ra từ trưòng thuận quay cùng chiều với rotor, còn dòng điện ba pha thứ tự ngược tạo ra từ trường quay ngược chiều với rotor. Tốc độ của từ trường thuận 0>lh và từ trường ngược <ĩ>ng so với rotor là:
(Cô0 - cor ) và - (co0 - cor ) Vậy: coth = (0r + ((ú0 - cor ) = (0o
® ng = - (® 0 - ® r ) = - ® o + 2cOr
= - C00 + 2[( 1 - s)(0o] = (0o ( 1 - 2s)
4 5
trong đó:
C00 - tốc độ đồng bộ;
cor - tốc độ rotor;
coth , (0ng - tốc độ từ trường quay thứ tự thuận và thứ tự ngược trong không gian.
Từ trường thuận quay trong không gian với tốc độ đồng bộ cùng chiều quay vớị rotor nên so với từ trường quay của stator thì coi như đứng yên (hai từ trường cùng quay với một tốc độ thì không chuyển động đối với nhau). Do đó, từ trường thuận tạo ra một mô men quay giống như trường hợp nối các điện trở đối xứng ở mạch rotor (đường đặc tính 1 trên hình 2.47).
Từ trường ngược quay so với stator một tốc độ là C0o( 1 - 2s) sẽ sinh ra một s.đ.đ. tần số:
trong đó: fj - tần số điện lưới.
HÌNH 2.47. Các đặc tính cơ khi mớ máy với điện trớ không đối xứng ở mạch rotor.
fng = f, (1 - 2s) (2.37)
Dòng điện cảm ứng trong rotor do thành phần (ừ trường ngược tạo ra sẽ bị chính (ừ trường tác dụng một từ lực và tạo ra một mô men phụ ngược lại (đường 2 hìrth 2.47). Mô men ngược bằng 0 tại s = 1/2 vì khi s = 1/2, tốc độ từ trưctng ngược cong = 0 và không (l}ể có s.đ.đ. Đường mô men tạo ra bởi từ trường ngược có vùqg M < 0 (1 > s > 0,5) và vùng M > 0 (0,5 > s > 0) nên đường mô men tổng (đường 3 hình 2.47) có vùng lõm.
Thực nghiệm chứng tỏ, khoảng lõm mô men càng lớn khi điện trở các pha của rotor khác nhau càng nhiều.
Nếu mô men cản Mc < Miõm động cơ có thể mở máy bằng điện trở không đối xứng từ A tới điểm làm việc LV trên đường 3.
Nếu mô men cản M ’c > M[õm thì động cơ mợ máy từ điểm A theo đường 3 tới điểm B khi mô men động cơ cân bằng với mô men cản (MĐ = M c), động cơ sẽ làm việc tại điểm B với tốc độ * 1/2 (00. Muốn động cơ tiếp tục tăng lờn tốc độ ô co0 thỡ phải đưa cỏc điện trở về đối xứng và cuối cùng loại bỏ tất cả ra khỏi mạch rotor.
4 6
Phương pháp giảm rồi giữ động cơ chạy ở tốc độ thấp (co # l/2co0) được dùng trong trường hợp điện trở không đối xứng ở mạch rotor để tiến hành dừng chính xác động cơ.
Phương pháp mở máy và thay đổi 00 nhờ nối điện trở không đối xứng ở mạch rotor thường dùng với các bộ khống chế có thể tạo ra nhiểu cấp tốc độ với số điện trở không nhiều.
Như trường hợp mở máy với 4 cấp điện trở ở hình 2.46, nếu dùng phương pháp điện trở đối xứng bình thường phải cần tới 12 điện trở như hình 2.46f trong khi dùng phương pháp điện trở không đối xứng chỉ cần tối thiểu 4 điện trở. Sơ đổ ở hình 2.46 dùng 5 điện trở và khi mỏ máy, lần lượt các điện trở được cắt khỏi mạch rotor là R2, R4, Rị và R3, R5. Hai điện trỏ' R3, R5 được cắt khỏi mạch rotor cùng một lúc là thuộc cùng một cấp điện trở mở máy. Cắt các điện trở nhờ các tiếp điểm K]... K5 đóng lại.
Việc tính toán các điện trở trên ta không đề cập trong giáo trình này.
2.5.6.2. Phương pháp mở máy với điện trở hoặc điện kháng nôi tiếp trong mạch stator Phương pháp này dùng điện trở hoặc điện kháng mắc nối tiếp VỚỊ mạch stator lúc mở máy và có thể áp dụng cho cả động cơ rotor lổng sóc lẫn động cơ rotor dây quấn. Do có điện trở hoặc điện kháng nối tiếp nên dòng mở máy của động cơ giảm đi, nằm trong giá trị cho phép. Mô men mở máy của động cơ cũng giảm.
HÌNH 2.48. Sơ đồ mở máy dùng Rị và X| ở mạch stator (a, b) và dạng đặc tính mở máy (c).
Thoạt đầu của quá trình mở máy, các tiếp điểm K2 đóng lại (các tiếp điểm Kj mở) để điện trở (hình 2.48a) hoặc điện kháng (hình 2.48b) tham gịa vào mạch stator nhằm hạn chế dòng điện mở máy. Khi tốc độ động cơ đã tăng đến một mức nào đó (tùy hệ truyền động) thì các tiếp điểm Kị đóng lại (K2 mở ra) để loại điện trở hoặc điện kháng ra khỏi mạch stator. Động cơ tăng tốc đến tốc độ làm việc. Quá trình mở máy kết thúc.
Sơ đồ ở hình 2.48 là mở máy với 1 cấp điện trở hoặc điện kháng ở mạch stator. Có thể mở máy với nhiều cấp điện trở hoặc điện kháng khi công suất động cơ lớn.
47
'3
Hình 2.49 trình bày một trường hợp mở máy đơn giản theo phương pháp điện trở không đối xứng ở mạch stator.
Lúc đđu mới đóng điện thì tiếp điểm K mở để động cơ mở máy qua điện trở R ở một pha. Sau đó K đóng để động cơ làm việc bình thường. Đây là trường hợp cần giảm mô men mở máy cho động C ơ công suất nhỏ và trung bình mà không cần hạn chế dòng điện mở máy. Phương pháp này đơn giản, rẻ mà vẫn đáp ứng được yêu cầu cần thiết. Nếu có yêu cầu hạn chế dòng điện mở máy thì dùng phương pháp mở máy qua điện trở hoặc điện kháng đối xứng.
2.5.6.3. Phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu
Phương pháp này được sử dụng để đặt một điện áp thấp cho động cơ khi mở máy. Do vậy, dòng điện của động cơ lúc mở máy giảm đi. .
Các tiếp điểm K ’ đóng, K mở lúc mở máy. Khi K ’ mở, K đóng thì quá trình mở máy kết thúc.
rv
HÌNH 2.49- Sơ đổ mớ máy với điện trờ khóng đối xứng
ở mạch stator.
~3
HÌNH 2.50. So đổ mở máy dùng biến áp tự ngẫu.
Phương pháp mở máy dùng cuộn kháng X và biến áp tự ngẫu thích hợp cho việc mở máy các động cơ cao áp.
2 .5 .6 .4. P h ư ơ n g p h á p đổi n ố i X k h i m ở m áy
Động cơ KĐB làm việc bình tầiíờng ở sơ đồ mắc A các cuộn stator thì khi mơ máy có thể mắc theo sơ đồ À . Thực chất của phương pháp là giảm điện áp đặt vào cuộn dây stator khi đổi nối vì Uph = u d khi mắc A, còn khi mắc X thì điện áp giảm -y/3 lần: U ph =Hi
ả '
2.6. ĐỘNG C ơ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA
Động cơ điện xoay chiều một pha là loại động cơ được sử dụng rất phổ biến trong dân dụng và ngay cả trong công nghiệp (tuy không nhiều bằng động cơ điện xoay chiều ba pha).
Thường gặp là động cơ điện xoay chiều một pha rotor lổng sóc với công suất dưới l kW.