Với những giá trị khác nhau của s (0 < s < 1), phương trình (2.30) cho những giá trị tương ứng của M. Đường biểu diễn M = f(s) trên hệ trục tọa độ sOM như hình 2.35a. Đó là đường đặc tính cơ của động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ.
Có thể biểu diễn đường đặc tính cơ M = f(s) dưới dạng s = F(M) hay (0 = F ’(M) như hình 2.35b.
Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K. Tại điểm đó:
Ẽ L . 0 ds
37
o3'1s
Rỏ R ,+ —
s
V 2
2
+ x 2nm r ’
s
( , 3 R 2 R I + ^
s
l ì
ds V , V
2 = 0
2 2
< s Giải phương trình ở tử số đối với s:
/ . \ 2
R l +R
+x:
cùr R 1 + -R .
+x; = 2cd„R,
R 1 +■
R
ta được:
Thay (2.32) vào (2.30), ta có:
sth = ± R y / x ỉ + x ĩ n
M th =±- 3Uĩph
2co0( R ,± ^ /rÍ2+ X 2 )
(2.32)
(2.33)
Vì ta đang xem xét trong giới hạn 0 < s < 1 nên giá trị sth và M th của đặc tính cơ trên hình 2.35 chỉ ứng với dấu (+).
HÌNH 2.35. Đặc tính cơ của động cơ xoay chiều ba pha không đổng bộ.
Ta nhận thấy, đặc tính cơ của động cơ xoay chiều không đồng bộ là một đường cong phức tạp và có 2 đoạn AK và KB, phân giới bởi điểm tới hạn K.
Đoạn đặc tính AK gần thẳng và cứng. Trên đoạn này, mô men động cơ tăng thì tốc độ động cơ giảm. Do vậy, động cơ làm việc trên đoạn đặc tính này sẽ ổn âịnh.
3 8
Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm p (hình 2.36) với mô men cản Mp và tốc độ là (ừp.
Vì lỷ do nào đó phải giảm tờ Mp xuống Mq thì động cơ sẽ tăng tốc theo đặc tính cơ từ p đến Q và mô men động cơ giảm đi. Tại điểm Q thì Mđ = Mq và động cơ sẽ chạy ổn định ở điểm làm việc mới (Q) với tốc độ (0Q lớn hơn trước (CÛQ > Cúp).
Ngược lại, khi tải tăng từ Mp lên Ms thì bằng cách lý giải tương tự, động cơ sẽ chuyển tới điểm làm việc mới s với tốc độ thấp hơn và mô men lớn hơn.
Đoạn KB cong với độ dốc dương. Trên đoạn
này, động cơ làm việc không ổn định. HÌNH 2 36 Sự làm viộc ổn định cúa động cơ
, .. không đồng bộ trên đoạn AK và làm việc
Giả sử với tải Mr, động cơ làm việc tại điểm khó'n¿ *ổữ dịlfh trẽn đoạn BK của đặc tính cơ.
R trên đoạn NK của đặc tính cơ. Khi tải bị biến
động, chẳng hạn tải tăng lên thì tốc độ động cơ bị giảm theo đặc tính về phía B nhưng khi đó mô men động cơ lại giảm nên động cơ không thể lấy lại sự cân bằng giữa MĐ và mô men tải. Kết quả, động cơ tiếp tục giảm tốc độ cho tới khi dừng (điểm B).
Trường hợp ngược lại, tải bị biến động giảm đi thì tốc độ động cơ tăng lên theo đặc tính về phía K nhưng khi đó mô men động cơ lại tăng nên động cơ tiếp tục tăng tốc theo đặc tính cơ, vượt qua điểm tới hạn K lên đoạn KA. Lúc này tốc độ tăng nhưng mô men bắt đầu giảm.
Tới điểm R ’ thì Mđ = Mr và động cơ làm việc ổn định tại điểm này. Vì vậy, động cơ không bao giờ làm việc ổn định trên đoạn BK của đặc tính cơ.
Trên đường đặc tính cơ tự nhiên (hình 2.35), điểm B ứng với tốc độ co = 0 (s = 1) và mô men mở máy Mmm.
Mr 3Uịpi, r 2
Cún (r i + R2 ) 2 + x :2 nm
(2.34)
Điểm A ứng với mô men cản bằng 0 (Mc = 0) và tốc độ đồng bộ:
con 27ĩf[
2.5.4. Ảnh hưởng của cá c thông số điện đối với đặc tính c ơ
Phương trình (2.30) cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ chịu ảnh hưởng của nhiều thông số điện: điện áp lưới u lph, điện trở mạch rotor R 2’ điện trở Rị và điện kháng Xj ở mạch stator, tần số lưới fj, số đôi cực p của động cơ.
, Khi các thông số điên này thay đổi sẽ gây ra biến động các đại lượng:
27tf, - tốc độ đồng bộ: 0)o = ——
p
39
- độ trượt tới hạn: sth = * 2 R ? + x nm - mô men tới hạn: M ,h=-
2(0 „ R,
3U?ph
W RỈ +Xin )
2.5.4.1. Trường hợp thay đổi điện áp u lph Điện áp u lph đặt vào stator động cơ chỉ có thể thay đổi về phía giảm. Khi U ị p Ị ,
giảm thì mô men tới hạn (2.33) sẽ giảm rất nhanh theo bình phương của Ujph , còn tốc độ đồng bộ co0 và độ trượt tới hạn S |h
không thay đổi. Các đặc tính cơ khi giảm điện áp Ujph như hình 2.37.
2.5.4.2. Trường hợp thay đổi R 2
Trường hợp này chỉ có đối với động cơ rotor dây quấn vì mạch rotor có thể nối với điện trở ngoài qua hệ vòng trượt - chổi than. Động cơ rotor lồng sóc (hay rotor ngắn mạch) không thể thay đổi được điện trở mạch rotor.
V i
u i
HÌNH 2.3H. Sơ đó thay đổi điện trớ mạch rotor động cơ KĐB (a) và các đặc tính cơ tương ứng (b).
HÌNH 2 3 7 . Đặc tính cơ cùa động cơ KĐB k.hi giảm điện áp nguồn cấp.
Ta thấy, việc thay đổi điện trở mạch rotor chỉ có thể thực hiện về phía tăng điện trở R 2’- Khi tăng R 2’ thì độ trượt tới hạn (2.32) tăng lên, còn tốc độ không tải (00 (2.19) và mô men tới hạn (2.33) giữ nguyên.
Các đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở mạch rotor được biểu diễn trên hình 2.38. Điện trở mạch rotor càng lớn thì đặc tính càng dốc.
2 .5 .4 3 . Trường hợp thay đổi điện trở Rị, điện kh áng Xi ở m ạch stator
Trường hợp này cũng chỉ thay đổi về phía tăng R ị hoặc Xị. Sơ đổ nối dây như hình 2.39a.
4 0
Khi nối thêm vào mạch stator R ị hoặc X, thì (2.19) cho thấy co0 không đổi, còn (2.32) và (2.33) cho thấy s(h và Mt(l đều giảm. Hình 2.39b biểu thị các đặc tính co nhân tạo khi tăng trở kháng mạch stutor và khi giảm điện áp cấp cho stator. Các đặc tính được vẽ trong trường hợp có cùng mô men mở máy (Mmm). Đạc tính tăng Xị (đường 2) cứng hơn đặc tính tăng R | (đường 3) và đặc tính tăng R |
cứng hơn đặc tính giảm điện áp (đường 4).
2.5.4.4. Trường họp thay đổi sò' đôi cực p Khi số đôi cực thay đổi thì tốc độ đổng bộ ©0 (2.19) bị thay đổi. Thông thường, động cơ loại này được chế tạo với cuộn cảm stator có nhiều đầu dây ra để có thể đổi cách đấu dây tương ứng với số đôi cực nào đó. Tùy theo khá năng đổi nối mà động cơ KĐB được gọi là động cơ có 2,3,4... cấp tốc độ.
Do số đôi cực thay đổi nhò' đổi nối cuộn cảm stator nên các thông số U |p j.t đặt vào cuộn pha, trỏ' kháng Rj và cảm kháng X| có thể bị thay đổi. Từ đó, độ trượt tới hạn sth và mô men tới hạn Mlh có
thê khác cti. HÌNH 2.39. Sa đổ nối thêm R| hoặc X| vào
mạch stator (a) và đạc tính cơ tương ứng (b).
HÌNH 2.40. Đặc tính cơ khi thay đổi p nhưng giữ = const (a) và giữ Sịị, = const (b).
Ta không xét kỹ trường hợp này nhưng có thể minh họa các đặc tính cơ nhàn tạo khi đổi số đôi cực p nhờ đổi nối cuộn dây stator với việc giữ Mth = const (hình 2.40a) hoặc giữ sth = const (hình 2.40b).
2.5.4,5. Trường hợp thay đổi tần s ố/ị của nguồn điện cấp
Khi thay đối f) thì tốc độ đồng bộ ©0 sẽ thay đổi, đồng thời Xị, Xo cũng thay đổi (vì X = 27ĩfL), kéo theo sự thay đổi cả độ trượt tới hạn sth và mô men tới hạn Mth. Hình 2.41 biểu thị các đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi tần số.
41
_w_
đối ——- so với tốc độ co0 ớ tẩn số Wo
®0
f | đm. Trục hoành biểu thị mô men tương đối —— . Qua đó, ta thấyM
M đm _ '
quan hệ độ trượt tới hạn theo tần số Trục tung biểu thị tốc độ tương
sth = f(f[) và mô men tới hạn theo tần số M = F(f]) là phức tạp nhưng vì co0 và X, phụ thuộc tỉ lệ vói f) nên có thể từ các biểu thức (2.32) và (2.33) rút ra:
1 s th M lh
(2.35) ^
Khi tần số nguồn f] giảm, độ trượt slh và M(h đều tăng nhưng Mlh tăng nhanh hơn. Do vậy, độ cứng của đạc tính cơ tăng lên.
Cần chú ý là khi giảm tần số fị xuống dưới tần số định mức thì tổng trở của các cuộn dây giảm nên nếu
^1dm
í
HÌNH 2.42. Đặc tính cơ của động cơ KĐB, khi thay đổi tăn sô' kết hợp với thay đổi điện áp.
HÌNH 2.41. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số f I.
giữ nguyên điện áp cấp cho động cơ sẽ dẫn đến dòng điện động cơ tăng mạnh. Vì thế, khi giảm tẩn số nguồn xuống dưới trị số định mức cần phải đồng thời giảm điện áp cấp cho động cơ theo quan hệ:
—- = const U 1 (2.36) f<
Như vậy, mô men tới hạn M |h sẽ giữ không đổi (hình 2.42) ở vùng f] < f lđnr
Ở vùng fi>fiđm thì không được tăng điện áp nguồn cấp mà giữ U| = const. Mô men tới hạn M th sẽ giảm tỉ lệ nghịch với bình phương tần số.