Theo yêu cầu của sản xuất, động cơ điện không đồng bộ lúc làm việc thường phải khởi động và ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưới điện mà yêu cầu về khởi động đối với động cơ điện cũng khác nhau.
Khi bắt đầu khởi động thì rotor đứng yên, tốc độ n = 0, hệ số trượt s = 1 nên dòng điện khởi động của động cơ có thể tính theo mạch điện thay thế hình 9-7b:
(10-1)
Trên thực tế do mạch từ tản bão hòa rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng điện khởi động còn lớn hơn so với trị số theo công thức (10-1). Ở điện áp định mức Uđm thường dòng điện khởi động IK = (47)Iđm. Dòng điện khởi động lớn không những làm cho bản thân máy bị nóng mà còn làm cho điện áp của lưới điện bị giảm.
27 trang |
Chia sẻ: haohao89 | Lượt xem: 2814 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Vận hành máy điện không đồng bộ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Chương 10
VẬN HÀNH MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Theo yêu cầu của sản xuất, động cơ điện không đồng bộ lúc làm việc thường phải khởi động và ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưới điện mà yêu cầu về khởi động đối với động cơ điện cũng khác nhau.
Khi bắt đầu khởi động thì rotor đứng yên, tốc độ n = 0, hệ số trượt s = 1 nên dòng điện khởi động của động cơ có thể tính theo mạch điện thay thế hình 9-7b:
(10-1)
Trên thực tế do mạch từ tản bão hòa rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng điện khởi động còn lớn hơn so với trị số theo công thức (10-1). Ở điện áp định mức Uđm thường dòng điện khởi động IK = (4¸7)Iđm. Dòng điện khởi động lớn không những làm cho bản thân máy bị nóng mà còn làm cho điện áp của lưới điện bị giảm.
Ta có moment khởi động của động cơ không đồng bộ theo (9-56):
(10-2)
Khi khơi động động cơ, có khi yêu cầu mômen khởi động lớn, có khi cần hạn chế dòng điện và có khi cần cả hai. Nói chung khi khởi động động cơ cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau đây:
Mômen khởi động MK phải lớn để thích ứng với đặc tính tải.
IK càng nhỏ càng tốt để không ảnh hưởng đến các phụ tải khác.
Thời gian khởi động tK cần nhỏ để máy có thể làm việc được ngay.
Thiết bị khởi động đơn giản, rẻ tiền, tin cậy và ít tốn năng lượng.
Những yêu cầu trên là trái ngược nhau, vì thế tùy theo yêu cầu sử dụng, công suất động cơ và công suất của lưới điện mà ta chọn phương pháp khởi động thích hợp.
Khởi động động cơ rotor dây quấn
Hình 10.1 Khởi động động cơ rotor dây quấn
a) Sơ đồ mạch lực; b) Đặc tính moment
R2+ Rk2+Rk1
R2+ RK2
R2
M
s
1
0
Mmax
(b)
CD1
U1
ĐC
RK1
K2
K1
RK2
(a)
0,5
Mđm
Khi khởi động động cơ, dây quấn rotor được nối với các điện trở phụ RK (hình 10-1a). Đầu tiên K1 và K2 mở, động cơ khởi động qua điện trở phụ lớn nhất, sau đó đóng K1 rồi K2 giảm dần điện trở phụ về không. Đường đặc tính moment ứng với các điện trở phụ khởi động RK1 và RK2 trình bày trên hình 10-1b.
Lúc khởi động n = 0 thì s = 1, muốn moment khởi động MK = Mmax thì sm = 1:
(10-3a)
Do RTh » R1 và XTh » X1, nên ta có:
(10-3b)
Và R1 << X1 + X’2, nên: (10-3c)
trong đó RK là điện trở khởi động qui đổi về stator, do vậy:
(10-4)
Với : a2 = ai . ae hệ số qui đổi thông số rotor về stator.
Từ đó xác định được điện trở khởi động ứng với mômen khởi động MK= Mmax.
Khi có điện trở khởi động RK, dòng điện trong dây quấn rotor khi khởi động động cơ là:
(10-5)
Nhờ có điện trở RK dòng điện khởi động giảm xuống, moment khởi động tăng, đó là ưu điểm lớn của động cơ rotor dây quấn.
Moment khởi động :
(10-6)
VÍ DỤ 10-1
Họ đặc tính M=f(s) của động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor dây quấn có số liệu: 400hp, 2300V nối Y, 60Hz, 14 cực từ trình bày trên hình VD 10-1. Đường cong A và D cho biết giới hạn của điện trở điều chỉnh. Xác định (a) điện trở điều chỉnh để mômen khởi động bằng mômen cực đại; (b) dòng điện rotor và mômen khởi động của trường hợp (a); (b) bội số mômen khởi động của động cơ ở trường hợp (a). Cho biết a=3,8 và các thông số của động cơ trên một pha như sau:
R1 = 0,403 W, R’2 = 0,317 W, Rfe = bỏ qua
X1 = 1,32 W ; X’2 = 1,32 W XM = 35,46 W
Bài giải
a. Điện trở điều chỉnh để mômen khởi động bằng mômen cực đại:
Điện áp và tổng trở theo Thévenin :
Điện áp pha :
Điện trở điều chỉnh:
Þ R’K = 2,3067 W , vậy RK = R’K/a2 = 2,3067/3,82 = 0,1697 W
Dòng điện trong dây quấn rotor khi khởi động của động cơ là:
300% 200% 100% 0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Hình VD.10-1 Họ đường cong M=f(s)
M*
s
A
B
C
D
Tốc độ góc đồng bộ :
.
Moment khởi động :
Từ hình VD 10.2, ta thấy khi Mđm thi sđm = 0,015
Moment định mức:
Năng lực quá tải:
Khởi động động cơ rotor lồng sóc
a) Khởi động trực tiếp:
ĐC
Hình 10-2 Khởi động trực tiếp
U1
CD
Đóng cầu dao CD nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới điện (hình 10-2). Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị khởi động đơn giản; moment khởi động MK lớn ; thời gian khởi động tK nhỏ. Còn khuyết điểm là dòng điện khởi động IK lớn làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác. Vì vậy nó chỉ được dùng cho những động cơ công suất nhỏ và công suất của nguồn Snguồn lớn hơn nhiều lần công suất động cơ Sđ.cơ.
Khởi động bằng cách giảm điện áp đặt vào dây quấn stator:
Các phương pháp sau đây nhằm mục đích giảm dòng điện khởi động IK. Nhưng khi giảm điện áp khởi động thì moment khởi động cũng giảm theo.
a. Khởi động dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stator:
Trên sơ đồ hình 10-3 trình bày phương pháp khởi động dùng điện kháng ĐK (có thể dùng điện trở RK). Khi khởi động cầu dao CD2 cắt, đóng CD1 để nối dây quấn stator vào lưới điện thông qua điện kháng ĐK, động cơ quay ổn định, đóng CD2 để ngắn mạch điện kháng ĐK, nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới. Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vào động cơ giảm làm dòng điện khởi động giảm.
ĐC
CD1
CD2
ĐK
U1
Hình 10-3 Khởi động dùng điện kháng
Gọi k là hệ số làm giảm điện áp khi khởi động; U1 là điện áp pha của lưới điện; ZVK là tổng trở ngắn mạch pha (tổng trở vào) của động cơ khi rotor đứng yên. Điện áp đặt vào động cơ điện khi khởi động là:
với k > 1
Lúc đó dòng điện khởi động:
(10-7a)
Dòng điện khởi động trực tiếp.
(10-7b)
So sánh (10-7a) và (10-7b), ta thấy
dòng điện khởi động giảm đi k lần,
còn moment khởi động giảm a2 lần:
MK/M’K = (U1 /UK)2 = a2 (10-8)
VÍ DỤ 10-2
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, công suất 30hp, 60Hz, 230V nối Y, 6 cực từ, 78A, 1748 vòng/phút, tổng trở pha khi rotor ngắn mạch 0,273Ð690 W. Động cơ khởi động dùng điện trở mắc nối tiếp vào mỗi dây pha. Xác định (a) điện trở khởi động để dòng điện khởi động bằng ba lần dòng điện định mức; (b) điện áp pha đặt lên dây quấn stator khi khởi động; (c) mômen khởi động % của động cơ so với mômen định mức, cho biết mK = 1,5.
Bài giải
Tổng trở pha khi khởi động:
Z = RK + Zn = RK + 0,273Ð690 = RK + 0,0978 + j0,2549 W
Điện áp pha của lưới khi khở động: U1 = U/= 230/ = 132,79 V
Dòng điện khở động: IK = 3 x Iđm = 3 x 78 = 234 A
Mà ta có biểu thức:
Þ RK = 0,4093 W
Điện áp pha đặt vào động cơ khi khở động:
UK = IK x Zn = 234 x 0,273 = 63,88 V
Mômen khởi động tỉ lệ với bình phương điện áp nên:
VÍ DỤ 10-3
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có các số liệu định mức: 5,5kW, 50Hz, 380V nối Y, 4 cực từ, 17,8A, 1455 vòng/phút, góc của tổng trở pha khi rotor đứng yên 690. Động cơ khởi động dùng cuộn kháng (cho rằng Rcd =0) mắc nối tiếp vào mỗi dây pha. Xác định điện cảm L khởi động để dòng điện khởi động bằng hai lần dòng điện định mức; (b) điện áp pha đặt lên dây quấn stator khi khởi động, cho biết bội số dòng điện khởi động mI = 5,5.
Bài giải
Điện cảm khở động của động cơ:
Dòng điện khở động trực tiếp:
IK = 2 x Iđm = 5,5 x 17,8 = 97,9 A
Điện áp pha của lưới khi khở động: U1 = U/= 380/ = 220 V
Tổng trở pha của động cơ khi rotor đứng yên:
ZVK = 2,241Ð700 = 0,7665 + j2,1058 W
Tổng trở pha lúc khởi động dùng cuộn kháng:
Z = XK + ZVK = XK + 2,241Ð700 = 0,7665 + j(XK + 2,1058) W
Dòng điện khở động khi dùng cuộn kháng:
IK = 2 x Iđm = 2 x 17,8 = 35,6 A
Mà ta có biểu thức:
Þ XK = 4,01 W
XK = 2pfLK Þ LK = XK/2pf = 4,01/2p.50 = 0,01276 H
= 12,76 mH
Điện áp pha đặt vào động cơ khi khở động:
UK = IK x ZVK = 35,6 x 2,241 = 79,8 V
b. Khởi động dùng mba tự ngẫu:
Trên sơ đồ hình 8-4 trình bày phương pháp khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu, MBA tự ngẫu nối Y với điện áp lấy ra 50, 65, 80% điện áp định mức để đưa vào động cơ. Trước khi khởi cắt động cầu dao CD2, đóng CD3, MBA TN để ở vị trí điện áp đặt vào động cơ khoảng 0,65Uđm, đóng CD1 để nối dây quấn stator vào lưới điện thông qua MBA tự ngẫu, động cơ quay ổn định, cắt CD3, đóng CD2 để nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới.
ĐC
CD1
CD2
TN
U1
Hình 10-4 Khởi động dùng BA TN
CD3
Gọi a là hệ số biến áp của MBA tự ngẫu; U1 là điện áp pha của lưới điện; Zn là tổng trở pha của động cơ lúc mở máy. Điện áp đặt vào động cơ điện khi khởi động là:
Lúc đó dòng điện khởi động:
(10-9)
Dòng điện I1 lưới điện cung cấp cho
động cơ lúc khởi động là dòng điện sơ
cấp của MBA tự ngẫu:
(10-10)
Dòng điện khởi động trực tiếp.
(10-11)
So sánh (10-10) và (8-11), ta thấy lúc khởi động có MBA tự ngẫu, dòng điện lưới giảm đi a2 lần. Đây là ưu điểm so với phương pháp dùng điện kháng. Thường phương pháp này dùng cho những động cơ công suất lớn. Điện áp đặt vào động cơ giảm đi k lần thì mômen khởi động M’K của động cơ giảm đi:
(10-12)
VÍ DỤ 10-4
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, công suất 125hp, 60Hz, 460V nối Y, cosj = 0,75, 6 cực từ, 1141 vòng/phút, mK = 1,25, mI = 6,737. Xác định (a) dòng điện lưới và mômen khởi động với điện áp lưới 460V; Nếu động cơ được khởi động bằng MBA tự ngẫu với điện áp 65% điện áp định mức, xác định (b) dòng điện lưới và mômen khởi động của động cơ.
Bài giải
Động cơ khởi động trực từ lưới điện.
Mômen định mức và khởi động của động cơ:
Dòng điện định mức và khởi động của động cơ:
Động cơ khởi động qua MBA từ ngẫu.
Điện áp đặt vào động cơ khi khởi động nhơ biến áp tự ngẫu:
UK = 0,65. U1 = 0,65.460 = 299 V
Do tổng trở ngắn mạch của động cơ là không đổi, nên dòng điện khởi động tương ứng điện áp giảm là:
Mômen khởi động tỉ lệ với bình phương điện áp nên:
Tỉ số biến áp của MBA tự ngẫu:
Dòng điện lưới khi khởi động với MBA tự ngẫu;
g. Khởi động bằng cách đổi nối Y® D:
Áp dụng cho động cơ làm việc bình thường nối tam giác D. Khi khởi động động cơ nối hình sao Y, sau khi tốc độ quay gần ổn định chuyển về nối D để làm việc như trình bày trên hình 10-5.
CD1
U1
Hình 10-5 Khởi động đổi nối Y® D
CD
ĐC
Điện áp pha khi khởi động:
Dòng điện khi khởi động nối sao:
Dòng điện khi khởi động trực tiếp
(nối tam giác):
Ta có:
(10-13)
Còn moment khởi động của động cơ MK giảm đi 3 lần, tương ứng với việc ciamr cảu điện áp.
VÍ DỤ 10-5
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, công suất 60hp, 60Hz, 460V nối Y, 1750 vòng/phút, mK = 1,4 có tổng trở khi rôto đứng yên 0,547Ð69,10W/pha. Động cơ sẽ được khởi động đổi nối Y ® D, xác định điện áp lưới (a) động cơ sẽ làm việc; dòng điện khởi động pha và dây (b) khi nối D; dòng điện khởi động pha (c) khi nối Y; .
Bài giải
Điện áp lưới động cơ sẽ làm việc:
Dòng điện khởi động pha và dây khi nối D:
Dòng điện khởi động khi nối Y:
Số lần dòng điện giảm được so với khi khởi động trực triếp
lần
Mômen định mức và khởi động:
Mômen khởi động khi nối Y còn lại là:
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Người ta đã nghiên cứu nhiều về việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ, nhưng nhìn chung thì các phương pháp này đều có những ưu nhược điểm của nó và chưa giải quyết được toàn bộ vấn đề như phạm vi điều chỉnh, năng lượng tiêu thụ, độ trơn khi điều chỉnh, thiết bị sử dụng. Mặc dầu việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ còn một số khó khăn nhất định, nhưng trong những trường hợp cụ thể nào đó thì dùng phương pháp điều chỉnh tốc độ thích hợp có thể thỏa mãn được yêu cầu.
Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ được cho bởi công thức:
vg/ph (10-14)
Nhìn vào biểu thức trên ta thấy: động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc có thể điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số dòng điện stator, đổi nối dây quấn stator để thay đổi số đôi cực từ p của từ trường hoặc thay đổi điện áp đặt vào dây quấn stator để thay đổi hệ số trược s. Tất cả các phương pháp điều chỉnh đó đều thực hiện ở phía stator. Đối với động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn thường điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor để thay đổi hệ số trược s, việc điều chỉnh được thực hiện ở phía rotor.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực từ:
Số cực của từ trường quay stator tùy thuộc vào cách đấu dây quấn stator. Bằng cách đấu lại dây quấn, một động cơ hai cực (p = 1) có thể thành bốn cực (p = 2). Động cơ không đồng bộ có cấu tạo dây quấn để thay đổi số đôi cực từ được gọi là động cơ nhiều cấp tốc độ. Phương pháp này chỉ dùng cho loại động cơ rotor lồng sóc.
Trên hình 10-6 trình bày hai đặc tính M1(n) và M2(n) ứng với hai tốc đồng bộ n11 và n12.
Theo công thức (10-14) và (9.53), ta có:
n11 = 2n12 và M2max = 2M1max. (10-15)
n12
n11
n
M
M1max
M2max
p = 2
p = 1
0
Hình 10-6. Đặc tính cơ ĐK có hai cực
đấu nối dây quấn thành bốn cực
f=fđm
f>fđm
f<fđm
M
n
0
nm
Hình 10-7 Đặc tính cơ khi f thay đổi (U/f=Cte)
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện
Điều chỉnh điện áp stator theo tần số có sơ đồ khối như hình 10-8a. Với điều kiện năng lực quá tải không đổi, có thể tìm ra được quan hệ giữa điện áp U1, tần số f1 và mômen M. Trong công thức (9-53) về mômen cực đại, khi bỏ qua điện trở R1 và UTh = U1 thì moment cực đại có thể viết thành :
(10-16)
Trong đó C là một hệ số.
(a)
Rectifier
(ac- dc)
Invertor
(dc - ac)
IM
U control
f control
3f
fđm
MC
0
(b)
n
M
P không đổi
M không đổi
Hình 10-8 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện
Sơ đồ khối;
b) Đặc tính cơ U1/f
Giả thiết U’1 và M’ là điện áp và moment lúc tần số f1’, căn cứ vào điều kiện năng lực quá tải không đổi, ta có :
hay
Do đó ta có:
Trong thực tế ứng dụng, thường yêu cầu moment không đổi, nên ta có :
hay (10-17)
Trường hợp yêu cầu công suất Pcơ không đổi, nghĩa là mômen tỉ lệ nghịch với tần số, ta có :
;
Thế vào trên ta được :
(10-18)
Tóm lại, khi thay đổi tần số f1, ta phải đồng thời thay đổi điện áp U1 đưa vào động cơ. Trường hợp U1/f = Cte, có đặc tính cơ như hình 10-7, cách điều chỉnh này có các đặc tính thích hợp với loại tải cần M=Cte khi vận tốc thay đổi. Trên hinh 10-10b, khi f fđm mà U/f không đổi thì khi U > Uđm bộ nghịch lưu không thể cấp giá trị điện áp này, nên U/f ở vùng này được phép giảm và moment động cơ giảm theo tốc độ. Vùng điều khiển này là vùng có công suất Pcơ không đổi.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở rotor
CD1
U1
Rp2
(a)
IM
r2+ rp2+rp1
R2+ rp1
R2
M
s
1
0
(b)
s4
s5
s2
s3
s1
UC
R
Id
-
+
Rcơ
IM
3f
(c)
Hình 10-9 Điều chỉnh tốc độ động cơ rotor DQ dùng điện trở
a) Sơ đồ điều chỉnh; b) Đặc tính; c. Sơ đồ mạch hở; d. Sơ đồ mạch kín
IM
UC
R
Id
3f
-
+
Rcơ
Tach
n
a
Id
-
n*
+
+
S
S
(d)
Thay đổi điện trở dây quấn rôto, bằng cách mắc thêm biến trở ba pha vào mạch rotor để điều chỉnh tốc độ động cơ rotor dây quấn như trên hình 10-9a.
Do biến trở điều chỉnh phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn hơn biến trở khởi động. Họ đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rotor dây quấn khi dùng biến trở điều chỉnh tốc độ trình bày trên hình 10-9b. Khi tăng điện trở, tốc độ quay của động cơ giảm. Phương pháp này gây tổn hao trong biến trở nên làm hiệu suất động cơ giảm. Tuy vậy, đây là phương pháp khá đơn giản, tốc độ được điều chỉnh liên tục trong phạm vi tương đối rộng nên được dùng nhiều trong các động cơ công suất cở trung bình. Phương pháp nầy chỉ thực hiện khi máy mang tải, còn khi máy không tải thay đổi biến trở, tốc độ động cơ gần như không đổi. Do tổ hao nên ta thay biến trở bằng bộ đóng cắt như trình bày trên hình 10-9c (mạch hở), và có phản hồi hình 10-9d (mạch kín).
Tần số đóng cắt và điện trở tương đương của mạch :
; (10-19)
(10-20)
VÍ DỤ 10-6
Họ đặc tính M=f(s) của động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor dây quấn có số liệu: 400hp, 2300V nối Y, 60Hz, 14 cực từ trình bày trên hình VD 10-1. Đường cong A và D cho biết giới hạn của điện trở điều chỉnh. Xác định (a) dãy tốc độ biến thiên của rotor khi thay đổi điện trở điều chỉnh khi tải trên đầu trục bằng định mức không đổi; (b) điện trở điều chỉnh để đạt được 260% mômen định mức khi khởi động. Cho biết a=3,8 và các thông số trên một pha như sau:
R1 = 0,74 W, R’2 = 0,647 W, Rfe = bỏ qua
X1 = 1,33 W ; X’2 = 2,01 W XM = 77,6 W
Bài giải
Dãy tốc độ biến thiên của rotor
Tốc độ vòng đồng bộ :
vòng/phút
Từ sự giao nhau của đường cong M=f(s) với tải định mức trên hình VD 10-1, ta tìm được hệ số trượt ở tốc độ thấp s = 4 và ở tốc độ cao s = 0,015. Như vậy tốc độ thấp, đường D:
n = (1 – s) n1 = (1 – 0,4). 514,3 = 311 vòng/phut
Tốc độ cao, đường A:
n = (1 – s) n1 = (1 – 0,015). 514,3 = 507 vòng/phut
Điện trở điều chỉnh:
Đường cong B có MK = 2,6Mđm và tương ứng có hệ số trượt tới hạn sm = 0,74. Điện trở điều chỉnh trong trường hợp này có trị số:
Þ
Với RTh = 0,374 W và XTh = 1,2767 W đã tính ở ví dụ 10-1.
Vậy điện trở điều chỉnh:
Rđc = R’đc/a2 = 1,62/3,82 = 0,112 W
Điều kiện làm việc bình thường và quá tải ĐK rotor dây quấn
Nghiên cứu đường cong quan hệ M=f(s) của động cơ không đồng bộ rotor dây quấn trình bày trên hình VD 10-1 cho ta thấy mômen từ 0 đến 1,1Mđm nó có tính chất tuyến tính. Như vậy các công thức, dòng điện rotor, mômen điện từ đã có chỉ thêm điện trở điều chỉnh Rđc và nếu hệ số trượt s < 0,03, ta có các công thức gần đúng như sau:
(10-21)
(10-22)
Từ công thức (10-21) và (10-22) cho thấy khi hệ số trượt s < 0,03 thì dòng điện và mômen đều tỉ lệ thuận với hệ số trượt s và tỉ lệ nghịch với điện trở (R’2 và R’đc). Vì có điện trở mắc vào mạch rotor, nên điều kiện s < 0,03 là bắt buộc cho động cơ rotor lồng sóc nhưng không bắt buộc cho động cơ rotor dây quấn. Như hình VD 10-1, tính chất tuyến tính nằm trong hệ số trượt s = 0 – 0,5. Như vậy trong điều kiện tần số, điện áp định mức và vận hành trong vùng tuyến tính, ta có các quan hệ sau:
(10-23)
(10-24)
VÍ DỤ 10-7
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor dây quấn có số liệu: 300kW, 380V nối Y, 50Hz, 4 cực, sđm = 0,016 từ đang vận hành với tải định mức và không có điện trở điều chỉnh. Các thông số trên một pha như sau:
R1 = 0,00536 W, R’2 = 0,00613 W, Rfe = 7,66
X1 = 0,0383 W ; X’2 = 0,0383 W XM = 0,5743 W
Xác định (a) tần số rotor; (b) hệ số trượt tới hạn; (c) tốc độ khi mômen tải bằng nửa mômen định mức; (d) điện trở điều chỉnh pha khi tải trên đầu trục bằng nửa định mức và tốc độ 1000 vòng/phút, cho biết a=2 và động cơ vận hành trong vùng tuyến tính ; (e) mômen định mức khi tốc độ định mức.
Bài giải
Tần số rotor: f2 = s. f1 = 0,16. 50 = 0,8 Hz
Hệ số trượt tới hạn: ở đây do X1 << XM, nên ta dùng công thức:
Động cơ vận hành trong vùng tuyến tính, từ (10-24), ta lập tỉ số:
Þ
Tốc độ đồng bộ và của rotor:
vòng/phút
n = (1 – s) n1 = (1 – 0,008). 1500 = 1488 vòng/phut
Hệ số trượt khi tốc độ 1000 vòng/phút và điện trở điều chỉnh:
Þ
Mômen định mức:
nđm = (1 – sđm) n1 = (1 – 0,016). 1500 = 1476 vòng/phut
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn điện
U3
<
<
MC
M
n
nm
0
Hình 10-10 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn điện
U1đm
U2
n1
(a)
ĐC
A
B
C
(b)
Thay đổi điện áp nguồn bằng ba cặp Thyristor đấu song song ngược như sơ đồ hình 10-10. Ứng với các góc mở khác nhau của Thyristor, điện áp trung bình đặt vào động cơ khác nhau, nói cách khác ta thay đổi được điện áp đặt vào động cơ. Đây là phương pháp đơn giản nhờ kỹ thuật điện tử phát triễn.
Ta đã biết, hệ số trượt tới hạn sm không phụ thuộc vào điện áp đặt vào dây quấn stator U1. Nếu điện trở R’2 không đổi thì khi giảm điện áp nguồn U1, hệ số trượt tới hạn sm sẽ không đổi còn Mmax giảm tỉ lệ với . Vậy họ đặc tính thay đổi như hình (10-10b) làm cho tốc độ thay đổi theo. Phương pháp này chỉ thực hiện khi máy mang tải, còn khi máy không tải giảm điện áp nguồn, tốc độ của động cơ gần như không đổi.
ĐỘNG CƠ KĐB ỨNG DỤNG HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI
Người sử dụng mong muốn động cơ không đồng bộ (ĐK):
- Khi khởi động thì mômen khởi động MK lớn và dòng khởi động IK nhỏ.
Lúc làm việc bình thường thì hiệu suất của động cơ h phải cao.
Với các yêu cầu trên thì động cơ không đồng rôto dây quấn và rôto lồng sóc, loại nào đáp ứng được ?.
ĐK rôto dây quấn: Thực hiện được các yêu cầu trên một cách dễ dàng.
ĐK rôto lồng sóc: để hiểu rõ phải nhận xét thêm.
Nhận xét ưu khuyết điểm của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc rãnh thường :
+ Ưu điểm :
- Chế tạo đơn giản.
- Làm việc chắc chắn.
- Đặc tính làm việc tốt.
+ Khuyết điểm :
- Dòng khởi động IK lớn
- Mômen kh