MÔ HÌNH VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔTO LỒNG SÓC
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
100 MB Bao gồm tất cả file,.lưu đồ giải thuật... thuyết minh, bản vẽ nguyên lý, bản vẽ thiết kế, FILE lập trình, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN tử MÔ HÌNH VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔTO LỒNG SÓC
MỤC LỤC
Trang
PHẦN A: MỞ ĐẦU.........................................................................................................
PHẦN B: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA................. 9
1.1. Cấu tao........................................................................................................................ 9
1.1.1.Cấu tạo phần tĩnh (stato)....................................................................................... 9
1.1.2. Cấu tạo phần quay (roto)...................................................................................... 9
1.1.3. Đặc điểm của động cơ không đồng bộ................................................................ 9
1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha..................................... 10
1.2.1. Nguyên lý ............................................................................................................... 10
1.2.2 Hệ số trượt:.............................................................................................................. 11
1.3. Mômen quay của động cơ không đồng bộ ba pha ............................................... 12
1.4. Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc………………………17
1.4.1Mở máy trực tiếp. .................................................................................................... 17
1.4.2 Giảm điện áp stator khi mở máy........................................................................... 18
1.4.3 Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stator.......................................................... 18
1.4.4Dùng máy biến áp tự ngẫu ..................................................................................... 18
1.4.5Phương pháp đổi nối sao - tam giác ................................................................... 19
1.5. Ưu nhược điểm của động cơ không đồng bộ ba pha........................................... 20
1.51. Ưu điểm.................................................................................................................... 20
1.5.2Nhược điểm............................................................................................................... 20
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA............................................................................................................................................. 22
2.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto. 22
2.1.1 Nguyên lý điều chỉnh khi thay đổi điện trở phụ trên mạch roto.................... 22
2.1.2. Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch roto bằng các van bán dẫn............... 23
2.1.3. Nhận xét và ứng dụng............................................................................................ 25
2.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực...... 26
2.2.1 Nguyên lý khi thay đổi số đôi cực........................................................................ 26
2.2.2 Các phương pháp đổi nối dùng để thay đổi số đôi cực................................... 27
2.2.1.1 Đổi nối cuộn stato từ sao y sang sao kép yy.................................................... 27
2.2.2.2. Đổi nối cuộn stato từ sao sang sao nữa ngược................................................ 31
2.2.2.3 Đổi nối cuộn stato từ tam giác D sang sao kép yy.......................................... 34
2.2.3 Nhận xét và ứng dụng trong công nghiệp.......................................................... 36
2.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cuộn kháng bảo hòa 37
2.3.1. Khái niệm về cuộn kháng bảo hòa..................................................................... 37
2.3.2. Phương trình và dạng đặc tính cơ...................................................................... 40
2.3.2.Phương pháp dùng cuộn kháng bảo hòa để điều chỉnh tốc độ động cơ........ 41
2.3.4. Nhận xét và ứng dụng trong công nghiệp........................................................... 45
2.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp......... 46
2.4.1. Nguyên lý điều chỉnh............................................................................................ 46
2.4.2. Các phương pháp điều chỉnh ............................................................................... 46
2.4.3. Nhận xét và ứng dụng............................................................................................ 48
2.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn. 49
2.5.1. Nguyên lý và quy luật điều chỉnh khi thay đổi tần số...................................... 49
2.5.2. Các bộ biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ......................................... 52
2.5.2.1 Bộ biến tần trực tiếp dùng thyristor................................................................. 53
2.5.2.2 Bộ biến tần dùng thyritor có khâu trung gian một chiều.............................. 54
2.5.2.3. Bộ biến tần nghịch lưu dòng ............................................................................ 55
2.6. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp nối tầng......... 57
2.6.1 Phương pháp nối tầng dùng hệ thống van máy điện......................................... 57
2.6.2 Phương pháp nối tầng dùng thyristor................................................................. 58
2.6.3 Nhận xét................................................................................................................. 60
CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH........................................ 61
3.1 Đồng hồ đa chức năng............................................................................................... 61
3.2 Rotary Ecoder ............................................................................................................ 63
3.3 Biến tần....................................................................................................................... 65
3.3 Động cơ ba pha rô to lồng sóc.................................................................................. 65
3.4 Máy biến áp................................................................................................................ 66
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH......................................................................... 70
4.1 Sơ đồ khối................................................................................................................... 70
4.2 Sơ đồ nguyên lý.......................................................................................................... 71
4.3 Sơ đồ động lực............................................................................................................ 73
4.4 Nguyên lý hoạt động của mạch................................................................................ 74
PHẦN C: KẾT LUẬN....................................................................................................... 75
Tài liệu tham khảo............................................................................................................ 76
DANH SÁCH BẢNG, HÌNH, SƠ ĐỒ
Hình 1-1 Cấu tạo stator ................................................................................................... 2
Hình 1-3 Rotor lồng sóc ................................................................................................. 4
Hình.1-4 Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ .................................................... 5
Hình1.6Biểuđồgiãnđồnănglượngđộngcơkhôngđồng........................................ 13
Hình 1-7a. Đặc tính cơ của động cơ không động bộ .................................................. 16
Hình 1. 7 b Mở máy động cơ roto dây quấn ................................................................ 20
Hình 1-8 Mở máy trực tiếp động cơ .............................................................................. 20
Hình 1-9 Mở máy bằng cuộn kháng .............................................................................. 21
Hình 1-10 Mở máy bằng biến áp tự ngẫu ..................................................................... 22
Hình 1-11 Đổi nối sao tam giác ..................................................................................... 23
Hình 2-1 Điều chỉnh khi thay đổi điện trở phụ trên mạch roto ............................... 25
Hình 2-2. Điều chỉnh điện trở mạch roto bằng các van bán dẫn .............................. 27
Hình 2-3. Sơ đồ khai triển một pha của cách đấu Y nt sang YY .............................. 31
Hình2-4. Đặc tính cơ khi đổi cuộn stato từ sao sang sao kép ................................... 33
Hình 2-5 Sơ đồ khai triển một pha của cách đấu sao và sao nữa ngược ................. 34
Hình 2-6. Đặc tính cơ của ĐCKĐB khi đấu sao nối tiếp sang sao nữa ngược ........ 36
Hình 2-7. Sơ đồ đổi nối dây từ tam giác sang sao kép ............................................... 37
Hình 2-8. Đặc tính cơ của ĐCKĐB khi đổi nối dây quấn stato từ D nt sang YY ... 38
Hình 2-9. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cuộn kháng bảo hòa ................ 41
Hình 2- 10. Sơ đồ nguyên lý dùng khâu phản hồi âm tốc độ .................................... 44
Hình 2-11. Dùng ba cuộn kháng bảo hòa ..................................................................... 45
Hình 2-12. Dạng đăc tính cơ khi dùng cuộn kháng bảo hòa có khâu phản hồi ...... 47
Hình 2-13. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống dùng bộ điều chỉnh thyristor ................. 49
Hình 2-14. Đồ thị điện áp pha ở đầu ra của bộ điều chỉnh thyristor ....................... 49
Hình 2-15. Các đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB dùng bộ điều chỉnh thyristor 50
Hình 2-16. Các dạng đặc tính ........................................................................................ 53
Hình 2-17. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số theo quy luật điều chỉnh u và f ........... 54
Hình 2– 18. Sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần trực tiếp dùng thyristor .................... 55
Hình2-19. Đồ thị điện áp một pha của bộ biến tần trực tiếp dùng thyristor ........... 56
Hình 2-20. Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần có khâu trung gian một chiều .................. 56
Hình 2-21. Đồ thị điện áp pha đầu ra của biến tần có khâu trung gian một chiều 57
Hình 2-22 Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nghịch lưu dòng .......................................... 58
Hình 2-23. Sơ đồ nối tầng van máy điện ...................................................................... 59
Hình 2-24. Hệ thống nối tầng van máy điện ................................................................ 60
Hình 3.1: Hình dạng đồng hồ đa chức năng ................................................................. 63
Hình 3.2: Hình dạng của một loại ecoder .................................................................... 65
Hình 3.2: Hình dạng của biến tần .................................................................................. 66
Hình 3.3: Sơ đồ trải dây quấn với cực từ 2p=2 ........................................................... 67
Hình 3.4: Sơ đồ trải dây quấn với cực từ 2p=4 ........................................................... 68
Hình 3.5 Hình ảnh của máy biến áp 3 pha .................................................................. 69
Hình 3.6: Phe sắt ba pha kiểu E,I .................................................................................. 70
Hình 4 - 1 Sơ đồ khối ...................................................................................................... 73
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của mô hình ....................................................................... 74
Hình 4.2 Sơ đồ động lực của mô hình ........................................................................... 75
Bảng 3.1: Thông số của đồng hồ đa chức năng ........................................................... 63
Bảng 3.2: Giá trị cài đặt cho F1 ..................................................................................... 64
Bảng3.3: Thông số của ecoder ....................................................................................... 65
PHẦN A: MỞ ĐẦU
Lời nói đầu
Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, để nâng cao năng suất, hiệu suất sử dụng của máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và các phương pháp tự động hóa dây chuyền sản xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ là không thể thiếu vì vậy nhiều loại động cơ điện đã được chế tạo và hoàn thiện hơn trong đó có động cơ điện không đồng bộ chiếm một tỉ lệ lớn trong công nghiệp, do nó có nhiều ưu điểm nổi bật là giá thành hạ, dễ sử dụng, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành thấp…
Trong thực tế, để đáp ứng yêu cầu sản xuất, làm việc của các nhà máy, xí nghiệp…với yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ ở một phạm vi nào đó. Điều chỉnh tốc độ động cơ là những Phương pháp điều chỉnh nhân tạo nhằm thay đổi tốc độ của hệ thống, của cơ cấu sản xuất theo yêu cầu công nghệ..
Đề tài này tìm hiểu các phưong pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc được trình bày như sau: Nguyên lý hoạt động, các sơ đồ và ứng dụng trong công nghiệp.
Đặt vấn đề
Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm một tỉ lệ lớn so với các động cơ khác. Sở dĩ, là do động cơ có kết cấu đơn giản, vận hành an toàn, sử dụng nguồn trực tiếp ba pha…
Tuy nhiên, trước đây động cơ không đồng bộ ba pha chưa được sử dụng rộng rãi. Nguyên nhân chính là việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, các động cơ không đồng bộ có các nhược điểm( dòng khởi động lớn, mô men khởi động nhỏ)
Ngày nay do ứng dụng của tiến bộ khoa học kỹ thuật, sự phát triển của công nghiệp, kỹ thuật tự động. Động cơ không đồng bộ ba pha khai thác được các ưu điểm của mình và hạn chế được các nhược điểm của mình. Nó trở thành một hệ truyền động cạnh tranh với các hệ truyền động khác (hệ truyền động một chiều).
PHẦN B: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1. Cấu tạo và đặc điểm
1.1. Cấu tạo
Loại roto kiểu lồng sóc loại dây quấn này khác với dây quấn stato. Mỗi rảnh của lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thành một cái lồng, người ta gọi đó là lồng sóc.
dây quấn roto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.
Hình 1-1 Rotor lồng sóc
Khe hở
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm ¸ 1mm). Do đó roto là một khối tròn nên roto rất đều.
- Đặc điểm của động cơ không đồng bộ
- Cấu tạo đơn giản.
- Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha.
- Tốc độ quay của roto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n1.
Trong đó:
n: Tốc độ quay của roto.
n1: Tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ )
1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
1.2.1. Nguyên lý
Khi ta cho dòng điện 3 pha tần số f vào ba dây quấn stato, trong động cơ sẽ tạo ra một từ trường quay. Từ trường quay cắt các thanh dẫn của rotor, cảm ứng một sức điện động, vì dây quấn rotor nối ngắn mạch, nên sức điện động sẽ sinh ra một dòng điện trong các thanh dẫn rotor. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rotor, kéo rotor quay theo chiều quay của từ trường. Chiều của sức điện động và chiều dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ta căn cứ vào chiều quay tương đối của thanh dẫn với từ trường.
Hình.1-2 Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ.
Để minh họa, trên hình.1-1 vẽ từ trương quay tốc độ n1, chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng trong thanh rotor, chiều các lực điện từ. Nếu coi từ trường đứng yên, thì chiều chuyển động tương đối thanh dẫn ngược chiều với n1, từ đó áp dụng quy tắc bàn tay phải, xác định chiều sđđ như hình vẽ.
Chiều điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay n1.
Tốc độ quay n của rotor luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1, vì nếu tốc độ rotor mà bằng tốc độ từ trường quay thì không có sự chuyển động tương đối, trong giây quấn rotor không có sđđ và dòng cảm ứng dẫn đến lực điện từ bằng không.
Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2
n2 = n1 - n
Hệ số trượt tốc độ là
S = 2 = 1 (1-1)
Trong đó
n: Là tốc độ quay của roto f tần số dòng điện lưới.
p: Số đôi cực
n1: Tốc độ quay của từ trường quay (tốc độ đồng bộ của động cơ).
n1 = (1-2)
Khi rotor đứng yên thì n = 0 và s = 1 gọi là độ trượt mở máy.
Khi rotor quay định mức Sđm = 0.02 ¸ 0.06. Tốc độ động cơ là:
n = n1 .(1-s) = (1-s) vg/ph
Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số điện stato f và số đôi cực p. Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n1 thay đổi làm cho n thay đổi. Khi dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay được một vòng, do đó trong một giây dòng điện stator biến thiên f chu kỳ, từ trường quay được f vòng. Vậy khi từ trường có một đôi cực, tốc độ của từ trường là n1 = f vg /giây. khi từ trường có hai đôi cực, dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay được 1/2 vòng cực từ N qua S đến N, do đó tốc độ từ trường quay n1 = f/2 một cách tồng quát, khi từ trường quay có p đôi cực, tốc độ từ trường quay là:
n1 = vg/giây
Hoặc n1 = vg/ phút.
Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện. Muốn đổi chiều quay của từ trường ta thay đổi thứ tự hai pha với nhau.
- Hệ số trượt
Để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của roto n và tốc độ của từ trường quay stato n1.
ta có
s = 1 (1-3)
Hay tính theo phần trăm
s % = 1100% (1-4)
Xét về mặt lý thuyết giá trị s sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100 o/o
1.3. Mômen quay của động cơ không đồng bộ ba pha
Ở chế độ động cơ điện, momen điện từ đóng vai trò momen quay, được tính là
M = Mđt = đt (1-5)
Pđt là công suất điện từ
Pđt = 3I2 (1-6)
w1 tần số góc từ trường quay
w1 =
w là tần số góc dòng điện stator
p là số đôi cực từ
Dựa vào sơ đồ gần đúng, ta có biểu thức dòng điện roto đã qui đổi về stato.
I’2 = 1 (1-7)
Khi tốc độ động cơ n = 0 ta có s =1.
Nếu điện áp đặt lên cuộn stato u1 = const thì biểu thức (1 –29) chính là quan hệ giữa dòng điện roto đã qui đổi về stato i’2 với độ s hay với tốc độ n.
do đó biểu thức (1-29) chính là phương trình đặc tính tốc độ.
Công suất điện từ của động cơ
Pđt =3 I’2 2 (1-8)
Mặt khác
Pđt = Mđt 1 (1-9)
Do đó
Mđt = 2 (1-10)
Mđt mômen điện từ gồm hai phần
Phần nhỏ tổn thất trên cuộn dây và tổn thất cơ do ma sát ở các ổ bi, ký hiệu Dm
Phần lớn biến thành mômen quay của động cơ m.
Mđt = M+ DM (1-11)
Vậy Mđt ≈ M
Max M >>DM, ta có thể bỏ qua DM
Khi đó
Mđt = M= 2 (1-12)
Thay i’2 từ (1-26) vào (1-34), ta được
M = 1 (1-13)
Với w = 1
Biểu thức (1-40) chính là phương trình đặc tính cơ. được biểu diễn quan hệ M = f(n) như hình 1-3
Giá trị s sẽ biến thiên từ - ¥ đến + ¥ và mômen quay sẽ có hai giá trị cực đại gọi là mômen tới hạn (Mt). Lấy đạo hàm của mômen theo hệ số trượt và cho dm/ds = 0.
ta có hệ số trượt tương ứng với mômen tới hạn mt gọi là hệ số trượt tới hạn.
St = ± 2 (1-14)
Do đó ta được biểu thức mômen tới hạn
Mt = 1 (1-15)
Giải các phương trình (1-40), (1-41), (1-42) và đặt
e = 2 (1-16)
M = t (1-17)
Ta được dạng đơn giản của phương trình đặc tính cơ
Hình 1-3. Đặc tính cơ của động cơ không động bộ.
Nhận thấy dạng gần đúng của phương trình đặc tính cơ như sau
đối với động cơ roto lồng sóc, nhất là các động cơ có công suất lớn thì r1 << xn, nên có thể bỏ qua r1 và e = 0.
Ta có:
M = t (1-18)
Với :
Mt = 1 (1-19)
Nhận xét: từ các biểu thức (1-41) và (1-42), ta thấy đối với động cơ xác lập nếu u1 thay đổi thì st = const và mt thay đổi tỉ lệ với u12 . khi thay đổi điện trở mạch roto bằng cách thêm điện trở phụ (đối với động cơ không đồng bộ roto quấn dây) thì
st = 2 (1-20)
mt = const và st tỉ lệ với r’2 .
Khi xét đến điện trở trên mạch stato r1 thì mômen tới hạn mt sẽ có hai giá trị khác nhau và ứng với hai trạng thái làm việc của động cơ.
- s = 0 , n1 < n là trạng thái hãm tái sinh động cơ làm việc như một máy phát.
stF = - 2 (1-21)
- s > 0 , n1 > n trạng thái làm việc của động cơ.
Stđ = 2 (1-22)
MtF = - 1 (1-23)
Mtđ = 1 (1-24)
Khi r1 ≠ 0 thì │stF │=│stđ │còn │MtF │>│Mtđ │
Ta có tỉ số
lM = t (1-25)
Mđm = đm (1-26)
Trong đó
Mđm : nm
pđm : kw
nđm : vòng/phút
Độ trượt tới hạn của động cơ được xác định như sau:
ở trạng thái định mức của động cơ:
n = nđm , s = sđm , m = mđm
Phương trình đặc tính tại điểm định mức
Mđm = t (1-27)
Do đó
lM = t (1-28)
Thường đối với động cơ thì r1 = r’2, nên
lM = t (1-29)
Giải phương trình bậc hai (1-51) và xem r1<< xn
Ta có độ trượt st
st = sđm (lM ±eq \l(\l((eq \l(\o\ac(2, ) (1-30)
Thay s = 1 vào phương trình momen ta có momen mở máy động cơ là
Mmở = 1 (1-31)
Đối với động cơ lồng sốc thường cho các tỷ lệ sau
mở = 1.1¸ 1.7 ; mở = 1.6¸ 2.5
1.4. Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ không đồng bộ ba pha có momen mở máy. Để mở máy được, momen mở máy phải lớn hơn momen của tải lúc mở máy, đồng thời momen động cơ phải đủ lớn để thời gian mở máy trong phạm vi cho phép.
Khi mở máy, hệ số trượt s = 1, theo sơ đồ thay thế gần đúng, dòng điện pha lúc mở máy
Ipmở = 1 (1-32)
Dòng điện mở máy lớn bằng 5¸ 7lần dòng điện định mức.
1.5 Mở máy động cơ rotor lồng sóc :
1.5.1 Mở máy trực tiếp.
Hình 1-4 Mở máy trực tiếp động cơ
Đây là phương pháp đơn giản nhất, chỉ cần đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện. khuyết điểm của phương pháp này là dòng mở máy lớn, làm tụt điện áp rất nhiều, nếu quán tính của máy lớn, thời gian mở máy lâu, có thể làm chảy cầu chì bảo vệ. Vì vậy chỉ dùng được khi công suất lưới điện lớn hơn công suất động cơ rất nhiều, việc mở máy sẽ đơn giản.
1.5.2 Giảm điện áp stator khi mở máy
Khi mở máy giảm điện áp đặt vào stator động cơ để giảm dòng mở máy. Khuyết điểm của phương pháp này là momen mở máy giảm rất nhiều, vì momen tỉ lệ với bình phương điện áp. Vì thế nó chỉ sử dụng được đối với trường hợp không yêu cầu mở máy lớn. Có các phương pháp sau
1.5.2.1 Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stator
Điện áp mạng đặt vào động cơ qua điện kháng lúc mở máy, khi động cơ đã chạy ổn định ngắt cuộn kháng ra khỏi mạch. Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng mà điện áp đặt vào động cơ giảm đi k lần, song momen giảm đi k lần (vì điện áp tỉ lệ bình phương với điện áp )
Hình 1-5 Mở máy bằng cuộn kháng
1.5.2.2. Dùng máy biến áp tự ngẫu
Điện áp mạng điện đặt vào sơ cấp máy biến áp. Điện áp thứ cấp của máy biến áp đặt vào động cơ. Thay đổi vị trí con chạy để cho lúc mở máy điện áp đặt vào động cơ nhỏ, sau đó dần dần tăng lên định mức. Gọi k là hệ số biến áp của máy tự biến áp, U1 là điện áp lưới điện, Zn là tổng trở của động cơ lúc mở máy. Điện áp pha đặt vào động cơ lúc mở máy là
Uđc = 1
Dòng điện chạy trong động cơ lúc mở máy là
Iđc = đc = 1
Dòng điện I1 lưới điện cung cấp cho động cơ lúc có máy tự biến áp là
I1 = đc = 1 (1-33)
Khi mở máy trực tiếp, dòng điện I1 bằng
I1 = 1 (1-34)
So sánh (1-63) và (1-64) ta thấy, lúc có máy tự biến áp, dòng điện khởi động giảm đi k lần . Đây là phương pháp ưu điểm so với phương pháp dùng điện kháng, vì thế được dùng với động cơ có công suất lớn. Điện áp đặt vào động cơ giảm đi k lần nên momen cũng giảm đi k lần.
Hình 1-6 Mở máy bằng biến áp tự ngẫu
1.5.2.2.1 Phương pháp đổi nối sao - tam giác
Phương pháp này chỉ dùng được với những động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stator nối tam giác .
Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp đặt vào mỗi pha giảm đi lần. Sau khi mở máy ta nối lại thành hình tam giác như đúng qui định của máy.
Dòng điện dây khi nối hình tam giác
Ieq \l(\l(d( = 3
Dòng điện dây khi nối hình sao là
Idsao = 1
So sánh ta thấy lúc mở máy kiểu đổi nối sao tam giác dòng điện giảm đi 3 lần cũng như trên . Phương pháp này momen giảm đi 3 lần
Hình 1-7 Đổi nối sao tam giác
1.6 . Ưu nhược điểm của động cơ không đồng bộ ba pha
1.6.1. Ưu điểm
- Trong công nghiệp hiện nay phần lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha. Vì nó tiện lợi hơn, với cấu tạo, mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so với động cơ một chiều.
- Ngoài ra động cơ không đồng bộ ba pha dùng trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba pha, không phải tốn kém thêm các thiết bị biến đổi. Vận hành tin cậy, giảm chi phí vận hành, bảo trì sữa chữa. Theo cấu tạo người ta chia động cơ không đồng bộ ba pha làm hai loại.
- Động cơ roto dây quấn và động cơ roto lồng sóc
1.6.2Nhược điểm
Bên cạnh những ưu điểm động cơ không đồng bộ ba pha cũng có các nhược điểm sau:
- Để phát nóng đối với stato, nhất là khi điện áp lưới tăng và đối với roto khi điện áp lưới giảm.
- Làm giảm bớt độ tin cậy vì khe hở không khí nhỏ.
- Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mômen cực đại giảm rất nhiều vì mômen tỉ lệ với bình phương điện áp.
CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
2. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto
2.1. Nguyên lý điều chỉnh khi thay đổi điện trở phụ trên mạch roto
Đây là phương pháp điều chỉnh tốc độ đơn giản và được sử dụng rộng rải trong thực tế nhất là đối với các động cơ không đồng bộ roto quấn dây.
Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ mạch roto như hình 2-1.
a) b)
Hình 2-1 Điều chỉnh khi thay đổi điện trở phụ trên mạch roto
a) Sơ đồ nguyên lý
b) Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ
Khi động cơ đang làm việc ở trạng thái xác lập với tốc độ n. Muốn điều chỉnh tốc độ của động cơ, ta đóng điện trở phụ vào cả ba pha của roto. Tại thời điểm bắt đầu đóng điện trở phụ vào thì tốc độ động cơ chưa kịp thay đổi, lúc này dòng và mômen giảm nên tốc độ động cơ giảm. Nhưng khi tốc độ giảm thì độ trượt sẽ tăng nên sức điện động cảm ứng trên mạch roto e2 tăng, do đó dòng ở mạch roto và mômen tăng làm cho tốc độ của động cơ tăng.
Khi đưa điện trở phụ vào mạch roto thì hệ số trượt ứng với mômen cực đại lúc này là
(2-1)
Do đó, khi thay đổi điện trở phụ rf trong mạch roto thì hệ số trượt stf sẽ thay đổi và làm cho tốc độ động cơ thay đổi.
Từ các đường đặc tính trên hình vẽ (2-1), ta thấy với trị số phụ tải không đổi, rf càng lớn thì động cơ làm việc với tốc độ càng thấp.
rf1 < rf2 < rf3
ncb > n1 > n2 > n3
Khi mc bằng hằng số thì động cơ làm việc xác lập tương ứng với các điểm a, b, c, d tốc độ của động cơ càng thấp thì tổn hao càng lớn, độ cứng của đường đặc tính cơ bị giảm. Khi cho điện trở phụ vào càng lớn thì phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào trị số phụ tải và phụ tải càng lớn thì phạm vi điều chỉnh càng hẹp.
2.1.2. Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch roto bằng các van bán dẫn
Phương pháp này điều chỉnh tốc độ với ưu điểm là dễ dàng tự động hóa.
điện trở trong mạch ro to động cơ không đồng bộ
r2 = r2d + rf ( 2-2)
Trong đó
r2d : Điện trở dây quấn roto
rf : Điện trở phụ mắc thêm vào mạch roto
Mômen của động cơ không đồng bộ có thể tính theo dòng điện roto là
M= 2 , M = const (2-3)
Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch roto thì mômen tới hạn của động cơ không đổi còn độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở.
Nếu xem đoạn đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ, tức là đoạn có độ trượt s = 0 đến s= st là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở, ta có thể viết:
s = si 2 (2-4)
Trong đó
s : Là độ trượt khi điện trở mạch roto là r2.
si : Là độ trượt khi điện trở mạch roto là r2d.
Thay (2- 4) vào (2-3), ta được biểu thức mômen.
M = 2 (2-5)
Nếu giữ dòng điện roto không đổi thì mômen cũng không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ của động cơ.
Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch roto bằng phương pháp xung như hình 2-2
a) b)
Hình 2-2. Điều chỉnh điện trở mạch roto bằng các van bán dẫn
- Sơ đồ nguyên lý.
- Phương pháp điều chỉnh.
Điện áp u2 được chỉnh lưu bởi cầu diode chỉnh lưu qua cuộn kháng lọc l được cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở ro nối song song với t1 sẽ được đóng ngắt một cách chu kỳ nhằm điều chỉnh giá trị trung bình của điện trở toàn mạch.
Hoạt động của mạch như sau
Khi khóa t1 ngắt điện trở ro được đóng vào mạch, dòng điện roto giảm với tần số đóng ngắt nhất định. Nhờ điện cảm l mà dòng điện roto coi như không đổi và khi t1 đóng thì điện trở r0 bị loại ra khỏi mạch, dòng điện roto tăng lên, ta có giá trị tương đương điện trở rc và thời gian ngắt tn = t – tđ.
Nếu điều chỉnh tỉ số giữa thời gian ngắt và thời gian đóng tđ thì ta điều chỉnh được giá trị điện trở trong mạch roto.
RC = đ Ro (2-6)
Điện trở tương đương rc trong mạch một chiều được tính đổi về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo qui tắc bảo toàn công suất.
Tổn hao trong mạch roto:
(2-7)
(2-8)
Cơ sở để tính đổi tổn hao công suất là như nhau, nên
Td (2R2d + Rc ) = 3I2 ( R2d +Rf )
Với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha thì
id = 1,5 i22 (2-9)
nên
Rf = Rc (2-10)
..........................................................................................................................
Hình 2-24. Hệ thống nối tầng van máy điện
Trên sơ đồ hình 2-24, năng lượng trượt từ roto động cơ không đồng bộ sau khi đã chỉnh lưu thành một chiều được biến thành xoay chiều nhờ bộ nghịch lưu và trả về lưới điện nhờ biến áp ba. Sức điện động phụ đưa vào mạch roto của động cơ không đồng bộ là sức điện động của bộ nghịch lưu. Trị số của nó được điều chỉnh bằng cách thay đổi góc mở của các van thyristor trong bộ nghịch lưu.
Điện áp xoay chiều của bộ nghịch lưu có biên độ và tần số không đổi do được xác định bởi điện áp và tần số của lưới điện. Bộ nghịch lưu làm việc với góc điều khiển a thay đổi từ 90o đến 240o , phần còn lại dành cho góc chuyển mạch g.
Độ lớn dòng điện roto phụ thuộc vào mômen tải của động cơ mà không phụ thuộc vào góc điều khiển nghịch lưu.
Điện áp u2 được chỉnh lưu thành điện áp một chiều nhờ bộ chỉnh lưu
d1 ¸ d6 qua điện kháng lọc l cấp cho nghịch lưu và phụ thuộc vào nghịch lưu.
giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu và nghịch lưu là như nhau
Ud = Udn (2-85)
Sai lệch về giá trị tức thời giữa điện áp chỉnh lưu và nghịch lưu chính là điện áp trên điện kháng lọc
Giả thiết bỏ qua điện trở và điện kháng tản của mạch stato và xem động cơ có số vòng dây stato và roto là như nhau, thì giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu khi id = 0 là
Ud = 3 1 (2-86)
Trường hợp khi có tải id ¹ 0 thì điện áp này giảm xuống do sụt áp chuyển mạch giữa các van trong cầu chỉnh lưu và sụt áp do điện trở dây quấn roto.
2.6.3 Nhận xét
Các sơ đồ nối tầng có nhiều ưu điểm so với các sơ đồ nối điện trở phụ vào mạch roto hoặc thay đổi các thông số của động cơ. Trong các hệ thống nối tầng, công suất trượt được trả về lưới điện hoặc đưa lên trục động cơ làm tăng công suất kéo của nó.
Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng hệ thống nối tầng có khả năng điều chỉnh bằng phẳng. Đặc tính điều chỉnh có độ cứng cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào công suất của máy mc và fđ.
Tuy vậy, hệ thống phải sử dụng thêm máy một chiều mc và fd làm cho hệ thống đắt tiền và không kinh tế lắm.
Phương pháp này được dùng nhiều trong các truyền động động cơ điện không đồng bộ dây quấn có công suất lớn.
CHƯƠNG 3
THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH
- Đồng hồ đa chức năng
Hình 3.1: Hình dạng đồng hồ đa chức năng
Bảng 3.1: Thông số của đồng hồ đa chức năng
|
Power supply Nguồn |
100 to 240 VAC (50/60 Hz), 24 60 v(DC/AC) |
|
Power consumption
|
Approx.9.5 VA (100 -240 VAC),Appro.6 VA (24-60 V DC/AC) |
|
voltage for sensor điện áp ngõ vào |
12 V DC .120 mA |
|
Measurement range Độ phân giải |
mode F1: 0.0003 đến 10 KHz mode F2: 0.0003 đến 1000 HZ mode F3, F4, F5 ,F6: 0.001s đến 3200 s Mode F7, F8, F9: 0 -4 10 count |
|
Operation Chế độ điều khiển
|
F1: Frequency (Hz) / Revolution (rpm) / velocity (m/s) Đo tần số, vận tốc quay, vận tốc dài F2: Moving Velocity (m/s) Vận tốc dịch chuyển F3: cycle Đo chu ki F4: Passing Time (S) Đo thời gian dịch chuyển F5: Time Lag Đo độ lẹch thời gian F6: Time Width Đo biên độ thời gian F7: Pulse Width (length) Đo độ rộng xung F8 : pulse interval coefficent (Inverterval between objects) Đo khoảng cách 2 xung F9: Additon counter (Coefficent) : |
|
Max.displayable Digits Số hiển thị |
5 digits (0-99999) |
|
Display Methob Hiển thị |
7segement Led 7 đoan (font w=83 mm,H= 14 mm) |
|
Display cycle Chu ki hiển thị |
0.05/0.5/1/2//4/8 sec |
Trong đó:
F1: Frequency (Hz) / Revolution (rpm) / velocity (m/s)
Revolution (rpm): INA input Cycle(f)Prescasle value) display value
Frequency (Hz): INA input Cycle(f)Prescasle value) display value
velocity (m/s): INA input Cycle(f)display value
(circumference of the Revolving object)
Display Vallue va Units
Bảng 3.2: giá trị cài đặt cho F1
|
display value |
Units |
Prescale value |
|
Revolution |
RPS |
1 |
|
RPM |
60 |
|
|
Frequency |
Hz |
1 |
|
KHz |
0.001 |
|
|
Velocity |
mm/s |
1000 L |
|
cm/s |
100 L |
|
|
m/s |
L (default) |
|
|
m/min |
60 L |
|
|
Km/hour |
3.6 L |
3.2.Rotary Ecoder
Hình 3.2: Hình dạng của một loại ecoder.
Nguyên lý cơ bản của một ecoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục.Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Ngừơi ta dung một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ, đèn led khong chiếu qua được, chỗ có lỗ đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của ngừơi ta đặt một con mắt thu. Với các tín hệu có hoặc không có ánh sang qua ngừơi ta ghi nhân được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.
Công dụng:
Ecoder có mục đích dung để quản lý góc của một đĩa quay có thể là bánh xe,trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị nào cần xác dịnh vị trí góc.
Resolution: 100 p/r
Bảng3.3: Thông số của ecoder
|
Red |
Black out |
Blue |
Green |
White out |
|
5 to 13.2 V |
0 v |
A |
A |
B |
- Biếntần:
Hình 3.2: Hình dạng của biến tần
Công suất: 0.4 kw
220v 3 phase
Biến tần gồm các chức năng thông dụng sau:
No_00_08 Reset chế độ mặc định
No-0000 Giá trị điều chỉnh bằng volume
N0_0011 Điều chỉnh bằng remos
N0_02 Mở tần số
No_09 Đặt thời gian khởi động
- No_10 Đặt thời gian dừng
- các thông số của động cơ roto lồng sóc
- Các thông số của động cơ
- Điện áp định mức: Uc = 220V
- Tổng số rảnh Z = 36
- số đôi cực 2p=6
- Tần số 50/60Hz
-Với tần số 50Hz: n = = =1000 (vòng/phút)
_Với tần số 60Hz:: n = = =1200 (vòng/phút)
- Máy biến áp
Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng diện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng diện xoay chiều ở áp khác,với tần số không đổi
Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều một pha gọi là máy biến áp một pha, máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp ba pha.
Máy biến áp từ ngẫu khác với máy biến biến áp hai dây quấn ở chổ thứ cấp là một bộ phận của của dây quấn sơ cấp, nên ngoài sự liên hệ qua hỗ cãm các cuộn dây sơ và thứ còn liên hệ trực tiếp với nhau về điện.
Sơ đồ nguyên lý máy biến áp từ ngẫu
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý của một pha máy biến áp từ ngẫu và hình ảnh của máy biến áp 3 pha.
Các bứơc tiến hành quấn dây
Tính toán dây quấn một pha máy biến áp từ ngẫu dựa trên phe sắt đã có
Hình 3.6: Phe sắt ba pha kiểu E,I
Trứơc tiên ta tìm công suất có thể chịu được của khung sắt:
Phe sắt: E, I dày 0.5 mm
Bề rộng I: 4 cm
Bề dài I: 10 cm
Bề rộng E: 14 cm
Bề dài E: 20 m
Tổng số 90 lá thép E,I
Áp dụng công thức ta có:
Sthât =1.2
Sgiả =1.32
K2 = t =từ 0.35 đến 0.93
Chọn K2 =0.9 (lá thép mỏng chừng 0.5 mm,cắt bằng khuôn)
Tiết diện giả Sg =a.e
Sg = cm
St = cm
Công suất ứng với tiết diện này bằng:
16.2=1.2
Suy ra
p= ( ) = 182.25 w
Suy ra:công suất ba pha:
3p = 3 w
Chọn B10.000 gauss và f=50, thì số vòng mỗi volt của mỗi cuộn dây là
nv = Seq \l(\o\ac( ,t = =2.7
Chọn nv =3 vòng
Số vòng sơ cấp:
Số vòng thứ cấp với áp 110:
Số vòng thứ cấp với áp 150:
150x3=450(vòng)
Số vòng thứ cấp với áp 220:
220x3=660(vòng)
Cừơng độ dòng diện thứ cấp với áp 110 v:
I2 = =1.6 A
Chọn hiệu suất bằng 90% thì
Cừơng độ dòng điện thứ cấp với áp 150 v:
I21 =0.9 = 1.08Cừơng độ dòng điện sơ cấp là:I1= 0.9 =0.75 A
Chọn tiết diện dây:D=1.13
Với J=(5→12) chọn J=8
D=1.13 =0.5 mm
Vậy chọn dây đồng có tiết diện 0.5 mm.
CHƯƠNG 4
XÂY DỰNG MÔ HÌNH
4.1.Board động cơ
4.1.1. sơ đồ khối
Hình 4 - 1 Sơ đồ khối
4.1.2.sơ đồ mạch
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý của mô hình
- .3. Mô hình:
Hình 4.3: Sơ đồ động lực của mô hình
4.2.Board biến tần
4.2.1.sơ đồ khối
4.2.2.sơ đồ mạch
4.2.3.mô hình
4.3.Board biến áp
4.3.1.sơ đồ điều khiển
4.3.2.sơ đồ mạch động lực
4.3.3.mô hình
5.Nguyên lý hoạt động:
Đối với INVERRER thì khi ta cấp điện áp 220v vào thi khi đó nó sẻ cấp nguồn điện áp 3 pha cho động cơ,và công tắc 3 vị trí làm cho động cơ có thể quay thuận hay nghịch hoặc dừng lại.Tốc độ động cơ có thể thay đổi được khi Ta thay đổi tần số trên INVERETR thông qua biến trở và tốc độ động cơ nó được hiển thi trên bộ hiển thị thông qua bộ ENCADER,ENCADER lấy xung từ động cơ đưa ra bộ hiển thị,bộ hiển thị sẻ hiển thị số vòng/phút.
Đối với máy biến áp từ ngẫu thì ta có thể đưa ra 3 cấp điện áp cung cấp cho động cơ thông qua 3 contacter và 1 công tắc 3 vị trí.khi ta cấp nguồn 3 pha 380v vào thì công tắc 3 vị trí đang nằm ở vị trí U1 nó sẻ đưa ra mức điện áp 110v cung cấp cho động cơ,khi ta xoay sang vị trí U2 thì mức điện áp đưa ra là 150v khi ta xoay sang vị trí U3 thì mức điện áp đưa ra là 220v.
PHẦN C
Kết luận
Qua công việc thực hiện đề tài điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc. Nhóm thực hiện đã tìm hiểu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc cho ta thấy được ở mỗi Phương pháp đều có ưu nhược điểm của nó.
Hướng phát triển
Tuy nhiên trong công nghiêp hóa thì các linh kiện điện tử sẽ ứng dụng rộng rãi hơn trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ. Trong đó,thyritor là một linh kiện điện tử thông dụng nhất trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Máy Điện, nhà xuất bản KH và KT tập 1,Vũ gia hanh, trần khánh hà - Nguyễn văn sáu
- Giáo Trình Máy Điện, Vụ Trung Học Chuyên Nghiệp Dạy Nghề, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, Đặng vưn Đào - Trần Khánh Hà - Nguyễn Hồng Thanh
- Truyền Động Điện, Đại học quốc gia thành phố hồ chí minh,đại học bách khoa, Phan Quốc Dũng - Tô Hữu Phúc
- Kỹ Thuật Quấn Dây, nhà xuất bản Thanh Niên, Minh Trí
- kỹ Thuật Quấn Dây máy Điện, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TPHCM, Nguyễn Văn Tuệ
