Báo Cáo Đồ Án: Tìm Hiểu Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha trong Truyền Động Điện Tự Động

Báo cáo đồ án truyền động điện tự động: Tìm hiểu sâu về động cơ không đồng bộ 3 pha. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế.

• Tác giả: Võ Minh Thiện
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thanh Lâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Truyền Động Điện
• Đề tài: Động Cơ Kđb 3 Pha: Báo Cáo Đồ Án Truyền Động Điện
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
• 1.1. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
• 1.2. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ
• 1.3. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ
• 1.4. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN DẠNG ĐẶC TÍNH CƠ
• 1.4.1. Ảnh hưởng của điện áp
• 1.4.2. Ảnh hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator
• 1.4.3. Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor
• 1.4.4. Anh hưởng của số đôi cực từ P
• 1.5. CÁC DẠNG KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ
• 1.5.1. Khởi động động cơ không đồng bộ
• 1.5.2. Khởi động trực tiếp
• 1.5.3. Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu
• 1.5.4. Khởi động bằng điện trở phụ mạch rotor
• 1.5.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
• 1.5.6. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ vào mạch rotor
• 1.5.7. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch stator
• 1.5.8. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp
• 1.6. MỞ MÁY VÀ TÍNH ĐIỆN TRỞ MỞ MÁY
• 1.6.1. Hãm động năng
• 1.6.2. Hãm động năng tự kích từ
• 2. PHẦN II: TÍNH TOÁN NÂNG CẦN TRỤCBẰNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
• 2.1. CHƯƠNG II: YÊU CẦU MỞ MÁY QUA BA CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ
• 2.1.1. SƠ LƯỢC VỀ ĐỘNG CƠ AC KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR DÂY QUẤN
• 2.1.1.1. Dòng điện định mức của stator
• 2.1.1.2. Dòng điện rotor ở chế độ định mức
• 2.1.1.3. Tính toán phần trở kháng ngắn mạch
• 2.1.1.4. Tính toán dòng điện mở máy
• 2.1.1.5. Bội số dòng điện mở máy KI
• 2.1.1.6. Tốc độ trượt định mức Sđm
• 2.1.1.7. Tốc độ định mức của động cơ nđm
• 2.1.1.8. Khả năng quá tải của động cơ
• 2.1.2. TÍNH ĐIỆN TRỞ PHỤ MỞ MÁY, ĐỘNG CƠ MỞ MÁY QUA 3 CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ
• 3. CHƯƠNG III: YÊU CẦU NÂNG TẢI
• 3.1. TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG 1/2 TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC
• 3.2. TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG 1/4 TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC
• 3.3. TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC
• 4. CHƯƠNG VI: YÊU CẦU HẠ TẢI
• 4.1. TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG ½ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC
• 4.2. TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG ¼ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC
• 4.3. TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC
• 4.4. TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG 2 LẦN TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC

Tóm tắt

I. Động Cơ KĐB 3 Pha Tổng Quan và Ứng Dụng Thực Tế

Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB 3 pha) là một loại máy điện xoay chiều hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Đặc điểm nổi bật của động cơ này là tốc độ quay của rotor khác với tốc độ của từ trường quay trong máy. Ưu điểm vượt trội khiến động cơ KĐB 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và sinh hoạt bao gồm cấu tạo đơn giản, giá thành phải chăng, độ tin cậy cao, vận hành dễ dàng, hiệu suất cao và ít cần bảo trì. Dải công suất của động cơ KĐB 3 pha rất rộng, từ vài Watt đến hàng nghìn mã lực. Các động cơ từ 5 mã lực trở lên thường là loại ba pha, trong khi động cơ nhỏ hơn 1 mã lực thường là loại một pha.

Về cấu tạo, động cơ KĐB 3 pha gồm hai bộ phận chính: stator (phần tĩnh) và rotor (phần quay). Stator bao gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn. Vỏ máy có chức năng cố định lõi thép và dây quấn. Lõi thép được làm từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng ghép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy. Dây quấn stator được đặt trong các rãnh của lõi thép và được cách điện cẩn thận. Rotor cũng bao gồm lõi thép và dây quấn. Có hai loại rotor chính: rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc. Khe hở giữa rotor và stator rất nhỏ (từ 0.2 đến 1 mm trong máy điện nhỏ và vừa) để giảm dòng điện từ hóa và cải thiện hệ số công suất.

Ưu điểm nổi bật của động cơ KĐB 3 pha là cấu tạo đơn giản, đặc biệt là loại rotor lồng sóc. So với động cơ một chiều, động cơ KĐB có giá thành thấp hơn, vận hành tin cậy và chắc chắn hơn. Ngoài ra, động cơ KĐB sử dụng trực tiếp nguồn điện xoay chiều ba pha, không cần thêm thiết bị biến đổi. Nhược điểm của động cơ KĐB là việc điều chỉnh tốc độ và kiểm soát các quá trình phức tạp hơn; riêng với động cơ rotor lồng sóc, khả năng khởi động kém hơn.

Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động điện, đặc biệt trong các ứng dụng nâng hạ tải như cầu trục. Việc hiểu rõ đặc tính cơ của động cơ là vô cùng quan trọng để thiết kế các hệ thống điều khiển hiệu quả.

Trích dẫn: "Động cơ không đồng bộ 3 pha được dung nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản ,giá rẻ ,độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất cao , và gần như không cần bảo trì. Dải công suất rất rộng từ vài Watt đến 10000hp, Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha."

1.1. Cấu tạo chi tiết động cơ KĐB 3 pha

Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha bao gồm hai phần chính: stator và rotor. Stator, hay còn gọi là phần tĩnh, chứa lõi thép và dây quấn ba pha được đặt trong các rãnh của lõi thép. Lõi thép stator thường được làm từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng để giảm thiểu tổn hao do dòng điện xoáy. Dây quấn stator được kết nối với nguồn điện ba pha và tạo ra từ trường quay. Rotor, hay còn gọi là phần quay, cũng có lõi thép và dây quấn. Có hai loại rotor phổ biến: rotor lồng sóc và rotor dây quấn. Rotor lồng sóc có cấu trúc đơn giản, bao gồm các thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm được đặt trong các rãnh của lõi thép và nối tắt ở hai đầu bằng các vòng ngắn mạch. Rotor dây quấn có dây quấn ba pha được kết nối với các vòng trượt và chổi than, cho phép kết nối điện trở phụ vào mạch rotor. Khe hở không khí giữa stator và rotor thường rất nhỏ để cải thiện hiệu suất của động cơ.

1.2. Ưu điểm và nhược điểm động cơ KĐB 3 pha

Động cơ không đồng bộ ba pha có nhiều ưu điểm vượt trội. Cấu tạo đơn giản và giá thành thấp là những lợi thế quan trọng, đặc biệt là đối với động cơ rotor lồng sóc. Độ tin cậy và khả năng vận hành ổn định cũng là những yếu tố quan trọng khiến động cơ KĐB 3 pha được ưa chuộng trong công nghiệp. Động cơ này có thể hoạt động trực tiếp với nguồn điện xoay chiều ba pha mà không cần thêm thiết bị biến đổi. Tuy nhiên, động cơ KĐB 3 pha cũng có một số nhược điểm. Việc điều chỉnh tốc độ và kiểm soát các quá trình phức tạp có thể khó khăn hơn so với các loại động cơ khác. Động cơ rotor lồng sóc thường có khả năng khởi động kém hơn so với động cơ rotor dây quấn.

1.3. Ứng dụng phổ biến động cơ KĐB 3 pha

Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng. Trong công nghiệp, chúng được sử dụng trong các hệ thống bơm, quạt, máy nén khí, băng tải và các thiết bị nâng hạ. Động cơ KĐB 3 pha cũng được sử dụng trong các hệ thống truyền động điện, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu mô-men xoắn cao và tốc độ ổn định. Trong dân dụng, chúng được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy điều hòa không khí và máy bơm nước. Ứng dụng cụ thể trong cơ cấu nâng hạ cầu trục đòi hỏi tính toán và thiết kế chính xác để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

II. Đặc Tính Cơ Động Cơ KĐB 3 Pha Phương Trình và Giản Đồ

Đặc tính cơ của động cơ KĐB 3 pha mô tả mối quan hệ giữa tốc độ quay và mô-men xoắn của động cơ. Phương trình đặc tính cơ là một công cụ quan trọng để phân tích và thiết kế các hệ thống điều khiển động cơ. Dựa vào phương trình này, có thể xác định được các thông số quan trọng như mô-men mở máy, mô-men cực đại và tốc độ định mức. Giản đồ đặc tính cơ là một biểu đồ trực quan thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ và mô-men xoắn, giúp dễ dàng đánh giá hiệu suất và khả năng hoạt động của động cơ trong các điều kiện khác nhau.

Phương trình đặc tính tốc độ được thiết lập dựa trên sơ đồ nguyên lý và sơ đồ tương đương của động cơ. Các thông số như điện trở, điện kháng của stator và rotor, điện áp nguồn và tần số đều ảnh hưởng đến dạng của đặc tính tốc độ. Phương trình đặc tính cơ được suy ra từ điều kiện cân bằng công suất của động cơ, và có dạng phi tuyến. Điểm cực trị trên đường đặc tính cơ, hay còn gọi là điểm tới hạn, xác định khả năng quá tải của động cơ. Việc vẽ đặc tính cơ có thể thực hiện bằng cách xác định các điểm đặc biệt như điểm đồng bộ, điểm tới hạn và điểm mở máy, hoặc bằng cách sử dụng các phương pháp gần đúng.

Việc hiểu rõ phương trình và giản đồ đặc tính cơ giúp kỹ sư lựa chọn động cơ phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể, cũng như thiết kế các hệ thống điều khiển tối ưu. Ví dụ, trong ứng dụng nâng hạ cầu trục, cần phải đảm bảo rằng động cơ có đủ mô-men để nâng tải và duy trì tốc độ ổn định trong quá trình vận hành.

Trích dẫn: "Để tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất động cơ. Công suất điện từ chuyển từ Stator sang Rotor Pdt=M dt×ω1"

2.1. Phương trình đặc tính tốc độ động cơ KĐB 3 pha

Phương trình đặc tính tốc độ của động cơ không đồng bộ ba pha mô tả mối quan hệ giữa tốc độ quay của rotor và các thông số điện của động cơ. Nó được thiết lập dựa trên sơ đồ tương đương của động cơ, bao gồm các thành phần như điện trở và điện kháng của stator và rotor. Phương trình này cho phép tính toán tốc độ quay của rotor dưới các điều kiện tải khác nhau. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ bao gồm điện áp nguồn, tần số và điện trở phụ trong mạch rotor (nếu có). Việc hiểu rõ phương trình này rất quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống điều khiển tốc độ động cơ.

2.2. Xây dựng giản đồ đặc tính cơ động cơ KĐB 3 pha

Giản đồ đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha là một biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa mô-men xoắn và tốc độ quay của động cơ. Để xây dựng giản đồ này, cần xác định các điểm đặc biệt như điểm đồng bộ, điểm tới hạn và điểm mở máy. Điểm đồng bộ tương ứng với tốc độ quay của từ trường quay, trong khi điểm tới hạn xác định mô-men xoắn cực đại mà động cơ có thể tạo ra. Điểm mở máy tương ứng với mô-men xoắn khi động cơ bắt đầu khởi động. Từ các điểm này, có thể vẽ đường cong đặc tính cơ, cho phép đánh giá hiệu suất và khả năng hoạt động của động cơ trong các điều kiện khác nhau.

2.3. Ứng dụng phương trình và giản đồ trong thực tế

Phương trình và giản đồ đặc tính cơ có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế. Chúng được sử dụng để lựa chọn động cơ phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể, thiết kế các hệ thống điều khiển tốc độ và mô-men xoắn, và phân tích hiệu suất của động cơ trong các điều kiện vận hành khác nhau. Ví dụ, trong hệ thống nâng hạ tải, việc sử dụng phương trình và giản đồ đặc tính cơ giúp xác định mô-men xoắn cần thiết để nâng tải, cũng như thiết kế hệ thống điều khiển để duy trì tốc độ ổn định và ngăn chặn quá tải.

III. Ảnh Hưởng Tham Số Đến Đặc Tính Cơ Phân Tích Chi Tiết

Đặc tính cơ của động cơ KĐB 3 pha chịu ảnh hưởng bởi nhiều tham số khác nhau, bao gồm điện áp, điện trở phụ, số đôi cực từ và tần số. Sự thay đổi của các tham số này có thể làm thay đổi dạng của đặc tính cơ, ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng hoạt động của động cơ. Việc hiểu rõ ảnh hưởng của từng tham số giúp kỹ sư điều chỉnh và tối ưu hóa hoạt động của động cơ trong các ứng dụng khác nhau.

Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, mô-men tới hạn giảm theo tỉ lệ bình phương. Việc thêm điện trở phụ vào mạch stator làm giảm tốc độ đồng bộ và mô-men tới hạn. Thay đổi số đôi cực từ ảnh hưởng đến tốc độ đồng bộ và dạng của đặc tính cơ. Thay đổi tần số cũng làm thay đổi tốc độ động cơ và khả năng quá tải. Việc phân tích chi tiết ảnh hưởng của từng tham số giúp kỹ sư thiết kế các hệ thống điều khiển linh hoạt và hiệu quả.

Trong các ứng dụng truyền động điện như cầu trục, việc điều chỉnh các tham số này có thể giúp cải thiện khả năng khởi động, điều chỉnh tốc độ và hãm động cơ, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của quá trình vận hành.

Trích dẫn: "Khi điện áp đặt vào động cơ giảm: Mth = (3U1p^2) / (2 n0) 9 , 55 [√R1 + X1 ±R1 ] ^2 Ta thấy moment tới hạn sẽ giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp."

3.1. Ảnh hưởng điện áp nguồn đến đặc tính cơ

Điện áp nguồn là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha. Khi điện áp giảm, mô-men xoắn cực đại giảm theo tỉ lệ bình phương của điện áp. Điều này có nghĩa là khả năng quá tải của động cơ sẽ giảm đáng kể. Ngoài ra, mô-men mở máy cũng giảm, gây khó khăn cho quá trình khởi động. Trong các ứng dụng yêu cầu mô-men xoắn cao, việc duy trì điện áp ổn định là rất quan trọng.

3.2. Điện trở phụ và ảnh hưởng lên đặc tính cơ

Điện trở phụ, khi được thêm vào mạch rotor của động cơ dây quấn, có thể thay đổi đáng kể đặc tính cơ. Việc tăng điện trở phụ làm tăng độ trượt tới hạn, giúp giảm dòng điện khởi động và tăng mô-men khởi động. Tuy nhiên, nó cũng làm giảm hiệu suất của động cơ và tăng tổn hao nhiệt. Điện trở phụ thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu khởi động mềm hoặc điều khiển tốc độ.

3.3. Tần số nguồn và ảnh hưởng tới đặc tính cơ

Tần số nguồn ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ đồng bộ của động cơ không đồng bộ ba pha. Khi tần số tăng, tốc độ đồng bộ cũng tăng theo tỉ lệ. Tuy nhiên, việc thay đổi tần số cũng có thể ảnh hưởng đến các thông số khác của động cơ, như điện áp và dòng điện. Để duy trì hiệu suất và khả năng quá tải, cần phải điều chỉnh điện áp theo tỉ lệ với tần số. Phương pháp này thường được sử dụng trong các bộ biến tần để điều khiển tốc độ động cơ.

IV. Các Phương Pháp Khởi Động Động Cơ KĐB 3 Pha So Sánh

Khởi động động cơ KĐB 3 pha là quá trình đưa động cơ từ trạng thái dừng đến trạng thái hoạt động ổn định. Do dòng điện khởi động có thể lớn gấp nhiều lần dòng điện định mức, cần sử dụng các phương pháp khởi động khác nhau để giảm dòng điện và tránh gây sụt áp trên lưới điện. Các phương pháp khởi động phổ biến bao gồm khởi động trực tiếp, khởi động bằng điện trở phụ, khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu và khởi động mềm.

Khởi động trực tiếp là phương pháp đơn giản nhất, nhưng chỉ phù hợp với động cơ có công suất nhỏ. Khởi động bằng điện trở phụ giúp giảm dòng điện khởi động, nhưng làm giảm hiệu suất của động cơ. Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu cung cấp điện áp giảm cho động cơ trong quá trình khởi động, giúp giảm dòng điện và tăng mô-men xoắn. Khởi động mềm sử dụng các thiết bị điện tử để điều khiển điện áp và dòng điện, cho phép khởi động êm ái và giảm thiểu tác động lên lưới điện.

Việc lựa chọn phương pháp khởi động phù hợp phụ thuộc vào công suất của động cơ, yêu cầu về mô-men xoắn và khả năng chịu tải của lưới điện. Trong các ứng dụng nâng hạ tải, cần phải lựa chọn phương pháp khởi động đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Trích dẫn: "Có rất nhiều phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ: khởi động trực tiếp, khởi động bằng điện trở phụ, khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu, khởi động mềm, khởi động bằng cuộn kháng, khởi động part-winding. Trong phần này chúngta chỉ đề cập đến một vài phương pháp cơ bản."

4.1. Khởi động trực tiếp động cơ KĐB 3 pha

Khởi động trực tiếp là phương pháp đơn giản nhất, trong đó động cơ được kết nối trực tiếp với nguồn điện ba pha. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và chi phí thấp. Tuy nhiên, dòng điện khởi động có thể lớn gấp 5-7 lần dòng điện định mức, gây sụt áp trên lưới điện và ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Phương pháp này chỉ phù hợp với động cơ có công suất nhỏ và lưới điện có khả năng chịu tải lớn.

4.2. Khởi động bằng điện trở phụ trong mạch rotor

Khởi động bằng điện trở phụ trong mạch rotor được sử dụng cho động cơ rotor dây quấn. Điện trở phụ được kết nối vào mạch rotor trong quá trình khởi động để giảm dòng điện và tăng mô-men khởi động. Sau khi động cơ đạt tốc độ gần định mức, điện trở phụ được loại bỏ dần. Ưu điểm của phương pháp này là giảm dòng điện khởi động và tăng mô-men khởi động, nhưng nhược điểm là giảm hiệu suất và tăng tổn hao nhiệt.

4.3. Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu cho KĐB 3 pha

Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu sử dụng một máy biến áp tự ngẫu để giảm điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động. Điều này giúp giảm dòng điện khởi động và tăng mô-men khởi động. Sau khi động cơ đạt tốc độ gần định mức, máy biến áp tự ngẫu được ngắt ra khỏi mạch. Ưu điểm của phương pháp này là giảm dòng điện khởi động và tăng mô-men khởi động, nhưng nhược điểm là chi phí cao hơn so với các phương pháp khác.

V. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ KĐB 3 Pha Các Phương Pháp

Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha là một yêu cầu quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ khác nhau, bao gồm thay đổi số đôi cực từ, thay đổi tần số nguồn và thay đổi điện trở phụ trong mạch rotor. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, và phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

Thay đổi số đôi cực từ cho phép điều chỉnh tốc độ theo cấp, nhưng chỉ có thể thực hiện được với các động cơ được thiết kế đặc biệt. Thay đổi tần số nguồn là phương pháp linh hoạt nhất, cho phép điều chỉnh tốc độ liên tục, nhưng đòi hỏi sử dụng bộ biến tần. Thay đổi điện trở phụ trong mạch rotor chỉ áp dụng cho động cơ rotor dây quấn, và làm giảm hiệu suất của động cơ.

Trong các ứng dụng nâng hạ tải, việc điều chỉnh tốc độ động cơ cho phép kiểm soát chính xác tốc độ nâng hạ và giảm thiểu rung động, đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Trích dẫn: "Trong phần điều chỉnh tốc độ, chúng ta sẽ xem xét sơ lược các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ. Chủ yếu trong phần này chúng ta sẽ tập trung vào phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rotor."

5.1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực từ

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực từ là một phương pháp truyền thống. Nó cho phép thay đổi tốc độ động cơ theo các cấp khác nhau, bằng cách thay đổi cấu hình dây quấn stator. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có thể áp dụng cho các động cơ được thiết kế đặc biệt để có thể thay đổi số đôi cực từ. Số lượng các cấp tốc độ thường bị hạn chế.

5.2. Thay đổi tần số nguồn để điều chỉnh tốc độ

Thay đổi tần số nguồn là một phương pháp hiện đại và linh hoạt để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha. Phương pháp này yêu cầu sử dụng bộ biến tần để thay đổi tần số của nguồn điện cung cấp cho động cơ. Bằng cách điều chỉnh tần số, có thể điều chỉnh tốc độ động cơ một cách liên tục và chính xác. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển tốc độ chính xác.

5.3. Điện trở phụ và điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha

Phương pháp này chỉ có thể áp dụng cho động cơ rotor dây quấn. Bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rotor, có thể điều chỉnh tốc độ động cơ. Tuy nhiên, việc tăng điện trở phụ làm giảm hiệu suất và tăng tổn hao nhiệt. phương pháp này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển tốc độ trong một phạm vi hẹp.

VI. Hãm Động Năng Động Cơ KĐB 3 Pha Các Phương Pháp Hiệu Quả

Hãm động cơ KĐB 3 pha là quá trình giảm tốc độ của động cơ một cách nhanh chóng và an toàn. Có nhiều phương pháp hãm khác nhau, bao gồm hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, và phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

Hãm tái sinh trả năng lượng về lưới điện, giúp tiết kiệm năng lượng, nhưng đòi hỏi lưới điện có khả năng tiếp nhận năng lượng. Hãm ngược đảo thứ tự pha, tạo moment ngược, tuy nhiên có thể gây ra dòng điện lớn. Hãm động năng kích từ stator bằng dòng DC, tạo moment hãm. Phương pháp này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu hãm nhanh và chính xác.

Trong các ứng dụng nâng hạ tải, việc sử dụng phương pháp hãm động năng giúp kiểm soát chính xác quá trình dừng và hạ tải, đảm bảo an toàn.

Trích dẫn: "Để hãm động năng kích từ độc lập một động cơ không đồng bộ đang làm việc ở chế độ đông cơ ,ta phải cắt stator ra khỏi lưới điện xoay chiều (mở các tiếp điểm k) cấp vào stator dòng điện một chiều để kích từ (đóng các tiếp điểm H).Thay đổi dòng kích từ nhờ Rkt (như hình vẽ 3."

6.1. Hãm tái sinh động cơ KĐB 3 pha

Hãm tái sinh là một phương pháp hãm hiệu quả về mặt năng lượng, trong đó năng lượng từ động cơ được trả lại lưới điện. Phương pháp này yêu cầu sử dụng bộ biến tần có khả năng tái sinh năng lượng. Tuy nhiên, hãm tái sinh đòi hỏi lưới điện có khả năng tiếp nhận năng lượng trả về, nếu không sẽ gây ra các vấn đề về điện áp.

6.2. Hãm ngược động cơ KĐB 3 pha

Hãm ngược là một phương pháp hãm nhanh chóng, trong đó thứ tự pha của nguồn điện được đảo ngược, tạo ra mô-men hãm ngược chiều với chiều quay của động cơ. Tuy nhiên, hãm ngược có thể gây ra dòng điện lớn và mô-men xoắn cao, gây ứng suất lên động cơ và hệ thống truyền động.

6.3. Hãm động năng bằng dòng DC cho Stator

Hãm động năng là phương pháp hãm thông dụng, trong đó stator của động cơ được cấp dòng điện một chiều (DC). Dòng điện DC tạo ra từ trường tĩnh, tương tác với dòng điện cảm ứng trong rotor, tạo ra mô-men hãm. Hãm động năng thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu hãm nhanh và chính xác, như trong các hệ thống nâng hạ tải.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA  I) ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1) Khái niệm -Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều , làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor khác với tốc độ từ trường trong máy -Động cơ không đồng bộ 3 pha được dung nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản ,giá rẻ ,độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất cao , và gần như không cần bảo trì. Dải công suất rất rộng từ vài Watt đến 10000hp, Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha. 2) Cấu tạo -Giống như các loại máy điện quay khác, động cơ không đồng bộ 3 pha gồm có các bộ phận chính sau - Phần tỉnh hay còn gọi la stator - Phần quay hay còn gọi la rotor a) stator -Trên stator có vỏ , lõi thép và dây quấn -Võ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn - Lõi sắt là phần dẫn từ được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ghép lại -Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt b) rotor - Phần này có 2 bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn -Nói chung người ta sử dụng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator -Dây quấn rotor có 2 loại chính là rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc c.khe hở SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155 Lê Thanh Trình-MSSV: 11142151 Page 11 EBOOKBKMT.COM GVHD-TS. Nguyễn Thị Mi Sa -Vì rotor là 1 khối tròn nên khe hở đều.Khe hở trong mày điện không đồng bộ rất nhò (từ 0,2 đến 1mm trong máy điện nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn.

3 )Ưu điểm -Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ Rotor lồng sóc. So với động cơ một chiều,Động cơ không đồng bộ giá thành hạ,vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo. 4 )Nhược điểm -Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình khó khăn; riêng với các động cơ Rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động kém hơn.

II) PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ L1 L2 I1 I’2 x1 x’ 2 L3 R1 R0 U1p I0 x0 Rp Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của dộng cơ ba pha và sơ đồ tương đương thay thế một pha của động cơ không đồng bộ SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155 Lê Thanh Trình-MSSV: 11142151 Page 12 EBOOKBKMT.COM GVHD-TS. Nguyễn Thị Mi Sa Trong đó:  R0, X0, I0 lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch từ hoá.  R1, X1, I1 lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch Stator.  R’2,X’2 ,I’2: điện trở, điện kháng và dòng điện Rotor đã qui đổi về Stator.

R : điện trở phụ thêm vào mạch rotor p  U1đm:Điện áp định mức đặt vào ba pha.  U1p là điện áp pha đặt vào Stator. ω0− ω n −n s= ω0 = n0  0 : là độ trượt (Hệ số trượt của động cơ) ω0  : tốc độ góc của từ trường quay (rad/s)  ω : tốc độ góc của từ trường (rad/s) 60 f n0= p  : Tốc độ của từ trường quay( vòng /phút)  f : tần số của điện áp nguồn đặt vào Stator (Hz)  p : số đôi cực từ của động cơ  n : tốc độ quay của Rotor (vòng /phút)  I'2=Kqđ.I2 =Ki I2 : Dòng điện qui đổi Kqd 1 KqdE =1 =K  ⟶ qdE : Hệ số qui đổi dòng điện Kqd U N 1⋅¿ K 1dm dq 1 K q dE= = ¿¿ E2dm N  : Hệ số qui đổi sức từ động 2⋅¿ K dq 2  N1,N2:số vòng mỗi pha dây quấn stator ,rotor  E2đm: sức từ động định mức xuất hiện trên 2 vòng trượt rotor khi: -Rotor hở mạch -Đặt điện áp vào stator là Uđm Phương trình đặc tính tốc độ : U 1p I = Trong đó : 2' √( R1+ R' S ) + X2 N 2  X N= + X : điện kháng ngắn mạch 1' X 2 SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155 Lê Thanh Trình-MSSV: 11142151 Page 13 EBOOKBKMT.COM GVHD-TS. Nguyễn Thị Mi Sa ' ' ' 2 p  R= R + R : điện trở qui đổi Khi mở máy tốc độ n = 0 nên hệ số trượt s=1 SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155 Lê Thanh Trình-MSSV: 11142151 Page 14 EBOOKBKMT.COM GVHD-TS.

Nguyễn Thị Mi Sa ' U 1p I 2 mm= √( R + R ) + 2 ' ⟶ 1 N2 ' U 1p U1p X I 2 mm= = ⟶ dòng điện khi mở máy : Zmm √( 1+ R + NX ' 2 √ R với : Zmm= ( R1 + R' )+ X 2 N ' 2mm ¿¿ Thông thường : I =(4÷7)Ialignl¿ ñm ¿ III) PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ Giản đồ công suất Giản đồ moment Hình 3.4 Để tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất động cơ. Công suất điện từ chuyển từ Stator sang Rotor Pdt=M dt×ω1 Trong đó :  Mđt :moment điện từ động cơ  Pdt=PcoƠ + ΔP phuï + ΔPcu2 ΔPphuï=0 Nếu tổn hao phụ không đáng kể thì Mđt = Mcơ =M ⟶ Pdt=Pcô+ΔPcu 2 SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155 Lê Thanh Trình-MSSV: 11142151 Page 15 EBOOKBKMT.COM GVHD-TS. Nguyễn Thị Mi Sa Mdm. I 2 ' 2 SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155 Lê Thanh Trình-MSSV: 11142151 Page 16 EBOOKBKMT.COM GVHD-TS.

Nguyễn Thị Mi Sa 3 R'. I ' ω0−ω 2 S= ω M= Mà: ω0 S ⟶ ' Thay I2 vào ta được : 2 M= 3 R ' .U 1 p n0 S [( ) ' 2 9, R R1 + + nm (2) 55 X S 2 ] (2) là phương trình đặc tính cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha. - Đường biểu diễn của phương trình đặc tính cơ có dạng đường cong nên toạ độ điểm cực dM = 0 trị được xác định bằng cách giải phương trình ds ta được : ' R S max =± - Độ trượt tới hạn √ R 2+ X2 1 N (3) : Thay phương trình (3) vào phương trình đặc tính cơ ta được moment tới hạn : 3U M max= 1 p2 2 n0 9 , 55 [ √ R + X ±R ]12 N2 1 (4) Trong đó : (+) : ứng với trạng thái động cơ (-) : ứng với trạng thái máy phát Mth - Hệ số quá tải về moment λ M= M ñm :  Cách vẽ đặc tính cơ khi không biết R1,X1,R2,,X2 chỉ biết các tham số định mức của đông cơ trên nhãn máy và cần thực hiện các bước sau: SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155 Lê Thanh Trình-MSSV: 11142151 Page 17 EBOOKBKMT.COM GVHD-TS. Nguyễn Thị Mi Sa Hình 3.5: Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không bộ ba pha Bưóc 1: xác định toạ độ 3 điểm đặt biệt.

 Điểm đồng bộ của từ trường : A(M=0,n=n0) 60 f n0= p  với  Điểm tới hạn : B(Mmax , Smax ) 60 f 60 f n= n= 0 0 p p Mặt khác: M M n0−ndm ( Mmax 1 SSdm SSmax λ = ñm = 2 max + dm 2 ) max 2 ¿ S −2 Sdm Smax +dmS =0 ¿¿ Sdm= n 0 λ M Sñm Smax + =2 λalignl¿ M ¿ ¿ Smax Sñm Giải phương trình ta được: ( √λ −1) 2 M Smax 1,2=Sdm λ M ±  Điểm mở máy : C(M=Mmm, n=0) Thay S = 1 vào phương trình (2) ta được : SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155 Lê Thanh Trình-MSSV: 11142151 Page 18 EBOOKBKMT.COM GVHD-TS. Nguyễn Thị Mi Sa 3 R'. 2 1p Mmm= U 2 n0 9 , 55 [(R + R ) + ] 1 ' N2 X Bước 2: Lấy nhiều giá trị S trong khoảng 0 → 1 thay vào biểu thức 2 M max M = mm Smax 1 + Smax 1 Ta sẽ được moment tương ứng.Mmm Bước 3: Từ toạ độ (S , M) với 3 điểm đặc biệt nối lại ta sẽ được đường đặc tính cơ của động cơ.  Các dạng khác của đặc tính cơ Lập tỉ số và lấy dấu dương (+) ta được : 2 Mth (S1+ aSth ) M = S + th +2 aS th Sth S (5) R1 a= ' Trong đó : R2 R1 aSmax = √ 1 R 2+ X 2 nm Đối với động cơ có công xuất lớn :R1 << Xnm R1 ≈ ≈0 thì aSmax Xnm.

Lúc này (5) có dạng gần đúng : 2 M max M= S Smax Smax + S (6) '2 S =± R th Xnm (7) 3U 1 P M =± max 2n 0 9 ,55 X nm (8) λ  Cách vẽ đặc tính cơ khi không biết các thông số R1 , X1 ,R2 , X2 mà chỉ biết M : Xác định toạ độ 3 điểm đặc biệt : 60 f n= 0 p SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155 Lê Thanh Trình-MSSV: 11142151 Page 19 EBOOKBKMT.COM GVHD-TS. Nguyễn Thị Mi Sa Toạ độ điểm tới hạn : Thay toạ độ điểm làm việc định mức vào phương trình đặc tính cơ (6) 2 M max M = S dm Sdm + max S S dm max Sth Sñm 2 Mth + = =2 M λ - Sñm Sth Mñm S 2− 2 λM Sdm Smax+ S 2= 0 - max giải phương trình bậc 2 theo Smax dm Ta được toạ độ điểm tới hạn B( Mmax , Smax) 2 Mth Mmm =1 + S Thay S = 1 vào phương trình (6) ta được : Sth th Lấy tuỳ ý nhiều giá trị của S thay vào phương trình (6) ta tìm được M S 0 S1 S2 S3….M Hệ số moment mở máy : Mmm K =9 , 55 ( K M : 1→2 ) >1 MM dm Hệ số dòng điện mở máy : Imm K I= I dm ( K I : 4 →7 )  Nhận xét: 2n0>n>n0 -1<s<0 Đoạn đặc tính hãm tái sinh(hãm máy phát) M<0 n0>n>0 0<s<1 Đoạn đặc tính động cơ quay thuận. M>0 -n0<n<0 1<s<2 Đoạn đặc tính động cơ quay ngược. M<0 60 f n0 = p SVTH- Bùi Thanh Tú- MSSV: 11142155 Lê Thanh Trình-MSSV: 11142151 Page 20 EBOOKBKMT.COM GVHD-TS.

Nguyễn Thị Mi Sa IV) ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN DẠNG ĐẶC TÍNH CƠ 1. Ảnh hưởng của điện áp : Khi điện áp đặt vào động cơ giảm : 3U 2 Mth= 1p 2 n0 - Từ phương trình : 9 , 55 [√R + X ±R ] 1 2 N 2 1 Ta thấy moment tới hạn sẽ giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp.