CHƯƠNG I: KIẾN THỨC TỔNG QUÁT 1. Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ 3 pha 1.1 Đặc điểm cấu tạo: Một động cơ không đồng bộ 3 pha được cấu tạo từ 2 phần: Phần quay (roto), phần đứng yên (stato). Stato Stato được cấu tạo từ hai thành phần chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy: a) Lõi thép Hình 1. 1: Lõi thép Lõi thép: được đúc từ các là thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các đường trục, lõi thép được ép vào bên trong vỏ máy.
b) Dây quấn Hình 1. 2: Sơ đồ quấn dây 3 pha đặt trong 12 rãnh Dây quấn stato làm bằng dây đồng được bọc cách điện đặt trong các rãnh của lõi thép. Dây quấn của từng pha được quấn như hình 1.2: Dây pha A tròn các rãnh 1,4,7,10 Dây pha B trong các rãnh 3,6,9,12 Dây pha C trong các rãnh 2,5,8,11 c) Vỏ máy Vỏ máy được làm bằng nhôm hoặc gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ. Hai đầu máy có nắp máy và ổ đỡ trục.
Roto Roto được cấu tạo từ lõi thép, dây quấn và trục máy a) Lõi thép Lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh ở mặt ngoài, tao thành các rãnh theo hướng trục máy, ở giữa có lỗ để lắp trục máy. b) Dây quấn Dây quấn được đặt vào các rãnh của lõi sắt và cách điện tốt với lõi sắt. Dây quấn stato gồm ba cuộn dây đặt lệch nhau 120° Cách quấn dây chia roto làm 2 kiểu: roto lồng sóc và roto dây quấn. Roto lồng sóc: Loại roto lồng sóc có công suất trên 100kW, trong các rãnh của lõi thép roto đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch hai vòng đồng tạo thành hình lồng sóc.
Roto dây quấn: Trong rãnh lõi thép roto người ta đặt dây quấn ba pha. Dây quấn roto thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng, cố định trên trục roto và được cách điện với trục.2 Phương trình và đặc tính cơ: a) Sơ đồ thay thế: Hình 1. 3: Sơ đồ thay thế 1 pha của động cơ U1f – Giá trị hiệu dụng của điện áp stato 3 I1, Iu, I’2 – Các dòng stato, mạch từ hóa, roto đã quy đổi về stato X1, Xu, X’2 – Điện kháng stato, mạch từ hóa, roto đã quy đổi về stato R1, Ru, R’2 - Điện trở stato, mạch từ hóa, roto đã quy đổi về stato R’2f – là điện trở phụ (nếu có) ở mỗi pha roto đã quy đổi về stato Hê số trượt tốc độ của động cơ: 1 − 0 − s= = 1 0 Với 1 = 0 - Tốc độ của từ trường quay ở stato động cơ, cồn gọi là tốc độ đồng bộ (rad/s) 2. f1 1 = 0 = p Trong đó : - Tốc độ góc của roto động cơ (rad/s) f1 - Tần số của điện áp nguồn đặt vào stato P - Số đôi cực của động cơ b) Phương trình Theo sơ đồ mạch điện thay thế của đông cơ 1 1 I1 f = U1 f − + Ru 2 + X u 2 R '2 2 2 ( R1 + ) + X nm s R '2 = R '2 + R '2 f - Tổng điện trở mạch của stato X nm = X1 + X '2 - Điện kháng ngắn mạch Từ phương trình đặc tính dòng điện: Khi = 0 => s=1 => I1 = I nm - Dòng ngắn mạch của stato Khi = 0 = s = 0 I1 f = U1 f 1 = Iu Ru 2 + X u 2 Trị số hiệu dụng của dòng roto quy đổi về stato U1 f I '2 = R '2 2 ( R1 + ) + X nm 2 s Quan hệ giữa dòng roto I '2 với hệ số trượt s hay giữa I '2 với tốc độ góc được gọi là đặc tính điện-cơ.
Khi = 0 = s = 0 => I '2 = 0 Khi = 0 => s=1, ta có: U1 f I '2 = = I '2 nm R '2 2 ( R1 + ) + X nm 2 s I '2nm - Dòng ngắn mạch roto hay dòng khởi động c) Đặc tính cơ Hình 1. 4: Đặc tính cơ động cơ điện động cơ không đồng bộ Phương trình đặc tính cơ được thành lập từ điều kiện cân bằng công suất trong động cơ: Công suất điện chuyển từ stato sang roto: P12 = M dt0 5 M dt = M co = M Nếu bỏ qua các tổn thất phụ: P12 = Pco + P 2 Với Pco = M . - công suất cơ trên trục động cơ P2 = 3.R '2 Thay thế vào phương trình cân bằng công suất trong roto 1.3 Các phương pháp khởi động động cơ 3 pha không đồng bộ: a) Phương pháp khởi động trực tiếp Đây là phương pháp đơn giản nhất, áp dụng cho động cơ có công suất nhỏ hơn 75KW. Bằng cách đóng cầu dao CD nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới, động cơ quay. 5: Khởi động trực tiếp - Ưu điểm: Khi nguồn điện lớn hơn so với công suất cơ, nên dùng mở máy trực tiếp vì thời gian mở máy nhanh, phương pháp mở máy đơn giản, momen mở máy lớn.
- Nhược điểm: Mở máy trực tiếp, dòng điện mở máy lớn, nếu quán tính của tải lớn dẫn đến thời gian mở máy kéo dài, có thể làm cho động cơ điện phát nóng, động cơ khởi động không êm. Ảnh hướng đến điện áp lưới điện vì thời gian giảm áp quá lâu. b) Phương pháp khởi động sao – tam giác Phương pháp này chỉ dùng khi động cơ làm việc bình thường nối tam giác, khi khởi động nối Y, sau khi tốc độ quay gần ổn định chuyển về nối Δ để làm việc. Phương pháp này đơn giản, làm việc tin cậy nên được dùng rộng rãi với những động cơ từ 11KW tới 45KW.
6: Phương pháp khởi động Y-Δ - Ưu điểm: Dòng khởi động giảm đi 3 lần, bảo vệ an toàn cho động cơ và thiết bị. - Nhược điểm: Momen khởi động giảm đi 3 lần, thời gian khởi động lâu. Đòi hỏi người vận hành phải được hướng dẫn cẩn thận. c) Phương pháp khởi động biến áp tự ngẫu - Động cơ được nối thêm biến áp tự ngẫu trong quá trình khởi động Hình 1.
7: Phương pháp khởi động biến áp tự ngẫu - Nguyên lý hoạt động: Khi khởi động: Cắt CD2 và đóng CD3, MBA tự ngẫu đặt ở vị trí điện áp đặt vào động cơ khoảng (0,6-0,8)Udm, đóng CD1 để nối tstato vào lưới điện thông qua MBA tự ngẫu. 7 Khi động cơ quay ổn định: cắt CD3, đóng CD2 để ngắn mạch MBA tự ngẫu, nối trực tiếp dây quân stato vào lưới. - Ưu điểm dòng mở máy nhỏ, momtrnt mở máy lớn. DÙng trong các loại động cơ cao áp có dải lựa chọn các điện áp - Nhược điểm: Giá thành thiết bị mở máy đắt tiền hơn phương pháp mở máy trực tiếp hay mở máy bằng phương pháp sao – tam giác.
d) Phương pháp khởi động mềm - Khởi động mềm là phương pháp thường dùng cho động cơ có công suất trung bình và lớn. - Khởi động mềm (soft start) là khởi động dùng bộ điều áp xoay chiều để điều khiển điện áp stato bằng cách điều khiển góc mở của thyristor. - Khởi động mềm điều khiển động cơ điện nhằm bảo vệ chống sụt áp hệ thống điện, làm giảm hao mòn hệ thông máy móc và cơ khí, giúp động cơ khởi động và dừng êm. 8: Phương pháp khởi động mềm 2.
Giới thiệu chung về bộ điều áp xoay chiều 2.1 Khái niệm, phân loại và ứng dụng a) Khái niệm Hình 1. 9: Sơ đồ nguyên lý Bộ biến đổi xung áp xoay chiều là thiết bị chuyển điện áp từ 1 chiều thành xoay chiều cho tải xoay chiều. b) Phân loại Điều áp xoay chiều được phân loại theo một số cách sau đây: ➢ Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van +) Điều áp xoay chiều 1 pha +) Điều áp xoay chiều 2 pha +) Điều áp xoay chiều 3 pha ➢ Phân loại theo van bán dẫn trong mạch +) Mạch dùng Thyristor +) Mạch dùng triac +) Mạch dùng thyristor và diode c) Ứng dụng Điều áp xoay chiều ứng dụng tương đối hạn chế trong thực tế do có nhược điểm là trong toàn dải điều chỉnh điện áp và dòng điện không sin. Vì vậy chủ yếu được sử dụng với các tải mang tính thuần trở.
Chủ yếu sử dụng để điều khiển công suất tiêu thụ của các tải như lò nướng điện trở, bếp điện, điều khiển vận tốc của động cơ không đồng bộ công suất vừa và nhỏ ( máy quạt gió, máy bơm, máy xay), điều khiển động cơ vạn năng (dụng cụ điện cầm tay, máy trộn, máy sấy). Bộ biến đổi xoay chiều còn được dùng trong các hệ thống bù nhuyễn công suất phản kháng. Giới thiệu các loại van bán dẫn thường sử dụng trong điều áp xoay chiều ba pha a. Thyristor Thyristor hay Chỉnh lưu silic có điều khiển là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn, ví dụ như P-N-P-N, tạo ra ba lớp tiếp giáp P-N: J1, J2, J3 Thyristor có ba cực hoạt động là anode (A), cathode (K) và cực điều khiển (G) như được biểu diễn trong hình 1.
Nó được dùng cho chỉnh lưu dòng điện có điều khiển. A – kí hiệu anode: có nghĩa là cực dương Thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ không đồng bộ ba pha 13 K – kí hiệu cathode: có nghĩa là cực âm G – gate: có nghĩa là cực khiển (cực cổng) 9 Hình 1. Triac Triac (viết tắt của Triode for Alternating Current) là phần tử bán dẫn gồm năm lớp bán dẫn, tạo nên cấu trúc p-n-p-n như ở thyristor theo cả hai chiều giữa các cực T1 và T2, do đó có thể dẫn dòng theo cả hai chiều giữa T1 và T2. Triac có thể coi tương đương với hai thyristor đấu song song song ngược, để điều khiển Triac ta chỉ cần cấp xung cho chân G của Triac.
11: Ký hiệu diện Triac c. Lựa chọn van trong điều áp xoay chiều 3 pha - Bằng cách sử dụng 6 Thyristor, khởi động mềm có thể điều chỉnh điện áp được áp dụng cho động cơ khi bắt đầu từ 0V đến điện áp dòng. Như vậy hoạt động của bộ khởi động mềm dựa trên việc điều khiển điện áp cấp cho động cơ. - Hoạt động của bộ khởi động mềm hoàn toàn dựa trên việc điều khiển điện áp trong khi khởi động và dừng động cơ, tức trị số điện áp hiệu dụng của điện áp thay đổi.