Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong hệ thống truyền động điện công nghiệp, động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc chiếm tỷ trọng lớn trong dải công suất vừa và nhỏ nhờ cấu tạo cơ khí đơn giản, độ bền vận hành cao, chi phí chế tạo thấp và quy trình bảo dưỡng thuận tiện. Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm cơ bản, động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc tồn tại hai nhược điểm kỹ thuật lớn: dòng điện khởi động trực tiếp rất cao (thường gấp 4 đến 8 lần dòng điện định mức) và khả năng điều chỉnh tốc độ bị hạn chế khi cấp nguồn xoay chiều có điện áp và tần số cố định.
Hiện tượng dòng khởi động tăng vọt gây ra hai hệ quả nghiêm trọng đối với hệ thống:
- Gây sụt áp nghiêm trọng trên đường dây lưới điện phân phối, làm ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng điện năng của các phụ tải lân cận cùng đấu nối vào lưới.
- Làm phát sinh nhiệt lượng lớn do tổn hao công suất trong cuộn dây stato và rôto, làm giảm tuổi thọ cách điện và giới hạn số lần khởi động cho phép của động cơ.
Nhằm giải quyết những hạn chế này, đồ án tốt nghiệp tập trung nghiên cứu giải pháp sử dụng bộ biến đổi bán dẫn công suất không tiếp điểm để điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và mô hình tính toán
Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết trường điện từ và lý thuyết máy điện xoay chiều:
- Nguyên lý cảm ứng điện từ và sức điện động: Xác định sức điện động cảm ứng hiệu dụng trong cuộn dây pha theo biểu thức $E = 4{,}44 k_{cd} W f \Phi$, trong đó $k_{cd}$ là hệ số cuộn dây, $W$ là số vòng dây một pha, $f$ là tần số và $\Phi$ là biên độ từ thông chính.
- Quan hệ trượt và tần số dòng điện rôto: Độ trượt cơ bản $s = (n_{tt} - n)/n_{tt}$, tốc độ quay của rôto $n = n_{tt}(1-s)$, tần số biến thiên dòng điện cảm ứng phía rôto $f_2 = s f_1$.
- Mô hình toán học và mạch điện thay thế: Thiết lập hệ phương trình cân bằng sức điện động phía stato và rôto; thực hiện quy đổi các đại lượng rôto về stato thông qua hệ số biến đổi điện áp $k_u$ và hệ số truyền dòng điện $k_i$. Xây dựng sơ đồ thay thế hình chữ T với điện trở giả định $R'_2(1-s)/s$ đại diện cho cơ năng biến đổi trên trục.
- Lý thuyết đặc tính cơ và công thức Kloss: Phân tích mô men điện từ $M = f(s, U_1, R'2, X)$, xác định độ trượt tới hạn $s{th}$ và mô men cực đại $M_{max}$ để mô tả sự phụ thuộc giữa mô men và tốc độ quay theo phương trình Kloss:
$$\frac{M}{M_{max}} = \frac{2}{\frac{s}{s_{th}} + \frac{s_{th}}{s}}$$
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp giải tích và giải pháp mạch tương đương: Sử dụng các phương trình vi phân và đại số phức để mô hình hóa trạng thái xác lập của động cơ; tính toán quy đổi tham số trở kháng giữa các mạch sơ cấp và thứ cấp.
- Phương pháp phân tích hình học và véc-tơ: Sử dụng đồ thị véc-tơ sức điện động, dòng điện và sao điện áp để phân tích góc lệch pha, số rãnh trên cực pha $q = Z/(2mp)$ và xây dựng sơ đồ dây quấn ba pha một lớp, hai lớp (cuộn xếp và cuộn sóng).
- Phương pháp tổng hợp điều khiển vòng kín: Áp dụng nguyên lý phản hồi dòng điện âm để thiết kế cấu trúc khởi động mềm, duy trì dòng khởi động $I_{kđ}$ bám sát giá trị đặt $I_{ref}$ thông qua mạch điều chỉnh tỷ lệ và khối phát xung điều khiển góc mở ti-ri-sto.
Nguồn dữ liệu và tiêu chuẩn kỹ thuật
- Các thông số hình học và vật lý của máy điện: chiều dày lá thép kỹ thuật điện (0,3–0,5 mm), cách điện hai mặt chống dòng điện xoáy Foucault.
- Cấp bảo vệ vỏ động cơ theo tiêu chuẩn công nghiệp: kiểu bảo vệ IP23 (thông gió cưỡng bức qua quạt hướng tâm gắn trục) và kiểu kín IP44 (làm mát bề mặt ngoài vỏ qua cánh quạt ngoài).
- Hệ thống quản lý chất lượng áp dụng: ISO 9001:2015.
Thiết kế và triển khai
Căn cứ vào nhiệm vụ đề tài, cấu trúc hệ thống bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha không tiếp điểm cấp nguồn cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc 10 kW được xác lập theo nguyên lý van bán dẫn điều khiển pha.
Nguồn xoay chiều 3 pha (380V)
[Bộ điều chỉnh điện áp không tiếp điểm (Thyristor đấu song song ngược)]
Kiến trúc mạch lực bán dẫn công suất
- Mạch lực sử dụng các cặp ti-ri-sto (thyristor) đấu song song ngược trên từng pha nguồn cấp (hoặc các van tích hợp hai chiều Triac phù hợp công suất 10 kW).
- Nguyên lý điều chỉnh: Thay đổi góc mở pha $\alpha$ của tín hiệu điều khiển kích mở van, từ đó thay đổi giá trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều ba pha $U_1(\alpha)$ đặt lên cuộn dây stato động cơ. Khi góc mở $\alpha$ giảm dần từ $\alpha_{max}$ về $0^\circ$, điện áp hiệu dụng trên stato tăng dần từ giá trị nhỏ đến điện áp định mức $U_{đm}$.
Cấu trúc mạch điều khiển khởi động mềm
Hệ thống điều khiển khởi động mềm vận hành theo cấu trúc điều chỉnh tự động kín nhằm kiểm soát dòng điện:
- Khâu đo lường và phản hồi dòng điện: Biến dòng hoặc cảm biến dòng đo giá trị dòng khởi động thực tế $I_{kđ}$ của động cơ.
- Khâu so sánh tín hiệu: So sánh tín hiệu dòng điện khởi động $I_{kđ}$ với giá trị dòng điện giới hạn đặt trước $I_{ref}$, tạo ra sai lệch điều khiển:
$$\Delta\varepsilon = I_{ref} - I_{kđ}$$
- Bộ điều chỉnh dòng điện (RI): Xử lý tín hiệu sai lệch $\Delta\varepsilon$ để đưa ra điện áp điều khiển tương ứng.
- Bộ tạo xung điều khiển: Chuyển đổi điện áp điều khiển từ bộ RI thành chuỗi xung kích mở có góc pha $\alpha$ phù hợp đưa đến cực điều khiển (G) của các ti-ri-sto:
- Khi $\Delta\varepsilon > 0$ (dòng khởi động thấp hơn dòng đặt), mạch điều khiển giảm góc mở $\alpha$ để tăng điện áp stato $U_1$, đẩy nhanh quá trình tăng tốc của rôto.
- Khi $\Delta\varepsilon < 0$ (dòng khởi động vượt ngưỡng cho phép), hệ thống tăng góc mở $\alpha$ nhằm hạ thấp điện áp stato, giữ cho dòng khởi động không vượt quá $I_{ref}$.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Máy điện không đồng bộ
Chương 1 trình bày toàn diện cơ sở lý thuyết về cấu tạo, nguyên lý vận hành điện từ, đặc tính cơ, các chế độ làm việc và các giải pháp điều khiển máy điện không đồng bộ ba pha.
1. Tổng quan cấu tạo máy điện không đồng bộ
- Mạch từ:
- Stato: Ghép từ các lá thép kỹ thuật điện dày 0,3–0,5 mm dập rãnh bên trong, được phủ cách điện hai mặt để triệt tiêu dòng Fucô. Vỏ máy đúc bằng gang hoặc thép có các gân tản nhiệt và hộp đấu dây.
- Rôto: Ghép từ các lá thép kỹ thuật điện có đục lỗ xuyên trục; rãnh rôto được chế tạo song song với trục hoặc đặt nghiêng một góc để giảm dao động từ thông và loại trừ sóng bậc cao.
- Cuộn dây và nguyên lý thành lập:
- Sức điện động cảm ứng pha: $E = 4{,}44 k_{cd} W f \Phi$.
- Bước cực máy điện $\tau = Z/(2p)$, bước cuộn dây $y_1$. Cuộn dây có $y_1 = \tau$ là cuộn dây đường kính; nếu $y_1 < \tau$ là cuộn dây rút gọn.
- Phân loại dây quấn: cuộn 1 lớp, 2 lớp, cuộn xếp ($y = y_1 - y_2$) và cuộn sóng ($y = y_1 + y_2$). Xác định số rãnh trên một cực một pha $q = Z/(6p)$ và xây dựng sao điện áp với góc lệch $\gamma = 360^\circ p / Z$.
- Rôto lồng sóc ngắn mạch đúc nhôm trực tiếp vào rãnh mà không cần lớp cách điện với lõi thép.
2. Nguyên lý làm việc và các chế độ vận hành
Khi cấp nguồn ba pha đối xứng tần số $f_1$ vào stato, từ trường quay được tạo ra với tốc độ đồng bộ $n_{tt} = 60 f_1 / p$. Từ trường này quét qua các thanh dẫn rôto, cảm ứng nên dòng điện $I_2$ và tạo ra mô men điện từ kéo rôto quay cùng chiều với tốc độ $n < n_{tt}$. Bốn chế độ vận hành đặc trưng của máy điện dị bộ được phân tích gồm:
| Chế độ vận hành |
Phạm vi tốc độ quay ($n$) |
Phạm vi độ trượt ($s$) |
Đặc điểm chuyển đổi năng lượng |
| Động cơ |
$0 \le n < n_{tt}$ |
$0 < s \le 1$ |
Nhận điện năng từ lưới, biến đổi thành cơ năng sinh công trên trục. |
| Máy phát |
$n > n_{tt}$ (cùng chiều từ trường) |
$s < 0$ |
Nhận cơ năng từ động cơ sơ cấp, phát điện năng trả về lưới điện. |
| Hãm điện từ |
$n < 0$ (ngược chiều từ trường) |
$s > 1$ |
Rôto bị kéo quay ngược chiều từ trường, nhận cả cơ năng và điện năng tiêu tán thành nhiệt. |
| Biến áp |
$n = 0$ (rôto đứng yên, hở mạch/khép kín) |
$s = 1$ |
Vận hành tương đương máy biến áp; stato là sơ cấp, rôto là thứ cấp. |
3. Mô hình toán và sơ đồ tương đương
- Tần số dòng điện rôto $f_2 = s f_1$ được quy đổi về cùng tần số $f_1$ của stato qua điện kháng tương đương $X_{20} = 2\pi f_1 L_{t2}$, dẫn đến phương trình dòng điện quy đổi:
$$I_2 = \frac{s E_{20}}{\sqrt{R_2^2 + (s X_{20})^2}} = \frac{E_{20}}{\sqrt{\left(\frac{R_2}{s}\right)^2 + X_{20}^2}}$$
- Quy đổi tham số theo hệ số truyền $k_u$ và $k_i$:
$$E'_2 = k_u E_2, \quad I'_2 = \frac{I_2}{k_i}, \quad R'_2 = k_u k_i R_2, \quad X'_2 = k_u k_i X_2$$
- Sơ đồ tương đương hình chữ T tách biệt thành phần tổn hao đồng rôto $R'_2$ và thành phần điện trở giả định biến đổi năng lượng $R'_2(1-s)/s$.
4. Cân bằng năng lượng và đặc tính cơ
- Dòng phân phối công suất:
$$P_1 = m_1 U_1 I_1 \cos\varphi_1 \longrightarrow P_{đt} = P_1 - P_{Cu1} - P_{Fe1} \longrightarrow P_{cơ} = P_{đt} - P_{Cu2} \longrightarrow P_2 = P_{cơ} - P_{cơ_ma_sát} - P_p$$
- Biểu thức mô men điện từ:
$$M = \frac{p m_1}{\omega_{tt}} \frac{U_1^2 \frac{R'_2}{s}}{\left(R_1 + \frac{R'_2}{s}\right)^2 + (X_1 + X'_2)^2}$$
- Cực trị mô men xác định tại độ trượt tới hạn:
$$s_{th} = \frac{R'2}{\sqrt{R_1^2 + (X_1 + X'2)^2}}, \quad M{max} = \frac{3 p U_1^2}{2 \omega{tt} \left[R_1 + \sqrt{R_1^2 + (X_1 + X'_2)^2}\right]}$$
- Quan hệ phụ thuộc: Mô men cực đại $M_{max}$ tỷ lệ với bình phương điện áp stato ($M_{max} \sim U_1^2$). Khi điện áp nguồn sụt giảm, mô men giảm nhanh chóng, làm tăng nguy cơ dừng máy dưới tải.
5. Phân tích các giải pháp khởi động động cơ
- Khởi động trực tiếp: Dòng khởi động đạt $I_{kđ} = (4 \div 8) I_{đm}$, nhưng mô men khởi động thấp do hệ số công suất khi mở máy rất nhỏ ($\cos\varphi_0 = 0{,}1 \div 0{,}2$). Chỉ áp dụng cho động cơ công suất nhỏ khởi động không tải hoặc tải nhẹ.
- Khởi động giảm điện áp:
- Cuộn kháng và biến áp tự ngẫu: Giảm dòng điện theo tỷ lệ hệ số biến áp $k_u$, nhưng mô men khởi động giảm mạnh theo $k_u^2$.
- Đổi nối sao - tam giác ($Y - \Delta$): Áp dụng cho động cơ vận hành bình thường ở chế độ nối $\Delta$. Dòng khởi động giảm 3 lần, mô men khởi động giảm 3 lần.
- Động cơ có cấu tạo rôto đặc biệt:
- Rôto lồng sóc hai rãnh: Rãnh trên làm bằng đồng thau có điện trở lớn đóng vai trò thanh khởi động; rãnh dưới có độ dẫn từ lớn đóng vai trò rãnh công tác. Khi mở máy ($s=1$, tần số $f_2$ cao), hiệu ứng đẩy dòng ép dòng điện chạy lên rãnh trên làm tăng điện trở khởi động, giúp giảm dòng và tăng mô men.
- Rôto rãnh sâu: Tỷ lệ chiều cao trên chiều rộng rãnh $h/b = 15 \div 20$. Lợi dụng hiệu ứng da (skin effect) phân bố mật độ dòng điện không đều theo chiều cao rãnh để đạt mô men khởi động $M_{kđ} = (1{,}2 \div 1{,}6) M_{đm}$.
- Khởi động biến tần và khởi động mềm: Điều chỉnh tần số hoặc điều khiển kín điện áp stato qua bộ điều chỉnh bán dẫn ti-ri-sto để hạn chế dòng mở máy không vượt quá ngưỡng dòng định mức quy định.
6. Phân tích các phương pháp điều chỉnh tốc độ
Tốc độ quay của động cơ $n = \frac{60 f_1}{p}(1-s)$ được khảo sát thông qua các phương thức biến đổi tham số:
- Thay đổi tần số nguồn cấp ($f_1$): Kết hợp quy luật điều khiển tỷ lệ $U_1/f_1 = \text{const}$ khi mô men cản $M_c = \text{const}$ để duy trì từ thông khe hở không đổi, giữ nguyên khả năng quá tải và mô men cực đại.
- Thay đổi số đôi cực ($p$): Đổi nối cuộn dây stato (nối sao sang sao kép $Y \to YY$ với đặc tính $M = \text{const}$; nối tam giác sang sao kép $\Delta \to YY$ với đặc tính $P = \text{const}$). Phương pháp cho tốc độ thay đổi theo từng cấp nhảy bậc.
- Thay đổi điện áp cấp vào stato ($U_1$): Giữ tần số không đổi, thay đổi điện áp làm suy giảm mô men cực đại $M_{max} \sim U_1^2$ mà không làm dịch chuyển độ trượt tới hạn $s_{th}$. Phương pháp chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ giảm dưới tốc độ định mức trong phạm vi hẹp.
- Thay đổi điện trở mạch rôto hoặc đưa sức điện động phụ $\Delta E_2$: Áp dụng riêng cho động cơ rôto dây quấn.
Kết quả và đóng góp
Kết quả nghiên cứu đạt được
- Hệ thống hóa toàn diện lý thuyết máy điện dị bộ: Thiết lập đầy đủ chuỗi công thức giải tích từ mô hình từ trường, dây quấn, quan hệ điện áp – dòng điện, mô hình mạch tương đương hình chữ T đến phương trình cân bằng công suất và đặc tính cơ Kloss.
- Tổng hợp và so sánh định lượng các phương pháp khởi động: Làm rõ các chỉ tiêu kỹ thuật giữa các phương pháp khởi động truyền thống và khởi động bán dẫn:
| Phương pháp khởi động |
Dòng khởi động ($I_{kđ}$) |
Mô men khởi động ($M_{kđ}$) |
Đặc điểm kỹ thuật chính |
| Trực tiếp |
$(4 \div 8) I_{đm}$ |
Thấp ($\cos\varphi_0 = 0{,}1 \div 0{,}2$) |
Đơn giản, gây sụt áp lưới và phát nhiệt mạnh. |
| Đổi nối $Y - \Delta$ |
Giảm 3 lần ($\frac{1}{3} I_{kđ_trựctiếp}$) |
Giảm 3 lần ($\frac{1}{3} M_{kđ_trựctiếp}$) |
Chỉ áp dụng khi cuộn stato nối tam giác lúc làm việc. |
| Biến áp tự ngẫu |
Giảm $k_u$ lần |
Giảm $k_u^2$ lần |
Cồng kềnh, chi phí bảo dưỡng cơ khí cao. |
| Rôto rãnh sâu |
Trung bình |
Đạt $(1{,}2 \div 1{,}6) M_{đm}$ |
Cải thiện nhờ hiệu ứng da, phù hợp tải nặng. |
| Khởi động mềm (Bộ điều áp bán dẫn) |
Khống chế theo $I_{ref} \le (2 \div 3) I_{đm}$ |
Tăng êm theo độ tăng $U_1(\alpha)$ |
Không tiếp điểm cơ khí, điều chỉnh vô cấp, bảo vệ lưới điện. |
- Xác lập giải pháp thiết kế bộ điều áp xoay chiều 3 pha 10 kW: Đề xuất sơ đồ điều khiển vòng kín phản hồi dòng điện kết hợp bộ biến đổi ti-ri-sto không tiếp điểm, cho phép khởi động êm và điều chỉnh dải điện áp đầu cực động cơ một cách liên tục.
Đóng góp kỹ thuật
- Cung cấp phương án thay thế khí cụ đóng cắt cơ khí truyền thống (khởi động từ, cầu dao) bằng hệ thống chuyển mạch bán dẫn công suất không tiếp điểm, loại bỏ hiện tượng hồ quang điện, tăng độ bền cơ học và giảm chi phí bảo trì.
- Ứng dụng nguyên lý điều khiển pha để tối ưu hóa quá trình khởi động cho phụ tải công nghiệp 10 kW, góp phần bảo vệ lưới điện cục bộ khỏi hiện tượng sụt áp đột biến.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của hệ thống
- Giới hạn mô men khi giảm áp: Do mô men tỷ lệ với bình phương điện áp ($M \sim U_1^2$), việc giảm điện áp stato để hạn chế dòng mở máy đồng thời làm suy giảm mô men khởi động, khiến hệ thống không phù hợp cho các cơ cấu truyền động yêu cầu khởi động đầy tải hoặc tải nặng trực tiếp.
- Méo dạng sóng điện áp và dòng điện: Nguyên lý cắt góc pha $\alpha$ của ti-ri-sto tạo ra thành phần sóng hài bậc cao trong dòng điện stato, gây tổn hao phụ trong lõi thép và cuộn dây máy điện.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp stato chỉ thực hiện được theo chiều giảm và dải điều chỉnh hẹp; nếu giảm điện áp quá mức ($U_1 < 0{,}7 U_{đm}$), động cơ dễ rơi vào trạng thái dừng máy dưới tải.
Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp
- Thiết kế tích hợp vi điều khiển chuyên dụng hoặc bộ xử lý tín hiệu số (DSP) để phát xung kích mở ti-ri-sto với độ chính xác cao và tích hợp các thuật toán bảo vệ thông minh (quá dòng, mất pha, lệch pha).
- Nghiên cứu kết hợp bộ lọc tích cực hoặc cuộn kháng lọc sóng hài đầu ra để cải thiện chất lượng điện áp xoay chiều cấp cho động cơ.
- Mở rộng phạm vi điều khiển từ khởi động mềm thuần túy sang hệ truyền động biến tần tĩnh kết hợp điều khiển véc-tơ không gian từ thông để điều chỉnh tốc độ toàn diện trên dải rộng.
Giá trị tham khảo
Đồ án tốt nghiệp là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:
- Sinh viên và học viên chuyên ngành: Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Kỹ thuật Điện, Tự động hóa và Cơ điện tử cần tài liệu tổng hợp về máy điện dị bộ, phương pháp xây dựng sơ đồ dây quấn stato và tính toán đặc tính cơ Kloss.
- Kỹ sư thiết kế và vận hành: Cung cấp cơ sở tính toán mạch lực bán dẫn, nguyên lý khởi động mềm và các tiêu chuẩn bảo vệ vỏ động cơ (IP23, IP44) trong thiết kế tủ điện điều khiển động cơ công nghiệp dải công suất 10 kW.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có dòng khởi động trực tiếp rất lớn nhưng mô men khởi động lại nhỏ?
Dòng khởi động trực tiếp lớn ($I_{kđ} = 4 \div 8 I_{đm}$) do khi rôto chưa quay ($s=1$), động cơ làm việc tương đương trạng thái ngắn mạch thứ cấp máy biến áp. Tuy nhiên, khi mở máy, mạch rôto có tính cảm kháng rất cao làm hệ số công suất cực kỳ nhỏ ($\cos\varphi_0 = 0{,}1 \div 0{,}2$), đồng thời sụt áp trên điện trở và điện kháng stato làm suy giảm từ thông chính $\Phi$, dẫn đến mô men khởi động sinh ra nhỏ.
2. Sự khác biệt về nguyên lý làm mát giữa cấp bảo vệ IP23 và IP44 của động cơ là gì?
Động cơ có cấp bảo vệ IP23 sử dụng quạt gió hướng tâm gắn trực tiếp ở hai đầu trục rôto để hút thổi không khí lưu thông làm mát bên trong mạch từ. Động cơ kiểu kín IP44 sử dụng quạt gắn ngoài thổi gió dọc theo các gân tản nhiệt đúc trên mặt ngoài vỏ máy; khả năng tản nhiệt của IP44 kém hơn IP23 nhưng ngăn ngừa bụi bẩn xâm nhập và dễ bảo dưỡng hơn.
3. Hiệu ứng đẩy dòng trong động cơ rôto rãnh sâu diễn ra như thế nào khi khởi động?
Rãnh rôto sâu có chiều cao gấp 15–20 lần chiều rộng ($h/b = 15 \div 20$). Độ dẫn từ của từ thông tản ở lớp đáy rãnh lớn hơn rất nhiều so với lớp miệng rãnh, dẫn đến điện kháng tản $X_{k} = 2\pi f_2 L_{k}$ ở đáy rãnh rất lớn. Khi mới khởi động ($s=1$, tần số $f_2 = f_1$), điện kháng đáy rãnh tăng cao đẩy toàn bộ dòng điện dồn lên lớp mặt trên của thanh dẫn. Hiện tượng này làm giảm tiết diện dẫn điện hiệu dụng, tăng điện trở tương đương của rôto, giúp giảm dòng khởi động và tăng mô men mở máy.
4. Tại sao trong phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng tần số cần duy trì quy luật $U_1 / f_1 = \text{const}$?
Theo biểu thức $U_1 \approx E_1 = 4{,}44 f_1 W_1 k_{cd1} \Phi$, nếu thay đổi tần số $f_1$ mà giữ nguyên điện áp $U_1$ thì từ thông $\Phi$ sẽ biến thiên. Nếu $\Phi$ tăng sẽ gây bão hòa mạch từ làm tăng tổn hao thép và dòng không tải; nếu $\Phi$ giảm sẽ làm suy giảm khả năng sinh mô men ($M_{max} \sim \Phi^2$). Việc giữ tỷ số $U_1/f_1 = \text{const}$ đảm bảo từ thông chính không đổi, qua đó duy trì khả năng quá tải và mô men cực đại ổn định trong suốt dải điều chỉnh khi mô men cản không đổi ($M_c = \text{const}$).
5. Nguyên lý làm việc của mạch khởi động mềm sử dụng ti-ri-sto là gì?
Mạch sử dụng các van ti-ri-sto đấu song song ngược trên 3 pha nguồn. Khâu đo lường lấy tín hiệu dòng điện khởi động $I_{kđ}$ so sánh với dòng đặt $I_{ref}$ để tạo sai lệch $\Delta\varepsilon = I_{ref} - I_{kđ}$. Bộ điều chỉnh RI xử lý sai lệch này để tác động vào khối tạo xung phát tín hiệu mở van. Bằng cách điều khiển tăng dần góc mở van (giảm góc kích pha $\alpha$), điện áp hiệu dụng cấp cho stato động cơ tăng êm từ giá trị thấp lên định mức, giữ dòng khởi động luôn nằm trong giới hạn an toàn.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp dòng xoay chiều 3 pha không tiếp điểm cấp điện cho động cơ điện không đồng bộ rô to lồng sóc 10kW" đã giải quyết toàn diện bài toán lý thuyết máy điện dị bộ và kỹ thuật điều khiển khởi động mềm. Tác giả đã hệ thống hóa chi tiết cấu tạo mạch từ, sơ đồ quấn dây, các phương trình cân bằng năng lượng và mô hình đặc tính cơ Kloss cho động cơ điện ba pha. Giải pháp sử dụng bộ điều áp bán dẫn không tiếp điểm điều khiển góc mở van ti-ri-sto cung cấp phương án khởi động êm ái, hạn chế tối đa dòng mở máy và sụt áp lưới, đồng thời mở ra hướng ứng dụng hiệu quả cho các hệ thống truyền động điện tự động hóa trong công nghiệp.
