Đặt vấn đề -Theo yêu cầu của sản phẩm, động cơ điện lúc làm việc thường phải khởi động và dừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưới mà yêu cầu về khởi động đối với động cơ điện khác nhau. Có khi yêu cầu mômen khởi động dòng lớn, có khi cần hạn chế dòng điện khởi động và có khi cần cả 2. Những yêu cầu trên đòi hỏi phải có tính năng khởi động thích 5 ứng.
-Trong nhiều trường hợp do phương pháp khởi động hay do chọn động cơ có tính năng khởi động không thích đáng nên thường gây nên những sự cố không mong muốn. -Nói chung khi khởi động động cơ cần xét đến để thích ứng với đặc tính cơ của tải: Phải có mômen khởi động đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải Dòng điện khởi động càng nhỏ càng tốt Phương pháp khởi động và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn Tổn hao công suất trong quá trình khởi động càng thấp càng tốt. -Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau, khi yêu cầu dòng điện khởi động nhỏ thường làm cho momen khởi động giảm theo hoặc cần các thiết bị phụ tải đắt tiền. Vì vậy căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phương pháp khởi động thích hợp.
-Với động cơ không đồng bộ hiện nay có các phương pháp khởi động trực tiếp -Khởi động bằng phương pháp hạ điện áp đặt vào stator động cơ: Phương pháp khởi động sử dụng cuộn kháng Phương pháp khởi động sử dụng biến áp tự ngẫu Phương pháp khởi động đổi nối sao- tam giác Phương pháp khởi động động cơ roto dây quấn Khởi động bằng phương pháp tần số 1.2 Khởi động động cơ KĐB 1.1 Khởi động trực tiếp -Khởi động là quá trình đưa động cơ đang ở trạng thái nghỉ (đứng im) vào trạng thái làm việc quay với tốc độ định mức. -Khởi động trực tiếp là đóng động cơ vào lưới không qua một thiết bị phụ nào. Việc cấp một điện áp định mức cho stato động cơ KĐB rotor lồng sóc 6 hoặc động cơ KĐB rô to dây quấn nhưng cuộn dây rotor nối tắt, khi rotor chưa kịp quay, thực chất động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch. Dòng động cơ rất lớn, có thể gấp dòng định mức từ 4 đến 8 lần.
Tuy dòng khởi động lớn như vậy nhưng mô men khởi động lại nhỏ do hệ số công suất cos 0 rất nhỏ (cos 0 = 0,1- 0,2), mặt khác khi khởi động, từ thông cũng bị giảm do điện áp giảm làm cho mô men khởi động càng nhỏ. Dòng khởi động lớn gây ra 2 hậu quả sau: Nhiệt độ máy tăng vì tổn hao lớn, nhiệt lượng toả ra ở máy nhiều (đặc biệt ở các máy có công suất lớn hoặc máy thường xuyên phải khởi động).Vì thế trong sổ tay kỹ thuật sử dụng máy bao giờ cũng cho số lần khởi động tối đa, và điều kiện khởi động. Dòng khởi động lớn làm cho sụt áp lưới điện lớn, gây trở ngại cho các phụ tải cùng làm việc với lưới điện. -Vì những lý do đó khởi động trực tiếp chỉ áp dụng cho các động cơ có công suất nhỏ so với các công suất của nguồn, và khởi động nhẹ (moment cản trên trục động cơ nhỏ).
Khi khởi động nặng người ta không dùng phương pháp này.2 Khởi động dùng phương pháp giảm dòng khởi động -Dòng khởi động của động cơ xác định bằng biểu thức: Ingm= -Từ biểu thức này chúng ta thấy để giảm dòng khởi động ta có các phương pháp sau: Giảm điện áp nguồn cung cấp Đưa thêm điện trở vào mạch rotor Khởi động bằng thay đổi tần số. Giảm điện áp +Người ta dùng các phương pháp sau đây để giảm điện áp khởi động:dùng cuộn 7 kháng, dùng biến áp tự ngẫu và thực hiện đổi nối sao-tam giác +Đặc điểm chung của các phương pháp giảm điện áp là cùng với việc giảm dòng khởi động, mô men khởi động cũng giảm.3 Khởi động bằng phương pháp tần số. - Do sự phát triển của công nghệ điện tử, ngày nay người ta đã chế tạo được các bộ biến tần có tính chất kỹ thuật cao và giá thành rẻ, do đó ta có thể áp dụng phương pháp khởi động bằng tần số. Thực chất của phương pháp này như sau: Động cơ được cấp điện từ bộ biến tần tĩnh, lúc đầu tần số và điện áp nguồn cung cấp có giá trị rất nhỏ, sau khi đóng động cơ vào nguồn cung cấp, ta tăng dần tần số và điện áp nguồn cung cấp cho động cơ, tốc độ động cơ tăng dần, khi tần số đạt giá trị định mức, thì tốc độ động cơ đạt giá trị định mức.
Phương pháp khởi động này đảm bảo dòng khởi động không vượt quá giá trị dòng định mức.4 Khởi động gián tiếp A) Khởi động động cơ dị bộ rô to dây quấn -Với động cơ dị bộ rô to dây quấn để giảm dòng khởi động ta đưa thêm điện trở phụ vào mạch rô to. Lúc này dòng ngắn mạch có dạng: Ingm= (1-3) -Việc đưa thêm điện trở phụ Rp vào mạch rô to ta đựoc 2 kết quả: làm giảm dòng khởi động nhưng lại làm tăng mômen khởi động. Bằng cách chọn điện trở Rp ta có thể đạt được mô men khởi động bằng giá trị mô men cực đại 8 a) b) Hình 1.2: Khởi động cơ dị bộ rô to dây quấn Đặc tính cơ khi mới khởi động Phương pháp này chỉ sử dụng cho động cơ rô to dây quấn vì điện trở ở ngoài mắc nối tiếp với cuộn dây rô to. B) Khởi động động cơ dị bộ rô to ngắn mạch -Với động cơ rô to ngắn mạch do không thể đưa điện trở vào mạch rô to như động cơ dị bộ rô to dây quấn để giảm dòng khởi động ta thực hiện các biện pháp sau: -Người ta dùng các phương pháp sau đây để giảm điện áp khởi động: dùng cuộn kháng, dùng biến áp tự ngẫu và thực hiện đổi nối sao-tam giác.
* Phương pháp sử dụng cuộn kháng Hình 1.3 :Khởi động động cơ không đồng bộ bằng cuộn kháng -Khi khởi động trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng. Sau khi khởi động xong bằng cách đóng cầu dao D2 thì điện kháng này bị nối ngắn mạch. Điều chỉnh trị số của điện kháng được dòng điện khởi động cần thiết. Do điện áp sụt trên điện kháng nên điện áp khởi động trên đầu cực động cơ điện U‟ sẽ nhỏ hơn điện áp lưới U1.
Gọi dòng điện khởi động và mômen khởi động khi khởi động trực tiếp Ik và Mk , sau khi thêm điện kháng vào dòng điện khởi động còn lại I‟k = k. Nếu cho rằng khi hạ điện áp khởi động, tham số của máy điện vẫn giữ không đổi thì dòng điện khởi động 9 nhỏ đi, điện áp đầu cực động cơ điện sẽ là U‟k = k. Vì mômen khởi động tỉ lệ với bình phương của điện áp nên lúc đó mômen khởi động sẽ bằng M‟k =k2. Ưu điểm : Là thiết bị đơn giản Nhược điểm : Khi giảm dòng điện khởi động thì mômen khởi động cũng giảm xuống bình phương lần.
*Sử dụng phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu Hình 1.4 :Khởi động cơ không đồng bộ bằng biến áp tự ngẫu Sơ đồ lúc khởi động như hình 1.4, trong đó là T là biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện, sau khi khởi động xong thì cắt T ra (bằng cách đóng cầu dao D2 và mở cầu dao D3 ra). Gọi tỉ số biến đổi của may biến áp tự ngẫu là kt (kt<1) thì U‟k = kt * U1, dòng điện khởi động và mômen khởi động của động cơ điện sẽ là : I‟K = KT * IK và M‟K= K2T * MK Gọi dòng điện lấy từ lưới vào là I1 (dòng điện sơ cấp của máybiến áp tự ngẫu) thì dòng điện đó bằng :I1 = KT * IK = K2T * I‟K 10 Ưu điểm : -So với phương pháp trên ta thấy, khi ta chọn KT = 0,6 thì mômen mở máy vẫn bằng M‟K = 0,36 MK nhưng dòng điện khởi động lấy từ lưới điện vào nhỏ hơn nhiều : I1 = 0,36 IK , Ngược lại khi ta lấy từ lưới vào một dòng điện khởi động bằng dòng điện khởi động của phương pháp trên thì phương pháp này ta có mômen khởi động lớn hơn. Đó là ưu điểm của phương pháp dùng biến áp tự ngẫu hạ thấp điện áp khởi động. 11 Nhược điểm : Mômen có các bước nhảy do sự chuyển đổi giữa các điện áp.
Chỉ có thể một số lượng các điện áp do đó dẫn đến sự chọn lựa các dòng điện không tối ưu. Không có khả năng cung cấp một điện áp khởi động có hiệu quả đối với tải trọng thay đổi. Trong một số điều kiện khởi động đặc biệt giá thành của bộ khởi động thường rất cao. * Khởi động bằng phương pháp đổi nối sao-tam giác (Y- -Phương pháp khởi động bằng đổi nối sao tam giác (Y - ) thích ứng với những máy làm việc bình thường đấu tam giác.
Khi khởi động ta đổi thành Y, như vậy điện áp đưa vào mỗi pha chỉ còn. Sau khi máy đã chạy,đổi thành đấu tam giác 12 Hình 1.5:Sơ đồ đổi nối sao - tam giác -Sơ đồ cách đấu dây như hình1.4, khi khởi động thì đóng cầu dao D2, cầu dao D1 mở, như vậy máy đấu Y, khi máy đã chạy rồi thì đóng cầu dao D1, cầu dao D2 mở, máy đấu theo. Theo phương pháp (Y - ) thì khi dây quấn đấu Y điện áp pha trên dây là : và (khi ấy và ) cho nên khi khởi đọng đầu Y thì dòng điện bằng nghĩa là dòng điện và mô men khởi động bằng = mô men khởi đọng trực tiếp.Trên thực tế trường hợp này cũng như dung một máy biến áp tự ngẫu để khởi động mà tỉ số biến 13 đổi điện áp -Trong các phương pháp hạ điện áp khởi động nói trên, phương pháp khởi động Y - là tương đối đơn giản nên được dùng rộng rãi đối với các động cơ khi làm việc đấu tam giác.6, ta thấy dòng khởi động bằng 1,4 đến 2,6 lần dòng định mức Ưu điểm: Tương đối đơn giản nên được sử dụng rộng rãi với những động cơ điện đấu tam giác Nhược điểm : Mức độ giảm của cường độ và mômen không thể điều khiển được và tương đói cố định = giá trị định mức Có bước nhảy lớn về cường độ và mômen khi bộ khởi động chuyển đổi sao tam giác. Chính các bước nhảy này tạo ra các ứng suất cơ khí và đột biến về điện làm cho hệ thống dễ bị hư hỏng.
