MỘT PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ
A METHOD OF STARTING INDUCTION MOTORS
TRẦN VĂN CHÍNH
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Bài báo trình bày một phương pháp giảm dòng điện mở máy nhờ tụ điện nối song song với
động cơ không đồng bộ. Phương pháp này đặc biệt có ích khi khởi động động cơ trong hệ có
công suất hữu hạn, như hệ máy phát - động cơ ở các trạm bơm điện.
ABSTRACT
This paper shows a method to reduce the starting current of induction motors. It is very useful
for the motors connected to a network with limited power, for example the generator-motor
systems in hydraulic pumping stations.
1. NỐI THÊM TỤ ĐIỆN KHI MỞ MÁY
Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc là loại động cơ được dùng nhiều trong thực tế.
Một trong các vấn đề đối với động cơ này là dòng điện khởi động thường khá lớn. Một số
phương pháp giảm điện áp được dùng để hạn chế dòng điện khởi động. Các phương pháp này
đòi hỏi một số thiết bị để hạn chế dòng điện mở máy [1]. Các phương pháp mở máy đang
dùng thực hiện việc tăng tổng trở toàn mạch để hạn chế dòng điện khi mở máy.
Trong hệ thống có công suất hữu hạn, dòng điện này ảnh hưởng rất lớn đến quá trình mở
máy. Chẳng hạn trong hệ máy phát - động cơ có công suất máy phát l50 kW không thể khởi
động được động cơ 90 kW. Do vậy vấn đề giảm dòng khởi động bằng các biện pháp đơn giản
là rất cần thiết. Vấn đề là ở chỗ ta cần tăng tổng trở của hệ động cơ - thiết bị mở máy nhưng
không được tăng năng lượng tiêu thụ khi mở máy. Để giải quyết vấn đề này ta nối song song
động cơ với một hệ thống tụ điiện thích hợp với động cơ.
Trước hết ta nghiên cứu ảnh hưởng của việc nối tụ điện song song với một phụ tải. Ta
khảo sát một mạch điện như hình 1, gồm một tụ điện có điện dung C nối song song với một
cuộn dây có hệ số tự cảm L.
Tổng trở toàn mạch là:
1
j L
j C
Z
1
j L
j C
(1)
Độ lớn(modun) của tổng trở là:
2
L
z
LC 1
(2)
Theo (2) tổng trở sẽ tăng khi C tăng cho đến khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng dòng
điện. Trên hình 2 là sự thay đổi của tổng trở toàn mạch khi L = 0.1 H và C = 85 ÷ 100µF
L
C
Hinh 1
85 90 95 100
0
500
1000
1500
2000
2500
Do động cơ là một tải có tính cảm nên nếu ta nối một hệ tụ điện song song với động thì
tổng trở của hệ thống động cơ - tụ điện sẽ được nâng cao và do đó dòng điện khởi động sẽ
giảm đi. Theo [2], trị số điện dung nối vào động cơ là:
P
C tg tg
U
1 2
2
( )
(3)
Để đạt được dòng khởi động cực tiểu, điện dung tối ưu của của tụ được xác định bằng
biểu thức:
n
op
x
P
Cr
U21
1
(4)
Trong đó xn và rn là các tham số ngắn mạch của động cơ
2. KẾT QUẢ
Quá trình khởi động một động cơ có P = 160 kW, cos = 0.8, U = 400 V, n = 1478
vg/phút được mô phỏng trên máy tính. Theo (2), giá trị điện dung tối ưu của tụ điện là C =
7224 F
Khi khởi động trực tiếp dòng điện xung lên tới 15.000A (hình 3 và hình 4)
Khi khởi động có nối thêm tụ điện C = 32F dòng điện xung 2900A (hình 5 và hình 6)
Khi khởi động có nối thêm tụ điện C = 7224F dòng điện xung 2400A (hình 7 và hình
8)
Khi khởi động có nối thêm tụ điện C = 72240F dòng điện xung 3400 A (hình 9)
Thực nghiệm khởi động không tải một động cơ có công suất P = 1.1 kW, cos = 0.81 tại
phòng thí nghiệm máy điện khi không có tụ cho kết quả dòng điện khởi động là 3.5A và khi có
hệ tụ C = 5.09F nối Y cho dòng điện khởi động là 2A.
Hình 2. Ảnh hưởng của điện dung đến tổng trở của mạch
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Hình 3. Dòng điện khi khởi động trực tiếp Hình 4. Tốc độ quay khi khởi động trực tiếp
0 0.5 1 1.5 2
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 0.5 1 1.5 2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Hình 5. Dòng điện khi dùng tụ C=32
F Hình 6. Tốc độ quay khi dùng tụ C=32
F
0 0.5 1 1.5 2
0
500
1000
1500
2000
2500
0 0.5 1 1.5 2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Hình 7. Dòng điện khi dùng tụ C=7224
F Hình 8. Tốc độ quay dùng tụ C=7224
F
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
3. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN
- Khi nối tụ điện song song với động cơ, dòng điện mở máy được hạn chế rõ rệt.
- Dòng điện mở máy nhỏ nhất khi C có giá trị làm cho hệ thống tụ điện - động cơ trở
thành một tải thuần trở. Khi tụ vượt quá trị số này, dòng điện ban đầu giảm nhưng sau đó tăng
lên.
- Tụ điện mở máy không tiêu thụ công suất tác dụng nên hiệu quả sử dụng năng lượng
được cải thiện.
- Trong thực tế, khi dùng tụ điện, máy phát 150 kW của công ty cấp nước Ninh Thuận
đã khởi động được động cơ bơm 90 kW.
- Đây là phương pháp mở máy đơn giản, không tiêu tốn năng lượng nên cần được áp
dụng rộng rãi khi khởi động động cơ không đồng bộ, đặc biệt là các động cơ làm việc với lưới
có công suất hữu hạn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Văn Chính, Máy điện tập 2, Nhà xuất bản Giáo dục, 2000.
[2] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, Kỹ thuật điện, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2001.
Hình 9. Dòng điện khi dùng tụ C=72240
F