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.

  j L

Tổng trở toàn mạch là:

L C (1)

Z

  j L

1  j C 1  j C

Độ lớn(modun) của tổng trở là: Hinh 1 (2)

z

2 

 L  LC 1

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

2500

2000

1500

1000

500

0 85

90

95

100

Hình 2. Ảnh hưởng của điện dung đến tổng trở của mạch

C

tg

  

tg

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:

)

1

2

2 (

P U

(3)

n

Để đạt được dòng khởi động cực tiểu, điện dung tối ưu của của tụ được xác định bằng biểu thức:

op

1

 (4) 1 C  x P   rU2     

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 = 32F dòng điện xung 2900A (hình 5 và hình 6)

Khi khởi động có nối thêm tụ điện C = 7224F dòng điện xung 2400A (hình 7 và hình 8)

Khi khởi động có nối thêm tụ điện C = 72240F 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 = 5.09F nối Y cho dòng điện khởi động là 2A.

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0

3000

180

160

2500

140

2000

120

100

1500

80

60

1000

40

500

20

0

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

0

Hình 3. Dòng điện khi khởi động trực tiếp Hình 4. Tốc độ quay khi khởi động trực tiếp

2500

180

160

2000

140

120

1500

100

80

1000

60

40

500

20

0

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

0

Hình 5. Dòng điện khi dùng tụ C=32F Hình 6. Tốc độ quay khi dùng tụ C=32F

Hình 7. Dòng điện khi dùng tụ C=7224F Hình 8. Tốc độ quay dùng tụ C=7224F

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Hình 9. Dòng điện khi dùng tụ C=72240F

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.