Chương 17: Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ

Chia sẻ: Phan Thi Ngoc Giau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

80
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong quá trình mở máy điện động cơ, moomen mở máy là đặc tính chủ yếu nhất trong những đặc tính mở máy của động cơ điện

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 17: Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ

Ch¬ng 17 Më m¸y vµ ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé 17-1. QU¸ TR×NH Më M¸Y §éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé Trong qu¸ tr×nh më m¸y ®éng c¬ ®iÖn, m«men më m¸y lµ ®Æc tÝnh chñ yÕu nhÊt trong nh÷ng ®Æc tÝnh më m¸y cña ®éng c¬ ®iÖn. Muèn cho m¸y quay ®îc th× m«men më m¸y cña ®éng c¬ ph¶i lín h¬n m«men t¶i tÜnh vµ m«men ma s¸t tÜnh. Trong qu¸ tr×nh t¨ng tèc ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®éng vÒ m«men nh sau: dω (17-1) M −MC = M =J j dt trong ®ã: M, M c, Mj lµ m«men ®iÖn tõ cña ®éng c¬ ®iÖn, m«men c¶n vµ m«men qu¸n tÝnh. GD 2 - h»ng sè qu¸n tÝnh; J= 4g g = 9,81 m/s 2 - gia tèc träng trêng; G vµ D lµ träng lîng vµ ®êng kÝnh phÇn quay; ω - tèc ®é gãc cña r«to. Khi ®· biÕt ®îc ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn M = f 1(n) vµ cña t¶i Mc = f2(n) th× cã thÓ tõ c«ng thøc (17-1) t×m ra quan hÖ gi÷a tèc ®é vµ thêi gian n = f(t) trong qu¸ tr×nh më m¸y. Còng tõ biÓu thøc trªn ta thÊy, muèn ®¶m b¶o t¨ng tèc thuËn lîi trong dω > 0 , nghÜa lµ M > Mc. Víi mét qu¸n tÝnh nh nhau, qu¸ tr×nh më m¸y ph¶i gi÷ dt M - Mc cµng lín th× tèc ®é t¨ng cµng nhanh. §èi víi nh÷ng m¸y cã qu¸n tÝnh lín th× thêi gian më m¸y l©u h¬n. Trong trêng hîp cã yªu cÇu më m¸y nhiÒu lÇn th× thêi gian më m¸y ¶nh hëng rÊt nhiÒu ®Õn n¨ng suÊt lao ®éng. Khi b¾t ®Çu më m¸y th× r«to ®øng yªn, hÖ sè trît s = 1 nªn dßng më m¸y cã thÓ tÝnh ®îc theo m¹ch ®iÖn thay thÕ. U1 I mm = (17-2) (r1 + C1 r2, ) 2 + ( x1 + C1 x 2 ) 2 , Thùc tÕ do m¹ch tõ t¶n b·o hoµ rÊt nhanh, ®iÖn kh¸ng gi¶m xuèng nªn dßng ®iÖn më m¸y cßn lín h¬n nhiÒu so víi trÞ sè tÝnh theo c«ng thøc (17-2). ë trÞ sè ®iÖn ¸p ®Þnh møc dßng ®iÖn më m¸y thêng b»ng tõ 4 ÷ 7 lÇn dßng ®iÖn ®Þnh møc. Dßng ®iÖn qu¸ lín kh«ng nh÷ng lµm cho b¶n th©n m¸y bÞ nãng mµ cßn lµm cho ®iÖn ¸p líi gi¶m nhiÒu, nhÊt lµ ®èi víi nh÷ng líi ®iÖn cã c«ng suÊt nhá. Trong thùc tÕ, theo yªu cÇu cña s¶n xuÊt, ®éng c¬ kh«ng ®ång bé thêng ph¶i më m¸y vµ ngõng m¸y nhiÒu lÇn. Tuú theo tÝnh chÊt cña t¶i vµ t×nh h×nh cña líi ®iÖn mµ yªu cÇu më m¸y ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn còng kh¸c nhau. Cã khi yªu cÇu m«men më m¸y lín, cã khi cÇn h¹n chÕ dßng ®iÖn më m¸y vµ cã khi l¹i cÇn c¶ hai. Nh÷ng yªu cÇu trªn ®ßi hái ®éng c¬ ®iÖn ph¶i cã tÝnh n¨ng më m¸y thÝch øng. 61 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Trong nhiÒu trêng hîp, do ph¬ng ph¸p më m¸y hay do chän ®éng c¬ ®iÖn cã tÝnh n¨ng më m¸y kh«ng thÝch hîp sÏ g©y háng m¸y. Nãi chung khi më m¸y mét ®éng c¬ ®iÖn cÇn x Ðt ®Õn nh÷ng yªu cÇu c¬ b¶n sau: 1- Ph¶i cã m«men më m¸y ®ñ lín ®Ó thÝch øng víi ®Æc tÝnh c¬ cña t¶i. 2- Dßng ®iÖn më m¸y cµng nhá cµng tèt. 3- Ph¬ng ph¸p më m¸y vµ thiÕt bÞ cÇn d ïng ®¬n gi¶n, rÎ tiÒn, ch¾c ch¾n, an toµn. 4- Tæn hao c«ng suÊt trong qu¸ tr×nh më m¸y cµng nhá cµng tèt. Nh÷ng yªu cÇu trªn thêng m©u thu Én víi nhau nh khi yªu cÇu dßng ®iÖn më m¸y nhá th× thêng lµm cho m«men më m¸y gi¶m theo hoÆc cÇn thiÕt bÞ ®¾t tiÒn. ChÝnh v× vËy ph¶i c¨n cø vµo ®iÒu kiÖn lµm viÖc c ô thÓ mµ chän ph¬ng ¸n më m¸y thÝch hîp. 17-2. C¸c ph¬ng ph¸p më m¸y 17.2.1. Më m¸y trùc tiÕp ®éng c¬ ®iÖn r«to lång sãc §©y lµ ph¬ng ph¸p më m¸y ®¬n gi¶n nhÊt, ch Ø CD viÖc ®ãng trùc tiÕp ®éng c¬ ®iÖn vµo líi ®iÖn lµ ®îc (h×nh 17-1). Khi më m¸y trùc tiÕp dßng ®iÖn më m¸y t¬ng ®èi lín. NÕu qu¸n tÝnh cña t¶i lín, thêi gian më m¸y qu¸ dµi th× cã thÓ lµm nãng m¸y vµ ¶nh hëng ®Õn ®iÖn ¸p líi ®iÖn. Nhng nÕu nguån ®iÖn t¬ng ®èi lín th× nªn dïng ph¬ng ph¸p §C nµy v× më m¸y nhanh vµ ®¬n gi¶n. 17.2.2. H¹ ®iÖn ¸p ®Ó më m¸y H×nh 17-1. Më m¸y trùc tiÕp Khi h¹ ®iÖn ¸p ®Ó më m¸y sÏ gi¶m ®îc dßng ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé ®iÖn më m¸y nhng ®ång thêi m«men më m¸y còng gi¶m xuèng, do ®ã ®èi víi nh÷ng t¶i yªu cÇu cã m«men më m¸y lín th× ph¬ng ph¸p nµy kh«ng d ïng ®îc. Tuy vËy ®èi víi nh÷ng thiÕt bÞ yªu cÇu m«men më m¸y nhá th× ph¬ng ph¸p nµy rÊt thÝch hîp. Cã ba c¸ch h¹ ®iÖn ¸p nh sau: 1- M¾c cuén kh¸ng nèi tiÕp vµo m¹ch stato (h×nh 17-2) Khi më m¸y ®ãng cÇu dao D 1, më cÇu dao D2, trong m¹ch ®iÖn stato ®îc m¾c nèi tiÕp mét ®iÖn kh¸ng K. Më m¸y xong ®ãng cÇu dao D 2 nèi t¾t cuén kh¸ng (h×nh 17-2). §iÒu chØnh trÞ sè cña ®iÖn kh¸ng th× cã thÓ cã ®îc dßng ®iÖn më m¸y cÇn thiÕt. Do cã ®iÖn ¸p gi¸ng trªn ®iÖn kh¸ng nªn ®iÖn ¸p më m¸y trªn ®Çu cùc cña ®éng c¬ ®iÖn lµ U,mm nhá h¬n ®iÖn ¸p líi U1. Ta cã U,mm = kU1 víi k < 1. Gäi dßng ®iÖn më m¸y vµ m«men më m¸y khi më m¸y trùc tiÕp lµ Imm vµ Mmm. Sau khi thªm ®iÖn kh¸ng vµo dßng ®iÖn më m¸y cßn l¹i lµ I,mm = kImm. NÕu cho r»ng khi h¹ ®iÖn ¸p më m¸y tham sè cña m¸y ®iÖn v Én gi÷ kh«ng ® æi th× dßng ®iÖn më m¸y sÏ nhá ®i. V× m«men t û lÖ víi b×nh ph¬ng ®iÖn ¸p nªn l óc ®ã m«men më m¸y b»ng M,mm = k2Mmm . 62 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
¦u ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy lµ thiÕt bÞ ®¬n gi¶n, gi¶m ®îc dßng ®iÖn më m¸y nhng nhîc ®iÓm lµ khi gi¶m dßng ®iÖn më m¸y th× m«men më m¸y gi¶m xuèng b×nh ph¬ng lÇn. 2- Dïng biÕn ¸p tù ngÉu h¹ ®iÖn ¸p më m¸y S¬ ®å lóc më m¸y nh h×nh 17-3, trong Ul ®ã T lµ biÕn ¸p tù ng Éu, bªn cao ¸p nèi víi líi ®iÖn, bªn h¹ ¸p nèi víi ®éng c¬ ®iÖn. Khi më m¸y ®ãng cÇu dao D 1 vµ D3, cßn D2 D1 më. Sau khi më m¸y xong c¾t biÕn ¸p tù ngÉu T ra b»ng c¸ch ®ãng cÇu dao D 2 vµo vµ më D3 ra. Gäi tû sè biÕn ®æi ®iÖn ¸p cña biÕn K ¸p tù ngÉu lµ kT (kT < 1) th× U,mm = kTU1. Do D2 ®ã dßng ®iÖn më m¸y vµ m«men më m¸y cña ®éng c¬ ®iÖn sÏ lµ I,mm = kTImm vµ M,mm = ′ k2TMmm. I mm U,mm Gäi dßng ®iÖn lÊy tõ líi vµo lµ I1 (dßng §C ®iÖn s¬ cÊp cña biÕn ¸p tù ng Éu) th× dßng ®iÖn ®ã b»ng: I1 = kTI,mm = k2TImm. H×nh 17-2. H¹ ®iÖn ¸p më So víi ph¬ng ph¸p trªn ta thÊy, nÕu m¸y b»ng biÕn ¸p tù ngÉu. chän kT = k th× m«men më m¸y v Én b»ng M,mm = k2Mmm nhng dßng ®iÖn më m¸y lÊy tõ líi vµo nhá h¬n nhiÒu ( Il = k2TImm). Ngîc l¹i, khi lÊy tõ líi vµo mét dßng ®iÖn më m¸y b»ng dßng ®iÖn më m¸y cña ph¬ng ph¸p trªn th× víi ph¬ng ph¸p nµy ta cã m«men më m¸y lín h¬n. §ã lµ u ®iÓm cña ph¬ng ph¸p d ïng biÕn ¸p tù ngÉu ®Ó h¹ thÊp ®iÖn ¸p më m¸y. Ul D1 D1 Lµm viÖc ∆ D2 §C T D2 I,mm U,mm Më m¸y Υ D3 §C H×nh 17-3: H¹ ®iÖn ¸p më H×nh 17-4: Më m¸y Y- ∆ m¸y b»ng biÕn ¸p tù ngÉu. 63 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
3. Më m¸y b»ng ph¬ng ph¸p Y- ∆ Ph¬ng ph¸p më m¸y Υ - ∆ thÝch øng víi c¸c ®éng c¬ ®iÖn khi lµm viÖc b×nh thêng ®Êu tam gi¸c. Khi më m¸y ta ® æi thµnh Y, nh vËy ®iÖn ¸p ®a vµo hai ®Çu m çi pha chØ cßn U l / 3 . Sau khi ®éng c¬ ®· ch¹y råi, ® æi thµnh ®Êu ∆. S¬ ®å c¸ch ®Êu d©y nh ë h×nh 17- 4. Khi më m¸y th× ®ãng cÇu dao D 1 cßn cÇu dao D2 ®ãng vÒ phÝa díi, nh vËy m¸y ®Êu Y. Khi m¸y ®· ch¹y råi th× ®ãng cÇu dao D 2 vÒ phÝa trªn, m¸y ®Êu theo ∆. Theo ph¬ng ph¸p nµy, khi d©y quÊn ®Çu Y th× ®iÖn ¸p pha trªn d©y quÊn lµ: 1 U mmf = U1 , trong ®ã U1 lµ ®iÖn ¸p d©y cña líi ®iÖn. ' 3 Ta cã: I mmf = 1 I mmf vµ 1 . M mmf = ' ' M mm 3 3 Do khi ®Êu Y ®Ó më m¸y dßng ®iÖn pha b»ng dßng ®iÖn d©y I,mmf = I,mm cßn khi më m¸y trùc tiÕp ®Êu ∆ th× Ummf = Ul vµ Imm = 3 Immf cho nªn khi më m¸y ®Êu sao th× 1 1 dßng ®iÖn b»ng I mm = I mmf = I mmf = I mm , nghÜa lµ dßng ®iÖn më m¸y vµ m«men më ' ' 3 3 m¸y ®Òu gi¶m ®i ba lÇn so víi më m¸y trùc tiÕp. Trªn thùc tÕ trêng hîp nµy t¬ng tù 1 nh dïng mét biÕn ¸p tù ngÉu cã tû sè biÕn ®æi ®iÖn ¸p kT = . 3 Trong c¸c ph¬ng ph¸p h¹ ®iÖn ¸p më m¸y nãi trªn, ph¬ng ph¸p më m¸y Y - ∆ t¬ng ®èi ®¬n gi¶n nªn ®îc d ïng réng r·i ®èi víi nh÷ng ®éng c¬ ®iÖn khi lµm viÖc ®Êu tam gi¸c. 17.2.3 Më m¸y b»ng c¸ch ghÐp thªm ®iÖn trë phô vµo r«to Ph¬ng ph¸p nµy ch Ø ¸p dông víi nh÷ng ®éng c¬ r«to d©y quÊn v× ®Æc ®iÓm cña lo¹i ®éng c¬ ®iÖn nµy lµ cã M Mmm=Mmax thÓ ghÐp thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch 1 M dm 3 2 4 cuén d©y r«to. Nh ta ®· biÕt, khi ®iÖn trë r«to thay ® æi th× ®Æc tÝnh M = f(s) còng sÏ thay ®æi. Khi ®iÒu chØnh ®iÖn a 1,0 trë m¹ch ®iÖn r«to thÝch hîp sÏ ®îc tr¹ng th¸i më m¸y lý tëng (®êng 4 ë h×nh 17-5). Sau khi m¸y ®· quay, ®Ó duy tr× mét m«men ®iÖn tõ nhÊt ®Þnh trong qu¸ tr×nh më m¸y, ta c¾t dÇn ®iÖn s trë phô thªm vµo r«to lµm cho qu¸ tr×nh t¨ng tèc cña ®éng c¬ ®iÖn thay ® æi tõ 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 ®êng M = f(s) nµy sang ®êng M = H×nh 17-5. ĐÆc tÝnh m«men khi f(s) kh¸c. Nh ë h×nh 17-5 ®æi tõ ®êng thªm ®iÖn trë phô vµo ®Ó më m¸y. 4 sang ®êng 3, ®êng 2 vµ sau khi c¾t toµn bé ®iÖn trë phô th× sÏ theo ®êng 1 t¨ng tèc ®Õn ®iÓm lµm viÖc. 64 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Dïng ®éng c¬ ®iÖn r«to d©y quÊn cã thÓ ®¹t ®îc m«men më m¸y lín, ®ång thêi Uu diem dßng ®iÖn më m¸y nhá nªn nh÷ng n¬i nµo më m¸y khã kh¨n th× d ïng lo¹i ®éng c¬ ®iÖn nµy. Nhîc ®iÓm cña ®éng c¬ ®iÖn r«to d©y quÊn lµ r«to d©y quÊn chÕ t¹o phøc t¹p h¬n Nhuoc diem r«to lång sãc nªn ®¾t h¬n, b¶o qu¶n khã kh¨n h¬n, hiÖu suÊt cña m¸y còng thÊp h¬n. 17-3. ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé HiÖn nay ngêi ta ®· nghiªn cøu nhiÒu vÒ vÊn ®Ò ®iÒu ch Ønh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé, nhng nh×n chung c¸c ph¬ng ph¸p ®iÒu ch Ønh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé ®Òu cã nh÷ng u nhîc ®iÓm cña nã vµ cha gi¶i quyÕt ®îc toµn bé vÊn ®Ò nh: ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é, n¨ng lîng tiªu th ô, ®é b»ng ph¼ng khi ®iÒu chØnh, thiÕt bÞ sö dông. V× vËy trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp quan träng nh c¸n thÐp, vËn t¶i, dÖt giÊy, c¬ khÝ v.v … cã yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é t¬ng ®èi cao v Én cßn dïng nhiÒu ®éng c¬ mét chiÒu hay ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu cã vµnh gãp. MÆc dï viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé cã nh÷ng khã kh¨n, nhng trong nh÷ng trêng hîp nµo ®ã nÕu d ïng ph¬ng ph¸p ®iÒu ch Ønh tèc ®é thÝch hîp còng cã thÓ tho¶ m·n ®îc yªu cÇu ®Æt ra. C¸c ph¬ng ph¸p ®iÒu ch Ønh chñ yÕu cã thÓ thùc hiÖn: 1- Trªn stato: thay ®æi ®iÖn ¸p ®a vµo d©y quÊn stato, thay ® æi sè ®«i cùc cña d©y quÊn stato hay thay ®æi tÇn sè nguån ®iÖn. 2- Trªn r«to: thay ®æi ®iÖn trë r«to hoÆc nèi tiÕp trªn m¹ch r«to mét hay nhiÒu m¸y ®iÖn gäi lµ nèi cÊp. 17.3.1. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi sè ®«i cùc 1 Nãi chung ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh thêng cã hÖ 60 f sè trît nhá, do ®ã tèc ®é cña ®éng c¬ ®iÖn gÇn b»ng tèc ®é ®ång bé n1 = . Tõ ®ã p ta thÊy khi tÇn sè kh«ng ® æi th× tèc ®é ®ång bé cña ®éng c¬ ®iÖn t û lÖ nghÞch víi sè ®«i cùc, do ®ã khi thay ®æi sè ®«i cùc cña d©y quÊn stato cã thÓ thay ® æi ®îc tèc ®é. D©y quÊn stato cã thÓ nèi thµnh bao nhiªu sè ®«i cùc kh¸c nhau th× tèc ®é cã bÊy nhiªu cÊp, v× vËy tèc ®é ch Ø cã thÓ thay ®æi tõng cÊp mét, kh«ng b»ng ph ¼ng. Cã nhiÒu c¸ch thay ®æi sè ®«i cùc cña d©y quÊn stato. 1. §æi c¸ch nèi ®Ó cã sè ®«i cùc kh¸c nhau. D ïng trong ®éng c¬ ®iÖn hai tèc ®é theo tû lÖ 2 : 1. 2 - Trong r·nh stato ®Æt hai d©y quÊn ®éc lËp cã sè ®«i cùc kh¸c nhau, thêng ®Ó ®¹t hai tèc ®é theo t û lÖ 4 : 3 hay 6 : 5. 3 - Trªn r·nh stato cã ®Æt hai d©y quÊn ®éc lËp cã sè ®«i cùc kh¸c nhau, m çi d©y quÊn l¹i cã thÓ ® æi nèi ®Ó cã sè ®«i cùc kh¸c nhau, d ïng trong ®éng c¬ ®iÖn ba bèn tèc ®é. D©y quÊn r«to trong ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé r«to d©y quÊn cã sè ®«i cùc b»ng sè ®«i cùc cña d©y quÊn stato, do ®ã khi ®Êu l¹i d©y quÊn stato ®Ó cã sè ®«i cùc kh¸c 65 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
nhau th× d©y quÊn r«to còng ph¶i ®Êu l¹i, nh vËy kh«ng tiÖn lîi, do ®ã kh«ng d ïng ®éng c¬ ®iÖn lo¹i τ τ τ τ nµy ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ® æi sè ®«i cùc. Ngîc l¹i, r«to lång sãc cã thÓ thÝch øng víi a) bÊt cø sè ®«i cùc nµo cña d©y quÊn stato, do ®ã thÝch hîp cho ®éng c¬ ®iÖn thay ®æi sè ®«i cùc ®Ó A2 A1 X1 X2 ®iÒu chØnh tèc ®é. S¬ ®å thay ®æi sè ®«i cùc nh ë h×nh 17 - 6. Khi thay ®æi tõ nèi thuËn (h×nh 17-6a) sang nèi ngîc (h×nh 17-6b) ta ®îc bíc cùc kh¸c nhau, nghÜa lµ τ/2 τ τ/2 sè ®«i cùc kh¸c nhau theo t û lÖ 2 : 1. Hai cuén d©y ®ã còng cã thÓ ®Êu nèi tiÕp (h×nh 17-6a) hay song b) song (h×nh 17-6c) theo yªu cÇu cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ®Ó thay ®æi sè ®«i cùc. A1 X1 A2 X2 §èi víi ®éng c¬ ®iÖn ba pha, tuú theo c¸ch ®Êu Y hay ∆ vµ c¸ch ®Êu d©y quÊn pha song song hay nèi tiÕp mµ ngêi ta chÕ t¹o ®éng c¬ ®iÖn hai tèc ®é τ/2 τ τ/2 thµnh lo¹i m«men kh«ng ® æi vµ lo¹i c«ng suÊt kh«ng ®æi. c) ë h×nh 17-7, gäi c«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn khi ®Êu YY víi sè ®«i cùc Ýt (p1) lµ PYY, c«ng suÊt ®éng c¬ A1 X1 A2 X2 ®iÖn khi ®Êu Y víi sè ®«i cùc gÊp ®«i (p 2) lµ PY, ta cã: PYY = 3U1 2 I 'f ηYY cosϕYY H×nh 17-6. S¬ ®å nguyªn lý thay ®æi sè ®«i cùc PY = 3U1I 'f ηY cos ϕY Gi¶ thiÕt khi thay ® æi tèc ®é, hiÖu suÊt η vµ cosϕ kh«ng ®æi th× ta cã: PYY =2 (17- 3) PY V× khi ®æi nèi tõ ®Êu Y sang ®Êu YY sè ®«i cùc gi¶m ®i mét n öa nªn tèc ®é t¨ng 2 lÇn (p2 = 2p1 nªn n1 = 2n2) vµ do quan hÖ P = Mω, trong ®ã ω lµ tèc ®é gãc cña r«to ®éng c¬ ®iÖn; M, P lµ m«men ®iÖn tõ vµ c«ng suÊt ®Çu tr ôc cña ®éng c¬ ®iÖn, nªn ta cã: PYY ωYY M YY 2 M YY = = =2 ωY M Y PY MY Tõ ®ã ta ®îc MY = MYY, nghÜa lµ m¸y ®îc chÕ t¹o theo lo¹i m«men kh«ng ® æi. ë h×nh 17-8, gäi c«ng suÊt cña ®éng c¬ khi ®Êu ∆ lµ P∆, ta cã: P∆ = 3U1 3I 'f η∆ cosϕ ∆ C«ng suÊt khi ®Êu YY lµ: PYY = 3U1 2 I 'f ηYY cosϕYY 66 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
A B C A B C A B C A B C Id Id Id Id I′ I,f f I ,f I,f I,f I ,f I′ f I,f ∆(p2 = 2p1) YY (p1) Y (p2=2p1 ) YY (p1) H×nh 17-7. S¬ ®å ®Êu d©y quÊn khi ®æi H×nh 17-8. S¬ ®å ®Êu d©y quÊn khi ®æi tèc ®é theo tû lÖ 2:1 víi m«men kh«ng ®æi tèc ®é theo tû lÖ 2:1 víi c«ng suÊt kh«ng ®æi Gi¶ thiÕt khi thay ® æi tèc ®é, hiÖu suÊt η vµ cosϕ kh«ng ®æi, ta cã: PYY 2 = = 1,15 ≈ 1 (17-4) P∆ 3 §éng c¬ ®iÖn hai tèc ®é ®Êu theo kiÓu nµy thuéc lo¹i c«ng suÊt kh«ng ® æi. §Æc tÝnh M = f(n) cña ®éng c¬ ®iÖn hai tèc ®é ®Êu theo Y/YY vµ ∆/YY ®îc biÓu diÔn ë h×nh 17-9 vµ h×nh 17-1 0. M M Y YY ∆ YY 0 n1 2n1 n 0 n1 2n1 n H×nh 17-9. §Æc tÝnh c¬ M = f(s) cña H×nh 17-10. §Æc tÝnh c¬ M = f(n) ®éng c¬ ®iÖn hai tèc ®é cã s¬ ®å cña ®éng c¬ ®iÖn hai tèc ®é cã s¬ ®å ®Êu d©y nh h×nh 18-7 ®Êu d©y nh ë h×nh 18-8 2 17.3.2. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi tÇn sè Nh ta ®· biÕt, tèc ®é cña ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé b»ng: 60 f1 n = n1 (1 − s ) = (1 − s) p Khi hÖ sè trît thay ® æi Ýt th× n tû lÖ víi f1. Ph¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é lµ ph¬ng ph¸p ®iÒu ch Ønh b»ng ph¼ng, ®éng c¬ ®iÖn cã thÓ quay víi bÊt cø tèc ®é nµo, ph¹m vi ®iÒu ch Ønh réng, nhng cÇn ph¶i sö dông nguån ®iÖn ®Æc biÖt cã tÇn sè thay ® æi ®îc, do ®ã chØ khi nµo cã 67 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
nhiÒu ®éng c¬ ®iÖn cïng thay ®æi tèc ®é theo mét quy luËt chung th× c¸ch ®iÒu ch Ønh nµy míi cã ý nghÜa thùc tÕ v× cã thÓ d ïng mét nguån ®iÖn biÕn tÇn chung. Víi ®iÒu kiÖn n¨ng lùc qu¸ t¶i kh«ng ® æi, cã thÓ t×m ra ®îc quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p U1, tÇn sè f1 vµ m«men M. Trong c«ng thøc vÒ m«men cùc ®¹i (16-41), khi bá qua ®iÖn trë r 1 th× m«men cùc ®¹i cã thÓ viÕt thµnh: U12 M max = C (17- 5) f12 trong ®ã C lµ hÖ sè. Gi¶ thiÕt U1’ vµ M’ lµ ®iÖn ¸p vµ m«men l óc tÇn sè lµ f1’, c¨n cø vµo ®iÒu kiÖn n¨ng lùc qu¸ t¶i kh«ng ®æi ta cã: ' M max M max = M' M M ' M max U 1' 2 f12 ' Hay = = M max U 12 f1' 2 ' M U 1' f' M' Do ®ã ta ®îc: (17-6) =1 U1 f1 M Trong thùc tÕ øng dông, thêng yªu cÇu m«men kh«ng ® æi (nh trong m¸y c¾t gät kim lo¹i), nªn ta cã: U 1' f1 = 1 hay U 1 = const (17-7) U1 f1 f1 Khi yªu cÇu ®iÒu ch Ønh tèc ®é ®¶m b¶o c«ng suÊt c¬ Pc¬ kh«ng ®æi, nghÜa lµ M tû lÖ nghÞch víi tÇn sè f 1 (nh trong ®Çu m¸y ®iÖn) th× ta cã: M' f = 1' M f1 U 1' f1' Thay vµo (17-6) ta ®îc: (17-8) = U1 f1 NÕu yªu cÇu m«men tû lÖ víi b×nh ph¬ng cña tèc ®é nghÜa lµ m«men t û lÖ víi b×nh ph¬ng cña tÇn sè (nh qu¹t giã) th× ta cã: 2 U 1'  f1'  (17-9) =  U 1  f1   Tãm l¹i khi thay ®æi tÇn sè ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ta ph¶i ®ång thêi ®iÒu ch Ønh c¶ ®iÖn ¸p ®a vµo ®éng c¬. 17.3.3. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p 3 Khi thay ®æi ®iÖn ¸p líi, thÝ dô gi¶m ®iÖn ¸p xuèng cßn x lÇn ®iÖn ¸p ®Þnh møc, U1 = xU®m (x < 1) th× m«men sÏ gi¶m xuèng cßn M = x 2M®m. NÕu m«men t¶i kh«ng ®æi th× tèc ®é gi¶m xuèng, hÖ sè trît t¨ng tõ s a ®Õn sb råi sc nh ë h×nh 17-11. 68 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Theo c«ng thøc vÒ m«men M = C mI,2Φ, trong ®ã Cm lµ hÖ sè, th× khi ®iÖn ¸p líi U1 = xU®m, s.®.®. E vµ tõ th«ng Φ còng b»ng x lÇn trÞ sè ban ®Çu vµ I,2 t¨ng lªn 1/x lÇn (®Ó gi÷ M = const c©n b»ng víi m«men c¶n M c). m1 I 22 r2' 2 ' PCu 2 V× hÖ sè trît s = nªn hÖ sè = Mω1 Pdt 2 trît s sÏ b»ng 1/x lÇn hÖ sè trît cò vµ tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn ë ®iÖn ¸p Ul = xU®m sÏ lµ: s (17-1 0) n = n1 (1 − H×nh 17-11. §iÒu chØnh tèc ®é ) x2 b»ng thay ®æi ®iÖn ¸p cña stato Theo h×nh 17-11 ta thÊy hÖ sè trît tèi ®a cã thÓ ®iÒu ch Ønh ®îc lµ s = sm. Gi¶ sö M max = 2 , hÖ sè trît ®Þnh møc s ®m = 0,04 th× theo biÓu thøc Klox tÝnh ®îc s m = 0,15 M dm nghÜa lµ ph¹m vi ®iÒu ch Ønh tèi ®a lµ 15%. Khi m«men t¶i b»ng m«men ®Þnh møc th× ®iÖn ¸p thÊp nhÊt lµ U1 = 0,707U®m. NÕu m«men t¶i nhá h¬n t¶i ®Þnh møc th× ®iÖn ¸p cßn cã thÓ gi¶m n÷a. Cã thÓ dïng ph¬ng ph¸p ® æi nèi Y-∆ hoÆc dïng ®iÖn kh¸ng nèi tiÕp víi d©y quÊn stato ®Ó h¹ ®iÖn ¸p. 17.3.4. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch M/M®m 4 ghÐp thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch r«to 1 4 3 2 Ph¬ng ph¸p nµy ch Ø cã thÓ dïng ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn r«to d©y quÊn. Th«ng 2 qua vµnh trît ta nèi mét ®iÖn trë ba pha cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc vµo d©y quÊn r«to. d cb a 1 H×nh 17-12 chØ râ khi thªm ®iÖn trë ph ô Mc/M®m vµo th× c¸c ®êng ®Æc tÝnh M = f(s) nghiªng vÒ phÝa tr¸i. Víi mét m«men t¶i nhÊt ®Þnh, ®iÖn trë ph ô cµng lín th× hÖ sè 1,4 1,2 1, 0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 trît ë ®iÓm lµm viÖc cµng lín (tõ a ®Õn b H×nh 17-12. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®Õn c råi ®Õn d), nghÜa lµ tèc ®é gi¶m c¸ch ghÐp thªm ®iÖm trë phô vµo r«to xuèng. V× m«men tû lÖ víi c«ng suÊt ®iÖn tõ nªn ta cã: r2 r2 + rf = (17-11) s s' trong ®ã rf lµ ®iÖn trë phô. Do Pdt b¶n th©n kh«ng ®æi, I2 còng kh«ng ®æi nªn mét bé phËn c«ng suÊt c¬ tríc kia ®· biÕn thµnh t æn hao ®ång m 2I22rf. V× lóc ®ã c«ng suÊt ®a vµo kh«ng ® æi nªn hiÖu Nhuoc diem suÊt ®· gi¶m. §ã lµ nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p ®iÒu ch Ønh nµy. MÆt kh¸c, ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é ®îc nhiÒu hay Ýt cßn tuú thuéc theo t¶i lín hay nhá, t¶i cµng nhá ph¹m vi ®iÒu ch Ønh tèc ®é cµng Ýt, khi kh«ng t¶i kh«ng thÓ d ïng ph¬ng ph¸p nµy ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®îc. 69 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
17.3.5. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng nèi cÊp 5 Dïng ph¬ng ph¸p nµy cã thÓ ®em n¨ng lîng tiªu hao trªn ®iÖn trë ph ô cña ph¬ng ph¸p trªn truyÒn cho mét ®éng c¬ ®iÖn nèi cÊp ®Ó ® æi thµnh c¬ n¨ng. Nh vËy cã thÓ lîi dông triÖt ®Ó n¨ng lîng lÊy tõ líi ®iÖn. Nèi nèi cÊp cã nhiÒu kiÓu, ë ®©y ch Ø giíi thiÖu mét trong nh÷ng kiÓu nèi cÊp víi m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé. Khi nèi cÊp th× r«to cña hai ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé ®îc nèi víi nhau c¶ vÒ ®iÖn lÉn vÒ c¬ nh h×nh 17-1 3. ~ §éng c¬ ®iÖn A lµm viÖc b×nh thêng víi líi ®iÖn cßn d©y quÊn stato cña ®éng c¬ B nèi víi mét biÕn trë ba pha ®èi xøng. R Nh vËy, ®iÖn ¸p ®a vµo ®éng c¬ B chØ lµ ®iÖn ¸p tÇn sè thÊp cña r«to ®éng c¬ ®iÖn A th«ng qua vµnh trît chuyÓn sang r«to A B ®éng c¬ B. Gäi sè ®«i cùc cña ®éng c¬ A vµ B lµ pA vµ pB, tÇn sè líi lµ f1, tÇn sè dßng ®iÖn r«to cña m¸y A lµ f2, tèc ®é ®ång bé cña c¸c m¸y lµ n1A vµ n1B, tèc ®é H×nh 17-13. §éng c¬ ®iÖn r«to chung cña c¶ hai m¸y lµ nc th× ta cã: kh«ng ®ång bé nèi cÊp 60 f 1 n1 A = pA n1 A − n c vµ (17-12) f2 = pA 60 Tèc ®é ®ång bé cña m¸y B (tøc lµ tèc ®é cña tõ trêng quay so víi r«to) b»ng: 60 f 2 p n1 B = = ( n1 A − n c ) A pB pB vµ hÖ sè trît b»ng: n 1 B − nc (17-1 3) sB = n1 B Ta nhËn thÊy B lµm viÖc gièng nh mét ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé thêng mµ tÇn sè nguån ®a vµo trªn r«to lµ f 2, cßn m¸y A lµm viÖc nh mét ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé mµ trªn r«to nèi thªm mét m¹ch ®iÖn ® ¼ng trÞ cña ®éng c¬ B. Cuèi cïng, v× r«to hai m¸y ®îc nèi chÆt víi nhau vÒ c¬ khÝ nªn c ïng quay víi tèc ®é n c. HiÓu nh vËy th× rÊt d Ô thÊy, khi kh«ng t¶i hÖ sè trît cña m¸y B lµ sB = 0 nªn n1B = nc. Lóc ®ã n c lµ tèc ®é ®ång bé cña c¶ hÖ thèng nèi cÊp, gäi lµ n 1c vµ cã quan hÖ sau: pA n1c = nc ( s B = 0) = n1B ( s B = 0) = (n1 A − n1C ) pB pA 60 f 1 do ®ã ta cã: (17-14) n1c = n1 A = p A + pB pA + pB Nh vËy, n1c ®îc xem nh tèc ®é cña hÖ thèng nèi cÊp khi hÖ sè trît cña ®éng c¬ B b»ng kh«ng. 70 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
C«ng thøc (17-14) cho ta thÊy tèc ®é ®ång bé cña hÖ thèng lµ tèc ®é ®ång bé cña mét ®éng c¬ ®iÖn t¬ng øng cã sè ®«i cùc b»ng (p A + pB). C¸c ®éng c¬ A, B cã thÓ lµm viÖc riªng lÎ nªn ta ®îc ba tèc ®é t¬ng øng víi ba sè ®«i cùc pA, pB vµ pA + pB. Ph©n phèi c«ng suÊt cña hÖ thèng nèi cÊp còng gièng nh ë m¸y ®iÖn thêng. C«ng su©t ®iÖn tõ cña m¸y A lµ P®tA chia lµm hai phÇn, mét phÇn biÕn thµnh c«ng suÊt c¬ ë ®Çu trôc Pc¬A, mét phÇn thµnh c«ng suÊt ®iÖn truyÒn cho m¸y B lµ Ps. Bá qua tæn hao trªn m¸y th× c«ng suÊt ph©n phèi cña hai m¸y nh sau: nC PcoA p (17-15) = =A n1 A − n C P coB pB nC trong ®ã c«ng suÊt c¬ cña m¸y A lµ Pc¬A = P®tA ; n1 A Pc¬B = Ps = P®tA n1 A − nC . c«ng suÊt c¬ cña m¸y B lµ n1 A Tõ ®ã ta thÊy t¶i cña hai m¸y ®¹i thÓ ph©n phèi t û lÖ theo sè ®«i cùc cña ch óng. V× c«ng suÊt kÝch tõ d ïng tõ trêng quay cña c¶ hai m¸y nªn dßng ®iÖn kh«ng t¶i lín h¬n so víi mét ®éng c¬ ®iÖn thêng. T æng trë ng¾n m¹ch còng lín h¬n do ®ã dßng ®iÖn ng¾n m¹ch nhá ®i. §iÒu ®ã lµm cho cos ϕ vµ Mmax gi¶m xuèng. Ngoµi nh÷ng ph¬ng ph¸p ®iÒu ch Ønh tèc ®é kÓ trªn cã thÓ dïng ph¬ng ph¸p ®a s.®.®. phô vµo m¹ch ®iÖn r«to ®Ó ®iÒu ch Ønh tèc ®é ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. Tuy nhiªn ph¬ng ph¸p nµy kh«ng thùc hiÖn trªn nh÷ng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé lo¹i thêng mµ ®îc thùc hiÖn ë lo¹i ®éng c¬ ®iÖn ®Æc biÖt gäi lµ ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu cã vµnh gãp. Nguyªn lý lµm viÖc cña lo¹i m¸y nµy sÏ x Ðt ë ch¬ng sau. C©u hái 1. Nªu c¸c yªu cÇu më m¸y vµ tr×nh bµy tãm t¾t c¸c ph¬ng ph¸p më m¸y ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé, so s¸nh u nhîc ®iÓm cña tõng ph¬ng ph¸p. 2. T¹i sao khi thªm ®iÖn trë ph ô vµo m¹ch r«to th× cã thÓ c¶i thiÖn ®îc ®Æc tÝnh më m¸y cña ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé r«to d©y quÊn ? NÕu thªm ®iÖn kh¸ng vµo th× ®Æc tÝnh më m¸y cã bÞ ¶nh hëng kh«ng ? 3. Tãm t¾t c¸c ph¬ng ph¸p ®iÒu ch Ønh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé. So s¸nh u khuyÕt ®iÓm vµ ph¹m vi øng d ông cña tõng ph¬ng ph¸p. 4. Cã hai ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to lång sãc c ïng c«ng suÊt ®Êu liÒn trôc, cïng kÐo mét t¶i. Khi më m¸y ®Êu hai d©y quÊn stato cña hai m¸y nèi tiÕp víi nhau, më m¸y xong th× ®Êu song song nh b×nh thêng. C¸ch më m¸y nh vËy ¶nh hëng nh thÕ nµo ®Õn m«men vµ dßng ®iÖn më m¸y ? 5. Trong ®éng c¬ ®iÖn r«to d©y quÊn, nÕu nèi ®iÖn kh¸ng vµo m¹ch ®iÖn r«to th× cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc tèc ®é kh«ng? Lóc ®ã ®Æc tÝnh c¬ thay ®æi thÕ nµo? Mmm, Mmax, sm, s®m, hiÖu suÊt, cos ϕ thay ®æi thÕ nµo? Bµi tËp 1. Mét ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé ba pha 50 Hz; 6 cùc; P®m = 100 kW; tèc ®é quay n = 98 0 vg/ph. Gi¶ thiÕt tæn hao c¬ cña m¸y b»ng 1 %P®m vµ m«men t¶i lu«n gi÷ 71 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
kh«ng ®æi. Trong m¹ch r«to nèi thªm ®iÖn trë ph ô ®Ó tèc ®é gi¶m xuèng cßn 7 50 vg/ph. H·y tÝnh c«ng suÊt tiªu hao trªn ®iÖn trë ph ô vµ c«ng suÊt ®a ra cña ®éng c¬ khi gi¶m tèc ®é. §¸p sè: p ,cu2 = 23,7 kW; P,2 = 76,3 kW 2. Cho mét ®éng c¬ ®iÖn r«to d©y quÊn cã: p = 2; f = 50Hz ; r2 = 0,02 Ω ; n = 1485 vg/ph. NÕu m«men t¶i kh«ng ®æi, muèn cã tèc ®é n = 1 050 vg/ph th× ph¶i ghÐp thªm ®iÖn trë phô vµo r«to lµ bao nhiªu? NÕu thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vµo d©y quÊn stato ®Ó cã ®îc tèc ®é nãi trªn (kh«ng cã thªm ®iÖn trë ph ô vµo r«to) th× ph¶i ®Æt vµo stato mét ®iÖn ¸p lµ bao nhiªu? §¸p sè: r p = 0,58 Ω; U’ = 0,316 U®m. 72 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com