Ch­¬ng 18

Më m¸y vµ ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé

18-1. 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:

MM

M

J

j

C

d w dt

- (18-1)

2

=

trong ®ã: M, Mc, Mj lµ m«men ®iÖn tõ cña ®éng c¬ ®iÖn, m«men c¶n vµ m«men qu¸n tÝnh.

J

GD 4 g

- h»ng sè qu¸n tÝnh;

- tèc ®é gãc cña r«to.

1(n) vµ cña t¶i M c = f 2(n) th×

g = 9,81 m/s2 - gia tèc träng tr­êng; G vµ D lµ träng l­îng vµ ®­êng kÝnh phÇn quay; w Khi ®· biÕt ®­îc ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn M = f

0>

cã thÓ tõ c«ng thøc (18-1) 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

dw dt

qu¸ tr×nh më m¸y ph¶i gi÷ , nghÜa lµ M > M c. Víi mét qu¸n tÝnh nh­ nhau,

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.

I mm

2

U 1 +

(

2, )

(

)

+ rCr 21 1

+ , xCx 1 21

(18-2)

Thùc tÕ do m¹ch tõ t¶n b·o hoµ rÊt nhanh, ®iÖn kh¸ng gi¶m xuèng nªn dßng ®iÖn

ë trÞ sè ®iÖn ¸p

më m¸y cßn lín h¬n nhiÒu so víi trÞ sè tÝnh theo c«ng thøc (18-2). ®Þnh møc dßng ®iÖn më m¸y th­êng b»ng tõ 4 ®Õn 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.

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

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.

77

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 xÐt ®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 dïng ®¬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 thuÉn 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 cô thÓ mµ chän ph­¬ng ¸n më m¸y thÝch hîp.

18-2. C¸c ph­¬ng ph¸p më m¸y

18.2.1. Më m¸y trùc tiÕp ®éng c¬ ®iÖn r«to lång sãc

§C

§©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 18-1). 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 nµy v× më m¸y nhanh vµ ®¬n gi¶n.

18.2.2. H¹ ®iÖn ¸p ®Ó më m¸y

H×nh 18-1. Më m¸y trùc tiÕp ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé

Khi h¹ ®iÖn ¸p ®Ó më m¸y sÏ gi¶m ®­îc dßng

®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 18-2)

mm nhá h¬n ®iÖn ¸p l­íi U1. Ta cã U,

mm = kU1 víi k < 1.

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 18-2). §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,

Gäi dßng ®iÖn më m¸y vµ m«men më m¸y khi më m¸y trùc tiÕp lµ I,

mm = k2Mmm .

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

Imm vµ M mm. mm = kImm. NÕu cho r»ng Sau khi thªm ®iÖn kh¸ng vµo dßng ®iÖn më m¸y cßn l¹i lµ khi h¹ ®iÖn ¸p më m¸y tham sè cña m¸y ®iÖn vÉn 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,

78

¦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.

Ul

D1

2- Dïng biÕn ¸p tù ngÉu h¹ ®iÖn ¸p më m¸y

D2

mm =

K

TMmm.

¢I mm mm U,

§C

S¬ ®å l óc më m¸y nh­ h×nh 18- 3, trong ®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 D 2 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 ¸p tù ngÉu lµ kT (kT < 1) th× U, mm = kTU1. Do ®ã dßng ®iÖn më m¸y vµ m«men më m¸y cña ®éng c¬ ®iÖn sÏ lµ I, mm = kTImm vµ M, k2

TImm.

H×nh 18-2. H¹ ®iÖn ¸p më m¸y b»ng cuén kh¸ng.

TImm). Ng­îc l¹i, khi lÊy tõ l­íi vµo mét dßng ®iÖn më

Gäi dßng ®iÖn lÊy tõ l­íi vµo lµ I1 (dßng Éu) th× dßng ®iÖn s¬ cÊp cña biÕn ¸p tù ng mm = k2 ®iÖn ®ã b»ng: I1 = kTI,

Ul

D1

D1

Lµm viÖc D

D2

§C

T

D2

I,

mm

U,

mm

Më m¸y U

D3

§C

H×nh 18-4: Më m¸y Y- D

H×nh 18-3: H¹ ®iÖn ¸p më m¸y b»ng biÕn ¸p tù ngÉu.

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

So víi ph­¬ng ph¸p trªn ta thÊy, nÕu chän kT = k th× m«men më m¸y vÉn b»ng mm = k2Mmm nh­ng dßng ®iÖn më m¸y lÊy M, tõ l­íi vµo nhá h¬n nhiÒu (Il = k2 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 ng Éu ®Ó h¹ thÊp ®iÖn ¸p më m¸y.

79

3. Më m¸y b»ng ph­¬ng ph¸p Y- D

U Ph­¬ng ph¸p më m¸y thÝch øng víi c¸c ®éng c¬ ®iÖn khi lµm viÖc b×nh - D

3/lU

. Sau khi ®éng c¬ ®· ch¹y råi, ® æi thµnh ®Êu D

th­êng ®Êu tam gi¸c. Khi më m¸y ta ®æi thµnh Y, nh­ vËy ®iÖn ¸p ®­a vµo hai ®Çu mçi . S¬ ®å c¸ch ®Êu d©y pha chØ cßn nh­ ë h×nh 18- 4. Khi më m¸y th× ®ãng cÇu dao D 1 cßn cÇu dao D 2 ®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 D .

=

U

Theo ph­¬ng ph¸p nµy, khi d©y quÊn ®Çu Y th× ®iÖn ¸p pha trªn d©y quÊn lµ:

1

' U mmf

1 3

1

=

=

, trong ®ã U1 lµ ®iÖn ¸p d©y cña l­íi ®iÖn.

I

I

M

M

' mmf

mmf

' mmf

mm

1 3

3

vµ . Ta cã:

mmf = I,

mm cßn khi më

Do khi ®Êu Y ®Ó më m¸y dßng ®iÖn pha b»ng dßng ®iÖn d©y I,

m¸y trùc tiÕp ®Êu D

=

=

I

I

I

I

' mm

mmf

mm

' mmf

1 3

1 3

th× Ummf = Ul vµ Imm = 3 Immf cho nªn khi më m¸y ®Êu sao th× = dßng ®iÖn b»ng , nghÜa lµ dßng ®iÖn më m¸y vµ m«men më

m¸y ®Òu gi¶m ®i ba lÇn so víi më m¸y trùc tiÕp. Trªn thùc tÕ tr­êng hîp nµy t­¬ng tù

Tk

1= 3

. nh­ dïng mét biÕn ¸p tù ngÉu cã tû sè biÕn ®æi ®iÖn ¸p

Trong c¸c ph­¬ng ph¸p h¹ ®iÖn ¸p më m¸y nãi trªn, ph­¬ng ph¸p më m¸y Y - D 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.

18.2.3 Më m¸y b»ng c¸ch ghÐp thªm ®iÖn trë phô vµo r«to

Ph­¬ng ph¸p nµy ch Ø ¸p d ông víi

1

3

2

M M dm

4

a

1,0

Mmm=Mmax

s 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

H×nh 18-5. ĐÆc tÝnh m«men khi thªm ®iÖn trë phô vµo ®Ó më m¸y.

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

nh÷ng ®éng c¬ r«to d©y quÊn v× ®Æc ®iÓm cña lo¹i ®éng c¬ ®iÖn nµy lµ cã thÓ ghÐp thªm ®iÖn trë ph ô vµo m¹ch 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 ch Ønh ®iÖn trë m¹ch ®iÖn r«to thÝch hîp sÏ ®­îc tr¹ng th¸i më m¸y l ý t­ëng (®­êng 4 ë h×nh 18- 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 trë phô thªm vµo r«to lµm cho qu¸ tr×nh t¨ng tèc cña ®éng c¬ ®iÖn thay ® æi tõ ®­êng M = f(s) nµy sang ®­êng M = f(s) kh¸c. Nh­ ë h×nh 18-5 ®æi tõ ®­êng 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.

80

Dïng ®éng c¬ ®iÖn r«to d©y quÊn cã thÓ ®¹t ®­îc m«men më m¸y lín, ®ång thêi ïng lo¹i ®éng c¬ dßng ®iÖn më m¸y nhá nªn nh÷ng n¬i nµo më m¸y khã kh¨n th× d ®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 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.

18-3. ®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 Ønh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn

kh«ng ®ång bé, nh­ng nh×n chung c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu ch 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 ch Ønh tèc ®é, n¨ng l­îng tiªu th ô, ®é b»ng ph ¼ng khi ®iÒu chØnh, thiÕt bÞ s ö 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 vÉn cßn dïng nhiÒu ®éng c¬ mét chiÒu hay ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu cã vµnh gãp.

MÆc dï viÖc ®iÒu ch Ønh 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 chØnh 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.

18.3.1. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi sè ®«i cùc

f

=

Nãi chung ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh th­êng cã hÖ

n 1

60 p

. Tõ ®ã sè tr­ît nhá, do ®ã tèc ®é cña ®éng c¬ ®iÖn gÇn b»ng tèc ®é ®ång bé

ta thÊy khi tÇn sè kh«ng ®æi th× tèc ®é ®ång bé cña ®éng c¬ ®iÖn tû 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 tû 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, dïng trong ®éng c¬ ®iÖn ba bèn tèc ®é.

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

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

81

t t t t

a)

A2

A1

X1

X2

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 nµy ®Ó ®iÒu ch Ønh tèc ®é b»ng c¸ch thay ® æi sè ®«i cùc. Ng­îc l¹i, r«to lång sãc cã thÓ thÝch øng víi 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 ®iÒu chØnh tèc ®é.

b)

t /2 t t /2

S¬ ®å thay ®æi sè ®«i cùc nh­ ë h×nh 18 - 6. Khi thay ®æi tõ nèi thuËn (h×nh 18- 6a) sang nèi ng­îc (h×nh 18-6b) ta ®­îc b­íc cùc kh¸c nhau, nghÜa lµ 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 18- 6a) hay song song (h×nh 18-6c) theo yªu cÇu cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ®Ó thay ®æi sè ®«i cùc.

A1 X1 A 2 X2

t /2 t t /2

c)

§èi víi ®éng c¬ ®iÖn ba pha, tuú theo c¸ch ®Êu Y hay D vµ c¸ch ®Êu d©y quÊn pha song song hay nèi tiÕp mµ ng­êi ta chÕ t¹o ®éng c¬ ®iÖn hai tèc ®é thµnh lo¹i m«men kh«ng ® æi vµ lo¹i c«ng suÊt kh«ng ®æi.

A1 X1 A 2 X2

=

j

P YY

23 IU 1

h cos YY

YY

' f

H×nh 18-6. S¬ ®å nguyªn lý thay ®æi sè ®«i cùc

=

j

P Y

3 IU 1

' h cos Yf

Y

ë h×nh 18 - 7, gäi c«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn khi ®Êu YY víi sè ®«i cùc Ýt (p 1) lµ PYY, c«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn khi ®Êu Y víi sè ®«i cùc gÊp ®«i (p 2) lµ PY, ta cã:

2=

Gi¶ thiÕt khi thay ®æi tèc ®é, hiÖu suÊt h vµ cosj kh«ng ®æi th× ta cã:

P YY P Y

(18- 3)

, trong ®ã w

YY

YY

=

=

=

2

M M

M 2 M

w YY w

P YY P Y

Y

Y

Y

V× khi ®æi nèi tõ ®Êu Y sang ®Êu YY sè ®«i cùc gi¶m ®i mét nöa nªn tèc ®é t¨ng 2 lÇn (p 2 = 2p 1 nªn n 1 = 2n 2) vµ do quan hÖ P = M w 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:

U 3

3

h cos

j

D = P

Tõ ®ã ta ®­îc MY = MYY, nghÜa lµ m¸y ®­îc chÕ t¹o theo lo¹i m«men kh«ng ®æi. ë h×nh 18 - 8, gäi c«ng suÊt cña ®éng c¬ khi ®Êu D lµ PD , ta cã:

1

' fI

D D

=

h cos

j

P YY

23 IU 1

YY

YY

' f

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

C«ng suÊt khi ®Êu YY lµ:

82

A B C A B C

A B C A B C

Id Id Id

Id

¢I f

I, f

I,

f

f

I,

f

I,

f

¢I f

I,

f

I,

∆(p2 = 2p1) YY (p1)

Y (p2=2p1 ) YY (p1)

H×nh 18-7. S¬ ®å ®Êu d©y quÊn khi ®æi tèc ®é theo tû lÖ 2:1 víi m«men kh«ng ®æi

H×nh 18-8. S¬ ®å ®Êu d©y quÊn khi ®æi tèc ®é theo tû lÖ 2:1 víi c«ng suÊt kh«ng ®æi

=

=

Gi¶ thiÕt khi thay ®æi tèc ®é, hiÖu suÊt h vµ cosj kh«ng ®æi, ta cã:

15,1

1

PYY DP

2 3

» (18-4)

M

M

§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 D /YY ®­îc biÓu diÔn ë h×nh 18-9 vµ h×nh 18-10.

Y Y Y D

0 n1 2n1 n

0 n1 2n1 n

H×nh 18-9. §Æc tÝnh c¬ M = f(s) cña ®éng c¬ ®iÖn hai tèc ®é cã s¬ ®å ®Êu d©y nh­ h×nh 18-7

H×nh 18-10. §Æc tÝnh c¬ M = f(n) cña ®éng c¬ ®iÖn hai tèc ®é cã s¬ ®å ®Êu d©y nh­ ë h×nh 18-8

Y Y

18.3.2. §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:

n

1(

s

)

1(

s

)

n 1

f 60 1 p

- -

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

Khi hÖ sè tr­ît thay ®æi Ýt th× n tû lÖ víi f1. Ph­¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè ®Ó ®iÒu ch Ønh 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 chØnh réng, nh­ng cÇn ph¶i sö dông nguån ®iÖn ®Æc biÖt cã tÇn sè thay ® æi ®­îc, do ®ã ch Ø khi nµo cã

83

nhiÒu ®éng c¬ ®iÖn c ïng 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 dïng 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.

M =

C

Trong c«ng thøc vÒ m«men cùc ®¹i (1 6-41), khi bá qua ®iÖn trë r 1 th× m«men cùc ®¹i cã thÓ viÕt thµnh:

max

2 U 1 2 f 1

(18- 5)

trong ®ã C lµ hÖ sè.

M

=

M M

' max '

max M

2

'

' max

=

=

Gi¶ thiÕt U1’ vµ M ’ lµ ®iÖn ¸p vµ m«men l óc tÇn sè lµ f 1’, c¨n cø vµo ®iÒu kiÖn n¨ng lùc qu¸ t¶i kh«ng ®æi ta cã:

1 2'

M M

M M

max

2' fU 1 2 fU 1

1

'

'

' 1 =

Hay

U U

f 1 f

M M

1

1

Do ®ã ta ®­îc: (18- 6)

' 1

1

Trong thùc tÕ øng dông, th­êng yªu cÇu m«men kh«ng ® æi (nh­ trong m¸y c¾t gät kim lo¹i), nªn ta cã:

const

U = U

U = f

1

1 f 1 f 1

1

(18-7) hay

'

M = ' M

f 1 f

1

' 1

Khi yªu cÇu ®iÒu ch Ønh tèc ®é ®¶m b¶o c«ng suÊt c¬ Pc¬ kh«ng ®æi, nghÜa lµ M t û lÖ nghÞch víi tÇn sè f1 (nh­ trong ®Çu m¸y ®iÖn) th× ta cã:

U = U

' f 1 f

1

1

Thay vµo (18-6) ta ®­îc: (18-8)

2

'

NÕu yªu cÇu m«men t û 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:

' 1

=

U U

f 1 f

1

1

(cid:230) (cid:246) (cid:231) (cid:247) (18-9) (cid:231) (cid:247) Ł ł

Tãm l¹i khi thay ® æi tÇn sè ®Ó ®iÒu ch Ønh tèc ®é ta ph¶i ®ång thêi ®iÒu ch Ønh c¶ ®iÖn ¸p ®­a vµo ®éng c¬.

18.3.3. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

Khi thay ®æi ®iÖn ¸p l­íi, thÝ d ô 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 sa ®Õn sb råi sc nh­ ë h×nh 18-11.

84

2

F ,

P

2

' r 2

=

Theo c«ng thøc vÒ m«men M = C mI, trong ®ã C m lµ hÖ sè, th× khi ®iÖn ¸p l­íi U1 = xU®m, s.®.®. E vµ tõ th«ng F 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 Mc).

s

2' Im 1 2 wM

1

Cu = P dt tr­ît s sÏ b»ng 1/x 2 lÇn hÖ sè tr­ît cò vµ tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn ë ®iÖn ¸p Ul = xU®m sÏ lµ:

=

nªn hÖ sè V× hÖ sè tr­ît

1(

)

n

n 1

s 2 x

H×nh 18-11. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn ¸p cña stato

max =

2

- (18-10)

, hÖ sè tr­ît ®Þnh møc s ®m = 0,04 th× theo biÓu thøc Klox tÝnh ®­îc s m = 0,15

Theo h×nh 18-11 ta thÊy hÖ sè tr­ît tèi ®a cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc lµ s = sm. Gi¶ sö M dmM nghÜa lµ ph¹m vi ®iÒu chØnh 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.

M/M®m

Cã thÓ dïng ph­¬ng ph¸p ®æi nèi Y-D hoÆc dïng ®iÖn kh¸ng nèi tiÕp víi d©y quÊn stato ®Ó h¹ ®iÖn ¸p.

1

4

3

2

18.3.4. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch ghÐp thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch r«to

2

d b c

a

1 Mc/M®m

1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

H×nh 18-12. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch ghÐp thªm ®iÖm trë phô vµo r«to

Ph­¬ng ph¸p nµy ch Ø cã thÓ d ïng ®èi

+

r

r 2

f

=

víi ®éng c¬ ®iÖn r«to d©y quÊn. Th«ng qua vµnh tr­ît ta nèi mét ®iÖn trë ba pha cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vµo d©y quÊn r«to. H×nh 18-12 ch Ø râ khi thªm ®iÖn trë ph ô 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 tr­ît ë ®iÓm lµm viÖc cµng lín (tõ a ®Õn b ®Õn c råi ®Õn d), nghÜa lµ tèc ®é gi¶m xuèng. V× m«men tû lÖ víi c«ng suÊt ®iÖn tõ nªn ta cã:

r 2 s

s

'

(18-11)

trong ®ã rf lµ ®iÖn trë phô.

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

Do Pdt b¶n th©n kh«ng ® æi, I2 còng kh«ng ®æi nªn mét bé phËn c«ng suÊt c¬ tr­íc 2rf. V× lóc ®ã c«ng suÊt ®­a vµo kh«ng ®æi nªn hiÖu kia ®· biÕn thµnh tæn hao ®ång m2I2 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.

85

18.3.5. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng nèi cÊp

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.

®iÖn lÉn vÒ c¬ nh­ h×nh 18-13. Khi nèi cÊp th× r«to cña hai ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé ®­îc nèi víi nhau c¶ vÒ

~

R

A

B

H×nh 18-13. §éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé nèi cÊp

f

1

n 1

A

A

§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. 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 ®éng c¬ B. Gäi sè ®«i cùc cña ®éng c¬ A vµ B lµ p A vµ p B, tÇn sè l­íi lµ f 1, tÇn sè dßng ®iÖn r«to cña m¸y A lµ f 2, tèc ®é ®ång bé cña c¸c m¸y lµ n 1A vµ n 1B, tèc ®é r«to chung cña c¶ hai m¸y lµ nc th× ta cã: 60= p

n

n 1

c

=

f

p

2

A

A 60

- vµ (18-12)

f

2

A

=

=

Tèc ®é ®ång bé cña m¸y B (tøc lµ tèc ®é cña tõ tr­êng quay so víi r«to) b»ng:

n

(

n

n

)

1

B

1

A

c

60 p

p p

B

B

-

vµ hÖ sè tr­ît b»ng:

n

n

c

=

s

B

B

B 1 n 1

- (18-1 3)

A

=

=

=

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 dÔ thÊy, khi kh«ng t¶i hÖ sè tr­ît cña m¸y B lµ sB = 0 nªn n1B = nc. Lóc ®ã nc lµ tèc ®é ®ång bé cña c¶ hÖ thèng nèi cÊp, gäi lµ n1c vµ cã quan hÖ sau:

(

)

=

=

n 1 c

n ( sc

)0

n (1 sB

)0

n 1

A

n 1 C

B

B

p p

B

f

=

=

-

n 1

n 1

c

A

p A +

60 +

p

p

1 p

p

A

B

A

B

(18-14) do ®ã ta cã:

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

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.

86

C«ng thøc (18-14) 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 (pA + pB).

C¸c ®éng c¬ A, B cã thÓ lµm viÖc riªng l Î nªn ta ®­îc ba tèc ®é t­¬ng øng víi ba sè ®«i cùc pA, pB vµ pA + pB.

n

C

A

coA

=

=

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 tr ôc 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:

n

n

p p

P P

1

A

C

B

coB

(18-1 5) -

n C n 1

A

; trong ®ã c«ng suÊt c¬ cña m¸y A lµ Pc¬A = P®tA

n

C

n 1

A n 1

A

- . c«ng suÊt c¬ cña m¸y B lµ Pc¬B = Ps = P®tA

Tõ ®ã ta thÊy t¶i cña hai m¸y ®¹i thÓ ph©n phèi tû lÖ theo sè ®«i cùc cña chóng.

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. Tæng trë ng¾n m¹ch còng lín h¬n do ®ã dßng ®iÖn ng¾n m¹ch nhá ®i. §iÒu ®ã lµm cho cosj vµ Mmax gi¶m xuèng.

Ngoµi nh÷ng ph­¬ng ph¸p ®iÒu ch Ønh tèc ®é kÓ trªn cã thÓ d ïng 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 xÐt 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 dông 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 tr ôc, 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?

thay ®æi thÕ nµo?

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, cosj Bµi tËp

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

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 t æn hao c¬ cña m¸y b»ng 1 %P®m vµ m«men t¶i lu«n gi÷

87

ô ®Ó tèc ®é gi¶m xuèng cßn 7 50

2 = 76,3 kW

kh«ng ®æi. Trong m¹ch r«to nèi thªm ®iÖn trë ph 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. Cho mét ®éng c¬ ®iÖn r«to d©y quÊn cã: p = 2; f = 50Hz ; r2 = 0,02 W

; 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?

Nguyên Văn Đô - ĐHĐL

§¸p sè: rp = 0,58 W ; U’ = 0,316 U®m.

88