zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Đồ án kỹ thuật điện

Chia sẻ: Pham Ba Thien | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:51

Báo xấu

256
lượt xem 74
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nền công nghiệp ngày nay, tất cả các nước trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng đều sử dụng động cơ điện. Trong công nghiệp thì động cơ không đồng bộ được dùng nhiều hơn và chúng đang thay thế ngày một nhiều cho các động cơ một chiều.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án kỹ thuật điện

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Trong nền công nghiệp ngày nay, tất cả các nước trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng đều sử dụng động cơ điện. Trong công nghiệp thì động cơ không đồng bộ được dùng nhiều hơn và chúng đang thay thế ngày một nhiều cho các động cơ một chiều. Sở dĩ như vậy là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giãn, dễ chế tạo vận hành an toàn, sử dụng trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha. Đến nay phần lớn các cần trục được trang bị động cơ không đồng bộ, nhiều cơ cấu của máy cắt kim loại, truyền động phụ của máy cán và nhiều cơ cấu khác trong các lĩnh vực công nghiệp cũng đang sử dụng động cơ không đồng bộ. Tuy nhiên khi điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ của động cơ rất khó khăn, riêng đối với động cơ rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn so với động cơ điện một chiều. Nhưng động cơ điện một chiều thì lại sử dụng phức tạp đòi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện riêng, khi hoạt động sẽ gây ra tia lửa điện.… Chính vì những điểm yếu đó của động cơ điện một chiều và ưu điểm của động cơ không đồng bộ mà hiện nay xu hướng nghiên cứu dùng động cơ không đồng bộ để thay thế động cơ điện một chiều ngày càng được quan tâm hơn. Bên cạnh những ưu điểm của động cơ không đồng bộ ba pha nó còn có những nhược điểm như là: Momen tới hạn, Momen khởi động s ẽ giảm xuống rất nhiều khi điện áp lưới tụt xuống, dễ phát sinh tình trạng nóng quá mức đối với Stato nhất là khi điện áp lưới tăng và đối với Roto khi đi ện áp lưới giảm, khe hở không khí nhỏ cũng phần nào làm giảm bớt độ tin c ậy c ủa chúng. Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trong đó có sự phát triển của ngành công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và công nghệ điện tử đã làm cho các hệ truyền động của động cơ không đồng bộ có thể khai thác hết các ưu điểm để cạnh tranh với động cơ điện một chiều nhất là ở vùng công suất truyền lớn và tốc độ làm việc cao. Mặc dù em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh th ần h ọc h ỏi và quyết tâm cao, tuy nhiên đây là lần đầu tiên em làm đồ án và nh ận th ức v ề thực tế của em còn nhiều hạn chế nên em không tránh khỏi nh ững sai sót. Vì thế, em mong nhận được sự phê bình, nhận xét, góp ý của các thầy để giúp em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ án cũng như những ứng dụng thực tế của nó để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ của các th ầy và đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của thầy Nguyễn Hào Nhán đã giúp em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn thầy và hi vọng th ầy s ẽ giúp đỡ trong việc học tập của em sau này. GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 1/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I.Khái niệm chung. 1. Khái niệm chung. Máy điện không đồng bộ (KĐB) là loại máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rotor n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường n1. Máy điện không đồng bộ có hai dây quấn: dây quấn stato (dây quấn s ơ cấp) nối với lưới điện có tần số f, dây quấn rotor (thứ cấp) được nối tắt l ại hoặc khép kín trên điện trở. Dòng điện trên dây quấn rotor được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số f2 phụ thuộc vào tốc độ rotor nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trên trục của máy. Cũng như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ cơ điện, cũng như ch ế độ máy phát điện. Máy điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không t ốt l ắm so v ới máy phát điện đồng bộ nên ít được sử dụng. Động cơ không đồng bộ so với các loại động cơ khác có cấu t ạo và vận hành không phức tạp, giá rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt. Động cơ không đồng bộ có các lo ại: đ ộng c ơ ba pha, động cơ hai pha, động cơ một pha. Động cơ điện không đồng bộ có công suất lớn trên 600W th ường là loại ba pha có ba dây quấn làm việc, trục các dây quấn l ệch nhau trong không gian một góc 1200 điện. Các động cơ có công suất nhỏ hơn 600W thường là loại hai pha hoặc một pha. Động cơ hai pha có hai dây quấn làm việc, trục của hai dây quấn đặt lệch nhau trong không gian một góc 90 0 điện. Động cơ điện một pha chỉ có một dây quấn làm việc. Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ: Công suất cơ có ích trên trục Pđm Điện áp dây stato Ulđm Dòng điện dây stato Ilđm Tần số dòng điện stato f Tốc độ quay rotor nđm cos ϕ đm Hệ số công suất η đm Hiệu suất GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 2/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN Gọi là động cơ không đồng bộ vì tốc độ quay của rotor khác với t ốc đ ộ của từ trường quay trong máy. Đôi khi còn gọi là động cơ cảm ứng (vì sức điện động và dòng điện có được trong rotor là do cảm ứng). 2. Phạm vi áp dụng: Động cơ điện không đồng bộ 3 pha được sử dụng trong nông nghiệp và công nghiệp như: máy bơm nước ở các trạm bơm, trong nhà máy xi măng thì được dùng cho các máy nghiền, máy khuấy, băng lăn vận tải…Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha. II. Phân loại, cấu tạo: 1.Phân loại: Theo kết cấu của động cơ không đồng bộ có thể chia ra làm các kiểu chính: Kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ… Theo kết cấu rotor, máy điện không đồng bộ chia làm 2 loại: Lo ại rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc. Theo số pha trên dây quấn stator có thể chia làm các loại: Một pha, hai pha, ba pha. 2. Cấu tạo: Giống như các loại máy điện quay khác ,động cơ không đồng bộ ba pha gồm có các bộ phận chính sau :Phần tỉnh hay còn gọi là stator, phần quay hay còn gọi là rotor, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy được vẽ trên hình 1.1 Hình 1.1 2.1. Phần tĩnh (stator) Trên stator có võ, lõi thép và dây quấn. 2.1.1. Vỏ máy: Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn. Thường võ máy làm bằng gang hoặc nhôm. Hai đầu vỏ máy có nắp máy, ổ trục đở. Đối với vỏ máy có công suất tương đối lớn (100 kw) thường dùng thép tấm hàn lại làm vỏ máy, tùy theo cách làm nguội, máy và dạng vỏ máy cũng khác nhau. Vỏ máy và nắp máy còn dùng bảo vệ máy, như hình 1.2 GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 3/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 1.2 2.1.2. Lõi thép: Lõi thép là phần dấn từ. Do từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên giảm bớt tổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép (hình 1.3a) kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại. Khi đường kính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm thép tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm thép hình rẻ quạt (hình 1.3b) ghép lại thành khối tròn. Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi thép ngắn thì có th ể ghép thành một khối nếu lõi thép có thể ghép thành một khối nếu lõi thép quá dài thì ghép thành những tấm ngắn mỗi tấm thép dài từ 6 đến 8 cm đ ặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt. Mặt trong của lá thép sẽ có rảnh để đặt dây quấn. c) a) b) Hình 1.3. Lõi thép stato: a) Lõi thép hình vành khăn; b) Lõi thép hình rẻ quạt; c) Mạch từ stato 2.1.3. Dây quấn: Dây quấn stator được đặt vài các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõi thép (hình 1.4). Dây quấn phần ứng là phần dây bằng đồng (hình 1.4a) được ép trong các rãnh phần ứng và làm thành một hoặc nhiều vòng kín. Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng. Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá cao trong toàn bộ giá thành của máy. GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 4/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN a b ) ) Hình 1.4. Dây quấn của stato động cơ không đồng bộ 3 pha Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm: Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng đi ện nhất định chạy qua mà không bị nóng quá, một nhiệt độ nhất định để sinh ra một moment cần thiết đồng thời đảm bảo đối chiều tốt. Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản làm việc chắc ch ắn an toàn. Dây quấn phần ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau: Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp. Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp. Trong một số máy cỡ lớn còn dùng dây quấn h ỗn h ợp đó là s ự k ết h ợp giữa hai dây quấn xếp chồng và song. 2.2. Phần quay (hay rotor). Phần là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy (hình 2.1a). Vòng Dây quấn trượt rôto Chổi than R b) a) Hình 2.1. Rôto (a) và (b) sơ đồ mạch điện của rôto dây quấn 2.2.1. Lõi thép. Lõi thép rotor được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện (hình 2.2) được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 5/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN có lỗ để lắp trục. Phía ngoài của lá thép được xẻ rãnh để đặt dây quấn. Lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy. b) a) Hình 2.2. Lá thép rôto của động cơ không đồng bộ 2.2.2. Dây Quấn: Phân loại làm hai loại chính: Rotor kiểu dây quấn (rotor ngắn mạch) và totor kiểu lồng sóc. Loại rotor lồng sóc công suất trên 100kW, trong các rảnh của lõi thép rotor đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch bằng hai vòng đồng tạo thành lồng sóc (hình 2.3a). Ở động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rotor, thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát (hình 2.3b). Động cơ điện có rotor lồng sóc gọi là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc được ký hiệu bằng hình 2.5c GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 6/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN © Hình 2.3 Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ. a) Dây quấn rotor lồng sóc b) Lõi thép rotor c)ký hiệu động cơ trên sơ đồ Loại rotor kiểu dây quấn: Rotor kiểu dây quấn (hình 2.4) cũng giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ dây quấn stator. Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bóp được những đầu dây nối, kết cấu dây quấn trên rotor chặc chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rotor thường đáu hình sao, có ba đầu kia được nối vào ba rãnh trượt thường làm bằng dồng đặt cố định ở một đầu trục và được cách điện với trục. Nhờ ba chổi than tỳ sát vào ba rãnh trược, dây quấn rotor được nối với 3 vòng tiếp xúc, chổi than dây quấn rotor được nối với ba biến trở bên ngoài, để mở máy Hình 2.4 rotor kiểu dây quấn GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 7/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN hay điều chỉnh tốc độ. Loại động cơ này gọi là động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. Nhận xét: Đặc điểm của loại động cơ điện rotor kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay sức điện động phụ vào mạch điện rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Nhược điểm: Động cơ điện rotor dây quấn chế tạo phức tạp hơn rotor lồng sóc nên giá thành đắt hơn mà bảo quản cũng khó khăn hơn (dễ bị chập pha, mất và rò điện từ các dây dẫn ra vỏ máy rất nguy hiểm); hiệu suất của máy cũng thấp hơn so với rotor lồng sóc; khi sử dụng vành trược đ ể phát sinh tia lửa điện gây cháy nổ, làm nhiễu quá trình điều khiển. Loại rotor kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn này khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của lõi thép rotor đặt vào một thanh d ẫn b ằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi thép và được nối tắt lại ở hai đầu b ằng hai vành mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta gọi là lồng sóc (hình 2.3). Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt, để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rotor có th ể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép. Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rotor thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục. Nhận xét: Rotor lồng sóc chế tạo đơn giản với số lượng lớn trong dây truyền công nghiệp, giá thành rẻ hơn, bền hơn dễ bảo quản so với rotor dây quấn, nhưng lại khó mở máy hơn rotor dây quấn đặc bi ệt nh ững đ ộng c ơ công suất lớn. Trong những hệ thống có yêu cầu không cao về đi ều ch ỉnh t ốc độ (có thể điều chỉnh theo cấp), điều kiện mở máy không quá khó khăn ta nên sử dụng động cơ rotor lồng sóc. 2.2.3 Khe hở: Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều, khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ ( từ 0,2mm đến 1mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa ) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào, và như vậy có thể làm cho hệ số công suất của máy tăng cao . III. Nguyên lý động của động cơ không đồng bộ 3 pha. Nguyên lý hoạt động của máy điện không đồng bộ nói chung và động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc nói riêng là làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe h ở không khí suất hiện từ trường quay với tốc độ n 1=60f1/p (với p là số đôi cực, f1 là tần số lưới. Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I 2 chạy qua. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe h ở, cảm ứng GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 8/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN sức điện động. Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe h ở sinh ra môment. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rotor, kéo rotor quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n. Hình 2.5 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ Để minh họa vẽ từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rotor, chiều lực điện từ Fđt. Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay ph ải ta căn cứ vào chuyển động tương đối của thanh dẫn rotor với từ trường. Nếu coi từ trường đứng yên thì chiều chuyển động tương đối của thanh ngược với chiều chuyển động của n1. Từ đó áp dụng quy tắc bàn tay phải xác định được chiều chuyển động của sức điện động như hình 3.1. Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái với chiều quay n1. Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n 1, vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sức chuyển động tương đối, trong dây qu ấn không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng 0. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc đ ộ trượt n2. n2=n1-n Hệ số trượt của tốc độ là: n2 n1 − n s= = n1 n1 Khi rotor đứng yên (n=0), hệ số trượt s=1. Khi rotor quay định mức s=0.02-- 0.06 tốc độ động cơ: 60. f n = n1 (1 − s ) = (1 − s ) vòng/phúc. p GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 9/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I. Những chỉ tiêu của hệ điều chỉnh tốc độ đối với động cơ điên. Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng phương pháp thuần túy điện tác động lên bản thân hệ truyền động điện (nguồn và động cơ điện) để thay đổi tốc độ quay của động cơ điện. Để đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật cơ bản các chỉ tiêu này cũng được tính đến khi thiết kế hoặc chỉ định các hệ thống truyền động điện. Đó là các chỉ tiêu: 1. Sai số tốc độ. 2. Độ trơn của điều chỉnh tốc độ. 3. Đai điều chỉnh tốc độ. 4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải. 5. Chỉ tiêu kinh tế. 6. Các chỉ tiêu khác. 7. Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh. II. Vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha. Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm nổi bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư ít, giá thành hạ, trọng lượng, kích thước nhỏ hơn khi cùng công suất định mức so với động cơ một chiều. GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 10/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha… Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn hơn, các động cơ không đồng bộ lồng sóc có các ch ỉ tiêu kh ởi đ ộng xấu (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ). Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp ch ế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tin học, động cơ không đồng bộ mới được khai thác các ưu điểm của chúng. Nó trở thành h ệ truy ền động c ạnh tranh có hi ệu quả so với hệ tiristor-động cơ điện một chiều. Qua phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ: 2 M th ( I +asth ) M= s s (1-1) + th +2asth sth s Trong đó: R'2 sth = ± (1-2) R +X ' 2 2 mm Và: 3.U 12f ) ( (1-3) M th = ± 2ω 0 . R1 ± R + X 2 2 1 mm R2' sth = ± (1-4) R12 + X mm 2 Qua biểu thức (1-1), (1-2), (1-3), (1-4) ta thấy rằng khi thay đổi các thông số điện trở, điện kháng, điện áp, tần số, số đôi cực thì sẽ thay đổi được sth, Mth và sẽ điều chỉnh được tốt động cơ không đồng bộ. III. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stator. GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 11/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN Mômen động cơ không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp stator, nên có thể điều chỉnh mômen và tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp stator và giữ tần số không đổi nhờ bộ biến đổi điện áp xoay Hình 3.1 a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng ustator b) Các đặc tính điều chỉnh bằng ustator động cơ không đồng bộ chiều. Nếu coi bộ biến đổi điện áp xoay chiều là nguồn lý tưởng (Zb=0), khi ub ≠ u đm thì mômen tới hạn Mth.m tỉ lệ với bình phương điện áp, còn sth.m=const, căn cứ vào biểu thức momen tới hạn ta có quan hệ sau:   Ub  M th.u = M th   U  = M th .U b *2  (1-5)   dm   sth.u = sth = const Dựa vào đặc tính tới hạn Mgh(S), nếu ω = const , ta suy ra đặc tính điều chỉnh ứng với giá trị us cho trước nhờ quan hệ: Mu M u = ub2 ; M u = * * * M gh (1-6) Trong đó: Uđm : Điện áp định mức của động cơ Ub : Điện áp đầu ra của bộ ĐAXC Mth : Momen tới hạn khi điện áp là Uđm Mth.u : Mơment tới hạn khi điện áp là Ub Có nhiều cách điều chỉnh điện áp nguồn cấp vào stator động cơ không đồng bộ: GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 12/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN 1.Điều chỉnh điện áp dùng biến áp tự ngẫu. a).Sơ đồ nguyên lý: Máy biến áp tự ngẫu là bộ biến đổi điện xoay chiều đơn giản nhất của hệ biến áp tự ngẫu động cơ được vẽ như sau: Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động dùng biến áp tự ngẫu b). Đặc tính cơ: Nếu ký hiệu các đại lượng điện tử của mỗi pha biến áp như hình (3.2) thì tổng trở của biến áp được xác định theo biểu thức: 2 1  Z ba = Z s + Z a  − 1 (1-7) k  Trong đó: K= W2/W1 hệ số biến áp. Khi điều chỉnh điện áp ra để cấp cho stator động cơ, hệ số K thay đổi đồng thời Zs và Za cũng đều thay đổi. Các đặc tính cơ đều có dạng như hình vẽ: GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 13/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 3-3 Các đặc tính điều chỉnh của truyền động KĐB dùng máy biến áp tự ngẩu Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát nóng c ủa máy điện, khi dùng động cơ KĐB rotor dây quấn người ta nối thêm một điện trở cố định Rcd vào mạch rotor. Khi đó nếu điện áp đặt vào stator là đ ịnh m ức (Ub=U1) thì ta có đặc tính mềm hơn đặc tính tự nhiên. Ta gọi đặc tính này là đặc tính giới hạn. Rõ ràng là R . (1-8) R+ =S =M 2 cd S ;M Trong đó: thgh th R2 thgh th Mthgh; Sthgh mơmen và độ trượt tới hạn của đặc tính giới hạn. Mth; Sth các đại lượng tương ứng của đặc tính tự nhiên. c). Nhận xét: Hệ dùng biến áp tự ngẩu không những có giá thành cao mà còn r ất khó tự động hóa nên các chỉ tiêu điều chỉnh không cao. Vì thế nó ít sử dụng. 2. Điều chỉnh điện áp nhờ kháng bảo hòa: a). Sơ đồ nguyên lý: Kháng bảo hòa gồm cuộn làm việc Wlv và cuộn từ hóa Wth quấn chúng lên một gông từ. Nó có thể là một pha hoặc ba pha. Sơ đồ nối kháng bảo hòa để điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB như sau: GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 14/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 3-4 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động cơ KĐB bằng phương phápdùng kháng bảo hòa Khi thay đổi dòng từ hóa Ith nhờ biến trở đặt tốc độ, độ từ thẩm của lõi thép sẽ thay đổi do đó điện kháng của cuộn làm việc W lv biến đổi điện áp đặt vào, động cơ biến cho ta các đặc tính cơ nh ư hình v ẽ (3-4) m ỗi vùng ứng v ới một trị số của dòng từ hóa Ith. b). Đặc tính cơ: Hình 3-5. Đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp kháng bảo hòa. Hệ thống này có hai “vùng chết” không điều chỉnh được. Vùng thứ nhất nằm giữa đặc tính cơ có Ithmax và đặc tính tự nhiên. Vùng thứ hai nằm giữa trục tung và đường có Ith=0. Sở dĩ có hai vùng này vì dòng từ hóa đạt được cực đại Imax nhưng Xlv vẫn có một giá trị nhỏ gây sụt áp nên đặc tính này không trùng với đặc tính tự nhiên. Còn khi cuộn kháng bị kh ử t ừ hoàn toàn Ith=0 thì Xlv vẫn còn giá trị hữu hạn nên đặc tính cơ tương ứng không th ể sát trục tung. c). Nhận xét: Ta thấy cuộn kháng bảo hòa như là một biến kháng không tiếp điểm. Nó cho phép điều chỉnh tinh (liên tục). Đồng thời xây dựng được hệ tự động hóa để ổn định tốc độ. Hệ kháng bảo hòa có đặc tính cơ có momen Mmax lớn, khả năng quá tải và ổn định cao, sai số tốc độ đặc nhỏ. Hệ này có dải điều GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 15/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN chỉnh D = 2 ÷ 5 . Tuy nhiên muốn mở rộng dải điều chỉnh thì tổn thất trượt trong rotor (M, ω 0 ,s) quá lớn. Vì vậy động cơ bị đốt nóng quá mức. 3. Điều chỉnh điện áp nhờ bộ điều chỉnh thiristor: a). Sơ đồ nguyên lý: Hình 3-6. Sơ đồ nguyên lý của hệ dùng điều chỉnh thirstor. Mạch lực của động cơ bao gồm ba cặp van nối song song ngược. Ở trạng thái xác lập, các thiristor mở những góc như nhau và không đổi, trong đó T1, T3, T5 thông ở nữa chu kỳ dương, còn T2, T4, T6 thông nữa chu kỳ âm của điện áp lưới. Điện áp đặt vào stator của động cơ Ub (tức điện áp ra của bộ biến đổi). Sẽ là những phần của đường hình sin: U 1 = U m sin Ωt như trình bày trên hình (3-7) GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 16/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN Hình 3-7. Đồ thị điện áp pha ở đầu ra của bộ điều chỉnh thiristor. Giả thiết đường cong trên hình (3-7) là đồ thị điện áp pha A đưa vào stator động cơ qua hai van T1 và T4 mở góc α 0 tính từ góc của đường hình sin thì nó sẽ thông cho đến thời điểm π do điện áp lưới dương đặt vào Anot và sau đó từ π ÷ π + δ nó vẫn thông nhờ năng lượng điện từ tích lũy trong điện cảm của mạch. Tương tự như vậy van T4 thông ở giữa chu kỳ âm, góc δ phụ thuộc vào góc ϕ của động cơ, tức là phụ thuộc độ trượt của động cơ. Điện áp stator không sin, như hình (3-7) được phân tích thành nh ững thành phần sóng hài, trong đó sóng hài bậc 1 là thành phần sinh công cơ học. Giá trị hiệu dụng của sóng bậc 1 (U 1b) không những phụ thuộc vào góc thông α 0 mà còn phụ thuộc góc pha ϕ của động cơ. b). Đặc tính cơ: Đặc tính điều chỉnh của hệ dùng bộ điều chỉnh thiristor có dạng như sau: Hình 3-8. Các đặc tính điều chỉnh của hệ truyền động KĐB khi dùng bộ điều chỉnh thiristor c). Nhận xét: Ưu điểm của hệ này là nhờ sử dụng thiristor nên có khả năng tự động hóa để làm tăng độ cứng đặc tính cơ. Về chỉ tiêu năng lượng, tuy nhiên tổn thất trong bộ biến đổi không đáng kể nhưng điện áp stator bị biến dạng so với hình sin nên tổn thất phụ trong động cơ lại lớn. Do đó hiệu suất cao. GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 17/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN IV. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số. 1. Vấn đề thay đổi tần số của điện áp stator. 2πf 1 Xuất phát từ biểu thức ω = ω 0 (1 − s) = (1 − s ) , ta nhận thấy khi thay p đổi tần số f1 ta cũng có thể thay đổi được tốc độ của động cơ không đồng bộ. Ta có sơ đồ điều chỉnh như sau: Hình 4-1 Sơ đồ điều chỉnh tần số Giả sử mạch stator: E1 = CΦf 1 − I 1 Z 1 (1-9) Trong đó: E1 là sức điện động cảm ứng trong cuộn dây stator, Φ là từ thông móc vòng qua cuộn dây stator, C là hằng số tỉ lệ, f 1 là tần số của dòng điện stator. Nếu bỏ qua sự sụt áp trên tổng trở cuộn dây stator thì ta có: U 1 ≈ E1 ≈ CΦf 1 (1-10) Qua (1-10) ta thấy: nếu thay đổi f1 mà giữ U1=const thì Φ sẽ thay đổi theo. ω < ω đm mà giảm để điều chỉnh tốc độ giữ Khi f1f1dm nếu giữ U 1 ≈ E1 ≈ CΦf1 = const và phụ tải Mc=const, mà khi làm việc, momen M ≈ KΦI 2 cos ϕ = M c = const . Vậy khi tăng f1>f1dm s sẽ làm cho Φ sẽ giảm, dẫn đến dòng I2 tăng, nghĩa là động cơ sẽ bị quá tải về dòng, nó cũng bị phát nóng làm xấu chế độ làm việc của động c ơ ho ặc b ị cháy. Vì vậy, khi thay đổi tần số f1 để điều chỉnh tốc độ thì người ta thường kết hợp thay đổi điện áp stator U 1. Và người ta thường dùng bộ biến đổi tần số (BT) để điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ. GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 18/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN 2. Quy luật thay đổi tần số: a). Luật điều chỉnh tần số - điện áp: Ở hệ thống điều khiển điện áp/tần số, sức điện động stator động cơ được điều chỉnh tỉ lệ với tần số đảm bảo duy trì từ thông khe hở không đổi. Động cơ có khả năng sinh momen như nhau ở mọi tần số định mức. Có thể điều chỉnh tốc độ ở hai vùng: Vùng dưới tốc độ cơ bản: Giữ từ thông không đổi thông qua điều khiển tỷ số sức điện động khe hở/tần số là hằng số. Vùng trên tốc độ cơ bản: Giữ công suất động cơ không đổi, điện áp được duy trì không đổi, từ thông động cơ giảm theo tốc độ. * Khả năng quá tải: Để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần phải điều chỉnh cả điện áp. Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả năng quá tải về momen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ. Momen cực đại mà động cơ sinh ra được chính là momen tới hạn Mth, khả năng quá tải về momen được quy định bằng hệ số quá tải momen λm (λm = M th / M = const ) . Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stator thì có thể tính được momen tới hạn: 2 U  L2 U s2 . 2 = K m . s  M th = m ω  2.Ls .LRσ ω 0 2  0 Điều kiện giữ khả năng quá tải về momen không đổi là: M th M λm = = th M M dm Từ trên ta suy ra: U Us M = . ω 0 ω 0 dm M đm Dạng đặc tính cơ thống kê của các máy sản xuất có thể viết gần đúng: x 1+ ω  2 M c = M cdm  0  ω   0 dm  Khi truyền động ổn định, M=Mc nên từ trên ta có: x x 1+ 1+ ω  f  Us 2 2 = 0  = s  U đm  ω 0 dm  f     sdm  b). Luật điều chỉnh từ thông: GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 19/51
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN Từ các quan hệ tính momen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông Ψ của máy hoặc từ thông Ψs của stator không đổi thì momen sẽ không phụ thuộc vào tần số, và momen tới hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh. Nếu coi R3=0 thì Ψs =Us/ ω 0 =Uđm/ ω đm =const. Khi ở vùng tần số làm việc thấp mà sụt áp trên R s có thể so sánh được sụt áp trên điện cảm tản mạch stator thì đồng thời từ thông cũng giảm đi và do đó Mth cũng giảm đi. Biểu thức quan hệ giữa dòng điện stator và từ thông rotor là: Ψrdm 1 + ( Trσ .ω s ) 2 Is = Ldm Trong đó: Trσ = Lrσ / Rr . Vậy khi giữ biên độ từ thông không đổi thì vector từ thông rotor luôn vuông pha với vector dòng điện rotor và do đó momen điện từ thông hoàn toàn tỉ lệ với biên độ dòng điện rotor. Trong chế độ định mức, từ thông là định mức và mạch từ có công suất tối đa. Luật điều chỉnh tần số-điện áp là luật giữ gần đúng từ thông không đổi trên toàn dải điều chỉnh. Tuy nhiên từ thông động cơ, trên mỗi đặc tính, còn phụ thuộc rất nhiều vào độ trượt, tức là phụ thuộc momen tải trên trục động cơ. Vì thế trong các hệ điều chỉnh yêu cầu ch ất l ượng cao c ần tìm cách bù từ thông. Ψ Do I s = L 1 + (T1ω r ) nên nếu muốn giữ từ thông Ψr không đổi thì dòng 2 r m điện phải được điều chỉnh theo tốc độ trượt. Phương pháp này có nhược điểm là mỗi động cơ phải cài đặt một sensor đo từ thông không thích h ợp cho sản xuất đại trà và cơ cấu đo gắn trong đó bị ảnh h ưởng b ởi nhi ệt độ và nhiểu. Nếu điều chỉnh cả biên độ và pha của dòng điện thì có thể điều chỉnh được từ thông rotor mà không cần cảm biến tốc độ. c). Luật điều chỉnh tần số trượt không đổi Nếu ta giữ tần số trượt không đổi ω s = const thì momen chỉ còn phụ thuộc vào Is mà không phụ thuộc vào tần số nguồn. Đặc tính M( ω s ) như hình 3-10. GVHD: NGUYỄN HÀO NHÁN SVTH: PHẠM BÁ THIỆN 20/51

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.