Tài liệu Nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh kích từ động cơ đồng bộ công suất lớn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------------- NGUYỄN XUÂN ỨNG NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH KÍCH TỪ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TỰ ĐỘNG HÓA Xà HỘI CHỦ NGHĨA Hà Nội – 2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------------- NGUYỄN XUÂN ỨNG NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH KÍCH TỪ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TỰ ĐỘNG HÓA Xà HỘI CHỦ NGHĨA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM VĂN DIỄN Hà Nội - 2004 Môc Lôc Trang Lêi nãi ®Çu..............................................................................................1 Ch-¬ng I:Tæng quan vÒ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé vµ ph-¬ng ph¸p khëi ®éng ®éng c¬ ®ång bé..................................................................3 1.1. Tæng quan vÒ d¹ng ®éng c¬ ®ång bé.............................................3 1.2. C¸c ph-¬ng ph¸p khëi ®éng ®éng c¬ ®ång bé ba pha.................7 1.3. §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®ång bé.................................................11 Ch-¬ng II: M« h×nh to¸n häc cña ®éng c¬ ®ång bé vµ qu¸ tr×nh ®éng cña ®éng c¬ khi khëi ®éng...................................................16 2.1. X©y dùng m« h×nh vÐct¬ kh«ng gian cña m¸y ®iÖn cã khe hë ®Òu..........................................................................................................17 2.2. M« h×nh to¸n häc cña ®éng c¬ ®ång bé............................................22 2.2.1. HÖ ph-¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ®éng c¬ ®ång bé..............................22 2.2.2. M« h×nh cña ®éng c¬ trong hÖ to¹ ®é tùa theo tõ tr-êng.............25 2.2.3.M« pháng qu¸ tr×nh khëi ®éng cña ®éng c¬ ®ång bé t¶i qu¹t giã...................................................................................................32 Ch-¬ngIII: ThiÕt kÕ nguån kÝch tõ ®éng c¬ ®ång bé b»ng bé biÕn ®æi Thyristor..............................................................48 3.1.§Æt vÊn ®Ò........................................................................................48 3.2.Chän m¹ch ®éng lùc........................................................................48 3.3.Chän m¹ch ®iÒu khiÓn.....................................................................49 3.4.TÝnh to¸n lùa chän van vµ thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p..............................51 3.5.TÝnh to¸n thiÕt kÕ bé nguån cung cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn...........71 3.6.TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p ®ång bé.......................................................76 3.7.Nguyªn t¾c tù ®éng vµo ®ång bé....................................................78 3.7.1.Yªu cÇu më m¸y ®éng c¬ ®ång bé...............................................78 3.7.2.Nguyªn lý lµm viÖc cña m¹ch tù ®éng vµo ®ång bé.....................79 3.7.3.TÝnh chän c¸c phÇn tö cña s¬ ®å...................................................81 Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi 1 LuËn v¨n th¹c sü Lêi nãi ®Çu §éng c¬ ®ång bé ba pha lµ lo¹i ®éng c¬ ®-îc sö dông nhiÒu trong c«ng nghiÖp víi d¶i c«ng suÊt tõ vµi chôc W ®Õn hµng MW. Trong ®ã, ®éng c¬ ®ång bé c«ng suÊt nhá ®-îc dïng ®Ó thay thÕ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, bëi v× ®éng c¬ ®ång bé mang nh÷ng tÝnh -u viÖt cña c¶ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. §Æc biÖt trong c¸c hÖ truyÒn ®éng c«ng suÊt lín, ®éng c¬ ®ång bé ®-îc dïng ®Ó truyÒn ®éng cho c¸c m¸y b¬m n-íc, qu¹t giã, m¸y nÐn khÝ, m¸y nghiÒn ... Tuy nhiªu khi sö dông ®éng c¬ ®ång bé c«ng suÊt lín cã cuén d©y kÝch tõ ®ßi hái ph¶i cung cÊp nguån mét chiÒu. C¸c ®éng c¬ ®iÖn ®ång bé tr-íc ®©y do Liªn X« s¶n xuÊt truyÒn ®éng cho c¸c qu¹t ly t©m, qu¹t h-íng trôc th«ng giã cho c¸c hÇm má... th-êng sö dông m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu ®Ó cÊp nguån cho cuén d©y kÝch tõ. HÖ thèng nµy cã nh-îc ®iÓm: cång kÒnh, gi¸ thµnh cao, b¶o d-ìng phøc t¹p, qu¸ tr×nh sö dông chæi than vµ vµnh gãp cña m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu bÞ ¨n mßn lµm gi¶m chÊt l-îng kÝch tõ cña ®éng c¬. Cïng víi sù ph¸t triÓn v-ît bËc cña nghµnh kü thuËt b¸n dÉn c«ng suÊt lín, c¸c nguån mét chiÒu dïng chØnh l-u cã ®iÒu khiÓn ngµy cµng chiÕm -u thÕ nhê kÕt cÊu ®¬n gi¶n, gän nhÑ, hiÖu suÊt vµ ®é tin cËy cao, gi¸ thµnh h¹, lµm viÖc kh«ng cã tiÕng ån... Do vËy hiÖn nay tÊt c¶ nguån cÊp kÝch tõ cho ®éng c¬ ®ång bé ®Òu cã xu h-íng dïng bé biÕn ®æi Thyristor. XuÊt ph¸t tõ nh÷ng vÊn ®Ò mµ thùc tiÔn ®Æt ra trªn ®©y, ®-îc sù ®ång ý cña thÇy gi¸o h-íng dÉn TS.Ph¹m V¨n DiÔn, t«i ®· nhËn ®Ò tµi luËn v¨n tèt nghiÖp:” N©ng cao chÊt l-îng hÖ ®iÒu chØnh kÝch tõ ®éng c¬ ®ång bé c«ng suÊt lín” . Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sü 2 B¶n luËn v¨n ®-îc tr×nh bµy víi c¸c néi dung sau: Ch-¬ng I: Tæng quan vÒ ®éng c¬ ®ång bé vµ ph-¬ng ph¸p khëi ®éng ®éng c¬ ®ång bé. Ch-¬ngII: M« h×nh to¸n häc ®éng c¬ ®ång bé vµ qu¸ tr×nh ®éng häc cña ®éng c¬ khi khëi ®éng. Ch-¬ng III:ThiÕt kÕ nguån kÝch tõ ®éng c¬ ®ång bé b»ng bé biÕn ®æi Thyristor. §-îc sù gióp ®ì tËn t×nh cña c¸c thÇy, c« trong bé m«n Tù ®éng ho¸ XNCN Tr-êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi, ®Æc biÖt lµ sù h-íng dÉn, chØ b¶o tËn t×nh cña thÇy gi¸o TS.Ph¹m V¨n DiÔn, cïng víi sù nç lùc cña b¶n th©n, ®Õn nay b¶n luËn v¨n cña t«i c¬ b¶n ®· hoµn thµnh. Do cßn nhiÒu h¹n chÕ cña b¶n th©n nªn b¶n luËn v¨n cña t«i kh«ng thÓ tr¸nh khái c¸c sai sãt. T«i rÊt mong nhËn ®-îc sù gãp ý, chØ b¶o thªm cña c¸c thÇy c« vµ c¸c ®ång nghiÖp ®Ó t«i ®-îc hoµn thiÖn h¬n. Ngµy 06 th¸ng 12 n¨m2004 Ng-êi thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n øng Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi 3 LuËn v¨n th¹c sü Ch-¬ng I Tæng quan vÒ ®éng c¬ ®ång bé vµ c¸c ph-¬ng ph¸p khëi ®éng ®éng c¬ ®ång bé 1.1. Tæng quan vÒ ®éng c¬ ®ång bé. C¸c ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu dïng nhiÒu trong s¶n xuÊt, do cÊu t¹o ®¬n gi¶n, lµm viÖc ch¾c ch¾n, b¶o qu¶n dÔ dµng vµ gi¸ thµnh h¹. Trong ®ã ®éng c¬ ®iÖn ®ång bé 3 pha do cã nh÷ng -u ®iÓm nhÊt ®Þnh nªn còng ®-îc sö dông kh¸ réng r·i trong c«ng nghiÖp, ®Æc biÖt lµ nh÷ng hÖ truyÒn ®éng c«ng suÊt trung b×nh vµ lín, kh«ng cã yªu cÇu vÒ ®iÒu chØnh tèc ®é vµ cã yªu cÇu æn ®Þnh tèc ®é cao. §éng c¬ ®ång bé ba pha th-êng dïng cho c¸c m¸y b¬m, qu¹t giã, m¸y nÐn khÝ, m¸y nghiÒn vµ c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng cña nhµ m¸y luyÖn kim… * ¦u ®iÓm: §éng c¬ ®ång bé ba pha cã ®é æn ®Þnh tèc ®é cao, hiÖu suÊt lín, ®é tin cËy cao. * Nh-îc ®iÓm: Cã cÊu t¹o phøc t¹p, ®ßi hái ph¶i cã nguån cung cÊp dßng ®iÖn mét chiÒu cho bé kÝch tõ ®éng c¬ khiÕn cho gi¸ thµnh cao. H¬n n÷a viÖc khëi ®éng ®éng c¬ ®ång bé ba pha còng phøc t¹p h¬n vµ viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é cña nã chØ cã thÓ thùc hiÖn ®-îc b»ng c¸ch thay ®æi tÇn sè nguån cung cÊp cho ®éng c¬. 1.1.1. Ph©n lo¹i vµ kÕt cÊu cña ®éng c¬ ®iÖn ®ång bé. Ph©n lo¹i: Theo kÕt cÊu cã thÓ chia ®éng c¬ ®ång bé ra lµm 2 lo¹i: Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi 4 LuËn v¨n th¹c sü - §éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn, thÝch hîp víi tèc ®é quay cao (sè cùc 2p = 2). - §éng c¬ ®ång bé 3 pha cùc låi thÝch hîp víi tèc ®é quay thÊp (sè cùc 2p  4). KÕt cÊu: §Ó thÊy râ ®Æc ®iÓm vÒ kÕt cÊu cña ®éng c¬ ®ång bé ba pha ta xÐt riªng kÕt cÊu cña ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc låi vµ ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn. 1.1.2. KÕt cÊu cña ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn: §éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn r«to lµm b»ng thÐp chÊt l-îng cao, ®-îc ®óc thµnh khèi h×nh trô, sau ®ã ®-îc gia c«ng vµ phay r·nh ®Ó l¾p ®Æt cuén d©y kÝch tõ. PhÇn kh«ng phay r·nh cña r«to h×nh thµnh mÆt cùc tõ. MÆt c¾t ngang trôc lâi thÐp r«to nh- trªn h×nh (1-1). H×nh 1-1. MÆt c¾t ngang trôc lâi thÐp r«to. §éng c¬ ®ång bé hiÖn ®¹i cùc Èn th-êng ®-îc chÕ t¹o víi sè cùc 2p = 2, tèc ®é quay cña r«to lµ 3.000vßng/phót vµ ®Ó h¹n chÕ lùc ly t©m, trong ph¹m vi an toµn ®èi víi thÐp hîp kim chÕ t¹o lâi thÐp r«to, ®-êng kÝnh D cña r«to kh«ng ®-îc qu¸ (1,1  1,15)m. §Ó t¨ng c«ng suÊt cña ®éng c¬ ®ång bé chØ cã thÓ t¨ng chiÒu dµi l cña r«to. ChiÒu dµi tèi ®a cña r«to vµo kho¶ng Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi 5 LuËn v¨n th¹c sü 6,5m. D©y quÊn kÝch tõ ®Æt trong r·nh r«to ®-îc chÕ t¹o tõ d©y ®ång trÇn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt, quÊn theo chiÒu máng thµnh c¸c bèi d©y ®ång t©m. C¸c vßng d©y cña bèi d©y nµy ®-îc c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng líp mªca máng. §Ó cè ®Þnh vµ Ðp chÆt c¸c cuén d©y kÝch tõ trong r·nh, miÖng r·nh ®-îc nªm kÝn b»ng thÐp kh«ng tõ tÝnh, c¸c ®Çu nèi (n»m ngoµi r·nh) cña d©y quÊn kÝch tõ ®-îc ®ai chÆt b»ng c¸c èng thÐp kh«ng tõ tÝnh. Hai ®Çu cña d©y quÊn kÝch tõ ®i luån trong trô vµ nèi víi hai vµnh tr-ît ë ®Çu trôc th«ng qua 2 chæi ®iÖn ®Ó nèi víi dßng kÝch tõ mét chiÒu.Stato cña ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn gåm lâi thÐp, trong ®ã ®Æt d©y quÊn ba pha vµ th©n m¸y, n¾p m¸y. Lâi thÐp stato ®-îc Ðp chÆt b»ng c¸c l¸ t«n si lÝc dÇy 0,5mm, hai mÆt cã phñ s¬n c¸ch ®iÖn. Däc chiÒu dµi lâi thÐp stato cø c¸ch kho¶ng (3  6)cm l¹i cã 1 r·nh th«ng giã ngang trôc réng 10mm. Lâi thÐp stato ®-îc ®Æt cè ®Þnh trong th©n m¸y. Trong c¸c ®éng c¬ c«ng suÊt trung b×nh vµ lín, th©n m¸y ®-îc chÕ t¹o theo c¸c kÕt cÊu khung thÐp, mÆt ngoµi ®-îc bäc b»ng c¸c tÊm thÐp d¸t dÇy. Th©n m¸y ph¶i thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o ®Ó sao cho trong nã h×nh thµnh hÖ thèng ®-êng th«ng giã lµm l¹nh ®éng c¬ ®ång bé. N¾p m¸y ®-îc chÕ t¹o tõ thÐp tÊm hoÆc tõ gang ®óc. ë c¸c ®éng c¬ c«ng suÊt trung b×nh vµ lín, æ trôc kh«ng ®Æt ë n¾p m¸y mµ ë gi¸ ®ì æ trôc ®Æt cè ®Þnh trªn bÖ m¸y. 1.1.3. KÕt cÊu cña ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc låi. §éng c¬ ®ång bé ba pha cùc låi th-êng sö dông trong tr-êng hîp yªu cÇu tèc ®é quay thÊp,v× vËy kh¸c víi ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn, ®-êng kÝnh r«to D cña nã cã thÓ lín tíi 15 m trong khi chiÒu dµi l l¹i nhá, víi tû lÖ l/D=0.120.2. R«to ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc låi c«ng suÊt nhá vµ trung b×nh cã lâi thÐp chÕ t¹o b»ng thÐp ®óc vµ gia c«ng thµnh khèi l¨ng trô hoÆc khèi h×nh trô, trªn mÆt cã ®Æt c¸c cùc tõ. C¸c m¸y lín, lâi thÐp ®-îc h×nh thµnh tõ c¸c tÊm Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sü 6 thÐp dµy (1  6)mm, ®-îc dËp ®Þnh h×nh s½n ®Ó ghÐp thµnh c¸c khèi l¨ng trô, lâi thÐp nµy th-êng kh«ng trùc tiÕp lång vµo trôc m¸y mµ ®Æt vµo gi¸ ®ì r«to. Gi¸ nµy lång vµo trôc m¸y. Cùc tõ ®Æt trªn lâi thÐp r«to ®-îc ghÐp b»ng nhiÒu l¸ thÐp dµy (1  1,5)mm. ViÖc cè ®Þnh c¸c cùc tõ trªn lâi thÐp ®-îc thùc hiÖn nhê ®u«i h×nh T hoÆc b»ng c¸c bu l«ng xuyªn qua mÆt cùc vµ vÝt chÆt vµo lâi thÐp r«to (h×nh 1-2). 1 2 5 4 3 H×nh 1.2 Cùc tõ cña ®éng c¬ ®ång bé cùc låi 1. L¸ thÐp cùc tõ 2. D©y quÊn kÝch thÝch 3. §u«i h×nh T 4. Nªm 5. Lâi thÐp r« to D©y quÊn kÝch tõ b»ng ®ång tiÕt diÖn ch÷ nhËt, ®-îc quÊn theo chiÒu máng thµnh tõng cuén d©y. C¸ch ®iÖn gi÷a c¸c vßng d©y lµ c¸c líp mªca hoÆc ami¨ng. C¸c cuén d©y sau khi ®· ®-îc gia c«ng ®-îc luån vµo th©n cùc. D©y quÊn khëi ®éng ®-îc ®Æt trªn c¸c ®Çu cùc gièng nh- d©y quÊn kiÓu lång sãc cña ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé, nghÜa lµ lµm b»ng c¸c thanh ®ång Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi 7 LuËn v¨n th¹c sü ®Æt vµo c¸c r·nh cña c¸c ®Çu cùc vµ ®-îc nèi hai ®Çu bëi hai vßng ng¾n m¹ch (h×nh 1-3).§éng c¬ ®ång bé ba pha cùc låi cã cÊu t¹o stato t-¬ng tù nh- cña ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn. H×nh 1-3. D©y quÊn më m¸y cña ®éng c¬ ®ång bé 1.2. C¸c ph-¬ng ph¸p khëi ®éng ®éng c¬ ®ång bé ba pha. §Ó khëi ®éng ®éng c¬ ®ång bé ba pha th-êng cã c¸c ph-¬ng ph¸p khëi ®éng nh- : khëi ®éng theo ph-¬ng ph¸p kh«ng ®ång bé, khëi ®éng theo ph-¬ng ph¸p hoµ ®ång bé, khëi ®éng b»ng nguån cã tÇn sè thay ®æi. 1.2.1. Khëi ®éng theo ph-¬ng ph¸p kh«ng ®ång bé. C¸c ®éng c¬ ®ång bé phÇn lín ®Òu khëi ®éng theo ph-¬ng ph¸p kh«ng ®ång bé. Th«ng th-êng c¸c ®éng c¬ ®ång bé cùc låi ®Òu ®Æt d©y quÊn khëi ®éng. D©y quÊn khëi ®éng cã cÊu t¹o kiÓu lång sãc ®Æt trong c¸c r·nh ë ®Çu cùc, hai ®Çu nèi víi hai vßng ng¾n m¹ch (h×nh 1-3) vµ ®-îc tÝnh to¸n ®Ó khëi ®éng trùc tiÕp víi ®iÖn ¸p cña l-íi ®iÖn. Trong mét sè ®éng c¬, c¸c mÆt cùc b»ng thÐp nguyªn khèi vµ ®-îc nèi víi nhau ë hai ®Çu r«to b»ng hai vßng ng¾n m¹ch, còng cã thÓ thay thÕ cho d©y quÊn ng¾n m¹ch dïng trong viÖc më m¸y. ë c¸c l-íi ®iÖn cã c«ng suÊt lín cã thÓ cho phÐp khëi ®éng trùc tiÕp víi ®iÖn ¸p cña l-íi ®èi víi c¸c ®éng c¬ ®ång bé ba pha c«ng suÊt vµi tr¨m ®Õn hµng ngh×n ki l« o¸t. ë nh÷ng l-íi ®iÖn kh«ng cho phÐp khëi ®éng trùc tiÕp hoÆc khi khëi ®éng ®éng c¬ ®ång bé c«ng Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi 8 LuËn v¨n th¹c sü suÊt lín, ta cã thÓ khëi ®éng gi¸n tiÕp b»ng c¸ch ®ãng stato cña ®éng c¬ ®ång bé vµo l-íi ®iÖn qua ®iÖn kh¸ng phô hoÆc biÕn ¸p tù ngÉu ®Ó h¹n chÕ dßng khëi ®éng. §èi víi ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn, viÖc më m¸y theo ph-¬ng ph¸p kh«ng ®ång bé khã kh¨n h¬n, v× dßng ®iÖn c¶m øng ë mÆt ngoµi cña r«to nguyªn khèi sÏ g©y ph¸t nãng côc bé ®¸ng kÓ. Trong tr-êng hîp ®ã, ®Ó khëi ®éng ®-îc dÔ dµng, cÇn h¹ ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®Çu cùc ®éng c¬ khi khëi ®éng b»ng biÕn ¸p tù ngÉu hoÆc cuén kh¸ng. Qu¸ tr×nh khëi ®éng ®éng c¬ ®ång bé b»ng ph-¬ng ph¸p kh«ng ®ång bé cã thÓ chia lµm hai giai ®o¹n. Lóc ®Çu viÖc khëi ®éng ®-îc thùc hiÖn víi ikt = 0, d©y quÊn kÝch tõ ®-îc nèi t¾t qua ®iÖn trë dËp tõ Rdt nh- trªn h×nh (1-4). Khi ®ãng cÇu dao hoÆc m¸y c¾t víi nguån ®iÖn, do t¸c ®éng cña m«men kh«ng ®ång bé r«to sÏ quay vµ t¨ng tèc ®Õn gÇn tèc ®é ®ång bé n1 cña tõ tr-êng quay. Trong giai ®o¹n nµy, viÖc nèi d©y quÊn kÝch tõ víi ®iÖn trë cã trÞ sè b»ng (10  12) lÇn ®iÖn trë rt cña d©y quÊn kÝch tõ lµ cÇn thiÕt, v× nÕu ®Ó d©y quÊn nµy hë m¹ch sÏ cã ®iÖn ¸p cao lµm háng c¸ch ®iÖn cña d©y quÊn, do lóc b¾t ®Çu më m¸y th× r«to ®ang ®øng yªn cßn tõ tr-êng quay cña stato quay víi tèc ®é ®ång bé, do vËy tõ tr-êng quay cña stato quÐt qua r«to víi tèc ®é ®ång bé. Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sü 9 k2 k1 Ukt Rdt H×nh: 1.4. S¬ ®å m¹ch kÝch tõ cña ®éng c¬ ®ång bé lóc khëi ®éng NÕu ®em nèi ng¾n m¹ch d©y quÊn kÝch tõ th× sÏ t¹o thµnh mét pha cã ®iÖn trë nhá ë r«to vµ sinh ra m«men c¶m lín khiÕn cho tèc ®é quay cña r«to kh«ng thÓ v-ît qu¸ tèc ®é b»ng mét nöa tèc ®é ®ång bé. §iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch nh- sau: Dßng ®iÖn cã tÇn sè f2 = Sf1 trong d©y quÊn kÝch tõ bÞ nèi ng¾n m¹ch sÏ sinh ra tõ tr-êng ®Ëp m¹nh. Tõ tr-êng nµy cã thÓ ph©n tÝch thµnh hai tõ tr-êng quay thuËn vµ ng-îc víi chiÒu quay cña r«to víi tèc ®é t-¬ng ®èi so víi r«to n1-n, trong ®ã n1 lµ tèc ®é tõ tr-êng quay cña stato vµ n lµ tèc ®é quay cña r«to tõ tr-êng quay thuËn cã tèc ®é so víi d©y quÊn phÇn tÜnh: nth =n + (n1 – n) = n1 NghÜa lµ quay ®ång bé víi tõ tr-êng quay cña stato. T¸c dông cña nã víi tõ tr-êng quay cña stato t¹o nªn m«men kh«ng ®ång bé vµ hç trî víi m«men kh«ng ®ång bé do d©y quÊn më m¸y sinh ra vµ cã d¹ng nh- ®-êng 1 h×nh1.5 Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sü 10 1 M 3 A 1.0 2 0.5 MC 0 S H×nh 1.5.1.5. §-êng cong cong m« men ®éngcña c¬ ®ång H×NH §õ¬ng m«cña men ®éngbéc¬ khëi ®éngbékhëi kh«ng ®ång víi d©y®ång quÊn kÝch tõ bÞd©y nèi ®ång ®éngbékh«ng bé víi ng¾n m¹ch quÊn kÝch tõ bÞ nèi ng¾n m¹ch Tõ tr-êng quay ng-îc cã tèc ®é so víi d©y quÊn phÇn tÜnh: nng = n – (n1 – n) = 2n – n1 = 2n1 (1 – s) – n1 = n1 (1 – 2s) vµ sinh ra trong d©y quÊn phÇn tÜnh dßng ®iÖn tÇn sè: f2’ = f1 (1 – 2s) Nh- vËy khi 0,5 < S < 1, nghÜa lµ tèc ®é quay cña r«to n < n 1/2 th× tõ tr-êng quay ng-îc quay so víi d©y quÊn phÇn tÜnh theo chiÒu ng-îc so víi chiÒu quay cña r«to. T¸c dông cña nã víi dßng ®iÖn phÇn tÜnh tÇn sè f sÏ sinh ra m«men phô cïng dÊu vµ hç trî víi m«men kh«ng ®ång bé do tõ tr-êng quay thuËn t¸c dông víi d©y quÊn khëi ®éng (®-êng 2 trªn h×nh 1-5). Khi S = 0,5 (tøc lµ n = n1/2), tõ tr-êng quay ng-îc ®øng yªn so víi d©y quÊn phÇn tÜnh, m«men phô b»ng 0. Khi 0 < S < 0,5 (tøc n > n1/2) th× tõ tr-êng quay ng-îc sÏ quay cïng chiÒu víi chiÒu quay r«to, t¸c dông cña nã víi dßng ®iÖn phÇn tÜnh tÇn sè f’ lóc ®ã sinh ra m«men phô tr¸i dÊu víi m«men kh«ng ®ång bé do tõ tr-êng quay thuËn, do ®ã t¸c dông nh- m«men h·m. Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi 11 LuËn v¨n th¹c sü KÕt qu¶ lµ khi d©y quÊn kÝch tõ bÞ nèi ng¾n m¹ch, ®-êng biÓu diÔn m«men cña ®éng c¬ trong qu¸ tr×nh khëi ®éng tæng cña ®-êng 1 vµ ®-êng 2 cã t¸c dông nh- ®-êng 3 trªn h×nh 1-5. Râ rµng khi m« men c¶n MC trªn trôc ®éng c¬ ®ñ lín th× r«to sÏ lµm viÖc ë ®iÓm A øng víi tèc ®é n  n1/2 vµ kh«ng thÓ ®¹t ®-îc ®Õn tèc ®é ®ång bé. Khi r«to ®· quay ®Õn tèc ®é n  n1, cã thÓ tiÕn hµnh giai ®o¹n thø hai cña qu¸ tr×nh khëi ®éng. §em nèi d©y quÊn kÝch tõ víi nguån ®iÖn ¸p mét chiÒu cña nguån ®iÖn kÝch thÝch. Lóc ®ã ngoµi m«men kh«ng ®ång bé tû lÖ víi hÖ sè tr-ît S vµ m«men gia tèc tû lÖ víi ds/dt sÏ cã m«men ®ång bé phô thuéc vµo gãc  cïng t¸c dông ( lµ gãc lÖch vect¬ S.®.® c¶m øng trong d©y quÊn stato víi ®iÖn ¸p pha ®Æt vµo stato). Do r«to ch-a quay ®ång bé nªn gãc  lu«n thay ®æi. Khi 0 <  < 1800 th× m«men ®ång bé sÏ céng t¸c dông víi m«men kh«ng ®ång bé lµm t¨ng thªm tèc ®é quay cña r«to vµ nh- vËy r«to sÏ ®-îc kÐo vµo tèc ®é ®ång bé sau mét qu¸ tr×nh dao ®éng. Kinh nghiÖm cho biÕt, ®Ó ®¶m b¶o cho r«to ®-îc ®-a vµo tíi ®é ®ång bé mét c¸ch thuËn lîi, hÖ sè tr-ît S ë cuèi giai ®o¹n thø nhÊt lóc ch-a cã dßng ®iÖn kÝch thÝch cÇn phï hîp víi ®iÒu kiÖn sau: S  0,04 Km Pdm itdb . 2 . GD2 ndm itdm Trong ®ã: Km - lµ n¨ng lùc qu¸ t¶i ë chÕ ®é ®ång bé víi dßng ®iÖn kÝch tõ ®Þnh møc it®m. P®m - lµ c«ng suÊt ®Þnh møc, KW. it®b - lµ dßng ®iÖn kÝch tõ t¹i thêi ®iÓm ®-a ®éng c¬ vµo ®ång bé. Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi 12 LuËn v¨n th¹c sü GD2 - lµ m« men ®éng l-îng cña ®éng c¬ vµ m¸y c«ng t¸c nèi cïng trôc víi nã, [KG.m2]. ¦u nh-îc ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p nµy lµ: -¦u ®iÓm: HÖ truyÒn ®éng kh«ng cång kÒnh, kh«ng phøc t¹p v× kh«ng ph¶i dïng ®éng c¬ s¬ cÊp ®Ó kÐo vµo ®ång bé. -Nh-îc ®iÓm: ChÕ t¹o r«to phøc t¹p h¬n, kh«ng ¸p dông ®-îc cho nh÷ng ®éng c¬ cã tèc ®é quay lín 1.2.2. Khëi ®éng theo ph-¬ng ph¸p hoµ ®ång bé. C¸c ®iÒu kiÖn hoµ ®ång bé ®èi víi ®éng c¬ ®ång bé hoµn toµn gièng nhcña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. Tr-êng hîp nµy ®éng c¬ ®ång bé ®-îc quay bëi ®éng c¬ s¬ cÊp, khi tèc ®é ®¹t tíi (95  98)% tèc ®é ®ång bé, ng-êi ta tiÕn hµnh cÊp ®iÖn cho stato vµ cÊp ®iÖn cho cuén kÝch tõ cña r«to, ®ång thêi ng¾t ®éng c¬ s¬ cÊp ra khái hÖ truyÒn ®éng cña ®éng c¬ ®ång bé. Sau mét kho¶ng thêi gian qu¸ ®é, ®éng c¬ sÏ quay ®ång bé víi tèc ®é cña tõ tr-êng quay stato. ¦u nh-îc ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p nµy lµ: - ¦u ®iÓm: Sö dông cho c¸c lo¹i ®éng c¬ ®ång bé. - Nh-îc ®iÓm: HÖ truyÒn ®éng cång kÒnh phøc t¹p h¬n v× ph¶i dïng ®éng c¬ s¬ cÊp ®Ó kÐo vµ ®ång bé. 1.3. §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®ång bé. Th«ng th-êng §C§B ®-îc cÊu t¹o víi hai lo¹i lång sãc khëi ®éng, t-¬ng øng víi nã cho hai ®Æc tÝnh kh¸c nhau 1 vµ 2 nh- trªn h×nh 1-6a. §-êng thø 2 cho m«men khëi ®éng t-¬ng ®èi lín do ®iÖn trë t¸c dông cña lång sãc lín h¬n, trong khi ®ã ®-êng thø nhÊt cã m« men nhá h¬n. Tuy nhiªn, ®Æc tÝnh 2 l¹i cã gi¸ trÞ ®é tr-ît øng víi m«men tÜnh ®Þnh møc trªn trôc ®éng c¬ lín Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sü 13 h¬n so víi ®-êng 1, Sv2>Sv1, ®iÒu nµy g©y khã kh¨n cho viÖc ®-a ®éng c¬ vµo ®ång bé.   0 1 Sv2 0 2 M M Mdm Mk1 Mk2 Mdm Mmax H×nh 1-6: §Æc tÝnh c¬ cña §C§B a) khi khëi ®éng b) khi lµm viÖc x¸c lËp §iÖn trë t¸c dông cña lång sãc lín th-êng dïng ®Ó khëi ®éng c¸c t¶i cã m« men c¶n tÜnh trªn trôc m¸y lín, vÝ dô m¸y c¸n khi ë tèc ®é thÊp lùc ma s¸t t-¬ng ®èi lín do vËy cÇn ph¶i cã m« men khëi ®éng lín. Th-êng th× ®èi víi §C§B m« men c¶n tÜnh khi khëi ®éng kh«ng t¶i b»ng kho¶ng ( 0.30.4 )M®m. Khi ®ã ®é tr-ît sv=0.02  0.05, do vËy ®éng c¬ vµo ®ång bé mét c¸ch dÔ dµng. §èi víi nh÷ng phô t¶i cã m« men c¶n tÜnh t¨ng dÇn trong qu¸ tr×nh khëi ®éng, nh- lo¹i phô t¶i cã ®Æc tÝnh qu¹t giã, th× sö dông nh÷ng ®éng c¬ cã ®Æc tÝnh 1 lµ hîp lý h¬n. §Æc tÝnh c¬ cña §C§B nh- trªn (h×nh 1-6b) lµ mét ®-êng th¼ng song song víi trôc hoµnh, khi phô t¶i trªn trôc ®éng c¬ thay ®æi trong kho¶ng (0 Mmax) th× tèc ®é cña nã ®-îc gi÷ kh«ng ®æi. Do ®ã, m«®ul ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ cña §C§B ë mäi ®iÓm ®Òu b»ng v« cïng. Tuy vËy tèc ®é tøc thêi cña Roto ®éng c¬ cã thÓ sai kh¸c chót Ýt so víi tèc ®é ®ång bé 0 (s), vÝ dô nÕu m« men c¶n trªn trôc ®éng c¬ t¨ng, Roto sÏ bÞ tôt l¹i phÝa sau tõ tr-êng Stato vµ Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sü 14 khi ®ã gãc gi÷a vecto ®iÖn ¸p l-íi (hay ®iÖn ¸p ®Çu ra cña biÕn tÇn) vµ søc ®iÖn ®éng Stato do tõ th«ng sinh ra t¨ng lªn. a) §å thÞ vector ®¬n gi¶n vµ ®Æc tÝnh gãc cña §C§B M« men cña §C§B cã quan hÖ chÆt chÏ víi gãc pha gi÷a hai vect¬ søc ®iÖn ®éng vµ ®iÖn ¸p ®Æt lªn mét pha cña ®éng c¬ (gãc ). ChÝnh v× thÕ ®Æc tÝnh C jIXs U1sin U1 A B E I1 H×nh 1-7:§å thÞ vector ®¬n gi¶n gãc M() cña §C§B lµ mét vÊn ®Ò rÊt quan träng trong khi ph©n tÝch qu¸ tr×nh lµm viÖc cña ®éng c¬. §Ó x©y dùng ®Æc tÝnh gãc cña §C§B ta xuÊt ph¸t tõ ®å thÞ vector ®¬n gi¶n nh- trªn h×nh 1-7. Trong ®ã ta cã c¸c ký hiÖu nh- sau: I : Vector dßng ®iÖn pha Stator. E , U1 , : Vect¬ søc ®iÖn ®éng pha cuén d©y Stator vµ ®iÖn ¸p pha cña ®iÖn ¸p l-íi hay ®iÖn ¸p ë ®Çu ra cña biÕn tÇn. Xs: §iÖn kh¸ng pha Stator. : Gãc lÖch pha gi÷a dßng ®iÖn Stator vµ ®iÖn ¸p l-íi (hoÆc ®iÖn ¸p ®Çu ra cña biÕn tÇn). : Gãc lÖch trong gi÷a søc ®iÖn ®éng Stator vµ ®iÖn ¸p l-íi (hoÆc ®iÖn ¸p ®Çu ra cña biÕn tÇn). Tõ ph-¬ng tr×nh c«ng suÊt cña ®éng c¬ ( ë ®©y ta gi¶ thiÕt ®iÖn trë cña cña cuén d©y Stator lµ rÊt nhá vµ cã thÓ bá qua). Khi ®ã toµn bé c«ng suÊt t¸c dông nhËn ®-îc tõ l-íi (hoÆc ®Çu ra cña biÕn tÇn) ®-îc chuyÓn vµo Rotor. Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sü 15 Pdt  P1  3U1I cos P 3U I cos M  dt  1 0 (1-1) (1-2) 0 P®t, P1: lÇn l-ît lµ c«ng suÊt ®iÖn tõ vµ c«ng suÊt ®éng c¬ nhËn tõ l-íi. M: M« men trªn trôc ®éng c¬. Tõ ®å thÞ vector ë trªn h×nh 1-7 ta cã: U1cos =Ecos( - ) (1-3) Tõ tam gi¸c ABC ta cã: cos(   )  U1 sin IX s (1-4) Tõ ®ã ta cã: U1 cos  EU1 sin IX s (1-5) thay (1.5) vµo (1.2) ta ®-îc: M 3EU1 sin  M max sin 0 X s (1-6) Tõ quan hÖ (1.6) ta cã ®-îc ®å thÞ ®Æc tÝnh gãc nh- trªn h×nh (1-8). Th«ng th-êng ®éng c¬ chØ lµm viÖc æn ®Þnh víi nh÷ng gi¸ trÞ gãc  nhá, gãc lÖch pha quan träng vµ ®¸ng chó ý nhÊt lµ gãc lÖch pha ®Þnh møc ®m, gãc lÖch nµy ®Æc tr-ng cho kh¶ n¨ng lµm viÖc l©u dµi cña ®éng c¬ theo ®iÒu kiÖn ph¸t nãng vµ v× vËy m« men t-¬ng øng lóc ®ã lµ m« men ®Þnh møc. Gi¸ trÞ ®m ®èi víi §C§B th-êng n»m trong kho¶ng 250300. §å thÞ h×nh 1-8 cho ta thÊy gi¸ trÞ m«men lín nhÊt cña §C§B øng víi gãc  =/2 th× ®éng c¬ sÏ lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh vµ mÊt tÝnh chÊt ®ång bé. Kh¶ n¨ng qu¸ t¶i cña §C§B ®-îc ®Þnh nghÜa lµ tû sè gi÷a m« men cùc ®¹i vµ m« men ®Þnh møc: =Mmax/M®m Tr-êng §H B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sü 16 Gi¸ trÞ cña  th-êng n»m trong kho¶ng tõ 23 tïy theo nhµ s¶n xuÊt chÕ t¹o ®éng c¬. M Mmax Mdm  d /2 H×nh 1-8: §å thÞ ®Æc tÝnh gãc §C§B 