›
›

Máy điện 1 - Chương 10: Vận hành máy điện không đồng bộ

pdf 28 trang vanle 3130
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Máy điện 1 - Chương 10: Vận hành máy điện không đồng bộ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfmay_dien_1_chuong_10_van_hanh_may_dien_khong_dong_bo.pdf

Nội dung text: Máy điện 1 - Chương 10: Vận hành máy điện không đồng bộ

  1. 198 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP MÁY ĐIỆN 1 2008
  2. 199 Chƣơng 10 VẬN HÀNH MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 10.1. KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Theo yêu cầu của sản xuất, động cơ điện không đồng bộ lúc làm việc thường phải khởi động và ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưới điện mà yêu cầu về khởi động đối với động cơ điện cũng khác nhau. Khi bắt đầu khởi động thì rotor đứng yên, tốc độ n = 0, hệ số trượt s = 1 nên dòng điện khởi động của động cơ có thể tính theo mạch điện thay thế hình 9-7b: U1 I1K (10-1) ZVK Trên thực tế do mạch từ tản bão hòa rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng điện khởi động còn lớn hơn so với trị số theo công thức (10-1). Ở điện áp định mức Uđm thường dòng điện khởi động IK = (47)Iđm. Dòng điện khởi động lớn không những làm cho bản thân máy bị nóng mà còn làm cho điện áp của lưới điện bị giảm. Ta có moment khởi động của động cơ không đồng bộ theo (9-56): m U2 R ' M 1 Th 2 (10-2) K ' 2 ' 2 1 (R Th R 2 ) (XTh X2 ) Khi khơi động động cơ, có khi yêu cầu mômen khởi động lớn, có khi cần hạn chế dòng điện và có khi cần cả hai. Nói chung khi khởi động động cơ cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau đây: Mômen khởi động MK phải lớn để thích ứng với đặc tính tải. IK càng nhỏ càng tốt để không ảnh hưởng đến các phụ tải khác. Thời gian khởi động tK cần nhỏ để máy có thể làm việc được ngay. Thiết bị khởi động đơn giản, rẻ tiền, tin cậy và ít tốn năng lượng. Những yêu cầu trên là trái ngược nhau, vì thế tùy theo yêu cầu sử dụng, công suất động cơ và công suất của lưới điện mà ta chọn phương pháp khởi động thích hợp. 10.1.1. Khởi động động cơ rotor dây quấn U1 M R2+ RK2 CD1 R2+ Rk2+Rk1 R2 Mmax ĐC
  3. 200 Khi khởi động động cơ, dây quấn rotor được nối với các điện trở phụ RK (hình 10-1a). Đầu tiên K1 và K2 mở, động cơ khởi động qua điện trở phụ lớn nhất, sau đó đóng K1 rồi K2 giảm dần điện trở phụ về không. Đường đặc tính moment ứng với các điện trở phụ khởi động RK1 và RK2 trình bày trên hình 10-1b. Lúc khởi động n = 0 thì s = 1, muốn moment khởi động MK = Mmax thì sm = 1: ' ' R 2 R K sm 1 (10-3a) 2 ' 2 R Th (XTh X2 ) Do RTh R1 và XTh X1, nên ta có: ' ' R 2 R K sm 1 (10-3b) 2 ' 2 R1 (X1 X2 ) R ' R ' Và R << X + X’2, nên: s 2 K 1 (10-3c) 1 1 m ' X1 X2 trong đó RK là điện trở khởi động qui đổi về stator, do vậy: ' 2 R K a .R K (10-4) 2 Với : a = ai . ae hệ số qui đổi thông số rotor về stator. Từ đó xác định được điện trở khởi động ứng với mômen khởi động MK= Mmax. Khi có điện trở khởi động RK, dòng điện trong dây quấn rotor khi khởi động động cơ là: UTh IK (10-5) ' ' 2 ' 2 (R Th R 2 R K ) (XTh X2 ) Nhờ có điện trở RK dòng điện khởi động giảm xuống, moment khởi động tăng, đó là ưu điểm lớn của động cơ rotor dây quấn. Moment khởi động :
  4. 201 m U2 R ' M 1 Th 2 (10-6) K ' 2 ' 2 1 (R Th R 2 R'K ) (XTh X2 ) VÍ DỤ 10-1 Họ đặc tính M=f(s) của động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor dây quấn có số liệu: 400hp, 2300V nối Y, 60Hz, 14 cực từ trình bày trên hình VD 10-1. Đường cong A và D cho biết giới hạn của điện trở điều chỉnh. Xác định (a) điện trở điều chỉnh để mômen khởi động bằng mômen cực đại; (b) dòng điện rotor và mômen khởi động của trường hợp (a); (b) bội số mômen khởi động của động cơ ở trường hợp (a). Cho biết a=3,8 và các thông số của động cơ trên một pha như sau: R1 = 0,403 , R’2 = 0,317 , Rfe = bỏ qua X1 = 1,32  ; X’2 = 1,32  XM = 35,46  Bài giải a. Điện trở điều chỉnh để mômen khởi động bằng mômen cực đại: Điện áp và tổng trở theo Thévenin :  U1đm 0 2300 0 Điện áp pha : U1 0 1327 ,90 V 3 3   U1 jX M 1327 ,9 j35,46 0 UTh 1280 ,170,63 V R1 j(X1 XM ) 0,403 j(1,32 35,46) (R1 jX 1) jX M (0,403 j1,32) j35,46 ZTh 0,3745 j1,2767  R1 j(X1 XM ) 0,403 j(1,32 35,46) Điện trở điều chỉnh: ' ' R 2 R K sm 1 2 ' 2 R Th (XTh X2 ) ' 0,317 R K sm 1 0,3745 (1,2767 1,32)2 ’ ’ 2 2 R K = 2,3067  , vậy RK = R K/a = 2,3067/3,8 = 0,1697  Dòng điện trong dây quấn rotor khi khởi động của động cơ là: UTh IK ' ' 2 ' 2 (R Th R 2 R K ) (XTh X2 ) 1280 ,17 IK 268,4 A (0,3745 1,32 2,3067 )2 (1,2767 1,32)2
  5. 202 0 0,1 A 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 B C D 0,7 0,8 0,9 M * s 1,0 300% 200% 100% 0 Hình VD.10-1 Họ đường cong M=f(s) Tốc độ góc đồng bộ : 2 f 2 60  1 53,86 rad /s . 1 p 7 Moment khởi động : m1 '2 ' ' MK I2K (R 2 R K ) 1
  6. 203 3 M 268,42 (0,317 2,3067 ) 10528 N.m K 53,86 Từ hình VD 10.2, ta thấy khi Mđm thi sđm = 0,015 m U2 R ' /s Moment định mức: M 1 Th 2 đm đm ' 2 ' 2 1 (R Th R 2 /sđm) (XTh X2 ) 3 1280 ,17 2 0,317 / 0,015 Mđm 53,86 (0,3745 0,317 / 0,015)2 (1,2767 1,32)2 Mđm 4110 N.m Năng lực quá tải: MK 10528 mK 2,56 Mđm 4110 10.1.2. Khởi động động cơ rotor lồng sóc a) Khởi động trực tiếp: U1 Đóng cầu dao CD nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới điện (hình 10-2). Ưu điểm của CD phương pháp này là thiết bị khởi động đơn giản; moment khởi động MK lớn ; thời gian khởi động tK nhỏ. Còn khuyết điểm là dòng điện khởi động IK lớn làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác. Vì vậy ĐC nó chỉ được dùng cho những động cơ công suất nhỏ và công suất của nguồn S lớn hơn nhiều nguồn Hình 10-2 Khởi động trực tiếp lần công suất động cơ Sđ.cơ. b) Khởi động bằng cách giảm điện áp đặt vào dây quấn stator Các phương pháp sau đây nhằm mục đích giảm dòng điện khởi động IK của động cơ. Nhưng khi giảm điện áp khởi động thì moment khởi động cũng giảm theo. . Khởi động dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stator Trên sơ đồ hình 10-3 trình bày phương pháp khởi động dùng điện kháng ĐK (có thể dùng điện U1 trở RK). Khi khởi động cầu dao CD2 cắt, đóng CD1 để nối dây quấn stator vào lưới điện thông qua điện kháng ĐK, động cơ quay ổn định, đóng CD1 CD2 để ngắn mạch điện kháng ĐK, nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới. Nhờ có điện áp rơi trên ĐK điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vào động cơ CD2 giảm làm dòng điện khởi động giảm. Gọi k là hệ số làm giảm điện áp khi khởi động; U1 là điện áp pha của lưới điện; ZVK là ĐC Hình 10-3 Khởi động dùng điện kháng
  7. 204 tổng trở ngắn mạch pha (tổng trở vào) của động cơ khi rotor đứng yên. Điện áp đặt vào động cơ điện khi khởi động là: U U 1 với k > 1 K a Lúc đó dòng điện khởi động: UK U1 IK (10-7a) ZVK aZVK Dòng điện khởi động trực tiếp. U1 I1K (10-7b) ZVK So sánh (10-7a) và (10-7b), ta thấy dòng điện khởi động giảm đi k lần, còn moment khởi động giảm a2 lần: 2 2 MK/M’K = (U1 /UK) = a (10-8) VÍ DỤ 10-2 Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, công suất 30hp, 60Hz, 230V nối Y, 6 cực từ, 78A, 1748 vòng/phút, tổng trở pha khi rotor ngắn mạch 0,273690 . Động cơ khởi động dùng điện trở mắc nối tiếp vào mỗi dây pha. Xác định (a) điện trở khởi động để dòng điện khởi động bằng ba lần dòng điện định mức; (b) điện áp pha đặt lên dây quấn stator khi khởi động; (c) mômen khởi động % của động cơ so với mômen định mức, cho biết mK = 1,5. Bài giải a. Tổng trở pha khi khởi động: 0 Z = RK + Zn = RK + 0,27369 = RK + 0,0978 + j0,2549  Điện áp pha của lưới khi khở động: U1 = U/ 3 = 230/ 3 = 132,79 V Dòng điện khở động: IK = 3 x Iđm = 3 x 78 = 234 A Mà ta có biểu thức: U1 132,79 IK 234 Z 2 2 (R K 0,0978 ) 0,2549 RK = 0,4093  b. Điện áp pha đặt vào động cơ khi khở động: UK = IK x Zn = 234 x 0,273 = 63,88 V c. Mômen khởi động tỉ lệ với bình phương điện áp nên:
  8. 205 2 MK 1,5Mđm U1 M'K MK63,88 UK 2 UK M'K63,88 1,5Mđm U1 2 63,88 1,5Mđm 0,347 Mđm 34,7%Mđm 132,79 VÍ DỤ 10-3 Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có các số liệu định mức: 5,5kW, 50Hz, 380V nối Y, 4 cực từ, 17,8A, 1455 vòng/phút, góc của tổng trở pha 0 khi rotor đứng yên 69 . Động cơ khởi động dùng cuộn kháng (cho rằng Rcd =0) mắc nối tiếp vào mỗi dây pha. Xác định điện cảm L khởi động để dòng điện khởi động bằng hai lần dòng điện định mức; (b) điện áp pha đặt lên dây quấn stator khi khởi động, cho biết bội số dòng điện khởi động mI = 5,5. Bài giải a. Điện cảm khở động của động cơ: Dòng điện khở động trực tiếp: IK = 2 x Iđm = 5,5 x 17,8 = 97,9 A Điện áp pha của lưới khi khở động: U1 = U/ 3 = 380/ 3 = 220 V Tổng trở pha của động cơ khi rotor đứng yên: U1 220 ZVK 2,241  IK 97,9 0 ZVK = 2,24170 = 0,7665 + j2,1058  Tổng trở pha lúc khởi động dùng cuộn kháng: 0 Z = XK + ZVK = XK + 2,24170 = 0,7665 + j(XK + 2,1058)  Dòng điện khở động khi dùng cuộn kháng: IK = 2 x Iđm = 2 x 17,8 = 35,6 A Mà ta có biểu thức: U1 219,4 IK 35,6 Z 2 2 (0,7665 ) (XK 2,105) XK = 4,01  XK = 2 fLK LK = XK/2 f = 4,01/2 .50 = 0,01276 H = 12,76 mH b. Điện áp pha đặt vào động cơ khi khở động: UK = IK x ZVK = 35,6 x 2,241 = 79,8 V
  9. 206 . Khởi động dùng mba tự ngẫu Trên sơ đồ hình 8-4 trình bày phương pháp khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu, MBA tự ngẫu nối Y với điện áp lấy ra 50, 65, 80% điện áp định mức để đưa vào động cơ. Trước khi khởi cắt động cầu dao CD2, đóng CD3, MBA TN để ở vị trí điện áp đặt vào động cơ khoảng 0,65Uđm, đóng CD1 để nối dây quấn stator vào lưới điện thông qua MBA tự ngẫu, động cơ quay ổn định, cắt CD3, đóng CD2 để nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới. Gọi a là hệ số biến áp của MBA tự ngẫu; U1 là điện áp pha của lưới điện; Zn là tổng trở U1 pha của động cơ lúc mở máy. Điện áp đặt vào động cơ điện khi khởi động là: CD1 U U 1 K a Lúc đó dòng điện khởi động: CD2 UK U1 TN IK (10-9) ZVK aZVK Dòng điện I1 lưới điện cung cấp cho động cơ lúc khởi động là dòng điện sơ cấp của MBA tự ngẫu: ĐC I U I K 1 (10-10) CD3 1 2 a a ZVK Hình 10-4 Khởi động dùng BA TN Dòng điện khởi động trực tiếp. U1 I1 (10-11) ZVK So sánh (10-10) và (8-11), ta thấy lúc khởi động có MBA tự ngẫu, dòng điện lưới giảm đi a2 lần. Đây là ưu điểm so với phương pháp dùng điện kháng. Thường phương pháp này dùng cho những động cơ công suất lớn. Điện áp đặt vào động cơ giảm đi k lần thì mômen khởi động M’K của động cơ giảm đi: 2 M U K 1 a 2 (10-12) ' MK UK VÍ DỤ 10-4 Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, công suất 125hp, 60Hz, 460V nối Y, cos = 0,75, 6 cực từ, 1141 vòng/phút, mK = 1,25, mI = 6,737. Xác định (a) dòng điện lưới và mômen khởi động với điện áp lưới 460V; Nếu động cơ được khởi động bằng MBA tự ngẫu với điện áp 65% điện áp định mức, xác định (b) dòng điện lưới và mômen khởi động của động cơ. Bài giải a. Động cơ khởi động trực từ lưới điện. Mômen định mức và khởi động của động cơ:
  10. 207 Pđm 125 746 Mđm 9,55 9,55 780,5Nm nđm 1141 MK 1,25Mđm 1,4 780,5 975,6Nm Dòng điện định mức và khởi động của động cơ: Pđm 746 125 746 Iđm 156A 3.U.cos 3.460.0,75 IK 6,737.Iđm 6,737 156 1051A b. Động cơ khởi động qua MBA từ ngẫu. Điện áp đặt vào động cơ khi khởi động nhơ biến áp tự ngẫu: UK = 0,65. U1 = 0,65.460 = 299 V Do tổng trở ngắn mạch của động cơ là không đổi, nên dòng điện khởi động tương ứng điện áp giảm là: I'K 0,65 IK 0,65 1051 683,15A Mômen khởi động tỉ lệ với bình phương điện áp nên: 2 2 2 MK U1 UK 0,65.460 M'K MK 976,5 412,6Nm M'K UK U1 460 Tỉ số biến áp của MBA tự ngẫu: U U 1 a CA CA UHA 0,65.UCA 0,65 Dòng điện lưới khi khởi động với MBA tự ngẫu; I I CA 0,65 683,15 444 A CA a . Khởi động bằng cách đổi nối Y Áp dụng cho động cơ làm việc bình thường nối tam giác . Khi khởi động động cơ nối hình sao Y, sau khi tốc độ quay gần ổn định chuyển về nối để làm việc như trình bày trên hình 10-5. Điện áp pha khi khởi động: U1 ' 1 UKf UK 3 CD1 Dòng điện khi khởi động nối hình sao (Y): ' 1 IKY IKf IKf 3 Dòng điện khi khởi động trực tiếp ĐC (nối hình tam giác): CD IK 3IKf Ta có tỉ số: Hình 10-5 Khởi động đổi nối Y
  11. 208 I 3I K Kf 3 (10-13) IKY IKf 3 Còn moment khởi động của động cơ MK giảm đi 3 lần, tương ứng với việc giảm của điện áp. VÍ DỤ 10-5 Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, công suất 60hp, 60Hz, 460V nối Y, 1750 vòng/phút, mK = 1,4 có tổng trở khi rôto đứng yên 0,54769,10/pha. Động cơ sẽ được khởi động đổi nối Y , xác định điện áp lưới (a) động cơ sẽ làm việc; dòng điện khởi động pha và dây (b) khi nối ; dòng điện khởi động pha (c) khi nối Y. Bài giải a. Điện áp lưới động cơ sẽ làm việc: U 460 Ud 265,6V 3 3 b. Dòng điện khởi động pha và dây khi nối : U 460 IpK 485,5A 3 Znp 3 0,547 IdK 3 IpK 3 485,5 84A c. Dòng điện khởi động khi nối Y: Ud 265,6 IpKY 280,3A 3 Znp 3 0,547 d. Số lần dòng điện giảm được so với khi khởi động trực triếp I 841 dK 3 lần IKY 280,3 e. Mômen định mức và khởi động: Pđm 60 746 Mđm 9,55 9,55 244 Nm nđm 1750 MK 1,4Mđm 1,4 244 341,5Nm f. Mômen khởi động khi nối Y còn lại là: 2 2 M1 U1 U2 M2 M1 M2 U2 U1 M 265,6/ 3 1 341,5 113,8Nm M2 265,6
  12. 209 10.2. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Người ta đã nghiên cứu nhiều về việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ, nhưng nhìn chung thì các phương pháp này đều có những ưu nhược điểm của nó và chưa giải quyết được toàn bộ vấn đề như phạm vi điều chỉnh, năng lượng tiêu thụ, độ trơn khi điều chỉnh, thiết bị sử dụng. Mặc dầu việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ còn một số khó khăn nhất định, nhưng trong những trường hợp cụ thể nào đó thì dùng phương pháp điều chỉnh tốc độ thích hợp có thể thỏa mãn được yêu cầu. Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ được cho bởi công thức: 60f n n (1 s) 1 (1 s) vg/ph (10-14) 1 p Nhìn vào biểu thức trên ta thấy: động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc có thể điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số dòng điện stator, đổi nối dây quấn stator để thay đổi số đôi cực từ p của từ trường hoặc thay đổi điện áp đặt vào dây quấn stator để thay đổi hệ số trược s. Tất cả các phương pháp điều chỉnh đó đều thực hiện ở phía stator. Đối với động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn thường điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor để thay đổi hệ số trược s, việc điều chỉnh được thực hiện ở phía rotor. 8.2.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực từ: Số cực của từ trường quay stator tùy thuộc vào cách đấu dây quấn stator. Bằng cách đấu lại dây quấn, một động cơ hai cực (p = 1) có thể thành bốn cực (p = 2). Động cơ không đồng bộ có cấu tạo dây quấn để thay đổi số đôi cực từ được gọi là động cơ nhiều cấp tốc độ. Phương pháp này chỉ dùng cho loại động cơ rotor lồng sóc. Trên hình 10-6 trình bày hai đặc tính M1(n) và M2(n) ứng với hai tốc đồng bộ n11 và n12. Theo công thức (10-14) và (9.53), ta có: n11 = 2n12 và M2max = 2M1max. (10-15) n p = 1 n1 1 M p = 2 n 1 f>fđm 2 f=fđm M f<fđm n 0 M1ma M2max 0 n Hình 10-6. Đặc xtính cơ ĐK có hai cực m Hình 10-7 Đặc tính cơ khi f thay đổi (U/f=Cte) đấu nối dây quấn thành bốn cực
  13. 210 8.2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện Điều chỉnh điện áp stator theo tần số có sơ đồ khối như hình 10-8a. Với điều kiện năng lực quá tải không đổi, có thể tìm ra được quan hệ giữa điện áp U1, tần số f1 và mômen M. Trong công thức (9-53) về mômen cực đại, khi bỏ qua điện trở R1 và UTh = U1 thì moment cực đại có thể viết thành : 2 U2 U M C 1  1 (10-16) max 2 f1 f1 Trong đó C là một hệ số. Rectifier Invertor IM (ac- dc) (dc - ac) 3 (a) U control f control M M không đổi fđm P không đổi MC Hình 10-8 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện a) Sơ đồ khối; 0 b) Đặc tính cơ U1/f (b) n Giả thiết U’1 và M’ là điện áp và moment lúc tần số f1’, căn cứ vào điều kiện năng lực quá tải không đổi, ta có : M' M max max M' M '2 2 M' M'max U1 f1 hay 2 '2 M Mmax U1 f1 U' f ' M' Do đó ta có: 1 1 U1 f1 M Trong thực tế ứng dụng, thường yêu cầu moment không đổi, nên ta có : U' f ' U 1 1 hay 1 const (10-17) U1 f1 f1
  14. 211 Trường hợp yêu cầu công suất Pcơ không đổi, nghĩa là mômen tỉ lệ nghịch với tần số, ta có : ' M1 f1 ' ; M1 f1 Thế vào trên ta được : U' f ' 1 1 (10-18) U1 f1 Tóm lại, khi thay đổi tần số f1, ta phải đồng thời thay đổi điện áp U1 đưa vào te động cơ. Trường hợp U1/f = C , có đặc tính cơ như hình 10-7, cách điều chỉnh này có các đặc tính thích hợp với loại tải cần M=Cte khi vận tốc thay đổi. Trên hinh 10- 10b, khi f fđm mà U/f không đổi thì khi U > Uđm bộ nghịch lưu không thể cấp giá trị điện áp này, nên U/f ở vùng này được phép giảm và moment động cơ giảm theo tốc độ. Vùng điều khiển này là vùng có công suất Pcơ không đổi. 8.2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở rotor M U1 R2 R2+ r2+ CD1 rp1 rp2+rp1 IM s R p2 0 1 (a) s1 s2 s3 s4 s5 (b) 3 Id Rcơ IM UC R (c) 3 Id Rcơ Tach IM UC R (d) n Id n*   Hình 10-9 Điều chỉnh tốc độ động cơ rotor DQ dùng điện trở a) Sơ đồ điều chỉnh; b) Đặc tính; c. Sơ đồ mạch hở; d. Sơ đồ mạch kín
  15. 212 Thay đổi điện trở dây quấn rôto, bằng cách mắc thêm biến trở ba pha vào mạch rotor để điều chỉnh tốc độ động cơ rotor dây quấn như trên hình 10-9a. Do biến trở điều chỉnh phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn hơn biến trở khởi động. Họ đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rotor dây quấn khi dùng biến trở điều chỉnh tốc độ trình bày trên hình 10-9b. Khi tăng điện trở, tốc độ quay của động cơ giảm. Phương pháp này gây tổn hao trong biến trở nên làm hiệu suất động cơ giảm. Tuy vậy, đây là phương pháp khá đơn giản, tốc độ được điều chỉnh liên tục trong phạm vi tương đối rộng nên được dùng nhiều trong các động cơ công suất cở trung bình. Phương pháp nầy chỉ thực hiện khi máy mang tải, còn khi máy không tải thay đổi biến trở, tốc độ động cơ gần như không đổi. Do tổ hao nên ta thay biến trở bằng bộ đóng cắt như trình bày trên hình 10-9c (mạch hở), và có phản hồi hình 10-9d (mạch kín). Tần số đóng cắt và điện trở tương đương của mạch : 1 1 f ; (10-19) t1 t 2 T t1 t1 R C R1 R1 R1 (10-20) t1 t 2 T VÍ DỤ 10-6 Họ đặc tính M=f(s) của động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor dây quấn có số liệu: 400hp, 2300V nối Y, 60Hz, 14 cực từ trình bày trên hình VD 10-1. Đường cong A và D cho biết giới hạn của điện trở điều chỉnh. Xác định (a) dãy tốc độ biến thiên của rotor khi thay đổi điện trở điều chỉnh khi tải trên đầu trục bằng định mức không đổi; (b) điện trở điều chỉnh để đạt được 260% mômen định mức khi khởi động. Cho biết a=3,8 và các thông số trên một pha như sau: R1 = 0,74 , R’2 = 0,647 , Rfe = bỏ qua X1 = 1,33  ; X’2 = 2,01  XM = 77,6  Bài giải a. Dãy tốc độ biến thiên của rotor Tốc độ vòng đồng bộ : 60f 60 60 n 1 514,3 vòng/phút 1 p 7 Từ sự giao nhau của đường cong M=f(s) với tải định mức trên hình VD 10-1, ta tìm được hệ số trượt ở tốc độ thấp s = 4 và ở tốc độ cao s = 0,015. Như vậy tốc độ thấp, đường D: n = (1 – s) n1 = (1 – 0,4). 514,3 = 311 vòng/phut Tốc độ cao, đường A: n = (1 – s) n1 = (1 – 0,015). 514,3 = 507 vòng/phut
  16. 213 b. Điện trở điều chỉnh: Đường cong B có MK = 2,6Mđm và tương ứng có hệ số trượt tới hạn sm = 0,74. Điện trở điều chỉnh trong trường hợp này có trị số: ' R 2 R'đc 2 ' 2 ' sm R'đc sm RTh (XTh X2 ) R 2 2 ' 2 R Th (XTh X2 ) 2 2 R'đc 0,74 0,3745 (1,2767 1,32) 0,317 1,62  Với RTh = 0,374  và XTh = 1,2767  đã tính ở ví dụ 10.1. Vậy điện trở điều chỉnh: 2 2 Rđc = R’đc/a = 1,62/3,8 = 0,112  Điều kiện làm việc bình thƣờng và quá tải ĐK rotor dây quấn Nghiên cứu đường cong quan hệ M=f(s) của động cơ không đồng bộ rotor dây quấn trình bày trên hình VD 10-1 cho ta thấy mômen từ 0 đến 1,1Mđm nó có tính chất tuyến tính. Như vậy các công thức, dòng điện rotor, mômen điện từ đã có chỉ thêm điện trở điều chỉnh Rđc và nếu hệ số trượt s < 0,03, ta có các công thức gần đúng như sau: ' U1 s I2,s 0,03  (10-21) R'2 R'đc m U2 s M  1 1 (10-22) s 0,03 1 R'2 R'đc Từ công thức (10-21) và (10-22) cho thấy khi hệ số trượt s < 0,03 thì dòng điện và mômen đều tỉ lệ thuận với hệ số trượt s và tỉ lệ nghịch với điện trở (R’2 và R’đc). Vì có điện trở mắc vào mạch rotor, nên điều kiện s < 0,03 là bắt buộc cho động cơ rotor lồng sóc nhưng không bắt buộc cho động cơ rotor dây quấn. Như hình VD 10-1, tính chất tuyến tính nằm trong hệ số trượt s = 0 – 0,5. Như vậy trong điều kiện tần số, điện áp định mức và vận hành trong vùng tuyến tính, ta có các quan hệ sau: ' s I2  (10-23) tuyêntinh R'2 R'đc s M  (10-24) tuyêntinh R'2 R'đc VÍ DỤ 10-7 Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor dây quấn có số liệu: 300kW, 380V nối Y, 50Hz, 4 cực, sđm = 0,016 từ đang vận hành với tải định mức và không có điện trở điều chỉnh. Các thông số trên một pha như sau:
  17. 214 R1 = 0,00536 , R’2 = 0,00613 , Rfe = 7,66 X1 = 0,0383  ; X’2 = 0,0383  XM = 0,5743  Xác định (a) tần số rotor; (b) hệ số trượt tới hạn; (c) tốc độ khi mômen tải bằng nửa mômen định mức; (d) điện trở điều chỉnh pha khi tải trên đầu trục bằng nửa định mức và tốc độ 1000 vòng/phút, cho biết a=2 và động cơ vận hành trong vùng tuyến tính ; (e) mômen định mức khi tốc độ định mức. Bài giải a. Tần số rotor: f2 = s. f1 = 0,16. 50 = 0,8 Hz b. Hệ số trượt tới hạn: ở đây do X1 << XM, nên ta dùng công thức: ' ' R 2 R K 0,00613 0 sm 0,0798 2 ' 2 2 2 R1 (X1 X2 ) 0,00536 (0,0383 0,0383) c. Động cơ vận hành trong vùng tuyến tính, từ (10-24), ta lập tỉ số: M s /(R' R' ) 1 1 2 đc 1 M2 s2 /(R'2 R'đc )2 M2 (R'2 R'đc )2 s2 s1 M1 (R'2 R'đc )1 0,5Mđm (0,0613)2 s2 0,016 0,008 Mđm (0,0613)1 Tốc độ đồng bộ và của rotor: 60f 60 50 n 1 1500 vòng/phút 1 p 2 n = (1 – s) n1 = (1 – 0,008). 1500 = 1488 vòng/phut d. Hệ số trượt khi tốc độ 1000 vòng/phút và điện trở điều chỉnh: n n 1500 1000 s 1 0,3333 n1 1500 s2 M1 R'đc,2 (R'2 R'đc )1 R'2 s1 M2 0,3333 Mđm R'đc,2 (0,00613 0)2 0,00613 0,2509  0,016 0,5Mđm R'đc 0,2509 R đc 0,0627  a 2 22 e. Mômen định mức: nđm = (1 – sđm) n1 = (1 – 0,016). 1500 = 1476 vòng/phut
  18. 215 Pđm 300 Mđm 9550 9550 1941 Nm nđm 1476 8.2.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn điện B C A n MC n1 nm U1đm < U2 < U3 ĐC M 0 (a) (b) Hình 10-10 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn điện Thay đổi điện áp nguồn bằng ba cặp Thyristor đấu song song ngược như sơ đồ hình 10-10. Ứng với các góc mở khác nhau của Thyristor, điện áp trung bình đặt vào động cơ khác nhau, nói cách khác ta thay đổi được điện áp đặt vào động cơ. Đây là phương pháp đơn giản nhờ kỹ thuật điện tử phát triễn. Ta đã biết, hệ số trượt tới hạn sm không phụ thuộc vào điện áp đặt vào dây quấn stator U1. Nếu điện trở R’2 không đổi thì khi giảm điện áp nguồn U1, hệ số trượt 2 tới hạn sm sẽ không đổi còn Mmax giảm tỉ lệ với U1 . Vậy họ đặc tính thay đổi như hình (10-10b) làm cho tốc độ thay đổi theo. Phương pháp này chỉ thực hiện khi máy mang tải, còn khi máy không tải giảm điện áp nguồn, tốc độ của động cơ gần như không đổi. 10.3. ĐỘNG CƠ KĐB ỨNG DỤNG HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI Người sử dụng mong muốn động cơ không đồng bộ (ĐK): - Khi khởi động thì mômen khởi động MK lớn và dòng khởi động IK nhỏ. - Lúc làm việc bình thường thì hiệu suất của động cơ  phải cao. Với các yêu cầu trên thì động cơ không đồng rôto dây quấn và rôto lồng sóc, loại nào đáp ứng được ?. ĐK rôto dây quấn: Thực hiện được các yêu cầu trên một cách dễ dàng. ĐK rôto lồng sóc: để hiểu rõ phải nhận xét thêm. Nhận xét ưu khuyết điểm của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc rãnh thường :
  19. 216 + Ưu điểm : - Chế tạo đơn giản. - Làm việc chắc chắn. - Đặc tính làm việc tốt. + Khuyết điểm : - Dòng khởi động IK lớn - Mômen khởi động MK thường không lớn lắm. Nếu dùng vật liệu để chế tạo điện trở rôto R2 lớn thì mômen khởi động MK lớn nhưng hiệu suất  lại giảm. Để khắc phục khuyết điểm động cơ không đồng bộ rotor rãnh thường, tức là cải thiện đặc tính khởi động, người ta chế tạo ra nhiều kiểu đặc biệt trong đó hiện nay sử dụng nhiều nhất là chế tạo động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc rãnh sâu và chế tạo động cơ không đồng bộ rôto hai lồng sóc. 8.3.1. Động cơ rôto rãnh sâu Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc rãnh sâu lợi dụng hiện tượng từ thông tản trong rãnh rôto gây nên hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài khi khởi động làm điện trở rôto R2 tăng lên để cải thiện đặc tính khởi động. a) Cấu tạo rãnh rôto 1 2 3 M b x s =1 h sđ J m s 0 sđm 1 Hình 10.11 Sự phân bố từ thông tản và mật độ dòng điện ở rôto khi khởi động Hình 10.12 Đặc tính cơ khi khởi động Thường chiều cao của rãnh rôto (hình 15.1) h = 4060 mm và tỉ số h/b =10  12 lần thì điện trở rôto tăng 34 lần khi khởi động. Với R2(1) là điện trở khi s = sđm, dòng điện phân bố đều (đường 1); R2(2) là điện trở khi s = 1, dòng tập trung trên miệng rãnh (đường 2). Còn đường 3 là đường biểu diễn đặc tính cơ thực tế của động cơ rôto rãnh sâu khi hệ số trược s thay đổi từ 1 sđm, khi đó điện trở R2(2) giảm đần về R2(1) . b) Nguyên lý làm việc + Khi khởi động : tốc độ rôto n = 0, hệ số trượt s = 1 và f2 = sf1 = f1, từ thông tản tại thời điểm nầy tập trung ở đáy rãnh (hình 10.11), càng lên trên miệng rãnh từ thông càng ít đi do đó điện kháng tản ở đáy rãnh lớn, và phía miệng rãnh nhỏ vì vậy dòng điện tập trung lên phía trên miệng rãnh. Kết quả của việc tập trung dòng điện lên phía trên miệng rãnh được coi như tiết diện của dây dẫn bị nhỏ đi điện trở rôto tăng lên làm MK tăng lên.
  20. 217 + Khi tốc độ tăng lên: lúc nầy f2 giảm, hiệu ứng mặt ngoài giảm đi và dòng điện dần dần phân bố đều lại và R2 được coi như nhỏ lại và khi máy làm việc bình thường f2 = (2  3) Hz, hiệu ứng mặt ngoài lúc nầy hầu như không có, đặc tính làm việc giống như động cơ bình thường. c) Mạch điện thay thế + Điện trở của rôto : Điện trở và điện kháng của rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài : ' ' ' R 2 krR 2r R 2v (10-25) ' ' ' X2 k xX2r X2v (10-26) trong đó : r : ký hiệu nhỏ chỉ rãnh rôto. v : ký hiệu nhỏ chỉ vành ngắn mạch. k r : hệ số tăng điện trở do hiệu ứng mặt ngoài. k x : hệ số giảm điện kháng tản do hiệu ứng mặt ngoài. Hệ số kr và kx phụ thuộc chiều cao qui đổi  :  h r s (10-27) Cu trong đó : + s : hệ số trượt; + hr : chiều cao rãnh. + , Cu : điện trở suất vật liệu làm thanh dẫn và đồng. + Mạch điện thay thế : (hình 10.13) Bội số dòng và bội số mômen ở điện áp định mức : I M k 4,5 6 và max 11,4 Iâm Mâm ' ' R1 jX j(k X X ) ' ' 1 x 2r 2v krR 2r R 2v + ' 1 s '   I1  jX I2 (k rR 2r R 2v ')  I0 0 s U1 _ Ro Hình 10.13 Mạch điện thay thế động cơ rôto rãnh sâu Hiệu suất của động cơ rãnh sâu không khác rãnh thường là bao, chỉ có cos hơi thấp vì điện kháng tản rôto rãnh sâu lớn hơn loại rãnh thường. Cũng vì lý do
  21. 218 đó nên Mmax cũng nhỏ hơn. Phạm vi công suất loại động cơ này vào khoảng 50200kW. 8.3.2. Động cơ rôto hai lồng sóc a) Cấu tạo rãnh rôto Rãnh rôto chế tạo gồm hai lồng sóc như trên hình 10.14: + Lồng sóc ngoài : dùng để mở máy, chế tạo với tiết diện S nhỏ, vật liệu có điện trở suất lớn, để có điện trở khởi động R2kđ lớn. + Lồng sóc trong : gọi là lồng sóc làm việc, chế tạo với tiết diện S lớn, vật liệu có điện trở suất nhỏ, để có điện trở làm việc R2lv nhỏ . x s =1 J 0 Hình 10.14 Động cơ không đồng bộ rôto hai lồng sóc a) Sự phân bố từ thông tản; b) Phân bố mật độ dòng khi khởi động b) Nguyên lý làm việc Khi mở máy thì f2 = f1, do hiệu ứng mặt ngoài nên dòng điện tập trung ở lồng sóc ngoài, mà R2 ngoài lại lớn nữa nên MK lớn. Khi làm việc bình thường, tấn số f2 nhỏ mà R2 trong cũng nhỏ nữa nên dòng điện lớn và mômen chủ yếu do lồng sóc nầy tạo ra. c) Mạch điện thay thế (hình 10.5) Giống động cơ không đồng bộ rotor rãnh sâu, nhưng phía rotor có ba nhánh như hinh 10.15. ’ R jX1 jX 2kv ' 1 I 2lv ' +  ' I2kđ I1  jX I2 jX’ I0 o jX’ 2lv  2kđ U1 R’ / _ Ro 2kđ R’2lv/s s Hình 10.15 Mạch điện thay thế động cơ không đồng bộ rôto hai lồng sóc
  22. 219 ' ' ' Dòng điện : I2 I2kâ I2lv Điện kháng tản: ’ ' X 2kđ do từ thông tản tkđ ứng với dòng I2kâ ’ ' X 2lv do từ thông tản tlv ứng với dòng I2lv ’ ' X 2kv do từ thông tản tkv ứng với dòng I2kv Bội số dòng điện và mômen ở động cơ rôto hai lồng sóc nằm trong khoảng: I M k 4  6 ; max 1,2  2 Iâm Mâm Điện kháng tản rôto lớn 2.0 nên cos thấp. So với loại M rôto rãnh sâu thì động cơ Mâm 1.8 điện loại này dùng nhiều 1.6 kim loại màu hơn, nhưng 1.4 3 có thể thiết kế đặc tính mở 1.2 2 máy linh hoạt hơn. Phạm vi 1.0 công suất loại động cơ này 0.8 vào khoảng 301250kW 1 0.6 Hình 10.16 trình bày 0.4. đặc tính M = f(s) của các 0.2 loại động cơ điện thường s (đường 1), động cơ điện 0 rãnh sâu (đường 2) và động 1.0 0.8 0.6 0.4. 0.2 cơ điện rôto lồng sóc kép (đường 3). Hình 10.16 Đặc tính M= f(s) của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc 10.4. CÁC ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Đó là đồ thị cho biết sự thay đổi của dòng điện stator I1, tốc độ rotor n, momen quay M, hệ số công suất cos và hiệu suất  theo công suất hữu ích trên trục P2, khi điện áp U1 và tần số f của nguồn không đổi (hình 10-17). 8.3.1. Đặc tính dòng điện stator I1 = f(P2)   Theo (10-11), dòng điện I1 là tổng vectơ của dòng điện không tải I 0 và dòng ' điện làm việc (- I 2 ). Khi U1 không đổi, I0 cũng gần như không đổi và bằng khoảng (20 30)%Iđm. Khi P2 tăng, dòng I’2 tăng nên I1 tăng theo. 8.3.2. Đặc tính tốc độ n = f(P2). Theo công thức hệ số trượt, ta có: n = n1(1-s) trong đó : s = pCu2/Pđt . Khi không tải pCu2 << Pđt nên s 0 động cơ điện quay gần tốc độ đồng bộ n n1 Khi mang tải thì tổn hao đồng cũng tăng lên n giảm một ít, nên đường đặc tính tốc độ là đường dốc xuống.
  23. 220 8.3.3. Đặc tính momen M = f(P2). Ta có M = f(s) thay đổi rất nhiều. n  1 Nhưng trong phạm vi 0 < s < sm thì đường M = f(s) gần giống đường cos .8 thẳng, nên M2 = f(P2) là đường thẳng. .6 8.3.4. Đặc tính hiệu suất  = f(P ). M 2 .4 Ta có hiệu suất của máy: M2 s .2 P2  100% 0 P2  p .5 1 trong đó: p tổng tổn hao, nhưng ở đây Hình 10-17 Đặc tính làm việc chỉ có tổn hao đồng thay đổi theo phụ của động cơ không đồng bộ. tải còn các tổn hao khác là không đổi. 8.3.5. Đặc tính hệ số công suất cos = f(P2). Hệ số công suất của máy điện không đồng bộ bằng: P P cos 1 1 (10-15) S 2 2 P1 Q1 Vì máy điện không đồng bộ bằng luôn luôn nhận công suất phản kháng từ lưới. Lúc không tải hệ số công suất cos 0 rất thấp thường nhỏ hơn 0,2. Khi tải tăng, P1 tăng lên, nên cos cũng tăng cho đến cos = 0,8 0,9. Sau đó giảm xuống dần.   
  24. 221 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Tại sao khi thêm điện trở khởi động (phụ) vào mạch rotor thì có thể cải thiện được đặc tính khởi động của động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn? Nếu thêm điện kháng vào thì dặc tính có bị ảnh hưởng gì không? 2. Tóm tắc các phương pháp khởi động động cơ động cơ điện không đồng bộ và so sánh ưu nhược đểm mỗi phương pháp. 3. Trong động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn, nếu nối thêm điện kháng vào mạch rotor thì có thể điều chỉnh tốc độ được không? Lúc đó đặc thính cơ thay đổi như thế nào? MK, Mmax, Mđm, sm, sđm, hiệu suất và cos thay đổi như thế nào? 4. Tóm tắc các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ động cơ điện không đồng bộ và so sánh ưu nhược đểm và phạm vi ứng dụng của mỗi phương pháp. 5. Các tham số của dây quấn rotor động cơ điện không đồng bộ trong quá trình khở động phụ thuộc vào những yếu tố nào? 6. Sơ lược về cấu tạo rãnh rotor của động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc rãnh sâu và hai lồng sóc. Trình bày về việc tăng Mômen khởi động khi mở máy hai loại động cơ trên. 7. Vì sao hệ số công suất của động cơ lồng sóc rãnh sâu và hai lồng sóc thường nhỏ hơn động cơ điện lồng sóc rãnh thường? 8. Ở động cơ điện không đồng bộ rotor hai lồng sóc, hai lồng sóc có thể dùng chung vành ngắn mạch hoặc riêng, như vậy mạch điện thay thế có gì khác nhau? Tại sao tính năng khởi động động cơ hai lồng sóc có vành ngắn mạch riêng tốt hơn? 9. So sánh tính năng các loại động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc thường, rãnh sâu, hai lồng sóc và rotor dây quấn. 10. Người ta dùng nhiều dạng rãnh rotor khác nhau nhằm mục đích gì?   
  25. 222 BÀI TẬP Bài số 10-1. Họ đặc tính M=f(s) của động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor dây quấn có số liệu: 300kW, 2300V nối Y, 50Hz, 14 cực từ trình bày trên hình VD 10- 1. Đường cong A và D cho biết giới hạn của điện trở điều chỉnh. Xác định (a) điện trở điều chỉnh để mômen khởi động bằng mômen cực đại; (b) dòng điện và mômen khởi động của trường hợp (a); (b) bội số mômen khởi động của trường hợp (a). Cho biết a = 3,8 và các thông số của động cơ trên một pha như sau: R1 = 0,403 , R’2 = 0,317 , Rfe = bỏ qua X1 = 1,32  ; X’2 = 1,32  XM = 354,6  Bài số 10-2. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, công suất 22kW, 50Hz, 380V nối Y, 6 cực từ, 46A, 975 vòng/phút, tổng trở pha vào khi 0 rotor ngắn mạch ZVK = 0,79769 . Động cơ khởi động dùng điện trở mắc nối tiếp vào mỗi dây pha rotor. Xác định (a) điện trở khởi động để dòng điện khởi động bằng ba lần dòng điện định mức; (b) điện áp pha đặt lên dây quấn stator khi khởi động; (c) mômen khởi động % của động cơ so với mômen định mức, cho biết bội số mômen khởi động mK = 1,5. Bài số 10-3. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có các số liệu định mức: 7,5kW, 50Hz, 380V nối Y, 4 cực từ, 23,8A, 1455 vòng/phút, góc của tổng trở pha khi rotor đứng yên 690. Động cơ khởi động dùng cuộn kháng (cho rằng RCK =0) mắc nối tiếp vào mỗi dây pha. Xác định điện cảm L của cuộn kháng để dòng điện khởi động bằng hai lần dòng điện định mức; (b) điện áp pha đặt lên dây quấn stator khi khởi động, cho biết bội số dòng điện khởi động mI = 5,5. Bài số 10-4. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, công suất 90kW, 50Hz, 380V nối Y, cos = 0,85, 6 cực từ, 980 vòng/phút, mK = 1,25, mI = 6,737. Xác định (a) dòng điện lưới và mômen khởi động với điện áp lưới 460V; Nếu động cơ được khởi động bằng MBA tự ngẫu với điện áp 70% điện áp định mức, xác định (b) dòng điện lưới và mômen khởi động của động cơ. Bài số 10-5. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có số liệu sau: 150kW, 50Hz, 380V nối Y, 980 vòng/phút, bội số mômen khởi động mK = 1,5. Nếu động cơ được khởi động bằng MBA tự ngẫu nối Y với điện áp 65% điện áp định mức, hãy vẽ sơ đồ mạch điện pha và xác định mômen khởi động khi điện áp định mức (a) và điện áp giảm (b) . Bài số 10-6. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có số liệu định mức như sau: 40kW, 50Hz, 380V nối Y, cos = 0,81,  = 0,89, 12 cực từ, 495 vòng/phút. Dòng điện khởi động và bội số mômen khởi động trương ứng với điện áp định mức là 525A và mK = 1,2. Hãy tính (a) dòng điện định mức; (b)
  26. 223 mômen định mức; (c) điện áp để mômen khởi động bằng 70% mômen định mức; (d) tỉ số MBA tự ngẫu, nếu động cơ được khởi động bằng MBA tự ngẫu nối Y trong trường hợp (c); (e) dòng điện trong dây quấn stator, lưới điện khi động cơ khởi động với MBA tự ngẫu trong trường hợp (c). Bài số 10-7. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có số liệu định mức như sau: 40kW, 660V nối Y, cos = 0,89,  = 0,91, 6 cực từ, 940 vòng/phút, bội số mômen khởi động mK = 1,7 và bội số dòng điện khởi động mK = 5. Hãy xác định (a) hệ số trượt định mức; (b) mômen định mức; (c) mômen khởi động; (d) dòng điện định mức; (e) tỉ số MBA tự ngẫu, nếu động cơ được khởi động bằng MBA tự ngẫu nối Y trong trường hợp dòng điện dây quấn sơ cấp bằng 200% dòng điện định mức động cơ. Xác định (f) dòng điện dây quấn sơ cấp MBA và (g) dòng điện trong dây quấn stator khi động cơ khởi động với MBA tự ngẫu trong trường hợp (e). Bài số 10-8. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có số liệu định mức như sau: 150kW, 660V nối Y, cos = 0,82,  = 0,92, 4 cực từ, s= 0,02, bội số mômen khởi động mK = 1,25 và dòng điện khởi động với điện áp định mức 1110A. Động cơ được dùng để làm bơm ly tâm và yêu cầu mômen khởi động ban đầu nhỏ nhất là 850Nm. Hãy xác định (a) tốc độ định mức; (b) mômen định mức; (c) mômen khởi động; (d) dòng điện định mức; (e) điện áp nhỏ nhất khi khởi động có tải; (f) tỉ số MBA tự ngẫu và vẽ sơ đồ mạch điện, nếu động cơ được khởi động bằng MBA tự ngẫu nối Y trong trường hợp (f). Bài số 10-9. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có số liệu định mức như sau: 18,5kW, 50Hz; 380/660V nối /Y, 6 cực từ; 970 vòng/phút; bội số mômen khởi động mK = 1,25. Tổng trở pha vào khi rotor đứng yên ZVK = 3,4978,180 . Hãy xác định (a) dòng điện khởi động khi động cơ khởi động đổi nối Y ; (b) dòng điện khởi động khi động cơ nối với điện áp định mức; và (c) mômen khởi động khi động cơ nối Y và với điện áp định mức. Bài số 10-10. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có số liệu định mức như sau: 22kW, 50Hz; 380/660V nối /Y, dòng điện /Y – 46,3/26,7 A, 4 cực từ; hệ số trượt s = 0,028; bội số mômen khởi động mK = 1,25. Tổng trở pha 0 vào khi rotor đứng yên ZVK = 1,9379,02 . Hãy tính (a) điện trở khởi động mắc nối tiếp vào mach stator để dòng điện khởi động bằng hai lần dòng điện định mức; (b) xác định điện áp đặt vào động cơ khi khởi động; và (c) mômen khởi động khi động cơ sử dụng điện trở khởi động. Bài số 10-11. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có số liệu định mức như sau: 75hp, 60Hz; 2300V nối Y, dòng điện 20 A, 2 cực từ; tốc độ 3500 vòng/phút; bội số dòng điện khởi động mI = 5,5. Giả thiết rằng góc tổng trở
  27. 224 0 pha vào khi rotor đứng yên 75 . Hãy tính (a) điện cảm cuộn dây (Rcd =0) mắc nối tiếp vào mạch stator để dòng điện khởi động bằng 3,5 lần dòng điện định mức; (b) xác định điện áp đặt vào động cơ khi khởi động; và (c) mômen khởi động khi động cơ sử dụng cuộn dây khởi động. Bài số 10-12. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, công suất 45kW, 50Hz, 380V nối Y, 1470 vòng/phút, mK = 1,4 có tổng trở khi rôto đứng yên 0,54769,10/pha. Động cơ sẽ được khởi động đổi nối Y , xác định điện áp lưới (a) động cơ sẽ làm việc; dòng điện khởi động pha và dây (b) khi nối ; dòng điện khởi động pha (c) khi nối Y. Bài số 10-13. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor dây quấn có số liệu: 300kW, 380V nối Y, 50Hz, 4 cực từ, sđm = 0,015. Động cơ đang vận hành với tải, tần số, điện áp định mức và không có điện trở điều chỉnh. Các thông số trên một pha như sau: R1 = 0,0054 , R’2 = 0,0062 , Rfe = 7,667 , X1 = 0,038  ; X’2 = 0,038  XM = 0,575  Xác định (a) tần số rotor; (b) hệ số trượt tới hạn; (c) tốc độ khi mômen tải bằng nửa mômen định mức; (d) điện trở điều chỉnh pha khi tải trên đầu trục bằng nửa định mức và tốc độ 1200 vòng/phút, cho biết a=2 và động cơ vận hành trong vùng tuyến tính; (e) mômen định mức khi tốc độ định mức. Bài số 10-14. Một động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn có 500hp, tần số 25Hz, 12 cực từ, điện áp 2200V có stator đấu Y. Các thông số mạch một pha của động cơ qui đổi về stator như sau : R1 = 0,225  ; R’2 = 0,235  ; Rfe = 780  ; Xn = 1,43  ; XM = 31,75  (dùng mạch điện thay thế gần đúng hình 9-8 để tính các câu hỏi sau) a. Tính dòng điện không tải và công suất vào động cơ khi điện áp bằng định mức. Giải sử tổn hao quay bằng tổn hao thép của động cơ và hệ số trượt lúc không tải so = 0,005. b. Giữ không cho rotor quay. Hãy tính điện áp cung cấp cho stator động cơ sao cho dòng điện dây bằng 228A. Tính công suất tiêu thụ bởi động cơ lúc này? c. Tìm moment cực đại và hệ số trượt, dòng điện dây và hệ số công suất tương ứng ? d. Tìm trị số điện trở phụ phải đưa vào mạch rotor để moment khởi động bằng moment cực đại và tính moment này. Bài số 10-15. Một động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn, điện trở rôto R2 = 0,0172; công suất định mức Pđm = 55kW; nđm = 1448vg/ph, cos đm = 0,876; đm = 0,91; Y/ - 380/220V; f = 50Hz. Động cơ làm việc ở mạng điện U = 380V. a. Tính dòng điên, công suất tác dụng và phản kháng ở tình trạng định mức
  28. 225 b. Nối điện trở phụ Rp = 0,155 vào mạch rôto để giảm tốc độ động cơ. Tính tốc độ và hiệu suất động cơ ở tình trạng này. Cho mômen cản không đổi. Đáp số : a. Iđm = 104,8A; P1 = 60,439kW; Q1= 33,27kVAr. b. n = 980vg/ph;  = 0,616. Bài số 10-16. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc, có các số liệu sau : Pđm = 7,5kW; Y/ - 380/220V; f = 50Hz; số đối cực từ p = 2, hệ số công suất cos đm = 0.885; hiệu suất đinh mức đm = 0,883; tốc độ định mức nđm = M I M 1460vg/ph; K 1,44; K 5,2; max 2,1. Động cơ được làm việc ở mạng M âm Iâm M âm điện 380V và 220V. Xác định cách đấu dây khi làm việc ở các mạng điện trên và tính: a. Hệ số trượt định mức sđm và công suất phản kháng động cơ nhận từ lưới. b. Dòng điện định mức, dòng điện khởi động c. Mômen định mức, mômen khởi động, mômen cực đại Đáp số : Mạng điện U = 380 V, động cơ đấu sao Mạng điện U = 220V, động cơ đấu tam giác Câu a,c có đáp số giống nhau đối với hai mạng điện 380V và 220V a, c. s = 0,0267; Q1= 4,4685kVAR. Mđm = 49,06Nm ; MK = 70,64Nm ; Mmax = 103,02Nm a. U = 380V ; Iđm = 14,58A ; IK = 75,82A U = 220V ; Iđm = 25,25A ; IK = 131,33A   