Tài liệu Tìm hiểu đƣợc cấu tạo và các đặc tính cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha, sử dụng phần mềm matlab simulink

i LỜI CẢM ƠN Trải qua bốn năm học tập và rèn luyện tại Trƣờng Đại học Nha Trang, dƣới sự chỉ bảo, dậy dỗ tận tình của các thầy cô trong Khoa Điện-Điện tử cũng nhƣ thầy cô các khoa khác mà chúng em có cơ hội đƣợc học. Đã giúp chúng em tích lũy đƣợc một lƣợng kiến thức quý báu làm nền tảng, hành trang vững chắc để chúng em bƣớc chân ra trƣờng lập nghiệp. Trƣớc tiên, em xin gởi lời cảm ơn đến thầy Mai Văn Công ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn em hoàn thành đề tài. Tiếp theo, em xin gời lời cảm ơn tất cả các thầy cô trong Khoa Điện-Điện tử đã tận tình truyền đạt kiến thức cho em suốt bốn năm em theo học ở trƣờng. Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến gia đình-những ngƣời đã quan tâm động viên, giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình em đi học cũng nhƣ sau khi em ra trƣờng. Đồng thời cũng cảm ơn tất cả các bạn lớp 53D-DT đã hỗ trợ, giúp đỡ em hoàn thành chuyên đề này. Nha Trang, tháng 6 năm 2015 Sinh viên Trịnh Đức Linh ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i MỤC LỤC .................................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH ẢNH ..........................................................................................v MỞ ĐẦU .................................................................................................................. vii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ................1 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG ...................................................................................1 1.2. CẤU TẠO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ. ...............................................1 1.2.1. Cấu tạo stato ..........................................................................................1 1.2.2. Cấu tạo roto ...........................................................................................3 1.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ............................................................................4 1.3.1. Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ 3 pha .............................4 1.3.2. Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ một pha ........................5 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA .......................................................................................................................5 1.4.1. Dùng dây quấn phụ mở máy................................................................5 1.4.2. Dùng vòng ngắn mạch ở cực từ ...........................................................6 1.5. PHƢƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN VÀ TỪ TRONG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ................................................................................................6 1.5.1. Phƣơng trình cân bằng điện áp stato ..................................................6 1.5.2. Phƣơng trình cân bằng điện áp roto ...................................................7 1.5.3. Phƣơng trình cân bằng sức từ động ....................................................8 1.6. PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ............................................9 1.7. ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ..........................................10 1.7.1. Trong công nghiệp ..............................................................................10 1.7.2. Trong nông nghiệp và sinh hoạt ........................................................10 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.........12 2.1. MỞ MÁY TRỰC TIẾP ...............................................................................12 2.2. MỞ MÁY BẰNG CÁCH ĐỔI NỐI SAO-TAM GIÁC..............................12 2.3. KHỞI ĐỘNG DÙNG BIẾN ÁP TỰ NGẪU ..............................................14 iii 2.4. KHỞI ĐỘNG DÙNG CUỘN KHÁNG PHỤ MẠCH STATO ..................15 2.5. KHỞI ĐỘNG DÙNG ĐIỆN TRỞ PHỤ MẠCH ROTO ............................16 2.6. KHỞI ĐỘNG MỀM (SOFT STARTER) ....................................................17 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ QUAY VÀ HÃM ĐỘNG CƠ .............................................................................................................................20 3.1 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ...........................................................20 3.1.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi số đôi cực từ ..........20 3.1.2 Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi tần số........................................22 3.1.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp stato ........................23 3.1.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto ..............24 3.1.5 Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều khiển công suất trƣợt trả về nguồn ...............................................................................................................24 3.2 HÃM ĐỘNG CƠ .........................................................................................27 3.2.1 Hãm tái sinh ........................................................................................27 3.2.2 Hãm động năng ...................................................................................28 3.2.2.1 Hãm động năng bằng hệ nguồn AC không đối xứng.....................28 3.2.2.2 Hãm động năng bằng nguồn DC.....................................................29 3.2.2.3 Hãm động năng tự kích dùng tụ điện..............................................29 3.2.3 Hãm ngƣợc ..........................................................................................30 CHƢƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MATLAB ........................................31 4.1 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MATLAB ...............................................31 4.1.1 Khái niệm chung về matlab ...............................................................31 4.1.2 Không gian làm việc của matlab .......................................................31 4.1.2.1 Khởi động và tạo thư mục làm việc cho Matlab .............................31 4.1.2.2 Hệ thống Matlab ...............................................................................33 4.1.3 Các cửa sổ trong Matlab ....................................................................33 4.1.3.1 Của sổ Command Window ...............................................................33 4.1.3.2 Cửa sổ Command History ................................................................33 4.1.3.3 Cửa sổ Workspace ............................................................................34 4.1.3.4 Cửa sổ M-file ....................................................................................34 iv 4.2 BIẾN VÀ CÁC LỆNH THÔNG DỤNG TRONG MATLAB ....................34 4.2.1 Các biến trong Matlab ........................................................................34 4.2.2 Vector và ma trận ...............................................................................35 4.2.3 Các lệnh điều khiển cơ bản và các phím chức năng trong Matlab 36 4.2.3.1 Các lệnh điều khiển cơ bản..............................................................36 4.2.3.2 Các phím chức năng đặc biệt ...........................................................37 4.2.4 Các phép toán quan hệ và logic .........................................................38 4.2.5 các hàm toán học và hàm lƣợng giác ................................................39 4.2.6 Điều khiển xuất ra màn hình .............................................................40 4.2.7 Đồ họa trong Matlab...........................................................................41 4.2.7.1 Đồ họa hai chiều (2-D graphics) .....................................................41 4.2.7.2 Đồ họa ba chiều (3-D graphics) .......................................................42 CHƢƠNG 5: GIỚI THIỆU VỀ SIMULINK ............................................................43 5.1 TỔNG QUAN VỀ SIMULINK...................................................................43 5.2 KHỞI ĐỘNG VÀ THAO TÁC VỚI SIMULINK ......................................43 5.3 CÁC KHỐI CƠ BẢN TRONG SIMULINK...............................................45 5.3.1. Các khối nguồn – tín hiệu vào (source): ...........................................46 5.3.2. Các khối tải – thiết bị khảo sát ngõ ra (sink): ..................................46 5.3.3. Các khối xử lý – khối động học ..........................................................47 5.4 CHUẨN BỊ, KHỞI ĐỘNG VÀ NGỪNG MÔ PHỎNG.............................48 CHƢƠNG 6: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ .................................50 6.1. PHƢƠNG TRÌNH MÔ TẢ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA. ...50 6.2. ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ KHI MÔ PHỎNG ..................................53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................57 v DANH MỤC HÌNH ẢNH hình 1.1: cấu tạo động cơ không đồng bộ ...................................................................1 hình 1.2: lõi thép stato .................................................................................................2 hình 1.3: dây quấn stato ..............................................................................................2 hình 1.4: vỏ máy và nắp máy ......................................................................................3 hình 1.5: lõi thép roto ..................................................................................................3 hình 1.6: roto lồng sóc .................................................................................................4 hình 1.7: roto dây quấn................................................................................................4 hình 1.8: máy cán thép ..............................................................................................10 hình 1.9: máy nghiền đá ............................................................................................10 hình 1.10: máy bơm ................................................................................................. 11 hình 1.11: máy quạt ...................................................................................................11 hình 1.12: máy xay xát nông nghiệp .........................................................................11 hình 2.1: mạch điều khiển động cơ khởi động Y-∆ ..................................................13 hình 2.2: mạch động lực động cơ khởi động Y-∆ .....................................................13 hình 2.3: sơ đồ mở máy dùng biến áp tự ngẫu ..........................................................14 hình 2.4: sơ đồ mở máy dùng điện kháng mạch stato ...............................................16 hình 2.5: sơ đồ mở máy và đƣờng đặc tính tải khi dùng điện trở phụ mạch roto .....17 hình 2.6: nguyên lý khởi động mềm .........................................................................18 hình 2.7: dòng điện ra sau khi điều chỉnh .................................................................18 hình 3.1: thay đổi số đôi cực bằng cách thay đổi tổ dây quấn ..................................21 hình 3.2: thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở roto........................................24 hình 3.3: sơ đồ nguyên lý điều khiển vận tốc động cơ dƣới .....................................25 hình 4.1: các cửa sổ làm việc của Matlab .................................................................32 hình 5.1: cửa sổ chính của thƣ viện simulink............................................................44 hình 5.2: cửa sổ soạn thảo của Simulink ...................................................................44 hình 5.3: lấy một khối trong thƣ viện Simulink ........................................................45 hình 6.1: sơ đồ thay thế máy điện không đồng bộ ....................................................50 vi hình 6.2: mô hình máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc trên hệ tọa độ αβ ..........52 hình 6.3: mô hình máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc trên hệ tọa độ dq ..........53 hình 6.4: đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ....................................................................54 hình 6.5: đồ thị dòng điện trong stator và rotor của động cơ ....................................55 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Hiện nay, động cơ điện không đồng bộ đang chiếm một tỉ lệ lớn trong các ngành sản xuất cũng nhƣ trong sinh hoạt nhờ ƣu thế là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lƣới điện xoay chiều. Nhƣng để sử dụng tốt động cơ không đồng bộ không phải ai cũng biết. Và hơn hết là tính chọn động cơ cho phù hợp với nhu cầu sử dụng lại càng khó hơn. Chính vì vậy nên cần có một vốn kiến thức tƣơng đối về động cơ không đồng bộ để có thể vận hành nó tốt nhất, tránh các hƣ hỏng không mong muốn trong quá trình sử dụng cũng nhƣ biết cách khắc phục những sự cố khi đang vận hành và trong quá trình bảo dƣỡng động cơ. Từ những cơ sở đó, việc tìm hiểu động cơ không đồng bộ và sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng và từ đó chọn đƣợc động cơ có đặc tính nhƣ mong muốn là cần thiết, nhất là đối với những sinh viên sắp ra trƣờng lập nghiệp. Mục đích của đề tài  Biết cấu tạo và các đặc tính cơ bản của động cơ không đồng bộ  Biết sử dụng phần mềm Matlab-Simulink mô phỏng các chế độ làm việc của động cơ Đối tƣợng nghiên cứu  Động cơ không đồng bộ ba pha  Phần mềm Matlab-Simulink Phƣơng pháp nghiên cứu  Phƣơng pháp tiếp cận thu thập thông tin.  Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu. Phạm vi nghiên cứu viii  Động cơ không đồng bộ ba pha  Phần mềm Matlab-Simulink 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG Động cơ điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Tốc độ quay của roto nhỏ hơn tốc độ quay của từ trƣờng trong máy nên có tên gọi là động cơ điện không đồng bộ. Động cơ không đồng bộ ba pha có ƣu điểm là có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lƣới điện xoay chiều ba pha. Tuy nhiên, trƣớc đây động cơ không đồng bộ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ do việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ có khó khăn hơn so với động cơ điện một chiều. Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp chế tạo các thiết bị bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, truyền động bằng động cơ không đồng bộ phát triển mạnh mẽ và đƣợc khai thác các ƣu điểm của nó, đặc biệt là các hệ có điều khiển tần số. Truyền động sử dụng động cơ điện không đồng bộ đã đạt đƣợc chất lƣợng điều chỉnh cao, tƣơng đƣơng với hệ truyền động sử dụng động cơ một chiều. 1.2. CẤU TẠO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ. Động cơ không đồng bộ cấu tạo gồm hai bộ phận chính: phần tĩnh hay còn gọi là stato, phần quay hay còn gọi là roto, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. hình 1.1: cấu tạo động cơ không đồng bộ 2 1.2.1. Cấu tạo stato Stato là phần tĩnh của động cơ không đồng bộ, gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. a) Lõi thép: lõi thép stato có hình trụ, do các lá thép kỹ thuật điện đƣợc dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hƣớng trục. Lõi thép đƣợc ép vào vỏ máy. hình 1.2: lõi thép stato b) Dây quấn: dây quấn stato đƣợc làm bằng đây dẫn bọc cách điện và đƣợc đặt trong các rãnh của lõi thép. Khi có dòng điện chạy trong dây quấn sẽ sinh ra từ trƣờng. hình 1.3: dây quấn stato 3 c) Vỏ máy: vỏ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ. Hai đầu vỏ máy có nắp máy và ổ trục. Vỏ máy và nắp máy dùng để bảo vệ máy. hình 1.4: vỏ máy và nắp máy 1.2.2. Cấu tạo roto Roto là phần quay của động cơ, gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. a) Lõi thép: lõi thép roto gồm các lá thép kỹ thuật điện đƣợc dập rãnh mặt ngoài ghép lại tạo thành các rãnh theo hƣớng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục. hình 1.5: lõi thép roto b) Dây quấn: dây quấn roto của động cơ điện không đồng bộ có hai kiểu: roto ngắn mạch (hay roto lòng sóc) và roto dây quấn. 4 + roto ngắn mạch (hay roto lòng sóc): trong các động cơ công suất lớn (>100KW), trong các rãnh của lõi thép roto đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch bằng hai vòng đồng tạo thành lồng sóc. Đối với các động cơ công suất nhỏ, lồng sóc đƣợc chế tạo bằng nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát. hình 1.6: roto lồng sóc + roto dây quấn: thay vì đặt các thanh dẫn vào các rãnh của lõi thép roto, ngƣời ta đặt dây quấn ba. Dây quấn roto thƣờng nối sao, ba đầu nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng, cố định trên trục roto và đƣợc cách điện với trục. Nhờ ba chổi than tỳ sát vào ba vòng tiếp xúc, dây quấn roto đƣợc nối với ba biến trở bên ngoài để mở máy hoặc điều chỉnh tốc độ. hình 1.7: roto dây quấn 1.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 1.3.1. Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ 3 pha 5 Khi cho dòng điện ba pha, tấn số f vào ba pha dây quấn stato, sẽ tạo ta từ trƣờng quay với tốc độ n1 = 60f/p (v/p). Từ tƣờng quay cắt qua các thanh dẫn của dây quấn roto, cảm ứng các sức điện động. Vì dây quấn roto nối ngắn mạch nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn roto. Lực tác dụng tƣơng hổ giữa từ trƣờng quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện roto, kéo roto quay cùng chiều quay từ trƣờng với tốc độ n. Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ quay n1 của từ trƣờng, vì nếu n = n1 thì không có sự chuyển động tƣơng đối giữa roto và từ trƣờng quay n1, trong dây quấn roto không có sức điện động cũng nhƣ dòng điện cảm ứng và lực điện từ sẽ bằng không. Sự sai khác giữa tốc độ n1 của từ trƣờng quay và tốc độ n của máy đƣợc gọi là tốc độ trƣợt n2. Và hệ số trƣợt s là: s= 1.3.2. Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ một pha Vì động cơ không đồng bộ một pha có cấu tạo stato chỉ có một pha dây quấn và roto thƣờng là kiểu lồng sóc nên khi dòng điện xoay chiều chạy trong dây quấn stato không tạo ra từ trƣờng quay nhƣ trong động co không đồng bộ ba pha, mà chỉ tạo ra từ trƣờng đập mạch một pha. Do đó, để động cơ làm việc đƣợc, trƣớc hết ta phải quay roto động cơ theo một chiều nào đó, roto sẽ tiếp tục quay theo chiều ấy. Chính vì vậy, động cơ không đồng bộ một pha có các phƣơng pháp mở máy riêng. 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 1.4.1. Dùng dây quấn phụ mở máy Dây quấn phụ có thiết kế để làm việc khi động cơ mở máy. Dây quấn phụ đƣợc đặt trong một số rãnh stato, sao cho khi làm việc nó sinh ra một từ thông lệch với từ thông chính một góc 90° trong không gian và dòng điện trong dây quấn phụ lệch pha với dòng điện trong dây quấn chính một góc 90° về thời gian. Dòng điện 6 trong dây quấn phụ và dây quấn chính sinh ra từ trƣờng quay để tạo ra mômen mở máy. Để dòng điện trong dây quấn phụ lệch pha với dòng điện trong dây quấn chính một góc 90°, ta thƣờng mắc nối tiếp với dây quấn phụ một điện dung C. 1.4.2. Dùng vòng ngắn mạch ở cực từ Ngƣời ta chẻ cực từ ra và cho vào đó một vòng ngắn mạch F. Vòng ngắn mạch coi nhƣ dây quấn phụ. Khi đặt điện áp vào cuộn dây chính để mở máy, dây quấn chính sinh ra một từ trƣờng đập mạch chính ∅C. Một phần ∅ của ∅C móc vòng qua vòng ngắn mạch sinh ra dòng điện cảm ứng In trong vòng ngắn mạch và In sinh ra từ thông ∅N. ∅N tác dụng với ∅ sinh ra từ thông phụ ∅F đi qua vòng ngắn mạch. Kết quả là dƣới phần cực từ không có vòng ngắn mạch có từ thông (∅C-∅ ) đi qua, còn trong vòng ngắn mạch có từ thông ∅F đi qua, giữa (∅C-∅ ) và ∅F có một góc pha nhất định về thời gian và một góc lêch về không gian tạo nên một từ trƣờng quay và máy có mômen mở máy ban đầu làm động cơ quay. PHƢƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN VÀ TỪ TRONG ĐỘNG CƠ 1.5. KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.5.1. Phƣơng trình cân bằng điện áp stato Vì hệ thống dòng ba pha đi vào dây quấn là đối xứng và dây quấn ba pha bằng nhau nên ta xét các phƣơng trình cân bằng trong một pha. Khi cho điện áp U1 vào dây quấn một pha của stato, trong dây quấn sẽ cảm ứng sức điện động hình sin cũng tần số với nguồn và có trị số hiệu dụng: E1 = 4,44.f.W1.kdq1.∅max kdq1: hệ số dây quấn stato phụ thuộc vào cách quấn dây và bƣớc dây quấn Dòng điện I1 chạy trong mỗi pha dây quấn gây nên từ thông tản ∅t1, ∅t1 làm cảm ứng trong mỗi pha sức điện động cảm ứng tản Et1. ̇ t1= -j ̇xt1 = -j ̇1 Lt1 7 Đồng thời I1 cũng gây nên hao tổn trên điện trở dây quấn mỗi pha một lƣợng I1.r1: ̇ 1 = ̇ 1. ̅ 1 - ̇ 1 Với ̅ 1 = r1 + j.xt1 1.5.2. Phƣơng trình cân bằng điện áp roto Khi roto đứng yên, từ trƣờng quay của stato sẽ làm cảm ứng trong dây quấn roto sức điện động cảm ứng có trị số hiệu dụng: E20 = 4,44W2.f.kdq2.∅max Trong đó: W2: số vòng dây trong một pha roto kdq2: hệ số dây quấn roto, phụ thuộc vào cách quấn dây và bƣớc dây quấn roto Khi roto quay với tốc độ n nhƣng đối với stato thì tốc độ roto chỉ quay (n1 – n) = Sn1 ⇒ f2 = p(n1 – n)/60 = S.p.n1/60 = S.f ⇒ E2 = 4,44W2.f2.∅max = 4,44W2.S.f.∅max = S.E20 Vì dây quấn roto ngắn mạch nên E2 sinh ra I2 chạy trong dây quấn roto I2 gây nên hao tổn trên r2 một lƣợng I2r2, đồng thời tạo nên từ thông tản ∅t2. Từ thông tản ∅t2 tạo ra sức điện động tản Et2. Et2 đặt trƣng bằng điện áp rơi trên điện kháng tản xt2 trong dây quấn roto với: xt2 = Lt2 = 2πf2Lt2 Khi roto quay f2 = S.f thì điện kháng tản khi roto quay sẽ là: xt2S = 2πS.f2.Lt2 = S.xt2 Khi roto quay, mỗi pha dây quấn roto xem nhƣ mạch vòng trống có nguồn E2, dòng I2 chạy qua điện trở r2 và trên điện kháng tản xt2S. ̇ ̇ ̇ 8 Trị số hiệu dụng: 1.5.3. √ Phƣơng trình cân bằng sức từ động Khi động cơ không tải (dòng trong roto bằng 0), từ trƣờng quay do sức từ động không tải gây nên là: m1W1kdq1I0 Trong đó: m1 là số pha của dây quấn stato Khi động cơ mang tải, sức từ động do sức từ động stato và roto gây nên là: m1W1kdq1I1 và m2W2kdq2I2 Từ trƣờng quay có trị số không đổi: m1W1kdq1I0 = m1W1kdq1I1 + m2W2kdq2I2 chia 2 vế cho m1W1kdq1 ta đƣợc Ta đặt ⇒ I1 = I 0 - I0 = I 1 + với Từ đó ta có phƣơng trình: ̇1 = ̇0 + ̇ 2 Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ Ta chuyển các đại lƣợng khi roto đang quay sang khi roto đứng yên ̇2 = Chia cho S ta đƣợc: ̇2 = ̇ = ̇ ( ) ̇ 9 Khi roto đứng yên ta nối thêm điện trở lƣợng tiêu tán trên điện trở vào các pha dây quấn roto, năng khi roto đứng yên tƣơng đƣơng với năng lƣợng điện từ đƣợc biến đổi thành cơ năng khi roto quay. Quy đổi roto về stato: ́ = ke.E20 = .E20 = ki.I2 = .I2 = ke.ki.r2 = ke.ki.xt2 = ke.ki.( ) Ta có sơ đồ thay thế: 1.6. PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Theo kết cấu vỏ máy, động cơ điện không đồng bộ đƣợc chia thành các kiểu: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, Dựa vào số pha trên dây quấn stato, ngƣời ta chia động cơ không đồng bộ làm 3 loại: động cơ không đồng bộ 1 pha, 2 pha và 3 pha. Trong đó, động cơ không 10 đồng bộ 2 pha hoạt động nhƣ động cơ không đồng bộ 1 pha dùng dây quấn phụ mở máy. Dây quấn phụ xem nhƣ một pha của động cơ. Theo kết cấu của roto, động cơ không đồng bộ đƣợc chia làm 2 loại: loại động cơ roto lồng sóc và động cơ roto dây quấn. Tùy vào yêu cầu sử dụng mà ngƣời ta dùng động có roto lồng sóc hay động cơ roto dây quấn. Thƣờng thì động cơ roto lồng sóc đƣợc sử dụng nhiều, động cơ roto dây quấn đƣợc sử dụng khi động cơ roto lồng sóc không đáp ứng các yêu cầu mômen mở máy lớn. 1.7. ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.7.1. Trong công nghiệp Trong công nghiệp, động cơ điện không đồng bộ đƣợc sử dụng nhiều nhờ có ƣu điểm là có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lƣới điện xoay chiều. Ngày nay, nhờ sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ điều khiển bằng bán dẫn, động cơ điện không đồng bộ đang dần thay thế động cơ điện một chiều trong các hệ truyền động nhƣ: các máy nghiền, máy cán, máy ép, máy trộn, băng tải, máy bơm công suất lớn, ... hình 1.8: máy cán thép 1.7.2. Trong nông nghiệp và sinh hoạt hình 1.9: máy nghiền đá 11 Trong nông nghiệp và sinh hoạt cũng không thể thiếu các động cơ điện không đồng bộ. Chúng gắn liền với cuộc sống chúng ta nhƣ cái quạt bàn, máy bơm nƣớc, máy bơm hơi, máy xay xát, máy sấy tóc, máy quay đĩa, động cơ tủ lạnh, ... hình 1.10: máy bơm hình 1.11: máy quạt hình 1.12: máy xay xát nông nghiệp 12 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Tùy theo yêu cầu của dây chuyền sản xuất, động cơ điện không đồng bộ làm việc phải mở máy, ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình lƣới điện mà yêu cầu mở máy của đối với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu mômen mở máy lớn, khi cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi cần cả hai. Để đáp ứng các yêu cầu trên cần có những biện pháp mở máy tƣơng thích. Trong nhiều trƣờng hợp, do phƣơng pháp mở máy không đúng mà dẫn đến hƣ hỏng động cơ. Mở máy động cơ có nhiều cách nhƣng phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản nhƣ:  Phải có mômen mở máy đủ lớn để đáp ứng đặc tính cơ của tải.  Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.  Phƣơng pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.  Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt. 2.1. MỞ MÁY TRỰC TIẾP Cách mở máy này rất đơn giản, ta chỉ việc đóng điện nguồn định mức cấp cho động cơ và động cơ tự mở máy và làm việc. Cách mở máy này có nhƣợc điểm là gây ra dòng khởi động lớn, có thể gây sụt áp quá mức cho phép, đặt biệt khi động cơ có công suất lớn. Vì thế nên yêu cầu công suất nguồn lƣới phải lớn hơn rất nhiều so với công suất động cơ cần mở máy. 2.2. MỞ MÁY BẰNG CÁCH ĐỔI NỐI SAO-TAM GIÁC Cách mở máy này chỉ áp dụng cho các động cơ thiết kế hoạt động theo cách nối tam giác. Thƣờng dùng cho các động cơ có công suất trung bình từ 100÷150KW. Cách khởi động này có ƣu điểm là dòng khởi động qua cuộn stato giảm đi √ lần, dòng qua lƣới nguồn giảm đi 3 lần. Tuy nhiên, mômen khởi động cũng giảm đi 3 lần nên thƣờng chỉ dùng trong các hệ truyền động cần mômen mở máy không lớn lắm.