Động cơ đồng bộ 3 pha

Nội dung text: Động cơ đồng bộ 3 pha

1. ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 3 PHA
2. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 CHƯƠNG I CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VÀ TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA I. INTRODUCTION Edison was a proponent of DC power and fought the use of AC bitterly. He invented the incandescent lamp in 1879 and began immediately to develop a power generating and distribution system to promote it. His first power plant opened in New York city in 1882 and several others were built over the next few years. Most of the power generated by Edison's plants went to lighting customers, however, Dc motors were in use in industry by the 1880's. Although Edison's efforts were a limited financial success, it was soon recognized tha dc system suffered heavy power losses in transmissions over any distance. Giới thiệu Edison là người mở đầu cho ngồn DC và quá trình nghiên cứu khó khăn để sử dụng dòng AC. Ông đã phát minh ra bóng đèn sợi đốt vào năm 1879 và lúc đó ông cũng bắt đầu nghiên cứu tạo ra điện và hệ thống phân phối truyền tải để thúc đẩy sự no1. Nhà máy điện đầu tiên được mở của tại New York năm 1882 và thêm nhiều nhà máy như thế được xây dựng sau vài năm sau đó. Hầu hết các năng lượng được tao ra bởi nhà máy của Edison phục vụ ánh sáng cho khách hàng, tuy nhiên, động cơ DC được sử dụng trong công nghiệm từ năm 1880. Sự nỗ lực của Edison tạo ra một thành công về tài chính không nhỏ, và người ta sớm nhận ra rằng hệ thống điện DC tạo ra một tổn thất điện năng khá lớn trong việc truyền tải ở bất kỳ khoảng cách nào. The great advantage of AC power is that voltage can easyly stepped upor down by use of transformer. This advantage is due to the relationship of the volt and amp. Power in watts is equal to volts times amps. If we wanted to transmit 1,000,000 mega watts we could use any number of volt - amp combinations. For example a current intensity of 1000 amps at 1000 volts would equal 1 megawatt. 100 amps at 10,000 volts is also a megawatt. Why not 10 amps at 1000,000 volts ? When transmitting power over long distances we want to use the highest voltage pratical because the energy expended ( heat ) in maintaining current flow increases as the square of the current intensity. Once AC power reaches its point of use it is the stepped down to a more usable voltage. Ưu điểm lớn nhất của nguồn AC là có thể thanh đổi lên hoặc xuống hiệu điện thế một cách dễ dàng bằng máy biến ám. Ưu điểm này phụ thuộc vào mối quan hệ của cường độ dòng điện và hiệu điện thế. Nếu chúng ta muốn truyền tải 1,000,000MW, chúng ta có thể sử dụng bất kỳ đại lượng nào của hiệu điện thế kế hợp với cường độ dòng điện. Thí dụ đơn giản, cường độ dòng điện hiện tại là 1,000A tại 1,000v sẽ bằng 1MW. 100A tại 1 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
3. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 10,000v thì cũng tạo ra 1MW. Vậy tại sao không phải là 10A tại 1,000,000v ? Khi chúng ta truyền tải điện với khoảng cách xa, một điện áp cao nhất là tốt nhất vì năng lượng tổn thất vì nhiệt bình phương với cường độ dòng điện. Một khi đến vị trí sử dụng nó sẽ được giảm xuống từng nấc để có thể phù hợp cho việc sử dụng hơn. Edison's principal opponent at the time was george Westing house, a staunch supporter of AC power. Long distance transmission of high voltage AC was made practical by the work of the croatian-American engineer Nikola Tesla. Tesla not only improved the AC generator and did much of the work on the transformer, but also inventer the AC induction motor. He was backed by Westinghouse who, in 1893 won the right to set up an AC hydroelectric plant at Niagara Falls. It was the flexibility of AC and Tesla's invention of the AC induction motor tha finally sealed the fate of DC transmission system. Đối thủ chính của Edison vào thời điểm đó là GeoRge Westinghouse , một người trung thành với dòng điện AC. Việc áp dụng điện áp AC cao trong việc truyền tải điện năng trong khoảng cách xa đã được thực hiện thành công bởi 1 kỹ sư người Mỹ tên là Nikola Tesla. Tesla không chỉ cải thiện hệ thống phát điện AC, ông còn làm rất nhiều việc trên máy biến áp, nhưng ông cũng là người phát minh ra động cơ cảm ứng AC. Ông được sự hậu thuẫn của Westinghouse, trong năm 1893 ông đã được cấp phép xây dựng một nhà máy thủy điện AC tại Niagara Falls. Người ta nhận thấy khả năng linh hoạt của dòng điện AC và Tesla cuối cùng cũng niêm phong hệ thống truyền tải DC. Today about 90% of all industrial motor applications use three phase induction motors. Why ? Because they are simple in design, easy to maintain, and less costly than other designs. Và hiện tại, 90% các động cơ ứng dụng trong công nghiệp là động cơ 3 pha không đồng bộ ( cảm ứng ). Tại sao ? Bới vì nó được thiết kế đơn giản, dễ dàng bảo trì và ít tốn kém hơn hẳn các thiết kế khác. II. Magnetism A magnet is defined quite simply as something that attracts iron and the force that it exhibits is called magnetism. Although undoubtedly discovered in prehistoric time, it was not until 600 BC that the early Greek Philosopher Thales reporter its properties. He studied a sample of iron ore (load-stone) from the town of magnesia which was on the Aegean coast of what is now Turkey. He called it "ho magnetes lithos" or simply the Magnesian rock. Thales also discovered that amber (a fossilized resin called elektron by the Greejs), when rubbed, exhibited an attractive force. It was different though because its attractive forces were not limited to iron but would attract any number of objects including feathers and parchment. In the 2 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
4. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 latter case he had unknowingly discovered what we call electrostatics, or electricity at rest. Hiện tượng từ tính Một nam châm được định nghĩa đơn giản là một cái gì đó có khả năng hút sắt và khả năng tạo lực để thực hiện điều đó được gọi là từ tính. Chưa có khẳng định nào nói nó được phát hiện trong thời tiền sử, nó được đề cập về thuộc tính vào khoảng năm 600 trước công nguyên bởi một Triết gia người Hy Lạp Philosopher Thales. Ông đã nghiên cứu một mẫu quặng sắt từ thị trấn Magne trên bờ biển Aegean thuộc Thổ Nhĩ Kỳ. Ông ấy gọi nó là "ho magnetes lithos" hoặc đơn giản chỉ là đá Magne. Thales cũng phát hiện ra rằng hổ phách ( nhựa hóa thạch Elektron được gọi bởi Greejs ), khi cọ sát chúng với nhau, chúng tạo ra một lực hút. Nó là khác nhau bởi vì lực hút của nó không có tác dụng nào với sắt nhưng sẽ hút bất kỳ các các vật nhỏ nào như lông, giấy da. Trong trường hợp thứ 2, ông đã vô tình phát hiện ra cái mà chúng ta gọi là tĩnh điện, hoặc tích điện ở phần còn lại. An object that exhibits magnetism without the aid of electricity is referred to as a permanent magnet. Permanent magnets have two areas of maximum attraction which are referred to as their North and South seeking Poles. Although a number of rules apply, the mot basic is that opposite poles attract and like poles repel. Một đối tượng có từ tính mà không cần đền sự tác động của điện được gọi là nam châm vĩnh cửu. Nam châm vĩnh cửu có 2 cực hút tối đa gọi là cực Bác và cực Nam do Người Ba Lan tìm thấy. Có 1 số quy tắc được áp dụng, những cực khác nhau thì hút nhau và giống nhau thì đẩy nhau. On the following page, we see the poles of a horseshoe magnet interacting with the poles of a bar magnet. When one is rotated, torque is transmitted to the other without making contact due to the attractive forces of the opposing poles. A similar application is used to couple pumps and motors where shaft seals cannot be used.Magnetic fields are also important because of their relationship to electricity. A moving electric charge produces a magnetic field and a magnetic field exerts a 3 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
5. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 force on a moving electric charge. This relationship is the basis for motors, generators, and many other electrical devices. Ở trang sau, chúng ta thấy các cực của một nam châm hình móng ngựa tương tác với các cực của một thanh nam châm. Khi một người xoay nó, momen xoắn được chuyển đến các thành phần khác mà không cần các mối ghép, nguyên nhân là do lực hút của các cực khác nhau của 2 nam châm. Một ứng dụng tương tự được sử dụng để cho máy bơm đôi và đông cơ, nơi mà các khóa trục không thể thực hiện. Từ trường là cũng rất quan trọng vì mối quan hệ của nó với dòng điện. Một điện tích di chuyển tạo ra một từ trường và từ trường này tác động 1 lực lên một điện tích di chuyển. Mối quan hệ này là cơ sỡ cho động cơ, máy phát điện và rất nhiều các thiết bị điện khác. Before the 19th century, electricity and magnetism were thought to be independent forces. In 1819; however, Hans Christian Oersted performed an accidental experiment that demonstrated that they are intimately related. His experiment occurred during a lecture when he accidentally placed a wire connected to a battery over the face of a compass parallel to the needle. He noticed that the needle moved quickly to the right. He then reversed the battery connections only to see the needle swing to the left. He had accidentally discovered the interaction between electric current and a magnet. Trước thế kỷ 19, điện và từ được cho là 2 lực độc lập. Đến 1819, tuy nhiên, Hans Christian Oersted đã thực hiện một thý nghiệm ngẫu nhiên và đã chứng minh rằng nó có liên quan mật thiết. Thí nghiệm của ông được thực hiện trong một bài giảng khi ông vô tình đặt một sơi dây kết nối với một pin trên mặt của một la bàn song song với kim. Ông nhận thấy rằng kim nhanh chóng quay về bên phải, sau đó ông đảo ngược kết nối pin chỉ để xem kim quay về bên trái. Ông đã vô tình phát hiện ra sự tương tác giữa dòng điện và nam châm. The French Physicist Andre Ampere, for whom the unit of current intensity is named, went on to demonstrate that a magnetic force generated by an electric current was indistinguishable from that of a permanent magnet. He began with two parallel wires each connected to a separate battery. One wire was fixed while the other was free to slide toward or away from its neighbor. When current traveled in the same direction in both wires, the movable wire slid toward the stationary one. When current traveled in opposite directions, the movable wire slid away. This demonstrated that an electric current could exhibit the same attractive and repulsive forces as the permanent magnet. Nhà vật lý người Pháp Andre Ampere, người đặt tên cho đơn vị cường độ dòng điện hiện hành, đã tiến hành thí nghiệm để chứng minh rặng một từ trường được tao ra bỏi dòng điện là không có sự khác biệt với từ trường tạo ra từ nam châm vĩnh cửu. Ông bắt đầu 4 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
6. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 với hai dây song song kết nối với 1 pin riêng biệt. Dây một đã được cố định trong khi dây còn lại có thể trượt tự do theo bất kỳ hướng nào. Khi dòng điện di chuyển trong 2 dây cùng chiều nhau, dây kia di chuyển về phía dây đứng im. Khi 2 dây ngược chiều nhau, dây di chuyển cách xa nhau. Điều nay chứng tỏ rằng một dòng điện có tồn tại lực hút và lực đẩy như nam châm vĩnh cửu. The electromagnet is an elegantly simple device that demonstrates that a moving charge generates a magnetic field. In the figure to the right above, a DC current is flowing through a wire that is coiled around an iron bar. The flowing current causes the bar to become magnetized. When the current is removed the bar loses its magnetic properties. Electromagnets can be constructed so that they are far more powerful than permanent magnets. Nam châm điện là một thanh dễ dàng chứng minh được khi có các điện tích di chuyển tạo ra một từ trường. Trong hình trên, bên phải. Một dòng điện DC chạy qua một dây được công xung quanh một thanh sắt. Khi các điện tích di chuyển, các thanh xuất hiện từ tính hút các thanh nhỏ. Khi dòng điện được ngặt, các thanh nhỏ rơi xuống, từ tính bị mất đi. Nam châm điện có thể được tạo ra và có khả năng hút đẩy mạnh hơn rất nhiêu so với nam châm vĩnh cửu. An important feature of the electromagnet is its ability to change polarity via a change in the direction of current flow. As shown below, reversing the connections to the battery causes current to flow in the opposite direction and thus changes the polarity of the iron bar. Một tính năng quan trọng của các nam châm điện là khả năng thay đổi cực thông qua sự đổi chiều của dòng điện. Như hình dưới dây, đảo ngược kết nối với pin, dòng điện chạy theo chiều ngược lại và do dó thay đổi cực của nam châm điện. 5 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
7. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 On the following page, we see a loop of wire (rotor) within a permanent magnetic field (stator) and connected to a battery via contacts that change current direction every half rotation (commutator). When current passes through the loop, it flows in one direction in the upper half and in the opposite direction in the lower half. If the upper half is forced to the left, then the lower half is forced to the right (Just like Oersted’s compass needle and Ampere’s wires). But unlike their experiments, the current entering the loop changes direction automatically every half rotation. This keeps the forces on the upper and lower portions of the loop oriented in the same direction and thus allows continuous rotation. Trên trang sau, chúng ta sẽ thấy những vòng dây ( rotor) trên một từ trường lâu dài (từ stator ) kết nối với pin thông qua các các nữa vòng quét ( Chuyển mạch ). Khi dòng điện đi qua vòng dây, nó đi qua di chuyển theo hướng của nửa trên vòng quét và theo chiều ngược lại ở nửa dưới. Nửa trên buộn phải ở bên trái, sau đó nửa dưới buộc vòng lặp phải ở bên phải ( giống như thứ nhiệm của Oersted về kim la bàn và Ampe về dây ). Nhưng không giống như các thí nghiệm của mình, hiện tại vòng lặp thay đổi hượng tự động sau mỗi nửa vòng quay, điều này sẽ giúp các điện tích di chuyển định hướng trong vòng kín và do đó tạo ra phép quay liên tục. 6 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
8. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 III. ALTERNATING CURRENT One of the advantages of AC motors is that we do not have to come up with a means, mechanical or otherwise, to change polarity. This takes place during the normal voltage reversals of AC power.During one 360 degree cycle of AC, current is 0 at 0 degrees, +max at 90 degrees, 0 again at 180 degrees, -max at 270 degrees, and finally 0 at 360 degrees. Current varies at every point in between. In the US this cycle occurs 60 times each second. In Europe and some other countries it is reduced to 50.If we were to bond the N pole of a permanent magnet to one side of a shaft, the S pole to the other side (a rotor), place it in a housing with two coils of wire 180 degrees apart (a stator), and energize the coils with single phase power we would have a simple 2 pole motor. (Of course this would be impossible because all magnets have two poles. Cut one in half and you get two complete but smaller magnets.) Since alternating current changes direction every half cycle (and in this case every half rotation), it will keep the forces on the north and south poles of the rotor 7 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
9. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 oriented in the same direction through a complete rotation just as the commutator did for our DC motor. The difference is that no mechanical intervention is required. Dòng điện xoay chiều Một trong những lợi thế của động cơ AC là chúng ta không cần một biện pháp cơ khí hay một cách nào khác để thay đổi chiều dòng điện. Sự đảo chiều dòng điện được thực hiện bình thường trong một nguồn AC. Trong một chu kì 360 độ của nguồn AC, hiện tại là 0 ở 0 độ, đạt cực đại ở 90 độ, rồi về 0 một lần nữa ở 180 độ, sau đó lại về cực tiểu ở 270 độ và cuối cùng là về 0 ở 360 độ. Chu kỳ được lặp lại như vậy. Ở Mỹ, chu kỳ này điễn ra 60 lần mỗi giây, tại châu âu và một số nước khác được giảm xuống 50. Nếu chúng ta để một cực Bắc của một nam châm vĩnh cửu vào một bên của một trục, cực còn lại để ở phía bên kia, đặt nó trong một khối với 2 cuộn dây cách nhau 180 độ ( stator), sau đó cung cấp cho các cuộn dây một nguồn điện điện sẽ tạo ra một động cơ với 2 cực đơn giản. ( tất nhiên điều này sẽ là không thể bởi vì tất các các nam châm đều có 2 cực, cắt một nửa cục nam châm thì bạn sẽ nhận được hai cục nam châm nhỏ hơn cũng với 2 cực). Dòng điện xoay chiều đổi hướng theo mỗi nửa chu kỳ nó sẽ giữ cho lực trên cực bắc và cực nam của rotor theo một hướng nhất định thông qua bộ vòng quét giống như bộ chuyển mạch của động cơ DC. Sự khác biệt là không có sự can thiệp của cơ học. Since our electric current changes direction 60 times per second our 2 pole motor’s synchronous speed will be 3600 rotations (not revolutions) per minute (RPM). The full load speed (or slip speed) will be somewhat less, usually between 95 and 99% of synchronous speed. Kể từ khi có dòng điện xoay chiều với khả năng thay đổi 60 lần trên mỗi giây, cũng với 2 cặp cực của động cơ chúng ta sẽ được phép quay 3600 vòng trên phút ( nó không phải là một cuộc cách mạng ). Tốc độ tải ( hay tốc độ quay trục ) sẽ nhỏ hơn, thường là giữa 95% đến 99% tốc độ quay của dòng chiều từ trường. 8 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
10. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 If we were to wire the stator with four coils 90 degrees apart we would have a 4 pole motor with a synchronous speed of 1800 RPM. Use 6 coils and we get 1200 RPM and so on. Motor speed (RPM) is equal to a constant of 120 times the power frequency divided by the number of poles in the motor. (Constants allow us to express quantities in alternate units. For example, angular velocity is normally expressed in radians/sec. The constant, 120, allows the alternate unit, rotations per minute, to be used.) Nếu chúng ta xếp đặt thêm vào Stator với 4 cuôn dây đặt cách nhau 90 độ, chúng ta sẽ có một động cơ 4 cực với tộc độ đồng bộ là 1800 RPM ( vòng/phút ). Sử dụng 6 cuộn dây chúng ta sẽ nhận được 1200 RPM và tương tự Tốc độ động cơ (RPM) là một hằng số bằng 120 lần năng lượng tần số chia cho số cặp cực trong động cơ. ( hằng số này cho phép thay đổi nhờ thay đổi số cặp cực trên động cơ. Ví dụ, vận tốc góc thường được thể hiện bằng radian / giây. Hằng số 120, cho phé sử dụng các đơn vị thay thế như vòng trên phút ) S=120F/P IV. INDUCED CURRENT Our discussion so far has been limited to motors that use some combination of permanent and electromagnets to create magnetic fields on the rotor or stator. Permanent magnets are limited in the size of the fields they can produce and at some point become too large to be practical. Wire wound rotors (electromagnets) can produce large fields but require some sort of mechanical intervention to change polarity. Dòng cảm ứng Thảo luận của chúng tôi cho đến nay được giới hạn cho các động cơ sử dụng sự kết hợp của nam châm điện tạo ra từ trường trên rotor và stato. Nam châm vinh cửu giới hạn kích thước và các linh vực sản xuất, tại một vài tính toán nó bắt đầu trở nên quá lớn để được đưa vào thực tế. Roto cuộn dây ( nam châm điện ) có thể sản xuất hàng loạt nhưng nó yêu cầu một số can thiệp nhỏ bằng cơ khí để thay đổi phân cực. I said earlier that a moving electric charge creates a magnetic field. If the magnetic field is intense enough, it can create a current in a nearby metallic object. This created current will produce its own magnetic field which will then interact with the magnetic field that created it. This may seem a bit incestuous, but quite economical never the less. Creation of a current via a magnetic field is called induction and is the basis for the AC induction motor. Induction is a far simpler way of creating an electromagnetic field than mechanical devices such as a commutator. Essentially an 9 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
11. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 induction motor has but one moving part if you consider the bearings to be an integral part of the rotor. Tôi đã nói trước đó rằng một điện tích di chuyển tạo ra một từ trường. Nếu từ trường dủ mạnh, nó có thể tạo ra một tác dụng lên một vật kim loại gần đó. Điều này tạo ra những dòng sẽ tác dộng nên nó tạo ra một từ trường, nó sẽ tương tác với từ trường tạo ra nó. Điều này trong có vẻ rối loạn, nhưng giá trị kinh tế của nó thì không hề nhỏ. Tạo ra một dòng điện thông qua một từ trường được gòi là cảm ứng và là cơ sở cho động cơ AC không đồng bộ ( cảm ứng ). Cảm ứng là một thiết bị khá đơn giản để tạo ra một điện từ trường so với các thiết bị cơ khi như bộ chuyển mạch. Bản chất là một động cơ cảm ứng ( không đồng bộ ) nhưng có một phần duy nhất di chuyển nếu không đề cập đến các ổ bị là một phần không thể thiếu của rotor. Shown below is a cross sectional diagram of a single phase, two pole induction motor. The black circle represents the motor shaft and the larger circle, with hatches, concentric to it is the rotor. The egg shaped items are the coiled wire poles of the stator. As current flows through the coils of wire in the motor’s stator high intensity magnetic fields are created. These fields induce currents in the rotor’s bars which, in turn, create magnetic fields that interact with the fields of the stator. As current flows from coil to coil a new field is induced and since the current changes direction every half rotation, the electromagnetic and induced forces remain properly oriented and therefore allow continuous rotation. Dưới dây là một sơ đồ mặt cắt qua một đoạn trục duy nhất, 2 cuộn dây của động cơ cảm ứng. Vòng tròn màu đen thể hiện trục động cơ và vòng tròn lớn hơn với đường gạch, phần ở giữa là rotor. Hình quả trứng là các cuộn dây ở các cực của stator. Khi dòng điện chay qua các cuộn dây ở stator với cường độ dòng điện cao, từ trường được sinh ra. Từ trường này tạo ra dòng điện trong các thanh của rotor, trong mỗi lượt, chúng tạo ra từ trường chống lại từ trường ở stator. Khi mà dòng điện ở cuộn dây di chuyển sang cuộn dây khác, từ trường mới sinh ra khi dòng điện thay đổi chiều trên mỗi nửa vòng quay, trường điện từ và lực gay ra định hướng cho trục và cho phép nó thực hiện phép quay tròn liên tục. 10 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
12. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 V. THREE PHASE POWER Although versatile in a residential environment, single phase power has its limitations in motor applications. One limitation is power. Due to current draw and practical limitations on physical size most single phase motors tend to be 2 HP or smaller. They are; however, generally available up to 10 HP. Another limitation is cost. Single phase motors cost more to buy and run than their three phase counterparts. Finally, single phase motors often require special starting arrangements such as capacitors or additional windings and switches in order to get them turning under load. Three phase power overcomes these limitations. Dòng điện 3 pha Mặc dù linh hoạt trong hệ thống dân cư, nhưng điện một pha hạn chế khả năng của một động cơ. Một là hạn chế công suất. Do dòng điện này giới hạn về vật lý, khả năng tối đa mà một đông cơ 1 pha có thể là 2 mã lực hoặc nhỏ hơn. Tuy nhiên họ cần 10 mã lực. Một hạn chế nữa là chi phí. Đông cơ 1 pha có chi phí để mua và sử dụng cao hơn động cơ 3 pha. Cuối cùng, động cơ 1 pha thường có những yêu cầu đặc biết để khởi động như tụ điện hoặc các cuộn dây bổ xung và mạch chuyển. Nguồn điện 3 pha khắc phục được những hạn chế này. 11 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
13. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 The three phase power curve is made up of three alternating sine waves separated by 120 electrical degrees or 1/3 of a cycle. This not only reduces the current load per phase, but also increases the number of magnetic coils in a motor stator. The single phase, two pole motor has but two coils 180 degrees apart. Its three phase counterpart has two coils per phase or a total of six only 60 degrees apart. The four pole motor has twelve and so on. These additional coils makes starting much easier, especially under load. The three phase motor is also more efficient in its use of power than the single phase. Dòng điện 3 pha được tạo thành từ 3 đường sin xen kẽ nhau cách nhau một khoảng bằng 120 độ hoặc 1/3 chu kỳ. Điều này không chỉ làm giảm tải trọng hiện tại của mỗi pha, thậm chí còn làm tăng số cặp cực trong stator của động cơ. Một pha, 2 cực đặ ở cách nhau 180 độ. Với 3 pha phải có 2 cực cho mỗi pha, tổng cộng có 6 cực cách nhau 60 độ. 4 cực động cơ với 1 pha là 12 cực với động cơ 3 pha. Những cuộn dây bổ xung giúp khởi động dễ dàng hơn, đặc biệt là dưới tải. Động cơ 3 pha cũng hiệu quả hơn cho việc sử dụng công suất thực so với động cơ 1 pha VI. WORK & POWER We all know that an electric motor is a machine designed to transform electrical energy into mechanical energy so that work can be performed. Work, in a translational system, is defined as the force applied multiplied by the distance traveled. In the English system force is measured in pounds and distance is measured in feet. CÔNG- CÔNG SUẤT Chúng ta đều biết rằng động cơ điện là một máy biến đổi năng lượng điện thành năng lương cơ để công việc có thể hoạt động được. Công, trong một hệ thống đại lượng, được định nghĩa là lực thực hiện nhân cho khoảng cách cần để thực hiện. Trong hệ anh, lực được tính bằng pounds và khoảng cách được đo bằng feet. 12 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
14. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 w = fd If we were to lift 100 pounds to a height of 10 feet, we will perform 1000 lb-ft of work. We would perform the same amount of work if we lifted a 200 pound object to a height of 5 feet or,for that matter, a 50 pounder 20 feet. (Just for grins, work in the mks system is the Joule or newton-meter and in the cgs system it is the Erg or dyne-cm. A newton is a kg-m/sec/sec and a dyne is a g-cm/sec/sec. A fig newton is not a unit of force.) Nếu chúng ta nâng 100 pound một chiều cao 10 feet, chúng ta sẽ cần một công 1000lb-ft. Chúng ta muốn thực hiện một công việc là nâng một vật 200 pound lên cao 5 feet hoặc 50 pound đến 20 feet. ( Phải thực hiện phép đổi đơn vị, công trong hệ thông MKS là Jun hay Newton-Mét và in trong hệ CGS là Erg hay Hyne-Cm. Xung lực Newton không phải là đơn vị của Lực. Work is a somewhat unfortunate term because in order for work to be performed, we must actually move an object in a direction that is opposite of the force acting upon it. For example, if we lift a suitcase off the ground we have performed work because the force we applied overcame the force of gravity that was holding it to the ground. Carrying it across the room; however, is not work for we are not moving it in a direction that is opposite the force acting upon it. Try telling that to someone with a thirty pound suitcase in each hand. He or she may expend energy but they do no work. Công là một thuật ngữ khá chung chung, bởi vì trong một công thực hiện, chúng ta phải di chuyển một đối tượng trọng một hướng nào đó là hướng của lực tác dụng lên nó. Trong ví dụ, nếu chúng ta nâng một valy lên khỏi mặt đất, chúng ta đã thực hiện một công thắng được lực hấp dẫn giữ nó ở mặt đấy. Mang nó vào trong phòng, tuy nhiên, không phải là công cho chúng tôi di chuyển nó trong một hướng mà lực tác dụng chỉ định. Thử nói về một ai đó với 1 cái va ly xách tạy 30 pound. Anh hay chị nói nó có mất năng lượng dù cho họ không làm gì cả. The equation for work tells us how much work is done but it says nothing about how quickly it gets done. If we carry a 50 pound object up a flight of stairs 10 feet high we will perform 500 lb-ft of work. It makes no difference if we do it in five seconds or five days, the same amount of work is performed. The rate at which work is done is power. Power is equal to work divided by time. Công thức tính công cho chúng ta biết bao nhiêu công để thực hiện nhưng không nói bất cứ gì về cách thực hiện nó nhanh như thế nào. Nếu chúng ta mang một vật 50 pound lên một câu thang cao 10 feet, chúng ta sẽ tốn một công là 500 lb-ft . Nếu chúng ta thực hiện điều đó một cách đồng đều trong 2 giây hoặc 5 ngày, cùng một khối lượng công việc 13 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
15. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 được thực hiện. Độ làm việc để thực hiện công là công suất. Công suất bằng công chia cho thời gian p = w/t VII. TORQUE Torque is defined as the force that gives rise to rotational motion. It is also the result of rotational motion. Torque is equal to force times the radius through which it acts (The radius is sometimes referred to as the length of the lever arm.). MOMEN XOẮN Momen xoắn được định nghĩa là lực cung chấp cho chuyển động quay. Đây cũng là kết quả của chuyển động quay. Momen xoắn bằng lực nhân với bán kinh mà nó hoặt động (bán kính đôi khi được gọi là chiều dài của cánh tay đòn) T= fr Torque in a rotational system is analogous to force in a translational system. The straight line distance of the translational system; however, is replaced with an angular quantity. Work then in a rotational system is: Momen xoắn trong hệ thông quay tương tự như lực trong một hệ thông chuyển động thẳng. Khoảng cách đường thẳng trong hệ thông chuyển động thẳng được thay thế bằng đại lượng góc. Công trong hệ thông chuyển động quay là : W=Tø where ø is angle through which the rotating object turnsFor any given HP, torque varies inversely with rotational speed. Nơi mà góc phi quay qua các đối tượng bất kỳ trong một mã lực nhất định, momen xoắn thay đổi tỉ lễ nghịc với tốc độ quay For example a 100 HP motor operating at 3600 RPM produces a torque of approximately 150 lb-ft. At 1800 RPM torque would be about 300 lb-ft and at 1200 RPM about 450 lb-ft. This is exactly what one would expect since HP (power) is the rate at which work is done. If an 1800 RPM motor is to accomplish the same amount of work in the same amount of time as one turning at 3600 RPM, it must do twice the work per rotation. It is for this reason that the “U” dimension of the 900 RPM motor shown in the Puzzler is larger than that of the 3600 RPM model. Lower RPM motors utilize larger diameter shafts to accommodate the higher torque required to do the same amount of work in fewer rotations. 14 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
16. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 Ví dụ, một động cơ hoạt động 100 HP tại 3600RPM tạo ra một momen xoắn khoảng 150 ft-lb. Tại 1800RPM tạo ra 300lb-ft và tại 1200 RPM là 450lb-ft. Điều này chính xác trong những gì người ta mong đợi khi HP ( công suất ) là tỉ lệ mà đó là công thực hiện. Nếu động cơ 1800RPM muốn hoàn thành một lượng công việc trong cùng một thời gian là một lượt tại 3600RPM. Nó phải làm gấp đôi công việc của 1 vòng quay. Đó là lý do mà "U" kích thước của động cơ 900RPM lớn hơn kích thước của động cơ 3600RPM. Động cơ có RPM thấp hơn sẽ dùng cho trục có đường kính to hơn và momen xoắn cao hơn cần thiết để làm cũng một công việc trong số vòng quay nhỏ hơn. Earlier we defined horsepower as w/t and expressed it in lb-ft or watts. It can also be defined in terms of torque and speed. Trước đó, chúng ta định nghĩa Mã lực như w/t và trình bày lb-ft hoặc watt. Nó cũng có thể được định nghĩa bởi momen xoắn và tốc độ HP = T x S(rpm) / 5250 We can also express torque in terms other than force and the radius through which it travels. Rearranging the previous equation we get: Chúng ta có thể thể hiện momen xoắn trong các khoảng khác hơn so với lực và bán kính mà nó di chuyển qua. Sắp xếp lại các công thức trước đó chúng ta nhận được : T = HP x 5250 / S(rpm) These last two equations are probably more useful in daily work than are the earlier ones. Hai công thức cuối cũng này có thể hữu ích trong công việc thường ngày hơn là nhưng công thức trước đó. 15 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
17. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 CONSTANT TORQUE T = hp / s T = HP / S CONSTANT HP HP = sT HP = St 16 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
18. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 VARIABLE TORQUE T = kS2 H = kS3 CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ CẤU TẠO VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA WHERE MOTORS ARE USED An electric motor is an electromechanical device that converts electrical energy to mechanical energy. This mechanical energy is used for, for example, rotating a pump impeller, fan or blower, driving a compressor, lifting materials etc. Electric motors are used at home (mixer, drill, fan) and in industry. Electric motors are sometimes called the “work horses” of industry because it is estimated that motors use about 70% of the total electrical load in industry. 17 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
19. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 Phạm vi sử dụng Động cơ điện được sử dung trong cơ điện là thiết bị biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ. Năng lượng cơ này được sử dụng cho các mô hình, sự quay của cánh quạt máy bơm, cánh quạt của thiết bị phun khí, hoạt động của máy nén khí, nâng các vật liệu, v.v Động cơ điện còn được sử dụng tại các hộ gia đình ( máy trộn, khoan, quạt ) và trong công nghiệp. Động cơ điện đôi khi còn được gọi là "sức ngựa" của nền công nghiệp bởi vì người ta ước tính rằng nó chiếm khoảng 70% tổng điện tải trong ngành công nghiệp. AC Motors Alternating current (AC) motors use an electrical current, which reverses its direction at regular intervals. An AC motor has two basic electrical parts: a "stator" and a "rotor" as shown in Figure 7. The stator is in the stationary electrical component. The rotor is the rotating electrical component, which in turn rotates the motor shaft. The main advantage of DC motors over AC motors is that speed is more difficult to control for AC motors. To compensate for this, AC motors can be equipped with variable frequency drives but the improved speed control comes together with a reduced power quality. Induction motors are the most popular motors in industry because of their ruggedness and lower maintenance requirements. AC induction motors are inexpensive (half or less of the cost of a DC motor) and also provide a high power to weight ratio (about twice that of a DC motor). Động cơ AC Dòng diện soay chiều (AC) mà động cơ sử đụng loại loại dòng điện mà nó liên tục đổi ngược hướng trong khoảng thời gian nhất định. Động cơ AC có 2 bộ phận điện cơ bản là "Startor" và "rotor" được thể hiện trong hình 7. Stator là bộ phận đứng yên trong máy điện. Rotor là bộ phận quay trong máy điện, nó làm quay trục động cơ. Ưu điểm chính của động cơ DC so hơn với động cơ AC là sự điều chỉnh tốc độ của động cơ AC khó khăn hơn. Để bổi đắp cho điều này, động cơ AC có thể được trang 18 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
20. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 bị thiết bị biến tần nhưng sự cái tiến trong việc điều kiển tốc độ dẫn đến việc giảm chất lượng công suất Động cơ không đồng bộ ( cảm ứng ) được sử dụng phổ biến trong công nghiệp bới về nó ổn định và yêu cầu bảo đưỡng thấp hơn. Động cơ không đồng bộ có giá thành rẻ ( 1 nửa hoặc rẻ hơn giá thành của một động cơ DC ) và nó có thể tao ra một công suất lớn hơn nhiều ( Gấp đôi đông cơ DC ) INDUCTION MOTOR Induction motors are the most common motors used for various equipments in industry. Their popularity is due to their simple design, they are inexpensive and easy to maintain, and can be directly connected to an AC power source. Động cơ không đồng bộ ( cảm ứng ) là loại động cơ được sử dụng nhiều nhất trong nhiều ngành công nghiệp phổ biến. Sự phổ biến của nó được thừa hưởng từ những thiết kế đơn giản, chúng không qua mác tiền và dễ dàng để bảo đưỡng và có thể được nối trực tiếp vào hệ thông điện AC. a. Components An induction motor has two main electrical components (Figure 8):4 ƒ Rotor. Induction motors use two types of rotors: - A squirrel-cage rotor consists of thick conducting bars embedded in parallel slots. These bars are short-circuited at both ends by means of short-circuiting rings. 19 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
21. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 - A wound rotor has a three-phase, double-layer, distributed winding. It is wound for as many poles as the stator. The three phases are wired internally and the other ends are connected to slip-rings mounted on a shaft with brushes resting on them. Rotor : Động cơ không đồng bộ ( cảm ứng ) sử dụng 2 loại rotor : Loại lồng sóc được tạo thành từ những thanh dẫn điện dày có rãnh. Các thanh này được ngắn mạch ở cả 2 đầu tạo thành các vòng ngắn mạch. Loại dây quấn được sử dụng điện 3 pha, quấn song song 2 với sự phân bố các cuộn dây quấn. Những cuộn dây này có số cực bằng bằng với stator. Điện ba pha thông qua các cuộn dây quấn được nối các điểm cuối vào những vòng quét gắn trên trục bằng những chổi quét tựa lên nó. Stator. The stator is made up of a number of stampings with slots to carry three- phase windings. It is wound for a definite number of poles. The windings are geometrically spaced 120 degrees apart. 20 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
22. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 Stator : Được tạo thành từ một số lượng những lá thép được dập sẵn với những rãnh để gắn những cuộn dây ba pha. Những rãnh này được bố trí cách nhau 120 độ. Giữa những lá thép được sơn cách điện với nhau. Three-phase induction motors. The rotating magnetic field is produced by the balanced three-phase supply. These motors have high power capabilities, can have squirrel cage or wound rotors (although 90% have a squirrel cage rotor), and are self-starting. It is estimated that about 70% of motors in industry are of this type, are used in, for example, pumps, compressors, conveyor belts, heavy-duty electrical networks, and grinders. They are available in 1/3 to hundreds of horsepower ratings. Động cơ ba pha không đồng bộ ( cảm ứng ) là loại động cơ quay dựa vào từ trường của nam châm, tạo ra nhằm sử dụng nguồn điện ba pha. Loại động cơ này có công suất cao, có thể tạo ra từ bộ lòng sóc hoặc các cuộn dây quấn ( 90% sử dụng loại lồng sóc ), và nó là loại tự khởi động. Sử dụng rộng rãi chiếm khoảng 70% loại động cơ trong công nghiệp, cá nhân, sử dụng cho các mô hình, máy bơm d. Speed of induction motor Induction motors work as follows. Electricity is supplied to the stator, which generates a magnetic field. This magnetic field moves at synchronous speed around the rotor, which in turn induces a current in the rotor. The rotor current produces a second magnetic field, which tries to oppose the stator magnetic field, and this causes the rotor to rotate. Vận tốc của động cơ không đồng bộ Động cơ không động bộ ( cảm ứng ) hoạt động trễ. Dòng điện cung cấp cho stator, tạo ra một từ trường. Từ trường này dy chuyển với vẫn tốc đều quang rotor, nó lần lượt tạo ra những dòng điện chạy trong rotor. Dòng điện chạy trong rotor tạo ra một từ trường thứ 2, từ trường này chống lại từ trường sinh ra ở stator và chúng đẩy nhau, hiện tượng này làm cho rotor quay quanh trục. 21 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
23. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 CHƯƠNG 3 : SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI VẬN TỐC 1. Index and Connection of the three-phase motor 22 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
24. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 When the three-phase motor is connected to the mains, the data on the rating plate must correspond with the main voltage and mains frequency. The connection is implemented via six screw terminals (standard version) in the terminal box of the motor and distinguishes between two types of circuit, the star connection and the delta connection. Example for a mains sup-ply voltage of 3 AC 400 V, 50 Hz (see figure 2). Thông số kỹ thuật và kết nối của động cơ 3 pha Khi động cơ 3 pha được kết nối vào hệ thống, thông số làm việc trong hệ thống phải khớp với điện áp định mức và tần số định mức. Kết nối được thông qua 6 đinh vít ( tiêu chuẩn ) quy định đầu và cuối của các cuộn dây trong hộp điện cực và phân biệt hai loại mạch, mạch kết nối hình sao và kết nối hình tam giác. Trong ví dụ về điện áp định mức của dòng 3 pha AC 400v, 50Hz ( nhìn hình 2 ) 23 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
25. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 • With its voltage specification of 230/400 V, this motor must be connected to the three-phase supply (ULN = 400 V) in a star configuration. • The voltage in a motor winding is designed for a maximum of 230 V here. • The three winding phases (W2-U2-V2) are configured in the terminal box to the so-called star point. The voltage for the individual phases to the star point is 230 V. Với điện áp chỉ định là 230/400V, động cơ này được kết nối với dong điện ba pha ( ULN = 400V ) trong kết nối hình sao. Điện áp trong cuộn dây của động cơ được thiết kế tối da 230V trong trường hợp này. Kết nối ba đầu dây pha (W2, U2, V2 ) là tên trong hộp điện cực và được gọi là điểm bắt đầu. Điện áp trong từng pha riêng lẻ là 230 V. • With its voltage specification of 400/690 V, this motor must be connected to the three-phase supply (ULN = 400 V) in a delta configuration. • Every motor winding is configured for a maximum phase voltage of 400 V and can be directly connected. • For direct-on-line starting, the ends of the phase windings are connected in the terminal box (U1-W2, V1-U2, W1-V2) to the individual phases. Với điện áp chỉ định là 400/690 V, động cơ này được kết nối với nguồn 3 pha ( ULN = 400 V ) trong kết nói hình tam giác. Mội cuộn dây được tính toán sao cho sử dụng điện áp là 400 V. 24 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
26. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 Các cực đầu dây được nối với nhau như trong hộp điện cực ( U1-W2, V1-U2, W1-V2) Regardless of the design configuration (with/without terminal box), the connections of the three-phase motor must be denoted, so that their alphabetical sequence (e.g. U1, V1, W1) corresponds with the mains voltage sequence (L1, L2, L3) and causes the motor to rotate clockwise. The direction of rotation is specified by looking directly at the drive end (shaft of the motor). On motors with two shaft ends, the driving end is denoted with D, the non-driving end with N (D = Drive, N = No drive). Anti-clockwise rotation of the three-phase motor is implemented by exchanging two connection cables (mains phases). Bất kỳ các thiết kế nào về cấu hình ( có hay không hộp điện cực ), kết nối của động cơ ba pha phải được hiển thị, tùy theo dãy chữ cái của từng nhà sản xuất ( ví dụ như U1, V1, W1) tương ứng với dãy điện áp của nguồn điện hệ thống ( L1, L2, L3 ) và làm cho động cơ quay theo chiều kim đồng hồ. Hướng của trục quay quy định cụ thể bằng cách nhìn trực tiếp vào phần cuối của động cơ ( trục của động cơ ). Trên động cơ với 2 trục đầu, phần cuối của động cơ được đánh dấu bằng chữ D, và phần còn lại là N ( D = Driver, N = No driver ). Để động cơ quay ngược chiều kim đồng hộ ta thực hiện bằng cách trao đổi 2 trong 3 loại kết nối của động cơ với mạch điện. 25 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
27. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 Hình 4 : dòng khởi động trong động cơ 3 pha không đồng bộ The operating point (MM) of the three-phase asynchronous motor is described by the rated voltage range and the corre-sponding frequency (e.g. 400 V / 50 Hz). The (rotational) speed is determined by the frequency of the mains supply (n ~ f). It is load-dependent and is only maintained as long as the motor torque (MM) and load torque (ML) have the same magnitude. The electrical and mechanical rating data of the operating point must be specified on the motor rating plate. The operation data are unstable during the starting process (acceleration process). Steady-state operation of the drive is only permissible in the operating point (MM) range. Điểm hoạt động trong đồ thị ( MM ) của động cơ 3 pha không động bộ được đặt trên đồ thị dựa vào điện áp và tần số hoạt động ( ví dụ 400v / 50Hz ). Tốc độ ( quay ) được xác định bởi tấn số của nguồn cung cấp ( n ~ f ). Nếu nó không phụ thuộc vào tải và chỉ duy trì sao cho momen xoắn động cơ ( MM ) và tải xoắn ( ML ) có cùng độ lớn. Các số liệu đánh giá điện và cơ của các điểm hoạt động được quy định của thể trên bảng đánh giá động cơ. Số liệu cho thấy động cơ hoạt động không ổn định ở quá trình tăng tốc ban đâu. Trạng thái ổn định cho phép là trong phạm vi điểm hoạt động ( MM ) 26 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
28. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 IA = dòng điện khởi động IN= dòng tại điểm hoạt động ổn định MA= Momen xoắn khởi động MB= Momen xoắn tăng tốc MK= Momen xoắn phá hủy ML= Momen xoắn của tải MM= Momen xoắn của động cơ tại điểm hoạt động MN= Momen xoắn của tải tại trạng thái ổn định. n= Tốc độ quay ( thực ) nN= Tốc độ quay tại điểm hoạt động ns= Tốc độ đồng bộ ( khi hoạt động ổn định ) 2. Direct-on-line motor start The direct-on-line motor start is the easiest method for starting up three-phase asynchronous motors. The stator windings are directly connected to the mains supply in a single switching process. Large starting currents (surge currents) result by applying the full mains voltage, which in turn cause troublesome voltage changes on the mains supply. For this reason, the electricity supply companies limit the permissible rated powers of motors connected to the mains supply. These limit values can vary from grid to grid. In public electrical power grids, these limita-tions are generally met when the 27 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
29. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 three-phase motor that is occasionally started has an apparent power of less than 5.2 kVA or at higher apparent powers, the starting current does not exceed 60 A. Khởi động động cơ trực tiếp Khởi động động cơ trực tiếp là phương pháp dễ nhất để bắt đầu khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha. Các cuộn stator được kết nối trực tiếp đến nguồn cung cấp trong lần chuyển đổi duy nhất. Dòng khởi động lớn ( tăng dòng ) trong khi động cơ sử dụng một điện áp định mức, kết quả là gây ra một số vấn đề làm cho thay đổi giá trị điện áp của nguồn điện cung cấp ( sụt áp ). Vì lý do này mà các công ty cung cấp điện hạn chế việc cho phép kết nối động cơ điện với nguồn cung cấp. Những giá trị giới hạn có thể khác nhau tùy thuộc vào lưới điện khác nhau, trong hệ thống điện thường, các động cơ ba pha được giới hạn công suất dưới 5.2 KVA trở xuống, dòng điện khởi động không vượt quá 60 A. 3. Star-delta motor start With a star-delta motor start, the start-up of the three-phase asynchronous motor is implemented by a changeover of the windings. The jumpers in the motor terminal box are omitted, and all 6 winding connections are connected to the mains sup-ply using a so-called star-delta switch (manually actuated switch or automatic contactor circuit). 28 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
30. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 During the operating connection, the windings of the motor are connected in delta. The winding voltage (UW) must therefore be equal to the phase voltage (ULN) of the three-phase system. Khởi động động cơ bằng phường pháp sao-tam giác Với cách khởi động sao - tam giác, quá trình khởi động của động cơ không đồng bộ ba pha được thực hiện nhớ cách chuyển đổi các cuộn dây. Các kết nối cố định trong hộp điện cực ko được sử dụng, thay vào đó là 6 dầu dây được kết nối với hệ thống chuyển sao - tam giác ( Chuyển đổi bằng tay hoặc tự động chuyển dòng ) Trong kết nối hoạt động, các cuộn dây phải được kết nối hình tam giác. Do đó điện áp cuộn dây phải bằng với điện áp của pha của hệ thống điện 3 pha. With the changeover of the circuit configuration from star to delta, the current drops to zero, and the speed of the motor reduces depending on the load. The changeover to delta then causes a dramatic rise in the current, as the full mains voltage is now applied to the motor windings. Voltage dips will result on unreliable or weak supply systems. The motor torque also jumps to a higher value during changeover, which causes addi-tional loading on the entire drive system. Với sự chuyển mạch từ sao sang tam giác, dòng sụt áp được giảm về 0, và tốc độ làm việc của động cơ giảm tùy thuộc vào tải. Chuyển đổi mạch thành tam giác sau khi đã tăng đáng kể dòng điện trong mạch, khi động cơ đã quay thì điện áp dầy đủ được cung cấp cho các cuộn dây của động cơ. Sụt áp làm cho nguồn điện cung cấp bị yếu hoặc không đáng tin cậy. Momem xoắn động cơ cũng nhảy đến một giá trị cao hơn khi chuyển đổi, nó còn gây tác động đến các tải phụ bên ngoài hệ thống. Automatic changeover from star to delta is usually controlled by a timing relay on the contactor circuit. The time required for starting in the star connection is dependent on the load on the motor and should continue until the motor has reached about 75 to 80 % of its operating speed (nN) to ensure that the least possible post-acceleration is necessary after changeover to delta. This post- acceleration is associated in delta configuration with high currents just as is the case with direct-on-line start-ing. Quá trình chuyển đổi tự động từ sao sang tam giác đơn giản nhờ hệ điều kiển bằng các role thời gian trong contractor. Thời gian được cài đặt để khỏi động trong quá trình sử dụng mạch hình sao được thiết lập cho quay đến vẫn tốc khoảng 70 đến 80% vận tóc hệ thống, sau đó được chuyển sang mạch hình tam giác. Phương pháp này chỉ dùng trong động cơ chạy mạch tam giác với dòng điện cao và là một sự lựa chon tốt so với hệ thông thống khởi động trực tiếp. 29 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
31. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 Soft starters In many cases, the direct-on-line start and the staged star-delta start of the three- phase asynchronous motor is not the best solution, as high peak currents influence the electrical supply, and torque surges subject the mechanical components of the machine or system to high levels of stress. The soft starter provides a remedy. It enables a continuous and surge-free increase in torque and also offers the opportunity for a selective reduction in starting current. The motor voltage is also increased within the adjustable starting time from a selected starting voltage to the rated motor voltage. The soft starter can also control the run down of the drive by reduction of the voltage. Khởi động mềm Trong nhiều trường hợp, khi mà khởi động trực tiếp và khởi động sao-tam giác của động cơ không đồng bộ ba pha không phải là giái pháp tốt nhất, dòng điện cao ảnh hưởng đến nguồn cung cấp và momen xoắn tăng do các thành phần cơ khi của máy hoặc do sự hoạt động mạnh của hệ thống. Khởi động mềm cung cấp một phương pháp khắc phục điều đó. Nó cho phép sự gia tăng liên tục về momen xoắn và tạo ra một biện pháp để giảm dòng khởi động. Điện áp của động cơ khi khởi động khá cao, phương pháp khởi động mềm có thể điều kiển hệ thống chuyển động bằng cách giảm điện áp. The characteristic curve of the three-phase asynchronous motor only applies when the full mains voltage (ULN) is availa-ble. If a lower voltage is applied, there is a quadratic reduction in torque (M ~ U2). The motor voltage in a soft starter is modified by phase angle control of the sinusoidal half waves. For this purpose, two thyr-istors in the phases are connected in anti-parallel; one of them for the positive half wave and the other for the negative half wave. 30 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
32. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 Đồ thị các đường sin đặc trưng của động cơ không đồng bộ 3 pha chỉ áp dụng khi nguồn điện có điện cung cấp đầy đủ. Nếu một điện áp thấp hơn được sử dụng, nó sẽ giảm bình phương momen xoắn. Điện áp khởi động được điều chỉnh bằng cách chỉnh góc pha của các sóng sin còn 1 nửa. Với mục đích này, 2 thyristors trong mỗi pha sẽ được kết nói xong song ngược chiều nhau, một trong số chúng sẽ làm cho sóng sin phần trên và phân dưới còn 1 nửa. On soft starters, a differentiation is made today between two principle variants in the configuration of the power sections (fig-ure 8). Trong hệ thống khởi động mềm, sự khác biệt trong thực tế biến thể thành các cấu hình khác nhau trong hình 8 31 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
33. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 The acceleration time of a drive with a soft starter results from the settings of the start voltage (UStart) and the ramp time (tStart) for the linear increase up to full mains voltage (ULN). The start voltage determines the breakaway torque of the motor. High start voltages and short ramp times correspond approximately to the direct-on-line start. In practice, the required breakaway torque (UStart) and then the shortest possible ramp time (tStart) are initially set for the required soft start. Thời gian tăng tốc của của động cơ bằng phương pháp khởi động mềm được thiết lập bằng các thông số : điện áp khởi động ( Ustart ) và thời gian để khởi động ( tstart ) để gia tăng điện áp một cách tuyến tính đến điện áp làm việc ( ULN ). Điện áp khởi động cao và thời gian khởi động ngắn tưng ứng với khoảng thời gian động cơ khởi động. 32 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
34. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 The in-delta configuration to this effect is only possible with three-phase controlled soft starters. Hereby, the individual motor windings are connected in series with the delta thyristors. The soft starter design in this configuration can be a factor 1/3 (~ 0.58 Ie) less than the rated current of the motor. Trong chế độ khởi động sao-tam giác động cơ 3 pha có thể kết hợp thêm điều kiển khởi động mềm. Các cuộn dây trong động cơ được kiến nối với thyristors mạch tam giác. Khởi động mềm được thiết kế trong cấu hình trên có thể giảm 1/3 ( khoảng 0,58 ) lần so với dòng điện khởi động của motor. 33 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
35. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 Frequency inverters The frequency inverter is ultimately the best solution for contin-uous and stepless starting of the three-phase asynchronous motor. The adjustable current limitation prevents high current peaks in the electrical mains supply and abrupt loads in the mechanical parts of the machine and systems. Sử dụng bộ biến tần là giải pháp cuổi cũng cũng là giải pháp tốt nhất để về sự biến đổi liên tục và vô cấp của quá trình khởi động động cơ 3 pha không đồng bộ. Các dòng giới hạn có thể điều chỉnh được ngăn cản dòng sụt áp làm ảnh hưởng đến hệ thống điện cung cấp và tải đột ngột trong các bộ phận cở khí của máy và hệ thống. In addition to the smooth start-up, the frequency inverter also enables stepless speed (frequency) control of the three-phase asynchronous motor. Whereas motors connected directly to the mains supply can only achieve the ideal operating conditions at the steady state operation point (= rating plate specifications), they can be utilized over the entire speed range with frequency control, for example, from 4 V at 0.5 Hz to 400 V at 50 Hz. The constant ratio of voltage to frequency (U/f) guaran-tee independent operating points with rated-load torque (MM). Ngoài chế độ khởi động êm, bộ biến tần còn cho phép kiểm soát tốc độ vô cấp ( tần số ) của động cơ không đồng bộ ba pha. Trong khi đó, động cơ được kết nối trực tiếp với nguồn chỉ có thể hoạt động ổn định trong một khoảng nhất định tùy thuộc động cơ ( Đánh giá bằng các chi tiết kỹ thuật ), người ta có thể sử dụng được động cơ với các tốc độ khác nhau khi kiểm soát được tần số. Ví dụ : từ 4V ở 0,5Hz đến 400v ở 50Hz. Tỉ lệ 34 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
36. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 giữa điện áp và tần số không đổi đảm bảo các điểm hoạt động ổn định độc lập với momen tải xoắn. 35 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
37. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 36 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192
38. BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2011 37 Sinh viên : Nguyễn Hữu Thương – Mssv 20802192