Tài liệu Đặc tính của động cơ không đồng bộ_Chương 2c doc

7 669 0
Tài liệu Đặc tính của động cơ không đồng bộ_Chương 2c doc

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đ 2.4. ĐặC TíNH CủA động không đồng bộ (ĐK) 2.4.1. Các giả thiết, sơ đồ thay thế, đặc tính của động ĐK: 2.4.1.1. Các giả thiết: Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn hơn, các động ĐK lồng sóc các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ). Để đơn giản cho việc khảo sát, nghiên cứu, ta giả thiết: + Ba pha của động là đối xứng. + Các thông số của mạch không thay đổi nghĩa là không phụ thuộc nhiệt độ, tần số, mạch từ không bảo hoà nên điện trở, điện kháng, . không thay đổi. + Tổng dẫn của mạch vòng từ hoá không thay đổi, dòng từ hoá không phụ thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato. + Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép. + Điện áp lới hoàn toàn sin và đối xứng. Trang 56 2.4.1.2. Sơ đồ thay thế: Với các giả thiết trên ta sơ đồ thay thế 1 pha của động nh hình 2-23. X 2 I 1 X 1 R 1 Trong đó: R 2 /s I 2 X à Độn g không đồng bộ (ĐK) nh hình 2-21, đợc sử dụn g rộng rãi tron g thực tế. Ưu điểm nỗi bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậ y, vốn đầu t ít, giá thành hạ, trọn g lợng, kích thớc nhỏ hơn khi cùn g công suất định mức so với độn g một chiều. Sử dụn g trực tiếp lới điện xoa y chiều 3 pha . U 1f là trị số hiệu dụng của U 1f điện áp pha stato (V). I 1 , I à , I 2 là các dòng stato, mạch từ hóa, rôto đã quy đổi về stato (A). X 1 , X à , X 2 là điện kháng stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato (). R 1 , R à , R 2 là điện trở stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato (). R 2f là điện trở phụ (nếu có) ở mỗi pha rôto đã quy đổi về stato (). s là hệ số trợt của động cơ: 0 0 1 1 s = = (2-58) Trong đó: 1 = 0 là tốc độ của từ trờng quay ở stato động cơ, còn gọi là tốc độ đồng bộ (rad/s): p f2 1 01 == (2-59) là tốc độ góc của rôto động (rad/s). Trong đó: f 1 là tần số của điện áp nguồn đặt vào stato (Hz), p là số đôi cực của động cơ, 2.4.1.3. Biểu đồ năng lợng của ĐK: Với các giả thiết ở trên, ta biểu đồ năng lợng của động ĐK 3 pha nh hình 2-24: Trang 57 ĐK ls Hình 2-21: Động không đồng bộ lồng s (ĐK óc ls ) và dây quấn (ĐK dq ) ~ ~ I à R 2f /s R à Hình 2-23: Sơ đồ thay thế ĐK dq R 2f ĐK dq Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trong biểu đồ năng lựong: P 1 là công suất điện từ đa vào 3 pha stato động ĐK P 1 = P Cu1 là tổn thất công suất trong các cuộn dây đồng stato P 12 là công suất điện từ truyền giữa stato và rôto động ĐK P 2 = P Cu2 là tổn thất công suất trong các cuộn dây đồng rôto P 2 là công suất trên trục động cơ, hay là công suất của ĐK truyền động cho máy sản xuất. 2.4.1.4. Phơng trình và đặc tính ĐK: Từ sơ đồ thay thế hình 2-23, ta tính đợc dòng stato: + + + + = àà 2 nm 2 ' 2 1 22 f11 X s R R 1 XR 1 UI (2-60) Trong đó: R 2 = R 2 + R 2f là điện trở tổng mạch rôto. X nm = X 1 + X 2 là điện kháng ngắn mạch. Từ phơng trình đặc tính dòng stato (2-60) ta thấy: Trang 58 Khi = 0, s = 1, ta có: I 1 = I 1nm - dòng ngắn mạch của stato. Khi = 0 , s = 0, ta có: à àà = + = I XR 1 UI 22 f11 Nghĩa là ở tốc độ đồng bộ, động vẫn tiêu thụ dòng điện từ hoá để tạo ta từ trờng quay. Trị số hiệu dụng của dòng rôto đã quy đổi về stato: I U R R s X f nm 2 1 1 2 2 2 ' ' = + + (2-61) Phơng trình (2-61) là quan hệ giữa dòng rôto I 2 với hệ số trợt s hay giữa I 2 với tốc độ , nên gọi là đặc tính điện-cơ của động ĐK, (hình 2-25). Qua (2-61) ta thấy: Khi = 0 , s = 0, ta có: I 2 = 0. Khi = 0, s = 1, ta có: I U RR X I f nm nm2 1 12 22 2 ' ' ' () = ++ = Trong đó: I 2nm là dòng ngắn mạch của rôto hay dòng khởi động. Trang 59 P 1 = 3U 1f I 1 cos P 1 2 P 2 = P trục = P P 2 = P Cu2 P 1 = P Cu1 Hình 2-24: Biểu đồ năng lợng của động ĐK dq ~ 0 ĐK dq R 2f 0 I nm I 2 Hình 2-26: Đặc tính điện-cơ của ĐK Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Để tìm phơng trình đặc tính của ĐK, ta xuất phát từ điều kiện cân bằng công suất trong động cơ: công suất điện chuyển từ stato sang rôto: P 12 = M đt . 0 (2-62) M đt là mômen điện từ của động cơ, nếu bỏ qua các tổn thất phụ: M đt = M = M (2-63) Và: P 12 = P + P 2 (2-64) Trong đó: P = M. là công suất trên trục động cơ. P 2 = 3I 2 2 .R 2 là tổn hao công suất đồng trong rôto. Do đó: M. 0 = M( 0 - ) = M. 0 .s Vậy: M IR s = 3 2 2 2 0 / '' (2-65) Thay (3-4) vào (3-8) và biến đổi ta : M .U .R sR R s X f ' nm = + + 3 1 2 2 01 2 2 2 ' (2-66) Phơng trình (2-66) là phơng trình đặc tính của ĐK. Nếu biểu diễn đặc tính trên đồ thị sẽ là đờng cong nh hình 2-27b. thể xác định các điểm cực trị của đờng cong đó bằng cách cho đạo hàm dM/ds = 0, ta sẽ đợc các trị số về độ trợt tới hạn s th và mômen tới hạn M th tại điểm cực trị: s R RX th nm = + 2 1 22 ' (2-67) Và: () M U RRX th f nm = + 1 2 01 1 22 2 . (2-68) Trang 60 Trong các biểu thức trên, dấu (+) ứng với trạng thái động cơ, còn dấu (-) ứng với trạng thái máy phát, (M thĐ > M thF ). Phơng trình đặc tính của ĐK thể biểu diễn theo closs: M Mas s s s s as th th th th th = + ++ 21 2 () (2-69) Trong đó: a = R 1 /R 2 . M th và s th lấy theo (2-67) và (2-68). Đối với động ĐK công suất lớn, thờng R 1 rất nhỏ so với X nm nên thể bỏ qua R 1 và as th 0, khi đó ta dạng closs đơn giản: M M s s s s th th th = + 2 (2-70) Lúc này: nm0 2 f1 th nm ' 2 th X2 U3 M ; X R s (2-71) Trang 61 Hình 2-27: Đặc tính của ĐK ĐK dq ~ (đoạn làm việc) R 2f a) 0 0 M nm M th M s th (+) M c () (1) (2) (đoạn khởi động) b) Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động + Trong nhiều trờng hợp cho phép ta sử dụng những đặc tính gần đúng bằng cách truyến tính hoá đạc tính trong đoạn làm việc. Ví dụ ở vùng độ trợt nhỏ s < 0,4s th thì ta xem s/s th 0 và ta có: M M s s th th = 2 (2-72) thể tuyến tính hóa đoạn đặc tính làm việc qua 2 điểm: điểm đồng bộ (không tải lý tởng) và điểm định mức: M M s s= đm đm (2-73) Trên đặc tính tự nhiên, thay M = M đm , M th = M đm , ta có: ( ) 1SS 2 mth += (2-74) Qua dạng đặc tính tự nhiên của ĐK hình 2-27, một cách gần đúng ta tính độ cứng đặc tính trong đoạn làm việc: m0 m 0 s M ds dM1 d dM = = = (2-75) Và: m0 m * s 1 /d M/dM = = (2-76) + Đối với đoạn đặc tính s >> s th thì coi s th /s 0 và ta có: M Ms s th th = 2. (2-77) Và: = 2 0 2 Ms s th th . . (2-78) Trong đoạn này độ cứng > 0 và giá trị của nó thay đổi, đây thờng là đoạn động khởi động. Trang 62 2.4.2. ảnh hởng của các thông số đến đặc tính của ĐK: Qua chơng trình đặc tính bản của hoạt động ĐK, ta thấy các thông số ảnh hởng đến đặc tính ĐK nh: R s , R r , X s , X r , U L , f L , Sau đây, ta xét ảnh hởnh của một số thông số: 2.4.2.1. ảnh hởng của điện áp lới (U l ): Khi điện áp lới suy giảm, theo biểu thức (2-68) thì mômen tới hạn M th sẽ giảm bình phơng lần độ suy giảm của U L . Trong khi đó tốc độ đồng bộ o , hệ số trợt tới hạn S th không thay đổi, ta dạng đặc tính khi U L giảm nh hình 2-28. Qua đồ thị ta thấ y: với một mômen cản xác định (M C ), điện á p lới càng giảm thì tốc độ xác lậ p càng nhỏ. Mặt khác, vì mômen khởi động M kđ = M nm và mômen tới hạn M th đều giảm theo điện áp, nên khả năng quá tải và khởi độn g bị giảm dần. Do đó, nếu điện á p quá nhỏ (đờng U 2 , ) thì hệ tru yền độn g trên thể không khởi độn g đợc hoặc không làm việc đợc. M c () 2.4.2.2. ảnh hởng của điện trở, điện kháng mạch stato: Khi điện trở hoặc điện kháng mạch stato bị thay đổi, hoặc thêm điện trở phụ (R lf ), điện kháng phụ (X lf ) vào mạch stato, nếu o = const, v à theo biểu thức (2-67), (2-68) thì mômen M th và S th đều giảm, nên đặc tính dạng nh hình 2-29. Trang 63 Hình 2-28: ảnh hởng của U L 0 0 M th2 M th1 M th M TN (U đm ) U 1 <U đm s th U 2 <U 1 Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.4.2.3. ảnh hởng của điện trở, điện kháng mạch rôto: Khi thêm điện trở phụ (R 2f ), điện kháng phụ (X 2f ) vào mạch rôto động cơ, thì o = const, và theo (2-67), (2-68) thì M th = const; còn S th sẽ thay đổi, nên đặc tính dạng nh hình 2-30. Trang 64 2.4.2.4. ảnh hởng của tần số lới cung cấp cho động cơ: Qua đồ thị ta thấ y: với mômen M kđ = M nm. f thì đoạn làm việc của đặc tính điện khán g phụ (X lf ) cứn g hơn đặc tính R lf . Khi tăng X lf hoặc R l f thì M th và S th đều giảm. Khi dùng X lf hoặc R lf để khởi độn g nhằm hạn chế dòng khởi động, thì thể dựa vào tam giác tổng trở ngắn mạch để xác định X lf hoặc R lf . M c () Khi điện áp nguồn cung cấp cho động tần số (f 1 ) thay đổi thì tốc độ từ trờng o và tốc độ của động sẽ thay đổi theo. Vì o = 2.f 1 /p, và X = .L, nên o f 1 , f 1 và X f 1 . * Ví dụ 2 - 5: Cho một động không đồng bộ rôto dây quấn (ĐK dq ) có: P đm = 850KW ; U đm = 6000V ; n đm = 588vg/ph ; = 2,15 ; E 2đm = 1150V ; I 2đm = 450A. Tính và vẽ đặc tính tự nhiên và đặc tính nhân tạo của động không đồng bộ rôto dây quấn với điện trở phụ mỗi pha rôto là: R 2f = 0,75. Trang 65 Hình 2-29: ảnh hởng của R lf , X lf 0 0 M nmf M nm M th M TN s th R 1f > 0 X 1f > 0 Qua đồ thị ta thấ y: Khi tần số tăng (f 13 > f 1.đm ), thì M th sẽ giảm, (với điện áp nguồn U 1 = const) thì : 2 1 th f 1 (hình 2-31). M Khi tần số n guồn giảm (f 11 < f 1đm , ) càn g nhiều, nếu giữ điện áp u 1 không đổi, thì dòng điện độn g sẽ tăng rất lớn. Do vậ y, khi giảm tần số cần giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho độn g sinh ra mômen nh trong chế độ định mức. M c () Qua đồ thị ta thấ y: đặc tính khi R 2f , X 2f càn g lớn thì S th càn g tăng, độ cứn g đặc tính càn g giảm, với phụ tải không đổi thì khi R 2f , X 2f càn g lớn thì tốc độ làm việc của độn g càng bị thấ p, và dòng điện khởi độn g càng giảm. Hình 2-30: ảnh hởng của R 2f , X 2f 0 0 M th M s th R 2f2 > R 2f1 X 2f2 > X 2f1 M c () TN R 2f1 , X 2f1 > 0 s th1 s th2 Hình 2-31: ảnh hởng của f 1 0 0 M th M TN, f 1đm f 11 < f 1đm f 14 > f 13 04 f 13 > f 1đm 03 01 02 f 12 < f 11 Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động * Giải : Với động công suất lớn, ta thể sử dụng phơng trình gần đúng (2-70) coi R 1 rất nhỏ hơn R 2 tức a = 0. Độ trợt định mức: 02,0 600 588600 n nn s o mo m = = = Mômen định mức: N.m 13805 55,9/588 1000.850 55,9/n 1000P M m m m === , hoặc 1M * m = Mômen tới hạn: M th = M đm = 2,15.13085 = 29681 N.m, hoặc 15,2M * m = Điện trở định mức: == 1,476I3/ER m.2nm.2m Điện trở dây quấn rôto: ==== 0295,0476,1.02,0RsRRR mmm * 22 Độ trợt tới hạn của đặc tính tự nhiên cá định theo (2-74): ( ) ( ) 08,0115,215,202,01ss 22 mth =+=+= Phơng trình đặct tính tự nhiên: s 08,0 08,0 s 362,59 s s s s M2 M th th th + = + = hoặc s s s s 2 M th th * + = Với mômen ngắn mạch: mnm 0,35M Nm 4777 08,0 08,0 1 59362 M == + = Trang 66 Theo đó ta vẽ đợc đờng đặc tính tự nhiên nh trên hình 2-32 đi qua 4 điểm: điểm không tải [M = 0; s = 0]; điểm định mức [ * =1; s m M đm = 0,02]; điểm tới hạn TH [ =2,15; s * th M đm = 0,08]; điểm ngắn mạch NM [ =0,35; s * nm M đm = 1]. Đối với đặc tính nhân tạo R f = 0,175 ta độ trợt tới hạn nhân tạo: 55,0 0295,0 175,00295,0 08,0 R RR ss 2 f2 thnt.th = + = + = Phơng trình đặc tính nhân tạo sẽ là: s 55,0 55,0 s 2 M * + = Và đặc tính đợc vẽ trên cùng đồ thị hình 2-32. S Trang 67 S đm = 0,02 TN 0 0,08 Điểm TH NT 0,55 Điểm NM 1 0 0,35 1 2,15 M Hình 2-32: Các đặc tính TN và NT trong ví dụ 2-5 Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.4.3. Đặc tính của động ĐK khi khởi động: 2.4.3.1. Khởi độngtính điện trở khởi động: + Nếu khởi động động ĐK bằng phơng pháp đóng trực tiếp thì dòng khởi động ban đầu rất lớn. Nh vậy, tơng tự khởi động ĐM đl , ta cũng đa điện trở phụ vào mạch rôto động ĐK rôto dây quấn để han chế dòng khởi động: mcpkb III 5,2 = .Và sau đó thì loại dần chúng ra để đa tốc độ động lên xác lập. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động đợc trình bày trên hình 2-33 (hai cấp khởi động m = 2). * Xây dựng các đặc tính khi khởi động ĐK: + Từ các thông số định mức (P đm ; U đm ; I đm ; n đm ; đm ;) và thông số tảI (I c ; M c ; P c ;) số cấp khởi động m, ta vẽ đặc tính tự nhiên. Trang 68 + Vì đặc tính của động ĐK là phi tuyến, nên để đơn giản, ta dùng phơng pháp gần đúng: theo toán hoc đã chứng minh thì các đờng đặc tính khởi động của động ĐK tuyến tính hóa sẽ hội tụ tại một điểm T nằm trên đờng o = const phía bên phải trục tung của tọa độ (, M) nh hình 2-33. + Chọn: M max = M 1 = (2 ữ 2,5)M đm ; hoặc M max = 0,85M th và M min = M 2 = (1,1 ữ 1,3)M c trong quá trình khởi động. + Sau khi đã tuyến hóa đặc tính khởi động động ĐK, ta tiến hành xây dựng đặc tính khởi động tơng tự động ĐM đl , cuối cùng ta đợc các đặc tính khởi động gần đúng edcbaXL nh hình 2-33. Nếu điểm cuối cùng gặp đặc tính TN mà không trùng với giao điểm của đặc tính TN mà M 1 = const thì ta phải chọn lại M 1 hoặc M 2 rồi tiến hánh lại từ đầu. ~ 2.4.3.2. Tính điện trở khởi động: *Dùng phơng pháp đồ thị: + Khi đã tuyến hóa đặc tính khởi động động ĐK, ta có: 2 f22 TN NT R RR S S = ; (2-79) Rút ra: 2 TN TNNT f2 R S SS R = ; (2-80) Từ đồ thị ta điện trở phụ các cấp: 221f2 R he ac R he hcha R = = ; (2-81) 222f2 R he ce R he hehc R = = ; (2-82) Trang 69 Hình 2-33: a) Sơ đồ nối dây ĐK khởi động 2 cấp, m = 2 b) Các đặc tính khởi động ĐM đl , m = 2 ĐK R 2f2 a) 0 0 M c M 2 M 1 M th M s NT h TN T xl a s TN b c d K 2 K 2 K 1 K 1 R 2f1 e b) . Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Đ 2.4. ĐặC TíNH CƠ CủA động cơ không đồng bộ (ĐK) 2.4.1. Các. Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 2.4.3. Đặc tính cơ của động cơ ĐK khi khởi động: 2.4.3.1. Khởi động và tính

Ngày đăng: 25/12/2013, 23:18

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan