Các phương pháp khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

1. Khởi động động cơ rotor lồng sóc

1.1. Khởi động trực tiếp

Đây là phương pháp mở máy đơn giản.

Dùng trong trường hợp công suất của nguồn cung cấp lớn hơn nhiều so với công suất của động cơ hoặc mở máy không tải. Lúc mới đóng điện dòng mở máy lớn, tốc độ động cơ tăng dần thì dòng mở máy giảm xuống. Khi tốc độ ổn định thì dòng điện ở lại trị số bình thường.

Hình 1. Phương pháp khởi động trực tiếp

1.2. Khởi động bằng cách giảm điện áp

1.2.1. Dùng cuộn kháng nối với mạch điện stator

Mở máy: đóng K1, động cơ được khởi động qua cuộn kháng. Khi mở máy xong đóng K2, điện kháng bị nối ngắn mạch, dòng mở máy giảm k lần, M_mm giảm k²lần.

Hình 2. Phương pháp khởi động dùng cuộn kháng

1.2.2. Dùng biến áp tự ngẫu

– Dòng mở máy giảm k²lần, M_mmgiảm k²lần.

– Thứ tự đóng mạch biến áp:

Đóng K1 để nối sao các cuộn máy biến áp.
Thay đổi vị trí con chạy để cho lúc mở máy điện áp đặt vào động cơ nhỏ sau đó tăng dần lên (70-80)%.U_đm.
Sau khi động cơ quay ổn định, ngắt K1 đóng K2 đưa U_đmvào động cơ.

Hình 3. Phương pháp khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu

1.2.3. Dùng phương pháp đổi nối Y – Δ

Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ khi làm việc bình thường, dây quấn stator đấu
hình Δ, điện áp pha bằng điện áp dây của lưới.

Dòng khởi động sẽ giảm đi 3 lần, điện áp giảm √3 lần, momen khởi động giảm (√3)²= 3 lần.

Đây là phương pháp đơn giản nên được dùng nhiều.

Hình 4. Khởi động theo phương pháp đổi nối Y-Δ.

2. Khởi động động cơ rotor dây quấn

Giảm I_kđnhưng M_kđ tăng lên. Đó là ưu điểm lớn của động cơ rotor dây quấn so với rotor lồng sóc.

Vì vậy những tải cần momen khởi động lớn thì dùng động cơ rotor đây quấn.

Hình 5. Khởi động động cơ rotor dây quấn bằng điện trở.

3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

3.1 Thay đổi số cực từ (Multi Speed Three Phase Induction Motor)

Trên rãnh stator đặt nhiều bộ dây có số đôi cực khác nhau (độc lập) bộ này làm việc thì bộ kia hở mạch.

Chế tạo một bộ dây có 2 tốc độ (đổi nối các đầu dây) tỉ số biến tốc là 2:1.

Động cơ không đồng bộ muốn tạo ra moment quay trên rotor thì số cực của rotor và của stator phải bằng nhau. Vậy khi thay đổi p ở trên stator ta phải thay đổi p trên rotor. Điều này khó thực hiện đối với động cơ rotor dây quấn. Ơ động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có khả năng đặc biệt khi cuộn stator chưa đóng điện áp vào thì rotor là khối lồng sóc chưa cực nhưng khi cuộn stator được đóng U và tạo ra dòng điện thì cuộn rotor sẽ tự động hình thành số đôi cực hoàn toàn phù hợp số đôi cực stator.

Tùy theo tính chất của tải mà chọn kiểu đấu cho phù hợp:

Tải nâng hạ hàng phải đấu kiểu: M = const.
Máy công cụ thì đấu kiểu: P = const.
Động cơ bơm, quạt gió, chân vịt tàu thủy …. M,P ≠ const.

Hình 6. Thay đổi số cực của động cơ bằng cách đổi nối các đầu dây

3.2. Thay đổi tần số

Tốc độ của động cơ:

n=\left(1-s\right).n_1=\left(1-s\right).\frac{60f}{p}

Khi hệ số trượt thay đổi ít thì tốc độ tỷ lệ thuận với tần số.

Mặt khác, từ biểu thức: E₁ = 4,44.f.N₁K_dqØ_max ta nhận thấy max tỷ lệ thuận với E₁/f.

Chúng ta mong muốn giữ cho Ø_max= const?

Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời cả E/f, có nghĩa là phải sử dụng một nguồn điện đặc biệt , đó là các bộ máy biến tần công nghiệp.

Do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất, các bộ máy biến tần ra đời đã mở ra một triển vọng lớn trong lĩnh vực điều khiển động cơ xoay chiều bằng phương pháp tần số. Sử dụng biến tần để điều khiển động cơ theo các quy luật khác nhau (luật U/f, điều khiển vector) đã tạo ra những hệ điều khiển tốc độ motor – động cơ điện có các tính năng vượt trội.

Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần:

Lưới nguồn xoay chiều 50Hz (1 pha hay 3 pha) được chỉnh lưu, san phẳng, sau đó
được tách thành 2: biến tần số và điện áp 3 kiểu biến tần.
Bộ dao động dùng nguồn dòng (CSI). Động cơ vận hành êm, không sử dụng cho
nhiều động cơ đấu song song.
Bộ điều biên xung (PAM). Cho nhiều động cơ đấu song song, nhưng gây ồn. Bộ
điều rộng xung (PWM)

Hình 7. Biến tần.

3.3. Phương pháp thay đổi điện áp

Điện áp giảm k lần thì M giảm k² lần. Nếu M_tải không đổi thì tốc độ giảm, hệ số trượt tăng từ s_a → s_b → s_c.

Do momen giảm nhiều nên giảm rõ rệt khả năng quá tải của động cơ, nếu điện áp thấp đến mức momen lớn nhất thấp hơn momen phụ tải → động cơ không quay.

Ngày nay người ta dùng bộ chỉnh nấc điện áp (dùng Thyristor) để thay đổi điện áp nguồn nuôi cho động cơ.

Hình 8. Đặc tính cơ khi thay đổi điện áp

Hình 9. Bộ thay đổi điện áp

3.4. Phương pháp thay đổi điện trở phụ trên mạch rotor

\frac{{R'}_2}{s}=\frac{{R'}_2+{R'}_p}{s'}

Suy ra:

n'=n_1.\left(1-s'\right)

Với moment tải nhất định, R_p càng lớn thì hệ số trượt ở điểm làm việc càng lớn – tốc độ quay giảm xuống.

Phương pháp này gây tổn hao trong biển trở nên làm giảm hiệu suất động cơ, tuy vậy, nó khá đơn giản, vận tốc được điều chỉnh liên tục nên được dùng nhiều trong các động cơ có công suất trung bình.

Hình 10. Phương pháp thay đổi điện trở phụ trên mạch Rotor.