Động cơ không đồng bộ ba pha – các cách khởi động – VCC TRADING – Nhà phân phối thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn

Động cơ không đồng bộ ba pha là gì?

Động cơ không đồng bộ 3 pha là loại động cơ điện xoay chiều ba pha. Có tốc độ quay của roto (n) nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường (n1).

Dựa theo cấu tạo roto của động cơ, có thể phân loại thành:

• Động cơ không đồng bộ lồng sóc
• Động cơ không đồng bộ roto dây quấn.

Ưu điểm của động cơ không đồng bộ ba pha

• Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ.
• Vận hành dể dàng, bảo quản thuận tiện.
• Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa.
• Sản xuất với nhiều cấp điện áp khác nhau (từ 24 V đến 10 kV) nên rất thích nghi cho từng người sử dụng.

Nhược điểm của động cơ không đồng bộ ba pha

• Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng của lưới điện.
• Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải.
• Khó điều chỉnh tốc độ.
• Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn (gấp 6-7 lần dòng định mức).
• Momen mở máy nhỏ.

Biện pháp khắc phục của động cơ không đồng bộ ba pha

Dù nhược điểm của động cơ ko đồng bộ 3 pha không kém gì ưu điểm, nhưng đã có những cách khắc phục phù hợp để việc sử dụng loại động cơ này trở nên tối ưu và tiết kiệm. Chính vì thế, động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi. (Chiếm tới 90% số lượng động cơ sử dụng trong công nghiệp và 55% công suất).

• Sử dụng các biện pháp khởi động động cơ giúp giảm tải dòng điện như nối mạch sao tam giác, khởi động mềm hoặc biến tần.
• Hạn chế vận hành non tải.
• Cải thiện đặc tính mở máy bằng cách điều chỉnh tốc độ (bằng cách thay đổi điện áp, thêm điện trở phụ vào mạch rôto hoặc nối cấp), hay dùng roto có rãnh sâu, roto lồng sóc kép để hạ dòng khởi động, đồng thời tăng momen mở máy.
• Chế tạo rôto có khe hở thật nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa và nâng cao hệ số công suất.

Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha

Trong quá trình vận hành động cơ điện khi khởi động chúng ta cần quan tâm đến hai vấn đề:

• Giảm thấp dòng điện khởi động (qua hệ thống dây dẫn chính vào dây quấn stato động cơ) ngay thời điểm khởi động.
• Phương pháp giảm thấp dòng điện khởi động thực chất là giảm thấp điện áp cung cấp vào động cơ tại thời điểm khởi động. Theo lý thuyết chúng ta có được quan hệ moment (hay ngẫu lực) khởi động tỷ lệ thuận với bình phương giá trị điện áp hiệu dụng cấp vào động cơ,như vậy giảm giá trị dòng điện khởi động dẫn tới hậu quả giảm thấp giá trị của moment khởi động.

Trong thực tế các biện pháp giảm dòng khởi động có thể chia làm hai dạng như sau:

• Giảm điện áp nguồn cấp vào dây quấn stato bằng phương pháp: biến áp giảm áp ,hay lắp đặt các phần tử hạn áp (cầu phân áp) dùng điện trở hay điện cảm.
• Sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha,dùng linh kiện điện tử điều chỉnh thay đổi điện áp hiệu dụng nguồn áp 3 pha cấp vào động cơ. Hệ thống khởi động này được gọi là phương pháp khởi động mền (soft start) cho động cơ.

Khi lựa chọn các phương pháp điều khiển khởi động động cơ cần xem xét công suất của đường dây điện, công suất động cơ và tải nặng hay tải nhẹ. Tùy theo loại roto động cơ mà ta có phương pháp khởi động phù hợp:

– Đối với động cơ roto dây quấn:

+ Khởi động trực tiếp

+ Nối roto với biến trở mở máy.

– Đối với động cơ roto lồng sóc:

+ Khởi động trực tiếp

+ Dùng điện kháng nối tiếp stator

+ Sử dụng mạch khởi động sao tam giác (đổi đầu dây cuốn)

+ Dùng máy tự biến áp

+ Dùng khởi động mềm

+ Sử dụng biến tần

1 Khởi động trực tiếp

Nếu ai hỏi bạn có thể khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha hay không? Hãy mạnh dạn trả lời là có. Tuy nhiên, việc khởi động trực tiếp sẽ chỉ phù hợp với động cơ roto dây cuốn. 

Ở phương pháp này stato của động cơ sẽ được nối trực tiếp với nguồn 3 pha. Động cơ sẽ khởi động với dòng điện từ 5 – 7 lần dòng điện định mức trong thời gian ngắn.

Dòng điện khởi động phụ thuộc vào thiết kế và kích thước, công suất của động cơ. Dòng điện này hầu như không ảnh hưởng đến động cơ, nhưng có khả năng làm sụt áp trên áp nguồn và ảnh hưởng đến các thiết bị khác.

2 Phương pháp đổi đầu dây quấn (đấu mạch khởi động sao tam giác)

Phương pháp này được thiết kế cho động cơ chạy mặc định ở chế độ sao. Khi khởi động mạch sẽ điều khiển động cơ chạy với đấu nối tam giác, lúc này dòng điện của động cơ giảm đi 3 lần so với dòng định mức. Khi động cơ chạy đến 75% tốc độ định mức thì chuyển sang chế độ tam giác, động cơ làm việc đúng với thông số định mức.

Ưu điểm của mạch khởi động sao tam giác là đơn giản dễ thực hiện, tuy nhiên hạn chế là moment khởi động cũng giảm đi 3 lần.

Các phương pháp ra dây trên stato của động cơ không đồng bộ 3 pha:

Động cơ 3 pha 6 đầu dây ra (đấu vận hành theo một trong hai cấp điện áp nguồn 3 pha tương ứng so với sơ đồ đấu Y hay tam giác)
Động cơ 3 pha 9 đầu dây ra (đấu vận hành theo một trong hai phương pháp : đấu Y nối tiếp – Y song song , tam giác nối tiếp -tam giác song song)
Động cơ 3 pha 12 đầu dây (đấu vận hành theo một trong bốn cấp điện áp nguồn 3 pha tương ứng với một trong sơ đồ đấu dây Y nối tiếp, Y song song ,tam giác nối tiếp ,tam giác song song)

3 Giảm dòng khởi động dùng điện trở giảm áp cấp vào dây quấn

Một trong các biện pháp giảm áp là đấu nối tiếp điện trở Rmm với bộ dây quấn stator tại lúc khởi động .tác dụng của Rmm trong trường hợp này là làm giảm áp đặt vào từng pha dây quấn stator.

Tương tự như phương pháp đổi sơ đồ đấu dây để giảm dòng khởi động phương pháp giảm áp cấp vào dây quấn stator cũng làm giảm moment mở máy . Do tính chất moment tỉ lệ bình phương điện áp cấp vào động cơ . thường chúng ta chọn các cấp giảm áp : 80 % ,64% , 50% cho động cơ .Tương ứng với các cấp giảm áp này ,moment mở máy chỉ khoảng 65% ;50% và 25% giá trị moment mở máy khi cấp nguồn trực tiếp bằng định mức vào dây quấn stator .

Phương pháp này làm giảm dòng điện và làm cải thiện hệ số công suất. Ở động cơ roto dây quấn, 3 vòng trượt sẽ được nối với các cuộn dây roto. Sơ đồ mạch điện được trình bày như hình bên dưới, điện trở sẽ nối tiếp với các cuộn dây roto qua các vòng trượt.

Tại thời điểm khởi động, điện trở sẽ điều chỉnh về giá trị lớn nhất. Do đó tổng điện trở của roto sẽ giảm từng bước khi giảm giá trị điện trở và roto tăng tốc. Tuy nhiên moment động cơ vẫn đạt cực đại trong thời gian tăng tốc động cơ. Điện trở giảm giá trị về không, động cơ chạy với tốc độ định mức.

4 Giảm dòng khởi động dùng điện cảm giảm áp cấp vào dây quấn

Khi khởi động thì cuộn dây stato mắc nối tiếp với điện kháng. Khi đó điện áp rơi trên cuộn dây stato giảm, nhưng moment sẽ giảm theo vì moment tỉ lệ với bình phương điện áp.

Hình bên dưới là ví dụ về mạch khởi động bằng điện kháng, dùng hai cầu dao D1 và D2. Khi khởi động thì đóng cầu dao D1, khi động cơ khởi động xong thì đóng cầu dao D2 để động cơ hoạt động đúng định mức.

Trường hợp này để giảm áp cấp vào dây quấn stator tại lúc khởi động .Chúng ta đấu nối tiếp điện cảm ( có giá trị điện kháng ) Xmm với dây quấn stator .

Do tính chất moment tỉ lệ bình thường điện áp cấp vào động cơ, thường chúng ta chọn các cấp giảm áp : 80%, 64%, và 50% cho động cơ .Tương ứng với các cấp giảm áp này , moment mở máy chỉ còn khoảng 65%, 50%, và 25% giá trị moment mở máy khi cấp nguồn trực tiếp bằng đúng định mức vào dây quấn stator .

5 Giảm dòng khởi động dùng máy biến áp tự ngầu giảm áp

Với các phương pháp giảm dòng mở máy dùng Rmm hay Xmm,dòng điện mở máy qua dây quấn cũng chính là dòng điện qua dây nguồn . Khi sử dụng biến áp giảm áp đặt vào dây quấn stator lúc khởi động ,dòng điện mở máy qua dây quấn giảm thấp .Nhưng dòng điện này chỉ xuất hiện phía thứ cấp biến áp còn dòng điện qua dây nguồn chính là dòng qua sơ cấp biến áp.

Với biến áp giảm áp, dòng điện phía sơ cấp sẽ có giá trị thấp hơn dòng điện phía thứ cấp. Tóm lại khi dùng máy biến áp giảm áp để giảm dòng khởi động , dòng điện mở máy qua dây nguồn sẽ thấp hơn dòng điện mở máy khi dùng phương pháp giảm dòng với Rmm hay Xmm.

Khi dùng biến áp giảm áp để giảm dòng khởi động thời gian hoạt động của máy biến áp tồn tại rất ngắn ; chúng ta có thể sử dụng một trong các dạng biến áp tự ngẫu sau :

• Biến áp tự ngẫu loại 3 pha 3 trụ
• Biến áp tự ngẫu 3 pha do.

Tương tự trường hợp đã nêu trong các danh mục trên , máy biến áp giảm áp được bố trí nhiều cấp điện áp ra tương ứng với các mức 80%, 64% và 50% giá trị moment mở máy trực tiếp chỉ còn khoảng 65%, 50%, 25% giá trị moment mở máy trực tiếp (khi cấp nguồn trực tiếp bằng đúng định mức cấp vào stator ).

6 Các phương pháp khởi động động cơ dùng khởi động mềm

Khởi động mềm là thiết bị được thiết kế chuyên biệt cho việc khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc.

Cấu tạo bên trong khởi động mềm là các linh kiện công suất bán dẫn SCR, hoạt động như các van có thể điều khiển. Khi khởi động thì các van SCR mở dần cho phép dòng điện đi qua động cơ động cơ tăng tốc từ từ. Khi động cơ hoạt động đúng định mức thì đóng contactor ngoài thay cho các SCR.

Thời gian động cơ tăng tốc từ 0 đến tốc độ định mức gọi là thời gian tăng tốc, có thể thay đổi bởi cài đặt trên khởi động mềm. Ngoài ra khởi động mềm còn có chức năng khác như: dừng mềm, tức giảm tốc động cơ theo thời gian dừng đặt trước. Chức năng bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp trong quá trình khởi động.

Các phương pháp trên có một điểm chung là khi giảm điện áp thì moment mở máy cũng giảm đi nhiều. Phương pháp dưới đây thay đổi dòng điện khởi động bằng việc thay đổi tần số và điện áp, không làm thay đổi tỷ số V/F nên moment không đổi.

Sử dụng biến tần

Biến tần là thiết bị chuyên dùng để điều khiển tốc độ động cơ 3 pha bằng cách thay đổi tần số dòng điện. Chức năng khác của biến tần là dùng để khởi động mềm, dừng mềm, đảo chiều động cơ. Ngoài ra còn nhiều chức năng bảo vệ như bảo vệ quá áp, thấp áp, bảo vệ đảo pha, mất pha, bảo vệ quá dòng…

Biến tần hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có thể thay đổi được tần số nên được gọi là Inverter. Điện áp nguồn xoay chiều được chỉnh lưu thành điện áp một chiều, sau khi được lọc làm phẳng thì được nghịch lưu thành điện xoay chiều.

Ngày nay với sự phát triển của lĩnh vực điện tử công suất thì biến tần ngày càng được phát triển với kích thước nhỏ và giá thành giảm.

Vì sao cho động cơ hoạt động ở chế độ sao trước ?

Mục đích chính để giảm áp lực tải của dòng điện. Giảm dòng khởi động xuống một phần ba so với dòng định mức. Sau một khoảng thời gian đã khởi động ổn định. chúng ta nên chuyển sang chế độ tam giác (tăng U và I) để duy trì hoạt động cho thiết bị.

Như chúng ta cũng đã biết mạch sao tam giác được chia làm 2 loại là: mạch sao tam giác đóng và mạch sao tam giác mở.

• Mạch sao tam giác đóng: Khi động cơ được khởi động bằng mạch sao tam giác đóng thì khoảng thời gian ổn định để chuyển đổi từ chế độ sao sang chế độ tam giác sẽ được thực hiện tự động mà chúng ta không cần phải ngắt động cơ ra khỏi đường dây. Các điện trở sẽ cùng kết hợp Contactor để có thể triệt tiêu dòng điện khi chuyển tiếp.
• Mạch sao tam giác mở: Động cơ được khởi động bằng mạch sao tam giác mở được sử dụng rất nhiều và thông dụng nhất. Trong suốt thời gian chuyển đổi từ chế độ sao sang chế độ tam giác thì cuộn dây của động cơ luôn ở trong trạng thái mở mà không phải có thêm bất kì công cụ hay thiết bị nào để làm giảm điện áp.

8. Mạch điện sao tam giác được sử dụng ở đâu ? Trong lĩnh vực nào ?

đấu sao tam giác có tác dụng gì

Khởi động bằng sao tam giác được sử dụng rộng rãi đối với những động cơ có công trung bình và lớn. Ví dụ như:

• Trong lĩnh vực xử lý nước hoặc nhà máy xử lý nước: bơm nước phục vụ cho việc tưới tiêu, máy bơm dầu thuỷ lực hoặc sử dụng máy bơm nước trong việc phòng cháy chữa cháy….
• Khởi động các thiết bị quạt tạo thông thoáng gió cho các nhà máy, hầm giữ xe, hầm để thiết bị…
• Khởi động các thể loại máy nén khí, máy thổi khí…  

5/5 – (1 bình chọn)