Hiện nay, việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ đã được nghiên cứu rộng rãi. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ đều có những ưu và nhược điểm riêng, và chưa có phương pháp nào giải quyết được triệt để các vấn đề như phạm vi điều chỉnh, hiệu quả năng lượng, độ mượt khi điều chỉnh và chi phí thiết bị.
Các Phương Pháp Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ
Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ, có thể phân loại dựa trên vị trí tác động:
- Trên stator: Thay đổi điện áp stator, thay đổi số cực của dây quấn stator, hoặc thay đổi tần số nguồn cung cấp.
- Trên rotor: Thay đổi điện trở rotor hoặc sử dụng các máy điện phụ mắc nối tiếp vào mạch rotor (nối cấp).
Sửa chữa động cơ máy nén khí, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi thông số
1. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Bằng Cách Thay Đổi Số Cực
Số cấp tốc độ của động cơ tương ứng với số lượng số cực khác nhau mà dây quấn stator có thể được cấu hình. Do đó, việc thay đổi tốc độ chỉ có thể thực hiện theo từng cấp, không liên tục. Có nhiều cách để thay đổi số cực của dây quấn stator:
- Đổi cách đấu dây: Để đạt được các số cực khác nhau. Thường dùng trong động cơ hai tốc độ với tỉ lệ 2:1.
- Đặt hai dây quấn độc lập: Trên rãnh stator, mỗi dây quấn có số cực khác nhau. Thường để đạt được hai tốc độ với tỉ lệ 4:3 hoặc 6:5.
- Kết hợp cả hai phương pháp trên: Vừa có hai dây quấn độc lập, vừa có thể thay đổi cách đấu dây cho mỗi dây quấn.
Dây quấn rotor trong động cơ không đồng bộ rotor dây quấn phải có số cực bằng số cực của dây quấn stator. Khi thay đổi số cực của stator, cần phải đấu lại cả dây quấn rotor, gây bất tiện.
Ngược lại, rotor lồng sóc có thể hoạt động với bất kỳ số cực nào của dây quấn stator, nên rất thích hợp cho động cơ thay đổi số cực để điều chỉnh tốc độ.
Mặc dù việc điều chỉnh tốc độ diễn ra theo các cấp rời rạc, phương pháp này có ưu điểm là duy trì độ cứng của đặc tính cơ.
2. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Bằng Cách Thay Đổi Tần Số
Tốc độ của động cơ không đồng bộ được xác định bởi công thức:
n = n1(1-s) = (60f/p)(1-s)
Trong đó:
- n: Tốc độ động cơ
- n1: Tốc độ từ trường quay
- s: Hệ số trượt
- f: Tần số nguồn
- p: Số đôi cực
Khi hệ số trượt thay đổi không đáng kể, tốc độ động cơ tỉ lệ thuận với tần số.
Mặt khác, từ biểu thức E1=4.44f1W1KdqØmax, ta thấy Ømax tỉ lệ thuận với E1/f1. Để duy trì Ømax không đổi, cần điều chỉnh đồng thời cả E và f. Điều này đòi hỏi một nguồn điện đặc biệt, đó là các bộ biến tần. Đối với mạch điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi tần số, người ta sử dụng biến tần để thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ.
Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất đã tạo ra các bộ biến tần, mở ra triển vọng lớn trong lĩnh vực điều khiển động cơ xoay chiều bằng phương pháp tần số. Việc sử dụng biến tần để điều khiển động cơ theo các quy luật khác nhau (ví dụ: quy luật U/f, điều khiển vector) đã tạo ra các hệ điều khiển tốc độ động cơ với các tính năng vượt trội.
3. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Bằng Cách Thay Đổi Điện Áp Cung Cấp cho Stator
Hệ số trượt tới hạn Sth không phụ thuộc vào điện áp. Nếu R’2 không đổi, khi giảm điện áp nguồn U, hệ số trượt tới hạn Sth không đổi, nhưng moment cực đại Mmax giảm tỉ lệ với U2.
Phương pháp này chỉ hiệu quả khi động cơ có tải. Khi không tải, việc giảm điện áp nguồn hầu như không ảnh hưởng đến tốc độ.
4. Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Bằng Cách Thay Đổi Điện Trở Mạch Rotor (Động Cơ Rotor Dây Quấn)
Thông qua vành trượt, ta nối một biến trở 3 pha có thể điều chỉnh được vào dây quấn rotor.
Với một moment tải nhất định, điện trở phụ càng lớn thì hệ số trượt ở điểm làm việc càng lớn, dẫn đến tốc độ càng giảm. Moment tỉ lệ với công suất điện từ Pđt, do đó: (r2/s2)= ((r2+rf)/s).
Do Pđt không đổi và I2 cũng không đổi, một phần công suất cơ trước kia đã biến thành tổn hao đồng I2 x Rf. Vì công suất đầu vào không đổi, nên hiệu suất giảm. Đây là nhược điểm của phương pháp này. Mức độ điều chỉnh tốc độ còn phụ thuộc vào tải trọng.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ đều có những ưu và nhược điểm riêng, việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.