Theo quan hệ:
ω=ω0(1−s)=2pf1(1−s)pω=ω0(1−s)=2pf1(1−s)p size 12{ω=ω rSub { size 8{0} } \( 1 - s \) = { {2 ital "pf" rSub { size 8{1} } \( 1 - s \) } over {p} } } {}(3-20)
Trong đó: f1 là tần số lưới điện, p là số đôi cực.
Vậy, thay đổi số đôi cực p, sẽ điều chỉnh được ựo và sẽ điều chỉnh được ự. Để có thể thay đổi được số đôi cực p, người ta phải chế tạo những động cơ ĐK đặc biệt, có các tổ dây quấn stato khác nhau để tạo ra được p khác nhau, gọi là máy đa tốc.
Ví dụ ta có một tổ nối dây stato (1 pha) gồm 2 đoạn, mỗi đoạn là một phần tử như hình 3-8. Nếu ta đấu nối tiếp 2 đoạn đó thuận cực nhau (đánh dấu * trên hình vẽ), thì do đường sức từ phân bố trên như trên hình 3-8a, nên số cực sẽ là 4 và p = 2.
+ ++ +* *N/2 S N S N/2* *~a) p = 2; ự0Hình 3-8: Thay đổi số đôi cực bằng đổi nối tổ dây quấn* *~b) p = 1; 2ự0* *~c) p = 1; 2ự0+ ++* *S N ++ ++* *S N +
Như vậy, bằng cách đổi nối đơn giản các tổ dây quấn, ta đã điều chỉnh được tốc độ: từ ựo ở sơ đồ 3-8a thành lên 2ựo như ở sơ đồ 3-8b, c; và điều chỉnh được tốc độ ự của động cơ ĐK.
Thực tế, các động cơ ĐK đa tốc độ thường gặp là đổi nối theo hai cách: hình sao
⇔⇔ size 12{ dlrarrow } {}sao kép (Y
⇔⇔ size 12{ dlrarrow } {} ) và tam giác
⇔⇔ size 12{ dlrarrow } {}sao kép (Ä
⇔⇔ size 12{ dlrarrow } {} ). Sơ đồ đổi nối đước giới thiệu trên hình 3-9:
*x1, r1*x1, r1a) Sao đơnc) Sao képHình 3-9: Đổi nối dây quấn stato động cơ ĐKb) Tam giác*x1, r1*x1, r1*x1, r1*x1, r1
Khi nối Ä hoặc Y, hai đoạn dây quấn mỗi pha được đấu nối tiếp thuận cực giống như trên hình 3-9a, nên ta giả thiết khi đó p = 2 và tương ứng tốc độ đồng bộ là ựo. Khi đổi nối thành , các đoạn dây sẽ nối song song ngược cực giống như hình 3-9c, nên p = 1, tốc độ đồng bộ tăng gấp đôi (ựo = 2ựo).
Để dựng các đặc tính điều chỉnh, ta cần xác định cá trị số Mth, sth và ựo cho từng cách nối dây.
Đối với trường hợp Ä
⇒⇒ size 12{ drarrow } {} ta có các quan hệ khi nối Ä, hai đoạn dây stato đấu nối tiếp, nên:
R1=2r1; X1=2x1R2=2r2; X2=2x2; Xnm=2xnm}R1=2r1; X1=2x1R2=2r2; X2=2x2; Xnm=2xnm} size 12{alignl { stack {
left none R rSub { size 8{1} } =2r rSub { size 8{1} } ;" X" rSub { size 8{1} } =2x rSub { size 8{1} } {} #
right rbrace left none R rSub { size 8{2} } =2r rSub { size 8{2} } ;" X" rSub { size 8{2} } =2x rSub { size 8{2} } ;" X" rSub { size 8{"nm"} } =2x rSub { size 8{ ital "nm"} } {} #
right rbra } } rbrace } {}(3-21)
Trong đó: r1, r2, x1, x2 là điện trở và điện kháng mỗi đoạn dây stato và rôto.
Điện áp trên dây quấn mỗi pha là
UfΔ=3.U1UfΔ=3.U1 size 12{U rSub { size 8{fΔ} } = sqrt {3} "." U rSub { size 8{1} } } {}. Do đó:
sth.Δ=R2Δ'R1Δ2+(X1Δ+X2Δ')2=r2'r12+xnm2sth.Δ=R2Δ'R1Δ2+(X1Δ+X2Δ')2=r2'r12+xnm2 size 12{s rSub { size 8{ ital "th" "." Δ} } = { {R rSub { size 8{2Δ} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {R rSub { size 8{1Δ} } rSup { size 8{2} } + \( X rSub { size 8{1Δ} } +X rSub { size 8{2Δ} } rSup { size 8{'} } \) rSup { size 8{2} } } } } = { {r rSub { size 8{2} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } } } } {}(3-22)
Mth.Δ=3(3.U1)22ωoR1Δ±R1Δ2+XnmΔ2=9U124ωor1+r12+xnm2Mth.Δ=3(3.U1)22ωoR1Δ±R1Δ2+XnmΔ2=9U124ωor1+r12+xnm2 size 12{M rSub { size 8{ ital "th" "." Δ} } = { {3 \( sqrt {3} "." U rSub { size 8{1} } \) rSup { size 8{2} } } over {2ω rSub { size 8{o} } left [R rSub { size 8{1Δ} } +- sqrt {R rSub { size 8{1Δ} } rSup { size 8{2} } +X rSub { size 8{ ital "nm"Δ} } rSup { size 8{2} } } right ]} } = { {9U rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {4ω rSub { size 8{o} } left [r rSub { size 8{1} } + sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } right ]} } } {} (3-23)
Nếu đổi thành thì:
R1=12r1; X1 =12x1; R2 =12r2; X2 =12x2R1=12r1; X1 =12x1; R2 =12r2; X2 =12x2 size 12{R rSub { size 8{1" "} } = { {1} over {2} } r rSub { size 8{1} } ;" X" rSub { size 8{"1 "} } = { {1} over {2} } x rSub { size 8{1} } ;" R" rSub { size 8{"2 "} } = { {1} over {2} } r rSub { size 8{2} } "; X" rSub { size 8{"2 "} } = { {1} over {2} } x rSub { size 8{2} } } {} (3-24)
Còn điện áp trên dây quấn mỗi pha là: Uf = U1. Vì vậy:
sth.=R2'R12+(X1+X2')2=r2'r12+xnm2sth.=R2'R12+(X1+X2')2=r2'r12+xnm2 size 12{s rSub { size 8{ ital "th" "." " "} } = { {R rSub { size 8{2} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {R rSub { size 8{1" "} } rSup { size 8{2} } + \( X rSub { size 8{1" "} } +X rSub { size 8{2" "} } rSup { size 8{'} } \) rSup { size 8{2} } } } } = { {r rSub { size 8{2} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } } } } {}(3-25)
M
th
.
=
3
(
3
.
U
1
)
2
2ω
o
R
1
±
R
1
2
+
X
nm
2
=
9U
1
2
4ω
o
r
1
+
r
1
2
+
x
nm
2
M
th
.
=
3
(
3
.
U
1
)
2
2ω
o
R
1
±
R
1
2
+
X
nm
2
=
9U
1
2
4ω
o
r
1
+
r
1
2
+
x
nm
2
size 12{M rSub { size 8{ ital "th" "." " "} } = { {3 \( sqrt {3} "." U rSub { size 8{1} } \) rSup { size 8{2} } } over {2ω rSub { size 8{o" "} } left [R rSub { size 8{1" "} } +- sqrt {R rSub { size 8{1" "} } rSup { size 8{2} } +X rSub { size 8{ ital "nm"" "} } rSup { size 8{2} } } right ]} } = { {9U rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {4ω rSub { size 8{o} } left [r rSub { size 8{1} } + sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } right ]} } } {}
(3-26)
So sánh (3-62) với (3-59) ta thấy:
MthMth.Δ=23MthMth.Δ=23 size 12{ { {M rSub { size 8{ ital "th"" "} } } over {M rSub { size 8{"th" "." Δ} } } } = { {2} over {3} } } {}(3-27)
Như vậy, khi đổi nối Ä
, tốc độ không tải lý tưởng tăng lên 2 lần (ựo = ựoÄ), độ trượt tới hạn không đổi (giá trị tương đối), còn mômen tới hạn giảm mất 1/3 lần. Đặc tính điều chỉnh có dạng như trên hình 3-10a.
Hình 3-10: Các đặc tính điều chỉnh tốc độ khi đổi nối dây quấn stato và ựựo ựoÄ Sth SthÄ 0 Mc.cp Mc.cpÄ Mth MthÄ M ựựo ựoY Sth SthY 0 Mc.cp MthY MthÄ M
Đối với trường hợp đổi nối
Y⇒Y⇒ size 12{Y drarrow } {} ta cũng suy luận tương tự. Khi nối Y, các đoạn dây đấu nối tiếp và U1Y = U1, nên:
sth.Δ=r2'r12+xnm2MthY=3U124ωor1±r12+xnm2}sth.Δ=r2'r12+xnm2MthY=3U124ωor1±r12+xnm2} size 12{alignl { stack {
left none s rSub { size 8{"th" "." Δ} } = { {r rSub { size 8{2} } rSup { size 8{'} } } over { sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{"nm"} } rSup { size 8{2} } } } } {} #
right rbrace left none M rSub { size 8{"thY"} } = { {3U rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {4ω rSub { size 8{o} } left [r rSub { size 8{1} } +- sqrt {r rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } +x rSub { size 8{ ital "nm"} } rSup { size 8{2} } } right ]} } {} #
right rbra } } rbrace } {}(3-28)
So sánh (3-28) với các biểu thức tương ứng của sơ đồ sao kép là (3-25) và (3-26) ta được:
sthY = sth ;
MthY=12MthMthY=12Mth size 12{M rSub { size 8{ ital "thY"} } = { {1} over {2} } M rSub { size 8{ ital "th"} } } {}(3-29)
Như vậy, khi đổi nối
Y⇒Y⇒ size 12{Y drarrow } {} , tốc độ không tải lý tưởng và mômen tới hạn tăng gấp đôi, còn hệ số trượt tới hạn vẫn giữ nguyên giá trị tương đối của nó (hình 3-10b).
Để xác định phụ tải cho phép khi điều chỉnh tốc độ, xuất phát từ giá trị công suất rồi suy ra mômen. Từ biểu thức của công suất, ta có:
Khi nối Ä:
Pc.cpΔ=33U1I1đmcosϕΔηΔPc.cpΔ=33U1I1đmcosϕΔηΔ size 12{P rSub { size 8{c "." ital "cp"Δ} } =3 sqrt {3} U rSub { size 8{1} } I rSub { size 8{1 ital "đm"} } "cos"ϕ rSub { size 8{Δ} } η rSub { size 8{Δ} } } {}(3-30)
Khi nối :
Pc.cp=33U1I1đmcosϕηPc.cp=33U1I1đmcosϕη size 12{P rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } =3 sqrt {3} U rSub { size 8{1} } I rSub { size 8{1 ital "đm"} } "cos"ϕ rSub { size 8{" "} } η} {}(3-31)
Do đó:
Pc.cpPc.cpΔ=2cosϕη3cosϕΔηΔ≈1Pc.cpPc.cpΔ=2cosϕη3cosϕΔηΔ≈1 size 12{ { {P rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } } over {P rSub { size 8{c "." "cp"Δ} } } } = { {2"cos"ϕ" "η" "} over { sqrt {3} "cos"ϕ rSub { size 8{Δ} } η rSub { size 8{Δ} } } } approx 1} {}(3-32)
Thực tế cho phép coi Pc.cpÄ ≈ Pc.cp , vì hệ số công suất và hiệu suất khi nối Ä cao hơn khi nối . Đó là do khi nối , điện áp đặt lên từng đoạn dây quấn lớn hơn khi nối Ä, nên dòng từ hóa tăng một cách vô ích:
Từ (3-32) ta suy ra quan hệ của mômen tải cho phép:
Mc.cpMc.cpΔ≈Pc.cp/ωoPc.cpΔ/ωoΔ≈ωoωo=12Mc.cpMc.cpΔ≈Pc.cp/ωoPc.cpΔ/ωoΔ≈ωoωo=12 size 12{ { {M rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } } over {M rSub { size 8{c "." "cp"Δ} } } } approx { {P rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } /ω rSub { size 8{o" "} } } over {P rSub { size 8{c "." ital "cp"Δ} } /ω rSub { size 8{oΔ} } } } approx { {ω rSub { size 8{o" "} } } over {ω rSub { size 8{o} } } } = { {1} over {2} } } {}(3-33)Như vậy, khi đổi nối
Δ⇒Δ⇒ size 12{Δ drarrow } {} , mômen phụ tải cho phép của động cơ giảm đi hai lần, còn công suất cho phép thì được giữ không đổi (Pcp = const). Điều đó chứng tỏ phương pháp đổi nối này phù hợp với những máy có mômen tải tỷ lệ nghịch với tốc độ.
Nếu đặt: ở = Mth/Mc.cp thì từ (3-27) và (3-32) ta thấy:
λλΔ≈Mth/Mc.cpMthΔ/Mc.cpΔ=43λλΔ≈Mth/Mc.cpMthΔ/Mc.cpΔ=43 size 12{ { {λ rSub { size 8{" "} } } over {λ rSub { size 8{Δ} } } } approx { {M rSub { size 8{ ital "th"" "} } /M rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } } over {M rSub { size 8{ ital "th"Δ} } /M rSub { size 8{c "." ital "cp"Δ} } } } = { {4} over {3} } } {}(3-34)
Nghĩa là khi đổi nối
Δ⇒Δ⇒ size 12{Δ drarrow } {} , khả năng quá tải của động cơ tăng lên 4/3 lần.
Nếu các đoạn dây nối hình Y, thì:
Pc.cpY=3U1I1đmcosϕYηYPc.cpY=3U1I1đmcosϕYηY size 12{P rSub { size 8{c "." ital "cpY"} } =3U rSub { size 8{1} } I rSub { size 8{1 ital "đm"} } "cos"ϕ rSub { size 8{Y} } η rSub { size 8{Y} } } {}(3-35)
So sánh với trường hợp nối [xem (3-31)] ta có:
Pc.cpPc.cpY=2cosϕη3cosϕYηY≈2Pc.cpPc.cpY=2cosϕη3cosϕYηY≈2 size 12{ { {P rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } } over {P rSub { size 8{c "." "cp"Y} } } } = { {2"cos"ϕ" "η" "} over { sqrt {3} "cos"ϕ rSub { size 8{Y} } η rSub { size 8{Y} } } } approx 2} {}(3-36)
Và:
Mc.cpMc.cpY≈Pc.cp/ωoPc.cpY/ωoY=1Mc.cpMc.cpY≈Pc.cp/ωoPc.cpY/ωoY=1 size 12{ { {M rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } } over {M rSub { size 8{c "." "cp"Y} } } } approx { {P rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } /ω rSub { size 8{o" "} } } over {P rSub { size 8{c "." ital "cpY"} } /ω rSub { size 8{ ital "oY"} } } } =1} {}(3-37)
Như vậy, khi đổi nối
Y⇒Y⇒ size 12{Y drarrow } {} , mômen tải cho phép của động cơ được giữ không đổi, còn công suất cho phép thì tăng 2 lần. Điều đó có nghĩa là phương pháp đổi nối này phù hợp với những máy có mômen tải không đổi (Mc = const).
Từ (3-37) và (3-29) ta tìm được quan hệ của hệ số quá tải ở:
λλY≈Mth/Mc.cpMthY/Mc.cpY=2λλY≈Mth/Mc.cpMthY/Mc.cpY=2 size 12{ { {λ rSub { size 8{" "} } } over {λ rSub { size 8{Y} } } } approx { {M rSub { size 8{ ital "th"" "} } /M rSub { size 8{c "." ital "cp"" "} } } over {M rSub { size 8{ ital "thY"} } /M rSub { size 8{c "." ital "cpY"} } } } =2} {}(3-38)
Nghĩa là khi đổi nối
Y⇒Y⇒ size 12{Y drarrow } {} , khả năng quá tải của động cơ tăng lên 2 lần.
+ Ưu điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi số đôi cực là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, các đặc tính cơ đều cứng và khả năng điều chỉnh triệt để (điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tưởng).
Nhờ các đặc tính cơ cứng, nên độ chính xác duy trì tốc độ cao và tổn thất trượt khi điều chỉnh thực tế không đáng kể.
+ Nhược điểm lớn của phương pháp này là có độ tinh kém, giải điều chỉnh không rộng và kích thước động cơ lớn.
