Đồ án Điều chỉnh động cơ khong đồng bộ 3 pha

ian mở máy nhỏ để có thể làm việc được ngay. - Thiết bị mở máy đơn giản, rẻ tiền và ít tốn năng lượng. b) Ứng dụng: Động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha được sử dụng rất rộng rãi trong sản xuất và sinh hoạt: - Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ ba pha thường được dùng làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ… - Trong nông nghiệp, được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm...  - Trong đời sống hàng ngày, động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, trong máy điều hòa… Tóm lại cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa, phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi. 1.2.Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ 1.2.1. Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ ba pha I 1 R1 X 1 U1 p I 2 Rm X 2 I m R ' 2 X m s Hình 3 Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ ba pha Trong đó: o R m , X m , I m lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện của mạch từ hóa o R1 , X 1 , I 2 lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch Stator. o U1P : Điện áp pha đặt vào Stator. 2 2 o X , R ' /s lần lượt là điện trở, điện kháng Rotor đã quy đổi về Stator. 1.2.2. Phương trình đặc tính cơ Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha ta sử dụng sơ đồ thay thế. Trên (hình 1) là sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ ba pha. Khi nghiên cứu ta đưa ra một số giả thiết sau đây: - Coi 3 pha là đối xứng - Các thông số của dộng cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto, mạch từ không bão hòa nên điện kháng X 1 , X 2 không đổi. - Tổng dẫn mạch từ hóa không thay đổi, dòng điện từ hóa không phụ thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato của động cơ. - Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép - Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng 3 pha. Khi cuộn dây stato được cấp điện với điện áp định mức U 1 f trên một pha mà giữ yên rôto(không quay) thì mỗi pha của cuộn dây rôto sẽ xuất hiện sức điện động E 2 pha.đm theo nguyên lý máy biến áp. Hệ số quy đổi sức điện động là: K E = U1 f E2 pha.đm  (1.4) 1 Từ đó có hệ số quy đổi của dòng điện: K I = K E Với các hệ số quy đổi này các đại lượng điện ở mạch rôto có thể quy đổi về phía mạch stato theo cách sau: 2 I - Dòng điện: I ' = K .I 2 2 - Điện kháng: X ' =K X .X 2 2 - Điện trở: R ' =K R .R2 Dòng điện rôto quy đổi về phía stato có thể tính từ sơ đồ thay thế: 2 U1 f I ' 2 = R '  (1.5) (R1 + 2 ) 2 + ( X S 1 + X ' ) 2 Khi động cơ hoạt động, công suất điện từ P 1, 2 từ stato chuyển sang rôto thành công suất cơ P co đưa ra trên trục động cơ và công suất nhiệt P2 đốt nóng cuộn dây. P 1, 2 = P co + P2 (1.6) Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì có thể coi mômen điện từ M đt của động cơ bằng mômen cơ M co . M đt = M co = M Từ đó: P 1, 2 =M. w0 = M. w +  P2 .M = P2 w0 - w = P2 S.w0  (1.7) Công suất nhiệt cuộn dây ba pha là: ' ' 2 P2 =3.R 2 .I 2 (1.8) Thay (1.8) vào (1.5) sau đó thay vào (1.7) ta được: 2 ' M= 3.U1 f .R2  (1.9) 2 ⎡⎛ R ' ⎞ 2 ⎤ 2 S.w0 ⎢⎜ R1 + ⎟ ⎢⎣⎝ S ⎠ + X nm ⎥ ⎥⎦ nm 1 2 Trong đó: X =X +X ' là điện kháng ngắn mạch Phương trình (1.9) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. Nếu biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ là đường cong như (hình 2). Có thể xác định được điểm cực trị của đường cong này bằng cách giải  dM = 0 dS  ta sẽ được trị số M và S tại điểm cực trị ký hiệu là M th và S th (mômen và độ trượt tới hạn ) cụ thể là: 2 R ' S th = ± (1.20) R 2 + X 2 1 nm Thay (1.20) vào (1.19) ta có M th : 3U 1 f 2 M th = ±  (1.21) 2w (R ± R 2 + X 2 ) 0 1 1 nm Trong hai biểu thức trên, dấu (+) ứng với trạng thái động cơ, dấu (-) ứng với trạng thái máy phát. Do đó M th ở chế độ máy phát lớn hơn M th ở chế độ động cơ. Ngoài ra khi nghiên cứu các hệ truyền động với động cơ không đồng bộ người ta quan tâm đến trạng thái làm việc của động cơ nên các đường đặc tính cơ lúc này thường biểu diễn trong khoảng tốc độ 0 £ S £ Sth . Để đơn giản người ta tuyến tính hóa đoạn làm việc từ w0 ® wđm (hình 4 ). như đường 1 trên w s w0 1 2 Sth TN (Rf =0) Sth1 NT (Rf # 0) 0 Mth M(N.m) Hình 4. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 1.3. Ảnh hưởng của các tham số đến dạng đặc tính cơ 1.3.1.Ảnh hưởng của điện áp: Khi điện áp đặt vào động cơ giảm: 3U 1 f 2 · Từ phương trình: M th = ±  ( * ) 2w (R ± R 2 + X 2 ) 0 1 1 nm Ta thấy moment tới hạn giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ giảm của điện áp. · Trong khi tốc độ đồng bộ: w = 2pn  không thay đổi. · Độ trượt tới hạn  Sth = 0 R'2 R 2 + X 2 60 không thay đổi. 1 nm - Mth nói lên khả năng quá tải của động cơ. - Moment mở máy ( M = K U 2 ) giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp. mm 2 1P w S Sth U2 U1 U2<U1<Udm  TN(Udm) 0 Mth2  Mth1 MC  Mth M (N.m) Hình 5.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha khi thay đổi điện áp Đặc tính này thích hợp với phụ tải bơm và quạt gió, không thích hợp với phụ tải không đổi. ngoài ra đối với động cơ công suất lớn với phụ tải bơm hoặc quạt gió; người ta dùng phương pháp tăng dần điện áp đặt vào động cơ để hạn chế dòng điện khi khởi động. 1.3.2.Ảnh hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator. - Khi thêm điện trở phụ R f vào Stator thì w0 không đổi, độ trượt tới hạn Sth giảm, momen tới hạn M th giảm. - Khi thêm điện kháng phụ X f vào mạch Stator thì tốc độ w 0 không đổi, độ trượt tới hạn Sth giảm, momen tới hạn M th giảm. Chú ý: Nên chọn R f hoặc X f sao cho có cùng một mômen khởi động (M nm ), thì đường đặc tính ứng với R f nằm gần trục tung hơn vì nó có tổn thất năng lượng lớn hơn. 1.3.3.Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Roto Đối với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn người ta mắc thêm R f để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ. vào mạch rôto ' ' Khi đưa  R f vào mạch rôto thì w0 =const;  M th =const;  Sth = R2 + R f 2 X nm  = Var R f càng lớn thì Sth sẽ càng lớn, b càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng mềm. Khi thay đổi R f ta được một họ đường đặc tính biến trở . w s Rp1<Rp2 w0 Sth  TN (Rf =0) 0 Sth1 Rp1 Mth  Rp2  M (N.m) Hình 6: Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn rôtor. 1.3.4.Ảnh hưởng của số đôi cực từ p. Để thay đổi số đôi cực ở stato người ta thường thay đổi cách đấu dây vì: w = w0 (1 - S ) = 2pf (1 - S ) p Nếu thay đổi số đôi cực p thì w0 thay đổi, do đó tốc độ động cơ cũng thay đổi. Còn Sth không phụ thuộc vào p nên không thay đổi, nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ vẫn giữ nguyên. Nhưng khi thay đổi số đôi cực sẽ thay đổi cách đấu dây ở động cơ stato nên một số thông số như U f , R 1 , X 1 có thể thay đổi và do đó tùy từng trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mômen tới hạn M th của động cơ. (Hình 7 và hình 8) biểu diễn đặc tính cơ thay đổi với p= p1 và 2  M th = const. w S w02 w01 P=2 P=1 0 Mth M (N.m) Hình 7. Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực, M th = const w S w01 w02 p=2 p=1 0 Mth2 Mth1  M(N.m) Hình 8. Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực p 1 = const 1.3.5.Ảnh hưởng của tần số: - Từ biểu thức w = 2pf1  ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm thay đổi tốc độ từ trường 0 p quay và tốc độ động cơ thay đổi. - Xét trường hợp khi tăng tần số f1 > f1đm , từ biểu thức (1.21) biến đổi ta có. 1 f 3 p 2 .U 2 f M th = 2 8pLnm 1 (1.22) Khi tăng tần số, M th giảm (với điện áp giữ nguyên không đổi) do vậy: M ~ 1 f th 2 1 - Trường hợp tần số f1 < f1đm , nếu giữ nguyên điện áp thì dong điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ sẽ giảm theo tần số). Do vậy khi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định. Trên (hình 9) trình bày đặc tính cơ khi f1 < f1đm với điều kiện F = const thì M th giữ không đổi. Ở vùng f1 > f1đm , M th tỉ lệ nghịch với bình phương tần số. w S w11 w12  f 11  f 11>f 12>f 1dm f 12 w02 w01  f 1dm f 13  f 13<f 1dm 0 Mth M (N.m) Hình 9. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ KĐB 1.4. Khởi động và tính điện trở khởi động - Đối với động cơ Rôto dây quấn để hạn chế dòng khởi động và tăng mômen khởi động người ta đưa điện trở phụ vào mạch Rôto trong quá trình khởi động sau đó loại dần các điện trở phụ này theo từng cấp. - Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động được biểu diễn trên hình vẽ. w s w0 A B C D E 3k Rf1 2k Rf2 1k Rf3 F G H M(N.m) 0 Mdm M2 M1 Mth Hình 10 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động. · Để xác định trị số các cấp điện trở khởi động ta có thể sử dụng sơ đồ các đặc tính đã được tuyến tính hóa trong đoạn khởi động. ¾ Quá trình tính toán khởi động như sau: · Bước 1: Dựa vào các thông số định mức của động cơ tiến hành vẽ đường đặc tính cơ tự nhiên. · Bước 2: Chọn giá trị lớn nhất và nhỏ nhất cho phép trong quá trình mở máy. Chọn : M 1 £ 0,85M th M 2 ³ (1,1 ¸1,3)M đm - Từ M 1 , M 2 dóng song song với trục tung nó sẽ cắt đường đặc tính cơ tự nhiên tại a và b, đường này cắt đường thẳng song song với trục hoành xuất phát từ w 0 tại N. Lấy N làm điểm đồng quy xuất phát của các đặc tính khởi động. Phương pháp này vẽ giống như đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Bước 3: xác định điện trở khởi động. Ta biết: S NT STN R2 + R f 2 = R2  f 2 nên R ' = S NT - STN .R 2 STN Từ đồ thị ta có: ⎛ Kd - Kb ⎞ ⎛ bd ⎞ R f 21 = R2 ⎜ ⎟ = R2 ⎜ ⎟ (1.23) ⎝ Kb ⎠ ⎝ Kb ⎠ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ R R ⎜ Kf - Kd ⎟ R ⎛ df ⎞  (1.24) f 22 = 2 ⎜ Kb ⎟ = 2 ⎜ Kb ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎛ Kh - Kf ⎞ ⎛ fh ⎞ R f 23 = R2 ⎜ ⎟ = R2 ⎜ ⎟ (1.25) ⎝ Kb ⎠ ⎝ Kb ⎠ 1.5. HÃM MÁY 1.5.1.Hãm tái sinh : Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ w của rôto lớn hơn tốc độ đồng bộ w0 . Khi hãm tái sinh động cơ sẽ làm việc trạng thái máy phát, sđđ ở thanh dẫn rôto E 2 đổi chiều , khi đó w > w0 . Ta thấy rằng khi chuyển sang hãm tái sinh S< 0, như vậy chỉ có thành phần tác dụng của dòng điện rôto đổi chiều, do đó mômen đổi chiều, còn thành phần phản kháng vẫn giữ nguyên chiều cũ. Ở trạng thái hãm tái sinh động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới, trả công suất tác dụng về lưới còn vẫn tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì từ trường quay. 1.5.2.Hãm ngược : Tương tự với động cơ điện một chiều kích từ độc lập, trạng thái hãm ngược của động cơ không đồng bộ có hai trường hợp: - Hãm ngược xảy ra khi động cơ đang làm việc, ta đóng vào mạch rôto điện trở phụ đủ lớn. - Hãm ngược xảy ra khi động cơ đang làm việc, ta đổi thứ tự hai trong 3 pha điện áp đặt vào stato. Chú ý: trong cả hai trường hợp hãm ngược vì S>1 nên dòng điện rôto có giá trị 2 1 2 lớn. Mặt khác vì tần số dòng điện rôto f = Sf lớn, nên điện kháng X ' lớn do đó mômen nhỏ. Vì vậy để tăng cường mômen hãm và hạn chế dòng điện rôto ta cần đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rôto( đối với loại động cơ rôto dây quấn). 1.5.3.Hãm động năng: Trạng thái hãm động năng xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt stato của động cơ ra khỏi nguồn điện xoay chiều rồi đóng vào nguồn điện một chiều. Người ta chia hãm động năng của động cơ không đồng bộ thành hãm động năng kích từ độc lập và tự kích. Khi cắt stato động cơ ra khỏi lưới điện xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều. Dòng điện một chiều đi trong bộ dây stato sinh ra một từ trường đứng yên F . Động cơ đang quay với tốc độ w , các thanh dẫn rôto cắt từ trường đứng yên sinh ra sđđ cảm ứng E 2 có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải. Do mạch rôto khép kín, trong thanh dẫn rôto có dòng I 2 cùng chiều với E 2 . Tương tác giữa dòng điện I 2 và từ trường đứng yên F tạo nên sức từ động F có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái. Lực F sinh ra mômen hãm M h có chiều ngược với chiều quay của rôto làm rôto quay chậm lại và E 2 cũng giảm dần. Hãm động năng kích từ độc lập thì từ thông F = const. Hãm động năng tự kích từ thông F = Var. Chương 2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 2.1.Khái niệm chung Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ lớn so với động cơ khác. Sở dĩ vậy là do động cơ không đồng bộ kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng trực tiếp nguồn ba pha. Tuy nhiên, trước đây các hệ truyền động động cơ không đồng bộ có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, đó là do việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha khó khăn hơn động cơ một chiều. Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghệ bán dẫn công suất và kỹ thuật điên tử tin học. Động cơ không đồng bộ mới được khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động Thyristor- động cơ một chiều. Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha như sau: - Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ điều áp xoay chiều. - Điều chỉnh điện trở rôto bằng phương pháp xung điện trở mạch rôto. - Điều chỉnh công suất trượt P S . - Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số. 2.2. Điều chỉnh điện áp động cơ Mômen động cơ không đồng bộ ba pha tỷ lệ với bình phương điện áp stato, do đó có thể điều chỉnh được mômen và tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số (hình ). Để điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ ba pha phải dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều(ĐAXC). Nếu coi ĐAXC là nguồn áp lý tưởng (Z b =0) thì căn cứ vào biểu thức mômen tới hạn có quan hệ sau: M th ,U 2 U = ⎜ b ⎟  * * 2 ⎛ U ⎞ hay M =U (2.1) M th ⎜ đm ⎟ th ,U b ⎝ ⎠ Công thức (2.1) trên đúng với mọi giá trị điện áp và mômen. Nếu tốc độ quay là không đổi: M * =U * 2 ; w =const; M U b U = M th M gh Trong đó: U đm - là điện áp định mức của động cơ U b - là điện áp đầu ra của ĐAXC M th - là mômen tới hạn khi điện áp là định mức M u - mômen động cơ ứng với điện áp điều chỉnh M gh - mômen giới hạn khi điện áp là định mức, điện trở phụ R p Ul, f l f l Ub  Udk w s w0 Sth w Sthgh  Ub2  dttn, Udm, Rf =0 dtgh, Udm, Rf Ub1 ÐK Mc(w) ir 0 Rf b)  Mth1,U1  Mth  M(N.m) a) Hình 11. Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ a)Sơ đồ khối nguyên lý b)Đặc tính cơ điều chỉnh Vì độ trượt S th của đặc tính cơ tự nhiên nhỏ, nên nói chung không áp dụng điều chỉnh điện áp cho động cơ điện rôto lồng sóc. Khi thực hiện điều chỉnh điện áp cho động cơ rôto dây quấn cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rôto để mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và mômen. Như thấy trên (hình 2.1b), tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ, trong khi đó tốc độ không tải lý tưởng của mọi đặc tính đều như nhau và bằng tốc độ từ trường quay. Sơ đồ điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ ba pha như (hình 2.2) a b c Udk FX  T1 T4 T3  T6 T5 T2 Rw LUG Ða?o chiê`u Uwd Uw FT ÐK Rf Hình 12. Sơ đồ cơ bản và dạng đặc tính cơ khi chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ ba pha Phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ như: quạt gió, bơm ly tâm. Có thể dùng máy biến áp tự ngẫu, điện kháng hoặc bộ biến đổi bán dẫn làm ĐAXC, trong đó vì lý do kỹ thuật và kinh tế mà bộ điều áp kiểu van bán dẫn là phổ biến hơn cả. Mômen của động cơ không đồng bộ ba pha có thể được tính theo dòng điện rôto 3I 2 R M= r r w0 S  nếu giữ dòng điện rôto là không đổi: I r  = const thì mômen và tốc độ trượt có quan hệ như sau: M.S= const Vùng điều chỉnh tốc độ và mômen khi điều chỉnh điện áp bị giới hạn bởi các trục tọa độ và đường cong 3I 2 R M.S= rdm r w0 độ rộng của vùng này tùy thuộc vào giá trị của điện trở phụ R f Do cách nối các van dẫn nên để có dòng điện chạy qua động cơ thì tại một thời điểm phải có ít nhất hai van ở hai phía khác nhau cùng dẫn điện. Động cơ không đồng bộ có thể coi là phụ tải 3 pha gồm điện trở và điện cảm nối tiếp nhau, trong đó điện trở rôto biến thiên theo tốc độ quay R= R(s) và điện cảm phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa giây quấn stato và dây quấn rôto, do đó góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay. 2.3. Điều chỉnh điện trở mạch rôto Như đã phân tích ở phần đặc tính cơ động cơ không đồng bộ ba pha, có thể điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto. Ta có thể điều chỉnh trơn bằng các van dẫn, ưu thế của phương pháp này là dễ tự động hóa việc điều chỉnh. Điện trở trong của mạch rôto động cơ không đồng bộ: R r = R rd + R p Trong đó: R rd - điện trở dây quấn rôto R p - là điện trở ngoài mắc thêm vào mạch rôto Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở. Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha, tức là đoạn có độ trượt từ S=0 đến S=S th là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết: S=S i . Rr Rrd  ; M= const (2.2) Trong đó: S- là độ trượt khi điện trở mạch rôto là R r S i - là độ trượt khi điện trở mạch rôto là R rd 3I 2 R Thay (2.2) vào biểu thức M= r r w0 .S  ta được biểu thức sau: 3I 2 R M= r rd w.Si Nếu giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì thế mà có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto cho truyền động có mômen tải không đổi. Trên (hình 2.4a) trình bày sơ đồ nguyên lý điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phương pháp xung. Điện áp U r được chỉnh lưu bởi cầu diode chỉnh lưu, qua điện kháng lọc L được cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở R 0 nối song song với khóa bán dẫn T 1 . Khóa T 1 sẽ được đóng, ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị trung bình của điện trở toàn mạch. Hoạt động của khóa bán dẫn tương tự như trong mạch điều chỉnh xung áp một chiều. Khi khóa T 1 đóng điện trở R 0 bị loại ra khỏi mạch, dòng điện rôto tăng lên. Khi khóa T 1 ngắt điện trở R 0 lại được đưa vào mạch, dòng điện rôto giảm. Với tần số đóng ngắt nhất định, nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương R e trong mạch. Thời gian ngắt t n = T- t d xem (hình 2.4b), nếu điều chỉnh trơn tỷ số giữa thời gian đóng t d và thời gian ngắt t n ta điều chỉnh trơn được giá trị điên trở trong mạch rôto. td td R e =R 0 = R0 =R 0 r td + tn T Điện trở tương đương R e trong mạch một chiều được tính đổi về mạch xoay chiều ba pha ở rôto theo quy tắc bảo toàn công suất. w s w0 ÐK Ur f 0 CL 0 id R0 L  M(N.m) T1 T2 C D0 L1 w s w0 p=0 0  p=1  M(N.m) Hình 13. Điều chỉnh xung điện trở rôto a) Sơ đồ nguyên lý; b) Các đặc tính 2.4. Điều chỉnh công suất trượt Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách làm mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt  PS =S.P đt được tiêu tán trên điện trở mạch rôto. Ở các hệ thống truyền động điên công suất lớn, tổn hao này là đáng kể. Vì vậy để vừa điều chỉnh được tốc độ truyền động, vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng sơ đồ điều chỉnh công suất trượt, gọi tắt là sơ đồ nối tầng. Có nhiều phương pháp xây dựng hệ nối tầng. Dưới đây trình bày phương pháp nối tầng điện dùng Thyristor (hinh 2.5a). Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì: PS = M c (w0 - w ) = M c .w0 .S = Pđt . S S= PS Pđt Giản đồ năng lượng khi bỏ qua tổn hao ở rôto được biểu diễn trên(hình 2.5b), trong đó P bđ là công suất được trả về lưới điện,  Pbđ  là tổn hao trong mạch biến đổi công suất trượt thành công suất điện có cùng tần số với điện áp lưới. Sức điện động rôto U r được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua điện kháng lọc L cấp cho nghịch lưu phụ thuộc NL. Điện áp xoay chiều của nghịch lưu (U A ,U B ,U C ) có biên độ và tần số không đổi do được xác định bởi điện áp và tần số của lưới điện. Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển a thay đổi từ 90 o đến khoảng 140 o , phần còn lại dành cho góc chuyển mạch m và góc phục hồi tich chất khóa của các van. Độ lớn dòng điện rôto hoàn toàn phụ thuộc vào mômen tải của động cơ mà không phụ thuộc vào góc điều khiển nghịch lưu. ÐK a L A b B c Udr Udn C NL Id a) P1 P1 P1 Pdt Ps Pbd Pcs b) Hình 14 .Hệ thống nối tầng van điện a) Sơ đồ nguyên lý; b) Giản đồ năng lượng 2.5. Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ không đồng bộ 2.5.1. Điều chỉnh tần số - điện áp Sơ đồ nguyên lý mạch lực của bộ biến nguồn áp gồm 4 khối chức năng chính: Nguồn điện một chiều NMC, mạch lọc F, nghịc lưu độc lập nguồn áp NL và động cơ KĐB. Nguồn một chiều và mạch lọc tạo ra điện áp một chiều có giá trị điều chỉnh được. Nghịch lưu gồm 6 khóa bán dẫn từ S 1 ¸ S 6 và cần 6 van không điều khiển D 1 ¸ D 6 . CÁc khóa nghịch lưu được đóng cắt theo thứ tự nhất định tạo thành điện áp xoay chiều 3 pha 1 đặt lên động cơ chấp hành, góc dẫn của các khóa là 180 0 , thời điểm các khóa S  ¸ S 6  bắt đầu dẫn lệch nhau 120 0 , do đó điện áp ra của nghịch lưu cũng lệnh nhau về thời gian là 120 0 . Điện áp dây của nghịch lưu có dạng xung chữ nhật với độ rộng là 120 0 và thỏa mãn điều kiện phân tích thành chuỗi điều hòa. 2.5.2. Điều chỉnh tần số nguồn dòng điện Để điều chỉnh tần số nguồn dòng điện ta dùng biến tần nguồn dòng. Biến tần nguồn dòng có ưu điểm là tăng được công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản. Nguồn điện một chiều cấp cho nghịch lưu phải là nguồn dòng điện, tức là dòng điện không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển. Để tạo nguồn dòng điện một chiều thường dùng chỉnh lưu có điều khiển hoặc băm xung áp một chiều có bộ điều chỉnh dòng điện có cấu trúc tỷ lệ tích phân, mạch lọc là điện kháng tuyến tính có trị số điện cảm đủ lớn. Do có nguồn điện một chiều nên việc chuyển mạch các van dẫn có thể thực hiện bằng điện áp trên các tụ chuyển mạch. Þ Chọn phương án tối ưu: Sau quá trình tìm hiểu đặc tính và ưu điểm, nhược điểm của các phương án điều chỉnh trên em chọn phương án điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha vì: - Phương án này có thể kết hợp với điều kiện mở máy(hạn chế dòng mở máy). - Thiết bị đơn giản, dễ vận hành. Khi sử dụng phương án này đặc tính của động cơ được giữ nguyên dải điều chỉnh vô cấp. - Có thê thay đổi điện áp đặt vào Stato để phù hợp với yêu cầu của bài. Chương 3 NỘI DUNG TÍNH TOÁN 3.1 Vẽ đặc tính cơ tự nhiên Để vẽ đặc tính cơ tự nhiên ta dựa vào phương trình đặc tính cơ, có thể biểu diễn ngắn gọn hơn bằng cách lập tỷ số giữa phương trình (1.19) và (1.21) biến đổi ta được phương trình đặc tính cơ. M= 2M th (1 + aSth ) Trong đó: a= R1 R2 S Sth S + th + 2aS S th Ta lần lượt tính được các giá trị S th , M th và a theo các thông số của động cơ cho đm 1đm 1đm đm 2 nm 1 trước như: P , U , I , U ,E " , R … thay các giá trị đó vào phương trình đặc tính cơ và cho độ trượt biến thiên từ 0 ® 1, ta sẽ được các giá trị tương ứng của mômen theo các cặp số S và M ta vẽ được đặ tính cơ tự nhiên của động cơ KĐB Theo giả thiết ta có: P đm =65 kW, U đm = 380 V, cos j = 0,85, h = 0,95, n đm = 1460 v/p, K M =2,5. Ta có: wđm = 2p .nđm = nđm = 1460  = 152,9  (rad/s) 60 9,55 9,55 Mômen định mức của động cơ là: 3 M đm P = đm = 65.10  = 425,1 (N.m) wđm 152,9 Mômen tới hạn của động cơ là: M th = K M .M đm = 2,5.425,1= 1062,75 (N.m) Độ trượt định mức của động cơ là: S đm = w0 - wđm w0 mà : w0 = 2pf p = 2.3,14.50 2  = 157  (rad/s) ⎛ ⎜ p = ⎝ 60 f nđm = 60.50 1460 ⎞ = 2 ⎟ ⎠ Þ S đm = 157 - 152,9 157  = 0,026 Ta có: ⎛ S S ⎞ 2M M = th  Û 2M = M ⎜ đm + th ⎟ đm S S th đm ⎜ S S ⎟ đm + th ⎝ th đm ⎠ Sth S đm 2M M ⎛ S 2 + S 2 ⎞ Û th = đm ⎜ đm .S 2 S .S th ⎟ ⎝ th đm ⎠ th Þ M đm .S 2 - 2M th .Sth .S đm + M đm đm = 0 (*) Thay các giá trị M đm , M th , S đm vào pt (*) ta được: th th 425,1.S 2 - 55,263.S +0.287=0 Ta được: S th = 0,124 Thay vào phương trình : 2M M = th S Sth S + th S Cho S biến thiên từ 0 ® 1 ta lập được bảng : S 0 0,1 0,12 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 0.8 1 M 0 1045 1062,7 937,7 732,9 585 482,3 353,9 311,8 251,4 w s (rad/s) 157 152.9 0 TN 0.124 0.4 1 0 251.4  425.1  585  1062.7  M(N.m) 3.2. Vẽ đường đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện áp Ta có : 3U 1 f 2 M th = ± 2w (R ± R 2 + X 2 ) 0 1 1 nm Þ Khi điện áp lưới giảm, thì mômen tới hạn sẽ giảm bình phương lần. Trong khi tốc độ đồng bộ w0 vẫn giữ nguyên và độ trượt tới hạn S th không thay đổi. ta vẽ được dạng đặc tính cơ khi thay đổi. Ta có dạng đặc tính cơ khi điện áp giảm. M M ⎛ U1 2 ⎞ =1062,75. ⎜ 360 ⎟  = 953,8 (N.m) thU 1 = th .⎜ ⎝ U ⎟ đm ⎠ ⎛ ⎞ 2 ⎝ 380 ⎠ M M ⎛ U 2 2 2 ⎞ =1062,75. ⎜ 310 ⎟  = 707,3 (N.m) ⎛ ⎞ thU 2 = th .⎜ ⎝ U ⎟ đm ⎠ ⎝ 380 ⎠ M M ⎛ U 2 2 ⎞ =1062,75. ⎜ 280 ⎟  2 = 577 (N.m) thU 2 =