Ngân hàng câu hỏi ôn tập môn kĩ thuật điều khiển động cơ

NGÂN HÀNG câu hỏi môn kĩ thuật điều khiển động cơ trường đại học GTVT TP HCM, có đáp án. Câu 1 Cấu tạo của Soft Starter, nguyên lý hoạt động, ứng dụng, sơ đồ đấu nói cơ bản, các thông số kỹ thuật chính 1 1 Cấu tạo Soft starter Cấu tạo từ 3 cặp thyristor mắc song song ngược nhau 1 2 Nguyên lý Tăng dần điện áp lúc khởi động, điều khiển tăng dần điện áp bằng cách giảm dần góc kích Hạn chế dòng điện Hạn chế mômen giúp khởi động êm Tác dụng Dòng điện khởi động = Điều chỉnh được, 2xIn đến 5xIn Mômen khởi động = Điều chỉnh được, 0 1 to 0 7x Tn Ưu điểm Chống quá.

Câu 1: Cấu tạo của Soft Starter, nguyên lý hoạt động, ứng dụng, sơ đồ đấu nói cơ

bản, các thông số kỹ thuật chính.

1.1 Cấu tạo Soft starter

 Cấu tạo từ 3 cặp thyristor mắc song song ngược nhau

1.2 Nguyên lý

 Tăng dần điện áp lúc khởi động, điều khiển tăng dần điện áp bằng cách giảm dần góckích

Hạn chế dòng điện Hạn chế mômen giúp khởi động êm

 Tác dụng

Dòng điện khởi động = Điều chỉnh được, 2xIn đến 5xIn

Mômen khởi động = Điều chỉnh được, 0.1 to 0.7x Tn

CÂU HỎI ÔN TẬP MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU

KHIỂN ĐỘNG CƠ

 Ưu điểm:

Chống quá dòng khi khởi động, sụt áp lưới, shock cơ khí

Điều chỉnh mềm các thông số khởi động

 Nhược điểm:

Giá thànhTải phi tuyến, gây ảnh hưởng tới nguồn

1.3 Ứng dụng thường gặp

Các lọai máy có moment khởi động nhỏMáy yêu cầu khởi động êm, mịn (bơm ly tâm, quạt, và băng chuyền…)Không sử dụng cho tải thế năng do moment khởi động của sofstarter bé

1.4 Thông số cài đặt chính

Các giá trị định mức của động cơ để bảo vệ: Dòng điện định mức; Điện ápđịnh mức

Các giá trị thời gian

- Thời gian khởi động Tacc

- Thời gian dừng Tdec

Điện áp khởi động: Điện áp Boost

Các ứng dụng đặc biệt : Moment khởi độngDòng khởi động trực tiếp:

Dòng điện khởi động tăng vọt (gấp 6 - 10 lần dòng định mức) làm sụt ápnguồn điện

Moment khởi động đột ngột có thể gây sốc cơ khí, làm hư hỏng các cơ cấu cơkhí

Dòng điện khởi động giảm dần khi tốc độ động cơ tăng lên

1.5 Các sơ đồ làm việc

Sơ đồ Contactor bypass:

Nối nối tiếp trong mạch động cơ đấu Delta.

Mạch điển hình đấu Y

Mạch điển hình đấu Delta:

Khi khởi động s = 1 => I’2 tăng.

1.6.2 Sụt áp là gì? Tại sao khởi động trực tiếp động cơ dị bộ gây ra sụt áp?

Sụt áp tức là đo điện áp đầu nguồn cao hơn điện áp cuối nguồn, vì phải mất đimột phần năng lượng cho việc truyền tải, do điện trở dây dẫn truyền tải

Dòng điện đi qua dây dẫn sẽ đốt nóng nó theo định luật Jun-Lenxơ

Q = 0,24.I 2 r

r là điện trở dây

1.6.4 Làm thế nào để tăng dần điện áp cấp cho động cơ dị bộ, tại sao điện áp tăng

dần thì dòng điện khởi động giảm?

 Sử dụng bộ khởi động mềm Soft Starter, dùng máy biến áp tự ngẫu, khổi động sao tamgiác

 Điện áp tăng dần thì dòng khởi động giảm

1.6.5 Sử dụng bypass contactor thì được lợi ích gì, khi nào thì đóng bypass

contactor? Thiết bị nào trong mạch điều khiển thực hiện thao tác đóng bypass contactor.

 Contactor by pass: là contactor đưa động cơ

điện sử dụng trực tiếp điện áp từ lưới sau

quá trình khởi động mềm mà bộ khởi động

mềm đã hỗ trợ động cơ khởi động trước đó

 Lợi ích: đóng cắt bộ soft starter ra khỏi

động cơ, khi bộ ST khởi động xong thì

Bypass Contactor sẽ ngắt ST ra khỏi lưới

cấp cấp trực tiếp điện áp từ lưới vào động

cơ

 Thiết bị thực hiện đóng bypass contactor:

sau thời gian khởi động được cài đặc motor

đạt được tốc độ yêu cầu thì contactor đóng

vào và cắt triac ra

1.6.6 Làm thế nào để bảo vệ quá tải động cơ khi khởi động và khi chạy ổn định?

 Dùng relay nhiệt, optomat, EOCR, và hệ thống bảo vệ quá tải

1.6.7 Thiết bị nào bảo vệ ngắn mạch cho soft starter và động cơ?

 CB, MCB, ……họ CB

1.6.8 Tại sao phải nối đất, nối cái gì? Để làm gì?

 Bảo vệ thiết bị, bảo vệ người, nối vỏ thiết bị với đất, để đưa dòng rò xuống đất khi có sụ

cố rò dòng,…

1.6.9 Thời gian tăng tốc là gì? Tại sao nếu thời gian tăng tốc quá ngắn thì dòng điện

khởi động lớn hơn so với yêu cầu?

 Là khoảng thời gian để dòng điện khởi động không lớn dòng quá tải cho phép.

 Thời gian tăng tốc quá ngắn thì dòng điện khởi động lớn hơn yêu cầu vì tăng dòng thìtăng moment, khởi động nhanh, thời gian tăng tốc ngắn

1.6.10.Tại sao soft starter không sử dụng được cho các lọai tải thế năng?

 Vì tải thế năng có moment lớn, còn soft Starter moment nhỏ

 Điều khiển dòng điện khởi động, thời gian tăng tốc và giảm tốc

 Thay đổi tốc độ khi có tải

 Giới hạn dòng điện, bảo vệ động cơ và bộ biến tần

 Các tính năng điều khiển cho các ứng dụng thực tế của máy sản xuất

2.3 Sơ đồ cấu tạo của biến tần

 Cấu trúc:

 Cấu tạo phần động lực:

 Cấu tạo phần động lực và phần điều khiển:

 Cấu tạo và chức năng của từng bộ phận:

Bộ chỉnh lưu: chuyển đổi AC thành DC Sử dụng bộ phận bán dẫn được biết

đến với tên gọi đi ốt

Bộ lọc: gồm tụ lọc, làm phẳng điện áp một chiều

Bộ nghịch lưu: gồm các IGBT, biến đổi điện 1 chiều thành xoay chiều

AC choke

DC choke

Bộ sạc tụ khi khởi động.

Thiết bị hỗ trợ hãm động năng

2.4 Câu hỏi

2.4.1 Cầu chỉnh lưu làm bằng các linh kiện điện tử gì? Vai trò của cầu chỉnh lưu?

 Gồm các linh kiện điện tử như diode, vai trò biến đổi điện xoay chiều thành điện ápmột chiều

2.4.2 Bộ lọc có thiết bị gì, tại sao lại phải thêm bộ vào mạch, tại sao bộ lọc lại làm

điện áp phẳng hơn?

 Tụ điện thông thường, làm phẳng điện áp một chiều

 Bản chất tụ lọc nguồn là một tụ thông thường, do có giá trị lớn và lắp ở vị trí nguồnđiện nên được gọi là tụ lọc nguồn Cũng do hiện tượng phóng nạp điện làm điện ápđược bằng phẳng hơn Ví dụ khi điện áp DC thấp tụ sẽ phóng điện để bù lại điện ápmất trong một thời gian nhất định và khi điện áp DC cao hơn điện áp hai cực của tụ, tụ

sẽ nạp điện Cứ như vậy điện áp DC được san bằng phẳng hơn

2.4.3 Bộ nghịch lưu làm bằng các linh kiện nào, nguyên lý làm việc của bộ nghịch

lưu, tần số băm PWM của bộ nghịch lưu có giá trị khoảng bao nhiêu, dạng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu như thế nào?

 Bộ nghịch lưu làm từ Thyritor, biến đổi điện áp 1 chiều thành điện áp xoay chiều, Tần

số băm PWM của bộ nghịch lưu có giá trị khoảng ……

 Dạng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu:

- Đóng ngắt với chu kỳ T không đổi.

- Trong mỗi chu kỳ T, giá trị trung bình điện áp PWM (=Ton/Tx U) bằng giá trịtrong bình điện áp mong muốn Uref

- Điện áp hình xung vuông, nhưng dòng điện gần như hình sin

2.4.4 DC choke, AC choke cấu tạo gồm những gì, khác gì với các cuộn kháng thông

thường ở tần số 50 Hz, tại sao DC choke/AC choke không phải lúc nào cũng được cấp theo biến tần Nhiệm vụ của DC choke/DC choke?

 DC choke: gồm 1 cuộn kháng giữa bộ chỉnh lưu và DC bus

 AC choke: gồm 3 cuộn kháng mắc vào 3 dây pha

2.4.5 DC choke, AC choke khác với các cuộn kháng thông thường ở tần số 50 Hz.

 Choke là tên gọi theo kiểu Tây Tây, còn tiếng Việt gọi là cuộn cảm Nó là một cuộndây dẫn điện quấn quanh một cái lõi – lõi sắt từ, lõi ferit hay lõi không khí

 Nói về cuộn cảm ứng dụng trong mạch điện thì tính chất quan trọng nhất được ứngdụng đó là đặc tính "chống lại sự thay đổi điện áp ở 2 đầu cuộn cảm" Tính chất nàycủa cuộn cảm khi lắp vào mạch tạo ra sự ổn định về điện áp, khi ghép cùng tụ sẽ tạothành mạch lọc LC

 AC/DC choke có dùng lõi sắt từ còn phải có khe hở để chống dòng Faucaul

 Ngoài ra, nó còn chống bão hoà từ trong lõi

2.4.6 Nếu không có bộ sạc mạch DC khi khởi động thì chuyện gì xảy ra? Thiết bị

nào điều khiển việc đóng, cắt bộ sạc DC?

 Khi cấp điện cho biến tần, dòng điện ban đầu đi qua bộ chỉnh lưu để nạp cho tụ trên

DC bus sẽ rất lớn Điện trở đóng vào DC bus khi mới sạc, nhằm giảm dòng điện(inrush current)

 Sạc xong thì đóng contactor, bypass điện trở

2.4.7 Tại sao phải có thiết bị hỗ trợ hãm động năng? Nếu không có thì chuyện gì

xảy ra? Khi nào thì bộ hãm làm việc?

 Trong thiết bị hỗ trợ hãm động năng (bộ hãm động năng) có tích hợp transistor và điệntrở hãm

 Thông thường biến tần điều khiển động cơ chạy, khi động cơ dừng hoặc hãm lúc đóđộng cơ chuyển thành máy phát có năng lượng lớn Nhất là tải đứng và tải dạng thếnăng có thể làm tăng tốc động cơ khi động cơ cố chạy chậm hoặc dừng, năng lượngnày được trả về DC bus Hiện tượng tăng tốc động cơ này có thể khiến động cơ hoạtđộng như một máy phát điện

 Thông thường biến tần sẽ điều khiển thời gian hãm của motor hợp lý để không xảy ratình trạng quá tải Nếu yêu cầu motor dừng gấp thì nguồn năng lượng này sẽ phải đượctiêu thụ bớt Điện trở hãm sẽ giúp biến tần tiêu thụ nguồn năng lượng đó

 Khi điện án DC bus tăng cao đến một trị số nhất định, biến tần sẽ kích dẫn transistor

để điện áp DC bus qua điện trở hãm Điện trở biến đổi điện năng thành nhiệt năng.Nếu không có điện trở, mỗi lần giảm tốc hay hãm, biến tần có thể báo lỗi do quá áptrên DC Bus Ví dụ như đối với biến tần điện áp từ động cơ tạo ra sẽ qua mạch bảo vệIGBT (lúc này đã trở thành mạch chỉnh lưu) tạo thành điện áp tại DC Bus Điện áp DCbus dâng cao vượt quá ngưỡng bảo vệ sẽ làm hỏng IGBT và Tụ nạp của biến tần

 Bộ hãm làm việc khi động cơ bắt đầu chuyển từ tốc độ cao sang tốc độ thấp (khi cầndừng gấp động cơ), moment ngược chiều với vận tốc

Câu 3: Hãm động năng động cơ AC dùng biến tần.

3.1 Mạch hãm động năng:

 Xảy ra khi động cơ làm việc ở Q2, chế độ máy phát, tốc độ rotor lớn hơn tốc độ từtrường quay (tạo bởi tần số do biến tần)

 Cơ năng từ động cơ chuyển thành điện năng nạp vào DC bus

 Mạch logic đóng Transitor S để xả điện năng qua điện trở R

 Khi nào xảy ra hiện tượng hãm.

 Nguyên lý hoạt động của mạch hãm

 Cách chọn giá trị điện trở cho điện trở hãm

Giá trị điện trở xả được quy định bằng công suất (kW) và giá trị điện trở(Ohm) Giá trị này cũng được quy định cho mỗi cấp công suất của thiết bị

là khác nhau Có thể xem thông số mà nhà sản xuất đã tính toán và đưa ra tạicatalog của thiết bị

Chú ý: Nếu Công suất (P: kW) của điện trở nếu nhỏ hơn định mức sẽ gây

nóng điện trở xả, lâu dần sẽ đứt dây gây ra chập cháy Vì vậy nên chọn cao hơncông suất quy định Còn giá trị điện trở thì nên chọn đúng theo giá trị định mứcnhà sản xuất yêu cầu

 Cách chọn giá trị công suất cho điện trở hãm với tải thế năng

 Cách chọn giá trị công suất cho trường hợp hãm giảm tốc

 Đấu nối và bảo vệ điện trở hãm

3.3.1 Khi nào thì động cơ hãm, làm thế nào để hãm động cơ từ Q1, sang Q2.

 Động cơ bắt đầu hãm chuyển sang chế độ máy phát khi tốc độ quay ngược chiều vớimoment

Chế độ động cơ Q1: Có M (moment) cùng chiều với v (tốc độ) cùng lớn hơn

0, hoạt động rất đơn giản, cấp điện động cơ chạy, không có khả năng hãm táisinh hoặc đảo chiều nhanh

Chế độ hãm ở Q2: Có M < 0, v > 0 Ở đây là hãm tái sinh khi máy sản xuất(MSX) trở thành nguồn động lực làm quay rôto động cơ với tốc độ, động cơ trởthành máy phát phát năng lượng trả lại nguồn

 Chuyển từ Q1 sang Q2:

Động cơ đang làm việc ở chế độ động cơ (điểm A), nếu ta đảo chiều từ trường stato,hay đảo 2 trong 3 pha stato động cơ (hay đảo thứ tự pha điện áp stato động cơ), với phụtải là thế năng, động cơ sẽ đảo chiều quay và làm việc ở chế độ máy phát (hay hãm táisinh, điểm D)

3.3.2 Khi hãm thì động cơ làm việc ở chế độ nào? Tại sao? So sánh tốc độ động cơ

ở chế độ động cơ và chế độ hãm

 Xảy ra khi động cơ làm việc ở Q2, chế độ máy phát, tốc độ rotor lớn hơn tốc độ từtrường quay (tạo bởi tần số do biến tần)

 Tốc độ động cơ:

Chế độ động cơ: Tốc độ rotor nhỏ hơn tốc độ từ trường

Chế độ máy phát: Tốc độ rotor lớn hơn tốc độ từ trường

3.3.3 Mạch hãm gồm các thành phân nào? Thiết bị nào điều khiển mạch hãm, quy

trình điều khiển như thế nào? Tại sao lại ngắt mạch hãm khi điện áp DC bus thấp?

 Mạch hãm bao gồm 1 transisitor điều khiển đóng cắt mạch; 1 điện trở xả (điện trởhãm)

 Quy trình điều khiển:

Khi Cơ năng từ động cơ chuyển thành điện năng nạp vào DC bus

Mạch logic đóng Transitor S để xả điện năng qua điện trở R theo ngưỡngđiện áp trên DC bus

Khi điện trở xả gần hết, điện áp trên DC bus giảm xuống đến mức cân bằng,động cơ dừng lại, mạch hãm dừng

3.3.4 Phân biệt giá trị điện trở và công suất điện trở hãm Giá trị điện trở hãm lấy

từ đâu ra, tại sao không được chọn giá trị này cao hơn, hoặc thấp hơn?

 Điện trở hãm và công suất điện trở hãm:

Điện trở hãm là điện trở công suất (tỏa nhiệt), đấu bên ngoài biến tần

Cần làm mát cho điện trở hãm, bảo vệ quá nhiệt (relay nhiệt)

Giá trị R điện trở hãm chọn theo điện áp DC bus và transitor xả, do nhà cungcấp biến tần

Giá trị công suất tỏa nhiệt điện trở hãm phải tích theo chu kỳ nhiệm vụ:

P = Cơ năng hãm/ thời gian hãm

 Giá trị điện trở hãm được chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất

BT = Braking torque (1.5 = 150% braking torque)

.8 = efficiency

Tính toán Duty Cycle

Duty cycle (DC) = t1/t2 x 100%

t1 = deceleration time in seconds

t2 = total cycle time in seconds

Lưu ý: Trong các công thức sau đây chúng ta sẽ sử dụng giá trị của T1/T2, mà trong

ví dụ trên chúng ta sẽ sử dụng 0,1 là 10% chu kỳ nhiệm vụ

Tính công suất điện trở

DB resistor wattage = PKW x √(DC) x 5

DB resistor wattage = 44,760W x √ (.1) x 5 (Căn bậc 2 của 0,1)

DB resistor wattage = 7,077WATTS

3.3.5 Tại sao chọn công suất điện trở hãm bằng cơ năng hãm chia cho thời gian chu

kỳ giữa 2 lần hãm.

 Công thức và Biểu đồ công suất moment tải ngang/dọc được thể hiện trong hình sau:

 Ý nghĩa các thông số:

 Công thức tính toán

Tính toán cho tải Ngang:

Ý nghĩa thông số:

 Tính toán cho tải Dọc, thời gian thắng = constant:

Ý nghĩa thông số:

Suy ra các công thức sau:

3.3.6 Nếu động cơ hãm quá nhanh, nhưng moment quán tính của máy sản xuất

 Hãm quá nhanh, nhưng moment quán tính của máy sản xuất lớn gây ra sự biến đổi độtngột, khiến cho các phần tử trên trục động cơ không đáp ứng kịp thời gây ra hiệntượng shock cơ khí, xoắn trục động cơ, gây hư hỏng

 Để khắc phục hiện tượng hãm quá nhanh, người ta thường lắp thêm vào các hệ thốngcần dừng nhanh 1 phanh cơ khí để trợ giúp việc hãm, khắc phục phần nào tổn thất

3.3.7 Tại sao phải bải vệ quá tải và quá nhiệt điện trở hãm, bảo vệ bằng cách nào?

 Phải bảo vệ quá tải hoặc quá nhiệt cho biến tần, vì:

 Điện trở hãm là điện trở công suất, toả nhiệt rất cao Khi dòng áp quá mạnh có thể

sẽ làm cho điện trở xả không kịp dẫn đến quá tải, phát nóng và kèm theo quá nhiệt

 Nếu như không bảo vệ điện trở hãm thì hiện tượng quá tải hoặc quá nhiệt sẽ làm hưđiện trở hãm

 Khi điện trở hãm hư sẽ không khắc phục được dòng ngược, không tiêu tán đượcnăng lượng dư thừa sẽ làm hư biến tần

 Bảo vệ điện trở hãm bằng cách gắn thêm 1 số thiết bị chống quá tải, quá nhiệt nhưrelay nhiệt, aptomat,… kèm theo với bộ hãm

Câu 4: Điều khiển tần số động cơ dị bộ 3 pha, phương pháp u/f = const.

4.1 Sơ đồ thay thế động cơ dị bộ đơn giản hóa

UI

 

2 /

1 2 2

/ 2

3U RM

0 1 1 1 2

3UM

0 1 1 1 2

3UM

 Khi f tăng thì 0 tăng, dẫn đến Mth giảm.

 Khi f giảm thì 0 giảm, dẫn đến Mth tăng.

4.3 Mối quan hệ của dòng điện từ hóa (dòng không tải), tỷ lệ thuận với U/f

4.4 Đặc tính cơ lý tưởng khi u/f = const

4.5 Ưu điểm của u/f = const

 Có moment khởi động nhỏ, thích hợp cho các loại tải làm việc ở chế độ ngắn hạn, khởiđộng chậm như bơm, quạt ly tâm

4.6 Nhược điểm của phương pháp u/f: ở khi tần số thấp

 Ở tần số, sụt áp trên trở kháng ngắn mạch cuộn dây là tương đối lớn so với sức điệnđộng cảm ứng

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

4.8 Mô hình biến tần điều khiển vòng hở (u/f = const)

4.9 Câu hỏi

4.9.1 Tại sao khi u/f = const thì moment tới hạn không đổi? Nếu moment tới hạn

tăng thì có ích gì không? Nếu moment tới hạn giảm thì có hại gì không? Tại sao?

4.9.2 Tại sao ta lại muốn từ thông khe khí bằng giá trị định mức khi thay đổi tần số

với u/f = const Nếu từ thông tăng thì sao?

 Khi giảm f < fđm thì đi kèm là giảm U để u

constan

 Nhưng giảm f lại tăng U nên tăng từ thông trong khe hở không khí làm tăng dòng từhóa gây tổn hao lõi và tổn hao stator làm nóng cuộn dây

4.9.3 Tại sao điều khiển u/f = const không phù hợp với tải thế năng?

 Tải thế năng có yêu cầu moment khởi động lớn để kéo tải

 Phương pháp điều khiển u/f là phương pháp điều khiển vòng hở, có moment khởi độngnhỏ, không có tín hiệu phản hồi nên không phù hợp với tải thế năng

4.9.4 Tại sao đặc tính cơ thực tế lại thấp hơn ở tần số thấp so với đặc tính cơ lý

thuyết, tác hại của hiện tượng này?

 Thực tế, động cơ thường được thiết kế để làm việc với mạch từ bảo hòa ở vùng tảiđịnh mức

 Do vậy, khi tải nhỏ, đặc tính cơ có dạng đường hypecbol bậc 2 và mềm, còn khi tải lớn(trên định mức) đặc tính có dạng gần thẳng và cứng hơn vì mạch từ đã bão hòa

 Tốc độ này không phải lớn vô cùng nhưng do từ dư dư nhỏ nên ω0 cũng lớn hơnnhiều so với trị số định mức (5 ÷ 6)ωđm và có thể gây hại và nguy hiểm cho hệ truyềnđộng

4.9.5 Tại sao biến tần u/f không phù hợp với các tải thế năng? Tại sao lại phù hợp

với tải bơm quạt?

 Phương pháp điều khiển u/f là phương pháp điều khiển vòng hở, có moment khởi độngnhỏ, không có tín hiệu phản hồi nên không phù hợp với tải thế năng

 Tải bơm, quạt có yêu cầu moment khởi động nhỏ, khởi động chậm nên rất phù hợp vớibiến tần u/f

4.9.6 Trong mô hình điều khiển biến tần u/f = const, thiết bị nào làm nhiệm vụ phát

xung và thay đổi tần số?