Do an thiet ke he thong dieu khien dong co khong dong bo rot xfzec43qwd 20130205042612 4

Từ phương trình trên cho thấy ta có thể điều khiển được động cơ KĐB bằng cách tácđộng vào các thông số: Điện trở, điện kháng mạch rôto R2, X2; điện áp stato U1; điệntrở và điện kháng sta

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ (KĐB)

1 Khái quát về máy điện KĐB. Động cơ xoay chiều KĐB được sử dụng nhiều nhất trong thực tế hiện nay nhờ các ưu điểm: Đơn giản về cấu tạo, nhỏ gọn, hoạt động tin cậy, giá thành rẻ và chi phí vận hành thấp Hơn nữa nó có thể đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha mà không cần qua một thiết bị biến đổi nào.

Có hai loại động cơ KĐB :

+ Động cơ KĐB rôto dây quấn + Động cơ KĐB rôto lồng sóc.

Hình 1.1 Ký hiệu động cơ KĐB

2 Đặc tính cơ của động cơ KĐB.

Theo điều kiện cân bằng công suất trong động cơ, nếu gọi:

- Công suất điện từ chuyển từ stato vào rôto là P12.

- Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ là Pcơ.

- Công suất tổn thất trên động cơ là P.

Khi coi động cơ và lưới điện là lý tưởng: tức là coi các thông số dây quấn như điện trở, điện kháng không đổi, tổng trở mạch từ hóa không đổi, bỏ qua tổn thất trong lõi

 đm thép và tổn thất do ma sát thì mômen cơ bằng mômen điện từ còn tổn hao công suất khi ấy chỉ xét đến tổn hao đồng do rôto gây ra bên trên điện trở mạch rôto, tức là:

Trong đó: I2’: Dòng rôto đã quy đổi về stato.

R2’: Điện trở Rôto đã quy đổi về stato.

Trong đó: Xnm=X1+X2’ : Điện kháng ngắn mạch của động cơ.

U1: Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato.

R1, X1: Điện trở tác dụng và điện kháng stato.

R2’,X2’: Điện trở tác dụng và điện kháng rôto đã quy đổi về stato s: Hệ số trượt.

Thay s= vào biểu thức trên ta có: M= (2).

Thay I2’ từ biểu thức (1) vào (2) ta có: M= (3). Đây là phương trinh đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ, cho s các giá trị khác nhau, tức là ứng với mỗi giá trị tốc độ ta có các giá trị mômen M tương ứng, từ đó ta có đặc tính cơ cua đông cơ KĐB như sau:

Hình 1.2 Đặc tính cơ của động cơ

Các điểm cực trị của đừong cong đặc tính cơ trên gọi là điểm tơi hạn ứng với các tọa độ:

- Độ trựơt tới hạn: sth=

Nếu biểu diễn phương trinh (3) thông qua độ trượt tới hạn và mômen tới hạn ta có dạng phương trình đặc tính cơ thông dụng dạng Closs như sau:

M= Trong đó a= Đặc tính cơ trên cho thấy quan hệ giữa tốc độ động cơ và mômen được chia làm 2 đoạn:

Đoạn từ điểm không tải lý tưởng (s = 0) đến điểm tới hạn (s = sth) tạo thành đoạn công tác có độ cứng, trong đó động cơ hoạt động ổn định trên phạm vi này Đây là khoảng hoạt động an toàn và phù hợp để đảm bảo hiệu suất làm việc của hệ thống, giúp duy trì độ cứng và độ bền của các thành phần cơ khí Việc xác định chính xác điểm tới hạn là yếu tố quan trọng trong thiết kế kỹ thuật để tối ưu hóa hiệu quả vận hành của động cơ và hệ thống.

- Đoạn 2 từ tới hạn tới điểm ngắn mạch (s=1, =0) có độ cứng và chỉ tồn tại trong quá trình khởi động hoặc quá độ.

Các nguyên tắc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB

Thay = với f là tần số dòng điện trong stato, p số đôi cực của động cơ. và Xnm=X1+X2’ vào biểu thức (3) ta có :

Dựa vào phương trình, ta có thể điều khiển động cơ KĐB bằng cách tác động vào các thông số như điện trở, điện kháng mạch rôto (R2, X2), điện áp stato (U1), điện trở và điện kháng stato (R1, X1), tần số dòng điện stato (f) và số cặp p Ngoài ra, còn có phương pháp điều khiển động cơ KĐB thông qua các sơ đồ đặc biệt, nhằm điều chỉnh công suất trượt trong mạch rôto, qua các sơ đồ tầng Các phương pháp này sẽ được nghiên cứu và phân tích lần lượt để hiểu rõ hơn về khả năng điều khiển động cơ.

1 Điều khiển động cơ bằng điện trở phụ trong mạch rôto R f

Phương pháp này được sử dụng cho động cơ KĐB rôto dây quấn thông qua việc sử dụng điện trở phụ Rf mạch rôto.

Hình 1.3 Sơ đồ và đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện trở phụ rôto

Với phương pháp này ta có mômen tới hạn của động cơ:

Tốc độ không tải lý tưởng: =const. Độ trượt tới hạn: sth=

Trong đó: R2t=R2+Rf là điện trở tổng trong mạch rôto

Khi tăng điện trở phụ Rf, độ trượt tới hạn Sth cũng tăng, giúp giảm độ cứng đặc tính cơ của động cơ, từ đó điều chỉnh được tốc độ làm việc và mômen ngắn mạch Để nâng cao chất lượng điều chỉnh tốc độ, người ta sử dụng biến trở xung – loại biến trở tự động điều khiển bằng khóa đóng cắt điện tử Tuy nhiên, phương pháp này chỉ phù hợp để điều khiển động cơ rôto dây quấn.

2 Điều khiển động cơ bằng điện áp stato.

Biểu thức (4) thể hiện rõ ảnh hưởng của điện áp stato U1 đến các thông số đầu ra của động cơ Do đó, việc điều khiển động cơ có thể dựa trên việc điều chỉnh điện áp stato U1 Để thực hiện điều này, người dùng sử dụng một bộ nguồn có điện áp ra biến đổi (U1=var), nhằm cung cấp điện áp phù hợp cho stato của động cơ, từ đó điều chỉnh hiệu suất và điều kiện hoạt động của động cơ một cách linh hoạt.

Hình 1.4 Sơ đồ và họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện áp stato.

Do dòng điện động cơ tỷ lệ với bình phương của điện áp U, độ trượt tới hạn sth không thay đổi theo điện áp.

Như vậy ta có đặc tính cơ khi thay đổi điện áp stato như trên

Việc điều khiển đối với động cơ KĐB rôto dây quấn và rôto lồng sóc có khác nhau.

Động cơ KĐB rôto lồng sóc có độ trượt tới hạn nhỏ, khiến phần công tác trên các đặc tính điều chỉnh ngắn, dẫn đến hiệu quả điều chỉnh tốc độ không cao Vì vậy, phương pháp điều chỉnh mômen và dòng điện khởi động thường được áp dụng cho loại động cơ này nhằm tối ưu hóa hiệu suất vận hành.

Đối với động cơ rôto dây quấn, người ta thường sử dụng một bộ điện trở cố định cùng ba pha của rôto để tăng độ trượt tới hạn của động cơ Phương pháp này giúp mở rộng vùng điều chỉnh tốc độ và nâng cao hiệu quả điều chỉnh động cơ Vì vậy, đây là phương pháp phổ biến được ứng dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ rôto dây quấn một cách linh hoạt và hiệu quả.

3 Điều khiển động cơ KĐB bằng biến đổi tần số.

Việc điều khiển đông cơ KĐB bằng biến đổi tần số được dùng rộng rãi do tạo ra cho động cơ KĐB khả năng điều chỉnh các thông số đầu ra vượt trội.

Phương pháp này cho phép điều chỉnh cả mômen và tốc độ động cơ với chất lượng cao.

Hệ thống bao gồm bộ nguồn biến tần có khả năng điều chỉnh và biến đổi tần số, điện áp hoặc dòng điện cung cấp cho stato của động cơ, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Ngoài ra, hệ còn có một khối điều khiển hiện đại dùng để xử lý các tín hiệu điều khiển, đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định của toàn bộ hệ thống.

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính nhân tạokhi biến đổi tấn số Ưu điểm của phương pháp: Các đặc tính nhân tạo có thể thấp hơn nếu ffđm, tức là tốc độ làm việc nlv có thể lớn hơặc nhỏ hơn tốc độ định mức nđm

Phương pháp này ứng dụng nhiều trong các hệ truyền động tự động hiện đại dung động cơ KĐB.

4 Điều khiển động cơ KĐB bằng thay đổi số đôi cực p.

Xuất phát từ các biểu thức và

Việc thay đổi số đôi cực P ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ của rotor động cơ Khi số đôi cực thay đổi, tốc độ của động cơ cũng sẽ thay đổi theo, giúp điều chỉnh hiệu suất hoạt động Để áp dụng phương pháp này hiệu quả, người ta chế tạo hai loại động cơ có khả năng thay đổi số đôi cực, nhằm tối ưu hóa hoạt động và tiết kiệm năng lượng.

- Loại có hai bộ dây quấn stato riêng biệt, mỗi bộ có một số đôi cực riêng biệt.

- Loại có một bộ dây quấn nhưng mỗi pha đều chia làm 2 phân đoạn, khi đổi nối ta sẽ có các số đôi cực khác nhau.

Hình 1.6 Họ đặc tính cơ khi thay đổi p

Nhược điểm của phương pháp :

- Vì p chỉ có thể thay đổi theo các số tự nhiên do đó tốc độ thay đổi nhảy cấp.

- Phương pháp này không kinh tế.

5 Điều khiển động cơ KĐB bằng điện trở và điện kháng phụ mạch stato.

Điện trở phụ stato Rf1 và điện kháng phụ stato Xf1 ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính cơ của động cơ KĐB, giúp điều chỉnh hiệu quả các đặc tính vận hành Tuy nhiên, do hạn chế về dạng đặc tính và chất lượng thấp của các thành phần này, chúng ít được sử dụng trong các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ KĐB, chủ yếu nhờ vào các giải pháp khác phù hợp hơn.

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính điều chỉnh.

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý và họ đặc tính cơ.

01 Đối với động cơ KĐB rôto lồng sóc có công suất trung bình và lớn, để hạn chế dòng điện khởi động, người ta mắc thêm điện trở phụ hoặc điện kháng phụ vào stato.

6 Điều khiển động cơ KĐB bằng cách thay đổi điện kháng rôto X 2

Theo biểu thức (4) ta thấy có thể điều khiển động cơ KĐB bằng phương pháp thay đổi điện kháng rôto X2, tuy nhiên theo biểu thức X2=2 .f2.L2

Trong quá trình điều khiển động cơ không đồng bộ, khi sử dụng phương pháp f2 là tần số dòng điện trong rôto với f2 = f1.s nhỏ do s rất nhỏ, thì để có X2 lớn cần phải có điện cảm L2 lớn Tuy nhiên, phương pháp này không mang lại hiệu quả kinh tế cao vì yêu cầu về điện cảm lớn làm tăng chi phí và giảm hiệu quả hoạt động Do đó, trong thực tế, phương pháp này không được sử dụng để điều khiển động cơ không đồng bộ do hạn chế về kinh tế và hiệu suất.

7 Điều khiển động cơ KĐB bằng sơ đồ tầng.

Khi động cơ hoạt động ở tốc độ trượt s nhất định, công suất lấy từ lưới điện sau khi chuyển đổi thành công suất điện là P12 = Mđt Trong đó, công suất này chia thành hai phần chính: công suất cơ học Pcơ = M và công suất trượt P = P12 · s chuyển vào mạch rôto Việc hiểu rõ cách thức phân chia công suất giúp tối ưu hóa hoạt động của động cơ và nâng cao hiệu suất hệ thống.

Giả thiết bỏ qua các tổn thất trên dây quấn, lõi thép và ổ trục, ta có công thức P12 = Pcơ + Ps, trong đó Ps là công suất tiêu tán Đối với các hệ thống điều khiển đã xét, công suất tiêu tán Ps tỷ lệ thuận với hệ số trượt s Khi điều chỉnh độ trượt càng sâu, hệ số trượt càng lớn, dẫn đến tổn thất năng lượng tăng cao và chỉ số năng lượng giảm sút.

Đối với các động cơ KĐB rôto dây quấn có công suất lớn và Ps cao, phương pháp điều khiển theo sơ đồ tầng được sử dụng nhằm tận dụng công suất trượt trong quá trình điều chỉnh tốc độ động cơ Để thực hiện điều này, người ta lắp đặt thiết bị biến đổi vào mạch rôto, nhằm tiếp nhận năng lượng Ps và biến đổi nó thành cơ năng, cung cấp thêm cho trục động cơ cùng máy làm việc hoặc chuyển đổi thành điện năng có tần số bằng tần số lưới điện để trả về lưới.

Hình 1.8 Biểu đồ năng lượng trong các sơ đồ tầng: a, tầng điện cơ; b, tầng điện

SƠ ĐỒ THIẾT KẾ

Trong thiết kế động cơ, yêu cầu điều khiển đối với động cơ KĐB rô to dây quấn có công suất lớn đòi hỏi phải đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu Để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn năng lượng đề ra, phương pháp điều khiển phù hợp là sử dụng sơ đồ tầng, giúp kiểm soát chính xác các tham số vận hành của động cơ lớn này.

I Khái quát sơ đồ tầng

Khi động cơ hoạt động nó sinh ra một năng lượng trượt ở mạch rô to Khi đưa một suất điện động phụ Ef vào, dòng điện roto được xác định theo biểu thức: I2 Giả thiết Mc=cónt và động cơ đang làm việc xác lập trên đặc tính ứng với một giá trị Ff nào đó Nếu tăng Ef lên thì thì dòng điện I2 giảm, mô men điện từ của động cơ giảm và có chỉ số nhỏ hơn Mc, nên tốc dộ của động cơ giảm Khi tốc độ giảm, độ trượt

Khi dòng điện E2 tăng lên do điện áp E2nm.s gia tăng, dòng điện I2 và mômen điện từ của động cơ cũng tăng theo, dẫn đến quá trình giảm tốc diễn ra đến khi mô men của thiết bị nối tầng cân bằng với mô men Mc, kết thúc quá trình giảm tốc và động cơ hoạt động ở tốc độ thấp hơn trước Khi E2 bằng với Ef, dòng điện I2 bằng không, cho thấy động cơ hoạt động với tốc độ không tải lý tưởng Trong trường hợp Ef bằng không, đặc tính hoạt động của động cơ gần như tự nhiên, phản ánh trạng thái làm việc đặc trưng của động cơ không tải.

Người ta chia sơ đồ tầng thành 2 loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng trượt của động cơ:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và biểu đồ năng lượng của hệ thống nối tầng.

Trong các sơ đồ nối tầng loại này, năng lượng trượt với tần số f2=f1’.s trong mạch rôto của động cơ không đồng bộ được chuyển đến bộ biến đổi BBĐ Năng lượng trượt sau khi qua bộ biến đổi, đã trừ tổn thất trong dây quấn rôto pđ và tổn thất trong bộ biến đổi pb, được biến đổi thành điện năng trả về lưới như trong sơ đồ năng lượng Trong các sơ đồ này, bộ biến đổi và động cơ chỉ liên hệ với nhau về điện, do đó gọi là sơ đồ nối tầng điện.

Mômen trên trục của thiết bị nối tầng là

M Khi phụ tải định mức: Pcơ =Pđm=P12đm- Psđm=Mđm =Mđm

Trong các sơ đồ tầng điện, việc làm việc dựa trên các đặc tính điều chỉnh mô men của động cơ không đổi và đạt đến mức định mức Các công thức liên quan bao gồm sđm’ là tốc độ và độ trượt khi tải đạt tới mức định mức, giúp tối ưu hóa hiệu suất và ổn định hoạt động của hệ thống điện.

2.Sơ đồ tầng điện cơ.

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý và biểu đồ năng lượng của hệ thống nối tầng điện cơ.

Trong hệ thống sơ đồ tầng điện cơ, năng lượng trượt sau khi qua bộ biến đổi được chuyển đổi thành điện năng và cung cấp cho động cơ phụ ĐP Động cơ phụ này tiếp tục biến đổi điện năng thành cơ năng để truyền lên trục động cơ ĐK, tạo thành chu trình năng lượng liên tục Hệ thống bao gồm bộ biến đổi BBĐ và động cơ phụ ĐP, có mối liên hệ chặt chẽ về mặt điện và cơ với động cơ ĐK Do đó, sơ đồ này được gọi là sơ đồ tầng điện cơ, phản ánh quá trình chuyển đổi năng lượng toàn diện.

Công suất tổng đưa ra trên trục của thiết bị nối tầng điện cơ là:

Pt=Pđm.(1-s)+Pđm.s=Pđm=const.

Nghĩa là ở các sơ đồ nối tầng điện cơ khi làm việc trên các đặc tính điều chỉnh, công suất của hệ không đổi và bằng định mức./

II.Các sơ đồ nối tầng có thể sử dụng.

1.Sơ đồ nối tầng máy điện. a Sơ đồ và nguyên lý ĐC PĐ

Hình 2.3 Sơ đồ nối tâng điện Sơ đồ nối tầng điện cơ.

Trong các sơ đồ trên: ĐC là động cơ chính cần điều chỉnh tốc độ.

BĐ là máy biến đổi để tạo nên Ef.

Máy một chiều (DC motor) được sử dụng để biến đổi điện năng thành cơ năng, truyền động cho trục của máy phát đồng bộ trong hệ thống sơ đồ tầng điện Ngoài ra, nó còn được sử dụng để điều khiển động cơ chính trong sơ đồ tầng điện cơ, đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống truyền động và kiểm soát tự động.

FĐ là máy phát xoay chiều đồng bộ để biến cơ năng thành điện năng trả về lưới.

Rf là điện trở phụ để khởi động động cơ chính ĐC.

CD là cầu dao giúp chuyển đổi mạch rôto của Động cơ từ trạng thái khởi động sang trạng thái làm việc, đảm bảo vận hành ổn định Trong sơ đồ điện của biến tần, có thể sử dụng máy biến đổi phần ứng hoặc máy biến tần để kiểm soát quá trình hoạt động Việc điều chỉnh tốc độ trong sơ đồ này có thể thực hiện phía trên hoặc phía dưới tốc độ đồng bộ, mang lại hai vùng điều chỉnh tốc độ linh hoạt phù hợp với các yêu cầu vận hành khác nhau.

Vùng tốc độ thấp hơn tốc độ đồng bộ : Dòng năng lượng theo chiều từ rôto của ĐC qua hệ thống biến đổi rồi về lưới.

Trong sơ đồ tầng điện cơ, điều chỉnh tốc độ chỉ thực hiện dưới tốc độ đồng bộ, tạo thành một vùng điều tốc duy nhất Khi đó, dòng năng lượng sẽ luôn có chiều ngược lại, từ rôto ĐC qua hệ thống biến đổi để đưa lên trục động cơ Vùng tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ sẽ gây ra dòng năng lượng đi ngược chiều, phản ánh sự điều chỉnh tốc độ trong hệ thống điện cơ.

Nhân tố quan trọng nhất quyết định trạng thái làm việc của hệ thống là sức điện động phụ Ef đưa vào rôto của động cơ ĐC bằng cách thay đổi Ef hoặc góc lệch pha của Ef và E2 của rôto ĐC ta sẽ điều chỉnh được tốc độ của thiết bị nối tầng Trị số của

Ef có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh kích từ của MC, góc lệch pha có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh dòng kích từ của máy BĐ. b nhược điểm.

Nhược điểm của các sơ đồ nối tầng máy điện đó là: Sử dụng quá nhiều các máy điện quay do đó kích thước và trọng lượng lớn, làm việc ồn ào, giá thành cao.

2.Sơ đồ nối tầng van- máy điện. Để khắc phục nhược điểm của các sơ đồ nối tầng máy điện, giảm bớt số lượng các máy điện quay người ta sử dụng các bộ biến đổi can tĩnh thay cho các máy biến đổi năng lượng trượt BĐ trong các sơ đồ nối tầng máy điện a Sơ đồ và nguyên lý ĐC

Hình 2.4 Sơ đồ nối tầng điện Sơ đồ nối tầng điện cơ. ĐC

Trong các sơ đồ trên sức điện động Ef đưa vào mạch rôto ĐC là sức địện động một chiều do MC tạo ra.

Dòng năng lượng chỉ theo một chiều từ rôto của ĐC đến bộ biến đổi do đó chỉ điều chỉnh tốc độ ở vùng thấp hơn tốc độ cơ bản.

Dòng điện chỉnh lưu của mạch rôto Id được xác định theo biểu thức

E2: Trị số của sức điện động pha của rôto ĐC.

KS: Hệ số sơ đồ chỉnh lưu.

Rt: Điện trở tổng Rt=R2+RCL.

Trong các sơ đồ điều khiển, điều chỉnh tốc độ thiết bị nối tầng của máy một chiều MC được thực hiện bằng cách thay đổi dòng kích từ của máy, từ đó ảnh hưởng đến điện áp cảm ứng Emc Việc điều chỉnh Emc cùng với dòng tải Id sẽ làm thay đổi dòng I2 theo biểu thức liên quan Điều này cho phép kiểm soát tốc độ và hiệu suất của hệ thống một cách chính xác và hiệu quả, phù hợp với các quy tắc tối ưu hóa theo quy định của ngành điện.

Trong đó Ki là hệ số phụ thuộc vào hệ chỉnh lưu. b Nhược điểm.

Sơ đồ nối tầng van-máy điện có nhược điểm chính là vẫn phải sử dụng máy điện quay trong bộ biến đổi (MC) Để khắc phục hạn chế này, người ta đã phát triển bộ biến đổi van tĩnh, gọi là “sơ đồ nối tầng van”, giúp nâng cao hiệu quả và giảm sự phụ thuộc vào máy điện quay trong quá trình chuyển đổi năng lượng.

3.Sơ đồ nối tầng van. a Sơ đồ và nguyên lý

Hình 2.5 Sơ đồ nối tầng van

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH LỰC

LẬP SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU

I.Khái quát về các phương pháp điều khiển tiristor

1 Cấu tạo và hoạt động của tiristor a Cấu trúc và ký hiệu:

Tiristor là một thiết bị gồm bốn lớp bán dẫn P1, N1, P2, N2 liên tiếp và tạo thành ba cực : Anốt A, catốt K, và cực điều khiển G.

Hình4.1 : Cấu trúc và ký hiệu tiristo b Nguyên lý làm việc:

Khi đặt tiristor dưới điện áp một chiều với anốt nối vào cực dương và catốt vào cực âm, J1 và J3 phân cực thuận còn J2 phân cực ngược, toàn bộ điện áp nguồn tác động lên mặt ghép J2 Điện trường nội tại Ei của J2 hướng về P2, cùng chiều với điện trường ngoài tạo thành vùng cách điện khi mở rộng, không có dòng điện chảy qua mặc dù chịu điện áp Khi tác dụng xung điện áp dương Ug vào cực G, các điện tử từ N2 chuyển sang P2, một phần tạo dòng Ig vào nguồn, phần lớn bị hút bởi điện trường tại bề mặt J2 và bắn vào vùng chuyển tiếp, gây tăng động năng và phá vỡ liên kết silicon để sinh ra điện tử tự do Các Electron tự do này tiếp tục bắn phá nguyên tử silicon trong vùng chuyển tiếp, hình thành nhiều điện tử nhảy qua N1 qua P1 đến cực dương nguồn, dẫn đến hiện tượng dẫn điện J2 biến thành mặt ghép dẫn điện, và điện trở của tiristor giảm mạnh từ khoảng 100 ohm về còn 0,01 ohm khi dẫn.

Một tiristor đang ở trạng thái dẫn thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig không còn cần thiết Để khóa tiristor có hai phương pháp:

- Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị duy trì.

- Đặt một điện áp ngược lên tiristor. c Đặc tính vôn-ampe của tiristor Đặc tính vôn ampe của T gồm có bốn đoạn :

Hình 4.2 Đặc tính vôn-ampe của Tiristor Đoạn 1 tương ứng với trạng thái khóa của T, chỉ có dong rò chạy qua T Khi tăng U đến Uch(Điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quả trình tăng nhanh chóng của dòng điện, T chuyên sang trạng thái mở Đoạn 2 tương ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2, giai đoạn này mỗi một lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng tưng lớn của điện áp đặt lên T Đoạn 3 ứng với trạng thái mở của T, cả 3 mặt tiếp giáp đã trở thành dẫn điện. Đoạn 4 tương ứng với khi T bị đặt điện áp ngược dòng điện ngược rất nhỏ, vài chục mA Nếu tăng U đến Uz thì dòng điện ngược tăng lên mãnh liệt, chọc thủng mặt tiếp giáp T bị hỏng.

Bằng cách chọn dòng điều khiển Ig > 0 khác nhau ta có họ đặc tính Vôn- Ampe như hình vẽ

2 Các nguyên tắc điều khiển Tiristor.

Trong thực tế, hai nguyên tắc điều khiển chính được sử dụng để điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên T là nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính và nguyên tắc thẳng đứng “arccos” Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính giúp duy trì điều chỉnh chính xác và ổn định trong quá trình hoạt động, đảm bảo hiệu suất tối ưu của hệ thống trong việc kiểm soát điện áp và dòng điện trong các ứng dụng công nghiệp.

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp:

- Điệ áp đồng bộ, ký hiệu là us đồng bộ với điện áp đặt trên anôt-catôt của T, thường đằt vào đầu đảo của khâu so sánh.

- Điện áp điều khiển là điện áp một chiều ucm có thể điều chỉnh độ lớn thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh

Hình 4.3 nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến t ính

Khi ucm tăng, quá trình so sánh lật tràng thái cung cấp sườn xuống của điện áp đầu ra, giúp xác định chính xác thời điểm xuất hiện xung điều khiển Thông qua hệ đa hài, một trạng thái ổn định được tạo ra để sinh ra xung điều khiển Bằng cách điều chỉnh giá trị ucm, ta có thể kiểm soát thời điểm phát sinh xung điều khiển, từ đó điều chỉnh góc mở của hệ thống một cách linh hoạt và chính xác.

Giữa và ucm có quan hệ sau: b Nguyên lý điều khiển thẳng đứng “arccos”

Nguyên tắc này sử dụng hai điện áp:

Hình 4.4 nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”

- Điện áp đồng bộ us, vượt trức uAK= Umsin T một góc bằng : us Umcos

- Điện áp điều khiển ucm là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được độ lớn theo hai chiều dương và âm.

- Nếu đặt us vào cổng đảo, và ucm vào cổng không đảo của khâu so sánh thì us=ucm ta sẽ nhận được xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái : Umcos =ucm.

Do đó =arcos(ucm/Um)

Như vậy khi điều chỉnh Ucm từ +Um đến –Um ta có thể điều chỉnh góc từ 0 đến

II.Lập sơ đồ khối của mạch điều khiển nghịch lưu Điều khiển Tiristo trong sơ đồ nghịch lưu theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính

Sơ đồ khối của mạch điều khiển : có 3 khâu chính

1 Lựa chọn khâu đồng pha

Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp dạng răng cưa tuyến tính Urc, có pha trùng với điện áp anode của Tiristor, giúp điều chỉnh hoạt động của hệ thống một cách chính xác Các sơ đồ có thể sử dụng cho khâu đồng pha bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, phù hợp với từng yêu cầu kỹ thuật cụ thể, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong quá trình điều khiển điện áp.

Sơ đồ 1: Dùng diode và tụ

Hình 4.5 Sơ đồ sử dụng diode và tụ

Nguyên lý tạo xung răng cưa:

Khi A dương, D1 thông làm tụ C ngắn mạch và Urc bằng 0 Khi UA < 0, D2 khóa, tụ C được nạp qua hệ thống R2.C trong khoảng thời gian xác định, cho đến khi tụ bắt đầu xả Mô hình này là sơ đồ đơn giản, dễ thực hiện với số lượng linh kiện ít, tuy nhiên chất lượng điện áp tựa không tốt và phạm vi biến thiên tuyến tính của điện áp tựa không bao phủ toàn bộ 180 độ.

Góc mở van lớn nhất bị giới hạn, không thể điều chỉnh từ 0 đến cực đại theo sơ đồ này Điều này có nghĩa là điện áp tải không điều khiển được toàn bộ khoảng từ một trị số nhất định đến cực đại, gây hạn chế trong quá trình điều chỉnh và hoạt động của hệ thống van mở.

Sơ đồ 2:Dùng Transistor và tụ

Hình 4.6 Sơ đồ sử dụng Transistor và tụ

Khi thế tại điểm A dương, Transistor khoá và tụ C nạp với thời gian là T=R2.C, đảm bảo hoạt động ổn định Khi UA < 0, Transistor dẫn, tụ C xả theo hướng của Transistor cho đến khi Urc bằng 0, giúp duy trì quá trình ổn định Để khắc phục nhược điểm về phạm vi điều chỉnh hạn chế của sơ đồ ban đầu, người ta sử dụng sơ đồ tạo điện áp tựa giống với sơ đồ thứ hai Sơ đồ này tạo ra điện áp tựa có phần biến thiên tuyến tính, phủ kín nửa chu kỳ điện áp, giúp dễ dàng điều khiển điện áp từ 0 tới giá trị cực đại một cách chính xác và hiệu quả.

Sơ đồ 3:Dùng bộ ghép quang

Hình 4.7 Sơ đồ sử dụng bộ ghép quang

Khi UA 0, diode quang (D) sẽ khóa, mở Transistor để kích hoạt bộ ghép quang dẫn, giúp xả tụ qua diode quang đến khi Urc bằng 0 Ưu điểm của sơ đồ này là không cần biến áp đồng pha, giúp đơn giản hóa quá trình chế tạo và lắp đặt hệ thống.

Sơ đồ 4:Dùng khuếch đại thuật toán

Hình 4.8 Sơ đồ sử dụng khuếch đại thuật toán

Khi UA > 0, qua quá trình khuếch đại, thuật toán UB > 0 kích hoạt diode D1 dẫn, tạo thành một mạch tích phân nhằm nạp điện cho tụ C1 đến điện áp Urc Khi UA < 0 và UB > 0, diode D1 sẽ khóa, dẫn đến tụ xả qua Transistor cho đến khi Urc bằng không Việc lựa chọn khâu đồng pha đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động chính xác của mạch, giúp duy trì tín hiệu ổn định và hiệu quả.

Các sơ đồ 1, 2 và 3 đều gặp phải nhược điểm chung là việc mở, khóa các Transistor trong vùng điện áp lân cận không đảm bảo chính xác, dẫn đến quá trình nạp xả rụ trong vùng này không đạt hiệu quả như mong muốn.

Ngày nay, số lượng vi mạch được chế tạo ngày càng nhiều với chất lượng cao và kích thước ngày càng nhỏ gọn, mở ra nhiều ứng dụng mới trong lĩnh vực điện tử Vi mạch tích hợp vào thiết kế mạch đồng pha giúp cải thiện chất lượng điện áp tựa, mang lại hiệu quả ổn định và chính xác hơn trong quá trình hoạt động Do đó, việc sử dụng các thuật toán khuếch đại trong khâu đồng pha trở thành một giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu suất và độ chính xác của hệ thống điện tử.

2 Lựa chọn khâu so sánh: Để xác định được thời điểm cần mở Tiristor chúng ta cần so sánh hai tín hiệu Uđk và

Trong quá trình điều khiển, việc so sánh các tín hiệu có thể được thực hiện bằng cách sử dụng Tranzitor và các thuật toán khuếch đại Khi điện áp Uđk bằng Urc, đầu ra của bộ so sánh lật trạng thái sẽ xác định chính xác thời điểm cần mở Tiristor, đảm bảo hoạt động chính xác và an toàn của hệ thống.

Sơ đồ 1: So sánh dùng Transitor:

Hình 4.9 Khâu so sánh dùng Transitor

Khi Uđk = Urc, tín hiệu đầu vào chuyển trạng thái từ khóa sang mở hoặc ngược lại từ mở sang khóa, làm cho điện áp ra cũng thay đổi trạng thái Điều này giúp chúng ta xác định chính xác thời điểm cần kích hoạt Tiristor để tiến hành điều khiển mạch.

LẬP SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU

TÍNH TOÁN VÀ DỰNG ĐẶC CƠ TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ TƯƠNG ỨNG VỚI CÁC GÓC MỞ KHÁC NHAU CỦA TIRISTO

Theo yêu cầu thiết kế, giải điều chỉnh tốc độ D=5:1, động cơ có giá trị tốc độ cực đại tương ứng với giá trị định mức nđm, và tốc độ nhỏ nhất nmin bằng 0,2 nđm Các đặc tính của động cơ được xác định dựa trên các góc mở khác nhau của thyristor, ứng với các cấp tốc độ: n=0,8 nđm, 0,6 nđm, 0,4 nđm, 0,2 nđm, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.

I Các biểu thức liên quan tới việc tính toán và dựng đặc tính cơ nhân tạo. Để làm cở sở cho việc tính toán các đại lượng như độ trượt s, tốc độ , và mômen M phục vụ cho việc vẽ đặc tính cơ nhân tạo ta xét các biểu thức liên quan của sơ đồ tầng.

Khi xem dòng điện rôto là dạng sóng sin, ta có thể quy đổi công suất trượt trong mạch một chiều sang dạng sơ đồ nối điện trở phụ ba pha thông thường với điện trở đẳng trị R2đt Điều này giúp đơn giản hóa việc phân tích, tính toán mô-men động cơ bằng công thức phù hợp, từ đó nâng cao hiệu suất và độ chính xác của quá trình điều khiển động cơ điện.

M: Là mômen động cơ R2đt: Điện trở đẳng trị

I2: Là dòng điện rôto s: hệ số trượt.

: Là tốc độ đồng bộ động cơ.

2 Điện trở đẳng trị: Điều kiện để tính điện trở đẳng trị là coi công suất trượt tỏa ra trên điện trở ba pha và đẳng trị và công suất trượt chuyển vào mạch rôto trên sơ đồ điều khiển bằng nhau, khi đó ta có phương trình:

3.I2 2 R2dt = 2.Id 2 R2 + Ubd.Id R2dt = R2 + Ubd.

Trong đó: R2: Điện trở rôto động cơ.

Dòng điện Id tỷ lệ thuận với dòng I2 theo hệ số Ki, phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu, với công thức là Id = Ki × I2 Trong sơ đồ cầu ba pha, hệ số Ki bằng khoảng 1,227, thể hiện mối liên hệ giữa các dòng điện trong hệ thống Điện áp đầu vào của bộ nghịch lưu (Ubđ) được xác định bằng tổng của sức điện động nghịch lưu (Ebđ) và các điện áp rơi trên điện trở nội của nguồn, đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống chỉnh lưu và nghịch lưu.

Ubđ = Ebđ + Ibd.Rbđ = 2,34.U2ba.cos + Id (2.Rba2 + )Trong đó : Rba2, Xba2 là điện trở , điện kháng của máy biến áp qui đổi về phía thứ cấp

Hai số hạng đầu của biểu thức biểu thị cho phần tổn thất trên điện trở thuần của động cơ và biến áp, số hạng thứ ba biểu thị cho phần tổn hao do chuyển mạch trên các van của nghịch lưu, số hạng thứ tư biểu thị cho phần công suất trượt được nghịch lưu trả về lưới điện.

3 Độ trượt không tải lý tưởng s 0 :

Tốc độ không tải được xác định khi dòng điện Id bằng không, tức I2 bằng không và M bằng không Theo sơ đồ nguyên lý, điều này xảy ra khi sđđ của bộ chỉnh lưu E2đ bằng sđđ của bộ nghịch lưu Ebđ, làm cho dòng điện Id bằng zero.

Với : E2d = 2,34.E2nm s và Ebđ=-2,34.U2ba.cos

 S0 Như vậy nếu cho trước góc mở của các van nghịch lưu ta xác định được s0 và -tức là xác định được điểm trên đặc tính cơ điều chỉnh Ngược lại nếu cho trước yêu cầu về cấp tốc độ làm việc ta cỏ thể tìm được góc mở các van

4 Quan hệ giữa độ trượt s và dòng điện I2 :

Phương trình s=f(I2) chính là phương trình của đặc tính cơ điện

Khi hệ thống làm việc điện áp ra của chỉnh lưu rôto và điện áp đặt vào bộ nghịch lưu là một:

Trong đó: U2d = E2d – Id RCL =2,34.E 2nm.s – 2.Id.Rnm2 = Xnm2.s.Id

Với Rnm2,Xnm2 Là điện trở và điện kháng ngắn mạch của động cơ quy đổi về phía rôto:

Trong đó: Ke là hệ số biến áp của động cơ:

Ke = E1/E2 ≈ U1 /E2nm Điện áp nghịch lưu được xác định theo biểu thức đã nêu:

Ubd = Ebd + IdRbd = 2,34.U2ba cos β + 2,45 (Rba2+0,48.Xba2) Thay vào phương trình (*) ta có được quan hệ s0=f(I2) : s II Đặc tính điều chỉnh của hệ khi n = 0,8n đm :

1.Chọn tốc độ không tải tương ứng với cấp tốc độ cần dựng đặc tính cơ và độ trượt s 0 : ωkt ωyc + sđm.ω0

Trong đó : ωyc là cấp tốc độ yêu cầu :

Độ trượt định mức của động cơ sđm là 0,04, với tốc độ từ trường quay ω0 là 62,83 rad/s, giúp xác định tốc độ động cơ khi hoạt động Tốc độ đồng bộ của từ trường quay được tính bằng công thức ω0 = 62,83 rad/s, còn tốc độ động cơ thực tế tại điều kiện không tải là ωkt = 50,75 rad/s, dựa trên độ trượt Độ trượt không tải tương ứng với đặc tính nhân tạo về tốc độ là 0,8 nđm, phản ánh sự chênh lệch giữa tốc độ từ trường và tốc độ quay của động cơ trong điều kiện không tải Ngoài ra, cần tính góc mở chậm của van nghịch lưu để phù hợp với cấp điều chỉnh s0 đã chọn nhằm đảm bảo tối ưu hiệu suất vận hành của hệ thống.

Trong đó : E2nm = 214,77 V là điện áp dây ngắn mạch của rôto

U2BA = 227,66 V là điện áp thứ cấp của máy biến áp

3 Phương trình đặc tính điều chỉnh

Trong đó : U2BA = 227,66 V là điện áp pha thứ cấp của máy biến áp cosβ = 0,1814

XBA2 = 0,086 Ω là điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp

RBA2 = 0,0213 Ω là điện trở của MBA quy đổi về thứ cấp

Rnm2 = 0,0308 Ω là điện trở ngắn mạch của động cơ quy đổi về phía rôto

Xnm2 = 0,139 Ω là điện kháng ngắn mạch của động cơ quy đổi về phía rôto

E2nm = 214,77 V là điện áp pha ngắn mạch của rôto s Điện trở đẳng trị :

4 Lập bảng giá trị để dựng đặc tính điều chỉnh

Lấy các giá trị I2 khác nhau rồi tính ra các giá trị s , R2đt , M tương ứng

III Đặc tính điều chỉnh của hệ khi n = 0,6nđm :

1 Chọn tốc độ không tải tương ứng với cấp tốc độ cần dựng đặc tính cơ và độ trượt s 0 : ωkt ωyc + sđm.ω0

Tốc độ quay ωkt được tính là 38,69 rad/s dựa trên công thức có các thành phần như 6,18 + 0,04.62,83 Độ trượt không tải tương ứng với đặc tính nhân tạo tại tốc độ 0,6 ndm, giúp xác định chính xác trạng thái làm việc của hệ thống Ngoài ra, cần tính góc mở chậm của van nghịch lưu tương ứng với cấp điều chỉnh s₀ đã chọn để đảm bảo vận hành ổn định và hiệu quả của hệ thống điều khiển tự động.

Theo phương trình quan hệ giữa độ trượt s và dòng điện I2 trong roto của động cơ: s Điện trở đẳng trị :

IV Đặc tính điều chỉnh của hệ khi n = 0,4nđm :

Tốc độ quay ωkt được tính bằng công thức \( 26,63 \, \text{rad/s} \) dựa trên các tham số như \( 0,04 \) và các giá trị liên quan khác Độ trượt không tải tương ứng với đặc tính nhân tạo trong điều kiện tốc độ 0,4 n.d.m là một yếu tố quan trọng trong phân tích hệ thống Ngoài ra, việc tính góc mở chậm của van nghịch lưu với cấp điều chỉnh s = 0 giúp optim hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống điều chỉnh.

3 Phương trình đặc tính điều chỉnh Theo phương trình quan hệ giữa độ trượt s và dòng điện I2 trong roto của động cơ: s Điện trở đẳng trị :

IV Đặc tính điều chỉnh của hệ khi n = 0,2nđm:

(rad/s) ωkt ,06 + 0,04.62,83 = 14,56(rad/s) với tốc độ 0,2ndm: s0 2 Tính góc mở chậm của van nghịch lưu ứng với cấp điều chỉnh s 0 đã chọn

IV Đặc tính điều chỉnh của hệ khi : s

Hình 6.1: Họ đặc tính cơ của động cơ nối theo sơ đồ tầng điện.

TÍNH TOÁN VÀ DỰNG ĐẶC CƠ TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ TƯƠNG ỨNG VỚI CÁC GÓC MỞ KHÁC NHAU CỦA TIRISTO

I Các biểu thức liên quan tới việc tính toán và dựng đặc tính cơ nhân tạo. Để làm cở sở cho việc tính toán các đại lượng như độ trượt s, tốc độ , và mômen M phục vụ cho việc vẽ đặc tính cơ nhân tạo ta xét các biểu thức liên quan của sơ đồ tầng.

Khi xem dòng điện rôto là hình sin, công suất trượt trong mạch một chiều có thể được quy đổi thành dạng sơ đồ nối điện trở phụ ba pha thông thường với điện trở đẳng trị R2đt Nhờ đó, mômen của động cơ có thể tính bằng công thức phù hợp, giúp đánh giá chính xác hiệu suất và công suất của motor trong các điều kiện làm việc khác nhau.

M: Là mômen động cơ R2đt: Điện trở đẳng trị

I2: Là dòng điện rôto s: hệ số trượt.

: Là tốc độ đồng bộ động cơ.

2 Điện trở đẳng trị: Điều kiện để tính điện trở đẳng trị là coi công suất trượt tỏa ra trên điện trở ba pha và đẳng trị và công suất trượt chuyển vào mạch rôto trên sơ đồ điều khiển bằng nhau, khi đó ta có phương trình:

3.I2 2 R2dt = 2.Id 2 R2 + Ubd.Id R2dt = R2 + Ubd.

Trong đó: R2: Điện trở rôto động cơ.

Dòng điện Id cà dòng I2 tỷ lệ với nhau theo hệ số Ki phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu Id=Ki.I2. Đối với sơ đồ cầu ba pha ta có: Ki = = 1,227 Điện áp trên đầu vào của bộ nghịch lưu Ubđ được xác định bằng tổng sức điện động nghịch lưu Ebđ và các điện áp rơi trên điện trở trong của bộ nguồn này

Ubđ = Ebđ + Ibd.Rbđ = 2,34.U2ba.cos + Id (2.Rba2 + )Trong đó : Rba2, Xba2 là điện trở , điện kháng của máy biến áp qui đổi về phía thứ cấp

Hai số hạng đầu của biểu thức thể hiện phần tổn thất trên điện trở thuần của động cơ và biến áp, góp phần làm giảm hiệu suất hoạt động của hệ thống Số hạng thứ ba mô tả phần tổn hao do quá trình chuyển mạch trên các van của nghịch lưu, ảnh hưởng đến độ ổn định của hệ thống điều khiển Trong khi đó, số hạng thứ tư thể hiện phần công suất trượt được nghịch lưu trả về lưới điện, góp phần vào quá trình truyền năng lượng ngược lại hệ thống lưới điện hiệu quả hơn.

3 Độ trượt không tải lý tưởng s 0 :

Tốc độ không tải được xác định khi dòng điện Id bằng 0, tức là I2 bằng 0 và M bằng 0 Theo sơ đồ nguyên lý, ta thấy rằng Id bằng 0 khi dòng điện của bộ chỉnh lưu E2đ và dòng điện của bộ nghịch lưu Ebđ bằng nhau.

Với : E2d = 2,34.E2nm s và Ebđ=-2,34.U2ba.cos

 S0 Như vậy nếu cho trước góc mở của các van nghịch lưu ta xác định được s0 và -tức là xác định được điểm trên đặc tính cơ điều chỉnh Ngược lại nếu cho trước yêu cầu về cấp tốc độ làm việc ta cỏ thể tìm được góc mở các van

4 Quan hệ giữa độ trượt s và dòng điện I2 :

Phương trình s=f(I2) chính là phương trình của đặc tính cơ điện

Khi hệ thống làm việc điện áp ra của chỉnh lưu rôto và điện áp đặt vào bộ nghịch lưu là một:

Trong đó: U2d = E2d – Id RCL =2,34.E 2nm.s – 2.Id.Rnm2 = Xnm2.s.Id

Với Rnm2,Xnm2 Là điện trở và điện kháng ngắn mạch của động cơ quy đổi về phía rôto:

Trong đó: Ke là hệ số biến áp của động cơ:

Ke = E1/E2 ≈ U1 /E2nm Điện áp nghịch lưu được xác định theo biểu thức đã nêu:

Ubd = Ebd + IdRbd = 2,34.U2ba cos β + 2,45 (Rba2+0,48.Xba2) Thay vào phương trình (*) ta có được quan hệ s0=f(I2) : s II Đặc tính điều chỉnh của hệ khi n = 0,8n đm :

Độ trượt định mức của động cơ sđm là 0,04, với tốc độ từ trường quay ω0 = 62,83 rad/s Tốc độ động cơ tại điểm tải được tính là ωkt = 50,75 rad/s dựa trên công thức ωkt = 48,24 + 0,04 × 62,83 Như vậy, độ trượt không tải tương ứng với đặc tính nhân tạo khi tốc độ đạt 0,8 lần vận tốc định mức (0,8 ndm) Để điều chỉnh van nghịch lưu phù hợp, cần tính góc mở chậm của van ứng với mức độ điều chỉnh s0 đã chọn.

Trong đó : E2nm = 214,77 V là điện áp dây ngắn mạch của rôto

U2BA = 227,66 V là điện áp thứ cấp của máy biến áp

Trong đó : U2BA = 227,66 V là điện áp pha thứ cấp của máy biến áp cosβ = 0,1814

XBA2 = 0,086 Ω là điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp

RBA2 = 0,0213 Ω là điện trở của MBA quy đổi về thứ cấp

Rnm2 = 0,0308 Ω là điện trở ngắn mạch của động cơ quy đổi về phía rôto

Xnm2 = 0,139 Ω là điện kháng ngắn mạch của động cơ quy đổi về phía rôto

E2nm = 214,77 V là điện áp pha ngắn mạch của rôto s Điện trở đẳng trị :

III Đặc tính điều chỉnh của hệ khi n = 0,6nđm :

Tốc độ quay của hệ thống được tính là 38,69 rad/s dựa trên công thức ωkt = 6,18 + 0,04 × 62,83 Độ trượt không tải tương ứng với đặc tính nhân tạo tại tốc độ 0,6 nđm, cho thấy mức độ trượt của hệ thống ở chế độ không tải Ngoài ra, cần xác định góc mở chậm của van nghịch lưu phù hợp với cấp điều chỉnh s0 đã chọn để tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điều khiển van.

IV Đặc tính điều chỉnh của hệ khi n = 0,4nđm :

Trong bài viết này, chúng tôi phân tích về tốc độ góc (rad/s) ωkt được tính bằng công thức: ωkt = 12 + 0,04 × 62,83 = 26,63 rad/s Độ trượt không tải tương ứng với đặc tính nhân tạo, xảy ra ở tốc độ 0,4 Ndm Ngoài ra, chúng tôi còn trình bày cách tính góc mở chậm của van nghịch lưu dựa trên cấp điều chỉnh s₀ đã chọn, giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.

3 Phương trình đặc tính điều chỉnh Theo phương trình quan hệ giữa độ trượt s và dòng điện I2 trong roto của động cơ: s Điện trở đẳng trị :

IV Đặc tính điều chỉnh của hệ khi n = 0,2nđm:

(rad/s) ωkt ,06 + 0,04.62,83 = 14,56(rad/s) với tốc độ 0,2ndm: s0 2 Tính góc mở chậm của van nghịch lưu ứng với cấp điều chỉnh s 0 đã chọn

IV Đặc tính điều chỉnh của hệ khi : s

Hình 6.1: Họ đặc tính cơ của động cơ nối theo sơ đồ tầng điện.

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG VÀ ĐẮC TÍNH ĐIỀU CHỈNH CỦA HỆ KÍN

I, Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tự động tốc độ động cơ. Để cải thiện chỉ tiêu chất lượng của hệ truyển động điều chỉnh, đòi hỏi phải thực hiện các phương pháp điều chỉnh tự động, tạo khả năng biến đổi của thông số được điều chỉnh một cách liên tục theo mức thay đổi các thông số được điều chỉnh ở đầu ra.Muốn vậy ta phải thiết lập hệ điều khiển vòng kín, lấy tín hiệu phản hồi từ đầu ra cho tác động lên thông số đầu vào làm cho thông số này thay đổi tự động theo chiều hướng tới giá trị đặt trước. ĐC

Trong hệ thống điều khiển động cơ, tốc độ có thể tăng hoặc giảm do nhiều lý do khác nhau, và cảm biến tốc độ sẽ gửi tín hiệu phản ánh những thay đổi này về bộ điều khiển Tín hiệu này làm thay đổi điện áp điều khiển, giúp động cơ nhanh chóng ổn định trở lại Công thức liên quan thể hiện mối quan hệ này là Uđk = Uđ - Uph = Uđ - K, trong đó Uđk là điện áp điều chỉnh, Uđ là điện áp đặt ban đầu, Uph là điện áp phản hồi, và K là hệ số điều chỉnh giúp duy trì tốc độ ổn định của động cơ.

Trong đó: Uđk: Điện áp điều khiển.

Tín hiệu phản hồi âm dòng điện được lấy qua bộ biến dòng, sau đó được chỉnh lưu thành điện áp một chiều để đảm bảo ổn định Quá trình này còn kết hợp với khâu ngắt bằng diode ổn áp để kiểm soát dòng điện hiệu quả, tăng độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống.

Hình 7.1: Sơ đồ nguyên lý hệ kín.

II.Xác định hệ số phản hồi tốc độ để đảm bảo sai số điều chỉnh tốc độ S

1 Tính điện áp đặt và hệ số phản hồi tốc độ và phản hồi dòng điện khi động cơ làm việc ở cấp tốc độ thấp nhất n=0,2nđm

Khi điều chỉnh tốc độ, sai số điều chỉnh thường được tính theo:

Độ sụt tốc được tính dựa trên phạm vi thay đổi của mômen từ 0 đến Mđm, phản ánh sự biến đổi của hiệu suất động cơ Tốc độ không tải lý tưởng là tốc độ tại điểm ứng với Mđm, đảm bảo hoạt động tối ưu của hệ thống Ứng với cấp tốc độ n=0,2nđm, như đã được tính toán kỹ lưỡng trong các chương trước, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của máy móc.

Vậy xét điểm thứ nhất là điểm không tải lý tưởng ứng với tốc độ động cơ bằng tốc độ định mức , có :

Theo công thức: Ra/s. Điểm thứ hai là giao điểm giữa đường M=Mđm và đường có ω=ω2= 13,1 Ra/s.

(Nm) Bây giờ ta phải xây dựng đặc tính cơ mong muốn Ở chương trước ta đã xác định được

Thay tại điểm làm việc (2) và biến đổi được hệ :

Vậy điểm thứ hai có : Đặc tính mong muốn là đường đi qua 2 điểm (1) và (2).

Theo quan hệ giữa Urc và góc trễ theo đồ thị :

Ta có quan hệ giữa Uđk và góc trễ

Như vậy từ hai điểm (1) và (2) mà đặc tính mong muốn đi qua ta tính được Uđk1C,75/15=2,9 (V).

Vì điều chỉnh theo theo sai lệch thực hiện bằng cách lấy tín hiệu phản hồi âm tốc độ nên ta có:

Thay tốc độ và Uđk tại các điểm (1) và(2) ta có hệ phương trình:

Giải hệ trên ta được:

Uđ=9,9 (V),K =0,48 Như vậy khi ổn định ở cấp tốc độ 0,2nđm ta có hệ số phản hồi tốc độ K =0,48.

2 Khi động cơ làm việc ở cấp tốc độ n=0,4nđm Ứng với cấp tốc độ n=0,4nđm như đã tính toán ở các chương trước ta có

Ra/s. Điểm thứ hai là giao điểm giữa đường M=Mđm và đường có ω=ω2= 23,967 Ra/s.

3 Khi động cơ làm việc ở cấp tốc độ n=0,6nđm

4 Khi động cơ làm việc ở cấp tốc độ n=0,8nđm Ứng với cấp tốc độ n=0,8nđm như đã tính toán ở các chương trước ta có

Trên cơ sở đó ta có đặc tính của hệ kín

Hình 6.1: Họ đặc tính cơ của hệ kín.

III Sơ đồ hệ kín điều chỉnh tốc độ động cơ. Để thực hiện hên này ta dùng hệ điều chỉnh tối ưu modul vì nó sẽ tạo được hệ tự động có sai lệch tĩnh tốt đồng thời nó cũng có đặc tính động tốt với các khâu hiệu chỉnh đơn giản đồng nhất

1 Nguyên lý chung xây dựng một hệ điều khiển tối ưu.

- Tìm hàm truyền của đối tượng cần điều khiển

Giả sử hàm truyền của đối tượng là W(p)

Tiêu đề	Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ rotor xfzec43qwd 20130205042612 4
Tác giả	Nguyễn Đức Trưởng
Trường học	Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Hệ Thống Điều Khiển Động Cơ Kh ông Đồng Bộ
Thể loại	Đề án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2013
Thành phố	TP Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	2,25 MB