Điều khiển tốc độ động cơ không bộ bằng phương pháp điều khiển stator

Tuy nhiên cho đến gần đây , phần lớn ĐCKĐB được sử dụng trong các ứng dụng với tốc độ không đổi, do các phương pháp điều khiển tốc độ ĐCKĐB trước đây thường đắt hoặc có hiệu suất kém.. Đ

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

NGO HUYNH QUOC VI ET

103103109

DIEU KHIEN TOC DO DONG CO KHONG DONG BQ

BANG PHUONG PHAP DIEU KHIEN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIÊN TU

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lâp - Tư do - Hanh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

Chú ý: SV phải đóng bản nhiệm vụ này vào trang thứ nhất của luận án

1 Đầu để luận án tốt nghiệp:

2 Nhiệm vụ ( yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu ) :

cl mb hae $A Lo prceges PP, BLE AD 46A sau C4i82-

S: /0Ó) 1Á ha AC _Éagubo Bìa ong A62 Brueza sited

ag

3 Ngày giao nhiệm vụ luận án : 01/10/2007

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 12/01/2008

5 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn :

Vc PAB RU Dur 1/ Le Lr

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua

Ngày 20 thang năm 2007

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DÂN

TP.HCM : Ngày Tháng Năm 2008

TP HCM Ngày Năm 2008

LỜI CẢM ƠN

Qua bốn năm học tại trường ,em được sự giúp đỡ và dìu dắt tận tình của quí thầy cô

Đến nay khóa học đã kết thúc và chúng em cũng đã hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp

Đó chính là nhờ vào sự giúp đỡ của quí Thầy Cô, đặc biệt là thầy PHAN QUỐC

DŨNG đã hết lòng giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành chương trình Đồ Án Tốt Nghiệp này sau 15 tuần

Không những thế , các quí thầy cô còn chỉ bảo và truyền đạt những kiến thức cũng như kinh nghiệm quí báu của mình cho chúng em

Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên Đồ Án không thể tránh nhiều thiếu sót, mong quí Thầy Cô, và các bạn góp ý để Đồ Án của em được hoàn chỉnh tốt hơn

Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỷ Thuật Công Nghệ TP HCM, và toàn thể quí Thầy , Cô giảng dạy khoa Điện -Điện

Tử

Sinh viên thực hiện : Ngô Huỳnh Quốc Việt

CHƯƠN G2- HỆ TRUYEN DONG BO BIEN DOI

DIEN AP XOAY CHIEU BA PHA - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỎNG BỘ 10 2.1 Hệ thống truyền động điện và các phân tử - định nghĩa -« - 10 2.2 Truyền động của động cơ không đồng bỘ - «52-55 Sc<cterrerirrrrrrrrrree 12 2.2.1 Đáp ứng của động cơ không đồng bộ - 5-5-5 Sctvetrrerkerrrrrrrrrie 12

2.2.1.1 Đáp ứng của ĐCKĐB ở chế độ tĩnh 6 55s xécsrxersrkrrrkrrrrrrrrree 13

”„»⁄št 9 n0 776 l6 2.3 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha 555cc sketerretreerkerkerred 22

2.3.1 Các chế độ vận hành của bộ biến đổi điện áp

xoay chiều ba pha dạng đầy ỞỦ con HH HH như hen 24 2.3.2 Các phương pháp điều khiến bộ biến đổi điện áp xoay chiễu - 26

2.3.2.2 Điều khiển tỉ lệ thời gian (time duty ratio control; cycle control) K11 9k eree 27 CHƯƠNG 3 - ĐIỀU KHIỂN TÓC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHONG DONG BO BA

' e 29

3.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển điện áp stator c-c«ccscccccrcerceed 29

3.2 Mạch điều khiển điện áp safOT - ¿c2 S+ té etvketkerterrkkkrkerrrerrrree 30 3.3 Truyền động bơm hoặc quạt gÓ s52 St xt#tEH re 33 CHƯƠNG 4- MÔ PHỎNG BỘ BIẾN ĐÓI ĐIỆN ÁP XOAY CHIẾU BA

PHA BANG PHAN MEM PSIM

CHƯƠNG 5 - GIỚI THIỆU TỎNG QUÁT VẺ DSP TMS320C240 39

CHƯƠNG 6 - THIẾT KÉ PHÀN CỨNG 2-5252 2 2+zsrsstsreerererrrree 58 6.1 Sơ đồ và cầu tạo phần cứng -¿- + s2 + x2 ve rkrkrrkrrkiee 58 8N ro 0e: 018 58 S62)0)01.87.00i11‹ 1117 s9 6.2 Sơ đồ cầu tạo mạch điều khiển - -2©22S+ x2 +xEEEYEEEEE.EEErrkerrrrrkerreereeed 63

6.2.2 Sơ đồ mạch nguồn 12VCC - + + x2 2x92E1232117321 7111111111 rrrkr 63

6.2.3 Sơ đồ mạch kích SCR 5+ S++t2x té g0 re 64

CHUONG 7 - KET QUA DAT ĐƯỢC -oooccsằcccrenierrrrrrrrrrree 65

7.1 Mô hình san pham ce cceceeseccsecceeeeeeeeseessseesssecseseseeessesesesceeesssasesseesseeeseeenneenages 66 7.2 Các dạng sóng ngÕ ra 2Á vn 90119 11T 10 10 0H 00 vn ng 4n re 66

HƯỚNG PHÁT TRIÊN ĐÈ TÀI: .- G25 E625 3S E3 kEE SE SH grvc rxrergey 67

pO AN TOT NGHI EP Trang 1

LOI MO DAU

Động cơ không đồng bộ (ĐCKDB), đặc biệt là ĐCKĐB, đặc biệt là ĐCKĐB roto lồng sóc, có nhiều ưu điểm hơn động cơ DC, như không đòi hỏi bảo trì thường xuyên, độ tin cậy cao,khối lượng và quán tính nhỏ hơn, giá rẻ hơn và có khả năng làm

việc ở môi trường độc hại hoặc có khả năng cháy nỗ Do đó, ĐCKĐB được sử dụng

rộng rãitrong công nghiệp hơn tất cả các loại động cơ khác Tuy nhiên cho đến gần đây , phần lớn ĐCKĐB được sử dụng trong các ứng dụng với tốc độ không đổi, do các phương pháp điều khiển tốc độ ĐCKĐB trước đây thường đắt hoặc có hiệu suất kém

Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất cao và kỹ thuật vi xử

lý, hiện nay những bộ điều khiển ĐCKĐB đã được chế tạo với đáp ứng cao hơn và giá

thành rẻ hơn các bộ điều khiển động cơ DC Do đó, ĐCKĐB có thể thay thế được

động cơ DC trong rất nhiều ứng dụng Dự kiến ,trong tương lai gần, ĐCKĐB sẽ được

sử dụng rộng rãi trong hầu hết các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ

Trong đồ án tốt nghiệp này sẽ khảo sát tập trung phương pháp điều khiển động

cơ không đồng bộ bằng phương pháp điều khiển điện dp Stator, và giao tiếp với máy

tính qua card điều khiển DSP TMS320C240

pO AN TOT NGHI EP Trang 2

CHUONG 1

TONG QUAN

1.1 Giới thiệu các linh kiện bán dẫn

Gém Diode , BJT , IGBT, SCR,GTO, MOFET, DIAC, TRIAC Trong đồ án

này ta sẽ xét các loại bán dẫn công suất lớn như SCR, GTO, TRIAC.( Đặc biệt là

thyristor (SCR) dùng để thiết kế bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha )

a SCR(Thyristor)

a nm q2z }- ⁄Z

P Ỉ Gc | LLL EOE LOE LO LAL hn Leben,

HI.1 Thyristor (SCR)

e© Cấu tạo và đặc điểm hoạt động của SCR:

- _ Dùng cho mạch công suất lớn

DO AN TOT NGHI EP Trang 3

Gém 4 lớp p,n với 3 cực ngoài Anode (A), Cathode (K), Gate (G)

Mạc điều khiển được nối giữa cực G và K Mạch công suất được nối giữa A

và K

Linh kiện được điều khiển bằng dòng Xung dòng lọ kích đóng SCR

Không kích ngắt, dòng qua SCR đang dẫn i; bị ngắt khi giá trị dòng này thấp hon dong duy tri ip < i, =0

Dinh mirc SCR: ap vai KV, dong vai KA

© Cac tinh chat và ba trạng thái cơ bản của SCR:

- Trạng thái khóa áp nghịch (SCR ngắt):

Nêu transistor bị ngắt , thì anode có thê chịu được điện áp âm so với cathode

ve J ˆ e

Trạng thái khóa áp thuận (SCR ngắt)

Ngược lại với trạng thái ngược, nếu transistor bị ngắt , thì anode có thể chịu được điện áp dương do với cathode

ĐỎ ÁN TÓT NGHI EP Trang 4

- Hiện tượng đóng SCR: tức chuyên từ trạng thái khóa sang trạng thái dẫn điện

có thể thực hiện nếu thỏa mãn cả hai điều kiện sau:

1.Thyristor ở trạng thái khóa

e Dac tuyén Volt-Ampere:

Đó là mối quan hệ giữa lay và áp Vạxy phụ thuộc tham số điều khiến là xung

dong Ig Đặc tính V-A phản ảnh b đặc tính làm việc của SCR

Các thông số:

Vpo-dp thông dòng: khi điện áp Vụ đủ dương để đóng SCR mà không cần tín

hiệu điều khiển ( BO-Break Over) Khi thay đổi giá trị dòng kích thì áp thông dòng thay đổi theo lọ; > lợi > lgọ= 0= Vgụa< Vgọi < Vpo

I, — dong chốt : khi đòng thuận qua SCR , Ip 16n hon gia tri dong chốt l¡ mới có

thé tắt xung điều khiển ( L — latching)

Iq — dòng duy rì : trong quá trình dòng thuận qua SCR, Iy thấp hơn dòng duy trì

Iy thi SCR c6 thé chuyén sang trạng thái ngắt ( H — holding)

Var — áp đánh thủng SCR kiểu thác

© Cac tinh chat dong:

% dvpi/dt: SCR xử lý như I tụ điện, nếu dvpu/dt quá lớn dẫn đến SCR dẫn ngoài ý muốn Vì thế người ta giới hạn tốc độ thay đổi điện áp khóa trong khoảng 10 — 100V/us

s dip/dt: nếu diy/dt lớn quá sẽ làm tiết diện SCR bị quá tải ở chỗ nối với công làm hỏng SCR Vì thế người ta giới hạn độ tăng của dòng thuận trong khoảng 10 — 100A/Us

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP Trang 5

s* tạ: sau khi phục hồi lớp điện trở nghịch của J và J; quá trình ngắt vẫn chưa

chấm dứt, cần phải có thêm một thời gian nữa để khôi phục khả năng khóa áp thuận tức là khôi phục điện trở nghịch của lớp J; Thời gian ngắt

an toàn vì vậy sẽ được định nghĩa : tạ Nó bắt đầu khi dòng thuận trở về không cho đến khi xuất hiện điện áp khóa thuận mà SCR vẫn không bị đóng trở lại khi chưa có xung dòng điều khiển lọ,

e Mach bao vé:

- Dé gidm d6 déc diy/dt có thể dùng cảm kháng mắc nối tiếp với SCR

- - Việc quá áp có thể được hạn chế bang mạch dùng RC hoặc mạch D,R,C để

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP Trang 6

Xung đóng được đặt vào cổng base của Q2 làm Q2 chuyển sang trạng thái

đóng R5 và R6 có fias trị cao và có chức năng cải thiện đặc tính làm việc bằng cách

tạo đường dẫn giữa base và emitter Q2 đóng, cung cấp dòng điều khiển đã được khuyếch đại cho Q1 làm Q1 đóng Giá trị dòng này phụ thuộc vào R3 và áp nguồn Vẹc Q1 đóng cấp điện áp cho cuộn sơ cấp của biến áp xung ( có giá trị bằng Vcc) Độ rộng xung áp tương đương độ rộng tín hiệu điều khiển ngõ vào A Cuộn thứ cấp cấp xung cho cổng G của SCR Điện trở R1 và R2 hạn chế áp và đòng cực công Diode D1 ngăn ngừa điện áp ngược đặt lên cực công từ biến áp xung R6 còn có chức năng tạo đường dẫn giữa cổng G và K giúp hoạt động cổng G ôn định hơn ít chịu ảnh hưởng của điện áp trôi

1.2 Động cơ không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ ba pha ( AC induction Motor) được sử dụng rất phổ biến ngày nay với vai trò cung cấp sức kéo trong hệ thống máy công nghiệp Công suất của động cơ không đồng bộ có thể đạt đến 500KW ( tương đương 670 Hp ) và được thiết kế tuân theo quy chuẩn cụ thể nên có thể thay đổi đễ dàng bởi các nhà cung cấp

Động cơ không đồng bộ ( DCKDB), đặc biệt là DCKDB roto lồng sóc , có

nhiều ưu điểm hơn động cơ DC, như không đòi hỏi bảo trì thường xuyên , độ tin cậy cao , khối lượng và quán tính nhỏ hơn, giá rẻ hơn và có khả năng làm việc ở môi

trường độc hại hoặc có khả năng cháy nỗ Do đó, DCKDB được sử dụng rộng rãi trong

công nghiệp hơn tất cá loại động cơ khác Tuy nhiên , cho đến gần đây, phần lớn DCKDB được sử dụng trong các ứng dụng với tốc độ không đổi , do các phương pháp

điều khiển tốc độ DCKDB trước đây thường đắt hoặc có hiệu suất kém Động cơ điện

không đồng bộ có các loại : động cơ một pha, hai pha , ba pha

Động cơ không đồng bộ có công suất lớn trên 600 W thường là loại ba pha có

ba dây quấn làm việc, trục các dây quấn lệch nhau trong không gian 1 góc 120 Các động cơ công suất nhỏ dưới 600 W thường là động cơ hai pha hoặc một pha có 2 dây quấn làm việc, trục của 2 dây quấn đặt lệch nhau trong không gian

một góc 90°, Động cơ điện một pha, chỉ có một dây quấn làm việc

pO AN TOT NGHI EP Trang 7

HI.4 Động cơ không đồng bộ ba pha

Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ là:

Công suất cơ có ích trên trục Pan

Dién ap day stator am

Dòng điện dây stator lạm

Tần số dòng điện stator f

Téc d6 quay roto Ném

ĐỎ ÁN TÓT NGHI ÉP Trang 8

+ Vỏ máy:

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn

từ Thường vỏ máy được làm bằng gang Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000kW ) thường dùng tấm hàn lại thành vỏ máy Tùy theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau

+ Lõi sắt:

Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên dé giảm

tốn hao: lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại

+ Dây quấn:

Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi

sắt

s phan quay (roto)

Roto có hai loại chính : Roto kiểu dây quấn và Roto kiểu lồng sóc

+ Roto kiểu dây quấn:

Roto có dây quấn giống như day quan cua stator Day quan ba pha cua roto thường đấu hình sao mà còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chỗi than có thể đấu với

mạch điện bên ngoài Đặc điểm là có thể thông qua chéi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện roto để cải thiện tính năng mở máy, điều

chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy Khi máy làm việc bình thường dây quấn roto được nối ngắn mạch Nhược điểm so với động cơ roío lồng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt, dễ cháy nỗ + Roto kiểu lồng sóc:

kết cấu lọai dây quấn này rất khác với dây quấn stator Trong mỗi rãnh của lõi sắt roto đặt vào thanh dãn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch băng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc

* Khe hở không khí

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm

động cơ điện (đặc biệt là loại roto lồng SÓC) CÓ nhiều ưư điểm so với động cơ

DC Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao , giá thành hạ nên đồng cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, đời sống hàng ngày

Trong công nghiêp, đồng cơ không đồng bộ thường 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, đồng cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một

vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như : quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, máy quay đĩa

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

2.1 Hệ thống truyền động điện và các phần tử - định nghĩa

Các hệ thống truyền động điện quá trình biến đổi này biến đổi cơ năng thành điện năng và bao gồm cả khả năng điều khiển bằng điện cho được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị hoặc dây chuyền sản xuất công nghiệp , trong giao thông vận tai,

trong các thiết bị điện dân dụng

Hiện nay, khoảng 75-80% các hệ truyền động điện với tốc độ không đổi; với các hệ thống này, tốc độ hoạt động của động cơ hầu như không cần điều khiển trừ các quá trình khởi động và hãm Phần còn lại chiếm khoảng 20-25%, là các hệ thống có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ để phối hợp được đặc tính động cơ và đặc tính tải yêu cầu với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật vi

xử lý hiện nay, các hệ điều tốc sử dụng kỹ thuật điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi và là công cụ không thê thiếu được trong quá trình tự động hóa và sản xuất

Khôi điều khiên # Khôi hôi

pO AN TOT NGHI EP | Trang 11

Tai trong H2.1 6 day la mot co c4u may dugc thiét ké dé hoan thanh mét chire nang

nhat dinh Vi du: máy công cụ, máy nghiền giấy, cầu trục thông thường, tải được

biểu diễn qua quan hệ giữa tốc độ và mô men của nó

Quan hệ giữa tốc độ và mô men của tải được gọi là đặc tính cơ của tải

Quan hệ giữa tôc độ và mômen của động cơ được gọi là đặc tính cơ của động cơ

Ngoài ra, đặc tính cơ điện là quan hệ giữa tốc độ và dòng điện của động cơ

Ta có đặc tính cơ tự nhiên của động cơ nếu động cơ được vận hành ở chế độ định

mức, ví dụ : đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không đồng bộ nhận được khi động cơ

được cung cấp điện áp và tần số định mức

Để lựa chọn một hệ thống truyền động điện thích hợp cho một ứng dụng nào đó,

trước tiên đặc tính cơ của tải phải được khảo sát kỹ lưỡng Tiếp đến, động cơ được lựa chọn cho hệ thống trên cơ sở đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu về mômen và tốc độ của tải, đồng thời dòng điện động cơ không vượt quá các giới hạn cho phép của động

cơ và của nguồn Thông thường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không thể thỏa mãn yêu cầu của tải Vì vậy, một bộ biến đổi công suất dùng bán dẫn được sử dụng

và đặt giữa động cơ và nguồn như hình 2.1

Bộ biến đổi bao gồm mạch động lực và khối điều khiển Bộ biến đổi giữ nhiệm vụ | điều khiển dòng công suất từ nguồn đến động cơ sao cho đặc tính cơ và đặ tính tốc

độ của dòng điện của động cơ tương hợp với yêu câu của tải Khôi điêu khiên của bộ

pO AN TOT NGHI EP Trang 12

biến đổi có thể sử dụng kỹ thuật mạch tương tự, mạch số hoặc mạch kỹ thuật vi xử lý

và hoạt động với mức điện áp và công suất thấp hơn nhiều so với mức điện áp của mạch động lực trong bộ biến đổi Vì các lý do an toàn và tránh nhiễu phát sinh do việc đóng ngắt các linh kiện công suất, mạch động lực và mạch điều khiển thường cách ly về điện

Việc đo và hồi tiếp một số thông số của hệ thống như dòng qua bộ biến đổi, tốc độ,

góc quay của động cơ được thực hiện khi có yêu cầu về điều khiển vòng kín hoặc bảo vệ hệ thống Các tín hiệu hồi tiếp được thực hiện qua mạch hồi tiếp được thực

hiện qua mạch hồi tiếp và thường sử dụng các cảm biến thích hợp để cách ly giữa

mạch động lực và mạch điều khiển của hệ thống

2.2 Truyền động của động cơ không đồng bộ

2.2.1 Đáp ứng của động cơ không đồng bộ

ĐCKĐB ba pha có dây quấn ba pha phía stator Rôto của ĐCKĐB roto dây quấn là một bộ dây quấn ba pha có cùng số cực trên lõi thép của roto Roto ĐCKĐB roto lồng sóc là các thanh dẫn đúc trên lõi thép roto và được ngắn mạch ở hai đầu bởi hai vòng kim loại ( đồng hoặc nhôm) Dòng điện cảm ứng hình thành trên lồng sóc roto có cùng số pha và số cực từ như phía stator

Khi stator được cung cấp bởi nguồn ba pha cân bằng với tần số f, từ trường quay tới tốc độ œạp sẽ được tạo ra Quan hệ giữa tốc độ của từ trường quay và tần số f của nguồn ba pha là:

trong đó a, goi la tốc độ trượt

Thông SỐ S gọi là độ trượt ,ta có:

Em_— giá trị đỉnh của sức từ động ( mmf) roto , À — vòng

5, — góc lệch pha giữa sức từ động roto ( roto mmf ) và std khe hở không khí ( air-gap mmf )

Dấu trừ chỉ momen tác động theo hướng giảm góc lệch giữa sức từ động roto và std trong khe hở không khí

2.2.1.1 Đáp ứng của ĐCKĐB ở chế độ tĩnh

Mạch tương đương một pha của ĐCKĐB cho ở hình 2.3 a, trong đó:

Z rị¡ = nự/nạ với nạ và nạ lần lượt là số vòng dây stator va roto

Mạch tương đương hình 2.3b là mạch nhận được khi quy đổi các đại lượng roto

về stator Gọi R; và X; là điện trở và điện kháng roto quy đổi về stator, ta có:

d) Mạch tương đương gần đúng của ĐC KĐB

Mạch tương đương hình 2.3d được dùng khi đơn giản hoá tính toán.Mạch này dựa trên

giả thiết sụt áp trên tổng trờ stator là không đáng kể so với áp nguồn

Từ mạch hình 2.3c:

Ij =——_ 14 / (2.12)

R

(R, +2) 4 1X +3)

Công suất truyền qua khe hở không khí ( còn gọi là công suất điện từ) là công xuất hap

thu bởi RÍ trên mạch tương đương:

DO AN TOT NGHI EP Trang 15

Trong đó 9, là góc lệch pha gĩưa E và Ứ,

Một phần công suấtt điện từ tổn hao trên điện trở rôto, phần còn lại chuyển thành công

s.Pa = 3R’17, = tén hao đồng rôto (2.19)

Lượng s.Pạ còn gọi là công suất trượt ,vì nó tỉ lệ với độ trượt s với cùng Ï công suất

pO AN TOT NGHI ỆP Trang 16

Dấu (+) trong biểu thức (2.21) và (2.22) tương ứng với chế độ động cơ, còn dau (-)

tương ứng với chế độ máy phát

Công thức (2.22) cho thấy mômen cực đại của ĐCKĐB không phụ thuộc vào giá trị của điện trở rôto R¿' Tuy nhiên ,công thức (2.21) cho thấy giá trị của sụ tỉ lệ với giá trị điện trở rôto của động cơ Công thức (2.12) và (2.21) cũng cho thấy giá trị của dòng rôto của điểm mômen đạt cực đại không phụ thuộc vào giá trị điện trở rôto

Thông thường , với phần lớn các loại tải, điểm làm việc động co 6n định khi

0<s<smạ và không ôn dịnh khi s>s„ thường gọi là đoạn đặc tính không ổn định của động cơ Nếu điện trở của rôto của động cơ có giá trị nhỏ ,sự thay đổi tốc độ động cơ

trong khoảng không tải đến định mức chỉ cỡ vài phần trăm tốc độ định mức Động

cơ có thể làm việc quá tải trong thời gian ngắn với mômen nhỏ hơn Mạ„„ (mômen

tới hạn) Nếu mômen vượt tải quá mô men tới hạn , động cơ sẽ mắt đồng bộ và dừng

lại, khi đó thiết bị bảo vệ động cơ phải làm việc để cắt động cơ ra khỏi nguồn cung cấp ,tránh phát nóng quá mức gây hư hại động cơ

2.2.1.2 Các chế độ hãm

Cũng giống như động cơ DC, các chế độ hăm của ĐCKĐB có thể chia ra thành :

DO AN TOT NGHI EP Trang 17

> Ham tai sinh

> Hãm ngược

> Ham dong nang

Đói với các chế độ hãm động năng ,có một số cầu hình khác nhau để thực hiện Trong phần này chỉ khảo sát hãm động năng kích từ độc lập là cấu hình được sử dụng rộng rãi nhất

(Phần hãm tái sinh và hãm ngược xin tham khảo trong các giáo trình kĩ thuật điện hợac

máy điện)

+ Hãm động năng kích từ độc lập

Hãm động năng được sử dụng cho các hệ truyền động không đảo chiều

Khi hãm động năng kích từ độc lập , động cơ được cắt ra khỏi nguồn xoay chiều 3 pha

và được nối với nguồn DC Các cách đấu nối ngồn DC với động cơ trình bày trên hình 2.5A,B Cấu hình (c) và(f) cho dòng chạy trong các pha của dây quấn stator là như

nhau,tuy nhiên đòi hỏi đổi nối mạch phức tạp ,Các cấu hinh (a),(b),(d),(e) thường được

sử dung hon do kết nối đơn giản

Dòng một chiều chạy trong stator sẽ tạo ra từ trường tĩnh (đứng yên) Dòng roto cảm

ứng sẽ sinh ra mômen hãm dừng rô to một cách nhanh chóng Mômen hãm và thời

gian hãm có thể được điều khiển bởi dòng nguồn I chiều Điện trở phụ Rị và Rạp

trong mach stator va roto ding để điều khiến kích từ Dc và Mômen hãm

Mạch tương đương của động cơ ở chế độ hãm động năng kích từ độc lập, suy ra từ

mạch tương đương ở chế độ định mức (tần số góc œ@ và tốc độ đồng bd 1a wap):

Mach tương đương của động cơ ở tần số œ,hình 2.6a, được suy ra từ mạch tương

đương của động cơ ở tần số œ Tốc độ đồng bộ của động cơ ở tần số œ¡]à @qpy

Chia các đại kượng trong mạch hình 2.6a cho (@ap/@ap),ta được mạch như hình 2.5b

Lưu ý là ở chế độ hãm động năng kích từ độc lập ,ø0¡= 0 và œ¿;¡=0,thay các giá trị này vào hình 2.6b ta được mạch tương đương của động cơ không đồng bộ trong chế độ hãm động năng trên hình 2.6c

Dâu trừ trong thành phần (-R’>/(1-s)) chi mémen lic nay 1a 4m va động cơ nhận năng lượng cơ để biến thành năng lượng điện Khi đã lưu ý là mômen có chiều ngược lại so với chế độ động cơ, sẽ không cần kể dến dấu trừ này trong mạch tương đương Một lưu ý khác là khi thay œa;;=0 vào mạch hình 2.6b ,sẽ nhận được ở phần phía trái đường đứt nét AB một nguồn vô cùng lớn nối tiếp với một diện trở vô cùng lớn Phần mạch này ,đo đó , có thể thay bằng l nguồn dòng lạ Bat ky tổng trở nào nối tiếp với nguồn dòng đều không ảnh hưởng đến giá trị của nguồn dòng ,và do đó có thể bỏ qua

như X\ Tuy nhiên Rị có thể được giữ lại như trên hình 2.6c nếu muốn tính đến tổn

hao trên điện trở dây quấn stator

H2.6 So đồ tương đương của ĐCKĐB ơ chế độ hãm động năng kích từ độc lập

Giá trị của nguồn dòng đẳng trị lạ được suy ra từ dòng I chiều lạ cung cấp cho động

cơ ở chế độ hãm và sơ đồ đấu nối nguồn 1 chiều vào động cơ.Nguồn dòng Idt được

xem là nguồn dòng AC,có giá trị sao cho khi chạy qua dây quấn 3 pha stator sẽ sinh ra sức từ động (mm)

Bảng dưới đây cho quan hệ giữa lại và lạ Theo các sơ đồ trên hình 2.8

Dòng lạ; trong mạch hình 2.óc được phân chia giữa tổng tở nhánh rôto và điện kháng

từ hóa Xm với những giá trị của(1-s),nghĩa là tốc độ thấp ,dòng rôto có giá trị nhỏ Vì vậy dòng từ hóa sẽ có giá trị gần băng lạ Lưu ý trong thực tế,thường dùng dòng lạ,và

tương ứng là lạ có giá trị cao để hãm nhanh Do đó ,với các gia tri nho cua (1-s), gia tri của I„ có thể đủ lớn dé mạch từ của động cơ làm việc ở đoạn bão hòa Khi đó ,mạch

từ của động cơ là phi tuyến và gia tri cua X, sé bién thién phụ thuộc vào các gia tri

của dòng từ hóa lạ

Phân tích sự hoạt động của động cơ ở chế độ hãm động năng khi tính đến sự phi tuyến

của đặc tính từ hóa có thể tiến hành như sau

pO AN TOT NGHI EP Trang 20

-Để tính đặc tính cơ via động cơ ở chế độ hãm ,có xét tới sự ảnh hưởng của sự phi

tuyến của đặc tuyến từ hóa của động cơ, và tránh giải các phương trình phi tuyến phức tạp0, thường làm theo trình tự sau:

-Cho trước I giá trị Ím , suy ra giá trị E tương ứng theo đặc tính

-Tính mômen động cơ từ công thức (2.28)

Thay giá trị của I2/ từ công thức (2.23) vào công thức (2.28) ta được :

Nếu sử dụng DCKĐB rôto dây quấn ,có thêm điện trở phụ vào rôto để cải thiện đặc tính hãm ở tốc độ cao Khi cần hãm nhanh, giá trị của điện trở phụ có thể chọn sao cho

momen hãm đạt giá trị cực đại ở tốc độ cao Khi tốc độ giảm đi, điện trở phụ được cắt bớt khỏi mạch đê duy trì mômen hãm cao

Riv Z mm! ⁄ lao > Len

ĐỎ ÁN TÓT NGHI EP Trang 22

Phương pháp hãm động năng rất hiệu quả để hãm dừng ĐCKĐB và thường được sử dụng trong thực tế.Vì phương pháp hãm này tiêu thụ công suất ít hơn nhiều so với phương pháp hãm ngược, nên hãm động năng kích từ độc lập cũng được sử dụng để

hãm hạ tải thế năng ,ví dụ trong các tời kéo của mỏ

2.3 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha

chức năng: Bộ biến đổi điện ắp xoay chiều được sử dụng để thay đổi trị dụng của

điện áp ngõ ra Nó được mắc vào nguồn xoay chiều đạng sin với các tần số và trị hiệu dụng không đổi và tạo ở ngõ ra điện áp xoay chiều có cùng tần số nhưng trị hiệu dụng điều khiển được do đó, bộ biến đổi điện áp có tính năng giống như máy biến áp điều khiển vô cấp Điện áp đáp ứng ở ngõ ra thay đổi nhanh và liên tục

Ứng dụng:bộ biển đỗi điện áp xoay chiều được sử dụng để điều khiển công suất tiêu thụ của tải như lò nướng điện trở, bếp điện, điều khiển chiếu sáng cho sân khấu , quảng cáo, điều khiển vận tốc động cơ không đồng bộ công suất vừa và nhỏ ( máy quạt gió, máy bơm, máy xay), điều khiển động cơ vạn năng ( dụng cụ điện cam tay, máy trộn ,máy sấy) bộ biến đổi xoay chiều còn được dùng trong các bù nhuyễn công suất phản kháng

- tiết kiệm ( không đối xứng)

c) nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi:

- _ điều khiển pha

- _ điều khiển theo thời gian

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha dạng đầy đủ như H2.12 có cấu tạo gồm ba công tắc bán dân đâu vào nguôn xoay chiêu ba pha, đê thực hiện cung cap điện cho tải ba

DO AN TOT NGHI EP Trang 24

2.3.1 Các chế độ vận hành của bộ biến đỗi điện áp xoay chiều ba pha dạng day

đủ

+ Các chế độ vận hành của bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha dạng

day đủ

v Tải R: nếu tải thuần trở và đối xứng ( Ra=Rg=Rc) khi góc điều khiển

tăng từ 0 đến 5z/6, ta có ba chế độ vận hành nối tiếp nhau Xét

Chế độ 3: z/2 < øz <5z/6: trạng thái 2SCR dẫn hoặc 0 SCR nào dẫn

Sự tồn tại các khoảng dẫn và các khoảng tất cả bằng 0 yêu cầu phải kích 2 SCR cùng lúc Vì thế có hai cách thực hiện điều này:

Hoặc kích các SCR bằng tín hiệu xung có độ rộng lớn hơn 2/3

Hoặc sử dụng kích đôi ( kích lặp).Ví dụ nếu Vị được kích ở thời điểm a, thì nó sẽ được kích lặp ở a + 7/3

Chế độ này , trong một nữa chu kỳ ,SCR chịu áp khóa trong khoảng thời gian tương ứng với goc pha y=a-7/6

Khi z > 5z/6 không SCR nào dẫn điện và áp trên tải bằng không

DO AN TOT NGHI EP Trang 25

Y Tai RL: tai cé R va L khong déi duoc dic trung bédi ting tré Z va

góc tới hạn ø được xác định như sau:

Z=vR?ˆ+U2ø! -tgọ = Sử

R

Do sự hiện diện cảm kháng L, các dòng tải trong các pha trở nên liên tục

hơn, hiện tượng dòng gián đoạn xảy ra khi góc điều khiển lớn hơn góc tới han (a>)

Ché d6 1:9 <a <a,: trang thai 3 ho’c 2 SCR cing dẫn.( ø, là giá trị đặc trung bang một hàm số phụ thuộc vào ø)

* Đặc tính của bộ biến đồi điện áp xoay chiều ba pha dạng mạch đây đủ:

Trị hiệu dụng điện áp tải : cho tải R và RL

2.3.2 Các phương pháp điều khiến bộ biến đỗi điện áp xoay chiều

2.3.2.1 Điều khiến pha

Với phương pháp điều khiển pha thông thường, xung kích đóng được đưa vào công

điều khiến tại vị trí trễ đi một góc @ so với Vi tri xuất hiện áp khóa trên linh kiện

Điện áp nguồn xoay chiều đóng vai trò điện áp chuyển mạch, tác dụng giảm dòng điện qua linh kiện và ngắt nó

Điện áp ngõ ra chứa thành phân hài cơ bản có tần số bằng tần số áp nguồn và các thành phần bậc cao khác Độ lớn của các sóng hài phụ thuộc vào góc điều khiển và cấu hình mạch công suất

Trường hợp điều khiển pha với quá trình chuyển mạch cưỡng bức:

Điều khiển vị trí kích đóng dòng điện và đồng thời điều khiến cả vị trí ngắt dòng điện tải Cấu hình mạch phải chứa bộ chuyển mạch hoặc linh kiện tự chuyển mạch Với phương pháp này, điện áp ngõ ra có thể có dạng đối xứng Nếu trong mỗi nữa chu kỳ

DO AN TOT NGHI EP Trang 27

áp nguôn, ta thực hiện điêu rộng xung, hệ so biên dạng và phô các hai bậc cao sẽ được

hạn chê rât nhiêu

2.3.2.2 Điều khiến tỉ lệ thời gian (time duty ratio control; cycle control)

Phương pháp này không sử dụng khí tải có hằng số thời gian đáp ứng tương đương với chu kỳ áp nguồn xoay chiều, ví dụ không thể dùng để điều khiển độ sáng bóng đèn dây tóc, không dùng đê điêu khiên vận tôc động cơ có mômen quán tính nhỏ

DO AN TOT NGHI EP Trang 28

Phương pháp điều khiển tỉ lệ thời gian với thời điểm kích đóng tại điểm 0 của áp

nguồn (zero voltage switching) được ứng dụng để điều khiển lò điện trở, lò hồ quang

điện, lò nướng gia đình vì ít ảnh hưởng lên lưới điện, đồng thời hạn chế tổn hao phát

sinh đo chế độ đóng ngắt linh kiện tạo nên

Bộ biến đổi làm việc như một công tắc xoay chiều đóng mở tuần hoàn Hình 2.9a vẽ điện áp và dòng điện tải khi ta áp dụng phương pháp điều khiển ở trên với tải chỉ chứa

CHƯƠNG3 DIEU KHIỂN TOC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG

DONG BO BA PHA

Các phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ ĐCKĐB dùng bán dẫn công suất Các

phương pháp này bao gồm :

1- Điều khiển điện áp stator

2- Điều khiển tần số

3- Điều khiến điện trở rôto

4-_ Điều khiển công suất trượt rôfo

Phương pháp 1 và 2 có thể áp dụng cho ĐCKĐB rôto lồng sóc và đây quấn Phương pháp 3 và 4 chỉ áp dụng cho ĐCKĐB rô to dây quấn

3.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển điện áp stator

Nếu giả thiết điện áp 3 pha đặt lên động cơ là hình sin, đặc tính cơ của động cơ không

đồng bộ khi thay đổi biên độ điên áp stator (giữ nguyên tần số ),có dạng như trình bày

trên hình 2.8 Lưu ý là tốc độ ứng với Momen max của động cơ không đổi (công thức 2.21),tuy nhiên giá trị của Mmax giảm tỉ lệ với bình phương của điện áp stator(công thức 2.22)

Hệ thống này thường dùng với tải là bơm hoặc quạt gió và sử dụng dộng cơ có

độ trượt định mức cao (Sạm cỡ 0,I=>0,2) như động cơ lớp D

Việc thay đổi điện áp stator thường được thực hiện bởi bộ biến đổi điên áp xoay

chiều như trình bày dưới đây

H3.1 Đặc tính ĐCKĐB khi điều chỉnh điện áp stator

3.2 Mạch điều khiến điện áp sator

Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển điện áp stator sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha trình bày trên hình 2.19 Với động cơ công suất nhỏ ,mỗi cặp SCR song song ngược có thê thay bởi triac Sơ đồ C¡ có thể sử dụng với động cơ dau (Y) hay tam

giac(A), so đồ Cạ chỉ sử dụng với động cơ đầu (A) Với sơ đồ C;,dòng hài bậc 3 tồn tại

trong cuộn dây động cơ