Bài giảng cơ sở truyền động điện chương 4 1

Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato: • Vì vậy, khi thay đổi tần số f1 để điều chỉnh tốc độ thì người ta thường kết hợp thay đổi điện áp stato u1.. Quy luật điều chỉnh tần số và điệ

C4 2

• Trên hình 4-11 trình bày nguyên lý điều chỉnh trơn điện trở

mạch rôto bằng phương pháp xung Điện áp ur được điều

chỉnh bởi cầu chỉnh lưu điôt CL, qua điện kháng lọc L, cấp

vào mạch điều chỉnh gồm điện trở Ro nối song song với khóa bán dẫn T1

• Khóa T1 được điều khiển đóng/ngắt một cách chu kì Hoạt

động của khóa T1 tương tự như mạch điều chỉnh xung áp một chiều Khi khóa T1 đóng thì điện trở Ro bị ngắn mạch (bị loại

ra khỏi mạch), dòng rôto tăng lên, khi T1 ngắt: điện trở Ro

được đưa vào mạch, dòng rôto giảm xuống Với chu kì

đóng/ngắt nhất định của T1 (T = const), ta sẽ có một giá trị

điện trở tương đương (Rtđ) trong mạch rôto

C4-2 4

• Hình 4-11b: thời gian đóng (T1 mở) tđ = T - tn, nếu điều chỉnh trơn tỷ số chu kì đóng/ngắt  = (tđ/T), thì ta sẽ điều chỉnh trơn được giá trị điện trở trong mạch rôto:

(4-21)

• Điện trở Rtđ trong mạch một chiều được tính đổi về mạch

xoay chiều 3 pha ở rôto theo qui tắc bảo toàn công suất Tổn hao trong mạch rôto nối theo hình sao là:

(4-22)

(4-23)

• Và hao tổn khi mạch rôto nối theo sơ đồ hình 4-5a là:

• Cơ sở để tính đổi là tổn hao công suất như nhau, nên:

(4-24)

C4-2 5

• Với sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha thì:

(4-25)

• Nên:

• Khi đã có điện trở tính đổi sẽ dễ dàng dựng được các đặc

tính cơ theo phương pháp thông thường, họ các đặc tính cơ này sẽ quét kín phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ R2f = Ro/2 như trên hình 4-12a

• Để mở rộng phạm vi điều chỉnh mômen thì có thể mắc nối

tiếp điện trở Ro với một tụ điện có điện dung đủ lớn (trên hình 4-12b) Việc xây dựng các mạch phản hồi điều chỉnh tốc độ

và dòng điện rôto được tiến hành tương tự hệ điều chỉnh điện áp

C4-2 6

• Các đặc tính cơ điều chỉnh xung điện trở rôto động cơ KĐB:

Hình 4-12: Các đặc tính cơ điều chỉnh xung điện trở rôto đ/c KĐB.

C4-2 7

• 4.5.1 Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato:

• Qua phương trình đặc tính cơ dạng closs đơn giản của động

C4-2 9

• 4.5.1 Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato:

• + Về nguyên lý, khi thay đổi tần số f1 thì o = 2f1/p1 sẽ thay đổi và sẽ điều chỉnh được tốc độ ĐCKĐB Nhưng khi thay đổi

f1  f1đm thì có thể ảnh hưởng đến chế độ làm việc của động cơ

• Trong đó: E1 là sức điện động cảm ứng trong cuộn dây stato,

 là từ thông móc vòng qua cuộn dây stato, c là hằng số tỉ lệ,

f1 là tần số của dòng điện stato

• Nếu bỏ qua sự sụt áp trên tổng trở cuộn dây stato thì ta có:

• Qua (4-34) ta thấy: nếu thay đổi f1 mà giữ U1 = const thì  sẽ thay đổi theo

C4-2 10

• 4.5.1 Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato:

• * Ví dụ:

• + Khi giảm f1 < f1đm để điều chỉnh tốc độ mà giữ U1 ≈ E1 ≈ cf1

= const thì theo biểu thức (4-34), từ thông  sẽ tăng lên, mạch

từ động cơ sẽ bị bảo hòa, điện kháng mạch từ giảm xuống và dòng từ hóa sẽ tăng lên làm cho động cơ quá tải về từ, làm phát nóng động cơ, giảm tuổi thọ của động cơ, thậm chí nếu nóng quá nhiệt độ cho phép của động cơ thì động cơ có thể

bị cháy

• Vì vậy, khi thay đổi tần số f1 để điều chỉnh tốc độ thì người ta thường kết hợp thay đổi điện áp stato U1 Và người ta thường dùng bộ biến đổi tần số (BT) để điều khiển tốc độ động cơ

KĐB như hình 4-13

C4-2 11

• 4.5.1 Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato:

• Vì vậy, khi thay đổi tần số f1 để điều chỉnh tốc độ thì người ta thường kết hợp thay đổi điện áp stato u1 Và người ta thường dùng bộ biến đổi tần số (BT) để điều chỉnh tốc độ động cơ

ĐKls như hình 4-13

• + Còn khi tăng f1 > f1đm nếu giữ:

• U1 ≈ E1 ≈ cf1 = const và phụ tải Mc = const, mà khi làm việc, mômen M ≈ KI2cos = Mc = const

• - Vậy khi tăng f1 > f1đm sẽ làm cho  giảm, dẫn đến dòng I2

tăng, nghĩa là động cơ sẽ bị quá tải về dòng, nó cũng bị phát nóng làm xấu chế độ làm việc của động cơ hoặc bị cháy

C4-2 12

• 4.5.1 Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato:

• Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nguồn áp:

C4-2 13

• 4.5.2 Quy luật điều chỉnh tần số và điện áp stato:

• Khi thay đổi tần số stato f1  f1đm để điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB cần thỏa mãn điều kiện quá tải về mômen:

C4-2 15

• 4.5.2 Quy luật điều chỉnh tần số và điện áp stato:

• Như vậy, khi thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB, ta phải thay đổi điện áp sao cho đảm bảo điều kiện (4-35), nhưng phụ thuộc vào các dạng phụ tải

• Đối với hệ dùng

biến tần nguồn

áp thường có

yêu cầu giữ cho

khả năng quá tải

C4-2 16

• 4.5.3 Các đặc tính điều chỉnh tần số và điện áp stato với

phụ tải là dạng máy tiện:

Hình 3-15: Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số và điện áp

theo qui luật M = const với các phụ tải M c * = *(-1)

const f

U

2 / 1 1

C4-2 17

• 4.5.3 Các đặc tính điều chỉnh tần số và điện áp stato với

phụ tải là dạng thang máy:

• Khi Mc = const với (q = 0), để đảm bảo cho  = const thì cần điều chỉnh tần số và điện áp stato theo qui luật:

const f

U

1

1 

Mc

Hình 3-16: Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số và điện áp

theo qui luật M = const với các phụ tải M c * = 1

C4-2 18

• 4.5.3 Các đặc tính điều chỉnh tần số và điện áp stato với

phụ tải là dạng máy bào:

• Khi tải Mc ≡  với (q = 1), để đảm bảo cho  = const thì phải điều chỉnh tần số và điện áp stato theo qui luật:

const f

U

2 / 3 1

1 

(4-43)

Hình 3-17: Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số và điện áp

theo qui luật M = const với các phụ tải M c * = * c)

C4-2 19

• 4.5.3 Các đặc tính điều chỉnh tần số và điện áp stato với

phụ tải là dạng máy bào:

• Khi tải Mc ≡ 2 với (q = 2), để đảm bảo cho  = const thì phải điều chỉnh tần số và điện áp stato theo qui luật:

const f

U

2 1

1 

(4-44)

Hình 3-18: Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số và điện áp

theo qui luật M = const với các phụ tải M c * = * d)

C3-1 20

• 1) Viết phương trình đặc tính cơ của phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi từ thông Giải thích các đại

lượng trong phương trình

• 2) Giải thích nguyên lý điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi từ thông

• 3) Vẽ 03 đường đặc tính cơ khi thay đổi từ thông với tải là

thang máy

C4-2 22

• 4.6.1 Sơ đồ nối tầng điện – cơ:

• Trong sơ đồ hình 4-19, động cơ KĐB được điều chỉnh tốc độ S.đ.đ E2 được chỉnh lưu thành s.đ.đ một chiều E2d có biểu thức:

• Trong đó: Ku = 2,34 - hệ số của chỉnh lưu cầu ba pha

• E2nm - s.đ.đ ngắn mạch rôto (giá trị pha)

• S.đ.đ này được nối vào phần ứng của động cơ một chiều

ĐMđl đóng vai trò thiết bị biến đổi (TBBĐ) như hình 4-19

Động cơ này sẽ nhận năng lượng trượt từ bộ chỉnh lưu dưới dạng điện năng một chiều, và biến đổi thành cơ năng trên

trục Trục của nó được nối chung với trục động cơ KĐB, do

đó nó truyền phần năng lượng trượt về trục động cơ của máy sản xuất

C4-2 23

• 4.5.1 Sơ đồ nối tầng điện - cơ:

• S.đ.đ phần ứng của ĐMđl như đã biết, nó phụ thuộc vào tốc

K

2 i

• Trong đó: R - điện trở tổng trong mạch CL - ĐMđl :

C4-2 24

• 4.6.1 Sơ đồ nối tầng điện - cơ:

• Giả sử động cơ đang làm việc tại một điểm xác lập nào đó với tốc độ , độ trượt s và dòng điện I2 xác lập, nếu ta thay đổi dòng kích từ của ĐMđl , s.đ.đ Ebđ của nó sẽ thay đổi (xem biểu thức 4-46), dòng điện I2 thay đổi theo biểu thức (4-48),

do đó mômen động cơ thay đổi, và hệ sẽ chuyển sang làm việc ở một điểm xác lập mới với tốc độ làm việc khác Đó là nguyên tắc điều chỉnh tốc độ trong tầng điện cơ

C4-2 25

• 4.6.2 Sơ đồ nối tầng điện:

Hình 4-20: Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh tầng điện

C4-2 26

• 4.6.2 Sơ đồ nối tầng điện:

• Hình 4-20 giới thiệu một sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh nối tầng điện Trong này, năng lượng trượt trong mạch rôto của động cơ KĐB (được biểu thị bởi các thông số s.đ.đ xoay

chiều E2, dòng xoay chiều I2 và tần số mạch rôto f2 = f1.s)

cũng được chỉnh lưu thành dạng một chiều (với các thông số

E2d, Id) nhờ cầu diot CL rồi được truyền vào bộ nghịch lưu NL (với chức năng là thiết bị biến đổi trong hình 4-19)

• Với bộ nghịch lưu này, việc chuyển mạch các thyristor được thực hiện nhờ điện áp lưới (ul), do đó năng lượng trượt dạng một chiều sẽ được biến đổi thành xoay chiều có tần số của điện áp lưới, cuối cùng qua máy biến áp BA, năng lượng

trượt được trả về lưới điện

C4-2 27

• 4.6.2 Sơ đồ nối tầng điện:

• Trong sơ đồ nối tầng điện hình 4-20, dòng điện rôto I2 của động cơ KĐB hoặc dòng điện trong mạch một chiều Id cũng được xác định theo biểu thức (4-48), trong đó Ebđ là s.đ.đ của bộ nghịch lưu có dạng:

• Trong đó:  là góc mở của các thyristor (  >  /2)

•  =  -  là góc mở chậm của thyristor ở trạng thái nghịch lưu.

• Ud0 là điện áp lớn nhất của bộ nghịch lưu với trường hợp  = 0; thì điện

áp Ud0 = 2,34U2ba Với U2ba là điện áp pha thứ cấp máy biến áp BA.

• Từ các biểu thức (4-46) và (4-48) ta thấy, khi thay đổi góc mở  của các van trong bộ nghịch lưu (từ  /2 đến ≈  ) tương ứng với sự thay đổi của s.đ.đ nghịch lưu Ebđ (từ 0 đến ≈ Ud0), thì dòng điện Id và I2 sẽ thay đổi, nhờ đó mômen và tốc độ của động cơ sẽ được điều chỉnh

C4-2 28

• 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động cơ đồng bộ:

• Trong đó: biến tần có 6 van V1 ÷ V6 (là các thyristor hoặc các transistor công suất), và 6 diode ngược D1 ÷ D6 (trả năng

lượng phản kháng về phía nguồn)

Hình 4-21: Sơ đồ nguyên lý của hệ Biến tần nguồn áp – Động cơ đồng bộ

L

C

ĐCĐB

C4-2 29

• 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động cơ đồng bộ:

• Trên hình 4-22a là đồ thị dòng điện, điện áp và khoảng dẫn dòng của van và diode ứng với trường hợp động cơ mang tính chất tải cảm (thiếu kích từ  > 0)

C4-2 30

• 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động cơ đồng bộ:

• Khi động cơ quá kích từ, dòng điện vượt trước điện áp một góc  < 0, các van thực hiện chuyển mạch tự nhiên, trên hình 4-22b Tuy vậy, để thực hiện chuyển mạch tự nhiên, góc lệch pha  ≥ - tq (tq là thời gian phục hồi đặc tính khóa của van)

Mô men động cơ trong trường hợp này được tính theo biểu thức:

(4-51)

• Trong đó: M – mô men trung bình

• p – số đôi cực của động cơ

• Xd – điện kháng trục dọc, Xd = Ld

• E – sức điện đôẹn của động cơ, E = C(i)

• U1 – thành phần điều hòa bậc 1 của điện áp, U1 = KoUo.

•  - góc lệch pha giữa sức điện động E và điện áp U1

C4-2 31

• 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động cơ đồng bộ:

• Khi điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ, ta có 2 trường hợp:

• a) Điện áp Uo = const: Tỷ số: E/Xd = const, khi giữ từ thông không đổi

• Như vậy mômen động cơ được tính bằng: M = Ksin/, nó chỉ phụ thuộc vào tốc độ  và góc lệch pha  có dạng trên

hình 4-23a, tương tự như động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

• b) Điện áp Uo được điều chỉnh sao cho tỷ số: Uo/ = const và

và giữ  = const Trong trường hợp này, mômen động cơ chỉ phụ thuộc vào góc , đặc tính của động cơ được trình bày

trên hình 4-23b

C4-2 32

• 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động cơ đồng bộ:

• Khi điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ, ta có 2 trường hợp:

a)

M





Hình 4-23: a) Đặc tính cơ của ĐCĐB khi U o = const và  = const

b) Đặc tính cơ của ĐCĐB khi U o / = const và  = const

b)

M





C4-2 33

• 4.7.2 Hệ thống Biến tần nguồn dòng – Động cơ đồng bộ:

• Mạch động lực của hệ truyền động Biến tần nguồn dòng –Động cơ đồng bộ được trình bày trên hình 4-24, bao gồm: chỉnh lưu thyristor (CL), cuộn cảm lọc (Ld) và nghịch lưu

thyristor (NL) Để đảm bảo NL làm việc được trong chế độ chuyển mạch tự nhiên, động cơ phải ở chế độ quá kích từ Lúc này, NL thực chất là chỉnh lưu làm việc trong chế độ

nghịch lưu bị động với điện áp động cơ, vì vậy trong mạch nghịch lưu không có các phần tử chuyển mạch

C4-2 34

• 4.7.2 Hệ thống Biến tần nguồn dòng – Động cơ đồng bộ:

• Mạch nguyên lý của hệ thống truyền động Biến tần nguồn dòng – Động cơ đồng bộ như hình 4-24:

C4-2 35

• 6 Phân tích phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách dùng bộ xung điện trở mạch rôto ? Phân tích các chỉ tiêu chất lượng của phương pháp này

• 7 Đặc điểm làm việc của động cơ không đồng bộ khi được cung cấp điện áp và tần số định mức, và khi thay đổi tần số khác với định mức ? Từ thông của động cơ thay đổi như thế nào khi tần số nhỏ hơn và lớn hơn tần số định mức ?

• 8 Có những luật (nguyên lý) điều chỉnh nào được áp dụng khi thay đổi tần số và điện áp stato của động cơ không đồng

bộ ? Mô tả nội dung cơ bản của các luật điều chỉnh đó

C4-2 36

• 9 Phân tích phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số stato ? Tại sao khi thay đổi tần số người ta thường kết hợp điều chỉnh điện áp stato ?

• 10 Phân tích các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng các hệ “nối tầng điện - cơ” ? Ưu, nhược điểm của các phương pháp đó ?

• 11 Phân tích các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng các hệ “nối tầng điện” ? Ưu, nhược điểm của các phương pháp đó ?

• 12 Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ đồng

bộ bằng biến tần nguồn áp

• 13 Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ đồng

bộ bằng biến tần nguồn dòng