thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung với van bán dẩn là thyristor công suất

Nội dung của đồ án gồm 5 chương:Chương I : Tổng quan hệ truyền động động cơ không đồng bộ.Chương II : Tổng quan phương pháp điều chỉnh điện trở phụ mạch roto.Chương III : Tính chọn mạch

`

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, lĩnh vực Điện - Điện Tử Tin Học phát triểnrất là nhanh chóng, chúng thay đổi trong từng ngày từng giờ Hiện nay, trong cácdây chuyền sản xuất hiện đại, truyền động điện đóng vai trò quan trọng trongviệc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Vì vậy các hệ truyền động luônđược quan tâm nghiên cứu để đáp ứng các yêu cầu công nghệ Và hệ truyềnđộng động cơ không đồng bộ cũng không nằm ngoài phạm vi đó

Do có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạnên động cơ không đồng bộ được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khácnhau như:

+ Trong công nghiệp: dùng làm nguồn lực cho máy cán thép vừa và nhỏ,động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ,…

+ Trong hầm mỏ: dùng làm máy tời hay quạt gió

+ Trong nông nghiệp: dùng làm máy bơm hay gia công nông sản

+ Trong đời sống hàng ngày: động cơ không đồng bộ chiếm một vị tríquan trọng như: quạt gió, máy quay dĩa, máy bơm nước cỡ nhỏ,…

Vì có những ứng dụng rộng rãi như vậy nên việc nghiên cứu, phát triểntruyền động động cơ không đồng bộ là việc vô cùng ý nghĩa Nhờ sự phát triểncủa công nghệ chế tạo bán dẩn mà các phương pháp điều chỉnh truyền động bằng

cơ khí đang được thay thế bằng phương pháp điện Điều đó mang lại nhiều lợiích to lớn vì truyền động bằng phương pháp cơ khí đòi hỏi không gian lớn, cần

có buồng dập hồ quang, không chắc chắn so với phương pháp truyền động bằngđiện

Xuất phát từ vấn đề thực tế trên, đồ án này em sẽ nghiên cứu thiết kế hệtruyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trởxung với van bán dẩn là Thyristor công suất, điều khiển động cơ

10 kW – 1460 v/ph

Nội dung của đồ án gồm 5 chương:

Chương I : Tổng quan hệ truyền động động cơ không đồng bộ.Chương II : Tổng quan phương pháp điều chỉnh điện trở phụ mạch roto.Chương III : Tính chọn mạch động lực

Chương IV : Tính chọn mạch điều khiển

Chương V : Đánh giá chất lượng của hệ

Dưới sự hướng dẩn trực tiếp của thầy Trương Minh Tấn sau một thờigian em đã hoàn thành đồ án này đúng thời hạn Nhưng vì khả năng và thời gian

có hạn nên đồ án này vẩn còn nhiều sai sót, rất mong sự góp ý và chỉ bảo của quíthầy cô

Em xin chân thành cảm ơn thầy Trương Minh tấn ,người đã trực tiếphướng dẩn em, đã tạo điều kiện thuận lợi cũng như giúp đỡ em hoàn thành đồ ánnày đúng thời gian qui định

Quy nhơn, Ngày 23 tháng 06 năm 2009

Sinh viên

Ngô Trung Thành

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ

KHÔNG ĐỒNG BỘ

 Trong thời gian gần đây, lĩnh vực truyền động điện phát triển rất mạnh

mẽ Nhiều hệ truyền động mới ra đời đã đáp ứng được yêu cầu công nghệ

kỹ thuật cao

 Như chúng ta đã biết động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) được sử dụng rấtrộng rãi trong công nghiệp, nó chiếm tỉ lệ rất lớn so với các loại động cơkhác Có được như vậy là vì ĐCKĐB có kết cấu đơn giản, dể chế tạo, vậnhành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha

 Tuy nhiên vì việc điều chỉnh tốc độ khó hơn các động cơ một chiều nên hệtruyền động ĐCKĐB rất ít Thời gian gần đây do sự phát triển côngnghiệp chế tạo bán dẩn công suất và kỹ thuật điện tử tin học ĐCKĐB mớiđược khai thác các ưu điểm của nó Nó trở thành hệ truyền động cạnhtranh với hệ truyền động thyristor - Động cơ một chiều

 Khác với động cơ một chiều, ĐCKĐB được cấu tạo phần cảm và phầnứng không tách biệt Từ thông và mômen phụ thuộc vào nhiều tham số

Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện ĐCKĐB là hệ điều chỉnhtham số có tính phi tuyến mạnh Trước khi đi sâu vào nghiên cứu ta phảibiết rõ các khái niệm về hệ truyền động điện

I.1 Khái niệm cơ bản về truyền động điện:

I.1.1 Cấu trúc chung và phân loại:

 Cấu trúc chung: Gồm 2 phần chính

Phần lực: là bộ biến đổi và động cơ truyền động

+ Bộ biến đổi thường dùng là bộ biến đổi máy điện (máy phát một chiều,xoay chiều), bộ biến đổi điện từ (khếch đại từ, cuộn kháng bão hoà), bộbiến đổi điện tử (chỉnh lưu Thyristor, biến tần Tranzitor, Thyristor)

+ Động cơ điện như: động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ, không đồng

bộ, …

Phần điều khiển: Gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số vàcông nghệ, thiết bị điều khiển và đóng cắt.Đồng thời một số hệ truyềnđộng có khả ngăng ghép nói với các thiết bị tự động khác

 Phân loại: Có 2 loại như sau:

+ Truyền động không điều chỉnh: Thường động cơ nối trực tiếp với lướiđiện quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định

+ Truyền động có điều chỉnh: Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà cótruyền động điều chỉnh tốc độ, mômen, lực kéo và vị trí.Trong cấu trúc hệtruyền động có điều chỉnh có thể là truyền động nhiều động cơ

Trong đó: + BBĐ: Bộ biến đổi

+ ĐC : Động cơ truyền động

+ MSX: Máy sản xuất

+ R : Các bộ điều chỉnh+ K : Các bộ đóng cắt

+ RT : Bộ điều chỉnh công nghệ

+ KT : Bộ đóng cắt phục vụ công nghệ+ VH : Người vận hành

+ GN : Mạch nối ghép

I.1.2 Đặc tính cơ của động cơ điện:

Là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 4

 Đặc tính cơ tự nhiên: biểu hiện động cơ vận hành ở chế độ định mức trênđặc tính cơ tự nhiên có điểm làm việc định mức có giá trị: Mđm và đm.

 Đặc tính cơ nhân tạo: là khi tham số nguồn thay đổi hoặc nối thêm điệntrở, điện kháng vào động cơ

 Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, khái niệm độ cứng đặc tính cơ:

 Truyền động có đặc tính cơ cứng tốc độ thay đổi rất ít khi mômen biến biếnđổi lớn Truyền động có đặc tính cơ mềm tộc độ giảm nhiều khi mômen tăng Được biểu diển như hình 1.2

I.1.3 Đặc tính cơ của máy sản xuất:

 Khi  = 0 thì Mc = Mddm = const: loại này có ở cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt (đường 1)

 Khi  = 1: có ở máy phát một chiều tải thuần trở, ít gặp (đường 2).

 Khi  = 2: mômen tỉ lệ bậc hai với tốc độ, là đặc tính của các máy bơm , quạt gió (đường 3)

 Khi  = -1: Mômen tỉ lệ nghịch với tốc độ, có ở các cơ cấu máy cuốn dây, cuốn giấy, các truyền động quay trục chính máy cắt gọt kim loại (đường 4)

 Ngoài ra một số cơ cấu của các máy còn có đặc tính khác như: Mô men phụthuộc vào góc quay, mô men phụ thuộc vào đường đi, mô men phụ thuộc vào số vòng quay, mô men phụ thuộc vào thời gian,… Hình dạng cụ thể được biểu diển trên hình 1.3

I.1.4.Trạng thái làm việc của truyền động điện:

 Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượngđiện - cơ Chính quá trình này quyết định trạng thái làm việc của truyềnđộng điện

 Định nghĩa: + Dòng công suất Pđ có giá trị dương nếu nó truyền từ nguồn

đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thànhcông suất cơ cho máy sản xuất Công suất cơ này có giá trịdương nếu như mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc

độ quay

+ Dòng công suất có giá trị âm nếu nó có chiều ngược lại

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 6

1

3 2

+ Mômen của máy sản xuất gọi là mômen cản Dấu âm,dương ngược lại với dấu mômen của động cơ.

 Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động:

Trong đó: + Pđ : Công suất điện

+ Pc : Công suất cơ

I.1.5

Phương trình động học của truyền động điện:

 Phương trình cân bằng năng lượng của hệ truyền động điện

c

W W  W

Trong đó: + W: Năng lượng đưa vào động cơ

+ Wc: năng lượng tiêu thụ của máy truyền động

+ W: Mức chênh năng lượng giữa năng lượng đưa vào và năng lượng tiêu thụ là động năng của hệ

212

 Đạo hàm phương trình (1) và chia hai vế cho  ta có:

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 8

(I) – Trạng thái động cơ (II) – Trạng thái hãm



 1

1

c

dW

M dt

I.1.6.Điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện:

 Như đã biết khi M= Mc thì hệ truyền động làm việc ổn định tĩnh Điểm làm việc ổn định là giao điểm của hai đặc tính cơ của động cơ và của máy sản xuất

 Tuy nhiên không phải với bất kỳ động cơ nào cũng có thể làm việc với cácloại loại tải mà nó phải có giao điểm giao nhau đó thoả mản điều kiện ổnđịnh

 Để xác định điểm làm việc ta dựa vào phương trình (5) tại giao điểm

nm cb

dm

E R

 Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta sử dụng sơ đồ thay thế một phanhư hình vẽ và đưa ra một số giả thuyết sau:

Giả

thiết: + 3 pha của động cơ là đối xứng

+ Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vàonhiệt độ, điện trở rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto,mạch từ không bão hoà nên điện kháng X1, X2 không đổi

+ Tổng dẩn mạch từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá không phụthuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato động cơ

+ Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép

+ Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha

Trên sơ đồ thay thế ta có:

+ Uf1: Trị số hiệu dụng điện áp pha stato

+ I, I1, I2’: Các dòng điện từ hoá, dòng stato và dòng rôto đã qui đổi

về stato

+ X , X1 , X2’: Điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stato và điệnkháng tản rôto qui đổi về stato

+ R , R1 , R2’: Điện trở mạch từ hoá , cuộn dây stato và cuộn dây rôto

đã qui đổi về stato

+ s: độ trượt của động cơ

1 1

s  





 + 1: Tốc độ góc của từ trường quay hay tốc độ đồng bộ

1 1

2 f

p



+ f1: Tần số của điện áp nguồn đặt vào động cơ

+ p: số đôi cực từ của động cơ

Với: + I1nm: Dòng điện ngắn mạch stato

2 1

1 2

f nm

Đặc tính dòng điện được biểu diển như trên hình 1.7

 Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto:

Trong đó: Mđt: mô men điện từ của động cơ, nếu bỏ qua tổn thất thì

Mđt = Mcơ = MCông suất này chia làm hai phần:

+ Pcơ: Công suất cơ trên trục động cơ

+ P2: Công suất tổn hao đồng trong rôto

3I R M

' 2

nm

U M





Dấu (+) ứng với trạng thái động cơ

Dấu (-) ứng với trạng thái máy phát

 Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thể biểu diểnthuận tiện hơn bằng cách lập tỉ số giữa (9) và (11) ta được:

2 th(1 th)

th

th th

M

s s

+ Đối với động cơ công suất lớn thường R1 rất nhỏ so với Xnm nên có thể

bỏ qua R1 Nghĩa là coi R1 = 0 và asth = 0

+ Lúc này (12) trở thành:

2 th

th th

M M

s s

th

nm

R s

X



2 1 1

3 2

f th

nm

U M

Với: 2 th

th

M M







 Trong trường hợp này đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có giá trị

âm và gần như không đổi

 ssth thì bỏ qua sth/s lúc này:

2 M sth thM

s



2 1

2M s th th s







 Trong đoạn này độ cứng  dương và giá trị của nó biến đổi Động cơ

không đồng bộ không làm việc trên đặc tính này

I.3.Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ:

I.3.1.Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

'2 '

1 2 '

Ta thấy các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ

 Ảnh hưởng điện trở , điện kháng mạch stato: bằng việc nối thêm điện trởphụ R1f và X1f vào mạch stato

 Ảnh hưởng điện trở mạch rôto: đối với động cơ rô to dây quấn nối thêmđiện trở phụ R2f vào mạch stato

 Ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ

 Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới cấp cho động cơ

I.3.2.Ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ:

 Khi U1 giảm thì:

+ Mth giảm bình phương lần độ suy giảm của điện áp

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 16

+ 1 = const và sth = const.

+Ta có đặc tính cơ như hình 1.9

I.3.3.Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato:

Khi nối thêm điện trở hay điện kháng vào mạch stato thì:

I.3.4.Ảnh hưởng của số đôi cực p:

 Để thay đổi số đôi cực ở stato ta thường thay đổi cách đấu dây.Vì

1 1

số thông số như: Uf , R1 , X1 có thể thay đổi và do đó tuỳ từng trường hợp

sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mômen tới hạn

I.3.5.Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto:

 Đối với động cơ rôto dây quấn thường mắc thêm điện trở phụ vào mạch rô

to để hạn chế dòng khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ Khi đưa R2f vàothì:

 Lúc này:

1 '

f nm

nm

U I

hưởng của thay đổi tần số lưới điện:

 Xuất phát từ biểu thức 1 = 2f/p ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm thayđổi từ trường quay và tốc độ động cơ thay đổi

 Khi f1 f1đm từ (15) ta có:

2 1

38

th

nm

p U M

Rf

Mth

3 2 1 TN

I.4.Khởi động và cách xác định điện trở khởi động:

 Vấn đề khởi động là một trong những yêu cầu quan trọng của truyền động,với giá trị dòng điện khởi động lớn sẽ không cho phép về mặt chuyểnmạch và phát nóng của động cơ cũng như sụt áp trên lưới điện

 Đối với động cơ rôto dây quấn để hạn chế dòng khởi động cũng như tăngmômen khởi động ta đưa điện trở phụ vào mạch rôto trong quá trình khởiđộng sau đó loại dần điện trở phụ theo từng cấp Sau đây là nguyên lý vàđặc tính khởi động:

 Quá trình tính toán khởi động như sau:

+ Dựa vào các thông số của động cơ vẽ đặc tính cơ tự nhiên

+ Từ M1 và M2 dóng song song với trục tung cắt đặc tính tự nhiên tại a và

b, đường này cắt đường song song với trục hoành tại N Lấy N làm điểmxuất phát của các đặc tính khởi động

Hình 1.12.Khởi động ĐCKĐB rôto dây quấn bằng cách đưa điện trở

phụ vào mạch rôto khi khởi động

+ Ta đã biết:

2

f NT

I.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ.

Cho đến nay, người ta đã nghiên cứu rất nhiều về vấn đề điều chỉnh tốc độđộng cơ không đồng bộ, nhưng nhìn chung thì mỗi phương pháp đều có ưukhuyết điểm riêng của nó và chưa giải quyết được toàn bộ các vấn đề như: Phạm

vi điều chỉnh, năng lượng tiêu thụ, độ bằng phẳng khi điều chỉnh, thiết bị sửdụng,… Mặc dù vậy, nhưng ứng với từng yêu cầu cụ thể thì ta có thể đưa ra cácphương pháp điều chỉnh phù hợp, đáp ứng nhu cầu

Như vậy, để diều chỉnh tốc độ của động cơ này ta có thể điều chỉnh cácthông số (f, s và p) cũng có thể đáp ứng được một số yêu cầu nhất định

Trong công nghiệp thường sử dụng một số hệ truyền động điều chỉnh tốc độđộng cơ không đồng bộ như sau:

+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của đông cơ

+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto

+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi công suất trượt Ps (sơ đồ tầng) I.5.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số :

Để thực hiện được phương pháp này, ta dùng bộ biến tần để cung cấp chođộng cơ Sơ đồ nguyên lý như hình vẽ (1-3)

p

60.

n0  f hay 0 2.π.p

f ωSS 

Do vậy, bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp cho phần cảm, ta có thể điềuchỉnh tốc độ của động cơ Để làm được điều này người ta dùng bộ biến tần đểcung cấp cho động cơ

Khi thay đổi tần số thì trở kháng động cơ thay đổi, do đó kéo theo từthông, dòng điện … cũng thay đổi Cụ thể khi giảm tần số thì nguồn cảm kháng(X1 = 2f1) giảm làm cho dòng điện tăng lên Muốn động cơ không bị quá dòng

ta cần phải giảm điện áp theo sự giảm tần số

Người ta chứng minh được rằng, khi thay đổi tần số cần phải thay điện ápcấp cho phần cảm theo quy luật nhất định, tức là không bị quá dòng, hay điện áp

thay đổi sao cho hệ số quá tải M = th

c

M

M giữ nguyên không đổi thì động cơ sẽ

làm việc ở chế độ tối ưu như làm việc với các thông số định mức

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 22

Ub;fb

Ui;fi Bộ

biến tần

Như vậy : Đặc tính của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tần sốkhông những phu thuộc vào giá trị tần số mà còn phụ thuộc vào quy luật biến đổiđiện áp, nghĩa là phụ thuộc vào đặc tính phụ tải

Ta có đặc tính cơ như sau

Nhược điểm của của phương pháp này là giá thành cao

I.5.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi

16

f>fđm

hình1.14 (f 1 >f 2 >f 3 >…>f 16 )

Từ đó ta thấy n1 tỷ lệ nghịch với p, khi tần số không đổi nếu ta thay đổi

số đôi cực của động cơ thì ta sẽ thay đổi được tốc độ của động cơ đó

Dây quấn stato có thể nối thành bao nhiêu đôi cực thì tốc độ động cơ cóbao nhiêu cấp tương ứng

Ta có thể dùng phương pháp này tạo ra nhiều cấp thay đổi số đôi cực củadây quấn, nhưng thường dùng nhiều cho động cơ hai cấp tốc độ, có hai cách đấunhư sau:

Sơ đồ:

hình 1.16 Đấu nối dây quấn stato của động cơ từ Y YY

Để thay đổi số đôi cực p, người ta thay đổi cách đấu dây ở stato của động

cơ Những máy đặc biệt này người ta gọi là máy đa tốc độ, số đôi cực của động

cơ thay đổi bằng hai cách khác nhau:

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 24

- Cách thứ nhất: Dùng hai tổ đấu dây riêng biệt, mỗi tổ có hai số đôi cựcriêng, những động cơ cấu tạo theo cách này to và nặng Ưu điểm của cách nàytạo ra được hai cấp tốc độ khác nhau, không phụ thuộc nhau Tuy nhiên khi tổdây này làm việc thì tổ kia hoàn toàn bỏ không, nên không tận dụng được vậtliệu của máy điện.

- Cách thứ hai: Dùng một tổ dây quấn stato, nhưng mỗi pha được chia làmhai đoạn, từ đó sẽ thay đổi được p, tuy nhiên cách này phức tạp hơn và hai tốc

độ tạo ra lệ thuộc nhau Tuy nhiên những động cơ chế tạo theo cách này nhỏ,nhẹ hơn nhiều và tận dụng tốt vật liệu cấu trúc máy điện

 Nhận xét :

- Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, giá thành hạ, các dặc tính cơđều cứng, khả năng điều chỉnh triệt để Độ chính xác duy trì tốc độ cao,tổn thất trượt khi điều chỉnh không đáng kể

- Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là có độ tinh kém (nhảy cấp),dải điều chỉnh không rộng, kích thước của động cơ lớn hơn, nên đông cơ đa tốc

độ được chế tạo với công suất dưới (20÷30)kw như được sử dung trong một sốmáy cắt kim loại,bơm ly tâm, quạt gió

I.5.3.Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto dây quấn bằng cách thayđổi hệ số trượt (s)

Như ta đã biết, mômen của động cơ tỷ lệ thuận với bình phương điện ápđăt vào stato, phụ thuộc vào công suất trượt của động cơ, phụ thuộc vào điện trởrôto Như vậy, khi thay đổi các thông số này thì mômen cực đại của động cơ

cũng thay đổi, kéo theo hệ số trượt (s max ) thay đổi hay tốc độ ω max của nó thay đổi

Vậy điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi hệ số trượt (s) chính làthay đổi điện áp đặt vào stato, thay đổi công suốt trượt (sơ đồ tầng), thay đổiđiện trở mạch rôto

I.5.4 Thay đổi điện áp nguồn cấp vào stato của động cơ không đồng bộ:

Có nhiều cách điều chỉnh điện áp nguồn cấp vào stato động cơ không đồng bộ

 .Dùng biến áp tự ngẫu:

Biến áp tự ngẫu là một bộ biến đổi điện áp xoay chiều đặt vào stato đơngiản nhất

Hình 1.18 Các đặc tính điều chỉnh truyền động điện của động cơ không

đồng bộ dùng biến áp tự ngẫu.

 Nhận xét:

Hệ dùng máy biến áp tự ngẫu để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộkhông những có giá thành cao mà còn khó tự động hoá, do vậy các chỉ tiêu điềuchỉnh không cao, dẫn đến ít được dùng trong thực tế

Ngoài ra còn dùng cuộn kháng bão hào và dùng bộ biến đổi thysistor đểthay đổi nguồn cung cấp điện áp vào stator của động cơ

I.5.5.Điều chỉnh tốc độ động cơ rôto dây quấn bằng cách thay đổi công suất trượt

Nói chung, các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộbằng cách thay đổi các thông số của động cơ hoặc thay đổi các thông số củanguồn cấp đều có nhược điểm chung cơ bản là không tận dụng được tổn thấtcông suất trượt ở mạch rôto Ps = M.ω.s Tổn thất công suất trượt này trong hầuhết các trường hợp đều tiêu tán vô ích dưới dạng nhiệt trên điện trở rôto Vì vậy,chỉ tiêu năng lượng của các phương pháp này đều thấp Đối với những động cơkhông đồng bộ rôto dây quấn có công suất lớn hoặc rất lớn thì tổn thất công suấttrượt rất lớn

Do đó có thể không dùng được các thiết bị chuyển đổi và điều khiển ởmạch rôto

Việc sử dụng trực tiếp năng lượng ấy rất khó khăn, vì tần số dòng điệntrong rôto khác so với tần số lưới

Để vừa tận dụng được năng lượng trượt đó vừa điều chỉnh tốc độ động cơkhông đồng bộ rôto dây quấn người ta dùng sơ đồ tầng.

Sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 1.20a Sức điện động đưa vào sơ đồ tầng là xoay chiều

1.20b Sức điện động đưa vào sơ đồ tầng là một chiều

Nguyên lý điều chỉnh công suất trượt thường được áp dụng cho những truyềnđộng công suất lớn, khi đó làm việc tiết kiệm điện năng có ý nghĩa lớn

I.5.6 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto dây quấn bằng cáchthay đổi điện trở mạch rôto

Đối với động cơ rôto dây quấn người ta thường điều chỉnh tốc độ bằngcách thay đổi hệ số trượt s, việc điều chỉnh này được thực hiện ở phía rôto.Phương pháp này còn gọi là phương pháp biến trở Sơ đồ hệ điều chỉnh đượcbiểu diển như hình 1.21

Rf

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh điện trơ phụ trong mạch rôto.

Khi đưa điện trở phụ Rf vào mạch rôto của động cơ không đồng bộ, làmcho dòng điện trong rôto giảm xuống

Lúc này điện trở tổng một pha mạch rôto là: R = Rr + Rf

Trong đó: Rr () là điện trở một pha dây quấn rôto

Rf () là điện trở phụ một pha nối tiếp với rôto

Ta có, đặc tính điều chỉnh của động cơ khi thay đổi điện trở mạch rôto:

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 29

0

tn (Rf = 0)

Để điều chỉnh được điện trở mạch rôto ta có thể dùng các phương pháp sau:

- Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto bằng cách dùng con trượt

- Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto bằng cách dùng Côngtăctơ

- Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto bằng phương pháp xungđiện trở

Phương pháp này chỉ thích hợp với những động cơ điện rôto dây quấn vìđặc điểm của loại động cơ này là có thể thêm điện trở vào cuộn dây rôto Dùngtrong động cơ rôto dây quấn có thể đạt được mômen mở máy lớn đồng thời códòng điện mở máy nhỏ nên những nơi nào có dòng điện mở máy nhỏ thì dùngđộng cơ điện loại này

Nhược điểm của loại động cơ điện rôto dây quấn là rôto dây quấn chế tạophúc tạp nên đắt, bảo quản khó khăn, hiệu suất cũng thấp hơn rôto lồng sóc

I.6.Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm:

I.6.1.Hãm tái sinh:

 Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ  của rôto lớn hơn tốc độ đồng bộ 1 Khihãm tái sinh sức điện động stato E1 vẩn giữ chiều như cũ còn sức điệnđộng rôto E2 có chiều ngược lại vì lúc này   1 , các thanh dẩn rôto cắt

từ trường quay theo chiều ngược lại

 Dòng điện trong cuộn dây rôto được tính:

d c

 Khi hãm tái sinh thì s < 0 lúc này chỉ có thành phần tác dụng đổi chiều do

đó mô men đổi chiều Ở trạng thái này động cơ làm việc như máy phátđiện song song với lưới, trả công suất tác dụng về lưới và vẩn tiêu thụcông suất phản kháng để duy trì từ trường quay

+ Đặc tính cơ hãm tái sinh

bằng cách thay đổi tần số

+ Đoạn đặc tính hãm tái

tái sinh là các đoạn ao1,

bo2 , co3 , do4

+ Đặc tính cơ hãm tái sinh

với tải thế năng

+Đoạn đặc tính hãm tái

là đoạn - b

I.6.2.Hãm ngược: Có hai trường hợp

 Hãm ngược xảy ra khi đang làm việc

mà ta đóng vào mạch rôto điện trở

phụ đủ lớn, đoạn cd là đoạn đặc tính hãm ngược (Hình a)

 Hãm ngược xảy ra khi đang làm việc ta đổi thứ tự 2 trong 3 pha điện ápđặt vào động cơ, đoạn đặc tính hãm ngược là đoạn bc hoặc b’c’ (Hình b)

Hình 1-23 Đặc tính cơ khi hãm tái sinh.

MG

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 32

a)

Trong hai trường hợp trên thì:

1 1

+ Nên dòng điện rô to có giá trị lớn

+ Mặt khác f2 = s.f1 cũng sẽ lớn nên điện kháng X2’ lớn Do đó mômennhỏ

+ Vì vậy để tăng cường mômen hãm và hạn chế dòng điện rôto ta nên đưathêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rôto

I.6.3.Hãm động năng:

 Xảy ra khi động cơ đang quay cắt stato khỏi nguồn xoay chiều rồi đóngvào nguồn một chiều Có 2 dạng:

+ Hãm động năng kích từ độc lập, nguồn một chiều lấy từ bên ngoài Sơ

đồ nguyên lý như hình (a)

+ Hãm động năng tự kích, nguồn một chiều được tạo ra từ năng lượng màđộng cơ tích luỹ được Sơ đồ nguyên lý như hình (b) và (c)

 Khi cắt stato khổi nguồn xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều thìdòng một chiều này sinh ra từ trường đứng yên so với stato Với hãm độngnăng kích từ độc lập từ thông  có giá trị không đổi còn hãm động năng tựkích thì  có giá trị biến đổi

 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi hãm động năng kích từ độclập được biểu diển như trên hình vẽ.

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 34

k

H

Hình 1.25 Sơ đồ nguyên lý hãm động năng của ĐCKĐB

(c)

I.7.Điều chỉnh tốc độ truyền động điện:

 Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần tuýđiện tác động lên hệ thống truyền động điện (nguồn và động cơ điện) đểthay đổi tốc độ quay của trục động cơ

 Trong các hệ truyền động điện dùng rất nhiều phương pháp khác nhau để

ổn định tốc độ động cơ Sau đây ta xem xét một vài yếu tố và cũng lànhững chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật cơ bản

Trong đó: + i : Giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp i

+ i+1: Giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp (i+1)Phân loại: + Hệ điều chỉnh vô cấp 1, tức là hệ truyền động có thể

làm việc ổn định ở mọi giá trị trong suốt dải điều chỉnh + Hệ điều chỉnh có cấp là hệ chỉ làm việc ổn định ở một số giá

trị của tốc độ trong dải điều chỉnh

I.7.3 Dải điều chỉnh tốc độ:

 Dải điều chỉnh tốc độ hay còn gọi phạm vi điều chỉnh là tỉ số giữa giá trịlớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho

 max bị hạn chế bởi độ bền cơ học của động cơ

 min bị chặn dưới bởi yêu cầu về mômen khởi động, về khả năng quá tải và

về sai số tốc độ cho phép

I.7.4 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải:

 Với động cơ nói chung và ĐCKĐB rô to dây quấn nói riêng thì chế độ làmviệc tối ưu thường là chế độ định mức Khi điều chỉnh tốc độ cần lưu ý:dòng điện động cơ không vượt quá dòng định mức, đảm bảo khả năng quátải về mômen, đảm bảo yêu cầu về ổn định,…

 Vì vậy khi thiết kế hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ ta nên chọn hệtruyền động cũng như phương pháp điều chỉnh sao cho đặc tính điều chỉnhcủa hệ bám sát yêu cầu đặc tính của tải để đảm bảo tổn thất trong quá trìnhđiều chỉnh là nhỏ nhất

I.7.5 Chỉ tiêu kinh tế: Thể hiện ở vốn đầu tư, chi phí vận hành hệ thống và ởhiệu quả do áp dụng phương pháp điều chỉnh mang lại Trong chi phí vận hànhthì hệ số công suất cos ảnh hưởng không nhỏ

I.7.6 Các chỉ tiêu khác: Ngoài các chỉ tiêu chung ở trên, trong từng trường hợp

cụ thể còn dùng các chỉ tiêu khác như: độ trơn điều chỉnh, khả năng tự động hoá

hệ thống,…

I.7.7 Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh:

 Tổn thất năng lượng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượngcủa hệ Vì vậy việc tính toán tổn thất và khắc phục tổn thất là việc quanTrường Đại Học Quy Nhơn trang 36

trọng Để tính toán hoặc dự đoán tổn thất ở trạng thái nào đó, chỉ cần xácđịnh giá trị của các loại tổn thất trong hệ thống ở một chế độ làm việc xácđịnh mà thường là chế độ định mức, sau đó xác định tổn thất ở chế độkhác theo phương pháp tính đổi Sau đây là nguyên tắc tính toán tổn thấttrong máy điện quay.

+ Tổn thất nhiệt trong dây quấn: P  I2.+ Tổn thất trong mạch từ: do từ trễ  B2.f ; do dòng xoáy  B2.f2 Theo kinh nghiệm thì tổn thất trong mạch từ được tính gần đúngnhư sau: PFe  B2f1.3

+ Tổn thất cơ học do chuyển động và quạt gió:  3 + Tổn thất do ma sát:  

+ Tổn thất ở mạch lực có thể chia thành hai loại:

Tổn thất không đổi Po Tổn thất biến đổi phụ thuộc vào bình phương dòng điện Pcu

Với: R1: Điện trở dây quấn stato.

R2: Điện trở dây quấn rôto qui đổi về stato

 Khi thay đổi tốc độ từ 1 đến 2 trong khoản thời gian từ t1 đến t2 thì cóthể tính được tổn thất năng lượng từ phương trình chuyển động

Trong đó: + Tổn thất nhiệt không phụ thuộc vào đặc tính cơ mà chỉ phụ

thuộc vào giá trị tốc độ đầu và cuối

ĐIỆN TRỞ PHỤ MẠCH RÔTO

 ĐCKĐB nói chung có nhiều phương pháp để điều chỉnh như: điều chỉnh điện áp, điều chỉnh tần số,…Nhưng riêng động cơ không đồng bộ rôto dâyTrường Đại Học Quy Nhơn trang 38

quấn thì chỉ có một phương pháp phổ biến và hay dùng đó là phương phápđiều chỉnh điện trở phụ mạch rôto

 Khi mắc thêm điện trở phụ thì điện trở mạch rôto lúc này là:

R = Rd + Rf Trong đó: + Rf : Điện trở phụ mắc thêm vào mạch rôto

+ Rd : Điện trở dây quấn rôtoTheo (11) thì khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mô men tới hạn không thay đổi

Còn theo (10) thì độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở

 Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của ĐCKĐB là đoạn từ s = 0 đến s = sth là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có:

i d

Trong đó: + s : Độ trượt khi điện trở mạch rôto là Rr

+ si : Độ trượt khi điện trở mạch rôto là Rrd

Từ đó ta có biểu thức tính mômen ứng với điện trở mạch rôto là Rrd

2

i

I R M

s





Ta thấy: Nếu Ir = const thì M = const và không phụ thuộc vào tốc độ động

cơ Vì vậy phương pháp này sử dụng cho truyền động có mômen tảikhông đổi

 Sau đây ta xem xét phương pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằngphương pháp xung

II.1 Sơ đồ nguyên lý:

 Điện áp Ur được chỉnh lưu bởi cầu diot (CL), qua điện kháng lọc (L) cấpvào mạch điều chỉnh gồm Ro nối song song với khoá K Khoá K đượcđóng ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị trung bình của điện trởtoàn mạch

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 39

U r

C L

L

Ro

II.2 Phương pháp điều chỉnh:

 Khi K đóng  Ro ngắn mạch  Rf = 0

 Khi K mở  Ro được đưa vào mạch  Rf  Ro

 Với tần số đóng ngắt nhất định nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coinhư không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtđ trong mạch

 Nếu điều chỉnh được tỉ số giữa thời gian đóng (tđ) và thời gian mở (tm) ta

sẽ điều chỉnh được giá trị điện trở trong mạch rôto

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 40

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung trở rôto.