thiết kế hệ truyền động cho cân bằng định lượng, chương 4 ppt

Chương 4:Hệ truyền động điện động cơ KĐB dùng ph-ơng pháp điều chỉnh tần số Động cơ không đồng bộ ba pha KĐB đ-ợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung

Chương 4:

Hệ truyền động điện động cơ KĐB dùng

ph-ơng pháp điều chỉnh tần số

Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB) đ-ợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với các động khác Trong thời gian gần đây,

do sự phát triển cao của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động cơ KĐB mới khai thác các -u điểm của mình Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động T-Đ

Ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần

số nguồn cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc

độ và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ

động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nói riêng, có thể ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc nh- các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc độ cao nh- máy ly tâm, máy mài Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ và có thể làm việc trong nhiều môi tr-ờng Nh-ợc điểm cơ bản của hệ thống này là sơ đồ mạch điều khiển rất

ĐK

Biến tần

~3

ĐK

~

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ TĐĐ-ĐK điều chỉnh tần số.

phức tạp Đối với hệ thống này, động cơ không nhận điện từ l-ới chung mà từ một bộ biến tần Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau Th-ờng sử dụng hai loại biến tần trong việc điều chỉnh tốc độ là biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp (có sử dụng khâu trung gian một chiều) Hệ truyền động điện có thể sử dụng bộ biến tần trực tiếp hoặc gián tiếp

ba pha, cũng có thể dùng bộ biến đổi một chiều-xoay chiều thay

đổi tần số một pha hay ba pha

3.1 Biến tần trực tiếp (cycloconverter)

Có sơ đồ cấu trúc đơn giản hình 2.5 a Điện áp vào xoay chiều u1 (tần số f1) chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải với tần

số khác Vì vậy, loại biến tần này có hiệu suất biến đổi năng l-ợng cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng và cho phép thực hiện hãm tái sinh năng l-ợng mà không cần có mạch điện phụ Đồng thời, cũng có thể dễ dàng thực hiện điều chỉnh điện áp và tần số

đầu ra của biến tần trực tiếp với dạng sóng điện áp gần hình sin Tuy nhiên, sơ đồ mạch van khá phức tạp, số l-ợng van lớn đối với mạch ba pha Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ thuộc vào tần số vào f1, số pha đầu vào của nguồn và số khoảng dẫn của các van ở mỗi nhóm van

Vì thế, hiện nay chủ yếu sử dụng loại biến tần này với phạm vi

điều chỉnh tần số f2  f1 Mặc dù về nguyên tắc, có thể tạo biến tần

độ phức tạp sẽ tăng lên rất nhiều Biến tần trực tiếp hay đ-ợc dùng cho truyền động điện công suất lớn, tốc độ làm việc thấp, thí dụ để cung cấp cho các động cơ rotor lồng sóc, các động cơ rotor dây quấn cấp bởi hai nguồn, các động cơ đồng bộ

U1, f1~ Mạch van ~ U2, f2

a)

b)

U1, f1~ Chỉnh

Hình 2 5 Cấu trúc biến tần trực tiếp (a) và Biến tần gián tiếp(b)

3.2 Biến tần gián tiếp (có khâu trung gian ) – nghịch l-u độc lập

Sơ đồ cấu trúc đ-ợc trình bày trên hình 2.5b Trong loại biến tần này, điện áp xoay chiều đầu tiên đ-ợc chuyển thành điện áp một chiều nhờ bộ chỉnh l-u, sau đó đi qua bộ lọc rồi mới trả về điện áp xoay chiều với tần số f2 Việc biến đổi năng l-ợng hai lần làm giảm hiệu suất biến tần Song, loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dãng tần số ra f2 không phụ thuộc vào tần số vào f1 trong một dải rộng cả trên và d-ới f1 vì tần số ra chỉ phụ thuộc vào mạch điều khiển Hơn nữa, với sự ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kỹ thuật vi

xử lý và dùng van lực là các loại transistor đã cho phép phát huy tối

đa các -u điểm của loại biến tần này Vì vậy, đa số các biến tần hiện nay là biến tần nghịch l-u độc lập với nguồn cung cấp là nguồn dòng hoặc nguồn áp Tuy nhiên, nếu sử dụng van thyristor vẫn còn một số khó khăn nhất định khi giải quyết vấn đề khoá van

 Biến tần nguồn dòng: Trong các hệ truyền động điện điều

chỉnh động cơ xoay chiều, nguồn dòng th-ờng đ-ợc sử dụng cho các hệ thống công suất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van bán dẫn là các van điều khiển hoàn toàn Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đ-ợc sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc.Biến tần nguồn dòng có -u điểm là tăng

đ-ợc công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện

hãm tái sinh động cơ Khi làm việc với tải là động cơ xoay chiều thì điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm chuyển mạch dòng điện chuyển mạch giữa các pha Trong thực tế, th-ờng

sử dụng các van điều khiển không hoàn toàn, vì vậy cần có các mạch khoá c-ỡng bức các van đang dẫn, bảo đảm chuyển mạch dòng điện giữa các pha một cách chắc chắn trong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng

 Biến tần nguồn áp: Nghịch l-u điện áp có đặc điểm dạng

điện áp ra tải đ-ợc định hình sẵn còn dạng dòng điện ra tải lại phụ thuộc vào tính chất tải Nguồn áp đ-ợc tạo ra bằng một bộ chỉnh l-u với đầu ra đ-ợc nối song song với một tụ điện có giá trị đủ lớn

để đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi và để trao đổi công suất phản kháng với điện cảm tải của động cơ Điện áp ra của nghịch l-u điện áp không có dạng hình sin mà đa số là dạng xung chữ nhật Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải đ-ợc thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch l-u Ph-ơng pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào l-ới điện

Đặc điểm của ph-ơng pháp điều khiển động cơ KĐB roto lồng sóc bằng thiết bị biến tần nguồn áp

Với điện áp không đổi ,khi điều chỉnh tần số từ thông trong máy

sẽ thay đổi theo Cụ thể là khi tăng tần số thì từ thông trong máy sẽ giảm ,khi đố muốn giũ mômen không đổi thì phải tăng dòng điện

lên,làm cho động cơ quá tải về dòng.Ng-ợc lại hi giảm tần số thì từ thông trong trong máy tăng len và mạch từ bị bão hoà,điều đó dẫn

đến tăng dòng từ hoá ,tăng tổn hao sắt từ và đốt nóng máy điện Vì vạy khi điều chỉnh tần số cần phải điều chỉn cả điện apsddawtj vào dây quấn stato để đạt đ-ợc chế độ làm việc tối -u.Đối với hệ thống biến tần ngồn áp th-ờng có yeu cầu giữ cho khả năng quá tải

về momen là không đổi:

M th

M

l = = conts

Với đặc tính cơ can máy sản xuất là: 0

0

c dm

dm

w

w

ổ ửữ

ữữ

ỗố ứ

Ta có luật điều chỉn điện áp:

1

X

dm dm

+

ổ ửữ

= ỗỗ ữ

ữữ

ỗố ứ muốn xác định đ-ợc luật điều chỉnh nayfta phái xác định đ-ợc đặc tính cơ can máy sản xuất Việc đó th-ờng khó và không chính xác Ph-ơng pháp điều khiển véc tơ mà ta chọn làm ph-ơng án thiết kế

sẽ đáp úng đ-ợc mọi điều kiện vơi chế độ làm việc tối -u nhất

Kết luận :

Trong hệ thống truyền động điện điều khiển tần số, ph-ơng pháp điều khiển theo từ thông rôto có thể tạo ra cho

động cơ các đặc tính tĩnh và động tốt Các hệ thống điều

khiển điện áp/ tần số và dòng điện/ tần số tr-ợt đã đ-ợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệ

Để truyền động cho hệ thống cân băng định l-ợng ta sử dụng ph-ơng pháp điều chỉnh tần số cho động cơ điện KĐB roto lồng sóc bằng thiết bị biến tần nguồn áp

Điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ

Một số hệ thống yêu cầu chất l-ợng điều chỉnh động cao thì các ph-ơng pháp điều khiển kinh điển khó đáp ứng đ-ợc

Hệ thống điều khiển định h-ớng theo từ tr-ờng còn gọi là

điều khiển vectơ, có thể đáp ứng các yêu cầu điều chỉnh trong chế độ tĩnh và động.Nguyên lý điều khiển vectơ dựa trên ý t-ởng điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ t-ơng

tự nh- điều khiển động cơ một chiều Ph-ơng pháp này đáp ứng đ-ợc yêu cầu điều chỉnh của hệ thống trong quá trình quá độ cũng nh- chất l-ợng điều khiển tối -u mômen Việc

điều khiển vectơ dựa trên định h-ớng vectơ từ thông rôto có thể cho phép điều khiển tách rời hai thành phần dòng stator,

từ đó có thể điều khiển độc lập từ thông và mômen động cơ Kênh điều khiển mômen th-ờng gồm một mạch vòng điều chỉnh tốc độ và một mạch vòng điều chỉnh thành phần dòng

điện sinh mômen Kênh điều khiển từ thông th-ờng gồm một mạch vòng điều chỉnh dòng điện sinh từ thông Do đó hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ có thể tạo

đ-ợc các đặc tính tĩnh và động cao, có thể so sánh đ-ợc với

động cơ một chiều