Thiết kế hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn bằng thyristor

Ngày nay động cơ điện có mặt ở khắp nơi trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt là trong công nghiệp. Khi động cơ điện được đưa vào ứng dụng rộng rãi thì việc thiết lập một hệ thống tự động điều chỉnh để đạt được sự tối ưu về các chỉ tiều kinh tế, kỹ thuật là một vấn đề quan trọng. Với việc ứng dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử tin học, các hệ truyền động điện được phát triển và có những thay đổi đáng kể. Đặc biệt, do công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyền động điện không những đáp ứng được yêu cầu tác động nhanh, độ chính xác cao mà còn góp phần làm giảm kích thước và hạ giá thành của hệ truyền động.Mặc dù là một lĩnh vực tương đối hẹp nhưng truyền động điện xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn luôn luôn có những vấn đề hết sức hấp dẫn và cũng rất phức tạp. Vì vậy, với đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn bằng Thyristor” em không có tham vọng đi sâu vào tất cả các vấn đề của lĩnh vực này. Những kết quả được trình bày trong bản đồ án môn tốt nghiệp này mới chỉ là những kết quả bước đầu. Trong nội dung nghiên cứu của bản đồ án này, em đã thực hiện được các nhiệm vụ sau:Tổng quan các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha.Lựa chọn và tính toán mạch động lực.Lựa chọn và tính toán mạch điều khiển.Tổng hợp hệ thống điều khiển hai mạch vòng.Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn.Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Nguyễn Trung Sơn, đã tận tình hướng dẫn và cho nhiều ý kiến đóng góp quý báu, tới tập thể Bộ môn Thiết Bị Điện Điện Tử trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và các bạn sinh viên đã tạo những điều kiện nghiên cứu tốt nhất trong suốt thời gian thực hiện bản đồ án tốt nghiệp này.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay động cơ điện có mặt ở khắp nơi trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt là trong công nghiệp Khi động cơ điện được đưa vào ứng dụng rộng rãi thì việc thiết lập một hệ thống tự động điều chỉnh để đạt được sự tối ưu về các chỉ tiều kinh tế, kỹ thuật là một vấn đề quan trọng.

Với việc ứng dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử

- tin học, các hệ truyền động điện được phát triển và có những thay đổi đáng kể Đặc biệt, do công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyền động điện không những đáp ứng được yêu cầu tác động nhanh, độ chính xác cao

mà còn góp phần làm giảm kích thước và hạ giá thành của hệ truyền động.

Mặc dù là một lĩnh vực tương đối hẹp nhưng truyền động điện xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn luôn luôn có những vấn đề hết sức hấp dẫn và cũng rất phức tạp Vì vậy, với đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn bằng Thyristor” em không có tham vọng đi sâu vào tất cả các vấn

đề của lĩnh vực này Những kết quả được trình bày trong bản đồ án môn tốt nghiệp này mới chỉ là những kết quả bước đầu Trong nội dung nghiên cứu của bản đồ án này, em đã thực hiện được các nhiệm vụ sau:

Tổng quan các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng

bộ ba pha.

Lựa chọn và tính toán mạch động lực.

Lựa chọn và tính toán mạch điều khiển.

Tổng hợp hệ thống điều khiển hai mạch vòng.

Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Nguyễn Trung Sơn, đã tận tình hướng dẫn và cho nhiều ý kiến đóng góp quý báu, tới tập thể Bộ môn Thiết Bị Điện - Điện Tử trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và các bạn sinh viên đã tạo những điều kiện nghiên cứu tốt nhất trong suốt thời gian thực hiện bản đồ án tốt nghiệp này.

CHƯƠNG I

2

TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

A MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

I Khái quát về động cơ không đồng bộ ba pha

Trong quá trình khai thác sử dụng các tài nguyên thiên nhiên phục vụcho nền kinh tế quốc dân nói riêng và các hoạt động của xã hội nói chung,không thể không nói đến sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạngkhác Trong đó, động cơ điện là thiết bị biến đổi từ điện năng thành cơ năng

có vai trò rất to lớn trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng vàrất nhiều lĩnh vực khác

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ và kỹ thuật hiện đại Đặcbiệt trong lĩnh vực điện tử và bán dẫn công suất (transistor công suất,tiristor, triac…) đã tạo điều kiện cho việc sử dụng các động cơ điện có hiệuquả và đưa ra nhiều phương án để lựa chọn những loại động cơ thích hợp

Hiện nay, động cơ điện không đồng bộ được sử dụng rộng rãi chiếm

tỷ lệ rất cao với mức công suất nhỏ từ vài chục W đến mức công suất trungbình hàng trăm kW Với những ưu điểm nổi bật của nó như: giá thành hạ(chỉ bằng 1/6 động cơ điện một chiều khi có cùng công suất), làm việc tincậy chắc chắn, hiệu suất cao… Ngoài ra động cơ không đồng bộ còn dùngtrực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bịbiến đổi kèm theo, đỡ phức tạp cho hệ thống Các lĩnh vực ứng dụng củađộng cơ không đồng bộ như:

Trong công nghiệp thường dùng làm nguồn lực cho máy cán thép loạivừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ … Tronghầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng trong cáctrạm bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống sinh hoạt hàngngày, động cơ điện không đồng bộ cũng chiếm một vị trí rất quan trọng nhưlàm quạt gió, máy bơm nước, tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ… Cùng với sựphát triển của nền sản xuất điện khí hoá và tự động hoá thì phạm vi ứngdụng của động cơ không đồng bộ ngày càng được cải thiện và mở rộng

Tuy nhiên, với mỗi loại động cơ đều có những nhược điểm riêng của

nó Đối với động cơ không đồng bộ bên cạnh những ưu điểm kể trên nó cómột số nhược điểm sau: Đặc tính điều chỉnh không tốt, cos thấp, khống chếcác quá trình quá độ khó khăn Riêng đối với động cơ rô to lồng sóc có đặc 4

tính khởi động tương đối xấu Chính vì những lý do đó nên ứng dụng của nótrong một số điều kiện cụ thể còn có phần bị hạn chế.

Nói tóm lại, với những ưu điểm nổi bật của động cơ không đồng bộthì việc ứng dụng nó trong những lĩnh vực của cuộc sống ngày càng đượcphát triển và cải tiến về mọi mặt

II Mạch điện thay thế

Nói chung, trên stato của động cơ không đồng bộ có dây quấn m1 pha(thường m1 = 3), trên rôto có dây quấn m2 pha (m2 = 3 đối với động cơ rôtodây quấn; còn đối với động cơ rôto lồng sóc thì m2 > 3) Như vậy trong động

cơ không đồng bộ có hai mạch điện không nối với nhau và giữa chúng chỉ

có sự liên hệ về cảm ứng từ Sau khi đã phân tích các quan hệ điện từ ta cóđược hệ phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ lúc rôto quay nhưsau:

;ZI

=E-

;I

='I+I

;E

='E

);

jx'+s

r'('I-'E

=0

);

jx+(rI+E-

=U

m 0

• 1

•

0

• 2

• 1

•

1

• 2

•

2

2 2

• 2

•

1 1 1

• 1

• 1

•

(I)

Dựa vào các phương trình cơ bản trên, ta có thể thiết lập được mạchđiện thay thế hình T cho động cơ không đồng bộ khi rôto quay như sau:

Thường để thuận lợi cho tính toán, người ta biến đổi mạch điện thaythế hình T thành mạch điện thay thế hình à đơn giản hơn:

Z1



;

m 1

• 1

• 00

•

ZC

U

=

I gọi là dòng điện không tải lý tưởng, nghĩa là dòng điện

không tải ứng với lúc s = 0;

1

• 2

• 2

•

C

'I-

Như vậy:

Do vậy ta có thể có mạch điện thay thế đơn giản hơn nữa:

III Đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ

Từ sơ đồ mạch điện thay thế hình à đơn giản hóa, trị số hiệu dụng củadòng điện rôto đã quy đổi về stato I’2 là:

;'I

=''

• 2

•

;I

=I-I

=''I-I

='

• 2

• 1

• 2

• 1

• 00

•

(II)

8

Hình 3 Mạch điện thay thế hình à đơn

giản hóa của động cơ không đồng bộ.

2 1

f 2

x)s

'rr

U'

I







Trong đó: M đt – mômen điện từ của động cơ

Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì Mđt = Mcơ, ta ký hiệu:

Mđt = Mcơ = M

Công suất đó được chia làm hai phần: công suất đưa ra trục động cơ

Pcơ và công suất tổn hao trong rôto P2 nghĩa là:

2

2 2

2 =3I' r'P



Hình 4 Đặc tính cơ của động cơ không

đồng bộ.

 (s=s th )

0 2

2 2



=

Thay (1) vào phương trình trên ta có phương trình đặc tính cơ:

Kết hợp với phương trình tốc độ  = 0 (1 – s) ta có dạng đường congđặc tính cơ:

10

]x+)s

'r+r[(

'rU3

=M

2 nm 2

2 1 0

2

2 f



(2)

r2

U3M

2 nm

2 1 1

0

2 f th

++

2 2

th

nm 1

2

2 1 1

2

xr

'r)

'xx(r

'rs

s

M2M

th th

th

th th

as 2 + s

s + s s

as + 1 M 2

= M

Trong động cơ không đồng bộ thường r1  r’2 mà sth = 0,1  0,2 nên

ta có thể coi asth  0 khi đó ta có dạng biểu thức Klôx:

th

x

' r

s 2



nm 0

2 f th

x2

U3M

s hệ số trượt của động cơ.

Do đó ta có:

s)-1(p

f

2 1

 = (7)

Từ phương trình trên ta thấy, muốn thay đổi tốc độ động cơ không

đồng bộ  ta có thể thực hiện bằng cách thay đổi các thông số: tần số nguồn

f1, số đôi cực p và hệ số trượt s Tương ứng với sự điều chỉnh các thông số

trên ta có các phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ:

I Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số

1 Nguyên lý điều chỉnh

Tần số của lưới điện quyết định giá trị tốc độ góc của từ trường quay

trong máy điện, do đó bằng cách thay đổi tần số dòng stato ta có thể điều

chỉnh được tốc độ của động cơ Để thực hiện phương pháp điều chỉnh này ta

1 1

• 1

• 1

• 1

•

Z I - U

= f c

dùng bộ nguồn biến tần BT để cung cấp cho động cơ Sơ đồ tổng quát của hệnhư sau:

Máy điện được chế tạo để hoạt động ở tần số định mức nên khi thay

đổi tần số chế độ làm việc của máy điện cũng bị thay đổi vì tần số có ảnhhưởng trực tiếp đến từ thông của máy điện Quan hệ này có thể được phântích nhờ phương trình cân bằng điện áp đối với mạch stato của máy điện:

độ lại dẫn đến từ thông tăng lên làm tăng mức độ từ hoá lõi thép, tăng tổnhao thép và làm nóng máy điện.

Như vậy khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số thì ta cũngphải thay đổi điện áp một cách tương ứng

Người ta chứng minh được rằng, khi thay đổi tần số, nếu đồng thời điềuchỉnh điện áp sao cho hệ số quá tải của động cơ không thay đổi

)constM

/

M

mức tối ưu giống như khi làm việc ở thông số định mức Khi đó hiệu suất vàcosj của máy trong toàn dải điều chỉnh gần như không đổi

2 Các đặc tính điều chỉnh

Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tần số khôngchỉ phụ thuộc vào tần số mà còn phụ thuộc vào quy luật thay đổi điện áp,nghĩa là còn phụ thuộc đặc tính của phụ tải

Hình 6 Các đặc tính điều chỉnh khi điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng tần số với các loại tải khác

3 Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cáchthay đổi tần số có các ưu, nhược điểm sau:

 Ưu điểm

 Dải điều chỉnh tốc độ D lớn

tiếp từ lưới điện, do đó không cần các thiết bị biến đổi, nó sửdụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có kết cấu đơngiản, vững chắc, giá thành rẻ, có thể làm việc trong mọi môitrường

 Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng biến tần có thể hãm tái sinhcho nên nguồn xoay chiều này có thể làm việc ở cả 4 góc tọađộ.

 Nhược điểm

 Bộ biến tần có giá thành đắt do sử dụng nhiều linh kiện bándẫn và mạch điều khiển điện tử

 Phạm vi ứng dụng

song phạm vi ứng dụng của nó phụ thuộc nhiều vào yếu tốkinh tế Do vậy, trong thực tế biến tần thường được sử dụngkhi có nhiều động cơ cùng thay đổi tốc độ theo một quy luậtchung Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ít được sửdụng cùng với biến tần do biến tần có thể điều chỉnh tốc độđộng cơ không đồng bộ rôto lồng sóc một cách dễ dàng

II Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực

Khi thay đổi số đôi cực p của máy điện không đồng bộ, tốc độ từtrường quay thay đổi và do đó tốc độ động cơ rôto cũng biến đổi theo Quan

hệ đó thể hiện trong biểu thức tốc độ sau:

18

f2



Động cơ đa tốc thường có rôto lồng sóc, vì rôto này có khả năng tựbiến đổi số cực rôto theo stato Do đó, số cực, điện trở và điện kháng rôto tựthay đổi nhịp nhàng với stato Đối vơi động cơ không đồng bộ rôto dâyquấn, phương pháp này hiếm khi được sử dụng vì khi thay đổi số cực stato

ta đồng thời phải thay đổi số cực rôto, làm cho cấu trúc động cơ rất phức tạp

III Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện

'r+r[(

'rU3

=M

2 nm 2

2 1 0

2

2 f



Ta thấy, có thể làm biến dạng đặc tính cơ bằng cách nối vào mạchstato một điện trở phụ hoặc một điện kháng phụ Trong thực tế, việc dùngđiện trở phụ có hiệu quả rất kém do có tổn hao trên bản thân nó, nên ít được

sử dụng Sơ đồ nguyên lý và các đặc tính điều chỉnh của động cơ khôngđồng bộ ba pha khi dùng kháng trong mạch stato như sau:

Từ mạch điện thay thế hình à đơn giản hóa của động cơ không đồng

bộ ta thấy, khi nối kháng vào mạch stato, dòng điện stato và rôto đều giảmxuống, do đó mômen M của động cơ giảm xuống và trở nên nhỏ hơn mômentải Mc nên hệ sẽ giảm tốc Kết quả là động cơ sẽ chuyển sang làm việc xáclập ở tốc độ thấp hơn tốc độ cơ bản

20

Hình 7 Sơ đồ nguyên lý v các à các đặc tính điều chỉnh của động cơ không đồng bộ khi dùng kháng trong mạch trong mạch stato (x

Từ phương trình (3) và (4) ta thấy, khi mắc thêm cuộn kháng vàostato, khi đó điện kháng ngắn mạch xnm tăng và do đó, độ trượt tới hạn sthvàmômen tới hạn Mthđều giảm như trên hình 7.

b Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cáchđiều chỉnh cuộn kháng ở mạch stato có những ưu, nhược điểm sau:

 Ưu điểm

điều khiển dễ dàng, chi phí vận hành và sửa chữa thấp

 Nhược điểm

được tốc độ không tải lý tưởng 0

 Càng điều chỉnh sâu, mômen tới hạn và độ trượt tới hạn càngnhỏ, do đó khả năng mang tải càng kém và độ ổn định tĩnhcũng như động của hệ càng thấp

điều chỉnh khá nhỏ

 Các chỉ tiêu năng lượng đều xấu, hiệu suất giảm rất nhanhkhi giảm tốc độ và hệ số công suất cos thấp do nối thêmkháng.

 Phạm vi ứng dụng

Phương pháp này có thể ứng dụng cho cả động cơ khôngđồng bộ rôto lồng sóc và rôto dây quấn nó có nhiều nhượcđiểm do đó ít được dùng trong thực tế

2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào stato

a Nguyên lý điều chỉnh

Để điều chỉnh điện áp người ta dùng bộ nguồn BĐ có điện áp ra thayđổi tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển Uđk với sơ đồ nguyên lý hình 8

22

Hình 8 Sơ đồ tổng quát của hệ truyền động điện không

đồng bộ có điều chỉnh điện áp nguồn.

=s

=s

U.M

=M

tn th u th

2 b th u

th

Khi thay đổi điện áp lưới, ví dụ khi giảm xuống còn x lần (x < 1) điện

áp định mức (U1 = xUđm) thì mômen sẽ giảm xuống còn x2 lần M = x2Mđm.Nếu mômen tải không đổi thì tốc độ giảm xuống còn hệ số trượt tăng lên

Theo công thức về mômen M = cmI’2, trong đó cm là hằng số, thì khi điện áp lưới U1 = xUđm, thì sức điện động E và từ thông  cùng bằng x lần giá trị ban đầu và I’2 tăng lên 1/x lần Vì hệ số trượt:

1 2

2 2 1 t

®

2 cu

M

'r'Im

=P

P

=s

nên hệ số trượt s sẽ bằng 1/x2 lần hệ số trượt cũ và tốc độ động cơ điện ở

điện áp U1 =xU® m sẽ là:

)x

s-1(n

=

Khi điện áp khác với giá trị định mức, mômen tới hạn Mth sẽ thay đổiđổi tỷ lệ với bình phương điện áp, còn độ trượt tới hạn sth thì giữ nguyên,nghĩa là:

Đặc tính điều chỉnh có dạng như sau:

b Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng

 Ưu điểm

Phương pháp này cho phép tự động hóa hệ thống và cải thiện các đặctính điều chỉnh

 Nhược điểm

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng điện áp

có nhược điểm là làm việc không ổn định do hệ thống nhạy với sự thay đổicủa điện áp

Phương pháp này thích hợp với truyền động mà mômen tải là hàmtăng theo tốc độ như: quạt gió, bơm ly tâm.

IV Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto

1 Nguyên lý điều chỉnh

Khi thay đổi điện trở mạch rôto (bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf

đổi, dẫn đến tốc độ của động cơ cũng thay đổi Sơ đồ nguyên lý và đặc tính

cơ của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh bằng phương pháp này nhưsau:

Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với đặc tính tự nhiên có tải là

Mc và tốc độ là 1, điểm làm việc là điểm a trên đồ thị hình 10 Để điềuchỉnh tốc độ ta đóng một điện trở Rf vào cả ba pha rôto, khi đó điện trở mỗi

pha rôto là R2 =r2 +Rf Điện trở rôto tăng, từ sơ đồ mạch điện thay thế hình

Hình 10 Sơ đồ nguyên lý v à các đặc tính cơ của động

cơ không đồng bộ điều chỉnh bằng điện trở.

U

R f

a' b

 đơn giản hóa ta thấy dòng điện stato I1 giảm đột biến và do đó mômen củađộng cơ cũng giảm Do quán tính của động cơ nên tốc độ không thay đổi độtngột Điểm làm việc chuyển từ điểm a đến điểm b Tại thời điểm đó, M < Mc

nên hệ giảm tốc Mặt khác, theo quan hệ (7), vì tốc độ giảm, độ trượt tăngnên suất điện động cảm ứng trong rôto E2 tăng lên Do đó, dòng điện ở rôto

và mômen động cơ lại tăng cho đến khi M = Mc thì hệ xác lập nhưng với tốc

độ mới 2 < 1 Trạng thái này ứng với điểm a’ trên đặc tính điều chỉnh

Từ phương trình (3) và (4):

26

)xr

r2

U3M

2 nm

2 1 1

0

2 f th

++

2 2

th

nm 1

2

2 1 1

2

x r

' r )

' x x ( r

' r s

điều khiển dễ dàng, chi phí vận hành và sửa chữa thấp.

máy cho động cơ

Từ các ưu, nhược điểm trên, đây là một phương pháp được

sử dụng rộng rãi, mặc dù đây không phải là phương pháp

Hình 11 Sơ đồ nguyên lý khi đưa sức điện động phụ v o à các

mạch rôto của động cơ không đồng bộ để điều chỉnh tốc độ

của nó trong sơ đồ nối tầng.

§

§

E f 

E f 

kinh tế nhất Nó được ứng dụng nhiều trong điều khiển tốc

độ động cơ không đồng bộ rôto dây quấn Phương pháp nàyđược sử dụng trong các hệ thống có các động cơ khôngđồng bộ làm việc ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại, và thíchhợp với các hệ thống yêu cầu tốc độ không cao như cần trục,cầu trục…

V Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng sơ đồ nối tầng

1 Nguyên lý điều chỉnh

Điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ trong các sơ đồ nốitầng được thực hiện bằng cách đưa vào rôto của nó một sức điện động Ef.Sức điện động phụ này có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với sức điệnđộng cảm ứng trong mạch rôto E2 và có tần số bằng tần số rôto Sức điệnđộng phụ có thể là xoay chiều hoặc một chiều như sơ đồ nguyên lý sau:

28

E-E

=

• 2

• 2

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ trong các sơ đồ này như sau:Giả thiết Đ làm việc ở trạng thái động cơ nghĩa là nó tiêu thụ nănglượng từ lưới và sinh năng lượng trượt ở mạch rôto Ps M0s Khi đưa Ef

vào, dòng điện rôto khi đó

Ta giả thiết Mc = const và động cơ đang làm việc xác lập trên đặc tínhứng với một giá trị Ef nào đó Nếu tăng Ef lên thì dòng I2 giảm, mômen điện

từ của động cơ giảm và có giá trị nhỏ hơn mômen Mc, nên tốc độ của động

cơ giảm Khi tốc độ giảm, độ trượt tăng làm cho E2 = E2nms tăng lên Kết quả

thiết bị nối tầng cân bằng với mômen Mc thì quá trình giảm tốc kết thúc,động cơ làm việc với tốc độ nhỏ hơn trước

Khi | E2 | = | Ef |, I2 = 0 động cơ có tốc độ không tải lý tưởng 0lt Khi

Ef = 0 động cơ làm việc trên đặc tính gần đặc tính tự nhiên

2 Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng

Kết luận:

Từ việc phân tích các ưu, nhược điểm của các phương pháp điều chỉnhtốc độ động cơ không đồng bộ với động cơ trong yêu cầu của đồ án là động

cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn ta thấy phương pháp điều chỉnh tốc

độ dùng điện trở xung rôto là thích hợp nhất

2 nm 2

2 1

f 2

x+)s

'r+r

U

='I

Hiệu suất của động cơ:

%75,74

=

%10074,0.6,20.380.3

10.5,7

=

%100cos

IU3

P

=

3 m

® m

® 1

=s

60f

np-1

=s

Như vậy, ta thấy khi p = 4 và khi đó s = 0,073 là hợp lý

Sức điện động của rôto khi quay ở tốc độ định mức:

V542,18

=254.073,0

=E

sE

=E

2

20 2

Từ sơ đồ mạch điện thay thế hình 3, trị số hiệu dụng của dòng điệntrong dây quấn rôto đã quy đổi về stato:

32

Tỷ số biến đổi điện áp:

42,1

=254

380.95,0

=k

E

U95,0

=E

E

=k

e

20

1 20

1 e

=k

R f

U 1 =380V

~AP K RN

§

Hình 12 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực hệ điều

chỉnh xung điện trở rôto.

A759,15

=065,2+)073,0

932,0+04,1(

220

='I

2 2

2

Dòng điện định mức trong dây quấn rôto:

A377,22

=759,15.42,1

=I

'I.k

=I

2

2 i 2

B LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC

Động cơ trong yêu cầu của bài toán thiết kế là loại động cơ ba pha sửdụng điện áp U1 = 380 V với tần số f1 = 50 Hz và điều chỉnh tốc độ động cơbằng cách điều chỉnh xung điện trở mạch rôto Do vậy, động cơ được mắctrực tiếp vào lưới điện ba pha có điện áp U1 = 380 V với tần số f1 = 50 Hz

Ta điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnhđiện trở phụ mắc vào mạch rôto Hệ thống điện trở phụ bao gồm ba biến trở

dụng biến trở trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ là một phương pháp đơngiản nhưng có nhiều nhược điểm Phần lớn các nhược điểm đều liên quanđến dạng đặc tính cơ mềm và dùng điện trở nhiều cấp trong mạch lực

34

K R

R f - điện trở điều chỉnh mạch rôto.

I Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto

Để khắc phục một số nhược điểm quan trọng trên và mở ra khả năng

tự động hóa hệ thống, người ta dùng phương pháp điều chỉnh xung điện trở.Đây là một phương pháp phát triển của phương pháp biến trở Sơ đồ nguyên

lý của phương pháp này như sau:

36

K R

R x

CL

Đ

Sơ đồ này chỉ khác sơ đồ hình 10 ở chỗ sử dụng “điện trở xung” Rx

Để dùng Rx ta dùng một điện trở có giá trị không đổi R và một khóa K đóngcắt theo chu kỳ

Nếu khóa K là lý tưởng, nghĩa là khóa có điện trở bản thân khi đóng

là Kkh= 0 và khi cắt là Rkh= , thì khi K đóng Rx= 0, và khi K cắt Rx=R Nhưvậy, điện trở phụ trong mạch rôto thay đổi theo chu kỳ từ 0 đến R và trongmạch rôto từ r2 đến r2+R

Điện trở điều chỉnh trong trường hợp này sẽ có một giá trị tươngđương nằm giữa 0 và R Nó phụ thuộc vào tương quan giữa các thời gianđóng tđ và thời gian cắt tc của khóa Giá trị đó quyết định độ cứng của đặctính cơ biến trở và trị số tốc độ của truyền động điện

Trong thực tế, việc dùng cả ba điện trở xung ở trong mạch rôto làmcho mạch điều khiển phức tạp và khó điều chỉnh Vì vậy, ta thường dùngmột điện trở xung Rx và một bộ chỉnh lưu có sơ đồ như sau:

Bộ chỉnh lưu CL không cần yêu cầu cao về điện áp, do đó ta chọn sơ

đồ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển Sơ đồ nguyên lý như sau:

38

K R

Để dựng đặc tính cơ, ta phải tính đổi mạch một chiều với điện trởtương đương Rtđ thành mạch xoay chiều ba pha với điện trở Rf trong mỗipha, nghĩa là ta phải quy đổi mạch điện hình 13 thành dạng mạch điện hình

10 Cơ sở để tính đổi là nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở của hai trường hợpphải bằng nhau

Đối với sơ đồ hình 13, tại mỗi thời điểm dòng điện Iđ đều chạy qua haipha rôto và mạch điện một chiều Do đó:

)R+r2.(

I.k

=)R+r2.(

® t

2

1

=R

K cl - hệ số biến đổi phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu, đối với sơ đồ

chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển =1,23

I

I

=k

I3

=)R+r2.(

I.k

=)R+r2.(

=23,1

 Điện trở tương đương

Ta có thể xác định điện trở tương đương Rtđ khi điều chỉnh xung mộtcách gần đúng trên nguyên tắc đẳng trị nhiệt

40