Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ SỬ DỤNG BIẾN TẦN IE5 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU RỘNG XUNG.

Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ là quá trình thay đổi tốc độ động cơ theo ý chủ quan của con người phục vụ các yêu cầu công nghệ.. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ a Khi m

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH

Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐÔNG BỘ SỬ DỤNG BIẾN TẦN

IE5 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU RỘNG XUNG.

Sinh viên thực hiện: Lại Thanh Tùng

Mã sinh viên: DTC16HD5103010009 Lớp: KT ĐCN-K15A

Giảng viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Ngọc Ánh

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây lĩnh vực điều khiển và truyền động điện đã pháttriển mạnh mẽ Đặc biệt với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, người ta đã khaithác được tất cả những ưu điểm vốn có của động cơ không đồng bộ Với đồ án này

em đã nêu ra được một khía cạnh nhỏ trong lĩnh vực điều khiển tốc độ động cơ

không đồng bộ:

Nội dung của đồ án gồm 3 chương:

Chương 1: Động cơ không đồng bộ

Chương 2: Tổng quan về thiết bị biến tần

Chương 3: Biến tần IE5 và phương pháp điều rộng xung

Sau thời gian nghiên cứu, làm việc, thực hành tại phòng thực hành khoaCông Nghệ Tự Động Hóa và được sự hướng dẫn tận tình giúp đỡ của giảng viên

Th.s Nguyễn Ngọc Ánh, thực tập chuyên ngành với đề tài “ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG

CƠ KHÔNG ĐÔNG BỘ SỬ DỤNG BIẾN TẦN IE5 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU RỘNG XUNG” đã được hoàn thành Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:

Ban Giám hiệu Trường Đại học Công Nghệ Thông tin và truyền thông đã tạođiều kiện cho tôi được làm thực tập chuyên ngành này

Giảng viên hướng dẫn Th.s Nguyễn Ngọc Ánh đã tận tình giúp đỡ em hoànthành đề tài Thầy đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp tài liệu, kiếnthức cũng như kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt thời gian làm đề tài

Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tếcủa bản thân còn ít, cho nên đề tài còn nhiều thiếu sót Vì vậy, mong nhận được sựgóp ý cũng như ý kiến của các thầy, cô và toàn thể các bạn

Thái Nguyên, ngày 9 tháng 10 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Lại Thanh Tùng

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 27

MỞ ĐẦU 29

CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 30

1.1 MỞ ĐẦU 30

1.2 CẤU TẠO 30

1.2.1 Cấu tạo của stato 30

1.2.2 Cấu tạo của rô to 31

1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 32

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 36

1.4.1 Mở đầu 36

1.4.2 Thay đổi tần số cung cấp điện f1 38

1.4.3 Thay đổi số đôi cực 40

1.4.4 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp nguồn cung cấp 42

1.4.5 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch rô to 43

1.4.6 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp ở mạch rô to 44

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ BIẾN TẦN 46

2.1: KHÁI NIỆM BIẾN TẦN 46

2.2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần 47

2.2.1: Nguyên lý hoạt động của biến tần: 48

2.3: Ứng dụng biến tần 49

2.4: Hướng dẫn chọn biến tần 50

CHƯƠNG 3: 53

BIẾN TẦN LS IE5 VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU RỘNG XUNG 53

3.1 giới thiệu biến tần LS IE5 53

3.2 Điều khiển động cơ AC không đồng bộ bằng biến tần 54

3.2.1 Mô tả kỹ thuật bộ biến tần SV400-iE5-1 55

3.2.2 Khối biến tần công nghiệp 58

3.2.3 Phụ kiện: 59

3.2.4 Cấp nguồn và nối dây 59

3.3 Các thao tác cài đặt với biến tần SV iE5 59

3.3.1.Thiết bị đấu nối 59

3.3.2 Cách thức sử dụng bàn phím 61

3.3.3 Tìm hiểu các hàm – thông số chức năng 65

3.3.4 Điều khiển biến tần từ bán phím 74

3.3.5 điều khiển biến tần từ biến trở 75

3.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung 76

3.4.1 Khái niệm 77

3.4.2.Ưu điểm 77

3.4.3 Nguyên lý hoạt động 78

3.4.4 Các loại PWM 79

3.4.5 Điều chỉnh điện áp 80

KẾT LUẬN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 83

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Lõi thép stato máy điện không đồng bộ 5

Hình 1.2 Stato của máy điện không đồng bộ 5

Hình 1.3 Lá thép rôto của máy điện không đồng bộ 6

Hình 1.4 Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ 8

Hình 1.5 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 10

Hình 1.6 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 11

Hình 1.7 Cách đổi nối cuộn dây để thay đổi số đôi cực: 14

Hình 1.8 Đổi nối cuộn dây 15

Hình 1.9 Đặc tính cơ của động cơ dị bộ khi thay đổi điện áp nguồn cung cấp 16

Hình 1.10 Đặc tính cơ của động cơ dị bộ dây quấn khi thay đổi điện trở rô to 17

Hình 2.1: Biến tần của hãng LS 20

Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện của biến tần 22

Hình 2.3: Biến đổi điện áp/tần số qua biến tần 22

Hình 2.4: Một số ứng dụng của biến tần Mitsubishi 24

Hình 3.1: Cấu trúc của một biến tần kiểu điều rộng xung (PWM) 28

Hình 3.2: Sơ đồ khối biến tần SV iE5 29

Hình 3.3: Hình dạng bên ngoài và sơ đồ trạm vào / ra của bộ biến đổi LS SV iE5 31 Hình 3.4: Sơ đồ nối biến tần với điện lưới và tải motor 32

Hình 3.5: Module biến tần công nghiệp 32

Hình 3.6: Bàn phím và chỉ thị của bộ biến tần iE5 34

Hình 3.7: Giản đồ điều rộng xung cho biến tần 50

Hình 3.8: một sóng xung thể hiện các định ngĩa của ymin, ymax và D 52

Hình 3.9: Một phương pháp đơn giản để tạo ra mạch xung PWM tương ứng với một tín hiệu cho trước là PWM giao thoa 53

Hình 3.10: Ba loại tín hiệu PWM (màu xanh lam) 54

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Việc điều khiển tốc độ và thay đổi chiều quay của động cơ công nghiệp hiệnnay rất quan trọng mà những phương pháp điều khiển phổ biến hiện nay lại chưađáp ứng tối ưu yêu cầu đặt ra Chính vì vậy mà em cùng thầy nguyễn ngọc ánh cùngtìm hiểu và thực hành điều khiển động cơ với phương pháp sử dụng biến tần để tìm

ra phương pháp tối ưu nhất để đáp ứng những yêu cầu đề ra cho các loại động cơcông nghiệp

2 Mục đích chọn đề tài

Thực hành và nghiên cứu về biến tần LS IE5 cùng với đó tìm hiểu về phươngpháp điều rộng xung sử dụng cho biến tần qua đó cơ thêm nhiều sự lựa chọn chocác công nhân và kĩ sư trong việc điều khiển động cơ công nghiệp thay vì chỉ cómột vài phương pháp còn tồn tại nhiều hạn chế như trước đây với những ưu điểmkhi sử dụng biến tần để điều khiển động cơ công nghiệp em mong rằng phươngpháp này sẽ được ứng dụng rộng dãi trong các nhà máy và trong các thiết bị côngnghiệp lớn

CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 MỞ ĐẦU.

Loại động cơ điện quay đơn giản nhất là loại động cơ điện không đồng bộ.Động cơ điện không đồng bộ có thể là loại 1 pha, 2 pha hoặc 3 pha, nhưng phần lớnđộng cơ không động bộ 3 pha, có công suất từ một vài W tới vài MW , có điện áp từ100V đến 6000V

Căn cứ vào cách thực hiện rô to, người ta phân biệt 2 loại: loại có rô to lồngsóc và loại có rô to dây quấn Cuộn dây rô to dây quấn là cuộn dây cách điện, thựchiện theo nguyên lý của cuộn dây dòng xoay chiều

Cuôn dây rô to lồng sóc gồm một lồng bằng nhôm đặt trong các rãnh củamạch từ rô to, cuộn dây ngắn mạch là cuộn dây nhiều pha có số pha bằng số rãnh.Động cơ rô to ngắn mạch có cấu tạo đơn giản và rẻ tiền, còn máy điện rô to dâyquấn đắt hơn, nặng hơn nhưng có tính năng động tốt hơn, do đó có thể tạo các hệthống khởi động và điều chỉnh

1.2 CẤU TẠO.

Động cơ nói chung và động cơ điện không đồng bộ nói riêng gồm 2 phần cơbản: phần quay (rô-to) và phần tĩnh (stato) Giữa phần tĩnh và phần quay là khe hởkhông khí

1.2.1 Cấu tạo của stato.

Stato gồm 2 phần cơ bản: mạch từ và mạch điện

a, Mạch từ:

Mạch từ của stato được ghép bằng các lá thép điện có chiều dày khoảng 0,5mm, được cách điện 2 mặt để chống dòng Fuco Lá thép stato có dạng hình vànhkhăn, phía trong được đục các rãnh Để giảm dao động từ thông, số rãnh stato và rô

0,3-to không được bằng nhau Mạch từ được đặt trong vỏ máy

Ở những máy có công suất lớn, lõi thép được chia thành từng phần đượcghép lại với nhau thành hình trụ bằng các lá thép nhằm tăng khả năng làm mát củamạch từ Vỏ máy được làm bằng gang đúc hay gang thép, trên vỏ máy có đúc cácgân tản nhiệt Để tăng diện tích tản nhiệt Tùy theo yêu cầu mà vỏ máy có đế gắnvào bệ máy hay nền nhà hoặc vị trí làm việc Trên đỉnh có móc để giúp di chuyển

thuận tiện Ngoài vỏ máy còn có nắp máy, trên lắp máy có giá đỡ ổ bi Trên vỏ máygắn hộp đấu dây

Hình 1.1 Lõi thép stato máy điện không đồng bộ

b, Mạch điện:

Mạch điện là cuộn dây máy điện đã trình bày ở phần trên

Hình 1.2 Stato của máy điện không đồng bộ

1 Mạch từ; 2 Vỏ máy; 3 Dây quấn; 4 Chân đế

1.2.2 Cấu tạo của rô to.

1.2.2.1 Mạch từ:

Giống như mạch từ stato, mạch từ rô to cũng gồm các lá thép điện kỹ thuậtcách điện đối với nhau Rãnh của rô to có thể song song với trục hoặc nghiêng đimột góc nhất định nhằm giảm dao động từ thông và loại trừ một số sóng bậc cao.Các lá thép điện kỹ thuật được gắn với nhau thành hình trụ, ở tâm lá thép mạch từđược đục lỗ để xuyên trục, rô to gắn trên trục Ở những máy có công suất lớn rô tocòn được đục các rãnh thông gió dọc thân rô to

Hình 1.3 Lá thép rôto của máy điện không đồng bộ 1.2.2.2 Mạch điện:

Mạch điện rô to được chia thành 2 loại: loại rô to lồng sóc và loại rô to dây quấn

-Loại rô to lồng sóc

Mạch điện của loại rô to này được làm bằng nhôm hoặc đồng thau Nếu làmbằng nhôm thì được đúc trực tiếp và rãnh rô to, 2 đầu được đúc 2 vòng ngắn mạch,cuộn dây hoàn toàn ngắn mạch, chính vì vậy gọi là rô to ngắn mạch Nếu làm bằngđồng thì được làm thành các thanh dẫn và đặt vào trong rãnh, hai đầu được gắn vớinhau bằng 2 vòng ngắn mạch cùng kim loại Bằng cách đó hình thành cho ta mộtcái lồng chính vì vậy loại rô to này có tên rô to lồng sóc Loại rô to ngắn mạchkhông phải thực hiện cách điện giữa dây dẫn và lõi thép

-Loại rô to dây quấn

Mạch điện của loại rô to này thường được làm bằng đồng và phải cách điệnvới mạch từ Cách thực hiện cuộn dây này giống như thực hiện cuộn dây máy điệnxoay chiều đã trình bày ở phần trước Cuộn dây rô to dây quấn có số cặp cực và pha

cố định Với máy điện 3 pha, thì 3 đầu cuối được nối với nhau ở trong máy điện, 3đầu còn lại được dẫn ra ngoài và gắn vào 3 vành trượt đặt trên trục rô to, đó là tiếp

điểm nối với mạch ngoài

1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ.

Để xét nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ , ta lấy mô hình máyđiện 3 pha gồm 3 cuộn dây đặt cách nhau trên chu vi máy điện một góc , rô to

là cuộn dây ngắn mạch Khi cung cấp vào 3 cuộn dây 3 dòng điện của hệ thống điện

3 pha có tần số f1 thì trong máy điện sinh ra từ trường quay với tốc độ 60f1 /p Từtrường này cắt thanh dẫn của rô to và stato, sinh ra ở cuộn stato suất điện động tự

cảm e1 và cuộn dây rô to suất điện động cảm ứng e2 có giá trị hiệu dụng như sau:

Do cuộn rô to kín mạch, nên sẽ có dòng điện chạy trong các thanh dẫn của cuộndây này Sự tác động tương hỗ giữa dòng điện chạy trong dây dẫn rô to và từ trường,sinh ra lực đó là ngẫu lực (2 thanh dẫn nằm cách nhau đường kính rô to) nên tạo ra mômen quay Mô men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại sự tăng từ thông mócvòng với cuộn dây Nhưng vì stato gắn chặt còn rô to lại treo trên ổ bi, do đó rô to phảiquay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường Tuy nhiên tốc độ này không thể bằngtốc độ quay của từ trường, bởi nếu n = ntt thì từ trường không cắt các thanh dẫn nữa, do

đó không có sđđ cảm ứng, E2 = 0 dẫn đến I2 = 0 và mô men quay cũng bằng không , rô

to quay chậm lại, khi rô to chậm lại thì từ trường lại cắt các thanh dẫn, nên có sđđ, códòng và mô men nên rô to lại quay Do đó tốc độ quay của rô to khác tốc độ quay của từtrường nên xuất hiện độ trượt và được định nghĩa như sau:

Do đó tốc đô quay của rô to có dạng:

Do n # ntt nên ( - n) là tốc độ cắt các thanh dẫn rô to của từ trường quay Vậy tần số biến thiên của suất điện động cảm ứng trong rô to biểu diễn bởi:

Khi roto có dòng I2, nó cũng sinh ra một từ trường quay với tốc độ:

So với một điểm không chuyển động của stato, từ trường này sẽ quay với tốc độ:

Như vậy so với stato, từ trường quay của rô to có cùng giá trị với tốc độ quaycủa từ trường stato

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.

1.4.1 Mở đầu.

Trong thực tế sản xuất và tiêu dùng, các khâu cơ khí sản xuất cần có tốc độthay đổi Song khi chế tạo, mỗi động cơ điện lại được sản xuất với một tốc độ địnhmức, vì vậy cần điều chỉnh tốc độ các động cơ điện là rất cần thiết

Khi mô men cản trên trục động cơ thay đổi, thì tốc độ động cơ thay đổi,nhưng sự thay đổi tốc độ như thế không gọi là điều chỉnh tốc độ

Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ là quá trình thay đổi tốc độ động

cơ theo ý chủ quan của con người phục vụ các yêu cầu công nghệ

Phụ thuộc vào đặc tính cơ của cơ khí sản xuất mà quá trình thay đổi tốc độxảy ra khi mô men cản không đổi hình 1.6a hoặc khi mô men cản thay đổi hình1.6b

Khi điều chỉnh tốc độ động cơ cần thỏa mãn những yêu cầu sau:

Phạm vi điều chỉnh, sự liên tục trong điều chỉnh và tính kinh tế trong điềuchỉnh Với các thiết bị vận chuyển, phải điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, cònkhi thiết bị dệt hoặc giấy thì lại đòi hỏi tốc độ không đổi với độ chính xác cao

a) b)

Hình 1.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ a) Khi mô men cản không đổi; b) Khi mô men cản thay đổi

Để nghiên cứu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

ta dựa vào các biểu thức sau:

Mặt khác ta lại có:

Vậy:

Từ các công thức (1.12) rút ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ sau đây: 1.Thay đổi tần số f1;

2.Thay đổi số đôi cực p;

3.Thay đổi điện trở R2 ở mạch roto;

4.Thay đổi E20 hoặc U1;

5.Thay đổi điện áp E2;

6.Thay đổi tần số f2;

Trong các phương pháp trên người, người ta hay sử dụng phương pháp 1, 2

và 4, còn động cơ dị bộ rô to dây quấn người ta hay sử dụng phương pháp 3 Dướiđây trình bày ngắn gọn các phương pháp thường dùng

1.4.2 Thay đổi tần số cung cấp điện f1.

Phương pháp này chỉ sử dụng được khi nguồn cung cấp có khả năng thay đổitần số Ngày nay, do sự phát triển của công nghệ điện tử các bộ biến đổi tần tĩnhđược chế tạo từ các van bán dẫn công suất đã đảm nhiệm được nguộn cung cấpnăng lượng điện có tần số thay đổi, do đó phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thayđổi tần số đang được áp dụng rộng rãi và cạnh tranh với các hệ thống truyền độngđiện dòng một chiều

Nếu bỏ qua tổn hao điện áp ở stato ta có:

(1.13)

Từ biểu thức này ta thấy nếu thay đổi f1 mà giữ U1 = const thì từ thông sẽthay đổi Việc thay đổi từ thông làm giảm điều kiện công tác của máy điện, thay đổi

hệ số cosφ1, thay đổi hiệu suất và tổn hao lõi thép, do đó yêu cầu khi thay đổi tần sốphải giữ cho từ thông không đổi

Mặt khác trong điều chỉnh tốc độ phải đảm bảo khả năng quá tải của động

cơ không đổi trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh, điều đó có nghĩa là phải giữ cho

Mmax = const Muốn giữ cho Mmax = const thì phải giữ cho từ

thông không đổi Muốn giữ cho từ thông không đổi thì khi thay đổi tần số taphải thay đổi điện áp đảm bảo sự cân bằng của (1.13a) Mô men cực đại có thể biểudiễn bởi biểu thức:

(1.14) Nếu hệ số quá tải không đổi, thì tỷ số của mô men tới hạn ở 2 tốc độ khácnhau phải bằng tỷ số mô men cản ở 2 tốc độ đó tức là:

Từ đây ta có:

(1.16)Trong đó M’th và M’c là mô men tới hạn và mô men cản ứng với tần sốnguồn nạp f’1 , điện áp U’1 còn M”th và M”c là mô men tới hạn và mô men cản ứngvới tần số nguồn nạp f”1 và điện áp U”1 Nếu điều chỉnh theo công suất không đổi

P2 = const thì mô men của động cơ tỷ lệ nghịch với tốc độ do vậy:

Trong thực tế ta thường gặp điều chỉnh với Mc = const do đó:

Khi giữ cho ϕ = const thì cosφ = const, hiệu suất không đổi, I0 = const.

Nếu mô men cản có dạng quạt gió thì:

(1.20) Theo các biểu thức trên đây thì khi tần số, mô men cực đại không đổi Điều

đó chỉ đúng trong phạm vi tần số định mức, khi tần số vượt ra ngoài phạm vi địnhmức thì khi tần số giảm, mô men cực đại cũng giảm do từ thông giảm, sở dĩ nhưvậy để nhận được các biểu thức trên ta đã bỏ qua độ sụt áp trên các điện trở thuần,điều đó đúng khi tần số lớn, nhưng khi tần số thấp thì giá trị X giảm, ta không thể

bỏ qua độ sụt áp trên điện trở thuần nữa, do đó từ thông sẽ giảm và mô men cực đạigiảm

Ưu điểm của phương pháp điều chỉnh tần số là phạm vi điều chỉnh rộng, độđiều chỉnh láng, tổn hao điều chỉnh nhỏ

1.4.3 Thay đổi số đôi cực.

Nếu động cơ dị bộ có trang bị thiết bị đổi nối cuộn dây để thay đổi số đôicực thì ta có thể điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực

Để thay đổi số đôi cực ta có thể:

-Dùng đổi nối cuộn dây Giả sử lúc đầu cuộn dây được nối như hình 1.7a, khi

đó số cặp cực là p, nếu bây giờ đổi nối như hình 1.7b ta được số cặp cực là p/2

-Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực biểu diễn trên hình 1.7c

Hình 1.5 Cách đổi nối cuộn dây để thay đổi số đôi cực:

a) Mắc nối tiếp, số đôi cực là p; b) Mắc song song, số đôi cực là p/2;

c) Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi số đôi cực.

Để thay đổi cách nối cuộn dây ta có những phương pháp sau:

Đổi từ nối sao sang sao kép (hình 1.8a)

p/2

p

-Đặc điểm của phương pháp thay đổi tốc độ bằng thay đổi số đôi cực: rẻ tiền,

dễ thực hiện Tuy nhiên do p là số nguyên nên thay đổi có tính nhảy bậc và phạm vi

thay đổi tốc độ không rộng

1.4.4 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp nguồn cung cấp

Thay đổi điện áp nguồn cung cấp làm thay đổi đặc tính cơ (hình 1.9) Vì mômen cực đại Mmax = cU12, nên khi giảm điện áp thì mô men cực đại cũng giảm màkhông thay đổi độ trượt tới hạn (vì Sth ≈ R2/X2) Nếu mô men cản không đổi thì khigiảm điện áp từ Uđm tới 0,9 Uđm tốc độ sẽ thay đổi, nhưng khi điện áp giảm tới0,7Uđm thì momen của động cơ nhỏ hơn momen cản, động cơ sẽ bị dừng dưới điện

Hình 1.7 Đặc tính cơ của động cơ dị bộ khi thay đổi điện áp nguồn cung cấp

Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp nguồncung cấp là phạm vi điều chỉnh hẹp, rất dễ bị dừng máy, chỉ điều chỉnh theo chiều

giảm điện áp , mà mô men cản không đổi sẽ làm tăng dòng trong mạch stato và

rô to làm tăng tổn hao trong các cuộn dây

Để thay đổi điện áp ta có thể dùng bộ biến đổi điện áp không tiếp điểm bándẫn, biến áp hoặc đưa thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stato Đưa thêm điệntrở thuần sẽ làm tăng tổn hao, nên người ta thường đưa điện kháng vào mạch stato hơn.

Để mở rộng phạm vi điều chỉnh và tăng độ cứng của đặc tính cơ, hệ thốngđiều chỉnh tốc độ bằng điện áp thường làm việc ở chế độ kín

1.4.5 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch rô to

Phương pháp điều chỉnh này chỉ áp dụng cho động cơ dị bộ rô to dây quấn.Đặc tính của động cơ dị bộ rô to dây quấn khi thay đổi điện trở rô to được biểu diễntrên (hình 1.10) Bằng việc tăng điện trở rô to đặc tính cơ mềm đi nhiều, nếu mômen căn không đổi ta có thể thay đổi tốc độ động cơ theo chiều giảm Nếu điện trởphụ thay đổi vô cấp ta thay đổi được tốc độ vô cấp, tuy nhiên việc thay đổi vô cấptốc độ bằng phương pháp điện trở rất ít dùng mà thay đổi nhảy bậc do đó các điệntrở điều chỉnh được chế tạo làm việc ở chế độ lâu dài và có nhiều đầu ra

Hình 1.8 Đặc tính cơ của động cơ dị bộ dây quấn khi thay đổi điện trở rô to.

Giá trị điện trở phụ đưa vào rô to có thể tính bằng công thức:

Trong đó S1 và S2 ứng với tốc độ n1 và n2

Khi Mc = const thì phạm vi điều chỉnh tốc độ là n1-n3 (hình 9.30), khi Mctăng phạm vi điều chỉnh tốc độ sẽ tăng lên Khi mô men cản không đổi thì công suất

nhận từ lưới điện không đổi trong toàn phạm vi điều chỉnh tốc độ Công suất hữuích ở trên trục động cơ sẽ tăng khi độ trượt giảm

Vì ΔP = Pdt – P2 = M (ω1-ω2) là tổn hao rô to nên khi độ trượt lớn tổn hao sẽ lớn.Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng điện trở rô to là điều chỉnhláng, dễ thực hiện, rẻ tiền nhưng không kinh tế do tổn hao ở điện trở điều chỉnh, phạm viđiều chỉnh phụ thuộc vào tải Không thể điều chỉnh ở tốc độ không tải

1.4.6 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp ở mạch rô to.

Thống kê công suất ở máy điện không đồng bộ khi có điện trở phụ vàomạch rô to

Công suất nhận vào:

Công suất điện từ hay còn gọi là công suất từ trường quay:

= Đây là công suất chuyển qua từ trường sang rô to

Công suất điện từ được chia ra công suất điện và công suất cơ:

Bây giờ chúng ta nghiên cứu một phương pháp khác thay đổi công suất P2

trong mạch rô to Đó là phương pháp đưa thêm vào mạch rô to một đại lượng:

có cùng tần số rô to và cũng phải thay đổi theo tốc độ

Giả thiết rằng điều chỉnh tốc độ theo nguyên tắc:

Trong điều kiện đó, thống kê công suất như sau:

(1.21) Tổn hao điện trong trường hợp này không đổi vì giá trị dòng điện không phụ thuộc vào độ trượt Trong vùng ổn định của đặc tính tồn tại mộtgiá trị dòng điện và một giá trị hệ số cosр2 thỏa mãn quan hệ:

Nếu tăng công suất phát P2 (công suất mang dấu + trongbieeur thức 9.48) chomột tải nào đó ở mạch rô to sẽ làm giảm công suất cơ khí Pcơ vậy khi momen cảnkhông đổi sẽ làm tốc độ thay đổi (n = cPcơ), nếu mạch rô to được cấp vào một congsuất tác dụng P2 (có dấu – trong biểu thức 1.21) thì Pcơ sẽ tăng , đồng nghĩ voiwstoocs

độ tăng Nếu mạch rô to được cung cấp một công suất P2 bằng tổn hao lúc nàyPđiện = sPdt = 0 có nghĩa là s = 0 vậy động cơ quay với tốc độ từ trường

Nếu bây giờ cấp cho mạch rô to một công suất thì động cơquay với tốc độ lớn hơn tốc độ đồng bộ Phương pháp thay đổi tốc độ này cho phépthay đổi tốc độ trong phạm vi rộng (trên và dưới tốc độ đồng bộ) Thay đổi pha của

P2 làm thay đổi hệ số công suất stato và rô to, hệ số công suất có thể đạt giá trịcosφ=1 thậm trí có thể nhận được hệ số công suất âm

Nếu ta đưa vào rô to công suất phản kháng thì động cơ không phải lấy côngsuất phản kháng từ lưới, lúc này dòng kích từ cần thiết để tạo ra từ trường động cơnhận từ mạch rô to

Phương pháp điều chỉnh tốc độ trên đây gọi là phương pháp nối tầng

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ BIẾN TẦN PHƯƠNG PHÁP

ĐIỀU RỘNG XUNG.

2.1.Khái niệm biến tần.

- Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng

điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được

Hình 2.1: Biến tần của hãng LS.

Nói cách khác:

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bêntrong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp,không cần dùng đến các hộp số cơ khí Biến tần sử dụng các linh kiện bán dẫn đểđóng ngắt tuần tự dòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từtrường xoay làm quay động cơ

Có nhiều loại biến tần như: Biến tần AC, biến tần DC; biến tần 1 pha 220V,biến tần 3 pha 220V, biến tần 3 pha 380V, Bên cạnh các dòng biến tần đa năng,các hãng cũng sản xuất các dòng biến tần chuyên dụng: biến tần chuyên dùng chobơm, quạt; biến tần chuyên dùng cho nâng hạ, cẩu trục; biến tần chuyên dùng chothang máy; biến tần chuyên dùng cho hệ thống điều hòa;

Từ công thức trên chúng ta thấy để thay đổi được tốc độ động cơ có 3phương pháp:

1 Thay đổi số cực động cơ P

2 Thay đổi hệ số trượt s

3 Thay đổi tần số f của điện áp đầu vào

Trong đó 2 phương pháp đầu khó thực hiện và không mang lại hiệu quả cao.Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số là phương pháp

hiệu quả nhất Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tần số của nguồn cung cấp đặt

lên động cơ qua đó thay đổi tốc độ động cơ

Biến tần có thể thay đổi tần số từ 0Hz đến 400Hz (một số dòng biến tần điềuchỉnh tới 590Hz hoặc cao hơn) Chính vì vậy có thể làm cho động cơ chạy nhanhhơn bình thường so với chạy tần số 50Hz

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần.

Bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào có tần

số cố định để biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động

cơ Các bộ phận chính của biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưuIGBT, mạch điều khiển Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm một số bộ phận khácnhư: bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm, bàn phím, mànhình hiển thị, module truyền thông,

Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện của biến tần.

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của biến tần.

- Đầu tiên, nguồn điện 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụđiện Điện đầu vào có thể là một pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần

số cố định (ví dụ 380V 50Hz)

- Điện áp 1 chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoaychiều 3 pha đối xứng Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ tronggiàn tụ điện Tiếp theo, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổiIGBT (viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như mộtcông tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) sẽ tạo ra mộtđiện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM

Hình 2.3: Biến đổi điện áp/tần số qua biến tần

2.1.2: Lợi ích của việc sử dụng biến tần.

- Dễ ràng thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay động cơ

- Giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, khởi độngsao-tam giác nên không gây ra sụt áp hoặc khó khởi động.

- Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp cho động cơmang tải lớn không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, tăngtuổi thọ động cơ

- Tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp chạy động cơ trực tiếp

- Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và thấp

áp, tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành

- Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nêncông suất phản kháng từ động cơ rất thấp, do đó giảm được dòng đáng kể trong quátrình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tụ bù, giảm thiểu hao hụt điện năng trênđường dây

- Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển

và giám sát từ trung tâm rất dễ dàng

2.3 Ứng dụng biến tần.

Do ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong côngnghiệp và dân dụng, đặc biệt là trong công nghiệp Dưới đây là một số ứng dụngphổ biến không thể thiếu biến tần: Bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí, băng tải,thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, máy cuốn/nhả, thang máy, hệ thốngHVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số,thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy côngtác,

Hình 2.4: Một số ứng dụng của biến tần Mitsubishi.

2.4 Hướng dẫn chọn biến tần.

Lựa chọn biến tần đúng theo yêu cầu sử dụng là rất quan trọng vì nếu chọnsai biến tần sẽ báo lỗi thậm chí cháy biến tần Nếu chọn biến tần cao quá sẽ gâylãng phí

2.4.1 Thông số động cơ.

-Động cơ 3 pha thường có các loại 127/220V, 220/380V, 380/660V Trong

đó thông dụng nhất là động cơ 3 pha 220/380V

- Động cơ 3 pha 127/220V đấu sao để sử dụng nguồn 3 pha 220V có thểdùng 2 loại biến tần Nếu có nguồn vào 3 pha 220V thì chọn biến tần vào 3 pha220V ra 3 pha 220V Nếu chỉ có nguồn 1 pha thì chọn biến tần vào 1 pha 220V ra 3pha 220V (biến tần loại này chỉ có công suất nhỏ tới vài kW)

- Động cơ 3 pha 220/380V đấu tam giác để sử dụng nguồn 3 pha 220V cóthể dùng 2 loại biến tần như trên

- Động cơ 3 pha 220/380V đấu sao để sử dụng nguồn 3 pha 380V dùng biếntần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V

- Động cơ 3 pha 380/660V đấu tam giác để sử dụng nguồn 3 pha 380V dùngbiến tần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V

2.4.2 Loại tải.

Căn cứ vào đặc tính momen của mỗi loại ứng dụng (loại máy) người ta chia

ra 3 loại tải của biến tần là tải nhẹ, tải trung bình và tải nặng

- Tải nhẹ: các ứng dụng như bơm, quạt chọn dòng biến tần tải nhẹ Ví dụbiến tần LS là dòng IP5A, H100, biến tần Fuji là dòng eHVAC

- Tải trung bình: các ứng dụng như máy công cụ, máy ly tâm, băng tải, bơm

áp lực, chọn dòng biến tần tải trung bình Ví dụ biến tần Fuji là dòng Ace, biếntần INVT là dòng GD20

- Tải nặng: các ứng dụng như cẩu trục, nâng hạ, máy nén, máy ép, chọndòng biến tần tải nặng Ví dụ biến tần Fuji là dòng Mega, biến tần Mitsubishi làdòng A800

Lưu ý: biến tần tải nặng hơn dùng tốt cho tải thấp hơn cùng công suất nhưng

sẽ gây lãng phí vì giá cao hơn Trong khi biến tần loại tải nhẹ hơn thì không thể

dùng được cho loại tải nặng hơn cùng công suất Trong một số trường hợp có thểchọn biến tần loại tải nhẹ hơn có cấp công suất cao hơn để dùng cho tải nặng hơn.