Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Do đó để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất khi điều chỉnh tốc độ bằng tần số người ta phải điều chỉnh đồng thời cả điện áp theo hμm của tần số vμ phụ tải.. Bằng cách biến đổi t

Ch−¬ng II

§IÒU CHØNH TèC §é

§éNG C¥ §éNG C¥ KH¤NG §åNG Bé

B»NG PH¦¥NG PH¸P §IÒU KHIÓN TÇN Sè

I Kh¸i niÖm chung:

Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tỉc ®ĩ b»ng c¸ch biÕn ®ưi tÌn sỉ, cho phÐp mị rĩng ph¹m vi sö dông truyÒn ®ĩng ®iÖn kh«ng ®ơng bĩ trong nhiÒu ngμnh c«ng nghiÖp nh−: Dïng ®Ó thay ®ưi tỉc ®ĩ nhiÒu ®ĩng c¬ kh«ng ®ơng bĩ cïng mĩt lóc nh− c¸c ®ĩng c¬ truyÒn ®ĩng cña mĩt nhêm m¸y dÖt, b¨ng t¶i, b¨ng l¨n Ph−¬ng ph¸p nμy cßn ®−îc ¸p dông trong c¸c thiÕt bÞ ®¬n lÎ, nhÍt lμ ị c¸c c¬ cÍu yªu cÌu tỉc ®ĩ lμm viÖc cao nh− lμ m¸y ly t©m, m¸y mμi Khi ®ê

®ĩng c¬ kh«ng ®ơng bĩ kh«ng nhỊn ®iÖn tõ l−íi mμ nhỊn ®iÖn tõ bĩ biÕn tÌn

Bĩ biÕn tÌn ®−îc nỉi vμo l−íi ®iÖn cê tỉc ®ĩ vμ ®iÖn ¸p (U 1 ,f 1 ) kh«ng ®ưi

§Ìu ra cña bĩ biÒn tÌn cê tÌn sỉ vμ ®iÖn ¸p cê thÓ thay ®ưi ®−îc §Ó biÕn ®ưi

tÌn sỉ ng−íi ta cê thÓ dïng c¸c thiÕt bÞ m¸y ®iÖn hoƯc b¸n dĨn víi nguyªn lÝ t¸c ®ĩng vμ cÍu tróc kh¸c h¼n nhau

U1= const

f1= const

Biến tần

f

2

U2

Hình 2.1 Vị trí của bộ

biến tần trong điều

khiển động cơ không

Khi ®iÒu chØnh tỉc ®ĩ ®ĩng c¬ kh«ng ®ơng bĩ b»ng c¸ch ®iÒu chØnh tÌn sỉ ta cÌn ph¶i thay ®ưi c¶ ®iÖn ¸p nguơn cung cÍp Bịi v× søc ®iÖn ®ĩng d©y quÍn stato cña

®ĩng c¬ tØ lÖ víi tÌn sỉ vμ tõ th«ng:

E 1 = 4,44.K dq W 1 φ.f 1 = C.φ.f 1

NÕu bâ qua ®ĩ sôt ¸p trªn tưng trị d©y quÍn stato tøc lμ coi:

0

2 1

2 1 1

ΔU I R X

Th× U 1 ≈ E 1

HoƯc U1 ≈ C φ.f1

Nh− vỊy khi ®iÒu chØnh tÌn sỉ mμ gi÷ nguyªn ®iÖn ¸p th× tõ th«ng sÏ thay

®ưi Khi f 1 t¨ng th× tõ th«ng φ sÏ gi¶m xuỉng vμ nÕu m«men t¶i kh«ng ®ưi th× theo biÓu thøc:

M = K φ.I 2 Cosϕ 2

Dßng ®iÖn r«to sÏ t¨ng lªn Do ®ê trong tr−íng hîp nμy d©y quÍn r«to chÞu qu¸ t¶i cßn lđi thÐp th× non t¶i

Khi f 1 gi¶m th× tõ th«ng φ lín lªn lμm m¹ch tõ b·o hßa vμ dßng ®iÖn tõ

hóa tăng lên Do đó các chỉ tiê

1

1

1 0

2

f f ≈

=

f X

P

nm≈

π ω

u năng lượng xấu đi vμ nhiều khi động cơ còn bị phát n

a tốc

độ có

áp khi điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng

cho khả năng quá tải về mômen lμ không đổi trong suốt dải đ h tốc độ

Ta có:

Nếu bỏ qua sụt áp R 1 = 0) thì ta tìm được:

A: lμ hệ số không phụ thuộc v

Đối với tần số f 1i bất kì v ó ta có thể viết:

óng quá mức cho phép

Do đó để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất khi điều chỉnh tốc độ bằng tần số người ta phải điều chỉnh đồng thời cả điện áp theo hμm của tần số vμ phụ tải Bằng cách biến đổi tần số nguồn cung cấp, tốc độ động cơ

được điều chỉnh cao hơn vμ thấp hơn trị số cơ bản Thường thường khi điều chỉnh trong vùng cao hơn tốc độ cơ bản, thì tần số nguồn cung cấp không vượt 1,5 - 2 lần tần số định mức Vì tần số tăng thì tổn thất trong lõi thép stato cũng tăng lên rõ rệt vμ do độ bền của dây quấn rôto quyết định Phạm vi điều chỉnh tốc độ trong vùng tốc độ thấp hơn trị số cơ bản thường lμ nhỏ hơn 10 - 15 Giới hạn dưới của tần số bị hạn chế bởi độ phức tạp của bộ nguồn có tần số thấp, khả năng quay không đều Do đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ không

đồng bộ bằng phương pháp tần số có thể thực hiện được trong phạm vi dưới D

= (20-30)/1 Nếu sử dụng các động cơ có cấu trúc đặc biệt thì phạm vi điều chỉnh được mở rộng vì giới hạn trên của tốc độ lớn lên Giới hạn dưới củ

thể giảm nhỏ bằng cách đưa các mạch hồi tiếp vμo sơ đồ điều khiển

II Luật biến đổi điện

phương pháp tần số:

Khi lựa chọn quan hệ giữa tần số vμ điện áp stato của động cơ không đồng

bộ thường yêu cầu giữ

iều chỉn

Const

M th

=

=

λ

M C

trên điện trở dây quấn Stato (

⎟

⎠

⎞

2 nm

⎜

⎝

=

2 1 1 0

2

2

3 f

th

X R R

U M

ω

Do

μo tần số vμ điện áp

μ một tốc độ góc ω tương ứng với n

2 1

1 0

1

2

3

f A X

M

nm

ω

2

U

( )f i = M TH =A U I =const

1

λ

M F M

) ( C I )

(

Trong đó: U 1i lμ điện áp nguồn cung cấp trên dây quấn stato ở tần số f 1i

M C (ω 1 ) lμ mômen phụ tải tĩnh trên trục động cơ ở tốc độ

ω1 =2πf 1i /P

ái lμm việc định mức thì:

M (ω ) = M m

ện áp khi điều chỉnh tần số:

(1)

g phạm vi đIều chỉnh của

i

M C =M O * + (1-M O * ).ω * q

Trong đó: MO lμ mômen phụ tải tĩnh khi ω = 0

tỉ lệ ới f1 tức lμ ω* ~ f 1 * nên biểu thức trên ta có thể viết thμnh dạng:

q = 0; M C = Const suy ra U 1 * = f 1 *

hoặc U 1 /f 1 = Const

ồn phải biến đổi tỉ lệ với tần số nguồn cung cấp

Đối với phụ tải có công suất trên trục động cơ không đổi khi điều chỉnh = const

Nếu ở trạng thái K lμ trạng th

f 1K = f 1đm

U 1K = U 1đm

Quy luật biến đổi cơ bản của đi

Viết ở hệ đơn vị tương đối:

Quan hệ giữa mômen phụ tải tỉnh vμ tốc độ tron

máy sản xuất

)q

M C = M O + (M đm - M O ).( ω/ω đm

ố : Viết ở hệ đơn vị tương đ

*

Vì ( v

M C = M O + (1 - M O ).f 1 (2)

Thay (2) vμo (1) ta có:

- Đối với phụ tải tĩnh có mômen phụ tải không phụ thuộc tốc độ:

Nghĩa lμ điện áp ngu cung cấp

-tốc độ:

P C

) ( M f

U M

F

U

K C K

K )

( C I

I

ω

1 2

1

K f

f ) ( M

) ( M U

U i C i i

1

1 1

ω

ω

=

K C K

1

õm i

U 1

i

C ( ) M f

U 1 = 1 ω

*

* = f M C

U 1 1

f M M

f

U1* = 1 0* + 1 ư 0 1*

q = -1 Ta cê:

M 0 = 0

Ö víi c¨n bỊc hai cña tÌn

sỉ

t nhâ ta kh«ng thÓ bâ qua sôt ¸p trªn

t ¸p trong m¹ch

ªn t¸c dông cña d©y q

HoƯc :

NghÜa lμ ®iÖn ¸p nguơn cung cÍp ph¶i biÕn ®ưi tØ l

- §ỉi víi phô t¶i qu¹t giê:

M 0 = 0

q = 2

⇒ M C = M ®m (ω/ω ®m ) 2 ; M C * = f 1 * 2

U 1 *= f 1 * HoƯc U 1 /f 1 2 = Const

NghÜa lμ ®iÖn ¸p nguơn cung cÍp ph¶i biÕn ®ưi tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng tÌn sỉ cña nê

a) Khi Mc = const; b) Khi P C = const; c) Khi phô t¶i qu¹t giê.

§ỉi víi nh÷ng ®ĩng c¬ cê c«ng suÍ

©y quÍn stato (tøc R 1 ≠ 0) ®ơng thíi khi ®iÒu chØnh tỉ

rĩng h¬n th× ph¶i ®iÒu chØnh l¹i b»ng c¸ch tÝnh thªm ®ĩ sô

stato v× khi ®iÒu chØnh tỉc ®ĩ b»ng c¸ch gi¶m f 1 th× ®ĩ sôt ¸p tr

uÍn stato do dßng tõ hêa g©y nªn sÏ t¨ng lªn

Ta xÐt s¬ ®ơ thay thÕ nh− h×nh T

*

U 1 = 1

const f

U =

1 1

ω

ω

f 11

f 1đm

f 12

M

f 11

f 1đm

f 12

f 11

f 1đm

f 1

)

M

(c)

Hình 2.2 Đặc tính tần số trong trường hợp tính cơ của ĐK khi điều chỉnh λ = Const

jx1 R1 I

2

U I1 N R' /S

jx'2

Hình 2.3 Mạch điện thay thế động cơ

không đồng bộ

(3)

Thay trị số I2 vμ

2 < 1 ở mọi tần số thì ta đ−ợc nh− sau:

Độ tr−ợt tới hạn:

Mômen tới hạn:

tần số nh mức thì R /R

Khi biến đổi tần số thì cảm kháng c biến đổi theo một cách tỉ lệ Do đó các trị số cảm kháng ở những tần số khác tần số định mức sẽ lμ:

X1 = (X 1đm /f 1đm )/f 1 = X 1đm f 1 *

X 2 = X 2đm f 1 *

*

lμ các cảm kháng của động cơ ở tần số trị số cảm kháng vμo (5) vμ (6) đồng thời thay ω 0 = ω 0đm f 1 * vμ

2 1

2 1

1

2 2

1 2 1

2

⎥⎦

⎤

⎢⎣

+

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

) X X ( S

' R ) X ' X ( R X

X ' X X S

' R

1

o biểu thức mômen ta đ−ợc:

S

' R I M

' 0 2

2 2

ω

=

Vμ coi X 1 /Xμ << 1; X /Xμ

ở đị 1 μ << 1 nên ta có thể bỏ qua

ủa động cơ cũng

X nm = X nmđm f 1

Xμ = Xμđm f 1 *

Trong đó X 1đm , X 2đm , X nmđm , Xμđm

f 1đm Thay các

ρ 1μ = R1/Xμđm ; ρ 1nm = R 1 /X

⎥

⎥

⎦

⎢

⎢

+

⎟

⎠

⎜

⎝ + + 1

0

μ

ω

SX S

R X

S⎢⎡ nm ⎜⎛ ⎟⎞ ⎜⎛ 1 2⎟⎞2⎥⎤

2 2

= 3 U 1 2 R 2 ' M

2 1

2 1

1

nm

R

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎛ +

μ

2 2 , , th

X R

X R

S

+

⎝

=

⎦

⎤

⎢

⎡

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ + +

+

=

2

2 1 2

2 1

2 1

2

μ

ω

X

R X

R

R nm

th

⎢

⎣

2 1

3U

M ,

2 1

2 1

2 1

2 1 1

1 0

2 1

2 2 1 1

2

3

μ

U M

P f X

f

* nm

* õm

* nmõm õm

,

th

nm

* nmõm

(5)

⎢

=

+

(6 )

(8)

(4)

(7)

+

=

2 1

2 1

R S

* ,

,

th

Tõ ®iÒu kiÖn: λ = M' /M (ω) = M' /M = const

cña ®iÖn ¸p khi ®iÒu chØnh

nh hôa c¸c quan hÖ

®iÖn

= Const

§−íng1: lμ

tr−ín îp R 1 = 0

- §−íng 2: lμ ®−íng øng víi

tr−ín 0

hỊn xÐt:

biÖt rđ rÖt so víi quy luỊt rong vïng tÌn sỉ thÍp Møc ®ĩ kh¸c

h

Trong ®ê:

y luỊt biÕn ®ưi

Khi f → 0 th× M ¶ n¨ng qu¸ t¶i kÐm dÌn theo møc ®ĩ gi¶m tÌn sỉ f 1

Tõ (7) vμ (11) ta thÍy S 1

Khi f 1 gi¶m th× S so víi tỉc ®ĩ ®ơng bĩ t¹i

®iÓm tíi h¹n (M , S ) cña ®Ưc tÝnh c¬ b»ng:

n sỉ, ta cê

ta rót ra ®−îc quy luỊt biÕn ®ưi cê hiÖu chØnh

1

*

§ơ thÞ mi

2 1,

0 0,

8 0,

1,

6 1,

¸p theo tÌn sỉ U 1 *(f 1 *) khi ®iÒu

chØnh tÌn sỉ víi tr−íng hîp M = M ®m

1

- ®−íng øng víi

g h

g hîp R1 ≠

N

Tõ ®ơ thÞ ta thÍy: quy luỊt biÕn

®ưi cê hiÖu chØnh cña ®iÖn ¸p kh¸c

biÕn ®ưi c¬ b¶n t

ng lín khi c«ng suÍt ®ĩng c¬ cμ

III §Ưc tÝnhc¬ cña ®ĩng c¬ kh«ng ®ơng bĩ khi ®iÒu chØnh tÌn sỉ:

Ph−¬ng tr×nh ®Ưc tÝn c¬:

TrÞ sỉ M th khi biÕn ®ưi tÌn sỉ l¹i ®

¸p NÕu khi ®iÒu chØnh tÌn sỉ, ®iÖn ¸p

−îc x¸c ®Þnh bịi qu

th → 0 Nh− vỊy ta thÍy kh

th vμ a chØ phô thuĩc f

th t¨ng cßn a gi¶m §ĩ sôt tỉc

VỊy khi gi¶m f 1 th× Δω th còng gi¶m

§Ó ®¸nh gi¸ ®ĩ cøng ®Ưc tÝnh c¬ cña ®ĩng c¬ khi ®iÒu chØnh tÌ

C nm

nn

f M P f P f P

f

1 1

1 1 1 1

=

nm

P 1 + 1+ 1 2 1+ 1 2μ

*

*

*

U 1

(1 2 1μ)

2

2 1 1

P f ' R

f R '

a

*

*

+

=

2 a ' S ' S

' S ' S

S

th th

th

+ +

1

2 M ' a ' S '

M= th + th

( )

đm

c đm

M f

f U

1

1 1

1 =

2 1

2 1

2 1

2 1 2

nm

*

* nmđm

đm

P f

P f X

' R

+

+

0 0

th= ω − ω = ω S ' = ω ω

( th th ' th )

th a ' S ' S ' S S '

M

2 2

2

2 2 0

1 2

ω

β

+ +

−

−

=

(10 )

(11 )

4 1,

6 0 0,2 0,4 0,6 0,8

2

1 0 1 2 1 4 1 6 f *

Hình 2.4 Quan hệ U * (f * ) kh điều chỉn

i

h tần số với mômen không đổi

Trang

23

thể c

iến đổi điện áp U 1 (f 1 ) của nguồn cung cấp

ảm độ cứng đoạn

theo quy luật ứng β0 có thể lớn hơn

β0đm vμ dun độ cứng đoạn lμm việc

oi đoạn lμm việc của đặc tính gần như đường thẳng Khi có độ cứng của

đoạn nμy có thể xác định theo điểm không tải (S=0)

Thay giá trị S t , M t , a vμo ta được:

Để tiện xem xét mức độ biến đổi của độ cứng đặc tính cơ do tần số thay

đổi gây ra ta so sánh β0 với trị số độ cứng với tần số định mức β0đm

Ta thấy độ cứng đoạn lμm việc của đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số chủ yếu được xác định bởi quy luật b

(12 )

Nếu điện áp biến đổi theo quy luật cơ bản thì khi f1 gi

giảm Nếu khi M C = Const hoặc P C = Const m

có hiệu chỉnh thì khi f 1 giảm, modun độ c

i lần, còn khi f 1 tăng lên trên định mức thì mo

của đặc tính cơ sẽ giảm chút ít

ω f

11

f

1õm

f12

M M

Hình 2.5 Đặc tính cơ động cơ

không đồng bộ khi điều chỉnh tần

ôỳ

1

2 1 2

2 0

2 1 0

3

μ

ω

β

P f ' R

U

*

ư

=

2 1

2 1

2 1 2 1 2 1 0

μ

μ

β

β

P f

P f

U

*

*

*

+

)