Tài liệu Truyền động điện tự động (phần 8) ppt

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Chơng 4 Điều chỉnh tốc độ truyền động điện Các hệ thống bộ biến đổi - động cơ Đ 4.1. Hệ bộ biến đổi - động cơ một chiều: 4.1.1. Hệ Máy phát - Động cơ một chiều (F-Đ): Trớc đây, hệ thống Máy phát - Động cơ một chiều là một hệ truyền động điện điều chỉnh tốt nhất. Điều chỉnh tốc động động cơ rất linh hoạt và thuận tiện. Tuy nhiên hệ thống dùng nhiều máy điện quay nên cồng kềnh, khi làm việc gây ồn, rung, nên đòi hỏi phải có nền móng vững chắc. Sơ đồ nguyên lý nh hình 4-1. Coi mạch từ máy phát cha bảo hoà, nên ta có: E F = K F . F . F = K F . F .C.i KF (4-1) Trong đó: K F - hệ số kết cấu của máy phát, C = F /i KF - hệ số góc của đặc tính từ hoá. Với: i KF = U KF /r KF Trang 128 Và: E F = K F .U KF R = R Đ + R F Phơng trình đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ dùng máy phát: =- =- E R K.U R F FKF K K M K K M Đ Đ Đ Đ () () 2 2 (4-2) Nh vậy, khi thay đổi U KF (hoặc i KF ) thì ta sẽ đợc một họ đờng đặc tính cơ song song nhau ở cả 4 góc phần t (hình 4-2). ở góc phần t (I) và (III) của tọa độ đặc tính cơ thì động cơ làm việc ở chế độ động cơ quay thuận và chế độ động cơ quay ngợc. ~ ~ Đặc tính cơ hãm động năng (E F = 0) đi qua gốc toạ độ; Các vùng nằm giữa trục tung () và đặc tính cơ hãm động năng (E F = 0) là chế độ hãm tái sinh hay chế độ máy phát ( > 0 ) của động cơ; Trang 129 ~ ĐK F Đ U KĐ U đk U đkU i KĐ i KF F Đ M MSX U KF H ình 4-1: Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐM đl dùng máy phát U F = U Ư r KF I Ư ~ đm M c b) H ình 4-2: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc đọ hệ F - Đ. b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ F - Đ. E Fđm 1 0đm a) - -E Fđm E F1 >0 E F = 0 E F1 <0 U I e Đ e F ĐS C ktF I ktF + - C ktĐ I ktĐ ĐC T HTS + - HTS MF HN M c M HĐN A MF (I) (III) B ĐC N Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Các vùng nằm giữa trục hoành (M) và đặc tính cơ khi hãm động năng (E F = 0) là chế độ hãm ngợc (M) của động cơ. Đặc điểm của hệ F - Đ là điều chỉnh tốc độ rất linh hoạt, động cơ có thể tự động chuyển đổi qua các chế độ làm việc khi thay đổi tốc độ hoặc đảo chiều tốc độ. Ví dụ động cơ đang làm việc tại điểm A, khi đảo chiều kích từ máy phát F (M c = const) thì động cơ sẽ chuyển dần từ chế độ động cơ thuận (A) sang hãm tái sinh, hãm ngợc, khởi động ngợc và sẽ làm việc xác lập ở điểm B (chế độ hãm tái sinh). Khi điều chỉnh E F thì sẽ thay đổi đợc tốc độ động cơ cb ; khi đảo chiều i ktF thì đảo chiều đợc E F và nh vậy đảo chiều đợc . Nếu kết hợp điều chỉnh và đảo chiều từ thông của động cơ thì sẽ điều chỉnh và đảo chiều đợc tốc độ của động cơ cb . Nh vậy, kết hợp điều chỉnh i ktF và i ktĐ thì sẽ điều chỉnh đợc tốc độ động cơ cb và cb (cả 2 vùng tốc độ). 4.1.2. Hệ Chỉnh lu - Động cơ một chiều (CL-ĐM): Khi ta dùng các bộ chỉnh lu có điều khiển - hay là các bộ chỉnh lu dùng thyristor để làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều, ta còn gọi là hệ T - Đ. Sơ đồ nguyên lý: Trang 130 4.1.2.1. Xét hệ CL - ĐM không đảo chiều: + Chế độ dòng liên tục: E d = E d0 .cos =- + =- + =- E E đm cl đm đm cl đm ' d d K RR K I K RR K M 0 0 2 0 .cos . .cos () . (4-3) Trong đó: 0 0 ' đ E = d m K .cos là tốc độ không tải giả tởng, vì lúc đó ở vùng dòng điện gián đoạn, hệ sẽ có thêm một lợng sụt áp nên đờng đặc tính điều chỉnh dốc hơn, tốc độ không tải lý tởng thực 0 sẽ lớn hơn tốc độ không tải lý tởng giả tởng 0 (hình 4-4). E d 0đm Trang 131 ~ ĐM U KĐ U đk i KĐ Đ M MSX H ình 4-3: Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐM đl dùng Chỉnh lu U d = U ~ U CL1 U CL2 ĐK I d = I H ình 4-4: a) Sơ đồ thay thế Hệ T - Đ không đảo chiều b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ T - Đ. I e a) I d T R cl R đm I c I d b) E d0 1 E d >0 E d <0 E d =0 G iới hạn max 01 01 I d.gđ I d.lt H TS H N Đ C I d.blt Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Vậy, khi thay đổi góc điều khiển = (0ữ) thì E d thay đổi từ E d0 đến - E d0 và ta sẽ đợc một họ đặc tính cơ song song nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [, I] hoặc [, M] nếu chúng ta chỉ cho một bộ chỉnh lu làm việc ở chế độ chỉnh lu (hình 4-4). Vùng dòng điện gián đoạn bị giới hạn bởi một nửa đờng elip với trục tung: I= E.sin X+2fL 1- m cotg m d.blt d0 BA l u (4-5) Trong đó: X BA - điện kháng máy biến áp. L - Điện cảm tổng mạch phần ứng. f l - tần số lới. m - số pha chỉnh lu. Trong vùng dòng điện gián đoạn ( 0 < 0 ): 0 2 2 = > EU K EmU K mv mv đm đm 0 m m .cos( / ) (4-6) Trong đó: E 2m - biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp CL. Đờng giới hạn tốc độ cực đại: gh du dblt E K R K I .max . .cos = 0 (4-7) 4.1.2.2. Xét hệ CL - ĐM có đảo chiều: Muốn đảo chiều tốc độ động cơ thì phải dùng hai bộ chỉnh lu đấu song song ngợc - chỉnh lu kép (hình 4-3), nguyên tắc điều khiển hai bộ chỉnh lu là: Trang 132 + Khi cho bộ CL1 làm việc ở chế độ chỉnh lu thì CL2 chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lu, dòng chỉnh lu chạy theo chiều dơng, tốc độ động cơ quay thuận. + Ngợc lại, khi cho bộ CL2 làm việc ở chế độ chỉnh lu thì CL1 chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lu, dòng chỉnh lu chạy theo chiều âm, tốc độ động cơ quay ngợc. Để khỏi truyền năng lợng từ bộ CL này qua bộ CL kia về lới thì cần thoả mãn điều kiện: |E d.NL | |E d.CL | (4-8) Để điều khiển hai bộ chỉnh lu làm việc theo đúng các chế độ yêu cầu thì có thể dùng phơng pháp điều khiển chung hoặc điều khiển riêng. * Phơng pháp điều khiển chung: tín hiệu điều khiển đợc đa vào cả 2 nhóm van sao cho thoả mãn (4-8). Đối với phơng pháp này, có thể xuất hiện dòng điện cân bằng chạy qua 2 bộ chỉnh lu, không qua tải, gây quá tải cho các van và máy biến áp, cho nên cần hạn chế dòng cân bằng, thờng dùng các cuộn kháng cân bằng CK để hạn chế dòng cân bằng. Trong phơng pháp điều khiển chung, khi phối hợp điều khiển kiểu tuyến tính: 1 + 2 = (4-9) Khi đó, các đặc tính cơ của hệ T - ĐM sẽ gần giống hệ F - Đ (hình 4-5a). Khi phối hợp điều khiển kiểu phi tuyến (phối hợp không hoàn toàn) thì sẽ có thêm hệ số phi tuyến : 1 + 2 = + (4- 10) Góc phụ thuộc vào các giá trị của 1 và 2 một cách phi tuyến. Lúc này các đặc tính cơ của hệ T - ĐM có đoạn phi tuyến ở vùng gần trục tung (hình 4-5b). Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 133 * Phơng pháp điều khiển riêng: tín hiệu điều khiển chỉ đợc đa vào bộ CL đang làm việc ở chế độ chỉnh lu, còn bộ CL kia (không làm việc) không có tín hiệu điều khiển đa vào, cho nên không có dòng cân bằng. Trong phơng pháp điều khiển riêng cũng có phối hợp điều khiển kiểu tuyến tính và phi tuyến. Để thay đổi trạng thái làm việc của các bộ CL thì phải dùng thiết bị đặc biệt để chuyển các tín hiệu điều khiển từ bộ CL này sang bộ CL kia. Bởi vậy, khi điều khiển riêng, các đặc tính cơ của hệ sẽ bị gián đoạn ở tại trục tung. Nh vậy, khi thực hiện thay đổi chế độ làm việc của hệ sẽ khó khăn hơn và hệ sẽ có tính linh hoạt kém hơn khi điều chỉnh tốc độ. Nếu kết hợp điều chỉnh và đảo chiều từ thông của động cơ thì sẽ điều chỉnh và đảo chiều đợc tốc độ của động cơ cb . Trang 134 Nh vậy, kết hợp điều chỉnh i ktF và i ktĐ thì sẽ điều chỉnh đợc tốc độ động cơ cb và cb (cả 2 vùng tốc độ). 4.1.3. Hệ Khuếch đại từ - Động cơ một chiều (KĐT - ĐM): Sơ đồ nguyên lý: Để điều chỉnh tốc độ động cơ dùng khuếch đại từ, ta thay đổi dòng điều khiển khuếch đại từ (thay đổi góc từ hoá s ) thì điện áp ra của khuếch đại từ sẽ thay đổi và nh vậy sẽ điều chỉnh đợc tốc độ động cơ: = EU K RR K M KĐT v KĐT u (4-11) Các đặc tính cơ của hệ KĐT - ĐM gần giống nh các đặc tính cơ của hệ T - ĐM. Trong vùng dòng điện liên tục, đặc tính cơ cứng hơn vùng dòng điện gián đoạn, và vùng dòng điện gián đoạn cũng bị giới hạn bởi đờng elip bao quanh gốc toạ độ mặt phẳng đặc tính cơ. Kết hợp điều chỉnh điện áp ra của khuếch đại từ và điều chỉnh từ thông động cơ ta cũng điều chỉnh đợc tốc độ động cơ cả trên và dới tốc độ cơ bản. Muốn đảo chiều tốc độ động cơ cũng phải dùng hai khuếch đại từ mắc song song ngợc (khuếch đại từ kép). ~ ĐM U KĐ U đk i KĐ Đ M MSX H ình 4-6: Sơ đồ Khuếch đại từ - Động cơ điện một chiều U KĐT = U ~ U KĐT1 U KĐT2 ĐK I KĐT = I H ình 4-5: a) Điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính. b) Điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến. a) 1min 0đm - I c I d 2max 2max 0đm 1min I c 2min 1max b) - I d 2min 1max 1 =/2 1 =/2 Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 135 4.1.4. Hệ Băm điện áp - Động cơ một chiều (ĐAX - ĐM): Sơ đồ nguyên lý: Sơ đồ hình 4-7 giới thiệu một sơ đồ đơn giản của hệ ĐAX - ĐM dùng khóa đóng/cắt bằng thyristor. Trong đó, bộ nguồn một chiều là bộ chỉnh lu cầu diot ba pha CL, táo ra điện áp U d tơng đối bằng phẳng, giúp cho việc duy trì chế độ dòng điện liên tục đợc dễ dàng. Điều khiển thyristor T 1 mở/khóa bằng xung mở của bộ điều khiển BĐK, ta sẽ đợc điện áp ra của bộ băm nối tiếp U b đặt vào phần ứng của động cơ ĐM, tơng ứng sẽ có tốc độ . Trong chế độ dòng điện liên tục, các đại lợng trong hệ đợc tính toán theo giá trị trung bình: Điện áp hoặc s.đ.đ. trung bình của bộ ĐAX: E b = U tb = dd ck UU T t = (4-12) Trong đó: x x ck f.t T t T t === - là tỷ số chu kỳ băm, Với T x và f x là chu kỳ xung và tần số xung của bộ BĐK. Trang 136 Dòng điện trung bình mạch phần ứng sẽ là: I = I tb = = u d u b R KU R EE (4-13) Phơng trình đặc tính cơ-điện và đặc tính cơ của hệ ĐAX - ĐM có dạng: u ud I K R K U = (4-14) Và: M )K( R K U 2 ud = (4-15) Đặc tính cơ theo phơng trình (4-15) ở vùng dòng điện liên tục là những đờng thẳng song song nhau nh hình 4-8, trong đó tốc độ không tải lý tởng phụ thuộc vào tỉ số chu kỳ : 0 = U d /K. Xung điều khiển các thyristor T 1 và T 2 đợc tạo ra nhờ bộ BĐK với tần số xung f x = 1/T x . Khi thay đổi chu kỳ xung T x hay tần số xung f x , ta sẽ làm thay đổi thời gian mở/khóa của T 1 và T 2 , từ đó thay đổi đợc điện áp U b và U , dẫn đến điều chỉnh đợc tốc độ động cơ . ~ ĐM U KTĐ U đk i KĐ M MSX H ình 4-7: Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐM đl dùng bộ Băm ĐA U d ~ u 1 CL T 1 BĐK I T 2 C + - L D V 0 U b =U Đ AX I d I 1 = 1 2 3 4 5 = 0 I c (M) Vùng dòng gián đoạn Vùng dòng liên tục Biên liên tục 0 H ình 4-8: Đặc tính cơ của hệ ĐAX - ĐM Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 137 Đ 4.2. Hệ bộ biến đổi - động cơ không đồng bộ: 4.2.1. Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK: Động cơ ĐK, đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm nổi bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu t ít, giá thành hạ, trọng lợng, kích thớc nhỏ hơn khi dùng công suất định mức so với động cơ một chiều. Sử dụng trực tiếp lới điện xoay chiều 3 pha Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu, (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ). Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tin học, động cơ ĐK mới đợc khai thác các u điểm của chúng. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả so với hệ Thyristor - Động cơ điện một chiều. Qua phơng trình đặc tính cơ của động cơ ĐK: th th th thth as2 s s s s )asI(M2 M ++ + = (4-16) Trong đó: 2 nm 2 1 ' 2 th XR R s + = (4-17) Và: ( ) 2 nm 2 11o 2 f1 th XRR.2 U.3 M + = (4-18) 2 nm 2 1 ' 2 th XR R s + = (4-19) Trang 138 Qua biểu thức (4-16), (4-17), (4-18), (4-19) ta thấy rằng khi dùng các bộ biến đổi: xung điện trở mạch rôto, điều áp xoay chiều stato, biến tần mạch stato, thì sẽ thay đổi đợc s th , M th và sẽ điều chỉnh đợc tốc độ của động cơ ĐK. 4.2.2. Phơng pháp xung điện trở mạch rôto: ~ R R 0 3/4R 0 ĐK R 0 a) b) H ình 4-9: a, b) Sơ đồ và đặc tính điều chỉnh bằng xung R rôto đ/c ĐK c, d) Các đặc tính cơ điều chỉnh xung điện trở rôto ĐK. u r C CL L R 0 T 1 T 2 L c D c 1/2R 0 R 0 1/4R 0 t t I d t đ t n t t ck = T 0 = 1 = 1 0 = 0 = 0 M M c) d) Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 139 Trên hình 4-9 trình bày nguyên lý điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phơng pháp xung. Điện áp u r đợc điều chỉnh bởi cầu chỉnh lu điôt CL, qua điện kháng lọc L, cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở R o nối song song với khóa bán dẫn T 1 . Khóa T 1 đợc điều khiển đóng ngắt một cách chu kì. Hoạt động của khóa T 1 tơng tự nh mạch điều chỉnh xung áp một chiều. Khi khóa T 1 đóng điện trở R o bị ngắn mạch (bị loại ra khỏi mạch), dòng rôto tăng lên, khi T 1 ngắt, điện trở R o đợc đa vào mạch, dòng rôto giảm xuống. Với chu kì đóng-ngắt nhất định (T = const), ta sẽ có một giá trị điện trở tơng đơng (R tđ ) trong mạch rôto. Hình 4-9b: thời gian đóng t đ = T - t n , nếu điều chỉnh trơn tỷ số chu kì = (t đ /T), thì ta sẽ điều chỉnh trơn đợc giá trị giá trị điện trở trong mạch rôto: R tđ = (1-).R o (4-20) Điện trở R tđ trong mạch một chiều đợc tính đổi về mạch xoay chiều 3 pha ở rôto theo qui tắc bảo toàn công suất. Tổn hao trong mạch rôto nối theo sơ đồ hình 3-9a là: (4-21) )RR2(IP t2 2 d += Và hao tổn khi mạch rôto nối theo sơ đồ hình 3-6a là: (4-22) )RR(I3P f22 2 2 += Cơ sở để tính đổi là tổn hao công suất nh nhau, nên: (4-23) )RR(I3)RR2(I f22 2 2t2 2 d +=+ Với sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha thì: , nên: 2 2 2 d I5,1I = 2 R).1( 2 R R ot f2 == (4-24) Khi đã có điện trở tính đổi sẽ dễ dàng dựng đợc các đặc tính cơ theo phơng pháp thông thờng, họ các đặc tính cơ này sẽ quét kín phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ R 2f = R o /2 nh hình 4-9c. Trang 140 Để mở rộng phạm vi điều chỉnh mômen thì có thể mắc nối tiếp điện trở R o với một tụ điện có điện dung đủ lớn (hình 4-9d). Việc xây dựng các mạch phản hồi điều chỉnh tốc độ và dòng điện rôto đợc tiến hành tơng tự hệ điều chỉnh điện áp. 4.2.3. Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng bộ điều áp xoay chiều stato (u s ): Mômen động cơ ĐK tỉ lệ với bình phơng điện áp stato, nên có thể điều chỉnh mômen và tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato và giữ tần số không đổi nhờ bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC) nh hình 4-10: Nếu coi bộ ĐAXC là nguồn lí tởng (Z b = 0), khi u b u đm thì mômen tới hạn M th.u tỉ lệ với bình phơng điện áp, còn s th.u = const: == = = constss u.M u u MM gh.thth.u 2* bth 2 1 b gh.thu.th (4-25) H ình 4-10: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ đ/c ĐK bằng bộ u stato . b) Các đặc tính điều chỉnh bằng bộ u stato đ/c ĐK ~ u l , f l TN, u đm , R 2f = 0 S th.TN 0 S th.gh u b1 < u đm M c () 0 M th2 M th1 M th M b) TN 2 đ/tGH, u đm , R 2f 0 ĐAXC u b2 < u b1 f 1 , u b ĐK R 2f a) Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 141 Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát nóng của động cơ, ngời ta mắc thêm điện trở R 2f (hình 4-10). Khi đó, nếu điện áp đặt vào stato là định mức (u b = u 1 ) thì ta đợc đặc tính mềm hơn đặc tính tự nhiên, gọi là đặc tính giới hạn. Rõ ràng là: 2 f22 thgh.th R RR ss + = ; M th.gh = M th (4-26) Trong đó: M th.gh , s th.gh là mômen và hệ số trợt tới hạn của đặc tính giới hạn (đ/tGH). M th , s th là mômen và hệ số trợt tới hạn của đặc tính tự nhiên. Dựa vào đặc tính giới hạn M gh (s), và nếu = const, ta suy ra đặc tính điều chỉnh ứng với giá trị u b cho trớc nhờ quan hệ: gh u * u 2* b * u M M M ;uM == (4-27) Đặc tính điều chỉnh trong trờng hợp này nh hình 4-10b. Phơng pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ nh: máy bơm, quạt gió, Có thể dùng máy biến áp tự ngẫu, điện kháng, hoặc bộ biến đổi bán dẫn làm bộ ĐAXC cho động cơ ĐK. 4.2.4. Các bộ biến đổi tần số - điện áp: Thông thờng khi điều chỉnh tốc độ bằng cách tháy đổi tần số, ngời ta kết hợp thay đổi điện áp stato sao cho hệ số quá tải mômen của động cơ = const, phụ thuộc các loại phụ tải khác nhau ta đã xác định đợc quan hệ giữa sự thay đổi điện áp và tần số theo công thức: const f u 2 q 1 1 1 = + ; (với q = -1, 0, 1, 2) (4-28) Hay: + = 2 q 1* 1 * 1 fu ;(với q = -1, 0, 1, 2) (4-29) Trang 142 Hình 4-11 có các khối chức năng: nguồn xoay chiều có u 1.đm , f 1.đm qua bộ chỉnh lu (CL) biến đổi thành điện áp một chiều U đ cấp cho bộ biến tần: Bộ nghịch lu áp ba pha (NL) gồm 6 thyristor (T 1 ữ T 6 ) và cầu chỉnh lu ngợc (CL ng ) gồm (D 1 ữ D 6 ) để hoàn trả năng lợng phản kháng. Điện áp đầu ra của bộ BT (u 1 ) có dạng sin chữ nhật và tần số là f 1 , đặt lên stato động cơ ĐK cần điều chỉnh tốc độ . Muốn điều chỉnh tần số f 1 đặt vào stato để điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK, thì thay đổi điện áp điều khiển U đk.f của bộ biến tần áp. Còn muốn điều chỉnh điện áp u 1 đặt vào stato theo qui luật (4-29), thì thay đổi điện áp điều khiển U đk.u của bộ chỉnh lu. * Các đặc điểm của việc điều chỉnh tần số: Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách biến đổi điện áp và tần số trên đầu nối stato là một trong những phơng pháp đợc chú ý và có nhiều triển vọng. Bằng phơng pháp điều chỉnh này, ta nhận đợc những đặc tính cơ ứng. Khi đó tổn thất công suất không lớn. Thực vậy, từ biểu thức: P 2điện = M o s (4-30) CL ~ u 1đm f 1đm U đk.u L d B iến tần nguồn áp I d D 1 D 3 D 5 T 1 T 3 T 5 f 1 , u 1 U d C o ĐK T 4 T 6 T 2 D 4 D 6 D 2 CL ng NL U đk.f H ình 4-11: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nguồn áp Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 143 Ta thấy, nếu coi động cơ làm việc trên đoạn đờng thẳng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số thì s có trị số nhỏ, nên P 2điên cũng nhỏ. Khi s dụng các bộ biến tần thích hợp, ta có thể điều chỉnh đợc tốc độ với độ trơn tùy ý. Quan trọng hơn nữa là các u điểm trên đều đợc thể hiện cả với khi điều chỉnh động cơ không đồng bộ lồng sóc là loại động cơ đơn giản, chắc chắn và rẻ tiền. Nhợc điểm chủ yếu của các hệ thống truyền động điện này là hiện nay bộ biến tần còn tơng đối phức tạp và đắt tiền. Vì vậy đã hạn chế phạm vi ứng dụng của truyền động điện có điều khiển tần số. Nhng những u điểm của chúng vẫn là cơ bản. Nếu tạo ra đợc những bộ biến tần với mức độ phức tạp và giá thành vừa phải, thì truyền động điện điều khiển tần số dùng động cơ ĐK lồng sóc sẽ đợc ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và sinh hoạt. 4.2.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng các sơ đồ nối tầng: 4.2.5.1. Sơ đồ nối tầng điện cơ: Sơ đồ nguyên lý : Trang 144 Trong sơ đồ hình 4-12, động cơ ĐK đợc điều chỉnh tốc độ. S.đ.đ. E 2 đợc chỉnh lu thành s.đ.đ. một chiều E 2d có biểu thức: E 2d = K u .E 2 = K u .E 2nm .s (4-31) Trong đó: K u = 2,34 - hệ số của chỉnh lu cầu ba pha. E 2nm - s.đ.đ. ngắn mạch rôto (giá trị pha). S.đ.đ. này đợc nối vào phần ứng của một động cơ điện một chiều ĐM đl đóng vai trò thiết bị biến đổi (TBBĐ) nh hình 4-12. Động cơ này sẽ nhận năng lợng trợt từ bộ chỉnh lu dới dạng điện năng một chiều, và biến đổi thành cơ năng trên trục. Trục của nó đợc nối đợc nối chung với trục động cơ ĐK, do đó nó truyền phần năng lợng trợt về trục động cơ của máy sản xuất. S.đ.đ. phần ứng của ĐM đl nh đã biết, nó phụ thuộc vào tốc độ và từ thông của nó: E bđ = K = K.a.I kt . (4-32) Trong đó, từ thông phụ thuộc dòng kích từ: = a.I kt Dòng điện phần ứng của động cơ I d = I tỷ lệ với dòng điện rôto I 2 và đợc xác định theo các s.đ.đ. trong mạch: ~ Đ M đl (TBBĐ) M áy SX + E bđ == R EE IKI b2d 2id (4-33) Trong đó: R - điện trở tổng trong mạch CL - ĐM đl : R = R CL + R bđ Giả sử động cơ đang làm việc tại một điểm xác lập nào đó với tốc độ , độ trợt s và dòng điện I 2 xác lập, nếu ta thay đổi dòng kích từ của ĐM đl , s.đ.đ. E bđ của nó sẽ thay đổi (xem biểu thức 4-29), dòng điện I 2 thay đổi theo biểu thức (4-33), do đó mômen động cơ thay đổi, và hệ sẽ chuyển sang làm việc ở một điểm xác lập mới với tốc độ làm việc khác. Đó là nguyên tắc điều chỉnh tốc độ trong tầng điện cơ. ĐK I kt R đch I d , (I ) E 2 I 2 - + E 2d CL - H ình 4-12: Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh tầng điện cơ Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 145 4.2.5.2. Sơ đồ nối tầng điện: Sơ đồ nguyên lý : Hình 4-13 giới thiệu một sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh nối tầng điện. Trong này, năng lợng trợt trong mạch rôto của động cơ ĐK (đợc biểu thị bởi các thông số s.đ.đ. xoay chiều E 2 , dòng xoay chiều I 2 và tần số mạch rôto f 2 = f 1 .s) cũng đợc chỉnh lu thành dạng một chiều (với các thông số E 2d , I d ) nhờ cầu diot CL rồi đợc truyền vào bộ nghịch lu NL (với chức năng là thiết bị biến đổi trong hình 4-12). Với bộ nghịch lu này, việc chuyển mạch các thyristor đợc thực hiện nhờ điện áp lới (u l ), do đó năng lợng trợt dạng một chiều sẽ đợc biến đổi thành xoay chiều có tần số của điện áp lới, cuối cùng qua máy biến áp BA, năng lợng trợt đợc trả về lới điện. Trong sơ đồ nối tầng điện hình 4-13, dòng điện rôto I 2 của động cơ ĐK hoặc dòng điện trong mạch một chiều I d cũng đợc xác định theo biểu thức (4-33), trong đó E bđ là s.đ.đ. của bộ nghịch lu có dạng: E bđ = E NL = U d0 cos (4-34) Trang 146 Trong đó: là góc mở của các thyristor ( > /2) = - là góc mở chậm của thyristor ở trạng thái nghịch lu. U d0 là điện áp lớn nhất của bộ nghịch lu với trờng hợp = 0; U d0 = 2,34U 2ba . Với U 2ba là điện áp pha thứ cấp máy biến áp BA. Từ các biểu thức (4-33) và (4-34) ta thấy, khi thay đổi góc mở của các van trong bộ nghịch lu (từ /2 đến ) tơng ứng với sự thay đổi của s.đ.đ. nghịch lu E bđ (từ 0 đến U d0 ), thì dòng điện I d và I 2 sẽ thay đổi, nhờ đó mômen và tốc độ của động cơ sẽ đợc điều chỉnh. Câu hỏi ôn tập 1. Làm thế nào để thay đổi và đảo chiều đợc tốc độ động cơ trong phơng pháp điều chỉnh dùng hệ thống Máy phát - Động cơ điện một chiều ? 2. Làm thế nào để thay đổi đợc điện áp chỉnh lu ? Đặc điểm của phơng pháp điều chỉnh tốc độ dùng hệ Chỉnh lu - Động cơ điện một chiều không đảo chiều ? Các phơng pháp điều khiển các bộ chỉnh lu trong hệ truyền động T - Đ có đảo chiều ? Cách phối hợp góc điều khiển trong các phơng pháp điều khiển các bộ chỉnh lu ? 3. Làm thế nào để thay đổi tốc độ động cơ trong phơng pháp điều chỉnh dùng hệ thống Băm điện áp - Động cơ điện một chiều ? 4. Phân tích phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách dùng bộ băm điện trở mạch rôto ? So sánh chỉ tiêu chất lợng với phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách dùng các cấp điện trở phụ mạch rôto ? 5. Phân tích phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi tần số dòng điện stato (hệ :BT - ĐK) ? Tại sao khi thay đổi tần số ngời ta thờng kết hợp điều chỉnh điện áp stato ? 5. Phân tích các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng các hệ nối tầng điện cơ và nối tầng điện ? Ưu, nhợc điểm của các phơng pháp đó ? ~ u l M áy SX BA ĐK U 2ba E 2 I 2 I d E bđ CL + + NL E 2d KL H ình 4-13: Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh tầng điện . Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Chơng 4 Điều chỉnh tốc độ truyền động điện Các hệ thống. Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Trang 135 4.1.4. Hệ Băm điện áp - Động cơ một chiều