Đồ án truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng biến tần

Đồ án truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng biến tần Đồ án truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng biến tần Đồ án truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng biến tần Đồ án truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng biến tần Đồ án truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng biến tần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP  ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA BẰNG BIẾN TẦN CBHD : TH S Lê Ngọc Hội SVTH : Tạ Văn Tiến MSSV : 11010603 TP Hồ Chí Minh – Tháng 6/2013 Đồ án Truyền động  điện  A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI M áy điện không đồng (KĐB) loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động điện Động không đồng ngày sử dụng rộng rãi công nghiệp, nông nghiệp đời sống hàng ngày… có nhiều ưu điểm so với loại động khác Trong công nghiệp, động KĐB pha loại động chiếm tỷ lệ lớn Dải công suất động rộng từ vài trăm W đến hàng ngàn kW Đó động KĐB có ưu điểm: kết cấu đơn giản, gọn, chế tạo dễ, vận hành dễ dàng, nguồn cấp lấy từ lưới điện công nghiệp Tuy nhiên, hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dung động KĐB lại có tỷ lệ nhỏ so với động chiều Đó việc điều chỉnh tốc độ động KĐB gặp nhiều khó khăn dải điều chỉnh hẹp Chỉ có linh kiện bán dẫn cơng suất lớn (transistor, thyristor…) phát triển với kỹ thuật điện tử tin học hệ thống truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động KĐB khai thác mạnh Hiện có nhiều hệ thống điều tốc động KĐB, chằng hạn như: điều tốc giảm điện áp, điều tốc ly hợp trượt điện từ, điều tốc thay đổi số đôi cực, điều tốc biến tần… Trong hệ thống điều tốc biến tần có hiệu suất cao nhất, chất lượng tốt nhất, sử dụng rộng rãi phương hướng phát triển chủ yếu điều tốc xoay chiều Trong giới hạn đồ án đề cập đến vấn đề điều chỉnh tốc độ động KĐB biến tần Đồ án Truyền động  điện  B GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I Cấu tạo: Hình 1: Cấu tạo ĐCKĐB a) Phần tĩnh (Stato) Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lõi sắt dây quấn * Vỏ máy Đồ án Truyền động  điện  Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ Thường vỏ máy làm gang Đối với máy có cơng suất tương đối lớn ( 1000kW ) thường dùng thép hàn lại làm thành vỏ máy Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ khác *Lõi sắt Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi sắt từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi sắt làm thép kỹ thuật điện ép lại Khi đường kính ngồi lõi sắt nhỏ 90 mm dùng trịn ép lại Khi đường kính ngồi lớn dùng hình rẻ quạt (hình 2) ghép lại *Dây quấn Dây quấn stator đặt vào rãnh lõi sắt cách điện tốt với lõi sắt Dây quấn stato gồm cuộn dây đặt lệch 120 o điện b) Phần quay (roto) Rotor có loại : rotor kiểu dây quấn rotor kiểu lồng sóc Rotor dây quấn : Rơto có dây quấn giống dây quấn stator Dây quấn pha rơto thường đấu hình ba đầu nối vào vành trượt thường làm đồng đặt cố định đầu trục thơng qua chổi than đấu với mạch điện bên ngồi Đặc điểm thơng qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rơto để cải thiện tính mở máy, điều chỉnh tốc độ cải thiện hệ số cơng suất máy Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor nối ngắn mạch Nhược điểm so với động rotor lồng sóc giá thành cao, khó sử dụng mơi trường khắc nghiệt, dễ cháy nổ Rotor lồng sóc : Kết cấu loại dây quấn khác với dây quấn stator Trong rãnh lõi sắt rotor đặt vào dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt Đồ án Truyền động  điện  nối tắt lại hai đầu hai vành ngắn mạch đồng hay nhôm làm thành lồng mà người ta quen gọi lồng sóc c) Khe hở khơng khí Vì rotor khối trịn nên khe hở Khe hở máy điện không đồng nhỏ (0,2 mm ÷ 1mm) Để hạn chế dịng điện từ hóa lấy từ lưới làm cho hệ số cơng suất máy cao II Nguyên lý làm việc: - Như biết vât lý, dòng điện xoay chiều pha vào ba cuộn dây đặt lệch 1200 khơng gian từ trường tổng qua cuộn dây từ trường quay Nếu từ trường quay có đặt dẫn điện từ trường quay quét qua dẫn làm xuất sức điện điện cảm ứng dẫn Trong động KĐB phía roto ( phần cảm ứng sức điện động ) nối ngắn mạch làm xuất dòng điện ( ngắn mạch ) dây quấn roto, dịng điện có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải Từ trường quay lại tác dụng vào dịng cảm ứng lực từ có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái tạo momen làm quay roto theo chiều quay từ trường quay - Tốc độ quay roto luôn nhỏ tốc độ quay từ trường Nếu roto quay với tốc độ tốc độ từ trường quay từ trường khơng qt qua dẫn nên khơng có dịng điện cảm ứng nên momen quay khơng cịn Khi đó, momen cản roto quay chậm từ trường quay dẫn lại bị từ trường quét qua, dòng điện cảm ứng lại xuất lại có momen quay làm roto tiếp tục quay với tốc độ nhỏ từ trường quay Động hoạt động với nguyên tắc nên gọi động không đồng  Đồ án Truyền động điện  - Tốc độ quay từ trường phụ thuộc vào số đôi cực p, số đơi cực lớn tốc độ từ trường quay giảm Với cuộn cảm tạo từ trường có p đơi cực tốc độ quay giảm p lần f1 (vòng/s) p Hay n0 = 60 f p (1) Hoặc ω0 = (vòng/phút) 2 n0 2 (rad/s) p = f1 p no, ωo tốc độ từ trường quay, tốc độ lớn mà rotor đạt khơng có lực cản Tốc độ gọi tốc độ đồng hay tốc độ không tải lý tưởng Tần số lưới điện Việt Nam 50Hz p số nguyên nên tốc độ đồng thường 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500… (vòng/phút) Tốc độ không đồng rotor n2 nhỏ tốc độ đồng no sai lệch đánh giá qua đại lượng gọi hệ số trượt s: s = n0  n2 = n0 0  2  =1- 0 0 (2) chế độ động cơ, hệ số trượt s có giá trị  s  Dòng điện cảm ứng cuộn dây rotor dòng xoay chiều với tần số xác định qua tốc độ tương đối rotor từ trường quay: f2 = p.(n0  n2 ) 60 = s.f1 (Hz) (3) III Đặc tính ĐCKĐB: 1) Phương trình đặc tính cơ:  Đồ án Truyền động điện  Khi coi pha động đối xứng, cấp nguồn nguồn xoay chiều hình sin pha đối xứng mạch từ động khơng bão hịa xem xét động qua sơ đồ thay pha Đó sơ đồ điện pha phía stator với đại lượng điện mạch rotor qui đổi stator: Hình 2: Sơ đồ thay pha ĐCKĐB Khi cuộn dây stator cấp với điện áp định mức U 1ph.đm pha mà rotor không quay pha cuộn dây rotor xuất sức điện động cảm ứng E2ph.đm theo nguyên lý máy biến áp Hệ số qui đổi sức điện động là: E KE = E ph.đm ph.đm Từ ta có hệ số qui đổi dịng điện: KI = KE Và hệ số qui đổi trở kháng: K R = K X = KE KI = K 2E Với hệ số qui đổi này, đại lượng rotor qui đổi phía stator theo cách sau: - Dòng điện : I’2 = KI.I2  Đồ án Truyền động điện  - Điện kháng : X’2 = KX.X2 - Điện trở : R’2 = KR.R2 Các đại lượng khác sơ đồ thay hình 2: I0 – dịng từ hóa động Rm, Xm – điện trở điện kháng mạch từ hóa I1 – dịng điện cuộn dây stator R1,X1 – điện trở điện kháng cuộn dây stator Dịng điện rotor qui đổi stator tính từ sơ đồ thay thế: I’2 = U1 ph  R' 2  R1     X1  X ' 2   s (4) Khi động hoạt động , công suất điện từ P 12 chuyển từ stator sang rotor thành công suất Pcơ đưa trục động công suất nhiệt ∆P đốt nóng cuộn dây: P12 = Pcơ + ∆P2 Nếu bở qua tổn thất phụ xem momen điện từ Mđt động momen Mcơ: Mđt = Mcơ = M Từ đó: P12 = M.ω0 = Mω + ∆P2 Suy : = M P2 P2 = s. 0   (5) Mặt khác, công suất nhiệt cuộn dây pha là:  Đồ án Truyền động điện  ∆P2 = 3.R’2.I’22 Thay vào phương trình tính moment ta được: R'2 ph M=  U R'   s.  R1    X nm   s    (6) Trong Xnm = X1 + X’2 điện kháng ngắn mạch Phương trình biểu thị mối quan hệ M = f(s) = f[s(ω)] gọi phương trình đặc tính ĐCKĐB pha Với giá trị khác s (0  s  1) phương trình đặc tính cho ta giá trị khác M Đường biểu diễn M = f(s) gọi đường đặc tính cơ: Hình 3: Đường đặc tính ĐCKĐB Đường đặc tính có điểm cực trị K gọi điểm tới hạn Tại đó: dM ds =  Đồ án Truyền động điện  R'2 R1  Xnm Giải phương trình ta có: sth =  (7) Thay vào phương trình đặc tính ta có: 12ph Mth =  U 2.0 (R1  R12  X nm ) (8) Vì xem xét chế động động nên giá trị Mth, sth đặc tính ứng với dấu + 2) Ảnh hưởng việc thay đổi tần số nguồn cung cấp đến đặc tính cơ: Phương trình đặc tính cho ta thấy đặc tính ĐCKĐB chịu ảnh hưởng nhiều thông số điện: điện áp lưới U 1ph, điện trở mạch rotor R’ 2, điện trở điện kháng stator R1, X1, số đôi cực p tần số lưới Ở đề cập đến ảnh hưởng tần số lưới đến đặc tính động KĐB pha Khi f thay đổi thơng số sau thay đổi: tốc độ đồng bộ, độ trượt giới hạn, momen tới hạn Khi thay đổi f1 tốc đồng ω thay đổi, đồng thời X 1, X2 bị thay đổi (X =  f L) kéo theo thay đổi độ trượt tới hạn s th momen tới hạn Mth Ta nhận thấy thay đổi tần số f1, bỏ qua điện trở dây quấn stator R1 = Mth là: Mth = Mặt khác: 12ph 2.U 0 X nm ω0 = 2 f p Xnm = X1 + X’2 = ω1L1 + ω1L’2 = ω1.(L1 + L’2) = ω1.Lnm