Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôtô dây quấn bằng phương pháp điện trở xung ở mạch rôto

Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Sơn Lời nói đầu Trong công nghiệp máy điện không đồng ba pha loại động chiếm tỷ lệ lớn so với loại động khác Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, nguồn cung cấp lấy lới công nghiệp, dải công suất động rộngt vài trăm W đến hàng ngàn kW Tuy nhiên hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động không đồng lại có tỷ lệ nhỏ so với động chiều Đó điều chỉnh tốc độ động không đồng gặp nhiều khó khăn dải điều chỉnh hẹp Nhng với đời phát triển nhanh dụng cụ bán dẫn công suất nh: Diốt, Triắc tranzitor công suất, Thiristor có cực khoá Thì hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động không đồng đợc khai thác mạnh Xuất phát từ vấn đề nêu khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, đồ án nghiên cứu: "Điều chỉnh tốc độ động không đồng rôtô dây quấn phơng pháp điện trở xung mạch rôto" Nội dung đồ án gồm chơng Chơng I: Tổng quan điều chỉnh tốc độ động không đồng pha Chơng II: Tính chọn mạch động lực Chơng III: Tính chọn mạch điều khiển Chơng IV: Tính chọn cảm biến để xây dựng hệ kín Đặc tính Em xin chân thành cảm ơn thầy "Nguyễn Trung Sơn" đà hớng dẫn tận tình cho em trình làm đồ án vừa Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Sơn qua Đến hôm em đà hoàn thành đồ án Nhng khả thời gian có hạn nên chắn sai sót định Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy cô giáo môn thiết bị điện - điện tử trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đà nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ tạo điều kiện suốt trình học tập rèn luyện em để đến hôm em hoàn thành nhiệm vụ học tập Sinh viên Trần Minh Tiếu Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Sơn Chơng I: Tổng quan điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB PHA Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Sơn I Giới thiệu ĐCKĐB kết cấu: Động không đồng ba pha đợc sử dụng rộng rải công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình chiếm tỷ lệ lớn so với động khác Sở dĩ nh động KĐB có kết cấu đơn giản, dể chế tạo, vận hµnh an toµn, sư dơng ngn cÊp trùc tiÕp tõ lới điện xoay chiều fa Tuy nhiên trớc hệ truyền động không đồng có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ nhỏ, việc điều chỉnh tốc độ động KĐB có khó khăn động chiều Trong thời gian gần đây, phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất kỹ thuật điện tử tin học, động KĐB đợc khai thác u điểm Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu với hệ truyền động tiristo, động chiều II Đặc tính động KĐB roto dây quấn: Để thành lập đặc tính cơ,ta cần đa số giả thiết sau: - pha động đối xứng - Các thông số mạch không thay đổi, nghĩa không phụ thuộc nhiệt độ, điện trở mạch roto không phụ thuộc vào tần số dòng điện nó, mạch từ không bảo hoà, điện kháng dây stato X roto X2 không thay đổi - Tổng dẫn mạch dòng từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá IM không phụ thuộc vào phụ tải mà phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato động - Bỏ qua tổn thất ma sát - Điện áp lới hoàn toàn hình sin đối xứng Nh ta có sơ đồ thay pha động X1 I1 Sinh viên: Trần Minh Tiếu Uf r1 I2 Trang X2 r2' S ' Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Sơn Trong đó: XM, X1,X2 điện kháng mạch từ hoá, Stato Rôto qui đổi Stato () rM, r1, r2: điện trở tác dụng mạch từ hoá cuộn dây stato, rôto ®· qui ®ỉi vỊ stato () R’f ®iƯn trë phơ (nếu có) mắc thêm vào pha rôto đà qui đổi stato () Uf trị số hiệu dụng điện áp pha stato (V) IM,I1,I2 Dòng điện từ hoá , stato, rôto đà qui đổi stato (A) S độ trợt động S = ( Víi ω0 ω 0- ω )/ ω (1.1) vËn tốc góc từ trờng quay, gọi tốc ®é ®ång bé (rad) ω0 πf = p (1.2) f: tần số điện áp nguồn đặc vào stato (Hz) P: số đôi cực động : tốc độ góc rôto (rad/s) Từ phơng trình 1.1 phơng tr×nh 1.2 suy ra: ω πf = ω 0(1-s) = p (1-s) (1.3) ' Mặt khác, từ sơ đồ thay ( hình 1.1) ta có, trị số hiệu dụng dòng điện roto đà qui đổi stato Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Sơn I2 = (1.4) Công suất ®iƯn tõ chun tõ stato sang r«to P12 = Mdt Với Mdt : mô men điện từ động Nếu bỏ qua tổn thất Mdt = Mcơ = M Công suất chia hai thành phần : công suất đa trục động Pcơ công suất tổn hao đồng rôto P2 nghĩa : P12 = Pcơ+P2 Hay M = Mω + P2 Do ®ã P2 = M(ω 0- ) = M 0.S Mặt khác P2 = Nên M= 3I22R2 3I22R2/ 0.S (1.5) Thay phơng trình (1.5) vào phơng trình (1.4) ta đợc phơng trình đặc tính của động M = (1.6) Vẽ quan hệ phơng trình (1.6) lên trục toạ độ ta đợc đặc tính động cần tìm Sinh viên: Trần Minh Tiếu ( = R 0) f Trang Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Sơn [Hình 1.2] Đặc tính động KĐB roto dây quấn Hai phơng trình đặc tính đợc viết dới dạng khác: M max ( 1+a S max ) S max S + +2 aS max S max S M = (1.7) Trong ®ã : Smax hệ số trợt tơng ứng với mômen max r Smax = Mnm 2' √r 12 + X nm2 (1.8) : mômen ngắn mạch hay gọi mômen më m¸y 3U Mmax = √ f2 2ω ( r + r + X nm 2) (1.9) r1 a = r2 Đối với động có r1 nhỏ phơng trình lµ : M max ( 1+a S max ) S max S + S max S M = Víi Smax = r2’/Xnm (1.10) ; Mmax = 3Uf2/2ω 0.Xnm III Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB : Từ phơng trình (1.3) ta thấy tốc độ động KĐB phụ thuộc vào tần số lới điện f1, số đôi cực P hệ số trợt S động Nh để điều chỉnh tốc độ động KĐB Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Sơn ta điều chỉnh thông số Sau ta lần lợc giới thiệu phơng pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB: Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi tần số: - Sơ đồ nguyên lý: Rcd Ui BB T fi st Ub fb Va r [Hình1.3] sơ đồ nguyên lý hệ ĐCTĐ ĐCKĐB cách thay đổi tần số - Tần số nguồn điện cung cấp cho động KĐB định giá trị tốc độ từ trờng quay tốc độ không tải lý tëng Ta cã: πf n0 = 60f1/P hay ω0 = P - Do vËy b»ng c¸ch thay đổi tần số nguồn cấp cho phần cảm ta điều chỉnh đợc tốc độ động Để thực phơng án ngời ta dùng biến tần để cung cấp cho động - Khi thay đổi tần số trở kháng động có thay đổi, kéo theo dòng điện từ thông thay đổi Cụ thể , giảm tần nguồn cảm kháng giảm (X1 = f ) dòng điện tăng lên Muốn động không bị dòng cần giảm điện áp theo giảm tần số Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Sơn - Ngời ta chứng minh đợc thay đổi tần số, đồng thời chỉnh điện áp cấp cho phần cảm cho hệ số M th tải M = M c giữ không đổi động làm việc chế độ tối u nh làm việc với thông số định mức M th M = M c = Conts U 21 ph √ 2ω ( R + R + X 2nm Trong ®ã : Mth = Nếu điện trở phần cảm nhỏ ( R 1 0) vµ lu ý ω0 = πf P Xnm = X1+X2’ th× cã thĨ viÕt U 21 ph P ' Mth = πf ( X + X ) Vì X1 X2 tỷ lệ với tần sè f1 nªn cã thĨ viÕt : 3U ph Mth = A f Víi A lµ h»ng sè phô thuéc P, L1, L2 3U 21 ph Tõ ®ã : M = A f M c U dm = A f dm M cdm (1.11) Mômen cÊu s¶n st coi Mco0 , biĨu thøc : [ ] Mc = Mco+(Mcdm-Mco) ω ω dm K (1.12) Trong : Mc mômen cản cấu sản suất tốc độ Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Sơn M co = mômen cản cấu sản suất =0 M cdm mômen cản cấu sản suất = dm K số mũ đặc trng cho phụ tải (K = 0,± 1,2) ViÕt l¹i: [ ] ω ω dm Mc = Mc®m [ ] K f1 = Mc®m f dm K (1.13) Thay biÓu thøc (1.13) vào biểu thức (1.11) ta đợc: [ ] U ph U dm U ph Hay 1+ f1 K [ ] f1 = f dm K +2 (1.14) U 1dm = K f dm2 1+ = const (1.15) Nh đặc tính động KĐB điều chỉnh tần số phụ thuộc vào giá trị tần số f mà phụ thuộc vào qui luật biến đổi điện áp, nghĩa phụ thuộc vào đặc tính phụ tải Ta có đặc tính nh sau:  0  f1’’’ d1’’ f1’ f1®m f11 f12 f13 M Sinh viên: Trần Mc Minh Tiếu Mmax Trang 10 a.(k = 0) f3>f2>f1 f3 Mc f2 f1 M b.(k = 1)