Thiết kế hệ thống điều chỉnh tốc độ và dòng điện động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp stato

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội LỜI NÓI ĐẦU Động không đồng sử dụng phổ biến công nghiệp đời sống nhân dân Sở dó động không đồng có nhiều ưu điểm vượt trội so với động khác cấu tạo, vận hành đơn giản, giá thành hạ, kết cấu chắn… Nhưng nhược điểm lớn động việc điều khiển tốc độ khó khăn đặc tính điều chỉnh không ý muốn Do nhược điểm mà thời gian trước đây, người ta sử dụng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động không đồng mà chủ yếu dùng hệ truyền động chiều Trước thực tế đó, với phát triển ngành điện tử bán dẫn công suất, hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ động không đồng đời trở thành hệ truyền động cạnh tranh hiệu với hệ truyền động động chiều Có nhiều phương pháp để điều chỉnh tốc độ dựa vào việc ứng dụng thiết bị điện tử công suất, đồ án đưa xem xét hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha roto lồng sóc điều chỉnh pha Nội dung gồm chương: - Chương mở đầu: Tổng quan động không đồng - Chương I: Tổng quan phương pháp điều khiển động không đồng - Chương II: Phương pháp điều khiển cách thay đổi điện áp stato - Chương III: Tính toán số liệu, đặc tính động - Chương IV: Lập sơ đồ tính toán điều chỉnh pha SV: Đặng Thanh Thư trang Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội - Chương V: Thiết kế sơ đồ điều khiển tự động dòng điện tốc độ động Sau thời gian làm việc hướng dẫn trực tiếp PGS-TS Bùi Đình Tiếu Em hoàn thành đồ án khả thời gian có hạn nên có nhiều sai sót định Em mong bảo thêm thầy cô khoa điện môn thiết bị điện – điện tử Em xin chân thành cảm ơn thầy cô nhiều Sinh viên: Đặng Thanh Thư SV: Đặng Thanh Thư trang Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I Vài nét động không đồng bộ: Máy điện KĐB loại máy điện xoay chiều, chủ yếu dùng làm động điện, kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao giá thành hạ nên động KĐB loại động dùng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài đến vài chục Kw Trong công nghiệp, thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ … Trong hầm mỏ thường dùng làm máy tời hay quạt gió, nông nghiệp thường dùng làm máy bơm nước hay máy gia công nông sản Trong đời sống hàng ngày, máy điện KĐB chiếm vị trí quan trọng như: Quạt gió, máy quay đóa, động tủ lạnh …, Tóm lại, với phát triển sản xuất điện khí hóa, tự động hóa phương tiện sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng máy điện KĐB ngày rộng rãi Tuy động điện KĐB có nhược điểm hệ số cos máy thường không cao đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt, nên ứng dụng lónh vực cần điều chỉnh tốt độ có phần bị hạn chế Máy điện không đồng dùng làm máy phát điện điện áp không tốt so với máy điện đồng người ta không sử dụng để làm máy phát Động không đồng có hai loại động roto lồng sóc động roto dây quấn Động roto dây quấn áp dụng cho tải có công suất lớn cần điều chỉnh tốc độ (điều chỉnh tốc độ mở máy điện trở phụ) Còn loại tải trung bình nhỏ, người ta thường sử dụng loại động roto lồng sóc mở máy trực tiếp SV: Đặng Thanh Thư trang Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội II Nguyên lý làm việc động không đồng ba pha: Động KĐB ba pha hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ, động KĐB gọi động cảm ứng Dây quấn ba pha stator đặt lệch không gian 120 0, cấp dòng điện xoay chiều ba pha lệch thời gian 120 điện Lúc ấy, máy hình thành từ trường quay, quay với tốc độ đồng bộ: 60 f nđb = p (v/p) Trong đó: - f tần số nguồn điện cấp cho động - p số đôi cực từ động Từ trường quay stato quét qua dẫn roto làm cảm ứng dẫn sức điện động theo định luật cảm ứng điện từ Sức điện động có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải Vì Roto kín mạch nên sức điện động tạo dòng điện xoay chiều i R chạy dây quấn Roto, dòng iR lại tạo từ trường Roto hợp với từ trường quay tạo thành từ trường khe hở (giữa Roto Stato) Dòng iR chạy dẫn nằm từ trường nên bị tác động lực điện từ có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái Hợp lực tạo thành Momen quay tác động lên dây quấn Roto làm cho roto quay theo chiều từ trường Tốc độ Roto nhỏ tốc độ đồng từ trường quay để có tác động tương đối dẫn với từ trường quay stato, roto quay đến tốc độ đồng roto không tồn dòng cảm ứng không momen quay Do tốc độ động không tốc độ đồng nên gọi động không đồng SV: Đặng Thanh Thư trang Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Động điện không đồng sử dụng phổ biến, hệ truyền động điều khiển tốc độ sử dụng so với hệ truyền động chiều có nhược điểm điều chỉnh tốc độ khó khăn Tuy nhiên, với việc phát triển công nghệ bán dẫn điện tử tin học việc điều khiển tốc độ động không đồng trở nên dễ dàng nhiều đồng thời hệ truyền động điều khiển tốc độ động không đồng trở thành hệ truyền động cạnh tranh hiệu với hệ truyền động động chiều Để điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ, ta tác động vào mạch roto mạch stato động Trong thực tế, với hệ truyền động người ta hay dùng phương pháp điều khiển tốc độ động không đồng sau: Điều khiển phương pháp thay đổi điện áp cấp vào stato động Điều khiển phương pháp thay đổi điện trở mạch roto Điều khiển phương pháp thay đổi tần số nguồn cấp vào stato động Điều khiển phương pháp điều chỉnh công suất trượt Tuỳ vào trường hợp cụ thể mà người ta sử dụng phương pháp cho thích hợp Sau phần trình bày phương pháp nêu I Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ: 1.Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp SV: Đặng Thanh Thư trang Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội Đối với động KĐB, điện áp nguồn cấp thay đổi làm momen động thay đổi tỉ lệ với bình phương lần thay đổi điện áp (do thay đổi dòng điện từ thông) Khi momen điện thay đổi mà momen chưa kịp thay đổi tốc độ động thay đổi Do đó, thay đổi điện áp cấp cho động tốc độ động thay đổi M  U2 suy : Mth  U2 Mnm  U2 Trong đó: Sth  R2 Mà : R2 = const nên Sth = const Để thay đổi điện áp cấp vào stato động cơ, ta sử dụng máy biến áp cuộn kháng đặt vào stator đổi nối Y -  dùng điều áp Tiristor Đối với hệ truyền động động roto lồng sóc, người ta thường sử dụng điều áp để thay đổi dòng điện điện áp mà không làm thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ hạn chế dòng mở máy phương pháp giảm điện áp khởi động Ta có sơ đồ đơn giản phương pháp : Ul , f1 ĐAXC k U1(1) , f1 ĐC Hình 1.1: sơ đồ đơn giản phương pháp thay đổi điện áp stato SV: Đặng Thanh Thư trang Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội Khi giảm điện áp đặt vào stator động cơ, ta đặc tính sau: m Sth U1 U2 M Mth Hình 1.2 :Đặc tính điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp vào Stator Dựa vào đặc tính ta nhận thấy giảm điện áp momen giảm nhiều Do đó, phương pháp thích hợp với tải có momen tỷ lệ với tốc độ tải quạt gió, không thích hợp với tải có momen không đổi 2.Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số nguồn cấp : Để thay đổi tốc độ cách tác động vào stato động phương pháp thay đổi điện áp nguồn cấp ta sử dụng phương pháp thay đổi tần số nguồn cấp vào động Nguyên lý phương pháp tần số nguồn cấp thay đổi tốc độ không tải lý tưởng 1 = 2f/p thay đổi theo tỷ lệ với tần số Đây phương pháp điều chỉnh trơn hoàn toàn ta điều chỉnh tốc độ 1 = 2f/p f = var nên 1 = var Ta có sơ đồ đơn giản phương pháp : SV: Đặng Thanh Thư trang Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội Ul ,f1 BIẾN TẦN Ud ,f1 Hình 1.3: Sơ đồ đơn giản phương pháp thay đổi tần số Nếu giữ cho điện áp không đổi ta có quan hệ : U2 Mth   Xnm  f (U = const) Nghóa giữ điện áp không đổi, tần số giảm lần momen động tăng lên tỷ lệ với bình phương lần suy giảm tần số Như thế, ta tăng momen động phương pháp giảm tần số Thực tế tần số giảm so với tần số định mức dòng điện tăng lên nhiều điện áp giữ nguyên điện kháng giảm (điện kháng tỷ lệ với tần số) Do đó, giảm tần số phải giảm điện áp cho tỷ số điện áp tần số không đổi Như vậy, trường hợp giảm tần số mô men không thay đổi Do đó, đặc tính có hai phần f1 > fđm f1 < fđm SV: Đặng Thanh Thư trang Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội Ta có dạng đặc tính động không đồng thay đổi tần số nguồn lưới sau : f11 11 12 f1>fñm f12 ñm fñm 13 f13 14 f14 f1