Bài giảng Điện tử công suất và điều khiển động cơ: Chương 5 - Nguyễn Thị Hồng Hạnh

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG Quá trình biến đổi lượng Điện từ phương pháp biến đổi lượng ứng dụng phổ biến cấu chấp hành điện nói chung động điện nói riêng Năng lượng điện Từ trường Cơ r r Công thức liên hệ mật độ từ thông B từ trường H ur uur uur B = µ r ( H ) ⋅ µ0 ⋅ H ( ) r µ số độ từ thẩm, µ r H độ từ thẩm ứng với loại vật liệu Điện từ trường – Cơ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG Quá trình biến đổi lượng (tiếp) Khi vật dẫn mang dòng điện đặt từ trường, chịu tác động lực cảm ứng theo công thức: ur r ur F = i× B r F vectơ lực r i vectơ dịng điện r B vectơ mật độ từ thông Độ lớn lực Lorenz: ur F = F = BLi Định luật Lorenz NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG Quá trình biến đổi lượng (tiếp) Chuyển động vật dẫn từ trường sinh sức điện động (hiệu điện thế) hai đầu vật dẫn: dφ emf = E = − φ = ∫ r r B.dA từ thơng dt Vật có độ dài L chuyển động với tốc độ v không đổi từ trường khơng đổi vng góc với bề mặt: emf = E = BLv Định luật Faraday NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG Q trình biến đổi lượng (tiếp) Mơt vật mang điện dài vô hạn, thẳng, sinh từ trường quanh vật dẫn, mật độ từ thông B khoảng cách r xác định sau µ r µ0 B= ⋅i 2π r Nếu độ dài L lớn nhiều đường kính D B xác định theo quy tắc bàn tay phải có giá trị B=µ Định luật Boit-Savart N ⋅i L NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG Kết cấu động điện Stator, phần tĩnh động cơ, nam châm vĩnh cửu cuộn dây Rotor, phần quay động cơ, lõi sắt từ cuộn dây nam châm vĩnh cửu Tùy theo loại động mà cịn có thêm phận khác như: vành góp, chuyển mạch… Mơmen sinh động điện tương tác dòng điện phần ứng từ trường stator NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG Mạch từ động Từ trường chính, móc vịng từ phần tĩnh sang phần ứng qua khe hở khơng khí Từ trường tản, móc vịng từ phần tĩnh qua vỏ máy, gơng từ… Từ thơng Φ tạo từ từ trường cảm ứng tạo nên suất điện động (sđđ) phần ứng Từ thông tản Φσ không tham gia vào trình tạo sđđ góp phần làm bão hịa mạch từ, giảm hiệu suất hoạt động động NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG Phát nhiệt động Phát nhiệt gây tổn hao trình biến đổi lượng bên máy điện quay Tổn hao động chia làm hai loại: - Tổn hao đồng, gây điện trở cuộn dây, làm phát nhiệt cuộn dây - Tổn hao từ hóa, gây từ thơng tản khơng móc vịng qua phần ứng, làm phát nhiệt Phát nhiệt cịn phụ thc vào chế độ làm việc động cơ: - Chế độ định mức liên tục, nhiệt độ tăng đến giá trị xác lập (nhiệt độ làm việc) NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG Phát nhiệt động - Chế độ làm việc định mức ngắn hạn, nhiệt độ thăng giáng - Chế độ làm việc gián đoạn lắp lại, nhiệt độ dao động phạm vi thấp nhiệt độ làm việc ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Cấu tạo Stator, phần tĩnh, cực lồi ghép từ thép kỹ thuật điện, cuộn dây quấn xung quanh Rotor, phần ứng, cuộn dây đặt rãnh Từ trường tạo có dạng đập mạch, hiệu suất hoạt động thấp.Có phương pháp nâng cao hiệu suất hoạt động: - tăng số cuộn dây; - tăng số đôi cực; - tăng số vòng dây ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Động kích từ độc lập Phương trình cân điện áp phần ứng: U = E + I a Ra Sức điện động phần ứng: pN E= Φn = K e Φn 60a Mômen điện từ động cơ: pN M= Φ I a = KΦ I a 2πa K e: hệ số sức điện động K : hệ số cấu tạo ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA Cấu tạo Stator có cấu tạo cuộn dây đặt lệch góc 120 độ Điện áp đặt vào pha Rotor có cấu tạo lồng sóc cuộn dây quấn quanh lõi sắt từ Từ trường sinh điện áp pha đặt vào stator có tốc độ quay Ns = 60 f sè cỈp cùc Hệ số trượt s: s = N s − N Ns Ns : tốc độ đồng N : tốc độ quay rotor ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA Đặc tính Ở chế độ động cơ, đặc tính nằm góc phía bên phải mặt phẳng tọa độ Mơmen đạt cực đại ứng với trường hợp động chạy đầy tải Đặc tính dịng điện phía stator rotor ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA Đặc tính Ảnh hưởng điện áp stator đến đặc tính cơ, điện áp giảm ta có ω1 (tốc độ đồng bộ) sth giữ nguyên, giá trị mômen ngắn mạch giảm dần Phương pháp điều chỉnh phù hợp với phụ tải bơm quạt gió, khơng phù hợp với tải khơng đổi Với động công suất lớn, phương pháp sử dụng để hạn chế dòng điện khởi động Ảnh hưởng điện áp stator ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA Đặc tính Khi lắp thêm điện trở điện kháng ω vào mạch stator ω1 giữ nguyên sth mômen ngắn mạch giảm xuống Tuy nhiên đặc tính thêm X f cứng so với R f s Ảnh hưởng tổng trở stator ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA Đặc tính ω1 sth Khi lắp thêm điện trở vào mạch rotor ω1 mômen ngắn mạch giữ nguyên sth tăng lên Khi điện trở lắp thêm tăng đặc tính mềm, dịng điện khởi động giảm Ảnh hưởng tổng trở rotor ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA Đặc tính Khi tần số thay đổi tốc độ từ trường quay tốc độ động thay đổi Vùng (1) tương ứng với f1 > f1dm f11 f12 Vùng (2) tương ứng với f1 < f1dm Trong vùng (2), tần số giảm, điện áp giảm tỷ lệ để đảm bảo trì mơmen khơng đổi Ảnh hưởng tần số điện áp stator f13 f14 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ PHA Cấu tạo Stator có cấu tạo cuộn dây đặt lệch góc 120 độ Điện áp đặt vào pha Rotor có cấu tạo nam châm điện cuộn dây quấn quanh lõi sắt từ Tốc độ quay động xác định theo công thức sau: Ns = 60 f sè cỈp cùc ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ PHA Đặc tính Trong phạm vi cho phép, đặc tính mơmen – tốc độ có độ cứng tuyệt đối Khi M > M max động đồng Đặc tính mơmen – góc biểu diễn quan hệ mơmen góc lệch vectơ điện áp pha lưới điện vectơ sức điện động cảm ứng dây quấn stator từ trường chiều rotor sinh ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH Đặc điểm Động tuyến tính loại động tạo trực tiếp chuyển động thẳng - Phần chuyển động stator, phần đứng yên rotor - Nguồn cấp đặt vào phần chuyển động - Động thơng thường tạo chuyển động quay có hai thơng số đầu cần quan tâm mômen vận tốc góc, cịn động tuyến tính tạo chuyển động tịnh tiến có hai thơng số đầu lực kéo vận tốc dài ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH Phân loại Động tuyến tính kiểu khơng đồng bộ: từ thơng tạo nên thành phần dịng stator Động tuyến tính kiểu đồng bộ: từ thơng tạo nên cuộn kích thích biệt lập với cuộn dây stator phiến nam châm vĩnh cửu bố trí đặn bề mặt phần tĩnh ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH Cấu tạo Bắt đầu từ ĐCKĐB rotor lồng sóc, cắt trải thẳng động Thay rotor dẫn điện Cấp nguồn xoay chiều ta có LIM Với stator bỏ phiến phản ứng ĐCTT kiểu không đồng LIM (Linear Induction motor) ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH Cấu tạo Phần chuyển động: gồm có module chuyển động Mỗi module có nam châm lượng cao cuộn dây mà lõi đặt song song với nam châm Phần chuyển động liên hệ với phần tĩnh thông qua hệ thống răng, khe cắm khe hở khơng khí Phần tĩnh: kim loại phi từ tính đặt phần chuyển động Trên bề mặt phiến nam châm vĩnh cửu bố trí cách đặn ĐCTT kiểu đồng kích thích vĩnh cửu PMLMS (Permanent magnet linear synchronous motor) ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH Cấu tạo Cấu tạo module chuyển động Cấu tạo PMLSM với module chuyển động PMLMS ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH Nguyên lý làm việc Dựa tượng cảm ứng điện từ 9Khi cuộn dây cấp nguồn, dòng xoay chiều ba pha qua cuộn dây tạo thành vector dòng di chuyển theo phương nằm ngang Thành phần dòng trục q tạo với từ thông NCVC thành lực kéo nằm ngang 9Lực kéo làm động chuyển động theo hai chiều Việc đảo chiều thực nhờ đảo dấu thành phần dòng trục q (trục vng góc với trục từ thơng cực) ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH