Bài giảng cơ sở truyền động điện chương 4 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MƠN: TỰ ĐỘNG HỐ ThS KHƯƠNG CƠNG MINH HỌC PHẦN: CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHƯƠNG Đà nẵng 2021 4.4 HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ĐIỆN TRỞ MẠCH RƠTO - ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ: • Trên hình 4-11 trình bày nguyên lý điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto phương pháp xung Điện áp ur điều chỉnh cầu chỉnh lưu điôt CL, qua điện kháng lọc L, cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở Ro nối song song với khóa bán dẫn T1 • Khóa T1 điều khiển đóng/ngắt cách chu kì Hoạt động khóa T1 tương tự mạch điều chỉnh xung áp chiều Khi khóa T1 đóng điện trở Ro bị ngắn mạch (bị loại khỏi mạch), dịng rơto tăng lên, T1 ngắt: điện trở Ro đưa vào mạch, dịng rơto giảm xuống Với chu kì đóng/ngắt định T1 (T = const), ta có giá trị điện trở tương đương (Rtđ) mạch rôto C4 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI - ĐỘNG CƠ ĐIỆN 4.4 HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ĐIỆN TRỞ MẠCH RÔTO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: ~ R Ro 3/4Ro ĐK ur R Ro L a) C4-2 tđ T2 Lc t Ro 1/4Ro T1 C t 1/2Ro CL Id Ro R Dc b) tn t tck = T Hình 4-11: Sơ đồ đặc tính điều chỉnh xung Rrôto đ/c KĐB 4.4 HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ĐIỆN TRỞ MẠCH RÔTO - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: • Hình 4-11b: thời gian đóng (T1 mở) tđ = T - tn, điều chỉnh trơn tỷ số chu kì đóng/ngắt  = (tđ/T), ta điều chỉnh trơn giá trị điện trở mạch rơto: (4-21) • Điện trở Rtđ mạch chiều tính đổi mạch xoay chiều pha rơto theo qui tắc bảo tồn cơng suất Tổn hao mạch rơto nối theo hình là: (4-22) • Và hao tổn mạch rôto nối theo sơ đồ hình 4-5a là: (4-23) • Cơ sở để tính đổi tổn hao công suất nhau, nên: (4-24) C4-2 4.4 HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ĐIỆN TRỞ MẠCH RƠTO - ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ: • Với sơ đồ chỉnh lưu cầu pha thì: • Nên: (4-25) • Khi có điện trở tính đổi dễ dàng dựng đặc tính theo phương pháp thơng thường, họ đặc tính quét kín phần mặt phẳng giới hạn đặc tính tự nhiên đặc tính có điện trở phụ R2f = Ro/2 hình 4-12a • Để mở rộng phạm vi điều chỉnh mơmen mắc nối tiếp điện trở Ro với tụ điện có điện dung đủ lớn (trên hình 4-12b) Việc xây dựng mạch phản hồi điều chỉnh tốc độ dịng điện rơto tiến hành tương tự hệ điều chỉnh điện áp C4-2 4.4 HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ĐIỆN TRỞ MẠCH RÔTO - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: • Các đặc tính điều chỉnh xung điện trở rôto động KĐB:   o =1 =0 a) o =0 M =1 M b) Hình 4-12: Các đặc tính điều chỉnh xung điện trở rơto đ/c KĐB C4-2 4.5 HỆ THỐNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ • 4.5.1 Vấn đề thay đổi số điện áp stato: • Qua phương trình đặc tính dạng closs đơn giản động KĐB: (4-26) • Các trị số độ trượt tới hạn sth mômen tới hạn Mth : (4-27) (4-28) • Điện kháng ngắn mạch: (4-29) C4-2 4.5 HỆ THỐNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ • 4.5.1 Vấn đề thay đổi số điện áp stato: • Tốc độ đồng bộ: (4-30) • Vì vậy, coi: (4-31) (4-32) • Qua biểu thức (4-26), (4-27), (4-28), ta thấy thay đổi tần số nguồn thay đổi sth, Mth điều chỉnh tốc độ động KĐB C4-2 4.5 HỆ THỐNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ • 4.5.1 Vấn đề thay đổi số điện áp stato: • + Về nguyên lý, thay đổi tần số f1 o = 2f1/p1 thay đổi điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB Nhưng thay đổi f1  f1đm ảnh hưởng đến chế độ làm việc động • Giả sử mạch stato có: E1 ≈ cf1 (4-33) • Trong đó: E1 sức điện động cảm ứng cuộn dây stato,  từ thơng móc vòng qua cuộn dây stato, c số tỉ lệ, f1 tần số dịng điện stato • Nếu bỏ qua sụt áp tổng trở cuộn dây stato ta có: • U1 ≈ E1 ≈ cf1 (4-34) • Qua (4-34) ta thấy: thay đổi f1 mà giữ U1 = const  thay đổi theo C4-2 4.5 HỆ THỐNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ • 4.5.1 Vấn đề thay đổi số điện áp stato: • * Ví dụ: • + Khi giảm f1 < f1đm để điều chỉnh tốc độ mà giữ U1 ≈ E1 ≈ cf1 = const theo biểu thức (4-34), từ thơng  tăng lên, mạch từ động bị bảo hòa, điện kháng mạch từ giảm xuống dòng từ hóa tăng lên làm cho động tải từ, làm phát nóng động cơ, giảm tuổi thọ động cơ, chí nóng q nhiệt độ cho phép động động bị cháy • Vì vậy, thay đổi tần số f1 để điều chỉnh tốc độ người ta thường kết hợp thay đổi điện áp stato U1 Và người ta thường dùng biến đổi tần số (BT) để điều khiển tốc độ động KĐB hình 4-13 C4-2 10 4.6 ĐIỀU CHỈNH CƠNG SUẤT TRƯỢT: • 4.6.1 Sơ đồ nối tầng điện – cơ: • Trong sơ đồ hình 4-19, động KĐB điều chỉnh tốc độ S.đ.đ E2 chỉnh lưu thành s.đ.đ chiều E2d có biểu thức: • E2d = Ku.E2 = Ku.E2nm.s (4-45) • Trong đó: Ku = 2,34 - hệ số chỉnh lưu cầu ba pha • E2nm - s.đ.đ ngắn mạch rơto (giá trị pha) • S.đ.đ nối vào phần ứng động chiều ĐMđl đóng vai trị thiết bị biến đổi (TBBĐ) hình 4-19 Động nhận lượng trượt từ chỉnh lưu dạng điện chiều, biến đổi thành trục Trục nối chung với trục động KĐB, truyền phần lượng trượt trục động máy sản xuất C4-2 22 4.6 ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TRƯỢT: • 4.5.1 Sơ đồ nối tầng điện - cơ: • S.đ.đ phần ứng ĐMđl biết, phụ thuộc vào tốc độ từ thơng nó: • Ebđ = K = K.a.Ikt. (4-46) • Trong đó, từ thơng phụ thuộc dịng kích từ: •  = a.Ikt (4-47) • Dịng điện phần ứng động Id = Iư tỷ lệ với dịng điện rơto I2 xác định theo s.đ.đ mạch: E2d  Ebđ Id  K i I2  R (4-48) • Trong đó: R - điện trở tổng mạch CL - ĐMđl : • R = RCL + Rbđ (4-49) C4-2 23 4.6 ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TRƯỢT: • 4.6.1 Sơ đồ nối tầng điện - cơ: • Giả sử động làm việc điểm xác lập với tốc độ , độ trượt s dòng điện I2 xác lập, ta thay đổi dịng kích từ ĐMđl , s.đ.đ Ebđ thay đổi (xem biểu thức 4-46), dịng điện I2 thay đổi theo biểu thức (4-48), mơmen động thay đổi, hệ chuyển sang làm việc điểm xác lập với tốc độ làm việc khác Đó nguyên tắc điều chỉnh tốc độ tầng điện C4-2 24 4.6 ĐIỀU CHỈNH CƠNG SUẤT TRƯỢT: • 4.6.2 Sơ đồ nối tầng điện: ~ ul Máy SX  BA ĐK E2 U2ba I2 BĐK + KL C4-2 CL E2d + …… Ebđ NL Id Hình 4-20: Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh tầng điện 25 4.6 ĐIỀU CHỈNH CƠNG SUẤT TRƯỢT: • 4.6.2 Sơ đồ nối tầng điện: • Hình 4-20 giới thiệu sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh nối tầng điện Trong này, lượng trượt mạch rôto động KĐB (được biểu thị thông số s.đ.đ xoay chiều E2, dòng xoay chiều I2 tần số mạch rôto f2 = f1.s) chỉnh lưu thành dạng chiều (với thông số E2d, Id) nhờ cầu diot CL truyền vào nghịch lưu NL (với chức thiết bị biến đổi hình 4-19) • Với nghịch lưu này, việc chuyển mạch thyristor thực nhờ điện áp lưới (ul), lượng trượt dạng chiều biến đổi thành xoay chiều có tần số điện áp lưới, cuối qua máy biến áp BA, lượng trượt trả lưới điện C4-2 26 4.6 ĐIỀU CHỈNH CƠNG SUẤT TRƯỢT: • 4.6.2 Sơ đồ nối tầng điện: • Trong sơ đồ nối tầng điện hình 4-20, dịng điện rơto I2 động KĐB dòng điện mạch chiều Id xác định theo biểu thức (4-48), Ebđ s.đ.đ nghịch lưu có dạng: • Ebđ = ENL = Ud0cos (4-50) • Trong đó:  góc mở thyristor ( > /2) •  =  -  góc mở chậm thyristor trạng thái nghịch lưu • Ud0 điện áp lớn nghịch lưu với trường hợp  = 0; điện áp Ud0 = 2,34U2ba Với U2ba điện áp pha thứ cấp máy biến áp BA • Từ biểu thức (4-46) (4-48) ta thấy, thay đổi góc mở  van nghịch lưu (từ /2 đến ≈ ) tương ứng với thay đổi s.đ.đ nghịch lưu Ebđ (từ đến ≈ Ud0), dịng điện Id I2 thay đổi, nhờ mơmen tốc độ động điều chỉnh C4-2 27 4.7 HỆ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ: • 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động đồng bộ: • Trong đó: biến tần có van V1 ÷ V6 (là thyristor transistor cơng suất), diode ngược D1 ÷ D6 (trả lượng phản kháng phía nguồn) L V1 D1 V3 D3 V5 D5 ĐCĐB ~ C Đo Vị Trí V4 D4 V6 D6 V2 D2 + Kích từ Hình 4-21: Sơ đồ nguyên lý hệ Biến tần nguồn áp – Động đồng C4-2 28 4.7 HỆ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ: • 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động đồng bộ: • Trên hình 4-22a đồ thị dòng điện, điện áp khoảng dẫn dòng van diode ứng với trường hợp động mang tính chất tải cảm (thiếu kích từ  > 0) u1 i1 u1 u1 i1 u1 i1 i1  D1 t V1 D4 a) V4 D1  t V1 D1 V4 D4 b) Hình 4-22: Đồ thị dịng điện, điện áp hệ BTNA – ĐCĐB C4-2 29 4.7 HỆ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ: • 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động đồng bộ: • Khi động q kích từ, dịng điện vượt trước điện áp góc  < 0, van thực chuyển mạch tự nhiên, hình 4-22b Tuy vậy, để thực chuyển mạch tự nhiên, góc lệch pha  ≥ - tq (tq thời gian phục hồi đặc tính khóa van) Mơ men động trường hợp tính theo biểu thức: (4-51) • Trong đó: M – mơ men trung bình • p – số đôi cực động • Xd – điện kháng trục dọc, Xd = Ld • E – sức điện đôẹn động cơ, E = C(i) • U1 – thành phần điều hịa bậc điện áp, U1 = KoUo • C4-2  - góc lệch pha sức điện động E điện áp U1 30 4.7 HỆ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ: • 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động đồng bộ: • Khi điều chỉnh tốc độ động đồng bộ, ta có trường hợp: • a) Điện áp Uo = const: Tỷ số: E/Xd = const, giữ từ thông không đổi • Như mơmen động tính bằng: M = Ksin/, phụ thuộc vào tốc độ  góc lệch pha  có dạng hình 4-23a, tương tự động điện chiều kích từ nối tiếp • b) Điện áp Uo điều chỉnh cho tỷ số: Uo/ = const và giữ  = const Trong trường hợp này, mômen động phụ thuộc vào góc , đặc tính động trình bày hình 4-23b C4-2 31 4.7 HỆ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ: • 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động đồng bộ: • Khi điều chỉnh tốc độ động đồng bộ, ta có trường hợp: M M   a)  b)  Hình 4-23: a) Đặc tính ĐCĐB Uo = const  = const b) Đặc tính ĐCĐB Uo / = const  = const C4-2 32 4.7 HỆ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ: • 4.7.2 Hệ thống Biến tần nguồn dòng – Động đồng bộ: • Mạch động lực hệ truyền động Biến tần nguồn dòng – Động đồng trình bày hình 4-24, bao gồm: chỉnh lưu thyristor (CL), cuộn cảm lọc (Ld) nghịch lưu thyristor (NL) Để đảm bảo NL làm việc chế độ chuyển mạch tự nhiên, động phải chế độ kích từ Lúc này, NL thực chất chỉnh lưu làm việc chế độ nghịch lưu bị động với điện áp động cơ, mạch nghịch lưu khơng có phần tử chuyển mạch C4-2 33 4.7 HỆ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ: • 4.7.2 Hệ thống Biến tần nguồn dịng – Động đồng bộ: • Mạch nguyên lý hệ thống truyền động Biến tần nguồn dòng – Động đồng hình 4-24: CL Ld NL V1 V3 V5 ĐCĐB Đo Vị Trí ~ V4 V6 V2 + Kích từ Hình 4-24: Sơ đồ ngun lý hệ Biến tần nguồn dòng – Động đồng • Trong đó: nghịch lưu có van V1 ÷ V6 (là thyristor C4-2 34 transistor công suất) CÂU HỎI ƠN TẬP (Chương 4) • Phân tích phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB cách dùng xung điện trở mạch rôto ? Phân tích tiêu chất lượng phương pháp • Đặc điểm làm việc động không đồng cung cấp điện áp tần số định mức, thay đổi tần số khác với định mức ? Từ thông động thay đổi tần số nhỏ lớn tần số định mức ? • Có luật (nguyên lý) điều chỉnh áp dụng thay đổi tần số điện áp stato động không đồng ? Mô tả nội dung luật điều chỉnh C4-2 35 CÂU HỎI ƠN TẬP (Chương 4) • Phân tích phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi tần số stato ? Tại thay đổi tần số người ta thường kết hợp điều chỉnh điện áp stato ? • 10 Phân tích phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB hệ “nối tầng điện - cơ” ? Ưu, nhược điểm phương pháp ? • 11 Phân tích phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB hệ “nối tầng điện” ? Ưu, nhược điểm phương pháp ? • 12 Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động đồng biến tần nguồn áp • 13 Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động đồng biến tần nguồn dòng C4-2 36