Bài giảng cơ sở truyền động điện chương4

ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện CHƯƠNG MỘT SỐ HỆ THỐNG “BỘ BIẾN ĐỔI - ĐỘNG CƠ ĐIỆN” 4.1 HỆ THỐNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: Trước đây, hệ thống Máy phát - Động điện chiều (F – Đ) hệ truyền động điện điều chỉnh tốt Điều chỉnh tốc động động linh hoạt thuận tiện Tuy nhiên hệ thống dùng nhiều máy điện quay nên cồng kềnh, làm việc gây ồn, rung, nên đòi hỏi phải có móng vững Sơ đồ nguyên lý hình 4-1 ~ ~ Uđk IƯ F ĐKls CktĐ iKĐ Đ UF = UƯ F iKF M CktF UKF UđkU UKĐ Đ MSX ~ Hình 4-1: Điều chỉnh tốc độ động ĐMđl dùng máy phát Coi mạch từ máy phát chưa bảo hồ, nên ta có: EF = KF.F.F = KF.F.C.iKF Trong đó: (4-1) KF - hệ số kết cấu máy phát, C = F/iKF - hệ số góc đặc tính từ hố Với: iKF = UKF/rKF Và: EF = KF.UKF R = RưĐ + RưF Phương trình đặc tính điều chỉnh tốc độ dùng máy phát: 𝜔= 𝜔= 𝐸𝐹 𝐾Đ − 𝐾𝐹 𝑈𝐾𝐹 𝐾 Đ 𝑅 (𝐾Đ ) − ∙𝑀 𝑅 (𝐾Đ ) ∙𝑀 Trang 112 (4-2a) (4-2b) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Như vậy, thay đổi UKF (hoặc iKF) ta họ đường đặc tính song song góc phần tư (hình 4-2) Ở góc phần tư (I) (III) tọa độ đặc tính động làm việc chế độ động quay thuận chế độ động quay ngược  ~ ođm HTS ĐS + IktF CktF ≡MF HN M’c (III) Mc HTS -EFđm E Iư ĐCN a) EF1>0 (I) Uư + IktĐ CktĐ EFđm A đm 1 EF - ĐCT -ođm ≡MF HĐN M EF = B E’F1 o) động Các vùng nằm trục hồnh (M) đặc tính hãm động (EF = 0) chế độ hãm ngược (M) động Đặc điểm hệ F - Đ điều chỉnh tốc độ linh hoạt, động tự động chuyển đổi qua chế độ làm việc thay đổi tốc độ đảo chiều tốc độ Ví dụ động làm việc điểm A, đảo chiều kích từ máy phát F (nếu mơmen Mc = const) động chuyển dần từ chế độ động thuận (A) sang hãm tái sinh, hãm ngược, khởi động ngược làm việc xác lập điểm B (chế độ hãm tái sinh) Khi điều chỉnh EF thay đổi tốc độ động   cb; đảo chiều iktF đảo chiều EF đảo chiều  Nếu kết hợp điều chỉnh đảo chiều từ thơng động điều chỉnh đảo chiều tốc độ động   cb Như vậy, kết hợp điều chỉnh kích từ iktF iktĐ điều chỉnh tốc độ động   cb   cb (cả vùng tốc độ) Trang 113 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 4.2 HỆ THỐNG CHỈNH LƯU THYRISTOR – ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: Khi ta dùng chỉnh lưu có điều khiển - chỉnh lưu dùng thyristor để làm nguồn chiều cung cấp cho phần ứng động điện chiều, ta gọi hệ T - Đ Sơ đồ nguyên lý hình 4-3: ~ BĐK Uđk CL3 Id = Iư CktĐ ~ Đ Ud = Uư CL1 IktĐ M CL2 Đ MSX Hình 4-3: Điều chỉnh tốc độ ĐMđl dùng chỉnh lưu Thyristor 4.2.1 Xét hệ T - Đ không đảo chiều: Trên sơ đồ nguyên lý hình 4-3, ta dùng chỉnh lưu thyristor CL1 để thay đổi điện áp phần ứng động Đ, điều chỉnh tốc động động Đ + Xét chế độ dòng liên tục: Ed = Ed0.cos 𝜔= 𝜔= 𝐸𝑑0 𝑐𝑜𝑠𝛼 𝐾 đ𝑚 𝐸𝑑0 𝑐𝑜𝑠𝛼 𝐾 đ𝑚 − − 𝑅ư +𝑅𝑐𝑙 ∙ 𝐼ư 𝐾đ𝑚 𝑅ư +𝑅𝑐𝑙 (𝐾đ𝑚 ) Phương trình đặc tính cơ: 𝜔 = ′𝑜 −  Trong đó: ′𝑜 = (4-3) ∙𝑀 (4-4) (4-5) 𝐸𝑑0 𝑐𝑜𝑠𝛼 (4-6) 𝐾đ𝑚 ’0 tốc độ khơng tải giả tưởng, lúc vùng dịng điện gián đoạn, hệ có thêm lượng sụt áp nên đường đặc tính điều chỉnh dốc hơn, tốc độ không tải lý tưởng thực 0 lớn tốc độ không tải lý tưởng giả tưởng ’0 (hình 4-4) Vậy, thay đổi góc điều khiển  = (0  ) Ed thay đổi từ Ed0 đến - Ed0 ta họ đặc tính song song nằm nửa bên phải mặt phẳng toạ độ [, I] [, M] cho chỉnh lưu làm việc chế độ chỉnh lưu (hình 4-4) Vùng dịng điện gián đoạn bị giới hạn nửa đường elip với trục tung: 𝐼𝑑.𝑏𝑙𝑡 = 𝐸𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑛𝛼 𝑋𝐵𝐴 + 2𝜋𝑓1 𝐿ư ∙ (1 − 𝜋 𝑚 Trong đó: XBA - điện kháng máy biến áp Trang 114 𝜋 𝑐𝑜𝑡𝑔 ) 𝑚 (4-7) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Lư - Điện cảm tổng mạch phần ứng fl - tần số lưới m - số pha chỉnh lưu  Id ođm o1 ’o1 Ed Rcl Id.blt đm Ed0 ĐC 1 Id.gđ Id.lt T Ed>0 Ic Iư E Rư Id HN HTS a) Ed=0 Ed𝑚 (4-8) Trong đó: E2m - biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp CL Đường giới hạn tốc độ cực đại: 𝜔𝑔ℎ.𝑚𝑎𝑥 = 𝐸𝑑0 𝑐𝑜𝑠𝛼 𝐾𝑑𝑑𝑚 − 𝑅ư +𝑅𝑐𝑙 𝐾 đ𝑚 ∙ 𝐼𝑑.𝑏𝑙𝑡 (4-9) 4.2.2 Xét hệ T - Đ có đảo chiều: Muốn đảo chiều tốc độ động phải dùng hai chỉnh lưu đấu song song ngược - chỉnh lưu kép (hình 4-5), nguyên tắc điều khiển hai chỉnh lưu là: + Khi cho CL1 làm việc chế độ chỉnh lưu CL2 chuẩn bị làm việc chế độ nghịch lưu, dòng chỉnh lưu chạy theo chiều dương, tốc độ động quay thuận + Ngược lại, cho CL2 làm việc chế độ chỉnh lưu CL1 chuẩn bị làm việc chế độ nghịch lưu, dòng chỉnh lưu chạy theo chiều âm, tốc độ động quay ngược Trang 115 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Để khỏi truyền lượng từ CL qua CL lưới cần thoả mãn điều kiện: |Ed.NL|  |Ed.CL| (4-10) Để điều khiển hai chỉnh lưu làm việc theo chế độ u cầu dùng phương pháp điều khiển chung điều khiển riêng 4.2.2.1 Phương pháp điều khiển chung: Tín hiệu điều khiển đưa vào nhóm van cho thỏa mãn (4-5) Đối với phương pháp này, xuất dòng điện cân chạy qua chỉnh lưu, không qua tải, gây tải cho van máy biến áp, cần hạn chế dòng cân bằng, thường dùng cuộn kháng cân CK để hạn chế dịng cân bằng, sơ đồ hình 4-5: Sơ đồ điều chỉnh tốc độ hệ T – Đ dùng phương pháp điều khiển chung: Bộ điều khiển Id1 CK1 CK3 + ~ Ud1 ~ Ud2 CL1 Đ - CL2 CK2 CKĐ CK4 Id2 Hình 4-5: Hệ T – Đ có đảo chiều dùng phương pháp điều khiển chung Phối hợp góc điều khiển kiểu tuyến tính: 1 + 2 =  (4-11) Khi đó, đặc tính hệ T – Đ có đảo chiều (hình 4-6a) gần giống hệ F - Đ Khi phối hợp điều khiển kiểu phi tuyến (phối hợp khơng hồn tồn) có thêm hệ số phi tuyến : 1 + 2 =  +  Góc  phụ thuộc vào giá trị 1 2 cách phi tuyến Trang 116 (4-12) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Lúc đặc tính hệ T - Đ có đoạn phi tuyến vùng gần trục tung (hình 4-6b) 2max  2max ođm ođm 1min 1min Ic Ic Id 1=/2 2min -ođm  Id 1=/2 2min -ođm 1max 1max b) a) Hình 4-6: a) Điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính b) Điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến 4.2.2.2 Phương pháp điều khiển riêng: Tín hiệu điều khiển đưa vào CL làm việc chế độ chỉnh lưu, CL (khơng làm việc) khơng có tín hiệu điều khiển đưa vào, khơng có dịng cân bằng, cần phải có chuyển mạch đặc biệt (hình 4-7) Bộ điều khiển Bộ chuyển mạch Id1 + ~ Ud1 ~ Ud2 CL1 Đ CL2 Id2 Hình 4-7: Hệ T – Đ có đảo chiều dùng phương pháp điều khiển riêng Trang 117 CKĐ - ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Để thay đổi trạng thái làm việc CL phải dùng thiết bị đặc biệt để chuyển tín hiệu điều khiển từ CL sang CL Bởi vậy, điều khiển riêng, đặc tính hệ bị gián đoạn trục tung Như vậy, thực thay đổi chế độ làm việc hệ khó khăn hệ có tính linh hoạt điều chỉnh tốc độ Nếu kết hợp điều chỉnh đảo chiều từ thông động điều chỉnh đảo chiều tốc độ động   cb Như vậy, kết hợp điều chỉnh iktF iktĐ điều chỉnh tốc độ động vùng tốc độ:   cb   cb Trong phương pháp điều khiển riêng có phối hợp điều khiển kiểu tuyến tính phi tuyến Đặc tính điện hệ T – Đ có đảo chiều dùng phương pháp điều khiển riêng: 2max  2max ođm ođm 1min Ic 1min Ic Id 1=/2 2min -ođm  Id 1=/2 2min -ođm 1max 1max b) a) Hình 4-8: a) Điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính b) Điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến 4.3 HỆ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU – ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU: 4.3.1 Khái niệm chung: Để điều chỉnh tốc độ động chiều, người ta dùng biến đổi xung áp chiều (BĐXA1C) đặt vào phần ứng động Khi thay đổi điện áp BĐXA1C thay đổi điện áp phần ứng động dẫn đến thay đổi tốc độ động Sơ đồ hình 4-9 giới thiệu sơ đồ đơn giản hệ BĐXA1C - ĐM dùng khóa đóng/cắt thyristor Trong đó, nguồn chiều chỉnh lưu cầu diot ba pha CL, tạoo điện áp Ud tương đối phẳng, giúp cho việc trì chế độ dịng điện liên tục dễ dàng Điều khiển thyristor T1 mở/khóa xung điều khiển điều khiển Trang 118 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện BĐK, ta điện áp BĐXA1C nối tiếp Ub đặt vào phần ứng động ĐM, tương ứng có tốc độ  BĐXA1C T1 Id BĐK ~ Uđk + C Iư T2 - UKTĐ iKĐ Ub =Uư ~ u1 L Ud D ĐM CL V0 M  MSX Hình 4-9: Sơ đồ hệ BĐXA1C – ĐM dùng thyristor 4.3.2 Đặc tính hệ hở BĐXA1C – ĐM dùng thyristor Trong chế độ dòng điện liên tục, đại lượng hệ tính tốn theo giá trị trung bình: Điện áp sức điện động trung bình BĐXA1C: 𝑡đ ∙ 𝑈𝑑 =  𝑈𝑑 (4-13)  = 𝑇 đ = 𝑇đ = 𝑓𝑥 - tỷ số chu kỳ xung áp, (4-14) 𝐸𝑏 = 𝑈𝑏 = Trong đó: 𝑡 𝑇𝑐𝑘 𝑡 𝑐𝑘 𝑥 Với: Tx fx chu kỳ xung tần số xung BĐXA1C Dịng điện trung bình mạch phần ứng là: 𝐸𝑏 −𝐸 𝐼ư = 𝐼𝑏 = 𝑅ư = .𝑈𝑑 −𝐾 𝑅ư (4-15) Xung điều khiển thyristor T1 T2 tạo nhờ BĐK với tần số xung là: 𝑓𝑥 = (4-16) 𝑇𝑥 Phương trình đặc tính - điện đặc tính hệ BĐXA1C - ĐM có dạng: = 𝑈𝑑 𝐾 − 𝑅ư + 𝑅𝑏 𝐾 ∙ 𝐼ư (4-17) Phương trình đặc tính đặc tính hệ BĐXA1C - ĐM có dạng: = 𝑈𝑑 𝐾 − 𝑅ư + 𝑅𝑏 (𝐾)2 ∙𝑀 Trang 119 (4-18) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Đặc tính theo phương trình (4-17), (4-18) vùng dòng điện liên tục đường thẳng song song hình 4-10, tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào tỉ số chu kỳ: 𝑜 = 𝑈𝑑 (4-19) 𝐾 Độ sụt tốc độ phụ thuộc vào điện trở phần ứng Rư điện trở BĐXA1C:  = 𝑅ư + 𝑅𝑏 (𝐾)2 ∙𝑀 (4-20) Khi thay đổi chu kỳ xung Tx (hay fx), ta làm thay đổi thời gian mở/khóa T1 T2, từ thay đổi điện áp Ub Uư, dẫn đến điều chỉnh tốc độ động Khi thay đổi tỷ số chu kỳ , ta đường đặc tính khác hệ truyền động BĐXA1C – ĐM sau:  Vùng dòng liên tục 1 = Biên liên tục 2 Vùng dòng gián đoạn 3 Ic 4 (M) 5 = Iư Hình 4-10: Đặc tính hệ BĐXA1C - ĐM 4.4 HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ĐIỆN TRỞ MẠCH RÔTO - ĐỘNG CƠ KHÔNG 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, dòng rơto giảm xuống Với chu kì đóng/ngắt định T1 (T = const), ta có giá trị điện trở tương đương (Rtđ) mạch rôto Trang 120 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện ~ R Ro (3/4)Ro ĐKdq Ro t ur (1/2)Ro CL Id a) (1/4)Ro T1 T2 C Lc t Ro Ro L tđ Dc b) tn tck = T t Hình 4-11: Sơ đồ đặc tính điều chỉnh xung Rrơto đ/c ĐKdq 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 rôto: 𝑅𝑡đ = (1 − ) 𝑅𝑜 (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: 𝑃 = 𝐼𝑑2 (2𝑅2 + 𝑅𝑡đ ) (4-22) Và hao tổn mạch rôto nối theo sơ đồ hình 4-5a là: 𝑃 = 3𝐼22 (𝑅2 + 𝑅2𝑓 ) (4-23) Cơ sở để tính đổi tổn hao cơng suất nhau, nên: 𝐼𝑑2 (2𝑅2 + 𝑅𝑡đ ) = 3𝐼22 (𝑅2 + 𝑅2𝑓 ) (4-24) Với sơ đồ chỉnh lưu cầu pha thì: 𝐼𝑑2 = 1,5𝐼22 , nên: 𝑅2𝑓 = 𝑅𝑡đ = (1−).𝑅𝑜 (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 (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 Trang 121 ThS Khương Công Minh  o Cơ sở truyền động điện  o =1 =0 =1 =0 M a) M b) Hình 4-12: Các đặc tính điều chỉnh xung điện trở rôto ĐKdq 4.5 HỆ THỐNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 4.5.1 Vấn đề thay đổi số điện áp stato: Qua phương trình đặc tính dạng closs đơn giản động KĐB: 2𝑀𝑡ℎ 𝑀≈ 𝑠 𝑠𝑡ℎ (4-26) 𝑠 + 𝑡ℎ 𝑠 Các trị số độ trượt tới hạn sth mômen tới hạn Mth : 𝑠𝑡ℎ ≈ Và: ′ 𝑅2′ +𝑅2𝑓 (4-27) 𝑋𝑛𝑚 𝑀𝑡ℎ ≈ 3𝑈1𝑓 2𝜔𝑜 𝑋𝑛𝑚 Điện kháng ngắn mạch: 𝑋𝑛𝑚 ≈ 𝑜 𝐿 Trong đó: 𝑜 ≈ 2𝜋𝑓1 𝑝1 (4-28) (4-29) (4-30) Vì vậy, coi: 𝑠𝑡ℎ ≈ Và: ′ 𝑅2𝑓 𝑀𝑡ℎ ≈ (4-31) 𝑓1 𝑈1𝑓 (4-32) 𝑓12 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 + 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 Trang 122 (4-33) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Trong đó: E1 sức điện động cảm ứng cuộn dây stato,  từ thơng móc vịng qua cuộn dây stato, c số tỉ lệ, f1 tần số dòng 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 * Ví dụ: + Khi giảm f1 < f1đm để điều chỉnh tốc độ mà giữ U1 ≈ E1 ≈ cf1 = const theo biểu thức (4-34), từ thông  tăng lên, mạch từ động bị bảo hòa, điện kháng mạch từ giảm xuống dịng 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 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 chỉnh tốc độ động ĐKls hình 4-13 + Cịn tăng f1 > f1đm giữ: U1 ≈ E1 ≈ cf1 = const phụ tải Mc = const, mà làm việc, mômen M ≈ KI2cos = Mc = const Vậy tăng f1 > f1đm làm cho  giảm, dẫn đến dòng I2 tăng, nghĩa động bị tải dịng, bị phát nóng làm xấu chế độ làm việc động bị cháy Ld Id CL Nghịch lưu nguồn áp D1 D D5 T1 T3 T5 f1, u1 ~ u1đm Ud f1đm Co ĐKls D4 D D2 T4 T6 T2 CLng NL Uđk.f Uđk.u Hình 4-13: Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp Trang 123 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 4.5.2 Quy luật điều chỉnh tần số điện áp stato: Khi thay đổi tần số stato f1  f1đm để điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB cần thỏa mãn điều kiện tải mômen: = 𝑀𝑡ℎ 𝑀 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (4-35) Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato (R1 = 0) từ (4-28): 𝑀𝑡ℎ = 𝑈12 = 2.𝜔𝑜 𝑋𝑛𝑚 𝑈12 2∙ 2𝜋𝑓1 ∙𝜔𝐿𝑛𝑚 𝑝 ≈𝑘 𝑈12 (4-36) 𝑓12 Trong đó, coi: Xnm = L;   o = 2f1/p Quan hệ Mc = f(): 𝑀𝑐 = 𝑀𝑐.đ𝑚 ( Trong đó: 𝑞 𝜔 𝜔đ𝑚 ) ≈ 𝐴( 𝑓1 𝑓1đ𝑚 ) 𝑞 (4-37) q = -1, 0, 1, Theo (4-35), (4-36), (4-37) ta có: 𝑈1 𝑓1 Suy ra: = 𝑈1 𝑈1đ𝑚 𝑈1đ𝑚 𝑓1đ𝑚 =( √( 𝑓1 𝑓1đ𝑚 𝑓1 𝑓1đ𝑚 ) ) 𝑞 (4-38) 𝑞 (1+ ) (4-39) 𝑞 ∗(1+ ) Hay dạng tương đối: 𝑢1∗ Với: q = -1, 0, 1, = 𝑓1 (4-40) Như vậy, thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ động KĐB, ta phải thay đổi điện áp cho đảm bảo điều kiện (4-35), phụ thuộc vào dạng phụ tải Đối với hệ dùng biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả tải mômen không đổi phạm vi điều chỉnh tốc độ  Mc() đm ođm  o Mc U1đm, f1đm u1, f1 Mcđm Mth Mthđm M Hình 4-14: Xác định khả tải mômen Trang 124 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 4.5.3 Các đặc tính điều chỉnh tần số điện áp stato với phụ tải dạng máy tiện: Trên hình 4-15, phụ tải Mc ≡ 1/ (q = -1), để đảm bảo cho  = const phải điều chỉnh tần số điện áp stato theo qui luật: 𝑈1 (1 2) 𝑓1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡  o1 Mc() f1đm < f11 1 ođm f1đm đm f12 < f1đm ựo2 2 (4-41) Mth() Mth1 Mthđm Mth2 M Hình 4-15: Đặc tính điều chỉnh tần số điện áp theo qui luật M = const với phụ tải Mc* = *(-1) 4.5.4 Các đặc tính điều chỉnh tần số điện áp stato với phụ tải dạng thang máy: Trên hình 4-16, phụ tải Mc = const (q = 0), để đảm bảo cho  = const cần điều chỉnh tần số điện áp stato theo qui luật: 𝑈1 𝑓1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡  o1 1 otn đm o2 2 f1đm < f11 f1đm f12 < f1đm (4-42) Mc Mth M Hình 4-16: Đặc tính điều chỉnh tần số điện áp theo qui luật M = const với phụ tải Mc* = 4.5.5 Các đặc tính điều chỉnh tần số điện áp stato với phụ tải dạng máy bào: Trên hình 4-17, phụ tải Mc ≡  (q = 1), để đảm bảo cho  = const phải điều chỉnh tần số điện áp stato theo qui luật: 𝑈1 (3 2) 𝑓1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡  Mc() 1 o1 đm otn 2 o2 f1đm < f11 Mth() f1đm f12 < f1đm (4-43) Mth2MthđmMth1 Hình 4-17: Đặc tính điều chỉnh tần số điện áp theo qui luật M = const với phụ tải Mc* = * Trang 125 M ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 4.5.6 Các đặc tính điều chỉnh tần số điện áp stato với phụ tải dạng máy quạt:  o1 Trên hình 4-18, phụ tải Mc ≡ 2 (q = 2), để đảm bảo cho  = const phải điều chỉnh tần số điện áp stato theo qui luật: 𝑈1 𝑓12 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 Mc() 1 otn f1đm < f11 đm Mth() 2 o2 f1đm f12 < f1đm (4-44) Mth2 MthđmMth1 M Hình 4-18: Đặc tính điều chỉnh tần số điện áp theo qui luật M = const với phụ tải Mc* = *2 4.6 ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TRƯỢT: 4.6.1 Sơ đồ nối tầng điện – cơ: Sơ đồ nguyên lý: ~ Máy SX ĐMđl (TBBĐ) +  Ebđ Ikt ĐKdq E2 Rđch I2 + Id, (Iư) - E2d CL - Hình 4-19: Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh tầng điện - Trong sơ đồ hình 4-19, động KĐB điều chỉnh tốc độ Sức điện động E2 chỉnh lưu thành sức điện động chiều E2d có biểu thức: 𝐸2𝑑 = 𝐾𝑢 𝐸2 = 𝐾𝑢 𝐸2𝑛𝑚 𝑠 Trong đó: Ku = 2,34 - hệ số chỉnh lưu cầu ba pha E2nm - sức điện động ngắn mạch rôto (giá trị pha) Trang 126 (4-45) ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Sức điện động nối vào phần ứng động điện 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 Sức điện động phần ứng ĐMđl biết, phụ thuộc vào tốc độ từ thơng nó: 𝐸𝑏đ = 𝐾 = 𝐾 𝑎 𝐼𝑘𝑡 𝜔 (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 sức điện động mạch: 𝐼𝑑 = 𝐾𝑖 𝐼2 = 𝐸𝑑2 −𝐸𝑏đ (4-48) 𝑅 Trong đó: R - điện trở tổng mạch CL - ĐMđl : 𝑅 = 𝑅𝑐𝑙 + 𝑅𝑏đ (4-49) 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, sức điện động Ebđ thay đổi (xem biểu thức 4-46), dòng 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 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 thơng số sức điện động xoay chiều E2, dịng 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 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 sức điện động nghịch lưu có dạng: 𝐸𝑏đ = 𝐸𝑁𝐿 = 𝑈𝑑0 𝑐𝑜𝑠𝛼 (4-50) Trong đó:  góc mở thyristor ( > /2)  =  -  góc mở chậm thyristor trạng thái nghịch lưu Trang 127 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 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 ~ ul Máy SX  BA ĐKdq E2 U2ba I2 + KL CL E2d + …… Ebđ NL Id Hình 4-20: Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh tầng điện Từ biểu thức (4-46) (4-48) ta thấy, thay đổi góc mở  van nghịch lưu (từ /2 đến ≈ ) tương ứng với thay đổi sức điện động nghịch lưu Ebđ (từ đến ≈ Ud0), dịng điện Id I2 thay đổi, nhờ mơmen tốc độ động điều chỉnh 4.7 HỆ THỐNG BIẾN TẦN NGUỒN ÁP – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ: 4.7.1 Hệ thống Biến tần nguồn áp – Động đồng bộ: 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 ngun lý hệ Biến tần nguồn áp – Động đồng Trang 128 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện Trong đó: biến tần có van V1 ÷ V6 (là thyristor transistor công suất), diode ngược D1 ÷ D6 (trả lượng phản kháng phía nguồn) Trên hình 4-22a đồ thị dịng 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 V4 D1 t V1 D1 a) V4 D4 b) Hình 4-22: Đồ thị dịng điện, điện áp hệ BTNA – ĐCĐB Khi động 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: 𝑀= 3𝑝 𝑋𝑑  ∙ 𝐸 ∙ 𝑈1 ∙ 𝑠𝑖𝑛 (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 hòa bậc điện áp, U1 = KoUo  - góc lệch pha sức điện động E điện áp U1 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 𝐾𝑠𝑖𝑛 Như mơmen động tính bằng: = , phụ thuộc vào tốc độ   góc lệch pha  có dạng hình 4-23a, tương tự động điện chiều kích từ nối tiếp Trang 129 ThS Khương Công Minh Cơ sở truyền động điện 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 M M    a)  b) Hình 4-23: a) Đặc tính ĐCĐB Uo = const  = const b) Đặc tính ĐCĐB Uo / = const  = const 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 (L d) 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 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 nguyên lý hệ Biến tần nguồn dịng – Động đồng Trong đó: nghịch lưu có van V1 ÷ V6 (là thyristor transistor công suất) Trang 130 ThS Khương Cơng Minh Cơ sở truyền động điện CÂU HỎI ƠN TẬP (Chương 4) Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ thống “Máy phát - Động chiều” Phân tích tiêu chất lượng phương pháp Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ thống “Chỉnh lưu thyristor - Động chiều” khơng đảo chiều Phân tích tiêu chất lượng phương pháp Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ thống “Chỉnh lưu thyristor - Động chiều” có đảo chiều điều khiển theo phương pháp chung phối hợp góc điều khiển kiểu tuyến tính Phân tích tiêu chất lượng phương pháp Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ thống “Chỉnh lưu thyristor - Động chiều” có đảo chiều điều khiển theo phương pháp riêng phối hợp góc điều khiển kiểu tuyến tính Phân tích tiêu chất lượng phương pháp Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ thống “Bộ biến đổi xung áp chiều Động điện chiều” Phân tích tiêu chất lượng phương pháp Phân tích phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB cách dùng xung điện trở mạch rơto ? 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 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 Trang 131