Bài giảng điều khiển tốc độc động cơ không đồng bộ

Chương ĐiỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Động không đồng Động không đồng pha gồm loại: • Rotor lồng sóc • Rotor dây quấn Đ ộng khơng đồng pha rotor lồng sóc 90kW, 1484v/ph, 630kg (Nguồn: ABB motors) Động không đồng Động không đồng Động không đồng Động khơng đồng Theo đặc tính cơ, tiêu chuẩn NEMA Mỹ chia động không đồng thành lớp A, B, C, D: • Lớp B: loại thơng dụng (general purpose) • Lớp A: có momen tới hạn cao độ trượt định mức thấp, dùng ứng dụng có yêu cầu momen tới hạn cao máy ép phun (injection molding machine) • Lớp C: dùng ứng dụng yêu cầu momen khởi động cao, băng tải, thang cuốn… • Lớp D: có độ trượt định mức cao, dùng cấu nâng hạ tải có chu kỳ máy đột dập (punch press machines) Động không đồng Đặc tính tiêu biểu ĐC KĐB lớp A, B, C, D (tiêu chuẩn NEMA – Mỹ ) Mạch tương đương ĐC KĐB a I1 R1 X1 I’ R '2 X’2 s Áp dụng định lý Thevenin: VX m Vt = R12 + ( X + X m ) Im E V Xm θt = Stator Rotor jX m ( R1 + jX ) Rt + jX t = R1 + j ( X + X m ) b a Rt Xt I’2 R '2 X’2  X + Xm  π − tan −1   R   s E Vt ∠θt Stator Rotor b Giản đồ vector I1 R1 X1 I’ X’2 R '2 X1I1 s Im V E R1I Xm E I’ V Momen động cơ: M = K Φ.I 2' sin δ = K Φ.I1.sin δ1 Hay : I1 Φ2 δ2 δ1 Φ Im M = K Φ.I 2' cos Φ Các cơng thức tính tốn ĐC KĐB • • • • Tốc độ đồng bộ: 2π f ω1 ωdb = = p p Độ trượt (slip): ω −ω s = db ωdb Tốc độ trượt: ωsl = ωdb − ω = sωdb Tốc độ động (tốc độ quay rotor): ω = (1 − s )ωdb 10 ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR Rd + Vd Ld Id R* - 56 ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR Áp pha rotor Dòng pha rotor 57 ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR Giá trị hiệu dụng dòng pha rotor: I rms = Id Giá trị hiệu dụng hài bậc dòng pha rotor: I2 = Id π Suy ra: I = I rms π Công suất tiêu thụ pha rotor: Pe = [ Rd + R(1 − γ ) ] I d2 = 0.5 [ Rd + R(1 − γ ) ] I rms Điện trở đẳng trị pha rotor: Rdt* = 0.5 [ Rd + R(1 − γ )] 58 ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR Mạch tương đương động họat động với hệ xung điện trở suy nguyên tắc bảo tòan công suất, bao gồm: Công suất hài bậc dòng rotor gây ra, Tổn hao điện trở hài bậc sóng hài gây Công suất điện từ truyền qua khe hở khơng khí = Cơng suất tiêu thụ mạch rotor Pdt = 3EI cosθ r = 3I rms ( R2 + Rdt* ) + Pc Mà: I = I rms π Nên: π2 3EI cosθ r = I ( R2 + Rdt* ) + Pc P π2 ∴ EI cosθ r = I ( R2 + Rdt* ) + c 59 ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR Cơng suất trượt tương ứng với dịng hài (bậc 1) dòng rotor: sPdt1 = 3I 22 ( R2 + Rdt* ) Trong đó: Pđt1: Cơng suất điện từ ứng với hài dịng rotor, Cơng suất sinh hài dòng rotor: (1 − s ) Pc = (1 − s ) Pdt = 3I 22 ( R2 + Rdt* ) s Từ đó, ta có cơng suất điện từ truyền qua khe hở khơng khí là: Rf  π  ( R2 + Rdt* )   * EI cosθ r =  − 1 ( R2 + Rdt ) +  I =  Rh + s s       I2  60 ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR I1 R1 X1 I’ X’2 R’h Im V E Xm R 'f s Mạch tương đương pha ĐC KĐB sử dụng mạch điều khiển xung điện trở rotor 61 ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR Mạch tương đương pha ĐC KĐB sử dụng mạch điều khiển xung điện trở rotor π2  Rh =  − 1 ( R2 + Rdt* )   R f = ( R2 + Rdt* ) Quy đổi stator: Rh' = aT21 Rh R 'f = aT21 R f Lưu ý: aT1: tỉ số vòng stator/ rotor, 62 HỆ NỐI TẦNG TĨNH Công suất trả lưới aT2 I1 Rd aT1 + I2 Vd Ld Id VI Công suất trượt - + 63 HỆ NỐI TẦNG TĨNH Các giả thiết giải tích hệ thống: Bỏ qua tượng trùng dẫn xảy cầu chỉnh lưu diode, Dòng Id xem liên tục phẳng Momen động sinh tương tác hài bậc dòng rotor từ thơng khe hở khơng khí stator rotor, Tổn hao cầu diode khóa bán dẫn không đáng kể, Biến áp giả thiết lý tưởng (bỏ qua điện kháng tản, tồn hao) Bỏ qua tượng trùng dẫn cầu nghịch lưu 64 HỆ NỐI TẦNG TĨNH - Nguyên lý hoạt động Điện áp ngõ chỉnh lưu: sV Vd = π a T1 • V: điện áp pha cung cấp cho stator • aT1: tỉ số vịng dây stator/rotor Điện áp phía DC cầu nghịch lưu: V VI = cos α π a T2 Nếu bỏ qua Rd, ta có: Vd + VI = Suy độ trượt s (nghĩa tốc độ động cơ) điều chỉnh theo góc kích α: a s = − T cos α = − aT cos α aT Công suất điện từ động sinh ra: V I Pdt = d d s Momen điện từ động sinh ra: P VI d M = dt = ωdb π aT 1ωdb 65 HỆ NỐI TẦNG TĨNH – Mạch tương đương Cơng suất điện từ truyền sang phía rotor: Pdt = Pc + Pcur + Pr • Pc: cơng suất cơ, • Pcur : tổn hao đồng rotor, • Pr : công suất trả lưới, Lưu ý công suất (và tương ứng momen cơ) thành phần hài dòng rotor sinh ra, tổn hao đồng rotor dòng rotor hiệu dụng sinh 66 HỆ NỐI TẦNG TĨNH – Mạch tương đương Cơng suất điện từ Pđt tính sau:  π2  VI 3 Pdt =  − 1 ( R2 + 0.5 Rd ) I 22 + ( R2 + 0.5 Rd ) I 22 − cos α  s aT    Suy ra, công suất điện từ pha rotor là: π2  ( R + 0.5 Rd ) V cos α EI cosθ r =  − 1 ( R2 + 0.5 Rd ) I 22 + I2 − I2 s s a   T2 Hay: R f Vr EI cosθ r = Rh I + I2 + I2 s s Trong đó: π2  Rh =  − 1 ( R2 + 0.5 Rd )   R f = ( R2 + 0.5 Rd ) V cos α aT Quy đổi sang phía stator: R 'f '2 Vr' ' ' ' '2 EI cosθ r = Rh I + I2 + I2 s s Vr = − 67 HỆ NỐI TẦNG TĨNH – Mạch tương đương R1 I1 X1 I’ X’2 R’h R 'f s Im V Xm E Vr' s 68 HỆ NỐI TẦNG TĨNH – Mạch tương đương Để vẽ đặc tính động với góc kích α cho trước: - Lấy giá trị độ trượt s, - Tính giá trị dịng rotor I’2: I = ' −Vtd R + Vtd2 R + ( R + X )(V22 − Vtd2 ) R2 + X Trong đó: R = R1 + Rh' + R 'f s Vr' Vtd = s X = X + X 2' - Công suất sinh ra: (1 − s) Pc =  I 2'2 R 'f + Vr' I 2'  s - Momen động sinh ra: Pc  I 2'2 R 'f + Vr' I 2'  M= = (1 − s)ωdb sωdb 69 HỆ NỐI TẦNG TĨNH – Mạch tương đương 160 α = 90o 140 120 ω(rad/s) 100o 100 80 110o 60 120o 40 130o 20 0 140o 150o 50 100 150 200 M(Nm) Họ đặc tính hệ nối tầng tĩnh Scherbius Thông số động cơ: cự c, sđm = 0.05, f đm = 50Hz R1=0.4 Ohm ,X1=0.8 Ohm, R’2=0.25 Ohm, X’2 = 0.8 Ohm, Xm = 20 Ohm 250 70