Đồ Án Truyền Động Điện Tự Động Đề Tài Điều Khiển Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha.docx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP*****

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG

ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

GVHD: TS Nguyễn Phan Thanh

SVTH: Nguyễn Anh Tài 20142576Nguyễn Văn Thành 20142576LỚP : 201421A

Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1

1.1.Khái niệm chung: 1

1.3.1 Khái niệm chung: 1

1.3.2 Phạm vi ứng dụng: 1

1.2.Phân loại, cấu tạo: 1

1.3.1 Khái niệm chung: 1

1.3.1 Khái niệm chung: 1

1.3.Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ 3 pha 1

CHƯƠNG 2:PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 5

2.1.Những chỉ tiêu của hệ điều chỉnh tốc độ đối với động cơ điện 5

2.2 Vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha .6

2.3.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stator2.4.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số 14

2.4.1 Vấn đề thay đổi tần số của điện áp stator 14

2.4.2 Quy luật thay đổi tần số 15

a/ Luật điều chỉnh tần số - điện ápb/ Luật điều chỉnh từ thôngc/ Luật điều chỉnh tần số trượt không đổid/Điều chỉnh tần số nguồn dòng điệne/Điều khiển trực tiếp moment

a/ Đối nối hình tam giác -> sao kép (tam giác -> YY)b/ Đối nối sao sang sao kép (Y->YY)

c/ Các chỉ tiêu chất lượng

2.5.3 Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực 17

2.6.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch rotor 16

2.6.1 Sơ đồ điều chỉnh 16

2.6.2 Nguyên lý hoạt động 17

2.6.3 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch rotor dùng con trượt 17

2.6.4 Sơ đồ điều chỉnh điện trở mạch rotor dùng contactor 19

2.6.5 Sơ đồ điều chỉnh điện trở mạch rotor dùng điện trở xung 20

2.7 Tính toán chọn công suất động cơ 20

KẾT LUẬN 54TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong ngành công nghiệp hiện nay, động cơ điện đang được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới, bao gồm cả nước ta Trong đó, động cơ không đồng bộ đang trở thành sự lựa chọn hàng đầu và thay thế cho động cơ một chiều, nhất là trong công nghiệp, bởi vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn và có thể sử dụng trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha Hiện nay, phần lớn các cần trục, máy cắt kim loại, máy cán và nhiều cơ cấu khác trong các lĩnh vực công nghiệp đều được trang bị động cơ không đồng bộ.

Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ của động cơ không đồng bộ rất khó khăn, đặc biệt là đối với động cơ rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn so với động cơ điện một chiều Bên cạnh đó, động cơ không đồng bộ ba pha cũng có một số nhược điểm như momen tới hạn, momen khởi động giảm xuống đáng kể khi điện áp lưới tụt, và dễ gây nóng quá mức cho stato và roto, đặc biệt là khi điện áp lưới tăng hoặc giảm Nhưng động cơ điện một chiều thì lại sử dụng phức tạp đòi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện riêng không phù hợp với lưới điện 3 pha xoay chiều và khi hoạt động sẽ gây ra tia lửa điện trên cổ góp của động cơ Chính vì những điểm yếu đó của động cơ điện một chiều mà hiện nay xu hướng nghiên cứu dùng động cơ không đồng bộ với các ưu điểm nổi bậc hơn.

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực chế tạo bán dẫn công suất và công nghệ điện tử, các hệ truyền động của động cơ không đồng bộ có thể khai thác hết các ưu điểm để cạnh tranh với động cơ điện một chiều, đặc biệt là ở vùng công suất truyền lớn và tốc độ làm việc cao Với việc đánh giá đúng những ưu nhược điểm của động cơ không đồng bộ, các kỹ sư và nhà sản xuất có thể tận dụng được tối đa các ưu điểm và giảm thiểu những rủi ro, từ đó đưa động cơ không đồng bộ trở thành lựa chọn tốt trong các ứng dụng công nghiệp hiện nay.

Để hiểu rõ hơn về truyền động điện và có kiến thức nhất định về vấn đề này Sinh viên đã được hướng dẫn làm đồ án: “ Nghiên Cứu Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha và Ứng Dụng Cụ Thể” Nội dung bao gồm các chương sau:

Chương 1: Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ ba pha

Chương 2: Đặt tính cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống thang máy dùng động cơ không đồng bộ ba pha

Kho tàng kiến thức là vô hạn, do trang bị một lượng kiến thức chưa sâu cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai lầm và thiếu sót Rất mong sự đóng góp của quý thầy cô và bạn bè.

I.Khái niệm chung1 Khái niệm

Máy điện không đồng bộ là loại máy điẹn xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ có tốc độ của rotor n khác với tốc độ từ trường quay trong máy n1 Máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở hai chế độ: Động cơ và máy phát.

Máy điện không đồng bộ có hai dây quấn: dây quấn stato (dây quấn sơ cấp) nối với lưới điện có tần số f, dây quấn rotor (thứ cấp) được nối tắt lại hoặc khép kín trên điện trở để tạo ra dòng điện trên dây quấn rotor Dòng điện trên dây quấn rotor được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số f2 phụ thuộc vào tốc độ rotor nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trên trục của máy.

Cũng như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ cơ điện hoặc chế độ máy phát điện, tuy nhiên đặc tính làm việc không tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ nên ít được sử dụng.

Động cơ không đồng bộ so với các loại động cơ khác có cấu tạo và vận hành không phức tạp, giá rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt Động cơ không đồng bộ có các loại: động cơ ba pha, động cơ hai pha, động cơ một pha.

Động cơ điện không đồng bộ có công suất lớn trên 600W thường là loại ba pha có ba dây quấn làm việc, trục các dây quấn lệch nhau trong không gian một góc 120° điện.

Các động cơ có công suất nhỏ hơn 600W thường là loại hai pha hoặc một pha Động cơ hai pha có hai dây quấn làm việc, trục của hai dây quấn đặt lệch nhau trong không gian một góc 90° điện Động cơ điện một pha chỉ có một dây quấn làm việc.

* Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ: Công suất cơ có ích trên trục động cơ Pđm

Điện áp dây stato U1đm Dòng điện dây stato I1đm Tần số dòng điện stato f Tốc độ quay rotor nđm Hệ số công suất cosφđm

Gọi là động cơ không đồng bộ vì tốc độ quay của rotor khác với tốc độ của từ trường quay trong máy Đôi khi còn gọi là động cơ cảm ứng (vì sức điện động và dòng điện có được trong rotor là do cảm ứng).

2 Phạm vi ứng dụng

Trong lĩnh vực nông nghiệp, động cơ không đồng bộ được sử dụng trong các thiết bị như máy bơm nước, máy nghiền ngô, hệ thống tưới tiêu tự động, và các máy móc khác Động cơ không đồng bộ có độ bền cao, tiết kiệm năng lượng và hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt của nông nghiệp.

Trong lĩnh vực công nghiệp, động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đóng gói và sản xuất, bao gồm các dây chuyền sản xuất, máy nghiền, máy ép, máy cắt, máy in, máy đóng gói

Với tính năng hoạt động ổn định, động cơ không đồng bộ đã trở thành một trong những loại động cơ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và nông nghiệp.

II Phân loại, cấu tạo1 Phân loại

Theo kết cấu của động cơ không đồng bộ có thể chia ra làm các kiểu chính: Kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ

Theo kết cấu rotor, máy điện không đồng bộ chia làm 2 loại: Loại rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc.

Theo số pha trên dây quấn stator có thể chia làm các loại: Một pha, hai pha, ba pha.

2 Cấu tạo

Gồm hai bộ phận chủ yếu là stator và rotor, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy Trục làm bằng thép, trên đó gắn rotor, ổ bi và phía cuối trục có gắn một quạt gió để làm mát máy dọc trục.

Hình 1.1 Cấu tạo chung của động cơ không đồng bộ 3 pha

2.1 Phần tĩnh (Stator): hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ

máy và nắp máy.

2.1.1 Lõi thép

Lõi thép là phần dẫn từ Do từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên giảm bớt tổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại, được dập rãnh bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõi thép được ép vào trong vỏ máy.

Lõi thép

Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi thép ngắn thì có thể ghép thành một khối, nếu lõi thép quá dài thì ghép thành những tấm ngắn mỗi tấm thép dài từ 6 đến 8 cm đặt cách nhau làm để thông gió cho tốt Mặt trong của lá thép sẽ có rảnh để đặt dây quấn.

2.1.2 Dây quấn stator

Thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rãnh của lõi thép và làm thành một hoặc nhiều vòng kín Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từ trường Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng.

Hình 1.3 Dây quấn stator Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm:

Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng điện nhất định chạy qua mà không bị nóng quá, một nhiệt độ nhất định để sinh ra một moment cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt.

Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn an toàn Dây quấn phần ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau:

Dây quấn xếp đơn và dây quần xếp phức tạp, Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp.

Trong một số máy cỡ lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sự kết hợp giữa hai dây quần xếp chồng và song

2.1.3 Vỏ máy: bao gồm thân và nắp, thường làm bằng gang.2.2 Rotor: lõi thép và dây quấn và trục máy.

2.2.1 Lõi thép

Gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại, mặt ngoài dập rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục động cơ.

Hình 1.4 Lõi thép rotor

2.2.2 Dây quấn rotor

Phân loại thành hai loại chính: rotor ngắn mạch còn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn Loại rotor lồng sóc có công suất trên 100 kW, trong các rãnh của lõi thép rotor đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch bằng 2 vòng đồng tạo thành lồng sóc Ở động cơ có công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rotor, thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cách quạt làm mát Động cơ điện có rotor lồng sóc gọi là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.

Loại rotor kiểu dây quấn: Rotor kiểu dây quấn cũng giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ dây quấn stator Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bóp được những đầu dây nối, kết cấu dây quấn trên rotor chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba pha của rotor thường đấu hình sao, có ba đầu kia được nối vào ba rãnh trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và được cách điện với trục Nhờ ba chổi than tỷ sát vào ba rãnh trược, dây quấn rotor được nối với 3 vòng tiếp xúc, chổi than dây quấn rotor được nối với ba biến trở bên ngoài, để mở máy hay điều chỉnh tốc độ Loại động cơ này gọi là động cơ không đồng bộ rotor dây quấn.

Hình 1.5 Các kiểu dây quấn rotor

Nhận xét: Rotor lồng sóc chế tạo đơn giản với số lượng lớn trong dây truyền công nghiệp, giá thành rẻ hơn, bền hơn dễ bảo quản so với rotor dây quấn, nhưng lại khó mở máy hơn rotor dây quấn đặc biệt những động cơ công suất lớn Trong những hệ thống có yêu cầu không cao về điều chỉnh tốc độ (có thể điều chỉnh theo cấp), điều kiện mở máy không quá khó khăn ta nên sử dụng động cơ rotor lồng sóc.

2.2.3 Trục máy: làm bằng thép, trên đó có gắn lõi thép rotor.III Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha

Nguyên lý hoạt động của máy điện không đồng bộ nói chung và động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc nói riêng là làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ.

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p

Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rotor, làm cảm ứng trong dây quấn rôto các sức điện động E2 Do rotor

kín mạch nên trong dây quấn rôto có dòng điện I2 chạy qua Từ thông do dòng điện sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn rôto tác dụng với từ thông khe hở sinh ra mômen

Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rôto.

Hệ số trượt s của máy:

Như vậy khi n = n1 thì s = 0, còn n = 0 thì s = 1; khi n > n1, s < 0 và khi rotor quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì s > 1.

Hình 1.6 Các chế độ làm việc của động cơ

* Rotor quay cùng chiều từ trường quay nhưng có tốc độ n < n1 (0 < s < 1) Xét chiều quay n1 của từ trường khe hở Φ và của rotor n như hình bên Theo qui tắc bàn tay phải, có được chiều sức điện động E2 và I2

Theo qui tắc bàn tay trái, xác định lực F và mômen M

Ta thấy F cùng chiều quay của rôto, nghĩa là điện năng đưa tới stato, thông qua từ trường đã biến đổi thành cơ năng trên trục làm quay rôto theo chiều từ trường quay n1, như vậy máy làm việc ở chế độ động cơ điện.

* Rotor quay cùng chiều từ trường quay nhưng có tốc độ n > n1 (s < 0) Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ tới n > n1 Lúc đó chiều của từ trường quay quét qua dây quấn rotor

sẽ ngược lại, sức điện động và dòng điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều của mômen M cũng ngược chiều của n1, nghĩa là ngược chiều của rotor, nên tạo ra mômen hãm

Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động cơ điện thành điện năng cung cấp cho lưới điện, nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện.

* Rotor quay ngược chiều từ trường quay n < 0 (s > 1) Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy điện quay ngược chiều từ trường quay, lúc này chiều sức điện động, dòng điện và mômen giống như ở chế độ động cơ điện

Vì mômen sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãm rotor lại Trong trường hợp này, máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào, vừa lấy cơ năng từ động cơ sơ cấp Chế độ làm việc như vậy gọi là chế độ hãm điện từ.

CHƯƠNG 2:PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

I.Những chỉ tiêu của hệ điều chỉnh tốc độ đối với động cơ điện

Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng phương pháp thuần túy điện tác động lên bản thân hệ truyền động điện (nguồn và động cơ điện) để thay đổi tốc độ quay của động cơ điện.

Để đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật cơ bản các chỉ tiêu này cũng được tính đến khi thiết kế hoặc

4 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải 5 Chi tiêu kinh tế

6 Các chỉ tiêu khác.

7 Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh.

II Vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong thực tế Ưu điểm nổi bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư ít, giá thành hạ, trọng lượng, kịch thước nhỏ hơn khi cùng công suất định mức so với động cơ một chiều.

Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha

Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn hơn, các động cơ không đồng bộ lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng khởi động lớn, moment khởi động nhỏ).

Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tin học, động cơ không đồng bộ mới được khai thác các ưu điểm của chúng Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả so với hệ tiristor-động cơ điện một

Qua biểu thức (1-1), (1-2), (1-3), (1-4) ta thấy rằng khi thay đổi các thông số điện trở, điện kháng, điện áp, tần số, số đôi cực thì sẽ thay đổi được Sth, Mth và sẽ điều chỉnh được tốt động cơ không đồng bộ

III.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stator

Mômen động cơ không đồng bộ tỉ lệ với binh phương điện áp stator, nên có thể điều chỉnh moment và tốc độ động cơ không đồng hộ bằng cách thay đổi điện áp stator và giữ tần số không đổi nhờ bộ biến đổi điện áp xoay chiều.

Hình 2.1 a/ Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng u stator b/ Các đặc tính điều chỉnh u stator động cơ không đồng bộ

Coi bộ biến đổi điện xoay chiều là nguồn lý tưởng (Zb =0), khi Ub Uđm thì momen tới hạn M th.m tỉ lệ bình phương điện áp, còn s th.m = const, căn cứ vào biểu thức momen tới hạn ta có quan hệ sau:

Dựa vào đặc tính tới hạn Mgh(s), nếu  = const, ta suy ra đặc tính điều chỉnh ứng với giá trị us, cho trước nhờ quan hệ: Trong đó U đm: Điện áp định mức của động cơ

Ub: điện áp đầu ra của bộ Đ A XC

Mth: Momen tới hạn khi điện áp là Uddm Mth.u: moment tới hạn khi điện áp là Ub

Có nhiều cách điều chỉnh điện áp nguồn cấp vào stator động cơ không đồng bộ

1 Điều chỉnh điện áp dùng biến áp tự ngâũa) Sơ đồ nguyên lý:

Máy biện áp tự ngẫu là bộ biến đổi điện áp xoay chiều đơn giản nhất của hệ biến áo tự ngẫu động cơ được vẽ như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động dùng biến áp tự ngẫu

b) Đặc tính cơ:

Nêú các ký hiệu đại lượng điện tử của mỗi pha biến áp như hình (2.2) thì tổng trở của biến áp được xác định theo biểu thức:

Khi điều chỉnh điện áp ra để cấp cho stator động cơ, hệ sô K thay đổi đồng thời Zs và Za cũng đều thay đổi Các đặc tính cơ đều có dạng như hình vẽ:

Hình 2.3 Các đặc tính điều chỉnh của truyền động KDB dùng máy biến áp tự ngẫu Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát nóng của máy điện, khi dùng động cơ KĐB rotor dây quấn người ta nối thêm một điện trở cố địng Rcd vào mạch rotor Khi đó điện áp đặt vào stator là định mức (Ub=U1) thì ta có đặc tính mềm hơn đặc tính tự nhiên Ta gọi đặc tính này là đặc tính tới giới hạn Rõ ràng là:

Mthgh, Sthgh momen và độ trượt tới hạn của đặc tính giới hạn Mth, Sth các đại lượng tương ứng của đặc tính tự nhiên Nhận xét:

Hệ dùng biến áp tự ngẫu không những có giá thành cao mà còn rất khó tự động hóa nên các chỉ tiêu điều chỉnh không cao Vì thế nó ít sử dụng.

IV Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số.

1 Vấn đề thay đổi tần số của điện áp stator

, ta nhận thấy khi thay đổi tần số f1 ta cũng có thể thay đổi được tốc độ động cơ không đồng bộ

Ta có sơ đồ điều chỉnh như sau:

Hình 2.4 Sơ đồ điều chỉnh tần số

Giả sử mạch stator:

Trong đó: E1 là sức điện động cảm ứng trong cuộng sây stator,  là từ thông móc vòng qua cuộn dây stator, C là hằng số tỉ lệ , f1 là tần số của dòng điện stator.

Nếu bỏ qua sự sụt áp trên tổng trở cuộn dây stator ta có:

Qua (1-10) ta thấy: nếu thay đổi f1 mà giữ U1=const thì  sẽ thay đổi theo Khi giảm f1<fdm để điều chỉnh tốc độ  < đm mà giữ U1E1= const

Thì theo (1- 10), từ thông  tăng lên, mạch từ động cơ sẽ bị bảo hòa, điện khánh mạch từ giảm xuống và dòng từ hóa sẽ tăng lên làm cho động cơ quá tải về từ, làm phát nóng động cơ, giảm tuổi thọ của động cơ, thậm chí nếu nóng quá nhiệt độ cho phép của động cơ thì động cơ có thể bị cháy.

Còn khi tăng f1>f1đm nếu giữ U1E1C f =const và phụ tải Mc=const, mà khi làm việc, momen M K I 2cosMe=const Vậy khi tăng f1>f1dm sẽ làm cho từ thông sẽ giảm, dẫn đên dòng I2 tăng, nghĩa là động cơ sẽ bị quá tải về dòng, nó cũng bị phát nóng làm xấu chế độ làm việc của động cơ hoặc bị cháy Vì vậy, khi thay đổi tần số f1 để điều chỉnh tốc độ thì người ta thường kết hợp thay đổi điện áp stator U1 Và người ta thường dùng bộ biến đổi tần số (BT) để điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ.

2.Quy luật thay đổi tần số

a) Luật điều chỉnh tần số- điện áp:

Ở hệ thống điều khiển điện áp tần số, sức điện động stator độngcơ được điều chỉnh tỉ lệ với tần số đảm bảo duy trì từ thông khe hở không đổi Động cơ có khả năng sinh moment như nhau ở mọi tần số định mức Có thể điều chỉnh tốc độ ở hai vùng:

Vùng dưới tốc đô cơ bản: Giữ từ thông không đổi thông qua điều khiển tỷ số sức điện động khe hở/ tần số là hằng số.

Vùng trên tốc độ cơ bản: Giữ công suất động cơ không đổi, điệnáp được duy trì không đổi, từ thông động cơ giảm theo tốc độ.

Khả năng quá tải:

Để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần phải điều chỉnh cả điện áp Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả năng quá tải về momen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ Momen cực đại mà động cơ sinh ra được chỉnh là momen tới hạn Mth, khả năng quá tải về moment được quy định bằng hệ số quá tải momen   m( mMth /M const)Nếu bỏ quá điện trở dây quấn stator thì có thể tính được momen tới hạn:

Điều kiện giữ khả năng quá tải về momen không đổi là:

b) Luật điều chỉnh từ thông

Từ các quan hệ tính momen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông của máy hoặc từ thông của stator không đổi thì momen sẽ không phụ thuộc vào tần số, và momen tới hạn sẽ không đổi tròn toàn bộ dải điều chỉnh.

Nếu coi R3=0 thì  zUs/0 Uđm/đm const

Khi ở vùng tần số làm việc tháo nà sụt áp trên Rs có thể so sánh được sụt áp trên điện cảm tản mạch stator thì đồng thời từ thông cũng giảm đi và do đó Mth cũng giảm đi.

Biểu thức quan hệ giữa dòng điện stator và từ thông rotor là:

Vậy khi giữ biên độ từ thông không đổi thì vector từ thông rôtỏr luôn vuông pha với vector dòng điện rotor và do đó momen điện từ thông hoàn toàn tỉ lệ với biên độ dòng điện rotor.

Trong chế độ định mức, từ thông là định mức và mạch từ có công suất tối đa Luật điều chỉnh tần số điện áp là luật giữ gần đúng từ thông không đổi trên toàn dải điều chỉnh.

Tuy nhiên từ thông động cơ, trên mỗi đặc tính, còn phụ thuốc rất nhiều vào độ trượt, tức là phụ thuộc momen tải trên trục động cơ Vì thế trong các hệ điều chỉnh yêu cầu chất lượng cao cần tìm cách bù từ thông.

nên nếu muốn giữ từ thông , không đổi thì dòng điện phải được điều chỉnh theo tốc độ trượt Phương pháp này có nhược điểm là mỗi động cơ phải cài đặt một sensor đo từ thông không thích hợp cho sản xuất đại trà và cơ cấu đo gắn trong đó bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và nhiễu

Nếu điều chỉnh cả biên độ và pha của dòng điện thì có thể điều chỉnh được từ thông rotor mà không cần cảm biến tốc độ.

c) Luật điều chỉnh tần số trượt không đổi.

Nếu ta giữa tần số trượt không đổi  sconstthì moment chỉ còn phụ thuộc vào Ís mà không phụ thuộc vào tần số nguồn Đặc tính M ( )s như hình 2.5

d) Điều chỉnh tần số nguồn dòng điện

Phương pháp điều chỉnh này sử dung biến tần nguồn dòng Biến tần nguồn dòng có ưu điểm là tăng được công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện hãm tái sinh động cơ Nguồn điện một chiều cấp cho nghịch lưu phải là nguồn dòng điện, tức là dòng điện không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển Để tạo nguồn điện một chiều thường dùng chỉnh lưu điều khiển có cấu trúc tỉ lệ - tích phân (PI), mạch lọc là điện kháng tuyến tính có trị số điện cảm đủ lớn.

- Điều chỉnh vector dòng điện.

Tương tự như hệ thống biến tần nguồn áp ở hệ thống biến tần nguồn dòng cũng có thể thực hiện điều chỉnh từ thông bằng cách điều chỉnh vị trí vector dòng điẹn không gian