Cơ sơ tđđ 10 4 2020

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẾN ĐẶC TÍNH CƠ Từ phương trình đặc tính cơ động cơ không đồng bộ, ta thấy các thông số ảnh hưởng đặc tính cơ

CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

AN HOÀI THU ANH

1

Hướng dẫn làm chuyên đề 1: ổn định tốc độ động cơ

điện một chiều

2

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

4

3.1 Cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động

Phân loại: Động cơ KĐB rô to lồng sóc, và rô to dây quấn

3.2 Đặc tính cơ

1 Tìm sơ đồ tương đương một pha của động cơ 3 pha

2 Viết phương trình điện

3 Viết phương trình năng lượng biểu thức mômen

Hình 3-2 Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ.

Rμ ,R1 ,R’2 – các điện trở tác dụng của mạch từ hóa của cuộn dây stato và của mạch rôto đã quy đổi

2

p

f p

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

2-5 HỆ THỐNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

13

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Kiểm tra giữu kỳ II

Bài 4: tính toán các phần a,b,c và vẽ giản đồ năng lượng

Bài 2:hãy toán tử hóa DC motor và vẽ sơ đồ Simulink

Thời gian làm bài : 90 phút, các em nộp bài cho Lớp trưởng và ghi rõ họ

tên Lớp trưởng tập hợp thành 01 file ghi rõ lớp, học phần, ngày, tháng,

năm.

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

2 2

1 1

3 f

nm

U R M

Trị số của M và s tại điểm cực trị ký hiệu

thể là:

' 2

 

2 1

32

f th

nm

U M

M M

s s

R a

M M

s s





' 2

th

nm

R s

X

1

3 2

f th

nm

U M

X



 Trong đó:

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẾN ĐẶC TÍNH CƠ

Từ phương trình đặc tính cơ động cơ không đồng bộ, ta thấy các thông số ảnh hưởng đặc tính cơ bao gồm:

- Ảnh hưởng của điện áp stato.

- Ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stato (nối thêm điện trở phụ Rf1 và X1f vào mạch stato).

- Ảnh hưởng điện trở mạch rôto (nối thêm điện trở phụ R2f vào mạch rôto đối với động cơ rôto quấn dây ).

- Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới cấp cho động cơ f1

- Thay đổi số đôi cực sẽ thay đổi tốc độ đồng bộ và làm thay đổi đặc tính cơ (trường hợp này xảy ra đối với động cơ nhiều cấp tốc độ).

Khi điện áp lưới suy giảm, mômen tới hạn sẽ giảm bình phương lần độ suy giảm của điện áp

.

Đặc tính này không thích hợp với phụ tải có mô men thay đổi

b) Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato.

' 2

 

2 1

32

f th

nm

U M



 

p

f p



     1(1  s ) Nhưng khi thay đổi số đôi cực sẽ phải thay đổi cách đấu dây ở stato động cơ nên một số thông số như Uf, R1, X1 có thể thay

đổi và do đó tùy từng trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến

thay đổi, do đó tốc độ động cơ cũng thay đổi

b) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực động cơ KĐB, P =const

1(1 s )

2 1

32

f th

nm

U M

 



Hình 3-11 Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto đến đặc tính cơ.

a) Sơ đồ đấu dây; b) Các đặc tính dòng điện rôto; c) Các đặc

tính cơ biến trở

1 '

nm

U I

38

f th

nm

U M

động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ giảm theo tần số) Do vậy khi giảm tần sốcần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho động cơ sinh ra được mômen nhưtrong chế độ định mức Đó là bài toán tìm quy luật tối ưu trong chế độ làm việc tĩnh của hệđiều chỉnh tần số động cơ KĐB

1

onst

U c

tần số thấp suy giảm

Câu hỏi: thay đổi tốc độ thường tăng hay giảm tần số? Tại sao khi điềuchỉnh tần số của động cơ KĐB ta lại phải điều chỉnh điện áp U1?

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

a) Hãm tái sinhHãm tái sinh xảy ra khi tốc độ của roto lớn hơn tốc độ đồng bộ  1

Động cơ KĐB vận hành ở chế độ máy phát không đồng bộ

b

a

M Mc

Hãm ngược với tải thế năng

làm việc, ta đóng vào mạch rôto điện trở phụ đủ lớn, với tải thếnăng động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểm d Đoạn cd là đoạnđặc tính hãm ngược

làm việc, ta đổi thứ tự 2 trong 3 pha điện áp đặt vào stato; động

cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính hãm ngược bc hoặc b’c’

Nếu tải có tính phản kháng hệ thống sẽ làm việc ổn định tại d hoặc d’

hãm ngược bằng cách đảo chiều từ trường quay

H H

+ -

a)

~

K K K

b)

C C C

~

c)

Hình 3-18 Sơ đồ nguyên lý hãm động năng của động cơ không đồng bộ.

a) Hãm động năng kích từ độc lập; b) Hãm động năng tự kích từ dùng tụ điện;

c) Hãm động năng tự kích từ mạch rôto

Trạng thái hãm động năng xảy ra

khi động cơ đang quay ta cắt stato động cơ khỏi nguồn điện xoay chiều, rồi đóng vào nguồn một chiều

Người ta chia hãm động năng của động cơ không đồng bộ thành hai dạng: Hãm động năng kích từ độc lập và tự

kích

 Điều chỉnh điện áp stator

 Điều chỉnh điện trở stator

 Điều chỉnh tần số cấp

 Điều chỉnh số đôi cực p

 Điều chỉnh điện trở rotor

 Điều chỉnh công suất trượt

Điều chỉnh tần

số nguồn cấp

§iÒu chØnh tæn thÊt §iÒu chØnh kinh tÕ

§iÖn ¸p stato §iÒu chØnh tÇn sè

§iÒu chØnh xung ®iÖn trë

của điện áp ra tải.



Nhược điểm của XAAC là dạng điện áp ra bị

méo, nghĩa là ngoài sóng hài cơ bản có tần số

bằng tần số lưới, xuất hiện các thành phần sóng

A B C

Q1 F1,F2,F3

K1 F7

A B C

Sơ đồ khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ Q1: aptomat

chính; F1,F2,F3: cầu chì bảo vệ ngắn mạch; K1: công tắc tơ

chính; F7: phần tử nhiệt của rơ le bảo vệ quá tải

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Sơ đồ khởi động sao – tam giác động cơ không đồng bộ; Q1:

ap to mat chính;F1, F2, F3: cầu chì bảo vệ ngắn mạch; K1: công

tăc tơ chính; K2: công tắc tơ nối tam giác; K3: công tăc tơ nối

sao; F7: phần tử nhiệt của rơ le bảo vệ quá tải

nhược điểm: dùng những phần tử đóng cắt có tiếp điểm, quátrình khởi động vẫn nhảy cấp, vẫn có xung lực gây giật cơ cấu

và xung dòng khởi động lớn

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

M 3~

Bộ khởi động mềm dùng mạch thyristor song song ngược

Bằng phương pháp điều khiển góc mở  cho các van bán dẫn, điện ápđặt lên cuộn dây stator động cơ có thể tăng lên từ từ, đảm bảo hạnchế dòng điện và sinh ra mô men đủ lớn cho động cơ trong quá trìnhkhởi động Hệ thống điều khiển bằng mạch điện tử sẽ cho phép càiđặt các tham số của quá trình khởi động một cách linh hoạt

Đặc tính khởi động mềm; (a) Đặc tính cơ; (b) Đặc tính cơ điện

Ưu điểm: Mô men khởi động và dòng điện đều có thể làm trơn, không gây nên các xung giật

t1 + t2 = thời gian tăng tốc Thời gian giảm tốc

Uđ

Đồ thị cài đặt tín hiệu cho bộ khởi động.

Đồ thị cài đặt tín hiệu cho bộ khởi động Bộ khởi động bán dẫnđược thiêt kế sao cho có thể tạo nên đặc tính tăng tốc theo thờigian, thường từ 5 s đến 10 s Dòng điện khởi động có thể đượchạn chế khoảng 3 – 4 lần dòng định mức động cơ đối với đa sốcác cơ cấu Cơ chế của mạch hạn chế dòng điện xảy ra một cách

tự động và có thể kéo dài thời gian tăng tốc thêm một vài giây

Bộ khởi động tạo nên điện áp ban đầu đưa vào động cơ khoảng

30 đến 60% điện áp định mức Điện áp đặt lên động cơ ban đầuphải có giá trị đủ lớn để sinh ra mô men thắng mô men cản đểđộng cơ có thể tăng tốc được Cần biết rằng mô men do động cơsinh ra tỷ lệ với bình phương điện áp nên nếu điện áp ban đầu chỉ

4% mô men định mức và động cơ sẽ không thể khởi động được.Quá trình dừng cũng có thể được cài đặt giống như lúc khởi độngvới hai tham số chính: mức giảm điện áp và thời gian giảm tốc.Mức tăng điện áp ban đầu và mức giảm có thể được lựa chọn khicài đặt bộ khởi động cho cơ cấu trong lần chạy thử đầu tiên

Cấu trúc hệ truyền động động cơ không đồng bộ sử

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

1. Khái niệm chung về nghịch lưu nguồn áp

Nghịch lưu nguồn áp là các bộ biến đổi DC-AC với nguồnmột chiều là nguồn áp Trong nghịch lưu nguồn áp các vanbán dẫn luôn đặt dưới điện áp một chiều nên van đều làđiều khiển hoàn toàn như IGBT, GTO, MOSFET hoặcBJT Các sơ đồ van cơ bản được các nhà sản xuất linh kiệnbán dẫn tích hợp thành các module với các dải công suấtkhác nhau, rất tiện lợi khi thiết kế các bộ biến đổi hoặc tiếnhành thay thế, sửa chữa Điều này có được là do nghịch lưunguồn áp, nhất là loại điều chế độ rộng xung PWM để điện

áp ra có dạng sin, có những ứng dụng rất rộng rãi trongthực tế

Do nguồn một chiều là nguồn áp nên sau điện áp đầu ranghịch lưu có dạng xung chữ nhật, giá trị và hình dạngkhông phụ thuộc tải và tính chất của tải

C V1

Các sơ đồ bộ nghịch lưu nguồn áp; (a) Sơ đồ nửa cầu; (b) Sơ đồ

cầu một pha; (c) Sơ đồ cầu ba pha

Hệ biến tần- Động cơ KĐB

Điện áp ở đầu ra nghịch lưu có dạng chữ

nhật đối xứng, biên độ +/-E/2 Do tải mang

tính cảm dòng chỉ thực sự chạy qua van V1

(+) của nguồn E, qua V1, qua tải, qua nhánh

tụ C2, trở về cực (-) của nguồn E Tại T/2

V1 khóa lại, V2 mở ra, nhưng dòng vẫnđang chạy theo chiều cũ (đường nét chấmtrên sơ đồ hình 8.9), vì vậy dòng phải chạyqua điôt D2, khép kín mạch qua tụ mộtchiều C2 Như vậy năng lượng lấy từ nguồn

E ra trong khoảng thời gian từ t 1 đến T/2 Từ

T/2 đến t 2 năng lượng tích lũy trong tải đưatrả về nguồn, nạp cho tụ C2 Điều này thểhiện qua dạng dòng qua thanh cái một chiều

trình tương tự xảy ở nửa chu kỳ còn lại vớivai trò của V2, điôt D1 và tụ C1

i d

i n

Tụ C vừa có vai trò là tụ lọc san bằng điện áp trong trường hợp nguồn E

là một chỉnh lưu, vừa có vai trò kho chứa công suất phản kháng trao đổivới tải qua các điôt ngược

Các van trong sơ đồ được điều khiển mở trong mỗi nửa chu kỳ theo từng cặp, V1 cùng với V2, V3 cùng với V4 Điện áp ra sẽ có dạng xoay chiều xung chữ nhật, giống như ở sơ đồ nửa cầu nhưng có biên độ bằng +/

Các van trong sơ đồ được điều khiển mở trong mỗi nửa chu kỳ

dạng xoay chiều xung chữ nhật, giống như ở sơ đồ nửa cầunhưng có biên độ bằng +/- E, lớn gấp đôi so với sơ đồ nửa cầu

Hình dạng dòng điện sẽ phụ thuộc tải và tính chất của tảiKhi tải có tính trở cảm, ở cuối nửa chu kỳ khi cặp van chínhkhoá lại, dòng vẫn duy trì theo chiều cũ Trên sơ đồ, khi V1, V2khoá lại dòng phải duy trì theo chiều cũ qua các điôt D3, D4

Nói chung dòng qua các điôt sẽ móc vòng qua tụ C đầu vào

Dòng một chiều đầu vào có phần dương thể hiện năng lượngcấp ra tải lấy vào từ nguồn E, còn phần âm là năng lượng phảnkháng do tải trao đổi về với tụ đầu vào C Điều này thể hiện qua

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Nghịch lưu nguồn áp 3 pha

Sơ đồ một nghịch lưu áp ba pha cấu tạo từ ba sơ đồ nửa cầu, tạo

nên ba pha đầu ra Sơ đồ gồm 6 van điều khiển hoàn toàn V1,

V2, …, V6 và điôt ngược D1, D2, …, D6 Các điôt ngược giúp

cho quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa tải với nguồn

Đầu vào một chiều là một nguồn áp với đặc trưng có tụ C, giá trị

Modulation -PWM),

Modulation - SVM)

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Phương pháp điều chế cơ bản

Theo phương pháp cơ bản, để tạo ra hệ thống điện áp xoay chiều ba pha

khiển theo thứ tự như được ký hiệu trên sơ đồ, mỗi van sẽ vào dẫn cách

0 1/3E 2/3E

Z A

2/3E

1/3E E

Z C

1/3E

2/3E E

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Phương pháp điều chế cơ bản (six-step)

Biên độ hài cơ bản điện áp pha đầu ra:

Ưu điểm: đơn giản, thay đổi tần số dễ dàng bằng cách thay đổi thời gian xuất xung

Nhược điểm: Không thể điều chỉnh được biên độ đầu ra, điện áp điều chế chứa nhiều hài, không thích

hợp với tải yêu cầu chất lượng sau điều chế cao

Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển PWM nghịch lưu áp ba pha.

Cấu trúc mạch điều khiển PWM nghịch lưu áp ba, trong đó tínhiệu sin chuẩn ba pha so sánh với cùng một tín hiệu răng cưa.Mạch so sánh có ngưỡng có tác dụng tăng khả năng chốngnhiễu của sơ đồ Đầu ra của mỗi mạch so sánh và tín hiệunghịch đảo của nó dùng để điều khiển một nhánh van nửa cầutrong sơ đồ nghịch lưu ba pha Mỗi mạch nửa cầu hoạt độngnhư một pha độc lập Bởi vậy ta thể hiện sơ đồ nghịch lưu bapha tương đương như ba sơ đồ nửa cầu

Điều khiển Sin PWM

 Phương pháp điều chế SPWM

Biên độ điện áp pha đầu ra lớn nhất

Ưu điểm: có thể điều chỉnh dòng

điện trên tải tùy ý, chất lượng điện áp

sau điều chế tốt, chứa ít hài.

Nhược điểm: biên độ điện áp pha ra

nhỏ.

2

DC m

U

U 

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

S2 n

Cấu trúc điều khiển động cơ KĐB roto lồng sóc

Biến tần nguồn áp

Điều chế PWM

Bộ ĐC dòng

Bộ điều chỉnh

từ thông

Bộ điều chỉnh tốc độ

Khâu ước

lượng từ thông

Chuyển đổi Clarke và Park

Động cơ lồng sóc

ba pha

Điều chế vector không gian

Nhiệm vụ khâu SVM

Đầu vào: vector không gian cần điều chế

Đầu ra: xung kích thích cho mạch van nghịch lưu, nhằm áp đặt vector không gian lên động cơ

Biên độ điện áp đầu ra lớn nhất: Usmax=2/3 Udc

SVM

u  u   ju  d d d d d d1, 2, 3, 4, 5, 6

Các bước điều chế

Chọn dạng xung

và xuất hệ số điều chế cho từng van

Tổng hợp

vector

điện áp

Xác định vị trí vector không gian

Sector 1 Sector 2 Sector 3

T5 A

Biến tần nguồn áp với phần một chiều dùng chỉnh lưu điôt và bộbiến đổi xung áp một chiều

Biến tần nguồn áp biến điệu bề rộng xung

IGBT được sử dụng trong các biến tần công suất đến 500 kW, điện áp lưới đầu vào đến 690 V Tần số băm xung của PWM thay đổi từ 2 kHz đến 10 kHz Công suất càng lớn thì tần sốbăm xung càng phải chọn thấp để giảm tổn hao do quá trìnhđóng cắt trên van

GTO được sử dụng ở dải công suất lớn, trên 300 kW, điện áplưới đến 690 V, tần số băm xung cỡ 1 kHz

Điều chỉnh điện trở rôto động cơ không đồng bộ

Điều chỉnh điện trở mạch rôto:

a) Sơ đồ khối; b) Các đặc tính cơ tương ứng

Dùng điện trở + Tiếp điểm công tắc tơ  thay đổi các cấp điệntrở phụ

Ứng dụng: Thay đổi tốc độ động cơ

Ưu điểm: Thay đổi dễ dàngNhược điểm : Độ cứng giảm, gây tổn thất năng lượng

 Chỉ dung trong chế độ ngắn hạn, ngắn hạn lặp lại

Nguyên lý điều chỉnh xung điện trở.

Để khắc phục nhược điểm điều chỉnh tốc độ có cấp, đặc tính cơ mềm, độ ổn định tốc

độ thấp, ta sử dụng phương pháp điều chỉnh trơn điện trở phụ rôto có hai cách thựchiện:

trong phần này sử dụng điều chỉnh xung điện trở

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Sử dụng thêm bộ nghịch lưu để trả năng lượng về lưới

chính là phần tử hạn chế dòng điện có thể xuất hiện giữa 2nguồn điện áp (sức điện động nghịch lưu và sđđ lưới)

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Biến tần 4Q

+ + +

+

_

+

_

Vì điện áp 1 chiều luôn có dấu không đổi nên để có thể làm việc ở chế độ 4 góc phần tư (trao đổi năng

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu tích cực

Đk dựa trên điện áp Đk dựa trên từ thông ảo

Khâu đo lường dòng điện v ước lượng điện áp lưới

α-β

d-q α-β

Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu tích cực theo phương pháp VOC

Điều khiển dựa trên điện áp là ước lượng điện áp

lưới sẽ được điều khiển bằng dòng điện hay công

suất Điện áp lưới được điều khiển bằng dòng điện

thì gọi là phương pháp VOC (Voltage Oriented

Control), theo công suất là DPC (Direct Power

Control)

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Sơ đồ thay thế một pha và đồ thị vector chỉnh lưu tích cực.

a Sơ đồ thay thế 1 pha chỉnh lưu tích cực

b Đồ thị vector tổng quát

c Đồ thị vector ứng với cosφ=1

d Đồ thị vector ứng với cosφ= −1

- Bắt buộc phải có điện cảm đầu vào

- Giá trị điện áp một chiều Udc được điềuchỉnh không đổi và phải lớn hơn giá trị điện

áp chỉnh lưu tự nhiên từ lưới

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Yêu cầu nộp báo cáo :

1 Nội dung

2 Cách thực hiện:

- Báo cáo theo nhóm, có quyển + Slide+ Video

Chương 3: Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều

Kiểm tra giữa kỳ bài 2

Đề 1

Câu hỏi:

1 Trình bày các tham số ảnh hưởng đến tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc

2 Điều khiển hệ biến tần động cơ: trình bày điều chế SinPWM

3 Trình bày nghịch lưu nguồn áp sơ đồ cầu 1 pha

Đề 2:

Câu hỏi

1 Trình bày các tham số ảnh hưởng đến tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc

2 Điều khiển hệ biến tần động cơ: trình bày điều chế vec tơ không gian SVM

3 Trình bày nghịch lưu nguồn áp sơ đồ 1 pha, nửa cầu