Cơ sở truyền Động Điện truyền Động Điện Động cơ không Đồng bộ

- Những động cơ không đồng bộ điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi tần số hoặc số đôi cực khi giảm tốc độ có thể thực hiện hãm tái sinh...  Khi hãm động năng động cơ không đồng b

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Điều chỉnh tốc độ truyền động điện Các phương pháp hãm của động cơ điện KĐB

 Hãm tái sinh

 Hãm ngược

 Hãm động năng

động cơ bằng cách biến nó thành máy phát điện, đưa năng lượng điện do động

cơ sinh ra trở lại nguồn điện hoặc tải khác Năng lượng tái sinh này có thể được sử dụng để cung cấp điện cho các thiết bị khác trong hệ thống hoặc được đưa trở lại lưới điện

Hình 1: Hãm tái sinh với nguồn áp cố định

- Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ 

của rotor lớn hơn tốc độ đồng bộ

1 Khi đang làm việc ở trạng thái

động cơ thì từ tường quay cắt qua

các thanh dẫn của cuộn dây stator

và rotor theo chiều như nhau nên

sức điện động trên stator E1 và

sức điện động cảm ứng trên rotor

E2 trùng nhau, còn khi hãm tái sinh

E1 vẫn giữ nguyên theo chiều cũ,

còn E2 có chiều ngược lại vì khi đó

 > 1, các thanh dẫn rotor cắt từ

bộ của từ trường quay của nguồn xoay chiều cung cấp.

- Momen hãm có tác dụng giữ cho vận tốc động cơ không tăng lên một giá trị xác định và có thể dừng động cơ

6

Hình 1: Hãm tái sinh với nguồn áp cố định

- Điều kiện để thực hiện hãm tái sinh

là điều chỉnh được tần số nguồn điện

và nguồn có chức năng nhận năng

lượng từ tải quay ngược về

- Momen hãm có tác dụng giữ cho

vận tốc động cơ không tăng lên một

giá trị xác định và có thể dừng động

cơ

- Những động cơ không đồng bộ điều

chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay

đổi tần số hoặc số đôi cực khi giảm

tốc độ có thể thực hiện hãm tái sinh

là phương pháp làm cho động cơ quay

ngược chiều so với chiều quay bình thường

của nó Quá trình này được thực hiện bằng

cách thay đổi điện áp hoặc tần số của nguồn

điện cấp cho động cơ

* Xảy ra khi:

- Hãm ngược bằng cách đưa điện trở phụ

lớn vào mạch rotor:

Hãm ngược động cơ điện với tải thế năng

khi đưa điện trở phụ vào rotor đủ lớn khi đó

động cơ điện sẽ làm việc ổn định tại điểm

làm việc là điểm hãm nối ngược, đoạn AB là

đoạn hãm nối ngược

8

Hình 2: Đặc tính cơ của hệ truyền động điện khi hãm ngược bằng cách đưa điện trở phụ vào rotor.

từ trường stator:

 Khi động cơ đang làm việc ta đảo

chiều động cơ bằng cách đảo 2

trong 3 pha điện áp đặt vào động

cơ lúc đó động cơ điện chuyển

sang làm việc trên đặc tính

ngược, đoạn AB là đoạn hãm nối

ngược

 Lưu ý: Khi hãm ngược (s > 1)

dòng điện rotor có giá trị lớn, mặt

khác momen hãm nhỏ vì vậy để

giảm dòng và tăng momen hãm

phải đưa thêm điện trở phụ vào

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý mạch hãm ngược động cơ không đồng bộ ba pha.

lượng cơ học của động cơ đã tích luỹ được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt.

- Hãm động năng được chia ra làm hai loại:

 Hãm động năng kích từ độc lập

 Hãm động năng tự kích

 Khi hãm động năng động cơ không đồng bộ làm việc nhờ máy phát điện đồng bộ cực

từ ẩn có tốc độ và tần số thay đổi và phụ tải của máy phát này là điện trở mạch rotor.

Hình 7: Sơ đồ nguyên lý mạch hãm động năng kích từ độc lập động cơ KĐB 3 pha.

Trong chế độ làm việc của động cơ không đồng bộ, độ trượt s là tốc độ cắt tương đối của thanh dẫn rotor với từ trường stator, ở trạng thái hãm động năng

nó được thay bằng tốc độ tương đối:

Khi khảo sát đường cong

Biểu thức là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi hãm động năng kích từ độc lập

14

:

+ Động cơ đang hoạt động ở chế độ động cơ (K kín, H hở), khi cho K hở, H kín động cơ sẽ chuyển sang hãm động năng tự kích từ.

+ Khi đó dòng điện Imc không phải từ nguồn điện một chiều bên ngoài mà sử dụng ngay năng lượng của động cơ thông qua bộ chỉnh lưu ở mạch rotor hoặc

bộ tụ điện ở mạch stator

:

:

một chiều kích từ độc lập với dòng điện hãm ban đầu bằng 2 lần dòng định mức Biết rằng trước khi hãm động cơ làm việc với tốc độ định mức Các số liệu của động cơ cho như sau:

Bài giảiTính điện trở phần ứng:

Tính dòng điện hãm ban đầu:

Tính sđđ phần ứng khi bắt đầu hãm:

Vậy điện trở cần thiết đóng vào mạch khi thực hiện hãm là:

VẤN ĐỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

- Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong thực tế

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

- Trong thời gian gần đây , do phát

triển công nghệ chế tạo bán dẫn

công suất và kĩ thuật điện tử , tin

học, động cơ không đồng bộ mới

được khai thác các ưu điểm của

chúng Nó trở thành hệ truyền

động điện cạnh tranh có hiểu quả

cao so với hệ Tiristor

VẤN ĐỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

- Động cơ điện 1 chiều

+ Qua phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ :

Trong đó:

Các Phương Pháp

2.1 Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rotor

2.2 Phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi số cặp cực

2.3 Phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn

2.4 Phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi tần số - điện áp

+ Các trị số về độ trượt tới hạn và mômen tới hạn khi này:

a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độb) Các đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK

+qua biểu thức (3-50) ,(3-51) ,khi thay đổi điện trở phụ trong mạch roto động cơ

khóa đồng bộ sẽ làm cho thay đổi tỷ lệ còn = const , ta sẽ được đặc tính cơ có chung , , có độ sụt tốc độ (hay ) khác nhau và có các tốc độ làm việc xác lập

tương ứng :

- Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ về phía giảm

- Tốc độ càng giảm, đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định trước sự lên xuống của mômen tải

- Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số mômen tải Mômen tải càng nhá, dải điều chỉnh càng hẹp

- Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ) thì độ trượt động cơ tăng và tổn hao năng

lượng khi điều chỉnh càng lớn

- Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nên thường được điều chỉnh theo cấp

- Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch roto để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ như trên có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ.

- Hay dùng điều chỉnh cho tốc độ phụ tải dạng thế năng ( = const )

Nhược Điểm:

- Điều chỉnh không triệt để ; khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tỉnh càng lớn , phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch roto, dòng roto lớn nên phải thay đổi từng cấp điện trở phụ, công suất điều chỉnh lớn, tổn hao trong quá trình điều chỉnh lớn

- Mặc dù vậy , phương pháp này thường được áp dụng cho điều chỉnh tốc độ các động cơ không đồng bộ truyền động cho các máy nâng - vận chuyển có

yêu cầu điều chỉnh tốc độ không cao

Vậy làm sao

để thay đổi p ?

- Ta thay đổi chiều dòng điện đi qua trong các cuộn dây Stato bằng cách thay đổi cách đấu dây.

- Sức từ động của stator và rotor chỉ tác động tương trợ với nhau khi số đôi cực của stator và rotor bằng nhau Vì thế khi thay đổi số đôi cực của stato phải thay đổi đồng thời số đôi cực của rotor

30

Nguyên lí điều chỉnh

- Điện áp nguồn có ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba

pha, điều đó có nghĩa là khi điện áp nguồn thay đổi thì tốc độ động cơ cũng

thay đổi

Nguyên lí điều chỉnh điện áp nguồn và đặc tính cơ của phương pháp thay đổi điện áp

Trong đó:

 Uđm: Điện áp định mức của động cơ

 Ub: Điện áp đầu ra của bộ biến đổi

 Mth: Mô men tới hạn của động cơ ứng với điện áp định mức

 Mthb: Mô men tới hạn của động cơ ứng với điện áp của bộ điều chỉnh

thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển Uđk

Nếu coi bộ biến đổi điện áp là bộ nguồn áp lý tưởng nghĩa là tổng trở của nó Zb = 0 thì ta

có biểu thức mô men tới hạn với các giá trị điện áp khác nhau như sau:

Độ trượt tới hạn:

sẽ thay đổi theo tỉ lệ nghịch với điện áp đó Tức là, khi U tăng lên, N cũng sẽ ₁, tốc độ quay N của động cơ không đồng bộ cũng tăng, và ngược lại, khi U giảm, N cũng sẽ giảm Điều này tuân theo định luật ₁, tốc độ quay N của động cơ không đồng bộ cũng của công thức tốc độ đồng bộ.

Tốc độ động cơ n và điện áp nguồn U có mối quan hệ trực tiếp Khi U tăng ₁, tốc độ quay N của động cơ không đồng bộ cũng ₁, tốc độ quay N của động cơ không đồng bộ cũng lên, tốc độ quay N cũng sẽ tăng lên theo tỉ lệ Tương tự, khi U giảm đi, N cũng ₁, tốc độ quay N của động cơ không đồng bộ cũng

sẽ giảm đi theo tỉ lệ tương ứng

Các phương pháp điều chỉnh

- Phương pháp thay đổi điện áp dùng biến áp tự ngẫu

+ Sử dụng biến áp tự ngẫu để thay đổi điện áp đặt vào stator động cơ

+ Nhược điểm lớn là thiết bị cồng kềnh, khó thực hiện tự động hoá và tổng

trở mạch stator động cơ điện thay đổi nên tạo ra sự giới hạn điều chỉnh

Sơ đồ nguyên lí và đặc tính cơ của động cơ điện

Các phương pháp điều chỉnh

- Phương pháp thay đổi điện áp dùng khuyếch đại từ

+ Đặc điểm của khuyếch đại từ là điện áp ra trên cuộn công tác hầu như

không phụ thuộc vào dòng tải mà chỉ phụ thuộc vào dòng điều khiển và chính

dòng điều khiển này quyết định điện áp ra của khuyếch đại từ

+ Các diode được mắc vào trong mạch nhằm tạo ra phản hồi nội cho

khuyếch đại từ

+ Cũng giống như khi dùng cuộn kháng bão hoà thì khi dùng khuếch đại từ ta

cũng có:

Các phương pháp điều chỉnh

- Phương pháp thay đổi điện áp dùng khuyếch đại từ

Sơ đồ nguyên lí và đặc tính cơ của hệ

Các phương pháp điều chỉnh

- Phương pháp thay đổi điện áp dùng SCR

+ Bộ điều chỉnh điện áp dùng SCR ngày nay được sử dụng tương đối nhiều

trong công nghiệp để điều chỉnh tốc độ truyền động điện động cơ điện không

đồng bộ 3 pha

Các phương pháp điều chỉnh

- Phương pháp thay đổi điện áp dùng SCR

+ Sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ dùng SCR có ưu điểm là hệ thống gọn nhẹ

có khả năng tự động hóa cao

+ Nhưng chúng có nhược điểm lớn là dạng sóng ra không là sin nên các

thành phấn sóng bậc cao sẽ gây tốn hao và làm nóng máy

+ Đồng thời hệ số cos của hệ cũng rất thấp nên ảnh hưởng nhiều đến lưới

điện đặc biệt là lưới mềm

Bài Tập:

Động cơ dị bộ 3 pha chịu tải MP Ta thay đổi nhanh điện áp luới về giá trị , với

tần số không đổi Hỏi tốc độ của động cơ thay đổi nhƣ thế nào?

= 3 KW; = 380V/; f= 50Hz; = 1420 v/p; = 0,81 ; ’ =0,91 ; = = 8,85 mH; 2p = 4; = 15Nm; = 340V; = 300V

- Quan hệ giữa momen và momen trượt khi momen tải không đổi

- Do M tỉ lệ , khi giảm thì để không thay đổi thì phải tăng

- Giả sử động cơ đang hoạt động ở với momen tải tương ứng với

• Tại

- Vì giảm, để momen tải không đổi nên momen trượt phải tăng

Nguyên lý điều chỉnh.

- Các ảnh hưởng của từ thông và điện áp đến đặc tính cơ của động cơ điện

và chúng ta cũng đã tìm ra qui luật điều chỉnh điện áp theo tần số với tỷ lệ

không đổi

- Qui luật thay đổi tần số và điện áp như vậy chỉ là qui luật gần đúng như cơ

bản Qui luật này được xây dựng dựa trên khả năng quá tải về mô men của

động cơ điện:

- Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stator thì mô men tới hạn có thể tính gần

đúng như sau:

- Hệ số quá tải được giữ không đổi khi:

- Thay thế vào và biến đổi ta có:

+ Thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ không tải lý

tưởng nên thay đổi được đặc tính cơ Tần số càng cao, tốc độ động cơ càng

lớn

+ Khi điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ thì các thông số liên quan

đến tần số như cảm kháng thay đổi, do đó, dòng điện, từ thông, của động

cơ đều bị thay đổi theo và cuối cùng các đại lượng như độ trượt tới hạn,

mômen tới hạn cũng bị thay đổi Chính vì vậy, điều chỉnh tốc độ động cơ

KĐB bằng phương pháp thay đổi tần số thường kéo theo điều chỉnh điện áp,

dòng điện hoặc từ thông của mạch stator

+ Tần số càng giảm, dòng điện càng lớn, mômen tới hạn càng lớn Để tránh cho động cơ bị quá dòng, phải đồng thời tiến hành giảm điện áp sao cho const Đó

là luật điều chỉnh tần số - điện áp Các đặc tính cơ tuân theo luật này được biểu thị trên hình Khi ta không thể tăng điện áp nên các đặc tính cơ không giữ

được giá trị mômen tới hạn

+ Người ta cũng thường dùng cả luật điều chỉnh tần số - dòng điện

+ Chúng ta mong muốn giữ cho = const.

+ Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời cả , có nghĩa là phải sử dụng một nguồn điện đặc biệt , đó là các bộ máy biến tần công nghiệp

+ Do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất, các bộ máy biến tần ra đời đã mở ra một triển vọng lớn trong lĩnh vực điều khiển động

cơ xoay chiều bằng phương pháp tần số Sử dụng biến tần để điều khiển động

cơ theo các quy luật khác nhau (luật , điều khiển vector) đã tạo ra những hệ

điều khiển tốc độ motor – động cơ điện có các tính năng vượt trội

+ Lưới nguồn xoay chiều 50Hz (1 pha hay 3 pha) được chỉnh lưu, san phẳng,

sau đó được tách thành 2: biến tần số và điện áp 3 kiểu biến tần

+ Bộ dao động dùng nguồn dòng (CSI) Động cơ vận hành êm, không sử dụng

cho nhiều động cơ đấu song song

+ Bộ điều biên xung (PAM) Cho nhiều động cơ đấu song song, nhưng gây ồn

Bộ điều rộng xung (PWM)

Các phương pháp biến tần

- Biến tần máy điện

- Biến tần điện tử-bán dẫn

+ Các bộ biến tần điện tử ngày nay được sử dụng rộng rãi trong công

nghiệp Phần biến tần sẽ được nghiên cứu kỹ trong phần kỹ thuật điều khiển

động cơ điện, ở đây chúng ta chỉ xem xét trên cơ sở mạch động lực của bộ

biến tần Sơ đồ nguyên lý cơ bản của hệ được mô tả dưới đây:

+ Trên sơ đồ 3-21 bộ biến tần bao gồm 03 khâu:

• Bộ chỉnh lưu cầu gồm 6 SCR từ đến , có tác dụng nắn dòng xoay chiều

sang một chiều đồng thời thay đổi giá trị điện áp một chiều

• Bộ lọc bao gồm cuận cảm L và tụ C có tác dụng san phẳng điện áp sau

khi chỉng lưu

• Bộ nghịch lưu bao gồm các SCR từ đến và các diode từ đến , trong đó

các diode từ đến có tác dụng dẫn dòng phản kháng từ động cơ qua tụ

C , các diode từ đến có tác dụng ngăn cách các tụ chuyển mạch với phụ

tải Bộ biến tần như trên có khả năng điều chỉnh được tần số và điện áp

của hệ (nguyên lý chi tiết của biến tần đƣợc nghiên cứu kỹ trong phần kỹ thuật

điều khiển động cơ điện)

Động cơ dị bộ 3 pha rotor lồng sóc đƣợc nạp từ nguồn có tần số thay đổi, điện

áp không đổi Động cơ chịu tải Hãy tính: Tốc độ động cơ khi tần số = 60 KW; = 577 v/p; = 380V; 2p = 10; = 0,0549 ;

= 0,0677 ; = 0.5mH; = 0,46 mH; = 1000 Nm; = 45Hz;