ứng dụng của điện tử công suất trong điều chỉnh tốc độ động cơ, chương 7 pps

Chương 7: ĐIỀU CHỈNG TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH XUNG ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTOR Theo đặc tính cơ động cơ không đồng bộ 3 pha ta có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch Rotor, ưu thế của phương pháp này là để tự động hóa việc điều chỉnh. Điện trở trong mạch Rotor động cơ không đồng bộ là:R r =R rd +R f’ Trong đó: R rd :điện trở dây quấn Rotor. R f :điện trở ngoài mắc thêm vào mạch Rotor. Ta có sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở Rotor. ĐKĐ id V1~ ĐKĐ id V1~ Cl a. Sơ đồ dùng Thysistor b. Sơ đồ dùng Transistor T2 T1 V Ro L1 L C L Ro T HÌNH II-4: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở Rotor. Khi điều chỉnh giá trò điện trở mạch Rotor thì moment tới hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn thì tỉ lệ bậc nhất với điện trở. Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ tức là đoạn có độ trượt từ S=0 đến S=S th là thẳng thì điều chỉnh điện trở ta có thể viết. Trong đó s:độ trượt khi điện trở mạch Rotor là R r . S i :độ trượt khi điện trở mạch Rotor là R rd . Ta được biểu thức tính moment: Nếu giữ dòng điện Rotor không đổi thì moment cũng không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy ta có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch Rotor cho truyền động có moment không đổi.  Theo sơ đồ nguyên lý của việc điều chỉnh trên điện trở mạch Rotor bằng phương pháp xung. Điện áp v r được chỉnh lưu, qua điện kháng lọc L được cấp vào mạch điều khiển gồm điện trở R o rồi song song với khóa bán dẫn T 1 . Khóa T 1 sẽ được đóng, constM R R SS rd r i  , i rdr Sw R I M . . 3 2  ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trò trung bình của điện trở toàn mạch.  Hoạt động của khóa bán dẫn tương tự như trong mạch điều chỉnh xung điện áp một chiều. Khi khóa T 1 đóng, điện trở R o bò loại ra khỏi mạch, dòng điện Rotor tăng lên, khi khóa T 1 ngắt điện trở R o lại được đưa vào mạch dòng điện Rotor giảm. Với tần số đóng ngắt nhất đònh, nhờ có điện cảm L mà dòng điện Rotor như không đổi và ta có mộ giá trò điện trở tương đương R c trong mạch. Thời gian ngắt t n =T – t đ . Nếu điều chỉnh trơn tỷ số giữa thời gian dòng t đ và thời gian ngắt t n ta điều chỉnh trơn được giá trò điện trở trong mạch Rotor Điện trở tương đương R e trong mạch một chiều được tính đổi về mạch xoay chiều ba pha ở Rotor theo qui tắc bảo toàn công suất. Tổn hao trong mạch nguyên lý là: p =T 2 đ (2R rd +R e ) Và tổn hao khi mạch Rotor theo sơ đồ dùng biến trở thông thường là: p =3I 2 r (2R rd +R f ) Theo cơ sở để tính đổi là tổn hao công suất như nhau nên. 3I 2 (R rd +R f ) =I 2 đ (2R rd +R e ) với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha thì I 2 d =1,5I 2 r nên Khi đã có điện trở tính đổi, dễ dàng dựng được đặc tính cơ theo phương pháp thông thường, họ đặc tính cơ này quét kín phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ.  000 R T t R tt t RR đ nđ đ e    2 2 1 0 R RR ef   2 0 R R f   Phương pháp điều chỉnh được minh họa theo đồ thò sau. Hình II-5: Phương pháp điều chỉnh Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh xung điện trở Rotor chỉ tạo ra những tốc độ thấp hơn tốc độ cơ bản < 0 Độ tinh điều chỉnh cao hơn phương pháp dùng biến trở - Chỉ phù hợp bởi các phụ tải có M c =const, giải điều chỉnh phụ thuộc độ lớn moment phụ tải. II.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG BỘ BIẾN TẦN: Bộ biến tần là thiết bò dùng để biến đổi nguồn điện có tần số f 1 cố đònh thành nguồn điện có tần số f r thay đổi được nhờ các khóa bán dẫn. Người ta thường dùng hai loại biến tần là: Biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp. t(s) t(s) t(s) Re Ro Ro Ro tđ tđ T Ro Ro Ro 3 4 1 2 1 4 3.1 Biến tần trực tiếp. Biến tần trực tiếp là thiết bò biến đổi trực tiếp nguồn xoay chiều có tần số f 1 sang nguồn xoay chiều có tần số f r . Sơ đồ khối của bộ biến tần trực tiếp như hình vẽ. Bộ biến tần trực tiếp gồm hai nhóm chuyển mạch nối song song ngược (sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần trực tiếp được trình bày như hình vẽ sau). Cho xung mở lần lượt hai nhóm chỉnh lưu trên ta sẽ nhận được dòng điện xoay chiều chạy qua tải. Ở mỗi pha ở đầu ra (a, b, c) được cấp điện bởi hai nhóm Thyristor. Nhóm T tạo ra dòng điện chạy thuận và nhóm N tạo ra dòng chạy ngược. Mỗi nhóm là một bộ chỉnh lưu (hoặc nghòch lưu phụ thuộc) ba pha. Để hạn chế dòng ký sinh chạy qua hai Thyristor của nhóm T và nhóm N đang dẫn, người ta dùng các cuộn kháng ĐK 1 và ĐK 6 . Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor. Nguồn Tần số Biến đổi ĐKĐ Bộ biến tần trực tiếp Nguồn Tàn số cố đònh Điều khiển điện áp/tần số ĐKĐ f1 V1 ~ a b c fr Vr Biến đổi T1 N4 T3 N6 T5 N2 ĐK1 ĐK4 ĐK3 ĐK6 ĐK5 ĐK2 Hình II-6: Bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor. Khi điều khiển theo nhóm thì mỗi nhóm được mở trong nửa chu kỳ điện áp đầu ra. Xét sự làm việc pha a theo đồ thò sau. Đồ thò điện áp một pha của biến tần trực tiếp. Trong khoảng thời gian t 1 : nhóm T 1 mở, còn trong khoảng t 2 thì nhóm N 4 mở. Các Thyristor trong cùng một nhóm chuyển mạch cho nhau nhờ điện áp lưới (chuyển mạch tự nhiên). Mỗi Thyristor mở 1/3 chu kỳ của điện áp lưới. Thay đổi số Thyristor mở trong mỗi nhóm ta sẽ thay đổi được thời gian của chu kỳ điện áp đầu ra T 2 =t 1 +t 2 do đó thay đổi được tần số đầu ra của biến tần. Từ đồ thò ta tìm được mối quan hệ giữa tần số lưới và tần số ra: Trong đó: m: số pha đầu vào của bộ biến tần (m=3). 22 2 1 1   mn m T T f f r V a(V) T 1 T 2 T r t(s) V a(V) a b n: số đỉnh hình sin (tức số Thyristor mở ở mỗi nhóm) trong một nửa chu kỳ của điện áp ra. Theo công thức trên ta thấy tần số đầu ra luôn lôn nhỏ hơn tần số lưới vì n là số nguyên nên tần số ra được điều chỉnh nhảy cấp. Điện áp ra V r được thay đổi bằng cách thay đổi góc chậm  của các Thyristor Hình b minh họa. Vì số đỉnh hình sin n ở trường hợp này giống như hình a nên tần số đầu ra của hai trường hợp như nhau, nhưng điện áp ở hình b có giá trò nhỏ hơn. Để tạo ra điện áp ba pha ở đầu ra ta điều kh iển các nhóm Thyristor mở theo thứ tự T 1 -N 2 -T 3 -N 4 -T 5 -N 6 -T 1 mỗi nhóm cho mở 1/3 chu kỳ của điện áp ra. Nếu điện áp ra được lọc phẳng hoàn toàn thì bằng cách điều khiển như trên ta được đồ thò điện áp ra ở ba pha như trên hình III. (hệ thống điện áp ba pha ở đầu ra bộ biến tần trực tiếp) Hình T1 T1 N4 N2 N2 N6 N6 T5 T3 2  /3 wt(rad) wt(rad) wt(rad) V A (v) V b V c Hình II-6: Hệ thống điện áp ba pha ở đầu ra của bộ biến tần trực tiếp Để có thể điều chỉnh tinh tần số ra và tạo được điện áp ra có dạng gần hình sin hơn, ta áp dụng phương pháp điều khiển góc mở Thyristor  cần thiết cho các Thyristor ở mỗi pha của điện áp đầu ra và kết quả ta được đồ thò điện áp ra một pha đầu ra như hình vẽ sau thành phần sóng điều hòa bậc nhất (theo tần số w r của điện áp này là đường đứt) Hình a)Quan hệ =f(t) b) Đồ thò điện áp ra của bộ biến tần trực tiếp khi điều khiển góc  theo qui luật hình sin. Nhận xét: - Hiệu suất cao vì tổn thất năng lượng không đáng kể, không cần dùng tụ chuyển mạch.  2  w rt (rad)  0  Sóng Sin cơ bản wt a/ b/ [...]...- Chỉ cho tần số fr . Chương 7: ĐIỀU CHỈNG TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH XUNG ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTOR Theo đặc tính cơ động cơ không đồng bộ 3 pha ta có thể điều chỉnh được tốc độ động. cách điều chỉnh điện trở mạch Rotor, ưu thế của phương pháp này là để tự động hóa việc điều chỉnh. Điện trở trong mạch Rotor động cơ không đồng bộ là:R r =R rd +R f’ Trong đó: R rd :điện trở. làm việc của động cơ tức là đoạn có độ trượt từ S=0 đến S=S th là thẳng thì điều chỉnh điện trở ta có thể viết. Trong đó s :độ trượt khi điện trở mạch Rotor là R r . S i :độ trượt khi điện trở