Tổng hợp hệ điện cơ là môn học chuyên ngành của ngành Tự động hóa, đây có thể xem là kiến thức tổng hợp của nhiều học phần cơ sở ngành và chuyên ngành. Trong nhiều năm qua, đã có khá nhiều tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến các kiến thức thuộc lĩnh vực này, tuy nhiên một giáo trình chuẩn và đầy đủ phù hợp với chương trình đào tạo kỹ sư điện chuyên ngành Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp của Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp còn thiếu. Để đáp ứng yêu cầu đào tạo, đặc biệt là đào tạo theo hệ thống tín chỉ, bộ môn Tự động hóa XNCN Khoa Điện tiến hành biên soạn giáo trình môn học Tổng hợp hệ điện cơ.
Chng hệ thống điều tốc nối cấp động không đồng rotor dây quấn 9.1 Nguyên lý điều tốc nối cấp dạng y401=x+ y ==0 y y0 = x 9.1.1 Sù lµm việc động không đồng rotor có thêm sức điện động Lúc động không đồng làm việc, sức điện động pha mạch rotor là: E = sE20 (9.1) s hệ số trợt động không đồng bộ; E 20 sức điện động pha động không đồng rotor dây quấn rotor đứng yên, hay gọi sức điện động mạch hở, s.đ.đ định mức mạch rotor đặt vào mạch stator điện áp xoay chiều với tần số giá trị điện áp định mức Chng 9.1.1 Sự làm việc động không đồng rotor có thêm sức điện động Công thức=x+(9.1) chứng tỏ, trị số sức ®iƯn ®éng E2 cđa y y= y = 401 y0 = x rotor tû lƯ thn víi hƯ sè trợt s, đồng thời tần số f cịng tû lƯ thn víi s: f2 = sf1 Lóc rotor đợc nối dây bình thờng, phơng trình dòng điện pha rotor lµ: I2 = sE 20 R + (sX 20 ) 2 R2 điện trở pha cuộn dây rotor; X20 điện kháng tản pha cuộn dây rotor s = Chương 9.1.1 Sù lµm viƯc cđa động không đồng rotor có thêm sức điện động Khi đa vào=x+mạch rotor sức y y= y = 401 y0 = x ®iƯn ®éng phụ Eph điều khiển đợc ĐK mắc nối tiếp với sức điện động E2 E2=sE20 mạch rotor Eph có tần số, nhng pha ngợc pha với E2, nh hình 9.1 Trong trờng hợp này, phơng trình dòng điện là: I2 = sE 20 ± E ph R + (sX 20 ) 2 I2 ∼ ∼ ∼ Eph H×nh 9.1: Sơ đồ đấu s.đ.đ phụ (Eph) mạch rotor động không đồng Chng 9.1.1 Sự làm việc động không đồng rotor có thêm sức điện động Khi mô men phụ tải Mc số, coi dòng điện y y==0 y =x+ 401 y0 = x rotor I2 cịng lµ h»ng Giả thiết trớc có sức điện động phụ, động làm việc ổn định với giá trị hệ số trợt s = s Sau đa sức điện động phụ ngợc dấu vào, mô men phụ tải số, vế trái công thức (9.2) số (I 2), hệ số trợt động buộc phải tăng lên ổn định với s=s2 (s2>s1), quan hệ s1, s2 s.đ.đ phụ tháa m·n biÓu thøc: s E 20 − E ph R + (s X 20 ) 2 = I2 = s1E 20 R + (s1X 20 ) Chương 9.1.2 T¹o lËp søc ®iƯn ®éng phơ vµ hƯ thèng trun ®éng ®iỊu tèc nối cấp y y==0 y =x+ Đa sức điện động phụ vào mạch rotor động không đồng y =x 401 rotor dây quấn rõ ràng làm thay đổi tốc độ quay động cơ, nhng tần số sức điện động cảm ứng E2 mạch rotor động điện thay đổi theo hệ số trợt, nên tần số sức điện động phụ Eph buộc phải thay đổi theo tốc độ quay động Chng 9.1.2 Tạo lập sức điện động phụ sơ đồ hệ thống truyền ®éng ®iỊu tèc nèi cÊp y y==0 y =x+ §Ĩ giải vấn đề cách đơn giản nhất, hệ y =x 401 thống thực tế, điện áp xoay chiều mạch cuộn dây rotor động đợc biến đổi thành sức điện động chiều, sau so sánh với sức điện động phụ chiều, điều khiển giá trị biên độ sức ®iƯn ®éng phơ mét chiỊu lµ cã thĨ ®iỊu chØnh đợc tốc độ quay động Nh đà chuyển vấn đề thay đổi đợc tần số giá trị s.đ.đ phụ xoay chiều sang vấn đề điều chỉnh giá trị s.đ.đ phụ chiều không liên quan đến tần số, làm cho việc phân tích điều khiển dễ dàng nhiều Chng 9.1.2 Tạo lập sức điện động phụ sơ ®å hƯ thèng trun ®éng ®iỊu tèc nèi cÊp ∼3 y401=x+ y ==0 y y0 = x ĐK Tải học I2 Id BĐ1 E2=sE20 BĐ2 + + Ud1 BA Ud2 - CK - Hình 9.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động nối cấp động không ®ång bé Chương 9.1.2 T¹o lËp søc ®iƯn ®éng phụ sơ đồ hệ thống truyền động điều tốc nèi cÊp Ud1 = Uyd2β0 + IdR; K1sE20 =K2U2cosβ + IdR y y== =x+ 401 y0 = x ®ã: K1, K2 hệ số phụ thuộc vào loại sơ đồ biến đổi BĐ1 BĐ2, BĐ1 BĐ2 dùng chỉnh lu cầu pha thì: K1 = K2 = 2,34 Ud1 - điện áp chỉnh lu trung bình đầu BĐ1; U2 - giá trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp máy biến áp nghịch lu BA; Ud2 - điện áp nghịch lu trung bình đầu BĐ2; - góc điều khiển nghịch lu BĐ2; R - điện trở tơng đơng mạch rotor quy đổi phía chiều Chng 9.1.3 Các dạng khác hệ thống ®iÒu tèc nèi cÊp ∼3 y401=x+ y ==0 y y0 = x Hình 9.3: Sơ đồ BA nguyên lý hệ thống CK1 truyền động nối cấp điện lực với BĐ2 mắc ĐK theo sơ đồ tia ba pha Tải học I2 CK2 E2=sE20 BĐ1 BĐ2 Chng 9.1.3 Các dạng khác hệ thống điều tốc nối cấp y401=x+ y ==0 y y0 = x Bé chØnh lu kiÓu quay Hình 9.4: Hệ thống điều thống nối cấp điện lực thời kỳ đầu Chng 9.4.3 Xác định tham sè bé ®iỊu chØnh cđa hƯ thèng ®iỊu tèc ∼ 9.4.3.2 ThiÕt kÕ bé ®iỊu chØnh tèc ®é y ==0 y= Để có đyợcx+ khả kháng nhiễu tốt, mạch vòng tốc độ 401 y0 = x thiết kế theo hệ thống điển hình loại II Vì hệ số K M khâu động cha xác định, nên thiết kế chọn trị số TM ứng với dòng điện làm việc thực tế Id, sau thiết kế theo hệ thống đà xác lập Nh hệ thống sau đợc hiệu chỉnh có khả nhận đợc đặc tính động gần nh mong mn Chương 9.5 HƯ thèng ®iỊu tèc nèi cấp siêu đồng Hệ thống điều tốc nối cấp phần đà khảo sát thực y y==0 y =x+ điều tốc cách lợi dụng điện ¸p nghÞch lu sinh 401 y0 = x thiết bị điều tốc nối cấp để điều khiển công suất trợt rotor động không đồng Lúc công suất trợt từ đầu rotor qua thiết bị điều tốc nối cấp chuyển trả lới điện, động làm việc trạng thái động Chúng ta gọi hệ thống điều tốc hệ thống điều tốc nối cấp thứ đồng Khác với hệ thống có hệ thống điều tốc siêu đồng bộ, khống chế phơng chiều truyền tải công suất mà nhận đợc trạng thái làm việc khác hệ thống điều tốc nối cấp trạng thái làm việc khác động Chng 9.5.1 Nguyên lý làm việc điều tốc nối cấp siêu đồng Trong hệ thống điều tốc nối cấp đà xét, BĐ1 không điều y y thể y khiển, có===x+ tiếp nhận công suất trợt từ phía xoay chiều 401 y0 = x (mạch rotor động cơ) truyền sang phía chiều sau đ ợc đa trở lại mạng điện Nếu BĐ1 chỉnh lu có điều khiển, làm cho làm việc trạng thái chỉnh lu nghịch lu, tơng ứng tiếp nhận công suất trợt từ phía rotor động cấp công suất trợt cho rotor Khi BĐ1 làm việc chế độ nghịch lu truyền công suất trợt cho rotor động cơ, stator động tiếp nhận công suất từ lới điện, công suất đầu trục động P2= P1+ Ps (giả thiết bỏ qua tất Chng 9.5.1 Nguyên lý làm việc điều tốc nối cấp siêu đồng thất động cơ) Muốn thỏa mÃn quan hệ này, hệ số trợt s phải y==0 =x+ âm, nghĩa yyđộng phải làm việc vợt tốc độ đồng bộ, lúc 401 y0 = x rotor stator tiếp nhận điện biến đổi thành trục động cơ, động vào trạng thái rotor stator song hồi, nhng làm việc trạng thái động Do tác dụng song hồi stator rotor đà làm tăng công suất đầu trục động vợt công suất định mức ghi nhÃn mác Đây u điểm phơng pháp Các hệ thống điều tốc nối cấp đa công suất vào từ phía rotor có tên chung hệ thống điều tốc nối cấp siêu đồng Chng 9.5.1 Nguyên lý làm việc điều tốc nối cấp siêu đồng Lúc chỉnh lu BĐ1 phía rotor hệ thống buộc phải y y x+ y có điều khiển,===và làm việc trạng thái nghịch lu, chØnh l 401 y0 = x u cã ®iỊu khiĨn BĐ2 phía máy biến áp BA làm việc chế độ chỉnh lu Cần phải ý: dựa vào động làm việc phía hay phía dới tốc độ quay đồng để phân biệt điều tốc nối cấp siêu đồng hay điều tốc nối cấp thứ đồng bộ, mà phân theo phơng hớng truyền công suất rotor Chng 9.5.1 Nguyên lý làm việc điều tốc nối cấp siêu đồng BA y401=x+ y ==0 y y0 = x ĐK BĐ1 sE20 BĐ2 CK Hình 9.17: Sơ ®å nguyªn lý hƯ thèng ®iỊu tèc nèi cÊp siªu ®ång bé −sE 20 cos β1 = U cos α U cos α s=− E 20 cos β1 Chương 9.5.2 Sù lµm viƯc ë chÕ ®é h·m t¸i sinh cđa hƯ thèng ®iỊu tèc nèi cấp siêu đồng Hệ thống ===điều tốc nối cấp nh hình 9.17 làm y y x+ y 401 y0 = x việc trạng thái thứ đồng bộ, cần BĐ1 làm việc chế độ chỉnh lu, BĐ2 làm việc chế độ nghịch lu đợc Lúc động làm việc trạng thái động ứng với hệ số trợt s (1> s1 >0), lúc thay đổi trạng thái làm việc BĐ1 BĐ2, làm cho chúng thứ tự làm việc chế độ nghịch lu chỉnh l u, thoả mÃn quan hƯ: U2cosα2>s1E20cosβ1 (chó ý cùc tÝnh cđa hai ®iƯn áp đà đổi chiều) Động tiếp nhận công suất từ phía rotor, hệ thống vào trạng thái làm việc điều tốc nối cấp siêu đồng thấp tốc độ quay đồng Chng 9.5.2 Sự làm việc chế độ hÃm tái sinh hệ thống điều tốc nối cấp siêu đồng y y==0 y =x+ Bây hÃy phân tích trạng thái làm việc động y =x Ps không đồng Mô men điện từ động M t = ì , s o 401 lấy công suất trợt đầu rotor động làm việc trạng thái động dơng, mô men điện từ dơng mô men động cơ, đổi chiều công suất trợt làm cho mô men điện từ thành giá trị âm, điều chứng tỏ mô men mà động sinh mô men hÃm, tức lúc động vào trạng thái hÃm 1> s1 >0, Chương -s -1 P1 PF ChÕ BA ĐK y401=x+ y ==0 y y0 = x độ động siêu (1+s)P1 sP1 đồng BĐ2 BĐ1 CK P1 Chế độ hÃm siêu P1 BA ĐK tái sinh PF (1-s)P1 đồng Chế BA ĐK độ động thứ (1-s)P1 BĐ2 BĐ1 PF BĐ2 BĐ1 đồng bộ sP1 CK sP1 CK -Mđt Mđt Hình 9.18: Các chế độ làm việc hệ thống điều tốc nối cấp Chng 9.6 Một số vấn đề đặc biƯt cđa hƯ thèng ®iỊu tèc nèi cÊp 9.6.1 HƯ số công suất hệ thống điều tốc nối cấp phơng h ớng nâng cao hệ===x+ công suất nã y y sè y y =x P1 − PF P cos ϕnc = = S (P1 − PF ) + (Q1 + Q F ) 401 P tổng công suất tác dụng hệ thống nhận đợc từ lới điện; S tổng công suất toàn phần hệ thống; P1 công suất tác dụng động điện nhận đợc từ lới điện; PF công suất tác dụng qua nghịch lu phản hồi lới điện; Q1 công suất phản kháng ®éng c¬ ®iƯn tiÕp nhËn tõ líi ®iƯn; QF – công suất phản kháng phía máy biến áp nghịch lu tiÕp nhËn tõ l íi ®iƯn Chương 9.6.1 Hệ số công suất hệ thống điều tốc nối cấp phơng h ớng nâng cao hệ số công st cđa nã Th«ng thêng hƯ sè c«ng st hƯ thèng ®iỊu tèc nèi cÊp y401=x+ y ==0 y y0 = x làm việc tốc độ cao 0,6ữ0,65, giảm khoảng 0,1 so với hệ số công suất động điện nối dây thông thờng, tốc độ thấp giảm xuống tới 0,4 ữ 0,5 (đối với hệ thống phạm vi điều tốc 2:1) 9.6.1.1 Phép phân tích đồ thị hệ số công suất hệ thống điều tốc nối cấp (1) Mô men tải trục động số; (2) Không xét tới tổn thất hệ điều tốc nối cấp; (3) Cho trớc công suất tác dụng công suất phản kháng động nhận từ lới điện 9.6.1.1 Phân tích đồ thị hệ số công suất hệ thống điều tốc nối cấp s=0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 N Qv Sv N’ S′ F SF= QF smax=0.75 αmax = 180 - βmin M S′ v S1 N3 N′′ N′ s=0 0.25 smax=0.5 N′ 300 Q1 0.50 0.75 ′ N1 smax=0.25 N2 N1 300 Q1 M S′′ v S′ v S1 ϕnc ϕ′ nc ′ P’ PF P1 H×nh 9.19: Phơng pháp tích phân đồ thị hệ số công st cđa hƯ thèng ®iỊu tèc nèi cÊp ϕ′ nc nc P1 Hình 9.20: ảnh hởng phạm vi điều tốc hệ số công suất hệ thống 9.6.1.2 Phơng hớng nâng cao hệ số công suất hệ thống điều tốc nối cấp ĐK BA1 y401=x+ y ==0 y y0 = x B§1 BA2 B§21 sE20 Đầu điều h dòng điện 90 60 30 β1 β1 CK B§22 90 60 30 β2 β2 Hình 9.21: Mối liên kết dọc nghịch lu hệ thống điều tốc nối cấp 9.6.1.2 Phơng hớng nâng cao hệ số công suất hƯ thèng ®iỊu tèc nèi cÊp Id y401=x+ y ==0 y y0 = x BA §K B§2 B§1 sE20 XA t T Hình 9.22: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều tốc điều khiển sóng gấp khúc Hình 9.23: Đồ thị Id =f(t) điều tốc nối cấp sóng gÊp khóc rotor Chương 9.6.2 Khëi ®éng hƯ thèng ®iỊu tèc nèi cÊp 9.6.2.1 Khëi ®éng gi¸n tiÕp y401=x+ y ==0 y y0 = x 9.6.2.1 Khëi ®éng trùc tiếp Ks Kc BA ĐK Hình 9.25: Sơ đồ nguyên lý hƯ thèng ®iỊu tèc nèi cÊp ®iỊu khiĨn khëi động gián tiếp sE20 K2 BĐ2 BĐ1 CK K1 R ... nguyên lý hệ thống điều tốc nối cấp khí Chng 9.2 Chất lợng hệ thống điều tốc nối cấp 9.2 .1 Đặc tính hệ thống điều tốc nối cấp Phơng trình cân sức điện động mạch điện y y==0 y =x+ =x chiều phía rotory... Id Bộ tổng hợp tín hiệu dòng điện Bộ tổng hợp tín hiệu phản hồi tốc độ Hình 9.1 6: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống điều tốc nối cấp n(s) Chng 9.4 .3 Xác định tham số điều chỉnh hệ thống điều. .. tính tốc độ rút gọn động hệ thống ®iÒu tèc nèi cÊp: U − Id R Σ n = n0 ( )= (U − Id R Σ ) C ''e Ce Chng 9.3 .2 Mô men điện từ động không đồng điều tốc nối cấp Để tìm môx+men điện từ động không đồng