tìm hiểu và thiết kế bộ biến tần truyền thống ba pha điều khiển động cơ không đồng bộ theo phương pháp uf = const

LỜI M Ở ĐẦU Bước sang kỷ 21, phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật trở thành nòng cốt tiến xã hội, đặc biệt quan trọng tiến kinh tế, nhờ xã hội thay đổi ngày, Trong năm gần đây, xu công nghiệp hóa mang lại nhiều thay đổi cho đất nước, đặc biệt lĩnh vực Tự Động Hóa Công nghệ Tự động hóa (TĐH) mang lại nhiều lợi ích cho người như: tăng suất, giảm nhân công lao động, hạ giá thành sản phẩm Hơn Tự Động Hóa giúp người tránh phải làm việc môi trường bất lợi hay khó tham gia Chính Tự Động Hóa ngày đóng vai trò quan trọng đời sống công nghiệp Trong công nghiệp máy điện không đồng ba pha loại động chiếm tỷ lệ lớn so với loại động khác Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, nguồn cung cấp lấy lưới điện, dải công suất động rộng từ vài trăm W đến vài ngàn kW Tuy nhiên hệ điều chỉnh tốc độ dùng động không đồng có tỷ lệ nhỏ so với động chiều Nhưng với đời phát triển nhanh công cụ bán dẫn công suất như: Điôt, Tranzitor, thyristor …thì hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động không đồng khai thác mạnh Nội dung đồ án tìm hiểu thiết kế biến tần truyền thống ba pha điều khiển động không đồng theo phương pháp U/f = const Từ sở lý thuyết động không đồng ba pha, phương pháp điều khiển tần số qua tìm hiều khảo sát biến tần thực tế đánh giá phương pháp điều khiển, nội dung đồ án đề xuất mô hình biến tần điều khiển động không đồng ba pha dùng hệ truyền động với giá thành thấp, đáp ứng yêu cầu thực tế Do hạn chế mặt thời gian nên phạm vi đồ án dừng lại điều khiển vòng hở động không đồng ba pha hi vọng đề tài tiếp tục phát triển tương lai Em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến tất thầy cô giáo Khoa Điện tận tình dạy dỗ em kiến thức chuyên môn làm sở để hoàn thành đề tài tốt nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất khóa học Đặc biệt em xin gởi lời cảm ơn tới thầy hướng dẫn tận tình bảo, gợi ý, giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài Trong nghiên cứu, thời gian trình độ hạn chế nên không tránh khỏi sai sót, kính mong giúp đỡ thầy cô để đề tài hoàn thiện CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG: Động không đồng pha sử dụng phổ biến sản xuất sinh hoạt Ngày thay nhiều cho động điện chiều, chúng có giá thành rẽ, cấu tạo đơn giản, làm việc môi trường khắc nghiệt, nhiệt độ cao, ăn mòn… nữa, việc sử dụng biến tần mở triển vọng lớn cho loại động không đồng Tuy nhiên động không đồng số nhược điểm sau: + Mômen tỷ lệ với bình phương điện áp, điện áp lưới giảm xuống làm cho mômen khởi động mômen tới hạn giảm xuống nhiều + Khe hở không khí nhỏ làm cho độ tin cậy giảm + Khi điện áp lưới tăng dễ sinh tình trạng nóng mức stato điện áp lưới giảm xuống dễ làm rôto nóng mức CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 2.1 CÁC YÊU CẦU ĐẶT RA VỚI VIỆC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Khi khởi động động trực tiếp từ lưới, dòng điện khởi động lớn Điều làm tổn thất công suất lớn đường truyền rôto làm nóng động chí làm hỏng lớp cách điện Dòng khởi động lớn làm sụt điện áp nguồn, ảnh hưởng đến thiết bị khác dùng chung nguồn với động Khi chạy không tải, dòng điện chạy động chủ yếu dòng từ hóa, tải có tính cảm Kết hệ số công suất thấp, khoảng 0,1 Khi tải tăng lên dòng điện bắt đầu tăng Dòng điện từ hóa trì không đổi suốt trình hoạt động từ không tải đến đầy tải Vì tăng tải hệ số công suất tăng Khi động làm việc với hệ số công suất nhỏ 1, dòng điện động không hoàn toàn sin Điêu làm giảm chất lượng công suất nguồn, ảnh hưởng đến thiết bị khác dùng chung nguồn với động Trong trình làm việc, nhiều lúc cần dừng khẩn đảo chiều động Độ xác tốc độ, khả dừng xác, đảo chiều tốt làm tăng suất lao động chất lượng sản phẩm Trong ứng dụng, trước phương pháp hãm dùng, lực ma sát phần má phanh có tác dụng hãm Tuy nhiên việc hãm hiệu tổn thất nhiệt lớn Trong nhiều ứng dụng công suất đầu vào hàm phụ thuộc vào tốc độ quạt, máy bơm, lọa tải mômen cản tỷ lệ với bình phương tốc độ, công suất tỷ lệ với lập phương tốc độ Do việc điều chỉnh tốc độ phụ thuộc váo tải tiết kiệm điện Tính toán cho thấy việc giảm 20% tốc độ động tiết kiệm 50% công suất đầu vào mà điều thực động sử dụng trực tiếp điện áp lưới Khi lưới điện cấp cho động có hệ số công suất nhỏ đơn vị, dòng điện động có chứa nhiều thành phần bậc cao Điều làm tăng tổn thất động dẫn đến làm giảm tuổi thọ động Mômen sinh động bị gợn sóng Các thành phần điều hòa bậc cao loại bỏ hoạy động tần số cao tính cảm động Nhưng tần số thấp động chạy bị rung ảnh hưởng đến vòng đồng rôto Động làm việc lưới nguồn không ổn định không bảo vệ làm giảm tuổi thọ động Từ phân tích ta thấy cần phải có hệ điều khiển thông minh Với phát triển vượt bậc thiết bị công suất dẫn đến việc điều khiển động cách dễ dàng 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ: 2.2.1 Điều chỉnh tốc độ động phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch rôto Đối với động rôto dây quấn thường điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở rôto để thay đổi hệ số trượt s, việc điều chỉnh thực phía rôto Phương pháp gọi phương pháp biến trở Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở phụ mạch rôto Khi đưa thêm điện trở phụ Rf vào mạch rôto làm cho dòng điện rôto giảm xuống dần đến tốc độ quay giảm xuống Điện trở tổng mạch rôto là: R ∑ = Rr+Rf Trong đó: Rr điện trở dây quấn pha rôto Rf điện trở phụ pha nối tiếp với rôto Đặc tính điều chỉnh động thay đổi điện trở mạch rôto sau: Hình 2-2: Đặc tính điều chỉnh thay đổi điện trở mạch rôto động KĐB rôto dây quấn Các đặc tính điều chỉnh phải thỏa' mãn phương trình đặc tính cơ: 2M (1 + aS ) M= S Sth' Trong đó: ' th Sth' + S ' + 2aS th R2 ' S th = ' (2-1) th f +R R12  X (2-2) nm Mth = Mthtn = Const a= R1 R2 (2-3) Giả sử động làm việc xác lập với đặc tính tự nhiên có tải Mc tốc độ σ 1, ứng với điểm làm việc a nên đặc tính điều chỉnh hình 2-2 Để điều chỉnh tốc độ ta đóng Rf vào pha rôto, dòng điện mômen động giảm đột biến (bỏ qua quán tính điện từ động cơ) điểm làm việc mặt phẳng đặc tính chuyển từ a qua b, thời điểm mômen động nhỏ Mc nên hệ giảm tốc Mặc khác tốc độ giảm, độ trượt tăng nên suất điện động tăng Cảm ứng rôto E2= s.E2nm tăng lên, dòng điện mômen động lại tăng lên M=Mc hệ xác lập với tốc độ ω2 [...]... cho mômen không đổi Có thể kể ra các luật điều khiển sau: + Luật U/f không đổi ; U/f =const + Luật dòng điện không tải không đổi.I0 =const + Luật hệ số quá tải không đổi λ=Mth/Mc =const + Luật điều khiển dòng stato theo hàm số của độ sụt tốc I1=f(∆ω) * Phương thức điều khiển U/f =const Suất điện động của cuộn dây stator E1 tỷ lệ với từ thông Φ 1và tần số f1 theo • biểu thức: • • • E = K Φ1 f1 = U − IZ1... trong hệ truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ như: quạt thông gió, máy li tâm … 2.2.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi tần số: Như ta đã biết, tốc độ đồng bộ của động cơ phụ thuộc vào tần số nguồn và số đôi cực theo công thức: σ0 = 2ν f1 p Mà ta lại có tốc độ của rôto động cơ quan hệ với tốc độ đồng bộ theo công thức: σ = σ0 (1− s) Do đó bằng việc điều chỉnh tần số f1... tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào động cơ a) Nguyên lý điều chỉnh Để thay đổi điện áp người ta dùng bộ biến đổi có điện áp ra tùy theo tín hiệu điều khiển đặt vào Sơ đồ nguyên lý: Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ Nếu bỏ qua tổng trở của nguồn và không dùng điện trở phụ trong mạch rôto Khi điện áp của bộ biến đổi U2 thì ta được họ đặc tính điều chỉnh... cho động cơ U=Uđm tại f=fđm Khi a>1 (f>fđm) điện áp được giữ không đổi và bằng định mức Khi đó động cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông Sau đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa mômen và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển U/f =const Hình 2-10: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa mômen và tần số theo quy luật điều khiển U/f =const Từ hình (2-10) ta có nhận xét sau: - Dòng điện khởi động. .. cấp MBA Vì tải là động cơ không đồng bộ và có cuộn cảm trên mạch động lực nên dòng điện xem như là dòng liên tục 2 I 2= 1 d )2 dt= Id = P / Ud ψ = 750 / 476.0,8 = 2 (A) (I 2 0 Dòng điện chảy qua cuộn sơ cấp: I1 = k.I2 =0 ,776. 2=1 ,55 (A) Công suất cuộn sơ cấp: S1=U1.I1 =2 20.1,55 =3 41 (VA) Công suất cuộn thứ cấp: S2=U2.I2 =2 83,5.2 = 567 (VA) Công suất biểu kiến MBA là : S= S1 + S2 2 = 341+ 567 2 = 454... có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ không đồng bộ Khi động cơ đã được chế tạo thì số đôi cực từ không thể thay đổi được do đó chỉ có thể thay đổi tần số nguồn f1 Bằng cách thay đổi tần số nguồn f1 có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ Nhưng khi tần số giảm thì trở kháng của động cơ giảm theo (X=2πfL) Kết quả làm cho dòng điện và từ thông của động cơ tăng lên Nếu điện áp nguồn cấp không đổi... điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp nguồn được sử dụng rộng rãi, nhất là bộ điều chỉnh dùng thyristor vì thực hiện dễ dàng và tự động hóa Xét về chỉ tiêu năng lượng tuy tổn thất trong bộ biến đổi không đáng kể nhưng điện áp stator bị biến dạng so với hình sin nên tổn thất phụ trong động cơ lớn do đó hiệu suất không cao Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay... 1 dm Với f1 là tần số làm việc của động cơ, fđm là tần số định mức Theo luật U/f =const: Ta thu được: f1 U1 U1dm U =a = ⇒ 1 = f1 f1dm f1dm U1dm U1=aU1đm f1=af1đm Phân tích tương tự ta cũng thu được ω0=aω0đm, X1=aX1đm, X’2=a X ' 2 dm thay các giá trị trên vào (2-20) và (2-21) ta được công thức tính mômen và mômen tới hạn của động cơ ở tần số khác định mức:   3 M=  U  R 2 1dm ' '2 a.s   ωo  R... tính cơ điều chỉnh ta bỏ qua điện trở của thyristor Khi thyristor đang dẫn và các đặc tính điều chỉnh ứng với những góc α khác nhau được vẽ trên hình (2-9) Vì điện áp phụ thuộc vào góc pha φ nên độ trượt tới hạn của các đặc tính điều chỉnh có thể khác với độ trượt st Hình 2-9: Các đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng bộ điều khiển thyristor * Nhận xét và ứng dụng: Phương pháp điều. .. tính cơ nhu hình vẽ: Hình 2-14: Dạng đặc tính cơ khi dùng cuộn kháng bão hòa có khâu phản hồi CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 4.1 TÍNH CHỌN PHƯƠNG ÁN CHO MẠCH ĐỘNG LỰC 4.1.1 Tính chọn máy biến áp động lực Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý biến áp lực Do máy áp công suất nhỏ nên sụt áp nên sụt áp trên nó khoảng 5,5% điện áp rơi trên diode nối tiếp là 2V nên điện áp chỉnh lưu không