Mô phỏng hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc giữ từ thông không đổi bằng điều chỉnh dòng stator is theo tần số độ trượt f(r)

Cùng với sự tiến bộ củacông nghệ vi mạch và những công nghệ tiên tiến khác, sự phát triển của lýthuyết điều khiển, các hệ thống truyền động điện xoay chiều hiện đại nạp từ bộ biến tần đã

Mục lục

Chơng 1 Giới thiệu về động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ rotor 8

lồng sóc

1.3 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 10

1.4 ảnh hởng của các thông số đến đặc tính cơ 15

1.4.1 ảnh hởng của sự suy giảm điện áp 15

1.4.2 ảnh hởng của điện trở, điện kháng phụ mạch rotor 16

1.4.3 ảnh hởng của số đôi cực 17

1.4.4 ảnh hởng của tần số lới f1 cấp cho động cơ 17

1.5 Kết luận 18

Chơng 2 Khởi động và các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 2.1 Các phơng pháp khởi động 20

2.1.1 Phơng pháp khởi động trực tiếp 20

2.1.2 Khởi động dùng phơng pháp giảm dòng khởi động 20

2.1.3 Khởi động động cơ có rãnh sâu và động cơ 2 rãnh sâu 24

2.2 Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 26

2.2.1 Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ 27

2.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tần số 28

2.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp mạch rotor 30

2.2.4 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực 31

Chơng 3 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

giữ từ thông không đổi bằng phơng pháp điều chỉnh

dòng stator i s theo tần số trợt rotor f( r )

3.1.1 Ba phơng pháp gián tiếp giữ từ thông stator s = const 323.1.2 Phơng pháp điều khiển trực tiếp từ thông 353.2 Các hệ thống truyền động động cơ cấp điện từ bộ biến tần 36

điều chỉnh dòng điện3.3 Tính chất động của hệ thống truyền động khi ổn định từ 40

thông gián tiếp bằng thay đổi dòng stator theo tần số độ trợt

Chơng 4 Mô phỏng hệ truyền động điện động cơ không đồng bộ

điều chỉnh dòng stator theo tần số độ trợt

4.2 Bộ biến tần PWM và mô hình trên Matlab 45

4.2.3 Bộ biến tần điều chỉnh độ rộng xung 3 pha 484.2.4 Mô hình bộ biến tần trên Matlab 494.3 Động cơ dị bộ và mô hình trên Matlab 50

4.3.2 Mô phỏng động cơ thực hiện và các thông số của nó 574.4 Các bộ chuyển đổi hệ toạ độ vector không gian 604.5 Mô hình trên Matlab của bộ điều chỉnh dòng điện 624.6 Mô phỏng động cơ, biến tần và hệ thống tổng hợp 62

Lời cám ơn

Với những kiến thức đã đợc học tại khoa Điện - Điện tử trờng Đại HọcDân Lập Hải Phòng cùng với sự chỉ bảo nhiệt tình của các thầy GS TSKHThân Ngọc Hoàn và thầy THS Nguyễn Đồng Khang về phơng pháp nghiêncứu và triển khai công việc em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp đợc giao

Với tấm lòng nhiệt thành em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầygiáo hớng thầy TH.S Nguyễn Đồng Khang

Em cũng xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ động viên của các thầy côtrong tổ bộ môn Điện - Điện tử trờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng cùng sựcộng tác của các bạn giúp em hoàn thành bản đồ án này

Mặc dù đã cố gắng, song do thời gian có hạn và kiến thức hạn chế, nêntrong đề tài này em không tránh khỏi những sai sót Em rất mong đợc các thầycô giáo và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của em đợc hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng ngày 07 tháng 08 năm 2007 Sinh viên

Bùi Đức Bảo

ợc điểm còn tồn tại lớn nhất của loại động cơ này đó là dòng khởi động lớn Ikđ

= (4 7) Iđm gây ra quá tải máy biến áp, sụt áp lới, tăng tổn thất của đờng dây,

ảnh hởng tới tình trạng làm việc bình thờng của các thiết bị khác có chung lới

điện Tuy nhiên cùng với sự phát triển nh vũ bão của kỹ thuật điện tử, vi xử lý

đã cho phép thực hiện thành công các kỹ thuật điều chỉnh phức tạp đối với

động cơ không đồng bộ Rôtor lồng sóc

Ngày nay cùng với sự phát triển ứng dụng thông tin trong khoa học kỹthuật đặc biệt trong kỹ thuật điện đang có những bớc tiến nhảy vợt bậc Mộttrong những ứng dụng quan trọng đó là khởi động động cơ bằng biến tần có

điều chỉnh dòng và áp Vậy tại sao lại sử dụng biến tần vào điều khiển độngcơ? Và tại sao nó lại là bớc nhảy lớn trong ứng dụng các kỹ thuật hiện đại?

Bộ biến tần là một thiết bị biến đổi năng lợng điện từ điện áp u1, tần số

f1 thành năng lợng điện có điện áp u2 và tần số f2 Cùng với sự tiến bộ củacông nghệ vi mạch và những công nghệ tiên tiến khác, sự phát triển của lýthuyết điều khiển, các hệ thống truyền động điện xoay chiều hiện đại nạp từ

bộ biến tần đã có những đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt cho phép cạnh tranhvới các hệ thống truyền động điện dòng một chiều có nhiều u điểm trớc đây

Khi sử dụng biến tần ta có thể dễ dàng điều chỉnh các tham số nhờ tínhtoán đặt trớc và sự phản hồi trong quá trình làm việc

Mô phỏng là một phơng pháp nghiên cứu khoa học đang đợc áp dụng

rộng rãi nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin Mô phỏng giúp chúng tanghiên cứu hệ thống một cách chủ động, giải quyết khó khăn khi tiến hànhnghiên cứu xây dựng mô hình thực đồng thời giúp chúng ta tiếp cận với quátrình ở những góc độ khác nhau

Hiện nay việc xây dựng mô hình, viết các chơng trình để thực hiện môphỏng đã đợc sự trợ giúp rất đắc lực của các phần mềm khác nhau Nhờ có cácphần mềm đó đã giúp cho công việc mô phỏng hệ thống điện tử công suấtngày một thuận lợi Trong đề tài này em sẽ sử dụng phần mềm Matlap &Simulik để xây dựng mô hình và đi mô phỏng

Trong thực tế công nghiệp việc ứng dụng của các loại động cơ đang là

sự quan tâm hàng đầu.Với sự trợ giúp của phơng pháp mô phỏng đang là giảipháp tối u để chúng ta có thể nắm phần chủ động khi quyết định lựa chọn xâydựng mô hình vật lý, đáp ứng đợc các yêu cầu khắt khe của máy công cụ sảnxuất

Trong đồ án này em đi nghiên cứu Mô phỏng hệ thống truyền động“Mô phỏng hệ thống truyền động

điện động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc giữ từ thông không đổi bằng

điều chỉnh dòng stator i s theo tần số độ trợt f( r ) ”

Nội dung của đồ án này nh sau:

Chơng 1: Giới thiệu động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

Chơng 2: Khởi động và các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ Chơng 3: Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc giữ

từ thông không đổi bằng phơng pháp điều chỉnh dòng stator is theo tần số độtrợt f(r)

Chơng 4: Mô phỏng hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ

điều chỉnh dòng stator theo tần số độ trợt

Sau đây là nội dung của bản đồ án:

Chơng 1

Giới thiệu động cơ không đồng bộ

rotor lồng sóc

Căn cứ vào cách thực hiện rotor, ngời ta phân biệt 2 loại: loại rotor lồngsóc và loại rotor dây quấn Cuộn dây rotor dây quấn là cuộn dây cách điện,thực hiện theo nguyên lý của cuộn dây dòng xoay chiều.

Cuộn dây rotor lồng sóc gồm một lồng bằng nhôm đặt trong các rãnhcủa mạch từ rotor, cuộn dây ngắn mạch là cuộn dây nhiều pha có số pha bằng

số rãnh Động cơ rotor lồng sóc có cấu tạo đơn giản và rẻ tiền

1.1 Cấu tạo

Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc gồm 2 phần cơ bản: phần quay(rotor) và phần tĩnh (stator) Giữa phần tĩnh và phần quay là khe hở không khí.Dới đây chúng ta nghiên cứu từng phần riêng biệt

Stator gồm 2 phần cơ bản: mạch từ và mạch điện

Mạch từ: Mạch từ của stator đợc ghép bằng các lá thép kỹ thuật cóchiều dày khoảng 0,3 - 0,5mm, đợc cách điện 2 mặt để chống dòng Fucô Láthép stator có dạng hình vành khăn, phía trong đợc đục các rãnh Để giảm dao

động từ thông, số rãnh stator và rotor không đợc bằng nhau Mạch từ đợc đặttrong vỏ máy

ở những máy có công suất lớn, lõi thép đợc chia thành nhiều phần đợcghép lại với nhau thành hình trụ bằng các lá thép nhằm tăng khả năng làm mátcủa mạch từ Vỏ máy đợc làm bằng gang đúc hay thép, trên vỏ máy có đúccác gân tản nhiệt Để tăng diện tích tản nhiệt Tuỳ theo yêu cầu mà vỏ máy có

đế để gắn vào bệ máy hay nền nhà hoặc vị trí làm việc Trên đỉnh có móc đểgiúp di chuyển thuận tiện Ngoài vỏ máy còn có nắp máy, trên nắp máy còn

có giá đỡ ổ bi Trên vỏ máy gắn hộp đấu dây

Mạch điện: Mạch điện là cuộn dây máy điện đợc đặt vào các rãnh củalõi thép và đợc cách điện tốt với lõi

1.1.2 Cấu tạo của rotor.

Hình 1.1 Lá thép stator và rotor động cơ không đồng bộ

1-Lá thép stator; 2-Rãnh; 3-Răng; 4-Lá thép rotor

Mạch từ: Giống nh mạch từ stator, mạch từ rotor cũng gồm các lá thép

điện kỹ thuật cách điện đối với nhau Rãnh của rotor có thể song song với trụchoặc nghiêng đi một góc nhất định nhằm giảm dao động từ thông và loại trừmột số sóng bậc cao Các lá thép điện kỹ thuật đợc gắn với nhau thành hìnhtrụ, ở tâm lá thép mạch từ đợc đục lỗ để xuyên trục, rotor gắn trên trục ởnhững máy có công suất lớn rotor còn đục các rãnh thông gió dọc thân rotor

Mạch điện: Mạch điện của loại rotor này đợc làm bằng nhôm hoặc

đồng thau Nếu làm bằng nhôm thì đợc đúc trực tiếp vào rãnh rotor, 2 đầu đợc

đúc 2 vòng ngắn mạch, cuộn dây hoàn toàn ngắn mạch, chính vì vậy gọi làrotor ngắn mạch Nếu làm bằng đồng thì đợc làm thành các thanh dẫn và đặtvào trong rãnh, hai đầu đợc gắn với nhau bằng 2 vòng ngắn mạch cùng kimloại Bằng cách đó hình thành cho ta một cái lồng chính vì vậy loại rotor nàycòn gọi tên là rotor lồng sóc Loại rotor ngắn mạch không phải thực hiện cách

điện giữa dây dẫn và lõi thép

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

Khi cung cấp vào 3 cuộn dây 3 dòng điện của hệ thống điện 3 pha cótần số là f1 thì trong máy điện sinh ra một từ trờng quay với tốc độ là 60f/p Từtrờng này cắt thanh dẫn của rotor và stator, sinh ra ở cuộn dây stator sđđ tựcảm e1 và ở cuộn dây rotor sđđ e2, có giá trị hiệu dụng nh sau:

E1 = 4,44W1f1kcd

E2 = 4,44W2f1kcd

Do cuộn rotor kín mạch, nên sẽ có dòng điện chạy trong các thanh dẫncủa cuộn dây này Sự tác động tơng hỗ giữa dòng điện chạy trong dây dẫnrotor và từ trờng, sinh ra lực, đó là ngẫu lực (2 thanh dẫn nằm cách nhau đờngkính rotor) nên tạo ra mô men quay Mô men quay có chiều đẩy stator theochiều chống lại sự tăng từ thông móc vòng với cuộn dây Nhng vì stator gắnchặt còn rotor lại treo trên ổ bi, do đó rotor phải quay với tốc độ n theo chiềuquay của từ trờng Tuy nhiên tốc độ này không thể bằng tốc độ quay của từ tr-ờng, bởi nếu n = ntt thì từ trờng không cắt các thanh dẫn nữa, do đó không cósđđ cảm ứng, E2 = 0 dẫn đến I2 = 0 và mô men quay cũng bằng không, rotorquay chậm lại, khi rotor quay chậm lại thì từ trờng lại cắt các thanh dẫn, nên

có sđđ, có dòng và mô men nên rotor lại quay Do tốc độ quay của rotor kháctốc độ quay của từ trờng nên xuất hiện độ trợt và đợc định nghĩa nh sau:

tt tt

n n

n 

Do đó tốc độ quay của rotor có dạng:

n = ntt(1- s)

Bây giờ xem dòng điện trong rotor biến thiên với tần số nào

Do n  ntt nên (ntt - n) là tốc độ cắt các thanh dẫn rotor của từ trờngquay

Vậy tần số biến thiên của sđđ cảm ứng trong rotor biểu diễn bởi:

f 2 =      

1

60 60

n n p n p n n n n p n n

tt tt tt tt

tt tt

Khi rotor có dòng I2 chạy, nó sinh ra một từ trờng quay với tốc độ:

ntt2 = sn tt

p sf p

- 3 pha của động cơ là đối xứng

- Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vàonhiệt độ, điện trở của rotor không phụ thuộc vào tần số dòng điện rotor: mạch

từ không bão hoà nên điện kháng X1, X2 không đổi

- Tổng dẫn mạch từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá không phụthuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stator động cơ

- Bỏ qua tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép

- Điện áp lới hoàn toàn hình sin và đối xứng ba pha

Với những giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ nhsau:

I

s R'2 X'2 R1 X1 I

Trong đó:

Uf1 - trị số hiệu dụng của điện áp pha stator

I, I1, I’2 - các dòng điện từ hoá, stator và dòng điện rotor đãquy đổi về stator

X, X1, X’2 - điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stator

và điện kháng tản rotor đã quy đổi về stator

R, R1, R’2 - các điện trở tác dụng của mạch từ hoá của cuộn dây stator

và rotor đã quy đổi về stator

s - là độ trợt của động cơ

s =

1 1

Rf0 Rf=0

ĐC F 10

I

Inm I

0

Hình 1.3 Đặc tính dòng điện stator của động cơ không đồng bộ

Từ phơng trình thay thế này ta tính đợc dòng điện stator

X s R R X

2 1 2

2

' 1 1

0 Inm 0 1

Rf=0 Rf0  s

Hình 1.4 Đặc tính dòng điện rotor của động cơ không đồng bộ

Ta cũng tính đợc dòng điện rotor quy đổi về stator

I’2 = ' 2 2

2 1 1

f

X R R U

2 2 2 ' 1 1



Đặc tính dòng điện rotor biểu diễn trên H.1.4 Để tìm phơng trình đặctính của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất trong động cơ: Côngsuất điện từ chuyển từ stator sang rotor:

P12 = Mđt.1

Mđt là mô men điện từ của động cơ

Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì Mđt = Mcơ = M

Công suất đó chia làm 2 thành phần:

Pcơ: Công suất cơ đa ra trên trục động cơ

P2: Công suất tổn hao đồng trong rotor

'3



s R I

Thay giá trị I’2 đã tính đợc ở trên vào công thức và biến đổi ta đợc

M =

s X s

R R

R U

nm f

2 1 2

' ' ' 3

Biểu thức trên là phơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Mđm TN Sth

Mth 2 1 s



Rf0 (Rf=0) 1

th

th th

as s s s s

as M

2 1 2

R R

Đối với động cơ công suất lớn thờng R1 rất nhỏ so với Xnm, lúc này cóthể bỏ qua R1, nghĩa là coi R1 = 0, asth = 0 và lúc này biểu thức trên có dạnggần đúng nh sau:

M =

s s s s M

th th th

 2

X U

1 2 1

2 3

s M

th th

.

Với đặc tính tuyến tính hoá đờng 1 (H.1.5)

th th

s M s

s M

s M

M th th

2

Và 2

1

2

s s

- Bởi điện trở, điện kháng mạch stator (nối thêm điện trở phụ R1f và

X1f vào mạch stator)

- Bởi sự suy giảm điện áp lới cấp cho động cơ

- Bởi sự thay đổi tần số lới cấp cho động cơ f1

Ngoài ra việc thay đổi số đôi cực sẽ thay đổi tốc độ đồng bộ và làmthay đổi đặc tính cơ (đối với động cơ nhiều cấp tốc độ)

Trong phần này ta sẽ lần lợt xét các ảnh hởng trên:

1.4.1 ảnh hởng của sự suy giảm điện áp lới cấp cho động cơ.

Khi điện áp lới suy giảm, mô men tới hạn sẽ giảm bình phơng lần độsuy giảm của điện áp Trong khi đó tốc độ đồng bộ 1 giữ nguyên và độ trợttới hạn sth không thay đổi Ta có dạng đặc tính cơ khi điện áp lới giảm trênH.1.6 Đặc tính này thích hợp với phụ tải bơm và quạt gió không thích hợp vớitải không đổi

Uđm

Mc2 Mnm3

u 3 u 2 u 1

M 0

1  s

Mnm

TN

Mnm2

Hình 1.6 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi giảm điệp áp

Ngoài ra đối với động cơ công suất lớn làm việc với phụ tải bơm hoặcquạt gió, ngời ta dùng phơng pháp tăng dần điện áp đặt vào động cơ để hạnchế dòng điện khi khởi động

1.4.2 ảnh hởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stator.

Ta thấy khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stator R1f và

X1f thì 1 = const, sh giảm Mth giảm nên đặc tính cơ có dạng nh H.1.7

1 0

s

R 1f X 1f TN

Mnm s 1

Hình 1.7 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ với Rf và Xf

trong mạch stator

Ta thấy rằng khi cần tạo ra đặc tính có mô men khởi động là Mnm thì

đặc tính cơ với Xf trong mạch cứng hơn đặc tính cơ với Rf

đổi và do đó tuỳ từng trờng hợp sẽ ảnh hởng khác nhau đến mô men tới hạn

Mth của động cơ Hình 1.8 biểu diễn sự thay đổi số đôi cực với p2 = p1/2 và Mth

= const, p1 = const

 12

0

M  11

M 0

 p2

b) a)

Hình 1.8 Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực của động cơ không đồng

bộ a) Mth = const; b) khi p1 = const

Xuất phát từ biểu thức 1 = 2f1/p ta thấy rằng thay đổi tần số sẽ làmtốc độ từ trờng quay và tốc độ động cơ thay đổi

- xét trờng hợp khi tăng tần số f1 > f1đm từ biểu thức mô men biến đổi tacó:

Mth = 2

1 2 2

8 3

f L U p

nm

Khi tần số tăng, Mth giảm (với điện áp giữ không đổi), do vậy Mth tỉ lệvới 1/f2

- Trờng hợp tần số giảm f1 < f1đm, nếu giữ nguyên điện áp U1 thì dòng

điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở động cơ giảm theo tần số) Do vậy khigiảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho động cơsinh ra đợc mô men nh trong chế độ định mức Đó là bài toán tìm quy luật tối

u trong chế độ làm việc tĩnh của hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB

Trên H.1.9 trình bày đặc tính cơ khi f1 < f1đm với điều kiện từ thông

 = const (hoặc gần đúng giữ const

f U



1 1

) thì Mth đợc giữ không đổi ở vùng

f1 > f1đm, mômen tới hạn Mth tỷ lệ nghịch với bình phơng tần số

Với tần số và tốc độ động cơ không đổi thì mô men tỉ lệ với bình phơng

điện áp stator Việc điều chỉnh điện áp stator là không triệt để do mọi đặc tính

điều chỉnh đều đi qua điểm không tải lý tởng, tổn thất công suất trợt của độngcơ đều tăng lên nếu giảm tốc độ quay của rotor Nh vậy truyền động không

đồng bộ điều chỉnh điện áp Stator chỉ thích hợp nhất với các loại tải có mômen là hàm tăng tốc độ Ta thấy rằng động cơ không đồng bộ chỉ làm việc với

điện áp định mức nhng với tần số thì có thể vợt quá định mức mà không gặptrở ngại Điều này rất cần thiết trong quá trình tìm hiểu về động cơ không

đồng bộ Rôto lồng sóc giúp ta tránh đợc một số sai sót trong quá trình vậnhành, giám sát động cơ

Điều lu ý nữa là khe khí của máy điện không đồng bộ lớn hơn của máybiến áp (chỗ tiếp xúc của lá thép) Nh vậy dòng không tải của máy không

đồng bộ có giá trị lớn I0 = (0,3  0,5)Iđm Do đó để giảm dòng không tải của

động cơ không đồng bộ ta phải giảm khe hở không khí tới mức có thể

Khi nghiên cứu về các đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơkhông đồng bộ nói riêng hay động cơ điện nói chung ta thấy nếu đặc tính cơ

có độ cứng càng lớn thì tốc độ càng ít thay đổi khi mômen thay đổi Độ cứng

đợc biểu diễn bởi biểu thức:

2.1.1 Phơng pháp khởi động trực tiếp.

Khởi động trực tiếp là quá trình đóng động cơ vào lới không qua thiết bịphụ nào

Khi khởi động trực tiếp dòng động cơ rất lớn, có thể gấp nhiều dòng

định mức: I kd 47I dm Mô men khởi động nhỏ do hệ số công suất cos0 rất

nhỏ (cos0 0,1  0,2) Mặt khác khi khởi động từ thông giảm do điện ápgiảm, mô men khởi động càng nhỏ

Ưu- Nhợc điểm: Phơng pháp khởi động trực tiếp cho hiệu quả nhanh,

đơn giản Tuy nhiên dòng khởi động lớn gây ảnh hởng đến các thiết bị khác.Làm cho nhiệt độ máy tăng vì tổn hao lớn, nhiệt lợng toả ra ở máy nhiều (máy

có công suất lớn hoặc máy thờng xuyên phải khởi động) Dòng khởi động lớncũng gây ra sụt áp lới điện, gây trở ngại cho các phụ tải cùng làm việc với lới

điện Tuy dòng khởi động lớn nhng mô men khởi động nhỏ mà mô men cảntrục động cơ lớn dẫn tới động cơ có thể không quay, dễ cháy, hỏng

Phạm vi sử dụng: Phơng pháp khởi động trực tiếp áp dụng cho động cơ

có công suất nhỏ, khởi động nhẹ (mô men cản trên trục động cơ nhỏ).Khi khởi

động nặng ngời ta không dùng phơng pháp này

Hình 2.2 Khởi động bằng ph ơng pháp hạ điện áp bằng biến áp tự ngẫu

Hình 2.1 Khởi động bằng

điện kháng

2.1.2 Khởi động dùng phơng pháp giảm dòng khởi động.

Dòng khởi động của động cơ đợc xác định bằng biểu thức:

2 1 2 2 1

1 ngm

X X R R

U I

- Giảm điện áp nguồn cung cấp

- Đa điện trở phụ vào mạch rotor

- Khởi động bằng thay đổi tần số (khởi động mềm)

+ Giảm điện áp nguồn cung cấp.

Ngời ta dùng phơng pháp sau đây để giảm điện áp khởi động: dùngcuộn kháng, dùng biến áp tự ngẫu và thực hiện đổi nối sao - tam giác

Đặc điểm chung của các phơng pháp giảm điện áp là cùng với giảmdòng khởi động, mô men khởi động cũng giảm Vì mô men giảm theo tỷ lệbình phơng

a Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện

Stator.

Khi khởi động trong mạch điện Stator đặt

nối tiếp một điện kháng Sau khi khởi động xong

đóng cầu dao D2 thì điện kháng bị nối ngắn

mạch

Do có điện áp giáng trên điện kháng nên

điện áp khởi động trên đầu cực động cơ điện nhỏ

hơn điện áp lới U1 Sau khi thêm điện kháng vào,

dòng khởi động còn lại:

Ikd = k.IL(k < 1); Ukd = k.U1; Mkd = k2.Mk (2.2)

Ưu - Nhợc điểm: thiết bị đơn giản, giảm

dòng khởi động thì Mkđ giảm xuống bình phơng

lần, có kích thớc và trọng lợng lớn

Phạm vi sử dụng: áp dụng đối với những

động cơ yêu cầu mô men khởi động nhỏ

Sử dụng cho động cơ không đồng bộ

Rôto ngắn mạch

b Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp khởi động

Hình 2.3 Khởi động bằng ph ơng pháp bằng đổi nối sao - tam giácSơ đồ với biến áp tự ngẫu T cho phép khởi động với đặc trng cao Biến áp

tự ngẫu cho lối ra điện thế thấp hơn lới, thích hợp cho khởi động động cơ

Biến áp tự ngẫu T, bên cao áp nối với lới điện, bên hạ áp nối với động cơ sau

khi khởi động xong, theo thời gian trễ đặt trớc biến áp tự ngẫu T đợc ngắt ra

khỏi lới điện (Đóng D2, mở D3) Lúc này động cơ vận hành với điện cấp trực

Ưu - Nhợc điểm: phơng pháp này cho dòng khởi động nhỏ hơn nhiều.

Nếu hệ số biến áp là ku thì điện áp trên trụ đấu dây của động cơ giảm đi ku lần

so với điện áp định mức, dòng khởi động giảm đi ku lần Giá thành chế tạo

cao Với các động cơ có công suất lớn, biến áp tự ngẫu cũng phải có công suất

đảm bảo tơng ứng Vì vậy kiểu sơ đồ này rất cồng kềnh

Phạm vi ứng dụng: áp dụng cho động cơ dị

bộ Rôto ngắn mạch, sử dụng để khởi động nhẹ,

động cơ nhỏ

Trên H.2.3 biểu diễn quá trình khi khởi động

động cơ bằng phơng pháp đổi nối sao- tam giác

Phơng pháp này chỉ áp dụng cho động cơ vận hành

bình thờng đấu tam giác

Khi khởi động trực tiếp, động cơ đợc nối sao

(cầu dao ở vị trí số 2), điện áp định mức trên

cuộn dây stato Uf nhỏ hơn điện áp lới

Uf = 1 / 3 U d (Υ) (2.4)

Sau một thời gian ta chuyển cầu dao sang vị trí 1, động cơ đợc nối tam

giác Khi đấu tam giác điện áp định mức trên cuộn dây stato bằng điện áp lới:

Uf = U Δ ( )

Dòng qua cuộn pha mắc kiểu tam giác bằng: If (Δ) = 1 / 3 I d (Δ)

Nh vậy, với nguồn điện cho trớc, điện áp định mức trên cuộn dây stato

khi khởi động (đấu sao) nhỏ hơn khi làm việc (đấu tam giác) 3lần Do vậy,

dòng qua cuộn pha khi đấu sao sẽ nhỏ hơn khi đấu tam giác 3lần

) ( I ).

3 1 ( ) ( I ).

3 1 ).(

3 1 ( ) Δ ( I ).

3 1 ( )

Υ

(

Ưu- Nhợc điểm: Phơng pháp này tơng đối đơn giản nhng mô men giảm

3 lần so với khởi động trực tiếp Ngoài ra sự thay đổi đột ngột cờng độ dòng

điện khi chuyển từ đấu sao sang tam giác có thể tác động làm bộ bảo vệ quátải ngắt mạch

Phạm vi ứng dụng: Để giảm dòng khi khởi động trực tiếp động cơ lớn,

ta có thể khởi động ban đầu ở kiểu động cơ nối sao, khi động cơ chạy đạt 75%tốc độ đồng bộ thì chuyển sang đấu tam giác

Ngoài các phơng pháp khởi động kinh điển trên, ngày nay để cải thiệnkhởi động đối với động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc ngời ta còn chế tạo

động cơ lồng sóc hai rãnh và động cơ Rôto lồng sóc rãnh sâu …

+ Khởi động bằng phơng pháp tần số.

Do sự pháp triển của công nghệ điện tử, ngày nay ngời ta đã chế tạo đợccác bộ biến tần có tính chất kỹ thuật cao và giá thành rẻ, do đó ta có thể ápdụng phơng pháp khởi động bằng tần số Thực chất của phơng pháp khởi độngnày nh sau: Động cơ đợc cấp điện từ bộ biến tần tĩnh, lúc đầu tần số và điện ápnguồn cung cấp có giá trị rất nhỏ, sau khi đóng động cơ vào nguồn cung cấp,

ta tăng dần tần số và điện áp nguồn cung cấp cho động cơ, tốc độ động cơtăng dần, khi tần số đạt đợc giá trị định mức, thì tốc độ động cơ đạt giá trị

+ Động cơ rotor lồng sóc 2 rãnh.

Để cải thiện khởi động đối với động cơ dị bộ lồng sóc, ngời ta chế tạo

động cơ lồng sóc 2 rãnh: rãnh công tác làm bằng vật liệu bình thờng, còn rãnhkhởi động làm bằng đồng thau là kim loại có điện trở riêng lớn H.2.5 Từ hình

vẽ ta thấy rằng, độ dẫn từ của từ thông tản rãnh dới lớn hơn rãnh ngoài Nhvậy điện trở kháng của các rãnh này rất khác nhau: trở kháng của rãnh dới lớnhơn của trở kháng của rãnh trên rất nhiều Khi mới bắt đầu khởi động (s = 1)trở kháng của rãnh dới lớn, nên dòng điện bị đẩy lên rãnh trên, dòng điện chạytrong nó nhỏ ở rãnh trên trở kháng nhỏ nhng điện trở thuần lại lớn, kết quả

làm cho dòng khởi động nhỏ - đó là hậu quả của việc đa thêm điện trở vàomạch rotor Khi tốc độ rotor tăng lên, s giảm đi, trở kháng rãnh dới giảm,dòng điện lại chạy từ rãnh trên xuống rãnh dới Khi tốc độ đạt giá trị địnhmức, thì dòng điện chạy trong thanh trên rất nhỏ.

b) a)

3 2 1 n

M 0

n 0 2-Rãnh công tác 1-Rãnh khởi động

Có cấu trúc khác rãnh thờng và có nhiều loại rãnh khác nhau

Để nghiên cứu tính chất của máy điện rãnh sâu ta chia rãnh ra từng lớpvới chiều cao khác nhau hi Do trong rãnh có nhôm, nên độ dẫn từ thông tảnquyết định bởi độ dẫn từ trong rãnh Độ dẫn từ của lớp l biểu diễn bởi:

l l

b l h

c) b)

động và có khi lại cần cả hai Tuỳ theo tính chất của tải và tình hình lới điện

mà yêu cầu về khởi động đối với động cơ khác nhau

Đối với động cơ không đồng bộ ba pha công suất nhỏ có thể khởi độngbằng cách đa trực tiếp điện áp nguồn vào động cơ Khi khởi động, động cơ đạtmô men quay tối đa và dòng khởi động cao hơn dòng vận hành khoảng

(3 5) lần, do đó không ảnh hởng nghiêm trọng đến mạng điện cung cấp.Các động cơ không đồng bộ có công suất lớn, khi khởi động sẽ có dòng khởi

động lớn Mặc dù thời gian khởi động ngắn, song cũng đủ để có thể làm hỏngcuộn dây động cơ và làm sụt mạng điện cung cấp, gây ảnh hởng đến hoạt

động của các thiết bị khác Nhìn chung đối với một động cơ nói chung hay

động cơ không đồng bộ khi khởi động ta cần xét những yếu tố sau:

- Phải có mô men mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải

- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt

- Phơng pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn

- Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt

Nh vậy các phơng pháp khởi động ở trên không đáp ứng đợc các yêucầu đặt ra của động cơ hoặc đáp ứng đợc yêu cầu này lại không thỏa mãn yêucầu kia Do đó cần một phơng pháp khởi động mới đó là phơng pháp khởi

động mềm Đây là một phơng pháp hiện nay đợc nghiên cứu và ứng dụng chủyếu trong thực tế các ngành công nghiệp

2.2 Các ph ơng pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

Trong thực tế sản xuất và tiêu dùng, các khâu cơ khí sản xuất cần có tốc

độ thay đổi Song khi chế tạo, mỗi động cơ điện lại đợc sản xuất với tốc độ

định mức, vì vậy để điều chỉnh tốc các động cơ điện là rất cần thiết

Khi mô men cản trên trục động cơ thay đổi, thì tốc độ động cơ thay đổi,nhng sự thay đổi tốc độ nh thế không gọi là điều chỉnh tốc độ Mà điều chỉnhtốc độ là quá trình thay đổi tốc độ động cơ theo ý chủ quan của con ngời phục

vụ các yêu cầu công nghệ

Phạm vi điều chỉnh, sự liên tục trong điều chỉnh và tính kinh tế trong

điều chỉnh Với các thiết bị vận chuyển , phải điều chỉnh tốc độ trong phạm virộng, còn thiết bị dệt hoặc giấy thì lại đòi hỏi tốc độ không đổi với độ chínhxác cao

2.2.1 Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ.

Hệ thống điều chỉnh yêu cầu chất lợng điều chỉnh không cao nh trên tàuthuỷ, các hệ thống truyền động tại các trạm bơm, hầm mỏ… ời ta thực hiệnng

điều chỉnh tốc độ động cơ bằng việc thay đổi điện áp nguồn cung cấp Để thay

đổi điện áp nguồn cung cấp có thể dùng các biện pháp kinh điển nh biến áp tựngẫu, thực hiện đổi nối sao - tam giác Ngày nay, việc điều chỉnh điện áp lại

đợc sử dụng chủ yếu là các bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn

b) a)

A B C C

B A

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 1

M-

M-Hình 2.6 Sơ đồ các hệ thống truyền động động cơ rotor lồng sóc với bộ

biến đổi điện ápa) Hệ thống không đổi chiều quay; b) hệ thống đổi chiều quay

Hình trên biểu diễn sơ đồ điều chỉnh điện áp bằng bộ biến đổi, với tần

số và tốc độ động cơ không đổi thì mô men tỉ lệ với bình phơng điện áp stator

Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp có đặc tính cơ đều xuất phát từ giá trịtốc độ không tải lý tởng, đặc tính cơ mềm, nên phạm vi điều chỉnh hẹp Để hệthống làm việc tốt phải làm việc ở hệ thống kín

Trên H.2.2 biểu diễn hệ thống điều khiển truyền động điện động cơxoay chiều bằng việc thay đổi điện áp đặt vào động cơ Hệ thống gồm bộ điềutốc R, bộ điều chỉnh dòng điện RI, nguyên lý hoạt động của hệ thống nhsau: Tốc độ chuẩn đợc so sánh với tốc độ thực tại lối vào bộ điều tốc Sai sốtốc độ sẽ xác định dòng chuẩn stator đợc so sánh với dòng thực đo bởi cảmbiến CB, sai số dòng điện là tín hiệu điều khiển bộ điều chỉnh dòng RI, tínhiệu ra của bộ điều chỉnh dòng sẽ tác động vào bộ phát xung mở các tiristocủa bộ điều chỉnh điện áp Do 2 bộ điều chỉnh mắc nối tiếp nhau nên chúng

đều là loại PI

điều chỉnh với công suất không đổi Điểm A trên hình vẽ ứng với chế độ làmviệc ổn định của động cơ khi mô men tải không đổi, còn điểm B ứng với chế

độ làm việc ổn định làm việc của động cơ khi mô men tải thay đổi theo tốc độ

ở vùng điều chỉnh thứ nhất (m = const), mô men động cơ có thể thay đổi, khi

từ thông không đổi ( = const) mà thay đổi tần số độ trợt, hoặc tần số trợtkhông đổi (rđm = const) mà thay đổi theo từ thông Cũng có thể điều chỉnh

theo chơng trình cả hai đại lợng, nhằm làm tối thiểu hoá tổng tổn hao hệ thốngtruyền động điện.

m0=const 0

Hình 2.8 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc điều

chỉnh tốc độ bằng tần số

Nếu động cơ dị bộ đợc cấp điện từ bộ biến tần có điều chỉnh dòngstator, thì đặc tính cơ có dạng nh hình 2.4 Để so sánh, trên hình trên hình vẽbiểu diễn thêm các đặc tính khi cấp điện động cơ từ bộ biến tần có điều chỉnh

điện áp Thấy rằng khi động cơ đợc cấp điện từ bộ biến tần điều chỉnh dòng,máy điện làm việc với giá trị độ trợt r nhỏ hơn nhiều khi cấp điện từ bộ biếntần điều chỉnh điện áp Cùng một giá trị mô men cản, động cơ có thể làm việctại vùng ổn định (điểm A) hoặc vùng không ổn định (điểm B) Nhng khi máy

điện làm việc ở chế độ ổn định sẽ gây ra bão hoà từ lớn, nên không kinh tế.Máy cũng có thể làm việc tại điểm C (vùng không ổn định) nhng dòng điện lạirất lớn, cũng không kinh tế do tổn hao nhiều

Hệ thống đạt đợc chế độ tối u, khi làm việc tại điểm B ứng với chế độ từthông không đổi (khi rs = 0) Song điểm B lại nằm trên đoạn không ổn địnhcủa đặc tính, do đó hệ thống phải làm việc ở hệ kín với bộ điều chỉnh điện áphoặc tốc độ Cùng với sự phát triển của bộ biến tần tiristo, các hệ thống truyền

động điện dùng động cơ đồng bộ trong công nghiệp cũng phát triển

Đặc tính không chú ý đến bão hoà

Đặc tính điện áp định mức

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

0.25 0.5 1.0 1.5

A C

0.25 0.50 0.75 1.00

2.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp mạch rotor.

Trớc khi bớc vào nghiên cứu phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng đathêm sđđ vào mạch rotor, ta thực hiện việc thống kê công suất máy điệnkhông đồng bộ khi có đa điện trở phụ vào mạch rotor

Công suất nhận vào:

P1 = m1U1I1cos1

Công suất điện từ hay còn gọi là công suất từ trờng quay:

Pđt = P1 - P1 = P1 - (PCu1 + PFe1)

Đây là công suất chuyển qua từ trờng sang rotor

Công suất điện từ đợc chia ra công suất điện và công suất cơ:

Pđt = Pcơ + Pđiện

Trong đó: Pđiện = PCu2 + P2

ở đây P2 là tổn hao trên điện trở phụ đa vào mạch rotor, còn PCu2 là tổnhao đồng cuộn dây rotor, do đó:

P2 = m2I2Rp, còn PCu2 = m2R2.I2

Công suất cơ học Pcơ: là công suất ở điện trở: (R’2 + R’p)

s s

 1

, do vậy

Pcơ = m1(R’2 + R’p)I’2

s s

 1

Khi thay đổi tốc độ quay bằng thay đổi điện trở mạch rotor, là ta đã làmthay đổi P2 truyền cho điện trở phụ để công suất cơ khí Pcơ thay đổi vì:

Pđt = Pcơ + P2 + PCu2 = const

Trong đó PCu2 = const.

2.2.4 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đổi cực

Nếu động cơ dị bộ có trang bị thiết bị đổi nối cuộn dây để thay đổi số

đôi cực thì ta có thể điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực

Đặc điểm của phơng pháp này là: rẻ tiền, dễ thực hiện Tuy nhiên do p

là một số nguyên nên thay đổi tốc độ có tính nhảy bậc và phạm vi thay đổi tốc

độ không rộng

Kết luận

Qua phân tích các phơng pháp điều chỉnh tốc độ trên ta thấy rằng phơngpháp điều chỉnh bằng thay đổi tần số là u thế hơn cả, sau đến là các phơngpháp thay đổi số đổi cực p và điện áp cấp cho stator động cơ Ngày nay vớicông nghệ bán dẫn phát triển mạnh chúng ta có thể điều khiển bằng phơngpháp thay đổi tần số tốt hơn bằng việc sử dụng các bộ biến đổi tần số Đâycũng là phơng pháp mà trong đồ án này em đi thực hiện

Chơng 3

điều chỉnh tốc độ động cơ dị bộ rotor lồng sóc giữ từ thông không đổi bằng phơng

trợt rotor f(r)

3.1 Giới thiệu về ph ơng pháp

Máy điện dị bộ rotor lồng sóc khác máy điện đồng bộ là không có cuộndây kích từ, vì vậy ở bất kỳ chế độ công tác nào, máy điện dị bộ cũng nhậnmột công suất kháng để tạo ra từ thông, chính vì vậy điều kiện tối u tĩnh củamáy điện nh sau

Với việc tối thiểu hoá thành phần I1 đợc biểu diện nh sau:

I1 = sN-s0s1 (3.1)Biểu thức trên chính là mục tiêu điều khiển máy điện dị bộ để giữ chobiên độ từ thông stator không đổi và bằng giá trị định mức 1 Sẽ có 2 ph-

ơng pháp điều khiển để đảm bảo giữ cho từ thông không đổi:

- Phơng pháp gián tiếp và

- Phơng pháp trực tiếp ổn định từ thông

+ Phơng pháp thứ 1 là: Gián tiếp ổn định từ thông bằng thay đổi điện

áp stator khi tần số điện áp cấp cho stator thay đổi

ở đại lợng tơng đối, mô men động cơ dị bộ có dạng:

m =

2

s r r s r

r r M s

s

l r l

l

r l u

m =

 

2 2 2

2

s

r r

r

r r r s M

l r

r l l l

1 1

r r r s s s r

r s s r s

s s

r x f

r x f r x f r

x r x f f x

r f

Khi bỏ qua điện trở rs đợc: us = fs (3.6)

0.2 0.1 -0.2 -0.1

0

2,0 1,0

0.05 0.15

f r -0.15 -0.05

f r = - 0.25

f r = 0

0.4 1.0

f s 1.0 0.6 0.2

f r = 0.25

0,4 0,8

H.3.1 ta biểu diễn đờng đặc tính us = f(fs) cho một động cơ dị bộ cụ thể

điều khiển theo biểu thức (3.4) Từ hình vẽ ta thấy rằng: đặc tính us = f(fs) dịchchuyển khi tần số rotor thay đổi Chỉ tại tần số fr = 0, thì đặc tính us = f(fs) mới

đối xứng qua trục tung, còn khi fr  0, đặc tính dịch chuyển qua trái, hoặc quaphải trục tung, nh vậy nhợc điểm cơ bản của phơng pháp này là để giữ cho từthông động cơ không đổi, cần phải dịch đặc tính phi tuyến us = f(fs) theo tần

số của rotor fr, do đó việc điều khiển hệ thống trở nên phức tạp

+ Phơng pháp thứ 2 là: Gián tiếp ổn định từ thông bằng điều khiển biên

r r r r s r

l r

l l r

s

r x f r x f

is =

2

1 1

f r x

x (3.9)

+ Phơng pháp thứ 3 là: Phơng pháp điều khiển trùng từ trờng.

Phơng pháp này cho phép tách thành phần kháng của dòng stator đểthông qua nó điều khiển từ thông Để tách thành phần kháng của dòng stator,phải biết đợc vị trí vector từ thông móc vòng stator s nh vậy phải đo, hoặctính góc vị trí s = f(,) của từ thông stator s trong máy H.3.2 Thông tin về

vị trí của vector từ thông là sins và coss cho phép xác định các thành phần is

và is của vector dòng điện stator theo mối quan hệ sau:

3.1.2 Phơng pháp điều khiển trực tiếp từ thông.

Trong những năm gần đây phơng pháp điều khiển trực tiếp từ thông đợc

sử dụng rộng rãi Có thể phân chúng theo hai nhóm phơng pháp nh:

+ Phơng pháp điều khiển trực tiếp biên độ từ thông.

Phơng pháp này phải dùng bộ điều khiển từ thông Rs Bộ điều chỉnh từthông quyết định biên độ dòng động cơ Phơng pháp đòi hỏi phải đo trực tiếp

từ thông bằng cảm biến Hall hoặc dùng cuộn phụ, cũng có thể tính toán trêncơ sở đo điện áp, dòng điện stator

Rs - bộ điều chỉnh từ thông; Ris-bộ điều chỉnh dòng stator; BBĐ - bộ

biến đổi tiristor

+ Phơng pháp điều khiển trùng từ trờng.

Nếu mở rộng phơng pháp điều khiển trùng từ trờng đã nói ở phần trớcbằng việc sử dụng thêm bộ điều chỉnh R để xác định trớc thành phần isx củadòng stator thì kết quả nhận đợc là việc điều chỉnh trực tiếp biên độ từ thông

Từ các phơng trình trên ta thấy rằng, đại lợng thuận lợi cho điều chỉnhmô men động cơ là vector is vì rằng s hoặc r không thể điều chỉnh trực tiếpbằng biến tần đợc, do đó trong các hệ truyền động đơn, ngời ta sử dụng chủyếu phơng pháp điều chỉnh dòng stator Biến tần có điều chỉnh dòng stator là

khâu thực hiện trong hệ thống này Trên hình 3.5.a biểu diễn nguyên lý điềuchỉnh dòng điện stator phụ thuộc vào loại biến tần Tuy nhiên bằng cách sửdụng những phản hồi điều chỉnh dòng thích hợp, có thể nhận đợc bộ biến tầngián tiếp điện áp PWM Nh vậy, khái niệm bộ biến đổi dòng điện stator ở đây

đợc hiểu là thiết bị có khả năng tạo, cung cấp và điều chỉnh đợc dòng điện đavào stator, hay nói các khác là xác định đợc tính chất của bộ điều khiển chứkhông phải phân loại hệ thống điện tử công suất thành bộ biến tần điện áp và

bộ biến tần dòng điện Tín hiệu vào của bộ biến tần điều chỉnh dòng statorgồm: biên độ vector dòng is và tần số fsi (hoặc độ trợt si) Bộ biến tần nh vậy đ-

ợc nhìn nhận là một khâu động học và có thể biểu diễn nh hình 3.5.b

a) FX3

 siz

i sz

~

PI PI

PI A B C

b) M

để sử dụng, vào đại lợng lựa chọn và cấu trúc bộ điều chỉnh dòng điện Nếubiến tần là gián tiếp nguồn áp, có điều khiển độ rộng xung, thì thời gian điềuchỉnh dòng nhỏ hơn 1ms Với những bộ biến tần khác, thời gian này xác địnhbởi tính năng động của bộ chỉnh lu điều khiển có chuyển mạch tự nhiên.Trong trờng hợp cấp điện từ lới 50Hz qua bộ chỉnh lu cầu (6 xung) thời gian

điều chỉnh dòng điện đạt khoảng 10ms

Sơ đồ khối của máy điện cấp từ bộ biến tần điều chỉnh dòng stator đợcxây dựng trên cơ sở phơng trình vector viết ở hệ x,y quay đồng bộ với vector

từ thông rotor r Cần lu ý rằng, khi cấp điện cho động cơ bằng biến tần có

điều chỉnh dòng stator, có thể bỏ qua phơng trình điện áp, vì phơng trình nàyquan trọng nhng không cần trong khi thiết lập sơ đồ khối Với ý nghĩa vật lý

là, bộ điều chỉnh dòng sẽ điều chỉnh điện áp us, đảm bảo tối u các tính chất

động của dòng stator is Nh vậy phơng trình cần thiết để xây dựng đồ thịvector, chỉ còn phơng trình rotor và phơng trình truyền động Sơ đồ khối ứngvới các phơng trình trên biểu diễn trên hình 3.6 Nhận thấy rằng từ thông rotor

r phụ thuộc vào thành phần isx (qua khâu quán tính bậc 1 có hằng số thời gian

Tr) Nếu isx = const thì mô men do động cơ sinh ra giống nh của máy điện mộtchiều kích từ độc lập và có thể điều chỉnh thông qua thành phần isy Hệ thốngnày có 2 nhợc điểm cơ bản:

- Mối quan hệ giữa các thành phần của hệ trục trùng từ trờng isx và isy

với các đại lợng ra của bộ biến tần là biên độ dòng is và tần số fsi không rõràng

- Tần số độ trợt fr(r) là một đại lợng rất quan trọng trong lý thuyết máy

điện kinh điển và là đại lợng đặt trong phơng pháp điều khiển đơn giản, khôngthấy xuất hiện ở đây Tuy nhiên, có thể chỉ ra đợc mối liên hệ giữa các đại l-ợng đó

Thật vậy, tần số độ trợt r = s - m có thể tính đợc từ phơng trình

điện áp rotor:

r i r N r r

sy r N

T x i

T x

Hình 3.6 Sơ đồ khối động cơ dị bộ trong hệ trục x,y

Ngợc lại mối quan hệ giữ các đại lợng ra của bộ biến tần là is và si vớitrục vuông góc trùng từ trờng x, y là isx, isy, có thể tính đợc qua 2 giai đoạn:thứ nhất vector dòng is có thể biểu diễn bằng 2 thành phần của hệ trục cực nhsau:

is = isx, isy = is,  (3.13)Trong đó

isy = issin

Trên cơ sở đồ thị vector trong hệ trục toạ độ ,  có thể viết:

si = s +  = m + r +  (3.15)Trong đó  = (r, is) là góc tải Sau khi tính đạo hàm công thức trên ta có:

dt d dt d dt d dt d dt d dt

- ở trạng thái ổn định (gây ra do thay đổi tần số bộ biến tần, hoặc thay

đổi mô men tải, làm thay đổi m và tần số độ trợt r), thì si  s, góc tải 

thay đổi (  0

dt

) Sự thay đổi này xảy ra ngay cả khi biên độ is không đổi, nên

đã làm thay đổi thành phần isx, isy Do thay đổi isx, isy nên đã làm thay đổi s

- Những thay đổi này tác động lên khâu quán tính (Tr) và tích phân (TM)cùng các phần tử phi tuyến khác Do máy điện là một cấu trúc phi tuyến nên

hệ rất dễ xuất hiện dao động Các hằng số Tr, TM và giá trị tải quyết định khả năng dập những dao động đó

Kết luận

Ta thấy rằng tính chất đặc trng của các hệ thống điều khiển ngoài là,mỗi lần thay đổi tần số cung cấp (fsu hay fsi) hoặc mô men cản (m0) đều gâynên quá trình quá độ điện từ mà không đợc kiểm tra Đây là một tính chấtkhông có lợi của máy điện xoay chiều làm nhiệm vụ thực hiện trong các hệthống truyền động điện, vì xu hớng dập dao động kém, dao động kéo dài, gâymất đồng bộ hoặc bị dừng dới điện (dị bộ) Vì lý do đó hệ thống truyền động

điện điều khiển ngoài chỉ đợc sử dụng ở những nơi không đòi hỏi thay đổi mômen nhanh Tuy nhiên, trong nhiều hệ thống truyền động điện đơn lại đòi hỏinhanh mô men tải hoặc thay đổi hớng mô men trên trục động cơ khi đổi chiều.Trờng hợp này, phải sử dụng bộ biến tần điều chỉnh dòng stator có hệ thống

điều khiển bên trong (tần số fsi)

Bản chất của bộ điều khiển trong là khi cho trớc một tần số nguồn cung cấp,sao cho tại mỗi thời điểm, phải kiểm tra đợc mối quan hệ pha trong máy điệnxoay chiều, tức là đồng bộ đợc các xung điều khiển tần số của bộ biến đổi từthông quay trong máy Việc đồng bộ đợc thực hiện bằng những phơng phápkhác nhau phụ thuộc vào đại lợng đo trực tiếp ở máy và những yêu cầu đối vớitính chất tĩnh và động của truyền động Vấn đề cơ bản ở đây là, hệ thống điềukhiển trong, cùng với bộ biến tần đóng vai trò nh cổ góp của máy điện mộtchiều, tức là nối dòng rotor tới cuộn dây tơng ứng nằm dới cực của máy, cũng

có nghĩa là thực hiện trùng vector dòng rotor với vector từ thông Nh vậy việc

điều khiển bên trong của tần số nguồn cung cấp đã cho máy điện xoay chiềumột tính chất mới, gần với tính chất của máy điện một chiều kích từ độc lập

Điều đó càng chứng tỏ sự đúng đắn khi phân loại thành 2 hệ: hệ thống điềukhiển ngoài và hệ thống điều khiển trong Hai loại hệ thống này có cách phântích, tổng hợp riêng và có những tính chất riêng biệt

3.3 Tính chất động của hệ thống truyền động khi ổn định từ thông gián tiếp bằng thay đổi dòng stator theo hàm độ tr ợt (i s = f(  r )) [1]

Có nhiều điểm tơng tự trong việc điều khiển máy điện một chiều vớimáy điện dị bộ, nhng không thể khẳng định có một phơng pháp chuẩn nào để

điều chỉnh máy điện dị bộ giống nh máy điện một chiều cấp điện từ bộ biến

đổi, vì máy điện dị bộ có nhiều phơng pháp điều chỉnh tốc độ

m(t) = r ssin 

r

x x

r x

là biểu thức mô men của máy điện dị bộ

Từ biểu thức (3.19) ta thấy tốc độ của máy điện dị bộ có thể điều chỉnhbằng:

- Thay đổi tần số độ trợt r, khi giữ từ thông rotor không đổi

- Thay đổi từ thông rotor r khi giữ tần số độ trợt r không đổi

- Thay đổi đồng thời các đại lợng trên

Việc lựa chọn đại lợng điều khiển nào thì hoàn toàn phụ thuộc vào tínhchất động và tĩnh của hệ truyền động Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng điềukhiển giữ cho r = const có tính chất động tốt hơn là điều kiện giữ cho tốc độtrợt không đổi (r = const) Khi thay đổi đồng thời r và r có thể đạt đợc đặctính tối u tĩnh và động tốt hơn

Nếu giả thiết rằng, biên độ từ thông rotor không đổi (dr/dt), thì tần số

độ trợt r sẽ là đại lợng điều chỉnh mô men không có quán tính Phơng trình(3.19) đúng cho cả trạng thái tĩnh và động, do đó tính chất động của hệ truyền