Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Chơng II ĐIềU CHỉNH TốC Độ ĐộNG CƠ ĐộNG CƠ KHÔNG ĐồNG Bộ BằNG PHƯƠNG PHáP ĐIềU KHIểN TầN Số Trang 17 I. Khái niệm chung: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách biến đổi tần số, cho phép mở rộng phạm vi sử dụng truyền động điện không đồng bộ trong nhiều ngnh công nghiệp nh: Dùng để thay đổi tốc độ nhiều động cơ không đồng bộ cùng một lúc nh các động cơ truyền động của một nhóm máy dệt, băng tải, băng lăn . Phơng pháp ny còn đợc áp dụng trong các thiết bị đơn lẻ, nhất l ở các cơ cấu yêu cầu tốc độ lm việc cao nh l máy ly tâm, máy mi .Khi đó động cơ không đồng bộ không nhận điện từ lới m nhận điện từ bộ biến tần. Bộ biến tần đợc nối vo lới điện có tốc độ v điện áp (U 1 ,f 1 ) không đổi. Đầu ra của bộ biền tần có tần số v điện áp có thể thay đổi đợc. Để biến đổi tần số ngời ta có thể dùng các thiết bị máy điện hoặc bán dẫn với nguyên lí tác động v cấu trúc khác hẳn nhau. U 1 = const f 1 = const Bióỳn tỏửn f 2 U 2 Hỗnh 2.1. Vở trờ cuớa bọỹ bióỳn tỏửn trong õióửu khióứn õọỹng cồ khọng Khi điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh tần số ta cần phải thay đổi cả điện áp nguồn cung cấp. Bởi vì sức điện động dây quấn stato của động cơ tỉ lệ với tần số v từ thông: E 1 = 4,44.K dq .W 1 f 1 = C f 1 Nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức l coi: 0 2 1 2 111 += XRIU Thì U 1 E 1 Hoặc U1 C. .f1 Nh vậy khi điều chỉnh tần số m giữ nguyên điện áp thì từ thông sẽ thay đổi. Khi f 1 tăng thì từ thông sẽ giảm xuống v nếu mômen tải không đổi thì theo biểu thức: M = K. .I 2 . Cos 2 Dòng điện rôto sẽ tăng lên. Do đó trong trờng hợp ny dây quấn rôto chịu quá tải còn lõi thép thì non tải. Khi f 1 giảm thì từ thông lớn lên lm mạch từ bão hòa v dòng điện từ Trang 18 hóa tăng lên. Do đó các chỉ tiê 1 1 1 0 2 f f = fX P nm u năng lợng xấu đi v nhiều khi động cơ còn bị phát n a tốc độ có áp khi điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cho khả năng quá tải về mômen l không đổi trong suốt dải đ h tốc độ . Ta có: Nếu bỏ qua sụt áp R 1 = 0) thì ta tìm đợc: A: l hệ số không phụ thuộc v Đối với tần số f 1i bất kì v ó ta có thể viết: óng quá mức cho phép. Do đó để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất khi điều chỉnh tốc độ bằng tần số ngời ta phải điều chỉnh đồng thời cả điện áp theo hm của tần số v phụ tải. Bằng cách biến đổi tần số nguồn cung cấp, tốc độ động cơ đợc điều chỉnh cao hơn v thấp hơn trị số cơ bản. Thờng thờng khi điều chỉnh trong vùng cao hơn tốc độ cơ bản, thì tần số nguồn cung cấp không vợt 1,5 - 2 lần tần số định mức. Vì tần số tăng thì tổn thất trong lõi thép stato cũng tăng lên rõ rệt v do độ bền của dây quấn rôto quyết định. Phạm vi điều chỉnh tốc độ trong vùng tốc độ thấp hơn trị số cơ bản thờng l nhỏ hơn 10 - 15. Giới hạn dới của tần số bị hạn chế bởi độ phức tạp của bộ nguồn có tần số thấp, khả năng quay không đều . Do đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phơng pháp tần số có thể thực hiện đợc trong phạm vi dới D = (20-30)/1. Nếu sử dụng các động cơ có cấu trúc đặc biệt thì phạm vi điều chỉnh đợc mở rộng vì giới hạn trên của tốc độ lớn lên. Giới hạn dới củ thể giảm nhỏ bằng cách đa các mạch hồi tiếp vo sơ đồ điều khiển. II. Luật biến đổi điện phơng pháp tần số: Khi lựa chọn quan hệ giữa tần số v điện áp stato của động cơ không đồng bộ thờng yêu cầu giữ iều chỉn Const M th == M C trên điện trở dây quấn Stato ( 2 nm ++ = 2 110 2 2 3 f th XRR. U M Do o tần số v điện áp. một tốc độ góc tơng ứng với n 2 1 1 0 1 2 3 f .A X M nm th = 22 UU () const U .A M f ITH i ==== 2 1 1 M.F M )(CI )i(C 1 2 1 Trang 19 Trong đó: U 1i l điện áp nguồn cung cấp trên dây quấn stato ở tần số f 1i . M C ( 1 ) l mômen phụ tải tĩnh trên trục động cơ ở tốc độ 1 =2f 1i /P ái lm việc định mức thì: M ( ) = M m ện áp khi điều chỉnh tần số: (1) g phạm vi đIều chỉnh của i M C =M O * + (1-M O * ). * q Trong đó: MO l mômen phụ tải tĩnh khi = 0. tỉ lệ ới f1 tức l * ~ f 1 * nên biểu thức trên ta có thể viết thnh dạng: * * * * q q = 0; M C = Const suy ra U 1 * = f 1 * hoặc U 1 /f 1 = Const ồn phải biến đổi tỉ lệ với tần số nguồn cung cấp. Đối với phụ tải có công suất trên trục động cơ không đổi khi điều chỉnh = const Nếu ở trạng thái K l trạng th f 1K = f 1đm U 1K = U 1đm c K cđ Quy luật biến đổi cơ bản của đi Viết ở hệ đơn vị tơng đối: Quan hệ giữa mômen phụ tải tỉnh v tốc độ tron máy sản xuất. )q M C = M O + (M đm - M O ).( / đm ố : Viết ở hệ đơn vị tơng đ * Vì ( v M C = M O + (1 - M O ).f 1 (2) Thay (2) vo (1) ta có: - Đối với phụ tải tĩnh có mômen phụ tải không phụ thuộc tốc độ: Nghĩa l điện áp ngu cung cấp - tốc độ: P C )(Mf U M.F U KCK K )i(CI I 2 1 1 2 1 1 = 22 Kf f . )(M )(M U U iiCi 1 11 = KCK1 õmiõm MfU 1 iC )(M . fU 11 = ** = C MfU 11 ( ) ( ) q fMMfU * 10011 1+= ** Trang 20 q = -1 Ta có: M 0 = 0 ệ với căn bậc hai của tần số. t nhỏ ta không thể bỏ qua sụt áp trên điện trở d c độ động cơ t áp trong mạch ên tác dụng của dây q Hoặc : Nghĩa l điện áp nguồn cung cấp phải biến đổi tỉ l - Đối với phụ tải quạt gió: M 0 = 0 q = 2 M C = M đm (/ đm ) 2 ; M C * = f 1 * 2 U 1 *= f 1 * Hoặc U 1 /f 1 2 = Const Nghĩa l điện áp nguồn cung cấp phải biến đổi tỉ lệ với bình phơng tần số của nó. a) Khi Mc = const; b) Khi P C = const; c) Khi phụ tải quạt gió. Đối với những động cơ có công suấ ây quấn stato (tức R 1 0) đồng thời khi điều chỉnh tố rộng hơn thì phải điều chỉnh lại bằng cách tính thêm độ sụ stato vì khi điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm f 1 thì độ sụt áp tr uấn stato do dòng từ hóa gây nên sẽ tăng lên. Ta xét sơ đồ thay thế nh hình T. ** fU 11 = const f U = 1 1 (M C f 11 f 1õm f 12 M (M ) (M ) f 11 f 1õm f 12 f 11 f 1õm f 1 (a) (b) ) M (c) Hỗnh 2.2. ỷc tờnh tỏửn sọỳ trong trổồỡng hồỹp tờnh cồ cuớa K khi õióửu chốnh = Const jx 1 R 1 I 2 U I 1 N R' /S jx' 2 Hỗnh 2.3. Maỷch õióỷn thay thóỳ õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ Trang 21 (3) Thay trị số I2 v 2 < 1 ở mọi tần số thì ta đợc nh sau: Độ trợt tới hạn: Mômen tới hạn: tần số nh mức thì R /R Khi biến đổi tần số thì cảm kháng c biến đổi theo một cách tỉ lệ. Do đó các trị số cảm kháng ở những tần số khác tần số định mức sẽ l: X1 = (X 1đm /f 1đm )/f 1 = X 1đm f 1 * X 2 = X 2đm f 1 * * l các cảm kháng của động cơ ở tần số trị số cảm kháng vo (5) v (6) đồng thời thay 0 = 0đm f 1 * v đặt: nmđm ta đợc: 2 1 2 11 2 21 2 1 2 ++++ )XX( S 'R )X'X(RXX'XX S 'R R nm 1 = XU I , o biểu thức mômen ta đợc: S 'RI M ' 0 2 2 2 = V coi X 1 /X << 1; X /X ở đị 1 << 1 nên ta có thể bỏ qua. ủa động c ơ cũng X nm = X nmđm f 1 X = X đm f 1 * Trong đó X 1đm , X 2đm , X nmđm , X đm f 1đm . Thay các 1 = R1/X đm ; 1nm = R 1 /X + ++ 10 SXS RXS nm 2 2 1 2 2 2 RRR ,, = 2 2 1 3 'RU M 2 1 2 1 1 nm R + 2 2 ,, th XR X RS + = () +++ = 2 2 1 22 1 2 10 12 X R XRR nm th 2 1 3U M , ()() + 2 1 2 1 2 1 2 1110 2 1 22 1 1 2 3 PfPfPfX U M Pf Xf * nm * õm * nmõmõm , th nm * nmõm (5) ++ = + (6 ) (8) (4) (7) + = 2 1 2 1 2 Pf R S * , , th Trang 22 Từ điều kiện: = M' /M () = M' /M = const của điện áp khi điều chỉnh nh họa các quan hệ điện = Const Đờng1: l trờn ợp R 1 = 0. - Đờng 2: l đờng ứng với trờn 0. hận xét: biệt rõ rệt so với quy luật rong vùng tần số thấp. Mức độ khác biệt ny c ng nhỏ. h Trong đó: y luật biến đổi điện theo quy luật: Khi f 0 thì M ả năng quá tải kém dần theo mức độ giảm tần số f 1 . Từ (7) v (11) ta thấy S 1 . Khi f 1 giảm thì S so với tốc độ đồng bộ tại điểm tới hạn (M , S ) của đặc tính cơ bằng: n số, ta có th c thâm âm ta rút ra đợc quy luật biến đổi có hiệu chỉnh tần số. U 1 * Đồ thị mi 2 1, 0 0, 8 0, 1, 6 1, áp theo tần số U 1 *(f 1 *) khi điều chỉnh tần số với trờng hợp M = M đm ()() 1 - đờng ứng với g h g hợp R1 N Từ đồ thị ta thấy: quy luật biến đổi có hiệu chỉnh của điện áp khác biến đổi cơ bản t ng lớn khi công suất động cơ c III. Đặc tínhcơ của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tần số: Phơng trình đặc tín cơ: Trị số Mth khi biến đổi tần số lại đ áp. Nếu khi điều chỉnh tần số, điện áp ợc xác định bởi qu th 0. Nh vậy ta thấy kh th v a chỉ phụ thuộc f th tăng còn a giảm. Độ sụt tốc th th Vậy khi giảm f 1 thì th cũng giảm. Để đánh giá độ cứng đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh tầ ()() * C nm nn fM PfPfPf 1 1111 1 1 +++ = nmnm PPP 2 1 2 11 11 +++ *** 22 * U 1 ( ) () 1 2 12 2 11 Pf'R fR 'a * * + = 2 'S'a S 'S 'S S th th th ++ 12 'S'a'M M thth + = ( ) õm c õmõm M M f f U U 1 1 1 1 = 2 1 2 1 2 1 2 12 nm * * nmõm õm Pf Pf X 'R + + () 000 ththth 'S === ( ) () () th thth thth ' thththth 'S 'S'a'M S'S'a'SS SS'S'S'a'M 0 222 0 22 0 12 2 12 + = ++ = (10 ) (11 ) 4 1, 6 0 0,2 0,4 0,6 0,8 2 10 12 14 16 f * Hỗnh 2.4. Quan hóỷ U * (f * ) kh õióửu chốn i h tỏửn sọỳ vồùi mọmen khọng õọứi Trang 23 thể c iến đổi điện áp U 1 (f 1 ) của nguồn cung cấp. ảm độ cứng đoạn lm việc sẽ điện áp biến đổi theo quy luật ứng 0 có thể lớn hơn 0 đm v dun độ cứng đoạn lm việc oi đoạn lm việc của đặc tính gần nh đờng thẳng. Khi có độ cứng của đoạn ny có thể xác định theo điểm không tải (S=0). Thay giá trị S t , M t , a vo ta đợc: Để tiện xem xét mức độ biến đổi của độ cứng đặc tính cơ do tần số thay đổi gây ra ta so sánh 0 với trị số độ cứng với tần số định mức 0 đm . Ta thấy độ cứng đoạn lm việc của đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số chủ yếu đợc xác định bởi quy luật b (12 ) Nếu điện áp biến đổi theo quy luật cơ bản thì khi f1 gi giảm. Nếu khi M C = Const hoặc P C = Const m có hiệu chỉnh thì khi f 1 giảm, modun độ c i lần, còn khi f 1 tăng lên trên định mức thì mo của đặc tính cơ sẽ giảm chút ít. f 11 f 1õm f 12 M M Hình 2.5. Đặc tính cơ động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tần ôỳ () 2 1 2 12 2 0 2 1 0 3 Pf'R U * õm + = 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 0 0 1 Pf P fU * ** õm + + = (13 ) Trang 24 . Chơng II ĐIềU CHỉNH TốC Độ ĐộNG CƠ ĐộNG CƠ KHÔNG ĐồNG Bộ BằNG PHƯƠNG PHáP ĐIềU KHIểN TầN Số Trang 17 I. Khái niệm chung: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng. truyền động điện không đồng bộ trong nhiều ngnh công nghiệp nh: Dùng để thay đổi tốc độ nhiều động cơ không đồng bộ cùng một lúc nh các động cơ truyền động