Nghiên cứu hệ thống điều chỉnh động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu

ặt nam châm lớn Động đồng nam châm vĩnh cửu cực ẩn có nhiều kiểu rotor khác Dới ba kiểu rotor thờng gặp thực tế a cc b Hình 1.3 Các kiểu rotor động đồng nam châm vĩnh cửu cực ẩn 21 Phần Véc tơ không gian - Mô tả toán học động đồng nam châm vĩnh cửu 1.3 Sơ đồ thay động đồng Để nghiên cứu, phân tích trình điện từ xảy bên động xây dựng đặc tính chúng, ngời ta thờng sử dụng sơ đồ thay pha với giả thiết sau: - Ba pha động đối xứng, điện áp nguồn hoàn toàn hình sin đối xứng - Các thông số động không đổi (nghĩa không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở số, mạch từ không bÃo hoà nên điện kháng không đổi) - Dòng điện chiều kích thích không thay đổi (Ikt = const) - Bỏ qua hao tổn hao tổn phụ - Bỏ qua ảnh hởng từ trờng bậc cao máy Khi mô tả đại lợng điện áp dòng điện dạng véc tơ phức, theo TL[6], ta có phơng trình điện áp cho pha động đồng nh sau: U = E + I ( R +JX ) (1.1) Trong đó: U điện áp pha E = .f.kw.N. sức điện động dây quấn phần ứng I dòng điện chạy mạch phần ứng R điện trở phần ứng X điện kháng phần ứng Từ phơng trình (1.1) ta có sơ đồ thay pha động đồng nh sau R X I U E Hình 1.4 Sơ đồ thay động đồng 22 Phần Véc tơ không gian - Mô tả toán học động đồng nam châm vĩnh cửu 1.4 Các đặc tính ®éng c¬ ®ång bé Khi ta ®ãng stator ®éng c¬ đồng vào nguồn điện xoay chiều có tần số f1 không đổi, động quay với tốc độ không đổi tốc độ đồng bộ: =2 f1/p (1.2) Trong phạm vi mô men cho phép M Mmax, đặc tính cứng tuyệt đối (độ cứng đặc tính = ) Theo TL [2], [8] đặc tính động đồng nh hình 1.5 Mmax M Hình 1.5 Đặc tính động đồng Khi mô men vợt trị số Mmax tốc độ động sÏ mÊt ®ång bé Trong hƯ trun ®éng dïng ®éng đồng ngời ta sử dụng đặc tính góc:M = f() Đặc tính góc biểu diễn mối quan hệ mô men động với góc lệch véc tơ điện áp pha lới điện véc tơ sức điện động cảm ứng dây quấn stator từ trờng chiều sinh Từ phơng trình (1.1) nÕu bá qua ®iƯn trë R cđa stator ta có đồ thị véc tơ nh hình 1.6 Từ đồ thị véc tơ (hình 1.6) ta có: U.cos = E cos(ϕ - θ ) (1.3) mµ 23 cos(ϕ - θ ) = U sin I.X Phần Véc tơ không gian - Mô tả toán học động đồng bé nam ch©m vÜnh cưu U j IX E θ I Hình 1.6 Đồ thị véc tơ mạch stator động đồng Thay vào phơng trình ta đợc: Ucos = E U.sin I.X UI cos = EU sin X (1.4) Vì UI cos công suất pha động nên công suất pha động là: P=3 EU sin X (1.5) Mô men động là: M= P = 3EU sin 1X (1.6) Đây phơng trình đặc tính góc động đồng (hình 1.7) Trên đờng đặc tính góc ta thấy, = /2 mô men đạt cực đại: Mmăx = EU X (1.7) Mô men Mmăx đặc trng cho khả tải động Khi tải tăng, góc lệch tăng, > /2 mô men lại giảm Động đồng thờng làm việc 24 Phần Véc tơ không gian - Mô tả toán học động đồng nam châm vĩnh cửu định mức với đm = 200 ữ 300 Hệ số tải mô men: M = M max = ÷ 2,5 M dm M (1.8) M M1 3/2 /2 M2 Hình 1.7 Đặc tính góc động đồng Quá trình phân tích với động đồng cực ẩn Với động đồng cực lồi phân bố khe hở không khí rotor stator không nên máy xuất mô men phản kháng phụ, theo TL [2], [8] phơng trình đặc tính gãc cã d¹ng sau: 3UE 3U ⎛⎜ 1 ⎞⎟ − sin θ + sin 2θ M= ω X d 2ω ⎜⎝ X q X d ⎟⎠ (1.9) Víi Xd, Xq điện kháng dọc trục ngang trục §−êng cong biĨu diƠn M sÏ lµ tỉng cđa hai thành phần: M1 = 3UE sin X d (1.10) 3U ⎛⎜ 1 ⎞⎟ sin 2θ − M2 = 2ω ⎜⎝ X q X d ⎟⎠ (1.11) Trên đồ thị đặc tính góc biểu diễn M1, M2 đờng nét đứt Đối với máy cực ẩn Xd = Xq nên M2 = M = M1 Nh−ng th−êng M2 rÊt nhá nªn cã thĨ bá qua Khi đăc tính góc động cực lồi cực ẩn nh 25 Phần Véc tơ không gian - Mô tả toán học động đồng nam châm vĩnh cửu 1.5 Điều chỉnh tốc độ động đồng 1.5.1 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động đồng Theo TL [2], [7] tốc độ quay ĐCĐB đợc tính biểu thøc: ωs = Trong ®ã: 2πf s p (1.12) fs tần số nguồn cung cấp p số đôi cực từ động Từ công thức (1.12) ta thấy điều chỉnh tần số nguồn cung cấp ®iỊu chØnh ®−ỵc tèc ®é quay cđa ®éng Do vËy cÊu tróc cđa hƯ trun ®éng ®iỊu chØnh tèc độ ĐCĐB có biến đổi tần số (gọi tắt biến tần) * Bộ biến tần thiết bị điện tử dùng để biến đổi lợng điện xoay chiều từ tần số sang tần số khác, đợc chia làm hai loại: - Bộ biến tần trực tiếp biến tần dùng ®Ĩ biÕn ®ỉi trùc tiÕp ®iƯn ¸p xoay chiỊu U1 có tần số f1 thành điện áp xoay chiều U2 có tần số f2 cung cấp cho tải mà không cần qua khâu trung gian Vì biến tần có hiệu suất biến đổi điện cao Tuy nhiên thực tế sơ đồ mạch van phức tạp, nên có loại điều chỉnh tần số thấp tần số nguồn cung cấp (f2