Đề tài điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôtô dây quấn bằng phương pháp điện trở xung ở mạch rôtô

Giáo viên hướng dẫn: Sơn Nguyễn Trung LỜI NÓI ĐẦU 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 công nghiệp, dải công suất động rộngt vài trăm W đến hàng ngàn kW Tuy nhiên hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động khơng đồng lại có tỷ lệ nhỏ so với động chiều Đó điều chỉnh tốc độ động khơng đồng gặp nhiều khó khăn dải điều chỉnh hẹp Nhưng với đời phát triển nhanh dụng cụ bán dẫn công suất như: Diốt, Triắc tranzitor cơng suất, Thiristor có cực khố… Thì hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động không đồng khai thác mạnh Xuất phát từ vấn đề nêu khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, đồ án nghiên cứu: "ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTÔ DÂY QUẤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN TRỞ XUNG Ở MẠCH RÔTO" Nội dung đồ án gồm chương CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN CẢM BIẾN ĐỂ XÂY DỰNG HỆ KÍN ĐẶC TÍNH CƠ Em xin chân thành cảm ơn thầy "NGUYỄN TRUNG SƠN" hướng dẫn tận tình cho em q trình làm đồ án vừa qua Đến hơm em hồn thành đồ án Nhưng khả thời gian có hạn nên chắn cịn sai sót định Em xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc thầy giáo môn thiết bị điện - điện tử trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hướng dẫn: Sơn Nguyễn Trung giảng dạy giúp đỡ tạo điều kiện suốt trình học tập rèn luyện em để đến hơm em hồn thành nhiệm vụ học tập Sinh viên Trần Minh Tiếu Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hướng dẫn: Sơn Nguyễn Trung CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐCKĐB PHA I GIỚI THIỆU ĐCKĐB VÀ KẾT CẤU: Động không đồng ba pha sử dụng rộng rải công nghiệp từ công suất nhỏ đến cơng suất trung bình chiếm tỷ lệ lớn so với Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hướng dẫn: Sơn Nguyễn Trung động khác Sở dĩ động KĐB có kết cấu đơn giản, dể chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều fa Tuy nhiên trước hệ truyền động khơng đồng có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ nhỏ, việc điều chỉnh tốc độ động KĐB có khó khăn động chiều Trong thời gian gần đây, phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất kỹ thuật điện tử tin học, động KĐB khai thác ưu điểm Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu với hệ truyền động tiristo, động chiều II ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KĐB ROTO DÂY QUẤN: • Để thành lập đặc tính cơ,ta cần đưa số giả thiết sau: - pha động đối xứng - Các thông số mạch không thay đổi, nghĩa không phụ thuộc nhiệt độ, điện trở mạch roto không phụ thuộc vào tần số dịng điện nó, mạch từ khơng bảo hồ, điện kháng dây stato X1 roto X2 không thay đổi - Tổng dẫn mạch dịng từ hố khơng thay đổi, dịng điện từ hố IM khơng phụ thuộc vào phụ tải mà phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato động - Bỏ qua tổn thất ma sát - Điện áp lưới hoàn toàn hình sin đối xứng Như ta có sơ đồ thay pha động X1 I1 r1 I2’ Xμ Uf Iμ X’2 r2' S R 'f rμ S [Hình 1.1] Sơ đồ thay pha động KĐB roto dây Trong đó: XM, X1,X2’ điện kháng mạch từ hố, Stato Rơto qui đổi Stato (Ω) Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hướng dẫn: Sơn Nguyễn Trung rM, r1, r’2: điện trở tác dụng mạch từ hố cuộn dây stato, rơto qui đổi stato (Ω) R’f điện trở phụ (nếu có) mắc thêm vào pha rôto qui đổi stato (Ω) Uf trị số hiệu dụng điện áp pha stato (V) IM,I1,I2 Dịng điện từ hố , stato, rôto qui đổi stato (A) S độ trượt động S = ( ω 0- ω )/ ω (1.1) Với ω vận tốc góc từ trường quay, gọi tốc độ đồng (rad) ω0 = 2πf p (1.2) f: tần số điện áp nguồn đặc vào stato (Hz) P: số đôi cực động ω : tốc độ góc rơto (rad/s) Từ phương trình 1.1 phương trình 1.2 suy ra: ω = ω 0(1-s) = 2πf (1-s) p (1.3) ' Mặt khác, từ sơ đồ thay ( hình 1.1) ta có, trị số hiệu dụng dịng điện roto qui đổi stato I’2 = Uf ( r1 + r2 ) + ( X1 + X ' ) (1.4) Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto P12 = Mdt ω Với Mdt : mô men điện từ động Nếu bỏ qua tổn thất Mdt = Mcơ = M Cơng suất chia hai thành phần : công suất đưa trục động Pcơ công suất tổn hao đồng rôto ΔP2 nghĩa : P12 = Pcơ+ΔP2 Hay M ω = M ω + ΔP2 Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hướng dẫn: Sơn Nguyễn Trung Do ΔP2 = M( ω 0- ω ) = M ω 0.S 3I2’2R2 Mặt khác ΔP2 = Nên 3I2’2R2/ ω 0.S M= (1.5) Thay phương trình (1.5) vào phương trình (1.4) ta phương trình đặc tính của động 3.U f R '/ S M = πf ⎡⎣(r1 + r2 / S)2 + (X1 + X ')2 ⎤⎦ P (1.6) Vẽ quan hệ phương trình (1.6) lên trục toạ độ ta đặc tính động cần tìm ω ω (R = 0) f R ≠0 M [Hình 1.2] Đặc tính động KĐB roto dây quấn Hai phương trình đặc tính cịn viết dạng khác: M = 2M max (1 + a.S max ) S S + max + 2aS max S max S (1.7) Trong : Smax hệ số trượt tương ứng với mômen max Smax = r2 ' r1 + X nm Sinh viên: Trần Minh Tiếu (1.8) Trang Giáo viên hướng dẫn: Sơn Nguyễn Trung Mnm : mơmen ngắn mạch hay cịn gọi mômen mở máy Mmax = a = 3U f 2ω (r1 + r1 + X nm ) 2 (1.9) r1 r2 Đối với động có r1 nhỏ phương trình : M = 2M max (1 + a.S max ) S S + max S max S Với Smax = r2’/Xnm (1.10) ; Mmax = 3Uf2/2 ω 0.Xnm III CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB : Từ phương trình (1.3) ta thấy tốc độ động KĐB phụ thuộc vào tần số lưới điện f1, số đôi cực P hệ số trượt S động Như để điều chỉnh tốc độ động KĐB ta điều chỉnh thông số Sau ta lần lược giới thiệu phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB: Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi tần số: - Sơ đồ nguyên lý: Rcd Ui BBT fi Ub fb const Đ Var [Hình1.3] sơ đồ nguyên lý hệ ĐCTĐ ĐCKĐB cách thay đổi tần số - Tần số nguồn điện cung cấp cho động KĐB định giá trị tốc độ từ trường quay tốc độ không tải lý tưởng Ta có: n0 = 60f1/P Sinh viên: Trần Minh Tiếu hay ω = 2πf P Trang Giáo viên hướng dẫn: Sơn Nguyễn Trung - Do cách thay đổi tần số nguồn cấp cho phần cảm ta điều chỉnh tốc độ động Để thực phương án người ta dùng biến tần để cung cấp cho động - Khi thay đổi tần số trở kháng động có thay đổi, kéo theo dịng điện từ thơng thay đổi Cụ thể , giảm tần nguồn cảm kháng giảm (X1 = 2πf ) dòng điện tăng lên Muốn động khơng bị q dịng cần giảm điện áp theo giảm tần số - Người ta chứng minh thay đổi tần số, đồng thời chỉnh điện áp cấp cho phần cảm cho hệ số tải λM = M th Mc giữ không đổi động làm việc chế độ tối ưu làm việc với thông số định mức M th Mc λM = Trong : Mth = = Conts 3U 12ph 2ω ( R1 + R1 + X nm Nếu điện trở phần cảm nhỏ ( R1≈ 0) lưu ý ω = 2πf P Xnm = X1+X2’ viết Mth = 3U 12ph P 4πf1 ( X + X 2' ) Vì X1 X2’ tỷ lệ với tần số f1 nên viết : Mth = A 3U 12ph f Với A số phụ thuộc P, L1, L2 Từ : λM = A 3U 12ph f12 M c = A 3U 12dm f1dm M cdm (1.11) Mômen cấu sản suất coi Mco≈0 , biểu thức : Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang Giáo viên hướng dẫn: Sơn Nguyễn Trung K ⎡ ω ⎤ Mc = Mco+(Mcdm-Mco) ⎢ ⎥ (1.12) ⎣ω dm ⎦ Trong : Mc mơmen cản cấu sản suất tốc độ ω Mco = mômen cản cấu sản suất ω = Mcdm mômen cản cấu sản suất ω = ωdm K số mũ đặc trưng cho phụ tải (K = 0, ± 1,2) Viết lại: ⎡ ω ⎤ Mc = Mcđm ⎢ ⎥ ⎣ω dm ⎦ K K ⎡ f ⎤ = Mcđm ⎢ ⎥ ⎣ f1dm ⎦ (1.13) Thay biểu thức (1.13) vào biểu thức (1.11) ta được: ⎡ U ph ⎤ ⎥ ⎢ ⎣U 1dm ⎦ U ph Hay f K 1+ 2 = ⎡ f ⎤ =⎢ ⎥ ⎣ f 1dm ⎦ U 1dm f K 1dm 1+ K +2 (1.14) = const (1.15) Như đặc tính động KĐB điều chỉnh tần số phụ thuộc vào giá trị tần số f1 mà phụ thuộc vào qui luật biến đổi điện áp, nghĩa cịn phụ thuộc vào đặc tính phụ tải Ta có đặc tính sau: ω ω f1’’’ f3>f2>f1 d1’’ f1’ f1đm f11 ω0 Mc f3 f2 f1 f12 f13 Mc a.(k = 0) Sinh viên: Trần Minh Tiếu Mmax M M b.(k = 1) Trang Giáo viên hướng dẫn: Sơn Nguyễn Trung ω ω f3>f2>f1 f3>f2>f1 Mc f2 f1 f3 Mc Mth3 Mth2 Mth1 M c.(k = 2) f3 M d.(k = -1) [Hình 1.4] Đặc tính có thay đổi tần số sử dụng quy luật thay đổi điện áp gần với loại phụ tải khác Nhận xét : Phương pháp thích hợp loại tải nào, ứng với loại tải định có qui luật thay đổi U định phương pháp thích hợp cho f điều chỉnh động lồng sóc, điều chỉnh phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ cách liên tục phạm vi rộng Nhược điểm lớn phương pháp giá thành cao Điều chỉnh tốc độ động KĐB phương pháp thay đổi số đôi cực: • Sơ đồ nguyên lý : Phương pháp thay đổi số đôi cực thường dùng nhiều cho động hai cấp Tốc độ, có hai cách đấu sau: Sinh viên: Trần Minh Tiếu Trang 10 ... CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB : Từ phương trình (1.3) ta thấy tốc độ động KĐB phụ thuộc vào tần số lưới điện f1, số đôi cực P hệ số trượt S động Như để điều chỉnh tốc độ động. .. chỉnh phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ cách liên tục phạm vi rộng Nhược điểm lớn phương pháp giá thành cao Điều chỉnh tốc độ động KĐB phương pháp thay đổi số đơi cực: • Sơ đồ ngun lý : Phương. .. động Như để điều chỉnh tốc độ động KĐB ta điều chỉnh thông số Sau ta lần lược giới thiệu phương pháp điều chỉnh tốc độ động KĐB: Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi tần số: - Sơ đồ nguyên