Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng biến tấn phần 2

Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng biến tấn

Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộLồng sốc và dây quấn:

- Điều khiển điện áp stator - Điều khiển tần số

Động cơ ko đồng bộ roto dây quấn:- Điều khiển điện trở roto- Điều khiển công suất trượt roto

Điều khiển điện trở phụ roto

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto có các ưu – khuyết điểm sau:

*Ưu điểm:

- Có tốc độ phân cấp.

- Tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ cơ bản.- Tự động hóa trong điều chỉnh được dể dàng.- Hạn chế được dòng mở máy.

- Làm tăng khả năng mở máy của động cơ khi đưa điện trở phụ vào mạch roto- Các thao tác điều chỉnh đơn giản.

- Giá thành chi phí vận hành, sữa chữa thấp.*Nhược điểm:

-Tốc độ ổn định kém-Tổn thất năng lượng lớn.

Ứng Dụng:

Đây là phương pháp được sử dụng rộng rải, mặc dù không được kinh tế lắm Thường được dùng đối với các hệ thống làm việc ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại và dùng trong các hệ thống với yêu cầu tốc độ không cao như cầu trục, cơ cấu nâng, cần trục, thang máy và máy xúc …

Thực ra điều chỉnh điện trở rotor của động cơ chỉ được sử dụng để khởi động Chứ đang vận hành thì điều khiển cách này có rất nhiều hạn chế.

Có hai hạn chế cơ bản nhất khi điều khiển bằng điện trở rotor:

- Làm mềm đặc tính cơ của động cơ Khi thêm điện trở phụ vào mạch rotor, thì điểm tốc độ không tải lý tưởng (tốc độ cơ bản) của động cơ trên trục tung giữ nguyên nhưng dòng điện ngắn mạch (moment mở máy) trên trục hoành sẽ nhỏ đi khiến cho đặc tính cơ trở nên mềm hơn Về cơ bản, khi điều khiển động cơ, ta muốn đặc tính cơ càng cứng càng tốt nên điều này là một hạn chế.

- Gây tổn thất rất lớn Dòng điện rotor làm nóng các điện trở phụ thêm vào, đây là tổn thất không mong muốn Nhìn trên quan điểm năng lượng, điều khiển bằng điện trở rotor chính là điều khiển tổn thất Tổng công suất cấp cho động cơ không đổi, ta thêm điện trở rotor vào để làm tăng tổn hao trên nó, dẫn đến công suất có ích đưa ra trục động cơ giảm dẫn đến tốc độ giảm Như vậy là ta điều khiển bằng cách vứt bớt năng lượng đi, rõ ràng là một cách ném tiền qua cửa sổ.

Điều khiển bằng phương pháp điện trở rotor dùng các relay điện từ có hạn chế nữa là sẽ phải điều khiển hữu cấp, tức là tốc độ thay đổi theo từng nấc cố định Điều này không tốt, trong điều khiển, mục tiêu là điều khiển vô cấp

Tuy nhiên, phương pháp điện trở rotor cũng có thể điều khiển vô cấp theo phương pháp xung điện trở, tức là dùng một khoá bán dẫn đóng điện trở vào mạch rotor điều khiển bằng xung PWM Tuy nhiên, nó vẫn có 2 hạn chế cơ bản nêu trên.

Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với động cơ khác Sở dĩ như vậy là do động cơ KĐB có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha Tuy nhiên, trước đây các hệ truyền động động cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, đó là việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB có khó khăn hơn động cơ một chiều Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và

kỹ thuật điện tử tin học, động cơ KĐB mới được khai thác các ưu điểm của mình Nó trở thành hệ chuyển động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động tiristo - động cơ một chiều

Khác với động cơ một chiều, động cơ KĐB được cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt Từ thông động cơ cũng như mômen động cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh Trong định hướng xây dựng hệ truyền động điện động cơ KĐB, người ta có xu hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnh của truyền động động cơ một chiều.

Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB.a Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi tiristo

b Điều chỉnh điện trở rôto bằng bộ biến đổi xung tiristo c Điều chỉnh công suất trượt Ps

d Điều chỉnh tần số nguồn cugn cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số tiristo hay tranzito

5-2: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTO

Như đã phân tích ở phần đặc tính cơ KĐB, có thể điều chỉnh được tốc độ KĐB bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto, trong mục này khảo sát việc thực hiện điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng các van bán dẫn, ưu thế của phương pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh Điện trở trong mạch rôto động cơ không đồng bộ:

Rr = Rrd +Rf

Trong đó: Rrd: điện trở dây cuốn rôto.

Rf: điện trở ngoài mắc thêm vào mạch rôto.

Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn thì tỷ lệ bậc nhất với điện trở Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của KĐB, tức là đoạn có độ trượt từ s = 0 đến s = sth, là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết.

, M = const (5-10)Trong đó: s - độ trượt khi điện trở mạch rôto là R.

Si - độ trượt khi điện trở mạch rôto là Rrd.

Hình 5-8: Điều chỉnh xung trở roto

a) Sơ đồ nguyên lý; b)Phương pháp điều chinht; c,d) Các đặc tính

Hoạt động của khoá bán dẫn tương tự như trong mạch điều chỉnh xung áp một chiều Khi khoá T1 đóng, điện trở R0 bị loại ra khỏi mạch, dòng điện rôto tăng lên, khi khoá T1 ngắt điện trở R0 lại được đưa vào mạch, dòng điện rôto giảm Với tần số đóng ngắt nhất định, nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi như không đổi và ta có một giá

trị điện trở tương đương Re trong mạch Thời gia ngắt tn = T – td (xem H5-8b), nếu điều chỉnh trơn tỷ số giữa thời gian đóng td và thời gian ngắt tn ta điều chỉnh trơn được giá trị điện trở trong mạch rôto.

(5-12)

Điện trở tương đương Re trong mạch một chiều được tính đổi về mạch xoay chiều ba pha ở rôto theo quy tắc bảo toàn công suất Tổn hao trong mạch rôto nối theo sơ đồ H.5-8a là

(5-13)Và tổn hao khi mạch rôto nối theo sơ đồ H.5-1a là:

Để mở rộng phạm vi điều chỉnh mômen (H.5-8d) có thể mắc nối tiếp với điện trở Ro một tụ điện dung đủ lớn Việc xây dựng các mạch phản hồi điều chỉnh tốc độ và dòng điện rôto được tiến hành tương tự như hệ điều chỉnh điện áp.

Hai yêu cầu cơ bản khi khởi động động cơ không đồng bộ là:- Mômen mở máy (Mmm) phải đủ lớn

- Dòng mở máy (Imm) nhỏ.

Khi ghép thêm điện trở vào mạch rôto để mở máy thì vừa giảm được dòng điện mở máy, vừa tăng được

mômen mở máy Nếu tính toán điện trở thích hợp:(r2' + Rp') = (x1 + x2'), thì có thể đạt được mômen mở máy Mmm bằng mômen cực đại Mmax.

Nếu đưa điện kháng vào mạch rôto để mở máy thì mặc dù giảm được Imm nhưng Mmm mở máy lại giảm, không đáp ứng được yêu cầu Mặt khác, khi dùng điện trở giá thành không đáng kể so với giá thành của động cơ, còn nếu dùng cuộn kháng thì kích thước, trọng lượng và giá thành của nó có thể so sánh được với giá thành của động cơ Trong thực tế người ta không ghép điện kháng vào mạch rôto để chỉ với mục đích hạn chế dòng khởi động của động cơ.