Thiết kế Hệ Thống Điều Khiển Tự Động Cho Hệ Truyền Động Động Cơ Xoay Chiều Không Đồng Bộ Ba Pha

Phần quay (roto)

Dây quấn 3 pha của rôto thường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Trong mỗi rảnh của lıi sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lıi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc.

Khe hở không khí

Đặc điểm là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Nhược điểm so với động cơ rotor lòng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt, dễ cháy nổ.

Ứng dụng

So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp rất nhiều khó khăn bởi vì các thông số của máy điện xoay chiều là các thông số biến đổi theo thời gian, cũng như bản chất phức tạp về mặt cấu trêc máy của động cơ điện xoay chiều so với máy điện một chiều. Cho nên việc tách riêng điều khiển giữa moment và từ thông để có thể điều khiển độc lập đòi hỏi một hệ thống có thể tính toán cực nhanh và chính xác trong việc qui đổi các giá trị xoay chiều về các biến đơn giản.

Khả năng dùng động cơ xoay chiều thay thế máy điện một chiều

Vì vậy, cho đến gần đây, phần lớn động cơ xoay chiều làm việc với các ứng dụng có tốc độ không đổi do các phương pháp điều khiển trước đây dùng cho máy điện thường đắt và có hiệu suất kém. Trong khi đó, các ứng dụng thực tế của lý thuyết điều khiển vector đã được thực hiện từ những năm 70 với các mạch điều khiển liên tục. Nhưng các mạch liên tục không thể đáp ứng được sự đòi hỏi phải chuyển đổi tức thời của hệ quy chiếu quay do điều này đòi hỏi một khối lượng tính toán trong một thời gian ngắn.

Khả năng tối ưu trong điều khiển quá độ của điều khiển vector là nền móng cho sự phát triển rộng rãi của các hệ truyền động xoay chiều (vì giá thành của động cơ xoay chiều rất rẻ hơn so với động cơ một chiều). Ngoài những phát triển trong điều khiển vector, một sự phát triển đáng chú ý khác chính là việc ứng dụng mạng neural (neural networks) và logic mờ (fuzzy logic) vào điều khiển vector đang là những đề tài nghiên cứu mới trong nghiên cứu hệ truyền động. Với sự phát triển mạnh của các bộ biến đổi điện tử công suất, một lý thuyết điều khiển máy điện xoay chiều khác hẳn với điều khiển vector đã ra đời.

Lý thuyết điều khiển trực tiếp moment lực (Direct Torque Control hay viết tắt là DTC) do giáo sư Noguchi Takahashi đưa ra vào cuối năm 80.

ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

• Các hệ thống truyền động điện dùng động cơ xoay chiều .1 Giới thiệu chung
• Sơ lược về các bộ biến tần dùng dụng cụ bán dẫn công suất .1 Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều)
• Điều khiển hệ biến tần – động cơ không đồng bộ (BT – ĐCKĐB)

- Hệ thống điều tốc kiểu tái sinh: một bộ phận của công suất trượt bị tiêu hao đi, phần lớn còn lại nhờ có thiết bị chỉnh lưu - nghịch lưu được trả về lưới điện xoay chiều hoặc chuyển hoá thành dạng cơ năng để dùng vào việc có ích khác, khi tốc độ quay càng thấp công suất thu hồi cũng càng nhiều, phương pháp điều tốc thứ (4) đã kể trên là thuộc loại này. - Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng, có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau: các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc (máy dệt, băng tải, băng chuyền, …); các thiết bị yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy ly tâm, máy mài, …); các thiết bị yêu cầu chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ cao (máy cắt gọt kim loại, máy gia công chính xác..). Muốn nhận được điện áp đầu ra có dạng gần hình sin hơn cần phải liên tục thay đổi góc điều khiển các van của mỗi sơ đồ chỉnh lưu trong thời gian làm việc của nó (mỗi nửa chu kỳ điện áp ra); chẳng hạn ở nửa chu kỳ làm việc của sơ đồ thuận, thực hiện thay đổi góc điều khiển  từ /2 (ứng với điện áp trung bình bằng không) giảm dần tới 0 (ứng với điện áp trung bình là cực đại), sau đó lại tăng dần  từ 0 lên tới /2 thì điện áp trung bình đầu ra của sơ đồ chỉnh lưu lại từ giá trị cực đại giảm về 0, tức là làm cho góc  thay đổi trong phạm vi -/2  0  /2, để điện áp biến đổi theo quy luật gần hình sin, như trên hình 2.3.

Ngoài ra, từ hình 1.3 có thể thấy, khi điện áp đổi chiều đồ thị hình sin của điện áp nguồn cũng có thể biến đổi theo rất nhanh chóng, vì vậy tần số đầu ra lớn nhất cũng không vượt quá 1/3 ÷ 1/2 tần số lưới điện (tuỳ theo số pha chỉnh lưu), nếu không, đồ thị đầu ra sẽ thay đổi rất lớn, sẽ ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của hệ thống điều tốc biến tần. Do số lượng linh kiện tăng lên nhiều, tần số đầu ra giảm xuống, phạm vi thay đổi tần số đầu ra của bộ biến tần hẹp (vì cũng bị giới hạn cả tần số thấp nhất) nên hệ điều tốc này ít được dùng, chỉ trong một số lĩnh vực công suất lớn và cần tốc độ làm việc thấp, chẳng hạn như máy cán thép, máy nghiền bi, lò xi măng, những loại máy này khi dùng động cơ tốc độ thấp được cấp điện bởi biến tần. Bộ biến tần trực tiếp tuy có một số nhược điểm là số lượng phần tử nhiều, phạm vi thay đổi tần số không rộng, chất lượng điện áp ra thấp, nhưng có ưu điểm là hiệu suất cao hơn so với các bộ biến tần gián tiếp, điều này đặc biệt có ý nghĩa khi công suất hệ thống điều tốc cực lớn (các hệ thống dùng động cơ công suất đến 16.000 kW).

Cấu trúc của bộ biến tần loại này đơn giản, dễ điều khiển nhưng do khâu biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều (đầu vào) sử dụng chỉnh lưu điều khiển tiristor nên khi điện áp ra thấp thì hệ số công suất giảm thấp; khâu biến đổi điện áp hoặc dòng điện một chiều thành xoay chiều (đầu ra) thường dùng nghịch áp 3 pha bằng tiristor nên sóng hài bậc cao trong điện áp xoay chiều đầu ra thường có biên độ khá lớn. Khối nghịch lưu chỉ có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành xoay chiều với tần số điều chỉnh được mà không có khả năng điều chỉnh điện áp ra của nghịch lưu nên giữa khối chỉnh lưu và nghịch lưu bố trí thêm bộ biến đổi xung điện áp một chiều để điều chỉnh giá trị điện áp một chiều cấp cho nghịch lưu nhằm thực hiện nhiệm vụ điều chỉnh giá trị hiệu dụng điện áp xoay chiều đầu ra nghịch lưu U2. Như trên đã trình bày, trong hệ thống điều tốc biến tần áp dụng phương pháp điều chỉnh tỷ số điện áp - tần số không đổi, khi sử dụng biến tần gián tiếp dùng tiristor thì việc điều chỉnh điện áp và tần số được thực hiện riêng ở hai khâu: điều chỉnh tần số ở khâu nghịch lưu, còn điều chỉnh điện áp thực hiện ở khâu chỉnh lưu, điều này đã kéo theo một loạt vấn đề.

KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG TỰ ĐỘNG 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Tính toán chọn mạch chỉnh lực

Nên không cần tụ C0 và dòng do điện cảm tải pha này sẽ không trả về nguồn mà chạy qua pha khác (quẩn trong hệ ba pha tải). Ta thấy rằng việc chọn tụ điện C có điện dung lớn khó khăn hơn rất nhiều việc chọn một cuộn cảm L có giá trị lớn. + Biến áp xung: Các mạch phát ra tính hiệu để điều khiển mạch công suất dùng bán dẫn phải được cách ly về điện.

Với nhiều cuộn dây phía thứ cấp, ta có thể kích đóng nhiều transistor mắc nối tiếp hoặc song song. Trong trường hợp xung điều khiển có cạnh tác động kéo dài hoặc tần số thấp, biến áp xung sớm đạt trạng thỏi bóo hũa và ngừ ra của nú khụng phự hợp yờu cầu điều khiển. + Opto: Gồm nguồn phát tia hồng ngoại dùng diode (IR - LED) và mạch thu dùng phototransistor.

Do đú thừa món yờu cầu cỏch ly về điện, đồng thời đỏp ứng của opto tốt hơn máy biến áp xung. Yêu cầu đặt ra đối với opto là phải chịu được tần số đúng ngắt khỏ cao (>5KHz) mà điện ỏp xung ngừ ra ko bị mộo dạng. Trong đú, HCPL-2630 là optocouplers của hãng fairchild có tần số đóng ngắt lên thỏa mãn yêu cầu trên.