3.1 Nghiên cứu một số phương pháp điều khiển tời trục hiện nay
3.1.2 Phương pháp điều khiển động cơ roto lồng sóc
Hiện nay, để điều khiển cho động cơ tời tại mỏ than Mạo Khê đang sử dụng biến tần gián tiếp dùng chỉnh lưu điều khiển.
Về cơ bản cấu trúc chung của hệ biến tần có ba khâu chính: Chỉnh lưu, lọc và nghịch lưu như hình 3.2.
Hình 3.2Sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ biến tần
- Chỉnh lưu:Điện áp xoay chiều lưới điện (U1, f1) được biến đổi thành điện áp một chiều có điều chỉnh nhờ chỉnh lưu điều khiển Thyristor,
- Lọc: Có thể là bộ lọc điện dung hoặc điện cảm phụ thuộc vào
dạng nghịch lưu yêu cầu.
- Nghịch lưu: khối nghịch lưu có thể sử dụng các Thyristor hoặc
transistor để nghịch lưu điện áp một chiều, thành điện áp xoay chiều (U2, f2) có điện áp và tần số biến đổi.
Nguyên lý làm việc:
Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều bằng phẳng,công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Do đó, hệ số cơng suất cosφ của hệ biến tần có giá trị khơng
phụ thuộc vào tải, điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng, được thực hiện thông qua hệ IGBT.
Cơ sở lý thuyết điều khiển biến tần dựa vào biểu thức:
trong đó:s- Hệ số trượt; f1- Tần số của lưới điện;ω- Tốc độ góc của động cơ; ω0- Tốc độ góc của từ trường quay; P- Số đơi cực từ
Từ biểu thức tính tốc độ góc của động cơ nhận thấy, khi thay đổi tần số của điện áp cấp vào sẽ thay đổi tốc độ động cơ.
Xét ảnh hưởngcủa tần số đến đặc tínhcơ của động cơ không đồng bộ, nếu bỏ qua tổn hao điện áp (ΔU1=0) thì lúc đó: U1≈E1≈k.Ф.f1. Do đó khi thay đổi tần số f1 mà vẫn giữ nguyên giá trị điện áp U1 thì từ thơng Ф của động cơ sẽ thay đổi:
- Nếu f1 giảm so với định mức thì từ thơng Ф phải tăng lên, dẫn tới mạch từ bị bão hòa, các chỉ tiêu năng lượng của động cơ bị xấu đi và động cơ có thể nóng quá mức.
- Nếu f1 tăng hơn so với định mức thì từ thơng Ф sẽ bị giảm xuống, lúc đó mạch từ khơng bão hịa, dịng I2 có thể tăng lên nếu moomen của động cơ không đổi, do vậy trường hợp này cuộn dây bị nóng, cịn lõi thép bị non tải làm cho khả năng quá tải của động cơ bị giảm xuống.
Như vậy, để động cơ hoạt động tốt nhất khi thay đổi tần số f1 phải làm cho từ thông của động cơ không thay đổi và bằng từ thông định mức của động cơ. Muốn đạt được điều đó, khi điều chỉnh f1 cần phải thay đổi cả U1 theo luật điều khiển.
Luật điều khiển biến thiên của U1 theo tần số thường được dựa trên điều kiện đảm bảo khả năng quá tải của động cơ không đồng bộ không thay đổi:
Khi bỏ qua tổn hao điện áp thì:
trong đó:
U1- Điện áp đặt trên Stato Xnm- Điện kháng ngắn mạch Mặt khác lại có:
Thay vào cơng thức tính Mthta có:
Với:
Từ đó nhận thấy, nếu bỏ qua ΔU1 thì mơ men tới hạn tỷ lệ thuận với bình phương điện áp U1 và tỷ lệ nghịch với bình phương tần số dịng stato f1. Ứng với tần số f1i, động cơ sẽ quay với tốc độ ωi tương ứng với hệ số quá tải là: trong đó:
U1i-Điện áp pha ứng với tần số f1i Mc(ωi)-Mô men cản ứng với tốc độ ωi
Ứng với trạng thái định mức f1=f1đm thì hệ số quá tải:
Để giữ hệ số quá tải của động cơ khơng đổi khi thay đổi f1 thì: Hay:
Từ đây tìm được quy luật biến đổi của điện áp theo tần số:
√
trong đó:
U1,Mc-Giá trị điện áp và mơ men ứng với tần số f1 đã được điều chỉnh. U1đm, Mcđm- Giá trị điện áp và mô men ứng với tần số fđm của lưới điện và động cơ.
Do đó, tìm được luật điều khiển biến tần cho các động cơ khơng đồng bộ roto lồng sóc, việc điều khiển tốc độ động cơ rất dễ dàng.