2. Phương phỏp điều khiển tốc độ động cơ điện
2.3.1. Phương trỡnh đặc tớnh cơ của động cơ khụng đồng bộ
Mụmen quay của động cơ khụng đồng bộ chớnh là mụmen quay và được tớnh theo cụng thức:
Trong đú: Pđt: là cụng suất điện từ P Pđt = 3I’2 2. ω1: tần số gúc của từ trường quay ω1 = ω: tần số gúc của dũng điện Stato ω = 2πf P: là số đổi cực của Stato.
Kết quả ta được: M =
Nếu thay S = ta sẽ cú quan hệ n = f(M) Đú là đặc tớnh cơ của động cơ khụng đồng bộ. M Mmở | | | | 0,2 0,4 0,6 0,8 1 n n1 M Mmở máy 0 M max Sth Sth S
Hỡnh 3-11: Đặc tớnh M = f ( S ) Hỡnh 3-12: Đặc tớnh n = f ( M ) Hình 3-12: Đặc tính n = f ( M )
Sth = Mmax =
n = n1(1 - 3) = [vũng/phỳt]
2-3-2.Cỏc phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ.
Từ phương trỡnh đặc tớnh cơ của động cơ khụng đồng bộ ta nhận thấy rằng việc điều chỉnh chủ yếu cú thể thực hiện
a)Trờn Stato: thay đổi điện ỏp đưa vào dõy quấn Stato
thay đổi số đụi cực dõy quấn Stato
thay đổi tần số nguồn điện cấp cho Stato thay đổi tần số nguồn điện cấp cho Stato
b)Trờn Rụto: thay đổi điện trở rụto hoặc nối cấp bằng cỏch nối nối
tiếp trờn mạch rụto bằng mỏy điện phụ
2-3-2-1.Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi số đụi cực
Biểu thức tốc độ động cơ n1 =
n1 = gọi là tốc độ đồng bộ hay tốc độ từ trường quay từ đấy ta thấy khi tần số f khụng đổi thỡ tốc độ tỷ lệ nghịch với P ( số đụi cực của dõy quấn Stato ) vậy thay đổi P sẽ làm cho n1 thay đổi.
Dõy quấn Stato cú thể tạo thành bao nhiờu số đụi cựckhỏc nhau thỡ sẽ cú bấy nhiờu cấp tốc độ khỏc nhau. Cú nhiều cỏch để thay đổi số đụi cực của dõy quấn Stato.
a) Đổi nối bộ dõy để cú số đụi cực khỏc nhau phương phỏp này dựng trong động cơ 2 tốc độ theo tỷ lệ 2 ữ 1.
b) Trờn rónh của Stato đặt 2 bộ dõy quấn độc lập cú số đụi cực khỏc nhau để tạo ra hai tốc độ theo tỷ lệ 4 ữ3 hay 6 ữ 5.
c) Trờn rónh của Stato đặt 2 bộ dõy và kết hợp phương phỏp đổi nối để tạo ra số đụi cực nhiều hơn cú thể đạt tới cấp 4.
Sơ đồ nguyờn lý Đường đặc tớnh khi thay đổi số đụi cực Đờng đặc tính khi thay đổi số đôi cực 2-3-2-2.Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi tần số
Xuất phỏt từ phương trỡnh: n = n1(1-S) = Y (P 2 = 2P 1) YY (P 1) M n2 n1 n
Khi P khụng đổi và hệ số trượt S thay đổi ít thỡ n tỷ lệ với f1. Phương phỏp thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ là phương phỏp điều chỉnh bằng phẳng. Động cơ điện cú thể quay với tốc độ bất kỳ. Muốn vậy phải sử dụng một nguồn điện đặc biệt.
Như đó biết φmax tỷ lệ thuận với tỉ số U1 / f1 nờn khi thay đổi tần số người ta muốn giữ cho φmax khụng thay đổi để giữ cho mạch từ của động cơ ở chế độ định mức. Muốn vậy phải đồng thời cựng điều chỉnh điện ỏp U1
khi thay đổi f1 sao cho U1 / f1 = const.
Để thay đổi tần số của nguồn xoay chiều đặt vào động cơ, ngày nay người ta dựng cỏc bộ biến tần trực tiếp hoặc biến tần trung gian điện ỏp một chiều sau đú qua nghịch lưu dũng hoặc nghịch lưu ỏp.
Hỡnh 3- 12 Điều chỉnh tốc độ bằng biến tần trực tiếp.
D 3 ~
Sơ đồ nguyờn lý của bộ biến tần trực tiếp được mụ tả trờn hỡnh vẽ. (hỡnh 3-12).
Ưu điểm của bộ biến tần này là điện ỏp ra gần như hỡnh sin nờn cú hiệu suất cao và cú khả năng hóm tỏi sinh động cơ. Tuy nhiờn nú lại cú nhược điểm tần số ra hạn chế khoảng từ 0 ữ f/ 3 nờn nú chỉ thớch hợp với hệ truyền động cần tốc độ thấp, cụng suất lớn và hiện ít được sử dụng vỡ phải dựng nhiều Tristo nờn cấu trỳc mạch điều khiển phức tạp dẫn tới giỏ thành cao.
Hỡnh 3-13: Điều chỉnh tốc độ dựng bộ biến tần qua nghịch lưu dũng
U1f = const
~ 3φ Đ
3 ~ Bộ chốt lưu Liên lạc một chiều Bộ nghịch lưu
Đ 3 ~
Hỡnh 3-14: Điều chỉnh tốc độ nghịch lưu ỏp động cơ khụng đồng bộ bằng biến tần
Hỡnh 3-13: Điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ bằng biến tần qua nghịch lưu ỏp.
Bộ biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ bằng nghịch lưu dũng cho phộp điều chỉnh tần số từ 0 đến f dựng cho động cơ cú cụng suất từ vài KW đến hàng ngàn KW.
Bộ nghịch lưu ỏp hỡnh 3-14 cho phộp điều chỉnh tần số từ 0 đến f với cụng suất < 100 KW.
2-3-2-4. Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi điện ỏp
Điều chỉnh tốc độ bằng phương phỏp thay đổi điện ỏp cấp cho bộ dõy Stato chỉ cú thể thay đổi điện ỏp trong phạm vi U1≤ Uđm
Giả thiết giảm U1 xuống cũn x lần ( x < 1 ) điện ỏp định mức khi đú U1 = x . Uđm vỡ M ≡ U12 ⇒ M = x2 .Mđm.
Nếu M cản khụng đổi thỡ tốc độ giảm xuống hệ số trượt tăng lờn từ Sa → Sb → Sc khi điện ỏp U1 = x . Uđm thỡ tốc độ của động cơ sẽ là:
n = n1 ( 1 - S/ x2)
Hỡnh 3-15: Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi điện ỏp Stato
Đường đặc tớnh cơ của động cơ được mụ tả trờn hỡnh 3-15. Phương phỏp điều chỉnh này dẫn đến M quay của động cơ giảm rất nhiều nờn khi Mtải = Mđm thỡ U1 thấp nhất chỉ cú thể giảm xuống cũn khoảng 0,7 Uđm mà thụi, nếu Mtải nhỏ hơn thỡ cú thể giảm thờm được.
M | | | | | M max 1 2 3 S S th 1
* Phương phỏp thực hiện:
Điều chỉnh điện ỏp bằng bộ biến đổi điện ỏp xoay chiều 3 pha
Giảm điện ỏp bằng cuộn khỏng mắc nối tiếp
Điều chỉnh điện ỏp bằng bộ biến đổi điện ỏp xoay chiều 3 pha Giảm điện ỏp bằng cuộn khỏng mắc nối tiếp
Để điều chỉnh tốc độ bằng phương phỏp thay đổi điện ỏp vào bộ dõy Stato người ta cú thể sử dụng bộ biến đổi Tiristo để thay đổi điện ỏp như hỡnh vẽ trờn. Phương phỏp này phự hợp với truyềng động cú mụmen tải giảm theo tốc độ vớ dụ quạt giú, bơm nước hoặc ép hơi.
Phương phỏp đổi nối Y→ ∆ hoặc nối nối tiếp với điện khỏng thường để ỏp dụng trong trường hợp hạn chế dũng khi mở mỏy.
2-4. Điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ bằng cỏch thờm điện trở phụ vào mạch roto
Phương phỏp này chỉ cú thể ỏp dụng đối với động cơ Rụto dõy quấn. Như đó biết trị số của mụmen cực đại ứng với giỏ trị Sth làm cho
Khi đú Sth =
Hệ số trượt tới hạn tỷ lệ thuận với điện trở Rụto cũn Mmax khụng phụ thuộc vào điện trở Rụto, như vậy khi thờm điện trở phụ vào mạch Rụto đường đặc tớnh M = f ( S ) sẽ thay đổi. Tớnh chất này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ và mở mỏy động cơ Rụto dõy quấn.
Sơ đồ nguyờn lý và đường đặc tớnh được mụ tả như sau:
Nếu mụmen cản khụng đổi, dũng Rụto khụng đổi, khi tăng điện trở để giảm tốc độ, sẽ tăng tổn hao trong biến trở, do đú phương phỏp này khụng kinh tế tuy nhiờn nú rất đơn giả, vỡ khoảng điều chỉnh trơn và tương đối rộng được ỏp dụng phổ biến cho cỏc loại động cơ cụng suất trung bỡnh trong hệ thống truyền động nõng tải.
Hiện nay nhờ sự phỏt triển của kỹ thuật điện tử mà phương phỏp này được ứng dụng để điều chỉnh tốc độ cho động cơ Rụto dõy quấn rất thuận lợi và cú hiệu quả.
dây quấn Stato
Roto Bộ biến trở điều chỉnh n n1 n n1 n2 Rf Rf1 Rf2 > Rf1 Mcản Mmax M Hình 3-17: Dạng đường đặc tính cơ
Hình 3-16: Sơ đồ nguyên lý điều khiển
Hỡnh vẽ dưới đõy minh hoạ nguyờn lý của điều chỉnh trơn điện trở mạch Rụto bằng phương phỏp xung
Đ3 ∞ R 0 CL C T1 T2 L1 a. Nguyên lý R 0 3/4R0 1/2R 0 1/4R0 tđ tn tn t đ tn tđ T T T t t t b. Phương pháp điều chỉnh ω ω ứng tốc R e M c.Đặc ứng điều chỉnh d.Đặc ứng điều chỉnh T
Nguyờn lý hoạt động
Điện ỏp Urụto được chỉnh lưu bằng cầu điụt CL, qua điện khỏng lọc Ul được cấp vào mạch điều khiển gồm điện trở R0 mắc song song với khoỏ bỏn dẫn T1, khoỏ bỏn dẫn T1 sẽ được điều khiển đúng cắt cú chu kỳ để điều chỉnh giỏ trị trung bỡnh của toàn mạch.
Khi đú điện trở tương đương Re sẽ cú giỏ trị Re = R0.
Hỡnh c ứng với giỏ trị Re = Hỡnh d ứng với giỏ trị Re =
2-5. Điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ
Động cơ đồng bộ 3pha trước đõy thường dựng cho hai loại truyền động khụng điều chỉnh tốc độ, cụng suất lớn tới hàng trăm KW thậm chớ đến hàng MW như cỏc hệ truyền động nộn khớ, bơm nước, quạt giú, mỏy nghiền,..v..v.
Tốc độ quay của động cơ được tớnh bằng biểu thức: Trong đú: fs: Tần số nguồn cung cấp.
P: là số đụi cực của động cơ.
Nhỡn vào biểu thức ta thấy việc điều chỉnh tốc độ quay cho động cơ điện đồng bộ chỉ cú thể thực hiện được khi thay đổi tần số nguồn cung cấp mà thụi. Ngày nay, do sự phỏt triển mạnh mẽ của cụng nghiệp điện tử và nhất là điện tử cụng suất lớn. Động cơ đồng bộ được nghiờn cứu ứng dụng nhiều trong cụng nghiệp ở mỗi loại dải cụng suất từ vài trăm W đến hàng MW.
Vậy phương phỏp điều chỉnh tốc độđối với động cơ đồng bộ là sự biến đổi nguồn cung cấp cho nú cú tần số thay đổi được.
3.HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN:
Hệ thống điều khiển bao gồm cỏc bộ điều chỉnh tham số và cụng nghệ ngoài ra cũn cú cỏc thiết bị đúng cắt đỏp ứng cho cụng nghệ và người vận hành. Đồng thời cú một số hệ truyền động cú cả mạch ghộp nối với cỏc thiết bị tự động khỏc trong cả một dõy chuyền sản xuất.
Tuỳ theo tớnh chất điều khiển mà hệ điều khiển được phõn ra:
-Điều khiển bằng tay ( trực tiếp từ người vận hành ) phương phỏp này việc điều khiển hoàn toàn do người vận hành tự đặt cỏc thụng số như tốc độ, thời gian và phương ơhỏpp mà hệ truyền động cú thể đỏp ứng. Thụng qua cỏc khớ cụ đúng cắt và cỏc cơ cấu điều khiển như cỏc rơle, cụng tắc tơ, nút ấn,..v..v..
-Phương phỏp điều khiển bỏn tự động: Đú là cỏc hệ truyền động kớn cú sự trợ giỳp của hệ thống điều khiển.
-Điều khiển tự động: Hệ thống tự động thực hiện việc điều chỉnh cỏc tốc độ theo yờu cầu cụng nghệ với một chương trỡnh đó được định sẵn.
4. BỘ BIẾN ĐỔI
Bộ biến đổi cú nhiệm vụ nhận năng lượng điện từ lưới điện cụng nghiệp sau đo biến đổi thành năng lượng điện mà cú những thụng số như dũng điện, điện ỏp, cụng suất và tần sụ cú thể điều chỉnh tốc độ của động cơ.
Tuỳ theo đặc điểm, tớnh chất biến đổi mà ta cú cỏc loại sau:
4-1.Cỏc bộ biến đổi khụng liờn tục:
Đối tượng được điều khiển khụng mang tớnh liờn tục mà thành cấp việc chuyển đổi phõn cấp để ghộp nối cỏc điện trở, điện khỏng tham gia vào mạch để tạo ra cỏc cấp tốc độ khỏc nhau hoặc bằng cỏch thay đổi sự đấu noúi như mắc song song sang nối tiếp hoặc từ.
Để thực hiện phương phỏp này chủ yếu là những mạch điện sử dụng khớ cụ đúng cắt cú cụng suất vừa và lớn, cỏc điện trở cụng suất lớn cũng như cỏc điện khỏng..v..v..
4-2.Cỏc bộ biến đổi liờn tục
Trong cỏc hệ truyền động hiện nay động cơ yờu cầu điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, trơn trượt và vụ cấp đũi hỏi độ chớnh xỏc cao, khả năng ổn định tốc độ tốt hầu hết sử dụng phương phỏp này.
- Hệ truyền động ( mỏy phỏt động cơ ) một chiều, mỏy phỏt xoay chiều, mỏy điện khuyếch đại từ trường ngang.
- Bộ biến đổi dựa theo nguyờn tắc điện từ như hệ khuyếch đại từ, cuộn khỏng bóo hoà.
- Bộ biến đổi điện tử: Chỉnh lưu bỏn dẫn, chỉnh lưu cú điều khiển, biến tần Transisto, biến tần Tiristo.
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO TỐC ĐỘ VÀ ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ...
2 1. Hệ thống điều khiển động cơ ...2
2. Hệ thống đo lường tốc độ của động cơ...2
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ...
3 3 1. Khỏi niệm về hệ thống đo lường...3
2. Chức năng của đo lường tốc độ...3
3. Cỏc phương phỏp đo tốc độ...4
3.1. Phương phỏp đo trực tiếp...4
3.2. Phương phỏp đo giỏn tiếp...6
4. Phõn tớch chức năng của từng khối trong hệ thống...7
4.1. Cảm biến đo tốc độ...7
4.1.1. Cảm biến đo tốc độ quay loại điện từ...8
4.1.2. Cảm biến đụ tốc độ loại xung số...10
4.2. Khối xử lý tớn hiệu ...12
4.3. Khối chỉ thị kết quả...12
4.3.1. Bộ chỉ thị kim ...12
4.3.2. Bộ chỉ thị số...13
5. Hệ thống đo lường cú điều khiển...14
5.1. Hệ thống đo lường dạng tương tự...14
5.2. Hệ thống đo lường dạng số...15
CHƯƠNG III: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ...16
1. Tổng quan về điều khiển động cơ...16
2. Phương phỏp điều khiển tốc độ động cơ điện...17
2.1. Những chỉ tiờu của hệ điều chỉnh tốc độ với động cơ điện...17
2.2. Phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều...18
2.2.1. Phương trỡnh đặc tớnh cơ của động cơ một chiều...18
2.2.2. Động cơ điện một chiều kớch thớch song song hoặc kớch thớch độc lập...20
2.2.3. Động cơ điện một chiều kớch thớch nối tiếp...22
2.2.4. Điều chỉnh tốc độ đối với động cơ kớch thớch hỗn hợp...25
2.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ...26
2.3.1. Phương trỡnh đặc tớnh cơ của động cơ khụng đồng bộ...27
2.3.2. Cỏc phương phỏp điều chỉnh tốc động cơ...28 2.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ bằng cỏch thờm điện
trở phụ vào mạch Rụto ...33
2.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ...36
3. Hệ thống điều khiển...37
4. Bộ biến đổi ...37
4.1. Cỏc bộ biến đổi khụng liờn tục...37