KHIỂN VÀ MÁY ĐIỆN
Chương 5: Điều chỉnh tự động truyền động điện
5.6 Điều chỉnh P trượt bằng hệ nối tầng …
Ta có sơ đồ khối hệ nối tầng
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Giải phương trình trên ta tìm được vecto dòng điện roto :
độ trượt không tải lý tưởng : So = = =
Trong đó Urd0– Sức điện động chỉnh lưu không tải mạch roto
Um Biên độ điện áp pha stato
r M e r
M
r r
M r
L s L
JL R
s U JL U
I
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Với Udr0= sEnm.Kcl = sKư.UM.Kcl
Nếu bỏ qua tổn thất trên roto thì công suất điện từ của động cơ là
Pđt = Pcơ + Ptrượt =
Trong đó khi 0 ≤ Idr ≤ Idrmax
Với
Idrmax có khi ngắn mạch đầu ra chỉnh lưu
r r
r r
s I U
s
R 2 cos
max r 1 1,65
cos
dr dr
I I
BA e L
r r
s
No dr
L R
R L
U U
3 2 3 2
Idr 0 cos
r r
s
dr
R L
U 3 2
Idr 0
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Cosφ được gọi là hệ số công suất của mạch roto
Idr: Dòng một chiều do chênh lệch sđđ chỉnh lưu &
nghịch lưu.
LBA là điện kháng 1 pha của biến áp
Từ thông máy khi bỏ qua Rs và Ls là ψ = -Um / e
Trong trường hợp chọn trục tọa độ Ox trùng với trục của vecto từ thông thi moment sẽ là :
Trong đó:
yr e
m i U 2 M 3
r dr
r r
yr 3 I cos
2 cos
I i
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Udro – UdNo = Idr(1+pT1)R1 Trong đó
R1 = RL + 2(Rr + RBA)
L1 = LL + 2(LBA + Lro)
Tl = L1/R1
Với LBA RBA là điện kháng tản và điện trở trên 1 pha của máy biến áp
Từ phương trình trên ta thành lập được mô hình hệ thống nối cấp và tuyến tính hóa nó ta được sơ đồ:
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Tuyến tính hóa hệ thống nối cấp
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Nguyên lý điều chỉnh công suất trượt thường áp dụng cho các truyền động công suất lớn, ít dừng máy, đảo chiều và khởi động lại. vì
khi đó việc tiết kiệm điện năng có ý nghĩa lớn hơn.Phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ thống không lớn lắm và moment của động cơ bị
giảm tốc độ thấp
5.7. Điều chỉnh động cơ không đồng bộ
Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và tính chất động học chỉ có thể thực hiện được với các bộ biến tần.
Các hệ này sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc có kết cấu đơn giản,vững
chắc,giá thành rẻ,có thể làm việc trong mọi môi trường.
Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp
5.7. Điều chỉnh động cơ không đồng bộ
Có thể chia ra thành các loại bộ biến tần sau:
Biến tần trực tiếp,là biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lưới fl : fs = ( 0 0,5 )fl thường
dùng cho truyền động có công suất lớn.
Biến tần gián tiếp nguồn áp, thường dùng cho
truyền động nhiều động cơ.Đối với biến tần nguồn áp yêu cầu chất lượng điện áp cao thường dung các biến tần có điều chế xung rộng.
Biến tần nghịch lưu độc lập nguồn dòng,thích hợp cho truyền độn đảo chiều,công suất động cơ
truyền động lớn.
5-7.1 Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato thì có thể tính được moment tới hạn như sau :
Điều kiện giữ khả năng quá tải về moment không đổi là : =>
Dạng đặc tính cơ (gần đúng)
Khi truyền động ổn định thì M = Mc nên:
x m ođ
o ) (
M
Mc cđm
2 / 1 m
sđ
s ( )
U
U x
m ođ
o
5-7.2 . Luật điều chỉnh từ thông không đổi
nếu giữ từ thông máy ψ hoặc từ thông stato ψs không đổi thì moment sẽ không phụ thuộc vào
tần số và moment tới hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh.
Nếu coi Rs= 0 thì:ψs =Us/ o = Usđm/ ođm= const
Tuy nhiên ở vùng làm việc tần số thấp khi mà sụt áp trên điện trở stato có thể so sánh được
sụt áp trên điện cảm tản mạch stato khi đồng thời từ thông cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm.
5-7.2 . Luật điều chỉnh từ thông không đổi
Khi đó ta có:
Với Tr =Lr /Rr
Mà LM=(Ns/Nr)M Vậy suy ra M chỉ còn phụ thuộc vào biên độ dòng roto
)2
. (
1 r s
M m rđ
s T
I L
5.7.3. Luật điều chỉnh tần số trượt không đổi
Momen động cơ M = Tr = Lr /Rr
Khi đó giữ s= const thì M phụ thuộc vào Is2 mà 0 phụ thuộc vào tần số nguồn
Như vậy nếu giữ thì M luôn bằng Mth của đặc tính.Trong trường hợp này ta gọi là luật điều chỉnh sao cho động cơ sinh ra M tối đa ứng với giá trị cho trước của dòng điện stato.
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
1.Đặc tính của động cơ khi cấp từ nghị lưu áp
- Khi các khóa bán dẫn được đóng cắt theo trật tự nhất định thì tạo điện áp xoay chiều 3 pha đặt lên động cơ ĐK. Điện áp dây của nghịch lưu là các
xung chữa nhật có độ rộng 2 /3 và thỏa mãn điều kiện phân tích chuỗi điều hòa Fourie.
- trong đó k=1 + 6c ; c = 0, 1 , 2 ,……
Vectơ điện áp ĐK có thể biểu diễn như sau :
; k = 1,2,3…..
3
. jk / d
s U e
U
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
- Do có 6 lần chuyển mạch trong một chu kỳ của điện áp và dòng điện nên mặc dù từ thông máy là hình sin mômen vẫn có đập mạch. tần số
đập mạch của mômen sẽ là : fm = fs – kfs = 6c.fs
- Mômen toàn phần của động cơ sẽ là :
M = n =6c
- Trong đó là mômen trung bình
- Mmax.n là biên độ mômen đập mạch bậc n,
trong đó mômen bậc 6 (c=1) giá trị lớn hơn cả .
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
biên độ dao động tốc độ
Biên độ dao động tốc độ phụ thuộc vào giá trị của mômen quán tính J của hệ và vào biên độ và tần số của đập mạch mômen
2. Cấu trúc hệ thống điều chỉnh từ thông stato
Là giữ từ thông máy luôn không đổi và bằng giá trị từ thông định mức,như vậy có thể khai thác hết công suất mạch từ của ĐK
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
Dựa vào biểu thức tính toán M và dòng điện có thể thành lập được sơ đồ khối của hệ thống với:
M =
có thể tuyến tính hóa các phương trình này áp dụng chuẩn tối ưu để thiết kế các bộ điều chỉnh tuyến tính
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
3. Khảo sát ổn định của hệ thống biến tần – động cơ không đồng bộ
a)Biến tần nguồn áp
- Hệ phương trình mô tả ĐK có tính đến tổng trở của biến tần. (1)
(2) - Trong đó
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
Nếu định nghĩa hàm truyền G(p) =
⊗ 1/Jp G(p)
Mc M
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
Sau khi tuyến tính hóa thì tính chất ổn đỉnh của hệ thống kín có thể đươc đánh giá thông qua
đặc tính tần số của hàm truyền hệ hở
Do hàm G(p) là phức tạp nên việc dựng đặc tính tần số của nó phải nhờ vào máy tính số
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
b) Biến tần nguồn dòng Khi đó G(p) =
4. Điều khiển trường định hướng
Nội dung cơ bản của phương pháp điều chỉnh trường định hướng dựa trên sơ đồ điều chỉnh toàn phần dòng điện động cơ
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ a) Các phương trình cơ bản
- ĐK rôto lồng sóc
- Với δ là góc lệch Giữa is và ψr
Hay giữa ei và eψ
dδ/dt = ωei – ωeψ = ωsi – ( ω + ωs ) Ở chế độ xác lập dδ/dt = 0
sin 2 .
3
2 3 2
3 1 ;
2
s r r
m
sy sx r m s
r r
r r r
sx r
m r
L i L
i L i
L M R
R T L
pT i L
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ b) Các mô hình tính toán chuyển vị.
Trong thiết kế các hệ thống điều chỉnh trường định hướng thường liên tục sử dụng các khối chức năng chuyển vị các đại lượng điện từ qua lại giữa các hệ tọa độ.
Định lý 1: Nếu biên độ từ thông roto là 0 đổi thì vecto d điện roto sẽ vuông góc với vec tơ từ
thông ψr và ngược lại
Định lý 2: Nếu các thành phần dòng stato và tần số cho như sau:
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
Trong đó isx là hằng số isy tỷ lệ cới giá trị đặt của M thì dòng roto se có các thành phần tương
ứng là:
sy sx
s s e
sy sx
s
sy sx
s
i i L
R
i i
i
i i
i
. .
cos .
sin .
sin .
cos .
sin 2 .
cos 2 .
sy r
M r
sy r r
L i i L
L i i L
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
a. Nội dung phương pháp
Điều chỉnh trực tiếp moomen động cơ không đồng bộ là phương pháp rất mới, trong đó việc phối hợp điều khiển bộ biến tần và động cơ không đồng bộ là rất chặt chẽ. Logic chuyển mạch của biến tần dựa trên trạng thái điện từ của động cơ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần. Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chính trực tiếp mômen cho các đáp ứng đầu ra thay đổi rất nhanh
Phần cốt lõi của phương pháp được mô tả trên hình
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
Kỹ thuật điểu khiển trực tiếp momen như sau:
Logic chuyển mạch của các khóa bán dẫn lực thực hiện việc tăng hay giảm momen còn giá trị tức thời của từ thông stato được điều chỉnh sao cho momen động cơ đạt được giá trị mong
muốn. Vecto từ thông stato này lại được điều chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lưu.
Hay nói cách khác là logic chuyển mạch tối ưu xác định cho ta vecto điện áp tối ưu tùy thuộc vào sai lệch momen. Biên độ của vecto từ
thông stato cũng được tính đến khi chọn logic chuyển mạch
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
B) Mô hình động cơ
Mô hình động cơ thành lập theo các phương trình cơ bản đã nêu trong phần mô tả toán học của động cơ không đồng bộ và sử dụng các phân tử có tính toán cao.
Mô hình động cơ tính toán ra các giá trị thực của
mômen và từ thông dùng cho việc điều chế, nó cũng tính ra tốc độ quay của của rôto và tần số dòng điện stato để dùng cho mạch vòng điều chỉnh bên ngoài.
Mô hình động cơ còn có chức năng nhận dạng thông số của động cơ, tín hiệu đo lường chỉ gồm dòng điện hai pha của động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
THIẾT BỊ ĐIỀU
KHIỂN VÀ MÁY ĐIỆN