Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
a. Động cơ khụng đồng bộ
Động cơ khụng đồng bộ cú kết cấu đơn giản, chắc chắn, vận hành an toàn và
sử dụng nguồn cung cấp trực tiếp từ lƣới điện xoay chiều bap ha. Tuy nhiờn, vấn đề điều khiển động cơ xoay chiều núi chung và động cơ khụng đồng bộ núi riờng phức tạp hơn động cơ một chiều và sẽ rất phức tạp nếu đũi hởi hiệu suất cao. Nguyờn nhõn cơ bản là cú nhiều quan hệ phi tuyến ( n, M, I), xử lý phức tạp cỏc tớn hiệu hồi tiếp, điều khiển phức tạp nguồn cung cõp cú điện ỏp và tần số biến thiờn. Vỡ vậy, trƣớc đõy cỏc hệ truyền động điện động cơ khụng đồng bộ bap ha cú điều chỉnh tốc độ chiểm tỉ lệ ớt so với động cơ một chiều. Trong thời gian gần đõy do sự phỏt triển của cụng nghệ chế tạo bỏn dẫn cụng suất và kỹ thuật điện tử tin học cộng với những thành tựu trong việc nghiờn cứu lý thuyết điều chỉnh tự động động cơ xoay chiều, những ƣu thế của động cơ đồng bộ, đặc biệt là động cơ roto lồng súc so với động cơ một chiều về mặt kết cấu, vận hành và sửa chữa đó đƣợc khai thỏc triệt để. Xu thế hiện nay là ứng dụng điều khiển vộc tơ vào cỏc hệ điều khiển chuyển động.
Cỏc hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều cú yờu cầu cao về giải điều chỉnh và tớnh chất hoạt động học chỉ cú thể thực hiện đƣợc với cỏc bộ biến tần. Cỏc hệ này sử dụng động cơ khụng đồng bộ roto lồng súc cú kết cấu đơn giản, vững chắc, giỏ thành rẻ, cú thể làm việc trong mọi mụi trƣờng phức tạp. Trong lĩnh vực điều khiển thang mỏy, phƣơng ỏn truyền động sử dụng động cơ lồng súc điều khiển bằng biến tần để điều khiển động cơ truyền động cabin hiện nay đang là phƣơng ỏn đƣợc sử dụng rộng rói nhất thay thế cho cỏc phƣơng ỏn dựng động cơ một chiều và động cơ roto dõy quấn, cú thể thay đổi khả năng khởi động và hóm nhằm giảm độ giật cho cabin, điều chỉnh tốc độ trơn hoàn toàn, chất lƣợng điều chỉnh cao, dễ dàng vận hành.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
b. Động cơ đồng bộ
Động cơ đồng bộ bap ha, trƣớc đõy thƣờng dựng cho loại truyền động khụng điều chỉnh tốc độ, cụng suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW ( truyền động cho mỏy bơm, mỏy nộn khớ, quạt giú, mỏy nghiền,…). Ngày nay, do sự phỏt triển mạnh mẽ của cụng nghiệp điện tử, cụng nghiệp vật liệu,…Động cơ đồng bộ đƣợc nghiờn cứu ứng dụng nhiều trong cụng nghiệp, ở mọi dải cụng suất từ vài trăm W ( truyền động ăn dao trờn mỏy cắt kim loại, dẫn động cỏc khớp của tay mỏy,…), đến hàng MW ( truyền động kộo tàu cao tốc TGV, mỏy nghiền, mỏy cỏn thộp,…).
Động cơ đồng bộ luụn luụn đảm bảo quay đồng bộ và cựng tần số với nguồn điện, chỉ cần nguồn điện giữ đƣợc điện ỏp và tần số tuyệt đối khụng đổi. Thiết bị cú kớch thƣớc nhỏ nhƣ chiếc đồng hồ quay định giờ, lớn đến mức nhƣ cỏc động cơ đồng bộ cỡ lớn trong hệ thống mỏy phỏt một chiều đều sử dụng đặc điểm quay với tốc độ gúc khụng đổi.
Động cơ đồng bộ cũn cú một ƣu điểm nổi bật là cú thể điều chỉnh đƣợc hệ số cụng suất của nú bằng cỏc phƣơng phỏp kớch từ, cú thể làm cho hệ số cụng suất cao hơn 1 ( cosφ ≥1 ). Trong một nhà mỏy chỉ cần sử dụng một vài động cơ đồng bộ với dung lƣợng rất lớn truyền động cho cỏc phụ tải yờu cầu tốc độ bất biến ( chẳng hạn nhƣ mỏy bơm, mỏy nộn khớ ) là cú thể cải thiện đƣợc cụng suất của toàn nhà mỏy.
Động cơ đồng bộ ( đặc biệt là loại cụng suất lớn) khi khởi động rất phức tạp, lỳc nghiờm trọng cú thể phỏt sinh dao động mạnh điện ỏp của lƣới điện gõy ran guy hiểm cho lƣới điện, cho cỏc phụ tải lõn cận và cho chớnh động cơ đồng bộ. Ngoài ra, cỏc vấn đề dao động và mats đồng bộ khi tải trọng lớn cũng cũn là trở
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
ngại khi sử dụng động cơ đồng bộ. Vỡ vậy, trừ khi cú những yờu cầu đặc biệt, cỏc thiết bị cụng nghiệp núi chung rất ớt dựng đến động cơ đồng bộ.
Ngày nay, kỹ thuật điện tử, tin học đó phỏt triển rất mạnh, những trở ngại khi sử dụng động cơ đồng bộ đó đƣợc khắc phục. Bằng việc sử dụng bộ biến tần điện tử cụng suất để thực hiện điều khiển phối hợp điện ỏp tần số, đó làm thay đổi bộ mặt của động cơ đồng bộ từ chỗ khụng thể điều chỉnh đƣợc tốc độ trở thành một thành viờn của đại gia đỡnh cỏc động cơ điều tốc. Trở ngại ban đầu của động cơ đồng bộ đó đƣợc loại bỏ. Chẳng hạn nhƣ vấn đề khởi động, mặc dự tần số cú thể thay đổi từ thấp đến cao, tốc độ quay cũng cú thể tăng lờn dần dần, khi khởi động khụng đũi hỏi bất cứ biện phỏp phụ trợ nào, thậm chớ đối với những mỏy điện cao tốc mang tải lớn đến vài trăm MW, cũn cú thể cài đặt thờm phần mềm cỏc thiết bị biến tần để khởi động. Cũn vấn đề mất đồng bộ, với nguyờn nhõn xuất phỏt chớnh là tốc độ quay đồng bộ của từ trƣờng quay là bất biến, khi gúc chậm sau của roto động cơ quỏ lớn dẫn tới mất đồng bộ, hiện tại đó cú cỏc mạch vũng kớn tốc độ quay và tần số điều khiển, tốc độ quay đồng bộ cú thể theo đú mà thay đổi, và vỡ vậy vấn đề mất đồng bộ cũng tự nhiờn đƣợc khắc phục.
Nguyờn lý cơ bản và phƣơng phỏp của điều tốc biến tần động cơ đồng bộ cũng giống nhƣ điều tốc biến tần của động cơ khụng đồng bộ. Sự khỏc biệt chủ yếu giữa động cơ đồng bộ và động cơ khụng đồng bộ đƣợc quy tụ lại ở mấy điểm nhƣ sau :
(1): Từ trƣờng của động cơ khụng đồng bộ đƣợc sin ra do stato cấp điện, cũn ở
động cơ đồng bộ thỡ do từ trƣờng một chiều trong roto độc lập tạo ra, đõy là trƣờng hợp thƣờng xuất hiện trong động cơ đồng bộ cỡ lớn và cỡ vừa. Trong động cơ đồng bộ loại nhỏ từ trƣờng đƣợc tạo ra bằng nam chõm vĩnh cửu, từ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
trƣờng nay cú thể coi là bất biến. Cũn cú loại động cơ đồng bộ kiểu từ trở mà roto của nú khụng cú từ trƣờng nào cả, hoàn toàn dựa vào kớch từ của stato ( giống nhƣ động cơ khụng đồng bộ ), dựa vào sự thay đổi của từ trở trờn cực lồi tạo ra mụmen điện từ đồng bộ.
(2) : Giữa tốc độ gúc đồng bộ ω1 của động cơ xoay chiều và tần số điện nguồn
f1 của stato cú quan hệ xỏc định nhƣ cụng thức (1-1). Tốc độ gúc của động cơ khụng đồng bộ khi vận hành luụn luụn thấp hơn tốc độ đồng bộ, hiệu giữa hai tốc độ đú gọi là độ sụt tốc độ ωs. Tốc độ quay của động cơ đồng bộ chớnh là tốc độ đồng bộ, độ sụt tốc độ của nú ωs = 0.
(3): Động cơ khụng đồng bộ luụn vận hành với hệ số cụng suất chậm sau,
cũn
hệ số cụng suõt của động cơ đồng bộ cú thể đƣợc điều chỉnh bằng kớch từ, cú thể vƣợt trƣớc hoặc chậm sau. Hay núi cỏch khỏc động cơ đồng bộ ngoài việc mang phụ tải cơ khớ, cũn cú thể mang phụ tải vụ cụng.
(4): Ba cuộn dõy ba pha của stato động cơ đồng bộ giống nhƣ ba cuộn dõy ba pha của stato của động cơ khụng đồng bộ, cũn cuộn dõy roto thỡ khỏc. Động cơ đồng bộ ngoài cuộn dõy kớch từ một chiều ( hoặc nam chõm vĩnh cửu) cũn cú thể cú một cuộn dõy điện trở hạn chế tự ngắn mạch ( hay cũn gọi là cuộn dõy cản). Khi động cơ đồng bộ vận hành với tần số bất biến, cuộn dõy điện trở hạn chế cú tỏc dụng ngăn cản hiện tƣợng dao động khi mang tải nặng. Khi động cơ đồng bộ điều tốc biến tần với mạch vũng kớn tốc độ, cuộn dõy điện trở hạn chế sẽ mất tỏc dụng chủ yếu của nú, gõy ra tớnh phức tạp cho mụ hỡnh toỏn học của hệ thống.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
bộ cú sự khỏc biệt do cực ẩn hoặc cực lồi. Trong động cơ cực ẩn cú khe hở khụng khớ đồng đều, cũn ở động cơ cực lồi thỡ khe hở khụng đồng đều, từ trở của trục cực từ nhỏ, từ trở của trục trực giao với nú lớn, hệ số điện cảm giữa hai trục khụng giống nhau, vỡ thế cú thể tạo ra thành phần từ trở mụmen ( mụmen phản khỏng).