X1, Xà, X2’ tương ứng tương ứng là điện khỏng mạch stator, mạch từ hoỏ và mạch rotor đó quy đổi về stator.
s là độ trượt động cơ: 1 1 ω ω ω s= −
ω1 là tốc độ gúc của từ trường quay: ω1 = 2πf1
f1 là tần số của điện ỏp nguồn đặt vào stator ω là tốc độ gúc của động cơ
Từ sơ đồ thay thế, qua một số cụng thức biến đổi, ta cú được phương trỡnh đặc tớnh cơ động cơ:
s X s R R ω R U 3 T 2 nm 2 2 1 1 2 2 1 f + + ′ ′ ′ = (4.2) với: Xnm là điện khỏng ngắn mạch
U′f1 là trị số hiệu dụng của điện ỏp pha rotor đó quy đổi về stator
Dạng đặc tớnh cơ động cơ khụng đồng bộ cú dạng như hỡnh 4-5. Giải tốc độ làm việc động cơ khụng đồng bộ giới hạn bởi giỏ trị mụ men tới hạn. Trong cỏc hệ truyền động điều chỉnh tốc độ, thường tuyến tớnh hoỏ đoạn đặc tớnh làm việc để từ đú cú thể ỏp dụng cỏc cụng thức gần đỳng về mụ men cũng như từ thụng, đưa về dạng giống như điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.
Từ phương trỡnh đặc tớnh cơ khụng đồng bộ (4.2), ta thấy cú cỏc thụng số sau ảnh hưởng tới tốc độ động cơ là: điện ỏp nguồn cấp, điện trở rotor, hệ số trượt và tần số nguồn cấp. Trong phạm vi đồ ỏn này, ta chỉ xột ảnh hưởng của thụng số cuối cựng đến tốc độ động cơ, đú là tần số nguồn cấp f1. Hỡnh 4-6 cho thấy ảnh hưởng của tần số đến đặc tớnh cơ động cơ khụng đồng bộ: ω M Mth Mđm ω1 ω Hình 4-5 Đặc tính cơ động cơ KĐB
Khi tăng tần số f1>f1đm suy ra mụ men tới hạn giảm (điện ỏp giữ khụng đổi) theo quan hệ:
2 1 th f 1 ~ M
Khi giảm tần số f1<f1đm nếu giữ nguyờn điện ỏp U1 thỡ dũng điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vỡ tổng trở động cơ giảm theo tần số). Do vậy, khi giảm tần số cần phải giảm điện ỏp theo quy luật nhất định sao cho động cơ sinh ra được mụ men như trong chế độ định mức.
4.2.2 Hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ
Động cơ khụng đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rói trong cụng nghiệp với dải cụng suất lớn và chiếm tỷ lệ rất lớn so với cỏc động cơ khỏc. Sở dĩ như vậy là do động cơ khụng đồng bộ cú kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha. Tuy nhiờn, trước đõy, cỏc hệ truyền động động cơ khụng đồng bộ điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, đú là do việc điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ khú khăn hơn động cơ mọt chiều. Trong thời gian gần đõy, do phỏt triển cụng nghiệp chế tạo bỏn dẫn cụng suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ khụng đồng bộ mới khai thỏc được cỏc ưu điểm của mỡnh. Nú trở thành hệ truyền động cạnh tranh cú hiệu quả và ngày càng chiếm ưu thế so với hệ truyền động một chiều.
Khỏc với động cơ một chiều, động cơ khụng đồng bộ được cấu tạo phần cảm và phần ứng khụng tỏch biệt. Từ thụng động cơ cũng như mụ men động cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ khụng đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số cú tớnh phi tuyến mạnh. Trong định hướng xõy dựng hệ truyền động điện động cơ khụng đồng bộ, người ta cú xu hướng tiếp cận với cỏc đặc tớnh điều chỉnh của truyền động động cơ một chiều.
Trong cụng nghiệp, thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ khụng đồng bộ:
1) Điều chỉnh điện ỏp nguồn
f1đm f11 f12 f13 ω1đ m ω11 m ω12 m ω13 m ω M Mth
4. Cỏc hệ truyền động điều chỉnh tốc độ 4.2 Hệ truyền động xoay chiều ĐKB
2) Điều chỉnh điện trở rotor 3) Điều chỉnh cụng suất trượt 4) Điều chỉnh tần số nguồn
Trong phạm vi đồ ỏn này, ta sẽ khụng tỡm hiểu ba hệ truyền động trờn, mà ta chỉ quan tõm đến hệ truyền động điều chỉnh tần số: hệ truyền động biến tần - động cơ khụng đồng bộ.
Một hệ truyền động biến tần bao gồm cỏc phần chớnh sau: Mỏy biến ỏp cấp nguồn cho hệ
Mỏy biến tần để biến đổi tần số
Động cơ chấp hành
Bộ biến đổi tần số là phộp biến đổi điện năng một chiều hoặc xoay chiều cú tần số cố định thành những dũng điện xoay chiều cú tần số điều khiển được nhờ cỏc khoỏ điện tử. Nếu dũng điện xoay chiều được tạo ra bằng cỏch đúng cắt từng đoạn thớch hợp một dũng điện xoay chiều cú tần số cao hơn, ta cú bộ biến tần trực tiếp. Cũn trường hợp dũng điện xoay chiều cú tần số điều khiển nhờ việc đúng cắt nguồn một chiều, ta cú bộ nghịch lưu. Ta khụng cú tham vọng nghiờn cứu cả hai loại biến tần này mà chỉ tập trung vào bộ nghịch lưu.
Một bộ biến tần nghịch lưu bao gồm: bộ chỉnh lưu tạo nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu, bộ nghịch lưu biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều cú tần số biến đổi được, ngoài ra cũn cú bộ lọc để lọc tớn hiệu một chiều. Sơ đồ khối của một bộ biến tần nghịch lưu như hỡnh 4-7.
Về phõn loại biến tần theo kiểu nghịch lưu, cú hai loại chớnh là: Nghịch lưu dũng
Nghịch lưu ỏp
Chỉnh
lưu Lọc Nghịch lưu
U1, f1 U2, f2
Nghịch lưu độc lập nguồn dũng được cấp từ một nguồn dũng lý tưởng, tức là dũng điện khụng phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào tớn hiệu điều khiển. Nguồn dũng thường được tạo ra từ bộ chỉnh lưu với bộ lọc là điện khỏng tuyến tớnh cú trị số điện cảm đủ lớn. Biến tần nguồn dũng cú ưu điểm là tăng được cụng suất đơn vị mỏy, mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện hóm tỏi sinh động cơ. Nghịch lưu độc lập nguồn dũng thớch hợp cho truyền động đảo chiều, cụng suất động cơ truyền động lớn.
Nghịch lưu nguồn ỏp được cấp từ một nguồn điện ỏp mà điện ỏp này được tạo ra từ bộ chỉnh lưu, để thu được nguồn ỏp lý tưởng thỡ bộ lọc phải là cỏc tụ điện. Trong cỏc hệ truyền động yờu cầu chất lượng điện ỏp cao, thường sử dụng cỏc biến tần cú điều chế độ rộng xung
Dưới đõy ta sẽ tỡm hiểu cụ thể hơn về từng khối trong bộ biến tần nghịch lưu ỏp(*):
4.2.2.1 Chỉnh lưu
Bộ chỉnh lưu dựng để tạo ra nguồn điện ỏp cấp cho nghịch lưu. Bộ chỉnh lưu cú thể dựng là cỏc bộ chỉnh lưu khụng điều khiển, hoặc bỏn điều khiển, hoặc điều khiển hoàn toàn.
Bộ chỉnh lưu khụng điều khiển, cỏc van chuyển mạch là cỏc diod. Hỡnh 4- 8 cho ta thấy sơ đồ dạng điện ỏp ra tải của một bộ chỉnh lưu cầu ba pha khụng điều khiển.
Điện ỏp tải là sỏu điện ỏp hỡnh sine trong nửa chu kỳ cú trị số cực đại bằng nhau và bằng điện ỏp dõy. Từ dạng điện ỏp này, ta cú thể tớnh được điện ỏp trung bỡnh ra tải:
(*) Ta sẽ không tìm hiểu về các bộ nghịch lu dòng vì nó không phải là mục đích của đồ án
ut
Utb
ωt