3.1/ Giới thiệu chung:
Điều khiển toàn phần phớa stato được sử dụng rộng rói trong cụng nghiệp. Mặc dự động cơ rôto dõy quÂn hoặc rôto lồng súc đều cú thể được sử dụng trong truyền động, động cơ rôto lồng súc luụn luụn được ưa thớch hơn bởi vỡ động cơ rôto dõy quÂn nặng hơn, đắt hơn, quỏn tớnh rôto cao hơn, giới hạn tốc độ lớn hơn và do vấn đề bảo quản và vấn đề tin cậy bởi vỡ cú chổi than và vành trượt. Tuy nhiờn cú một điểm thỳ vị là động cơ rôto dõy quÂn với mạch thay đổi biến trở rôto cú lẽ là phương phỏp biến đổi đơn giản và cổ điển nhất tốc độ động cơ. Một điều đặc biệt là cụng suất trượt cú thể dễ dàng lấy từ vành trượt, cú thể điều khiển để biến đổi tốc độ động cơ. ứng dụng cho điều khiển tốc độ giới hạn, khi cụng suất trượt chỉ là một phần nhỏ của tổng hệ số cụng suất động cơ, bộ biến đổi làm giảm tổn thất trở nờn cần thiết. Sự thuận lợi này bự đắp phần nào khuyết điểm của động cơ rôto dõy quÂn. Điều chỉnh cụng suất trượt được sử dụng trong cỏc ứng dụng sau:
• Mỏy bơm cụng suất lớn và động cơ quạt giú
• Hệ thống biến đổi năng lượng giú
• Hệ thống VSCF ( biến đổi tốc độ/ tần số khụng đổi ).
• Mỏy bơm nước / mỏy phỏt
• Hệ thống bỏnh đà đa năng tớch trữ năng lượng
Trong chương này sẽ nghiờn cứu tỡm hiểu nguyờn lý của điều chỉnh cụng suất trượt, đặc biệt là điều khiển tĩnh Kramer và điều khiển tĩnh Scherbius.
3.2/ Điều khiển động cơ hai nguồn cấp bằng biến trở rôto
Một cỏch đơn giản và cổ xưa nhất để điều khiển tốc độ động cơ rôto dõy quÂn là bằng cỏch biến đổi điện trở mạch rôto. Hỡnh 3-1.
đặc tớnh mụmen của động cơ khi thay đổi điện trở biến thiờn Rr . Với điện trở ngoài R1 = 0, đú là khi vành ngắn mạch, mụ men trượt của động ở tốc độ đỳng với ở mômen tải định mức. Khi tăng điện trở, biểu đồ trở nờn ngang hơn, cho tới khi tốc độ bằng khụng ở điện trở cao ( > R4 ). Bản thõn sự thay đổi của điện trở là khụng thuận tiện. Thờm vào đú, phương phỏp điều khển tốc độ là rất khụng hiệu quả vỡ năng lượng trượt trờn điện trở rôto bị bỏ đi. Tuy nhiờn cú một vài ưu điểm của phương phỏp này là: khụng cú dũng khởi
động trờn chổi, cú giỏ trị mụ men cực đại lỳc khởi động, hệ số cụng suất cao hơn, khụng cú dũng điều hoà bậc cao, trơn và dải điều khiển tốc độ rộng. Sơ đồ này hầu nh khụng được sử dụng ngày nay.
3 pha , 50 Hz
R
Hỡnh 3-1. Điều khiển bằng điện trở.
Thay cho biến đổi điện trở, điện trở tương đương trong mạch rôto thể được biến đổi tĩnh bằng việc sử dụng một cầu diot chỉnh lưu và cỏc bộ băm. Hỡnh 3-2. Thụng thường, stato của động cơ được nối trực tiếp với nguồn cung cấp, nhng trong mạch rôto điện ỏp vành trượt được chỉnh lưu thành một chiều nhờ diot chỉnh lưu. Điện ỏp một chiều được hiệu chỉnh thành nguồn dũng Id
nhờ nối tiếp thờm điện cảm Ld. Sau đú nú được cấp cho mạch băm IGBT với điện trở R. mạch băm cú bề rộng xung nhịp theo chu kỡ là = ton/T, trong đú ton là thời gian mở và T là thời gian chu kỡ. Khi IGBT khúa, điện trở được kết nối trong mạch và dũng điện một chiều chảy qua nú. Mặt khỏc, nếu IGBT dẫn, điện trở bị ngắn mạch và dũng Id đi qua IGBT. Cú thể thể hiện tỉ số chu kỡ thiết bị bỏn dẫn tương đương nh một điện trở R0 = (1- ).R giữa điểm A và điểm B. Vỡ vậy, mụ men và tốc độ động cơ cú thể cú thể được điều khiển bởi linh kiện bỏn dẫn. Điều khiển điện tử của điện trở rôto rừ ràng là cú lợi so với điều khiển biến trở, nhng vấn đề là hiệu quả hoạt động vẫn kộm. Sơ đồ này được sử dụng trong điều khiển tốc độ giỏn đoạn trong một dóy tốc dộ giới hạn mà ở đú khụng chỳ trọng nhiều tới hiệu suất.
chỉnh luu điot Ld Id A B R Động cơ rôto dây quấn 3 pha , 50 Hz
Hỡnh 3-2 Điều khiển tốc độ bằng mạch cầu chỉnh lưu
3.3/ Điều khiển tĩnh Kramer
Khắc phục tổn hao cụng suất trượt trờn mạch điện trở rôto, ta cú thể biến đổi nú thành dũng xoay chiều 50 hz và bơm trở lại mạch. Điều khiển cụng suất trượt cho phộp trong dải điều khiển tốc độ động cơ khụng đồng bộ bởi một tầng biến đổi được biết đến là biến đổi tĩnh Kramer, và được thể hiện trờn hỡnh 3-3. Khỏc biệt so với Kramer ban đầu là khi mà động cơ hoạt động được lấy lại cụng suất trượt . Điều khiển tĩnh Kramer rất phổ biến trong mỏy bơm cụng suất lớn và tải quạt giú, khi điều khiển tốc độ gần giới hạn, nhng dưới tốc độ đồng bộ. Hệ thống điều khiển rất hiệu quả và sự thay đổi hệ số cụng suất thấp, nh đó đề cập trờn bởi vỡ nú chỉ giữ lại cụng suất trượt. Trong thực tế, dải cụng suất trở nờn ớt hơn khi điều khiển giới hạn tốc độ. Thờm vào đú, hệ thống điều khiển một chiều riờng biệt và điều khiển rất đơn giản. Sự thuận lợi lớn này bự lại khuyết điểm của động cơ rôto dõy quÂn.
3 pha , 50 Hz
Ld
Vd VI
máy biến áp
Công suất truợt
Chỉnh luudiot Nghịch luu
n1 n
2
Hỡnh 3-3 Hệ thống điều khiển tĩnh Kramer.
Từ thụng khe hở khụng khớ được xỏc định bởi stato cung cấp, và thực tế coi là hằng số khi bỏ qua sự dao động và giảm ỏp stato. Lý tưởng dũng điện rôto động cơ là súng bậc 6 trong một pha cựng với điện ỏp rôto nếu dũng một chiều Id coi là dũng tự do, và bỏ qua sự trượt góc của điot chỉnh lư. Đồ thị tần số pha cơ bản của stato được thể hiện hỡnh 3-4, trong đú VS là điện ỏp pha, I’rf (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
là súng dũng cơ bản của rôto quy về stato, là từ thụng khe hở khụng khớ, Im là dũng từ hoỏ, và là góc hệ số cụng suất. Khi từ thụng khe hở khụng khớ khụng đổi, mômen của động cơ tư lệ thuận với dũng I’rf . Mà I’rf tư lệ thuận với dũng Id nờn mômen tư lệ thuận với dũng Id. Thay vào việc điều khiển điện trở tĩnh nh đó nờu ở trước, hệ thống này cú thể vớ nh điều khiển CEMF, khi một giỏ trị CEMF VI được biểu diễn bộ điều chỉnh pha, dũng nghịch lưu điều khiển dũng một chiều Id. ở chế độ xỏc lập, điện ỏp chỉnh lưu Vd của vành trượt và điện ỏp một chiều nghịch lưu VI sẽ cõn bằng, bỏ qua điện trở rơi trờn điện cảm Ld. Điện ỏp Vd là tư lệ với độ trượt s, trong khi dũng Id tư lệ với mômen. ở tốc độ nào đú , gúc của nghịch lưu đột ngột giảm dẫn tới giảm điện ỏp VI, nú sẽ làm tăng Id làm tăng mụ men tương ứng. Cú thể biểu diễn tốc độ và mômen một cỏch đơn giản nh sau. Bỏ qua sụt ỏp stato và rôto, Vd được xỏc định nh sau:
Trong đú s là hệ số trựơt ; n1 hệ số tỉ lệ điện ỏp stato/rôto. Mặt khỏc điễn ỏp một chiều chỉnh lưu: