Luận văn Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ Rôtô dây quấn bằng phương pháp điện trở xung ở mạch Rôtô
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI
Điều chỉnh tốc độ động cơ
không đồng bộ Rôtô dây
quấn bằng phương pháp điện
trở xung ở mạch Rôtô
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
LỜI NÓI ĐẦU
Trong công nghiệp máy điện không đồng bộ ba pha là loại động cơ
chiếm một tỷ lệ rất lớn so với các loại động cơ khác. Do kết cấu đơn giản, làm
việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, nguồn cung cấp lấy ngay trên lưới
công nghiệp, dải công suất động cơ rất rộngt ừ vài trăm W đến hàng ngàn
kW. Tuy nhiên các hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động cơ không
đồng bộ lại có tỷ lệ nhỏ so với động cơ một chiều.
Đó là điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ gặp nhiều khó khăn và
dải điều chỉnh hẹp. Nhưng với sự ra đời và phát triển nhanh của dụng cụ bán
dẫn công suất như: Diốt, Triắc tranzitor công suất, Thiristor có cực khoá…
Thì các hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động cơ không đồng bộ mới
được khai thác mạnh hơn.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên và trong khuôn khổ đồ án tốt
nghiệp, bản đồ án này nghiên cứu: "ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ RÔTÔ DÂY QUẤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN TRỞ XUNG Ở MẠCH
RÔTO".
Nội dung của đồ án gồm 5 chương.
1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ 3 PHA.
2. CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC
3. CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
4. CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN CẢM BIẾN ĐỂ XÂY DỰNG HỆ KÍN.
5. ĐẶC TÍNH CƠ.
Em xin chân thành cảm ơn thầy "NGUYỄN TRUNG SƠN" đã hướng
dẫn tận tình cho em trong quá trình làm đồ án vừa qua. Đến hôm nay em đã
hoàn thành đồ án của mình. Nhưng vì khả năng và thời gian có hạn nên chắc
chắn vẫn còn sai sót nhất định.
Em cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô giáo trong bộ
môn thiết bị điện - điện tử trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 1
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
giảng dạy giúp đỡ tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập và rèn luyện của
em để đến hôm nay em hoàn thành nhiệm vụ học tập của mình.
Sinh viên
Trần Minh Tiếu
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 2
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH
TỐC ĐỘ ĐCKĐB 3 PHA
I. GIỚI THIỆU ĐCKĐB VÀ KẾT CẤU:
Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rải trong công
nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 3
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
động cơ khác. Sở dĩ như vậy là do động cơ KĐB có kết cấu đơn giản, dể chế
tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3
fa. Tuy nhiên trước đây các hệ truyền động cơ không đồng bộ có điều chỉnh
tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, đó là do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB
có khó khăn hơn động cơ một chiều. Trong thời gian gần đây, do phát triển
công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ
KĐB mới được khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động
cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động tiristo, động cơ một chiều.
II. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KĐB ROTO DÂY QUẤN:
• Để thành lập đặc tính cơ,ta cần đưa ra một số giả thiết sau:
- 3 pha của động cơ là đối xứng.
- Các thông số của mạch không thay đổi, nghĩa là không phụ thuộc
nhiệt độ, điện trở của mạch roto không phụ thuộc vào tần số của dòng điện
trong nó, mạch từ không bảo hoà, do đó điện kháng của cuộc dây stato X1 và
roto X2 không thay đổi.
- Tổng dẫn của mạch dòng từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá IM
không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato của
động cơ.
- Bỏ qua các tổn thất của ma sát.
- Điện áp lưới hoàn toàn hình sin và đối xứng.
Như vậy ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ.
X’2
X1
I1
r1
’
r2'
S
I2
X μ
r μ
I μ
f
U
R'f
S
[Hình 1.1] Sơ đồ thay thế một pha của động cơ KĐB roto dây
Trong đó: XM, X1,X2’ các điện kháng của mạch từ hoá, Stato và Rôto qui
đổi về Stato (Ω).
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 4
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
rM, r1, r’2: các điện trở tác dụng của mạch từ hoá của cuộn dây stato,
rôto đã qui đổi về stato (Ω).
R’f điện trở phụ (nếu có) mắc thêm vào mỗi pha của rôto đã qui đổi về
stato (Ω).
Uf trị số hiệu dụng của điện áp pha ở stato (V).
IM,I1,I2 Dòng điện từ hoá , stato, rôto đã qui đổi về stato (A).
S độ trượt của động cơ.
S = ( ω 0- ω )/ ω 0
(1.1)
Với ω 0 vận tốc góc của từ trường quay, còn gọi là tốc độ đồng bộ (rad).
2πf
p
ω 0 =
(1.2).
f: tần số điện áp nguồn đặc vào stato (Hz).
P: số đôi cực của động cơ.
ω : tốc độ góc của rôto (rad/s).
Từ phương trình 1.1 và phương trình 1.2 suy ra:
2πf
ω = ω 0(1-s) =
(1-s)
(1.3).
p
'
1
Mặt khác, từ sơ đồ thay thế ( hình 1.1) ta có, trị số hiệu dụng của dòng
điện roto đã qui đổi về stato.
Uf
I’2 =
(1.4).
2
2
r + r + X + X '
(
)
(
)
1
2
1
2
Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto
P12 = Mdt . ω 0
Với Mdt : mô men điện từ của động cơ.
Nếu bỏ qua các tổn thất thì Mdt = Mcơ = M.
Công suất đó chia ra hai thành phần : công suất đưa ra trục động cơ là
Pcơ và công suất tổn hao đồng trong rôto ΔP2 nghĩa là :
P12 = Pcơ+ΔP2 .
Hay Mω 0 = Mω + ΔP2
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 5
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
Do đó ΔP2 = M(ω 0-ω ) = Mω 0.S
’2
Mặt khác ΔP2 = 3I2 R2
’2
Nên M =
3I2 R2/ω 0.S
(1.5).
Thay phương trình (1.5) vào phương trình (1.4) ta được phương trình
đặc tính của cơ của động cơ.
2
3.Uf .R2 '/S
M =
(1.6)
2πf
P
2
2
⎡
⎤
(r + r2 /S) + (X1 + X2 ')
1
⎣
⎦
Vẽ quan hệ phương trình (1.6) lên trục toạ độ ta được đặc tính cơ của
động cơ cần tìm.
ω
ω
(Rf = 0)
R ≠ 0
M
[Hình 1.2] Đặc tính cơ của động cơ KĐB roto dây quấn .
Hai phương trình đặc tính cơ còn được viết dưới dạng khác:
2Mmax (1+ a.Smax
)
M =
(1.7).
Smax
S
+
+ 2aSmax
Smax
S
Trong đó : Smax là hệ số trượt tương ứng với mômen max.
'
r2
Smax
=
(1.8).
2
r 2 + Xnm
1
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 6
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
Mnm : là mômen ngắn mạch hay còn gọi là mômen mở máy.
2
3U f
2ω0 (r + r 2 + X nm
Mmax
a =
=
(1.9).
2
)
1
1
r
1
.
r2
Đối với những động cơ có r1 rất nhỏ thì phương trình cơ sẽ là :
2Mmax (1+ a.Smax
)
M =
(1.10).
Smax
S
+
Smax
S
Với Smax = r2’/Xnm ; Mmax = 3Uf2/2ω 0.Xnm
.
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB :
Từ phương trình (1.3) ta thấy tốc độ của động cơ KĐB phụ thuộc vào tần
số của lưới điện f1, số đôi cực P và hệ số trượt S của động cơ. Như vậy để
điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ta điều chỉnh các thông số này . Sau đây ta
lần lược giới thiệu từng phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ KĐB:
1. Điều chỉnh tốc độ của động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số:
- Sơ đồ nguyên lý:
Rcd
Ui
Ub
BBT
Đ
fi
fb
const
Var
[Hình1.3] sơ đồ nguyên lý hệ ĐCTĐ ĐCKĐB bằng cách thay đổi tần số .
- Tần số nguồn điện cung cấp cho động cơ KĐB quyết định giá
trị tốc độ từ trường quay cũng là tốc độ không tải lý tưởng . Ta
có:
2πf1
P
n0 = 60f1/P
hay ω 0 =
.
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 7
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
- Do vậy bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp cho phần cảm ta có thể
điều chỉnh được tốc độ động cơ. Để thực hiện phương án này người ta dùng
bộ biến tần để cung cấp cho động cơ .
- Khi thay đổi tần số thì trở kháng của động cơ có thay đổi, do đó kéo
theo dòng điện từ thông thay đổi. Cụ thể , khi giảm tần nguồn cảm kháng
giảm (X1 = 2πf ) và dòng điện sẽ tăng lên. Muốn động cơ không bị quá dòng
cần giảm điện áp theo sự giảm tần số.
- Người ta chứng minh được rằng khi thay đổi tần số, nếu đồng thời
Mth
chỉnh điện áp cấp cho phần cảm sao cho hệ số quá tải λM =
giữ không
M c
đổi thì động cơ làm việc ở chế độ tối ưu như làm việc với các thông số định
mức .
Mth
λM =
= Conts.
M c
3U12ph
Trong đó : Mth =
.
2ω0 (R1 + R12 + X n2m
2πf1
P
Nếu điện trở phần cảm rất nhỏ ( R1≈ 0) và lưu ý ω 0 =
.
’
Xnm = X1+X2 thì có thể viết .
3U12ph .P
4πf1 (X1 + X2' )
Mth =
.
Vì X1 và X2’ đều tỷ lệ với tần số f1 nên có thể viết :
3U12ph
Mth = A.
.
2
f
Với A là hằng số phụ thuộc P, L1, L2.
3U12ph
3U12dm
Từ đó : λM = A.
= A.
. (1.11).
2
f1 .Mc
f1dm .Mcdm
Mômen của cơ cấu sản suất khi coi Mco≈0 , biểu thức :
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 8
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
K
⎡
⎤
ω
ωdm
Mc = Mco+(Mcdm-Mco).
. (1.12).
⎢
⎣
⎥
⎦
Trong đó : Mc mômen cản của cơ cấu sản suất ở tốc độ ω nào đó .
Mco = là mômen cản của cơ cấu sản suất ở ω = 0 .
Mcdm là mômen cản của cơ cấu sản suất ở ω = ωdm.
K là số mũ đặc trưng cho phụ tải (K = 0, ± 1,2).
Viết lại:
Mc = Mcđm
K
K
⎡
⎤
⎡
⎤
f1
ω
ωdm
= Mcđm
. (1.13).
⎢
⎣
⎥
⎦
⎢
⎣
⎥
⎦
f1dm
Thay biểu thức (1.13) vào biểu thức (1.11) ta được:
2
K +2
U
⎡
⎤
⎡
⎤
f1
1ph
=
.
(1.14)
⎢
⎣
⎥
⎦
⎢
⎣
⎥
⎦
U1dm
f1dm
U1ph
U1dm
Hay
=
= const . (1.15)
K
K
1+
f11+
2
2
f
1dm
Như vậy đặc tính cơ của động cơ KĐB khi điều chỉnh tần số không
những phụ thuộc vào giá trị tần số f1 mà còn phụ thuộc vào qui luật
biến đổi điện áp, nghĩa là còn phụ thuộc vào đặc tính phụ tải . Ta có đặc
tính cơ như sau:
ω
ω
’’’
f1
’’
f3>f2>f1
d1
Mc
’
f1
f1
f1đm
f11
f2
ω0
f3
f12
f13
M
M
0
Mc
Mmax
0
a.(k = 0)
b.(k = 1)
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 9
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
ω
ω
f3>f2>f1
f3>f2>f1
Mc
f1
f2
f3
f3
Mc
0
0
M
M
Mth3 Mth2 Mth1
c.(k = 2)
d.(k = -1)
[Hình 1.4] Đặc tính có khi thay đổi tần số sử dụng quy luật thay đổi điện áp gần
đúng với các loại phụ tải khác nhau.
Nhận xét :
Phương pháp này thích hợp bất kỳ loại tải nào, ứng với mỗi loại tải
U
nhất định sẽ có qui luật thay đổi
nhất định phương pháp này thích hợp cho
f
điều chỉnh động cơ lồng sóc, điều chỉnh phương pháp này cho phép điều
chỉnh tốc độ một cách liên tục trong phạm vi rộng .
Nhược điểm lớn của phương pháp này là giá thành cao .
2. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp thay đổi số đôi cực:
• Sơ đồ nguyên lý :
Phương pháp thay đổi số đôi cực thường dùng nhiều nhất cho động cơ
hai cấp . Tốc độ, có hai cách đấu như sau:
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 10
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
~
~
~
~
*
r1
x1
r1
x1
x1 *
r1
*
*
x1
r1
[Hình 1.5] Đổi nối dây quấn stato theo sơ đồ Δ - YY .
~
~
~
~
*
r1
1
*
r1
r1
X
X
*
X
1
1
r1
*
X
1
[Hình 1.6] Đổi nối dây quấn stato theo sơ đồ Y-YY .
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 11
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
Để thay đổi số đôi cực P, người ta thay đổi cách đấu dây ở stato của
động cơ. Những máy đặc biệt này người ta gọi là máy đa tốc độ , số đôi cực
của nó thay đổi bằng hai cách khác nhau, cách thứ nhất : dùng hai tổ nối dây
riêng biệt mỗi tổ có hai số đôi cực riêng, cách thứ hai: dùng một tổ dây quấn
stato nhưng mỗi pha được chia thành hai đoạn . Thay đổi cách nối giữa hai
đoạn đó ta sẽ thay đổi một đôi cực P, cách thứ nhất tạo được hai tốc độ bất kỳ
không lệ thuộc nhau. Cách thứ hai có sơ đồ đấu dây phức tạp và có hai cấp
tốc độ lệ thuộc nhau.
Khi đổi nối từ tam giác → sao kép (Δ- YY) ta có những quan hệ sau
đây. Khi nối Δ hai đoạn dây stato đấu nối tiếp nên:
R1 = 2r1 ; X1 = 2X1
Và tương ứng R2 = 2r2 ; X2 = 2X2 ; Xnm = 2Xnm
Trong đó : r1, r2, X1, X2 điện trở và điện kháng mỗi đoạn dây stato và
roto. Điện áp đặt lên dây quấn mỗi pha là Uf Δ
(1.16).
=
3U1 .
R2' Δ
r2'
Do đó: Sth Δ
=
=
=
(1.17).
(1.18).
r2 + X n2m
2
' )
R12Δ + (X 1Δ + X 2Δ
1
9U12
U12 3 3
M th Δ
=
2
2
2
2
⎡
⎤
⎦
⎡
⎤
⎦
4ω0 r ± r2 + Xnm
2ω0 R1Δ ± R1Δ + RnmΔ
1
⎣
⎣
Nếu nối YY thì :
1
1
1
1
R1YY = r1 ; X1YY = X1 ; R2YY = r2 ; X2YY = X2
(1.19).
(1.20).
2
2
2
2
Còn áp trên dây quấn mỗi pha là UfYY = U1 vì vậy:
R2' YY
r2'
SthYY
=
=
= Sth Δ
R12YY + (X12YY + X 2' YY
)
r2 + X n2m
1
3U12
MthYY
=
=
2
2
⎡
⎤
⎦
2ω0YY R1YY ± R1YY .XnmYY
⎣
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 12
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
3U12
=
(1.21).
2
2
⎡
⎤
⎦
2ω0 r ± r + Xnm
1
1
⎣
MthYY
MthΔ
2
3
So sánh (1.21) và (1.18) ta thấy
=
(1.23).
Như vậy khi nối Δ → YY tốc độ không tải lý tưởng tăng hai lần. Sth giữ
1
nguyên, mômen tới hạn giảm .
3
Đặc tính cơ của nó có dạng:
ω
SthYY
Sth
Δ
0
M
[Hình 1.7] Các đặc tính cơ điều chỉnh và đặc tính tải cho phép khi
đổi nối dây quấn stato Δ → YY
Khi đổi nối Y-YY:
r2'
SthY
=
(1.23).
r2 + X n2m
1
3U12
MthY
=
(1.24).
2
2
⎡
⎤
⎦
4ω0 r ± r + Xnm
1
1
⎣
1
SthY = SthYY ; MthY = MthYY (1.25).
2
Dạng đặc tính cơ của nó có dạng:
ω
thYY
S
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 13
thY
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
[Hình 1.8] các đặc tính cơ điều chỉnh và đặc tính tải cho phép khi đổi
nối dây quấn stato Y-YY.
Nhận xét:
• Ưu điểm của phương pháp thay đổi số đôi cực P là thiết bị đơn giản
, giá thành hạ, các đặc tính cơ đều cứng, khả năng điều chỉnh triệt
để. Độ chính xác duy trì tốc độ cao và tổn thất trượt khi điều chỉnh
thực tế không đáng kể.
• Nhược điểm lớn của phương pháp này là có độ tinh kém ( nhảy
cấp), dải điều chỉnh không rộng và kích thước động cơ lớn nên động
cơ đa tốc độ được chế tạo với công suất dưới 20÷30 KW và được sử
dụng trong một số máy cắt kim loại và nâng bơm ly tâm và cả quạt
gió.
3. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB rôto dây quấn bằng phương pháp thay
đổi hệ số trượt:
Như ta đã biết mômen của động cơ tỷ lệ với bình phương điện áp đặc vào
stato phụ thuộc công suất trượt của động cơ, phụ thuộc vào điện trở rôto.
Như vậy khi thay đổi các thì Mmax động cơ thay đổi do đó Smax cũng thay
đổi. Nói cách khác tốc độ ωmax của động cơ thay đổi, vậy điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cách điều chỉnh hệ số trượt S chính là thay đổi điện áp đặt
vào stato, thay đổi công suất trượt (sơ đồ nối tầng ), thay đổi điện trở mạch
rôto.
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 14
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
3.1. Điều chỉnh điện áp nguồn cấp vào stato động cơ KĐB.
Có nhiều cách điều chỉnh điện áp nguồn cấp vào stato động cơ KĐB:
3.1.1. Điều chỉnh điện áp dùng biến áp từ ngẫu .
a). Sơ đồ nguyên lý :
Máy biến áp tự ngẫu là bộ biến đổi điện áp xoay chiều đơn giản nhất
của hệ biến áp tự ngẫu động cơ được vẽ như sau:
~
~
U2
ZS
W1
Ub
W2
Za
Ð
Rcđ
[Hình 1.9] Sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền động dùng biến áp tự ngẫu.
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 15
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
b). Đặc tính cơ:
Nếu ký hiệu các đại lượng điện từ của mỗi pha biến áp như hình (1.9)
thì tổng trở của biến áp được xác định theo biểu thức:
2
1
⎡
⎤
⎦
−1
Zba = Zs + Za
(1.26).
⎢
⎣
⎥
K
Trong đó : K = W2/W1 Hệ số biến áp .
Khi điều chỉnh điện áp ra để cấp cho stato động cơ , hệ số K thay đổi
đồng thời Zs và Za cũng đều thay đổi . Các đặc tính cơ đều có dạng như hình
vẽ:
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 16
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
ω
Đặc tính tự nhiên
ω 0
Ub1
Ub2
Ub3
Đặc tính giới hạn
0
M
Mthgh
[Hình 1.10] các đặc tính điều chỉnh của truyền động KĐB dùng biến áp tự ngẫu.
Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát nóng của
máy điện, khi dùng động cơ KĐB rôto dây quấn người ta nối thêm một điện
trở cố định Rcd vào mạch rôto. Khi đó nếu điện áp đặt vào stato là định mức
(Ub = U1) thì ta có đặc tính mềm hơn đặc tính tự nhiên . Ta gọi đặc tính này là
R2 + Rcd
đặc tính giới hạn . Rõ ràng là Sthgh = Sth
; Mthgh = Mth .
R2
Trong đó: Mthgh ; Sthgh mômen và độ trượt tới hạn của đặc tính giới
hạn.
Mth; Sth các đại lượng tương ứng của đặc tính tự nhiên .
c). Nhận xét:
Hệ dùng biến áp tự ngẫu không những có giá thành cao mà còn rất khó
tự động hoá nên các chỉ tiêu điều chỉnh không cao . Vì thế nó ít được sử dụng.
3.1.2. Điều chỉnh điện áp nhờ kháng bảo hoà :
a). Sơ đồ nguyên lý:
Kháng bảo hoà gồm cuộn làm việc Wlv và cuộn từ hoá Wth quấn chúng
lên một gông từ . Nó có thể là một pha hoặc ba pha . Sơ đồ nối kháng bảo hoà
để điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB như sau:
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 17
Giáo viên hướng dẫn:
Nguyễn Trung
Sơn
~
~
Ith
+
BT
Uok
Wlv
Wth
_
Ð
Rcđ
[Hình 1.11] Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động cơ KĐB bằng phương pháp
dùng kháng bảo hoà.
Khi thay đổi dòng từ hoá Ith nhờ biến trở đặt tốc độ , độ từ thẩm của lõi
thép sẽ thay đổi do đó điện kháng của cuộn làm việc Wlv biến đổi điện áp đặt
vào, động cơ biến cho ta các đặc tính cơ như hình vẽ (1.12) mỗi vùng ứng với
một trị số của dòng từ hoá Ith .
b). Đặc tính cơ:
ω
S
đttn
đtgh
ω 0
Ith
Ith1
Ith2
IthMax
0
M
Mth
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 18
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
[Hình 1.12] Đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp kháng bảo hoà .
Hệ thống này có hai “vùng chết” không điều chỉnh được . Vùng thứ
nhất nằm giữa đặc tính cơ có Ithmax và đặc tính cơ tự nhiên . Vùng thứ hai nằm
giữa trục tung và đường có Ith = 0 . Sở dĩ có hai vùng này vì dòng từ hóađạt
được cực đại Imax nhưng Xlv vẫn có một giá trị nhỏ gây sụt áp nên đặc tính này
không trùng với đặc tính cơ tự nhiên . Còn khi cuộn kháng bị khử từ hoàn
toàn Ith = 0 thì Xlv vẫn còn giá trị hữu hạn nên đặc tính cơ tương ứng không
thể sát trục tung .
c). Nhận xét:
Ta thấy cuộn kháng bảo hoà như là một biến kháng không tiếp điểm .
Nó cho phép điều chỉnh tinh (liên tục) . Đồng thời xây dựng được hệ tự động
hoá để ổn định tốc độ . Hệ kháng bảo hoà có đặc tính cơ có mômen Mmax lớn .
khả năng quá tải và ổn định cao, sai số tốc độ đặc nhỏ. Hệ này có dải điều
chỉnh D = 2 ÷5 . Tuy nhiên muốn mở rộng dải điều chỉnh thì tổn thất trượt
trong rôto (M,ω0 ,S) quá lớn. Vì vậy động cơ bị đốt nóng quá mức .
3.1.3. Điều chỉnh điện áp nhờ bộ điều chỉnh thiristor :
a). Sơ đồ nguyên lý :
~
~
T1
T2
T3
T4
T5
T6
ĐK
Đ
Rcđ
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 19
[Hình 1.13] Sơ đồ nguyên lý của hệ dùng điều chỉnh thiristor .
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
Mạch lực của động cơ bao gồm ba cặp van nối song song ngược. Ở
trạng thái xác lập ,các thiristor mở những góc như nhau và không đổi, trong
đó T1, T3, T5 thông ở nữa chu kỳ dương , còn T2, T4, T6 thông nữa chu kỳ âm
của điện áp lưới. Điện áp đặt vào stato của động cơ Ub (tức điện áp ra của bộ
biến đổi ). Sẽ là những phần của đường hình sin: U1 = UmsinΩt như trình
bày trên hình (1.14) .
Ub
U1
Ub
0
π
δ
α0
2π
T1 thông
T4 thông
[Hình 1.14] Đồ thị điện áp pha ở đầu ra của bộ điều chỉnh thiristor .
Giả thiết đường cong trên hình (1.14) là đồ thị điên áp pha A đưa vào
stato động cơ qua hai van T1 và T4 mở góc α0 tính từ góc của đường hình sin
thì nó sẽ thông cho đến thời điểm π do điện áp lưới dương đặt vào Anốt và
sau đó từ π ÷π +δ nó vẫn thông nhờ năng lượng điện từ tích luỹ trong điện
cảm của mạch . Tương tự như vậy van T4 thông ở giữa chu kỳ âm, góc δ phụ
thuộc vào góc ϕ của động cơ, tức là phụ thuộc độ trượt của động cơ.
Điện áp stato không sin, như trên hình (1.14) được phân tích thành
những thành phần sóng hài , trong đó sóng bậc 1 là thành phần sinh công cơ
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 20
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
học . Giá trị hiệu dụng của sóng bậc 1 (U1b) không những phụ thuộc vào góc
thông α0 mà còn phụ thuộc góc pha ϕ của động cơ.
b). Đặc tính cơ:
Đặc tính điều chỉnh của hệ dùng bộ điều chỉnh thiristor có dạng như
sau:
ω
Đặc tính tự nhiên
ω 0
SthU
α 1
Đặc tính giới hạn
α 3
α 2
Sthgh
0
M
Mthgh
[Hình 1.15] Các đặc tính điều chỉnh của hệ truyền động KĐB khi
dung bộ điều chỉnh thiristor .
c). Nhận xét:
Ưu điểm của hệ này là nhờ sử dụng thiristor nên có khả năng tự động
hoá để làm tăng độ cứng đặc tính cơ . Về chỉ tiêu năng lượng, tuy nhiên tổn
thất trong bộ biến đổi không đáng kể nhưng điện áp stato bị biên dạng so với
hình sin nên tổn thất phụ trong động cơ lại lớn. Do đó hiệu suất không cao.
3.1.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB rôto dây quấn bằng cách điều
chỉnh công suất trượt ( Sơ đồ nối tầng):
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi
các thông số của đông cơ hoặc thay đổi các thông số của nguồn cung cấp đều
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 21
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
có nhược điểm cơ bản là không tận dụng được tổn thất công suất trượt ở mạch
rôto . Tổn thất công suất trượt này ΔP = M.ω0 .S trong hầu hết các trường hợp
3
đều tiêu tán vô ích dưới dạng nhiệt trên điện trở mạch rôto . Vì vậy chỉ tiêu
năng lượng của các phương pháp này đều thấp . Đối với những động cơ KĐB
rôto dây quấn có công suất lớn hoặc rất lớn , thì tổn thất công suất trượt sẽ rất
lớn .Do đó có thể không dùng được các thiết bị chuyển đổi và điều khiển ở
mạch rôto . Việc sử dụng trực tiếp năng lượng trượt ấy rất khó khăn vì tần số
dòng điện rôto khác với tần số lưới.
Để vừa tận dụng được năng lượng trượt, vừa điều chỉnh được tốc độ
của động cơ KĐB rôto dây quấn, người ta sử dụng các sơ đồ nối tầng .
Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB trong các sơ đồ nối tầng được thực
hiện bằng cách đưa vào rôto của nó một sức điện động phụ Ef sức điện động
phụ này có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với sức điện động cảm ứng trong
mạch rôto E2 và có tần số bằng tần số rôto. Sức điện động phụ có thể là xoay
chiều hoặc một chiều như sơ đồ nguyên lý hình (1.16) .
~ ~
~ ~
a)
b)
Ð
Ð
Ef
E~
~
~
~
E~
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 22
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
[Hình 1.16] Sơ đồ nguyên lý khi đưa các sức điện động phụ vào mạch rôto của động cơ
KĐB để điều chỉnh tốc độ của nó trong sơ đồ nối tầng .
a, Sức điện độ xoay chiều ; b, Sức điện động một chiều .
Giả thiết điều kiện làm việc ở trạng thái động cơ nghĩa là nó tiêu thụ
năng lượng từ lưới là sinh năng lượng trượt ở mạch rôto khi đưa Ef vào, dòng
điện rôto xác định theo biểu thức : I2 = E2.Ef/Z .
Giả thiết Mc = const và động cơ đang làm việc xác định trên đặc tính
ứng với một giá trị Ef nào đó . Nếu tăng Ef lên thì dòng I2 giảm và có một trị
số nhỏ hơn mômen Mc , nên tốc độ của động cơ giảm . Khi tốc độ giảm tốc độ
trượt S tăng lên làm cho E2 = E2nm.S tăng lên . Kết quả là dòng điện rôto I2 và
mômen điện từ của động cơ tăng lên cho đến khi mômen của thiết bị nối tầng
cân bằng với mômen Mc thì quá trình giảm tốc kết thúc động, động cơ làm
việc xác lập với tốc độ thấp hơn trước , khi /E2/ = /Ef/ , I2 = 0 .
Động cơ có tốc độ không tải lý tưởng ω0lt . Khi Ef = 0 động cơ làm
việc trên đặc tính gần với đặc tính tự nhiên .
Theo nguyên lý biến đổi năng lượng trượt, người ta chia các sơ đồ nối
tầng thành hai loại :
- Nối tầng điện ( có M = const ).
- Nối tầng điện cơ ( có P = const ).
1. Sơ đồ nối tầng điện :
Các hệ nối tầng điện có sơ đồ nguyên lý giãn đồ năng lượng biểu diễn
trên hình (1.17) và hình (1.18).
Pđ
U1
f1 = const
1
P
Δ P1
Δ Pbđ.Δ
12
P
Ð
Δ
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
BBĐ
Trang 23
co
P
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
[Hình1.17] sơ đồ nguyên lý
của hệ nối tầng điện
[Hình1.18] giãn đồ năng lượng
của hệ thống nối tầng điện
Trong những sơ đồ nối tầng loại này, năng lượng trượt có tần số f2 =
ở mạch rôto của động cơ KĐB có điều khiển được đưa đến đầu vào
f1.S
của bộ biến đổi BBĐ sau khi trừ tổn thất ở trong dây quấn rôto Δ Pđ và tổn
thất trong bộ biến đổi Δ Pb năng lượng trượt được biến đổi thành điện năng Pđ
trả về lướt như giản đồ năng lượng hình (1.18) trong các sơ đồ này bộ biến
đổi và động cơ chỉ liên hệ về điện với nhau. Vì vậy gọi là “ sơ đồ nối tầng
điện” . Mômen trên trục của thiết bị nối tầng.
P
co
M =
.
ω
Pco = Pđm = P12đm- Δ Psđm.
Nếu giữ I1đm thì P12 ≈ 3Ufđm.Iđm = P12đm = Mđm.ω0 .
Tổn thất trượt Δ Psđm = P12đm.Sđm = Mđm.ω0 .Sđm .
Còn tốc độ ω = ωd' m = ω0 (1-Sđm) .
P
Mdm .ω0 (1− Sd' m )
ω0 (1− Sdm )
codm
=
Vậy M =
= Mđm = const.
ωdm
Nghĩa là ở sơ đồ nối tầng điện khi làm việc trên các đặc tính điều chỉnh
(đặc tính có Ef ≠ 0 ).
2. Sơ đồ nối tầng điện - cơ:
Các sơ đồ nối tầng điện cơ có sơ đồ nguyên lý và giản đồ năng lượng
biểu diễn trên hình (1.19) và (1.20).
1
P
~ ~
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 24
12
P
ΔP
1
Δb
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
[Hình 1.19] Sơ đồ nguyên lý nối tầng điện cơ
[Hình 1.20] Giãn đồ năng lượn hệ
nối tầngđiện_cơ
Năng lượng trượt sau khi qua bộ biến đổi được biến thành điện năng và
đưa đến động cơ phụ ĐP. Động cơ phụ lại biến điện năng đưa lên trục động
cơ. Như vậy, hệ thống gồm bộ biến đổi và ĐP liên hệ với động cơ cả về điện
lẫn về cơ. Vì vậy, gọi là “ Sơ đồ nối tầng điện cơ”.
Công suất tổng đưa ra trên trục của thiết bị nối tầng điện cơ là:
Pt = Pcơ + Δ P3 Nếu giữ I1đm thì P12đm
.
Suy ra phát triển = Pđm(1-S) + Pđm*S = Pđm = const.
Nghĩa là các sơ đồ nối tầng điện cơ khi làm việc trên các đặc tính điều
chỉnh, công suất của hệ thống không đổi và bằng định mức.
Nguyên lý điều chỉnh công suất trượt thường được áp dụng cho những
truyền động công suất lớn khi đó làm việc tiết kiệm điện năng có ý nghĩa lớn.
Một số vấn đề quan trọng nữa đối với hệ thống công suất lớn là vấn đề khởi
động động cơ. Thường dùng điện trở phụ chất lỏng để khởi động động cơ đến
tốc độ làm việc sau đó đến chế độ điều chỉnh công suất trượt. Vì vậy nên áp
dụng hệ thống này cho các truyền động có số lần khởi động, dừng máy và đảo
chiều ít.
3. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB rôto dây quấn bằng cách thay đổi
điện trở mạch rôto :
Đối với động cơ rôto dây quấn thường điều chỉnh tốc độ bằng cách thay
đổi điện trở rôto để thay đổi hệ số trượt S, việc điều chỉnh thực hiện ở phía
rôto. Phương pháp này còn gọi là phương pháp biến trở .
Sơ đồ điều chỉnh được biểu diển như hình (1.21).
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 25
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
[Hình 1.21] Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh điện trở phụ ở mạch rôto.
Khi đưa thêm điện trở phụ Rp vào mạch rôto làm cho dòng điện rôto
giảm xuống dần đến tốc độc quay giảm xuống .
Điện trở tổng mạch rôto sẽ là :R∑ = Rr+Rf .
Trong đó: Rr : Điện trở dây quấn một pha của rôto.
Rf : Điện trở phụ một pha nối tiếp với rôto.
Đặc tính điều chỉnh của động cơ khi thay đổi điện trở mạch rôto như
trên hình (1.22) .
ω
ω
ω0
ω12
a
á
Rf = 0
b
Rf ≠ 0
0
Mc
M
[Hình 1.22] Đặc tính điều chỉnh khi thay đổi điện trở mạch rôto động cơ KĐB rôto
dây quấn.
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 26
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
Các đặc tính điều chỉnh phải thoã mãn phương trình đặc tính cơ.
2Mth (1+ aSt'h )
M =
(1.27) .
St'h
S
+
+ 2aSt'h
St'h
S
R2' + R'f
R12 + Xn2m
Trong đó : St'h =
(1.28) .
Mth = Mthtn = Const (1.29) .
R1
a =
.
R2
Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với đặc tính tự nhiên có tải là Mc
và tốc độ là ω1 ứng với điểm làm việc a nên đặc tính điều chỉnh hình (1.22).
Để điều chỉnh tốc độ ta đóng điện trở phụ Rf vào cả 3 pha của rôto, dòng điện
và mômen của động cơ giảm đột biến ( bỏ qua quán tính điện từ của động cơ)
cho nên điểm làm việc trên mặt phẳng đặc tính cơ chuyển từ a đến b tại thời
điểm đó mômen của động cơ nhỏ hơn Mc nên hệ giảm tốc .
Mặt khác vì tốc độ giảm, độ trượt tăng nên suất điện động tăng . Cảm
ứng trong rôto E2 = E2nm.S tăng lên .Do đó dòng điện và mômen của động lại
tăng lên , cho đến khi M = Mc thì hệ xác lập nhưng với tốc độ mới ω2 <ω1
trạng thái này ứng với điểm a’ trên đặc tính điều chỉnh Rf . Khi điều chỉnh
điện trở Rf = 0 tới Rf = R1 ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ trong miền
nằm giữa đặc tính cơ tự nhiên và tính cơ biến trở với Rf = R1 .
Ngày nay để điều chỉnh điện trở mạch rôto có thể dùng các sơ đồ sau:
1. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch rôto dùng con trượt:
Sơ đồ này chỉ có dùng cho động cơ công suất nhỏ vì khi điều chỉnh con
trượt có thể phát sinh hồ quang dể gây ra hư hỏng động cơ. Hơn nữa sơ đồ
này khó tự động hoá vì vậy ít được sử dụng .
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 27
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
[Hình 1.23] Sơ đồ dung con trượt.
2. Sơ đồ điều chỉnh điện trở mạch rôto dùng công tắc tơ:
Ð
[Hình 1.24] Sơ đồ dùng công tắc tơ.
Sơ đồ dùng công tắc tơ có thể dùng cho các động cơ nhưng chỉ có thể
điều chỉnh tốc độ cơ nhảy cấp, khi điều chỉnh gây hồ quang dể làm hỏng thiết
bị vì vây cũng ít được sử dụng .
3. Sơ đồ điều chỉnh điện trở mạch rôto dùng điện trở xung:
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 28
Giáo viên hướng dẫn:
Sơn
Nguyễn Trung
Điều chỉnh tốc độ bằng điện trở là phương pháp đơn giản nhưng có
nhiều nhược điểm phần lớn các đặc điểm có liên quan đến dạng đặc tính cơ
mềm và việc dùng điện trở nhiều cấp trong mạch động lực .
Nếu muốn điều chỉnh tốc độ động cơ cần phải dùng biến trở có con
trượt cần phải có lực cơ lớn để kéo con trượt biến trở. Do dòng điện lớn nên
dể gây ra tia lửa điện làm cháy hỏng gây nguy hiểm.
Phương pháp điều chỉnh xung điện trở sẽ khắc phục được một số nhược
điểm trên và mở ra khả năng tự động hoá hệ thống, đây là phương pháp triển
của phương pháp biến trở .
Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điều chỉnh xung điện trở.
~ ~
b)
a)
Ð
c)
T
T
f
R
k
[Hình 1.25] Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điệ trở .
Hình (1.25 a) và (1.25 b) trình bày một điện trở xung đơn giản nó gồm
một điện trở R mắc song song với một khoá K được đóng ngắt theo chu kỳ,
khoá K có thể la một tranzito hay một thiritor khoá K không thể là khí cụ cơ
hoặc điện từ cơ kiểu rơle_công tắc tơ để làm khoá K. Bởi vì chúng có độ tác
Sinh viên: Trần Minh Tiếu
Trang 29
Tải về để xem bản đầy đủ
90 trang
15/08/2024
460
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ Rôtô dây quấn bằng phương pháp điện trở xung ở mạch Rôtô", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_dieu_chinh_toc_do_dong_co_khong_dong_bo_roto_day_qu.pdf
