Đồ án Truyền động điện

LỜI NÓI ĐẦU Thế kỉ XXI – thế kỉ của công nghệ thông tin, của khoa học kĩ thuật và công nghệ tự động. Nhằm đáp ứng nhu cầu của sự phát triển, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Truyền động điện ra đời là một trong những yếu tố quan trọng: Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất. Truyền động điện là một hệ thống máy móc được thiết kế với nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành điện năng. Hệ thống truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc thay đổi. Hiện nay khoảng 70-80% các hệ truyền động là loại không đổi, với các hệ thống này tốc độ hoạt động của động cơ hầu như không cần điều khiển, trừ các quá trình khởi động và hãm. Phần còn lại 20-25% các hệ thống điều khiển được tốc độ động cơ để phối hợp được các đặc tính động cơ với đặc tính tải yêu cầu. Với sự phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật bán dẫn công suất lớn và kĩ thuật vi xử lý, các hệ thống điều tốc được sử dụng rộng rãi và là công cụ không thể thiếu trong quá trình tự động hóa sản xuất. Do đó nội dung của tập đồ án chủ yếu tính toán và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha. Tập đồ án này có thể làm tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm đến vấn đề liên quan đến động cơ không đồng bộ ba pha. Vì kiến thức và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế không nhiều, nên tập đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn bè. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Dưỡng STT Nội dung Trang Lời nói đầu 1 Mục lục 2 Chương 1 Động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha 3 1.1 Giới thiệu chung 3 1.2 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 8 1.3 Ảnh hưởng của tham số đến dạng đặc tính cơ 12 1.4 Khởi động và tính điện trở khởi động 17 1.5 Hãm máy 18 Chương 2 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 21 2.1 Khái niệm chung 21 2.2 Điều chỉnh điện áp động cơ 21 2.3 Điều chỉnh điện trở mạch rôto 25 2.4 Điều chỉnh công suất trượt 29 2.5 Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho ĐCKĐB 31 Chương 3 Nội dung tính toán 33 3.1 Vẽ đặc tính cơ tự nhiên 33 3.2 Vẽ đặc tính cơ nhân tạo 36 Chương 4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động 38 Mạch lực 38 Mạch điều khiển 38 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 41 Chương 5 Tính chọn van động lực 43 Điện áp ngược trên các van 44 Dòng điện làm việc trên các van 44 Lời cảm ơn 46 Tài liệu tham khảo 47 Chương 1 ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1.1.Giới thiệu chung 1.1.1.Khái niệm máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều ,làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ , có tốc độ của rôtor(n) khác với tốc độ từ trường quay trong máy(n). Máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở hai chế độ động cơ và máy phát. Máy phát không đồng bộ ít được dùng vì đặc tính làm việc không tốt so với máy phát đồng bộ. Động cơ không đồng bộ so với các loại động cơ khác có cấu tạo và vận hành không phức tạp, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sinh hoạt. Động cơ không đồng bộ có các loại: động cơ không đồng bộ 3 pha, 2 pha và một pha. Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ là: + Công suất cơ có ích trên trục: P. + Điện áp dây stato: U. +Dòng điện dây stato: I. + Tốc độ quay rôto: n. + Hệ số công suất: cos. + Hiệu suất: . 1.1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ ba pha a) Cấu tạo: Động cơ không đồng bộ ba pha là một loại của máy điện không đồng bộ bao gồm hai bộ phận chủ yếu : stato và rôto. Stato (phần tĩnh): + Vỏ máy: có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ, vỏ máy thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000KW) thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Tùy theo cách làm nguội của máy mà vỏ máy cũng khác nhau. + Lõi thép: làm nhiệm vụ dẫn từ. Lõi thép có dạng hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm được dập rãnh bên trong ghép lại. Khi có đường kính ngoài lõi thép nhỏ hơn 990mm dùng cả tấm thép tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn. Mỗi lá thép kĩ thuật đều có sơn phủ cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. + Dây quấn: được làm bằng dây điện từ lõi đồng có bọc cách điện được đặt trong các rãnh của lõi thép và cách điện tốt với lõi thép. - Rôto (phần quay): + Lõi thép: người ta dùng các lá thép kỹ thuật như ở stato. Lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy. Phía ngoài của là thép được xẻ rãnh để đặt dây quấn. + Dây quấn: Loại rôto kiểu lồng sóc: dây quấn là các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong các rãnh của lõi thép, hơi dài hơn lõi thép và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hoặc bằng nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc. Loại rôto kiểu dây quấn: rôto có dây quấn giống như dây quấn stato, thường được đấu hình sao, còn 3 đầu kia được đấu vào vành trượt thường được làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của động cơ roto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay sức điện động phụ vào mạch roto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn roto được nối ngắn mạch. Hình 1. Sơ đồ nối dây máy điện không đồng bộ ba pha rôto dây quấn b) Nguyên lý hoạt động của động cơ điện không đồng bộ ba pha Khi ta cho dòng điện 3 pha tần số f vào 3 dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ n=. Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rôto, cảm ứng các sức điện động (chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải). Vì dây quấn rôto nối ngắn mạch nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rôto. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện roto kéo rôto quay cùng chiều từ trường quay với tốc độ n. Chú ý: Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải ta phải căn cứ vào chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn với từ trường. Nếu coi từ trường đứng yên thì chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn ngược chiều từ trường. Tốc độ n của máy luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n, vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn stato không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng 0. Độ lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n. n= n- n (1.1) Hệ số trượt của tốc độ là: S== (1.2) Khi rôto đứng yên (n=0) => s=1 Khi rôto quay định mức s= 0,020,06. Tốc độ động cơ là: n= n(1-s)= (v/f) (1.3) n N S Hình 2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của ĐC KĐB XC ba pha 1.1.3. Đặc điểm và ứng dụng của động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha a) Đặc điểm: - Mômen mở máy phải lớn để thích ứng với phụ tải. - Dòng mômen phải nhỏ để khỏi ảnh hưởng đến các phụ tải khác. - Thời gian mở máy nhỏ để có thể làm việc được ngay. - Thiết bị mở máy đơn giản, rẻ tiền và ít tốn năng lượng. b) Ứng dụng: Động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha được sử dụng rất rộng rãi trong sản xuất và sinh hoạt: - Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ ba pha thường được dùng làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ… - Trong nông nghiệp, được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm... - Trong đời sống hàng ngày, động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, trong máy điều hòa… Tóm lại cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa, phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi. 1.2.Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ 1.2.1. Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ ba pha I Hình 3 Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ ba pha Trong đó: R, X, I lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện của mạch từ hóa lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch Stator. : Điện áp pha đặt vào Stator. X, R/s lần lượt là điện trở, điện kháng Rotor đã quy đổi về Stator. 1.2.2. Phương trình đặc tính cơ Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha ta sử dụng sơ đồ thay thế. Trên (hình 1) là sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ ba pha. Khi nghiên cứu ta đưa ra một số giả thiết sau đây: Coi 3 pha là đối xứng Các thông số của dộng cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto, mạch từ không bão hòa nên điện kháng X, X không đổi. Tổng dẫn mạch từ hóa không thay đổi, dòng điện từ hóa không phụ thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato của động cơ. Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng 3 pha. Khi cuộn dây stato được cấp điện với điện áp định mức U trên một pha mà giữ yên rôto(không quay) thì mỗi pha của cuộn dây rôto sẽ xuất hiện sức điện động E theo nguyên lý máy biến áp. Hệ số quy đổi sức điện động là: K= (1.4) Từ đó có hệ số quy đổi của dòng điện: K= Với các hệ số quy đổi này các đại lượng điện ở mạch rôto có thể quy đổi về phía mạch stato theo cách sau: Dòng điện: I= K.I Điện kháng: X=K Điện trở: R=K Dòng điện rôto quy đổi về phía stato có thể tính từ sơ đồ thay thế: I = (1.5) Khi động cơ hoạt động, công suất điện từ P từ stato chuyển sang rôto thành công suất cơ P đưa ra trên trục động cơ và công suất nhiệt đốt nóng cuộn dây. P= P+ (1.6) Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì có thể coi mômen điện từ M của động cơ bằng mômen cơ M. M= M= M Từ đó: P=M.= M.+== (1.7) Công suất nhiệt cuộn dây ba pha là: =3.R.I (1.8) Thay (1.8) vào (1.5) sau đó thay vào (1.7) ta được: M= (1.9) Trong đó: X=X+X là điện kháng ngắn mạch Phương trình (1.9) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. Nếu biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ là đường cong như (hình 2). Có thể xác định được điểm cực trị của đường cong này bằng cách giải ta sẽ được trị số M và S tại điểm cực trị ký hiệu là Mvà S (mômen và độ trượt tới hạn ) cụ thể là: S= (1.20) Thay (1.20) vào (1.19) ta có M: M= (1.21) Trong hai biểu thức trên, dấu (+) ứng với trạng thái động cơ, dấu (-) ứng với trạng thái máy phát. Do đó M ở chế độ máy phát lớn hơn M ở chế độ động cơ. Ngoài ra khi nghiên cứu các hệ truyền động với động cơ không đồng bộ người ta quan tâm đến trạng thái làm việc của động cơ nên các đường đặc tính cơ lúc này thường biểu diễn trong khoảng tốc độ 0. Để đơn giản người ta tuyến tính hóa đoạn làm việc từ như đường 1 trên (hình 4 ). Hình 4. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 1.3. Ảnh hưởng của các tham số đến dạng đặc tính cơ 1.3.1.Ảnh hưởng của điện áp: Khi điện áp đặt vào động cơ giảm: Từ phương trình: M= () Ta thấy moment tới hạn giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ giảm của điện áp. Trong khi tốc độ đồng bộ: không thay đổi. Độ trượt tới hạn không thay đổi. - Mth nói lên khả năng quá tải của động cơ. - Moment mở máy () giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp. Hình 5.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha khi thay đổi điện áp Đặc tính này thích hợp với phụ tải bơm và quạt gió, không thích hợp với phụ tải không đổi. ngoài ra đối với động cơ công suất lớn với phụ tải bơm hoặc quạt gió; người ta dùng phương pháp tăng dần điện áp đặt vào động cơ để hạn chế dòng điện khi khởi động. 1.3.2.Ảnh hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator. - Khi thêm điện trở phụ vào Stator thì không đổi, độ trượt tới hạn giảm, momen tới hạn giảm. - Khi thêm điện kháng phụ vào mạch Stator thì tốc độ 0 không đổi, độ trượt tới hạn giảm, momen tới hạn giảm. Chú ý: Nên chọn hoặc sao cho có cùng một mômen khởi động (M), thì đường đặc tính ứng với nằm gần trục tung hơn vì nó có tổn thất năng lượng lớn hơn. 1.3.3.Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Roto Đối với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn người ta mắc thêm vào mạch rôto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ. Khi đưa vào mạch rôto thì =const; =const; == Var càng lớn thì sẽ càng lớn, càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng mềm. Khi thay đổi ta được một họ đường đặc tính biến trở . Hình 6: Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn rôtor. 1.3.4.Ảnh hưởng của số đôi cực từ p. Để thay đổi số đôi cực ở stato người ta thường thay đổi cách đấu dây vì: Nếu thay đổi số đôi cực p thì thay đổi, do đó tốc độ động cơ cũng thay đổi. Còn không phụ thuộc vào p nên không thay đổi, nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ vẫn giữ nguyên. Nhưng khi thay đổi số đôi cực sẽ thay đổi cách đấu dây ở động cơ stato nên một số thông số như U, R, X có thể thay đổi và do đó tùy từng trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mômen tới hạn của động cơ. (Hình 7 và hình 8) biểu diễn đặc tính cơ thay đổi với p=và = const. Hình 7. Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực, = const Hình 8. Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực p= const 1.3.5.Ảnh hưởng của tần số: - Từ biểu thức ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm thay đổi tốc độ từ trường quay và tốc độ động cơ thay đổi. - Xét trường hợp khi tăng tần số , từ biểu thức (1.21) biến đổi ta có. M= (1.22) Khi tăng tần số, M giảm (với điện áp giữ nguyên không đổi) do vậy: M~ Trường hợp tần số , nếu giữ nguyên điện áp thì dong điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ sẽ giảm theo tần số). Do vậy khi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định. Trên (hình 9) trình bày đặc tính cơ khi với điều kiện thì M giữ không đổi. Ở vùng , M tỉ lệ nghịch với bình phương tần số. Hình 9. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ KĐB 1.4. Khởi động và tính điện trở khởi động - Đối với động cơ Rôto dây quấn để hạn chế dòng khởi động và tăng mômen khởi động người ta đưa điện trở phụ vào mạch Rôto trong quá trình khởi động sau đó loại dần các điện trở phụ này theo từng cấp. - Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động được biểu diễn trên hình vẽ. Hình 10 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động. Để xác định trị số các cấp điện trở khởi động ta có thể sử dụng sơ đồ các đặc tính đã được tuyến tính hóa trong đoạn khởi động. Quá trình tính toán khởi động như sau: Bước 1: Dựa vào các thông số định mức của động cơ tiến hành vẽ đường đặc tính cơ tự nhiên. Bước 2: Chọn giá trị lớn nhất và nhỏ nhất cho phép trong quá trình mở máy. Chọn : - Từ dóng song song với trục tung nó sẽ cắt đường đặc tính cơ tự nhiên tại a và b, đường này cắt đường thẳng song song với trục hoành xuất phát từ 0 tại N. Lấy N làm điểm đồng quy xuất phát của các đặc tính khởi động. Phương pháp này vẽ giống như đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Bước 3: xác định điện trở khởi động. Ta biết: nên R= .R Từ đồ thị ta có: (1.23) (1.24) (1.25) 1.5. HÃM MÁY 1.5.1.Hãm tái sinh : Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ đồng bộ . Khi hãm tái sinh động cơ sẽ làm việc trạng thái máy phát, sđđ ở thanh dẫn rôto E đổi chiều , khi đó >. Ta thấy rằng khi chuyển sang hãm tái sinh S< 0, như vậy chỉ có thành phần tác dụng của dòng điện rôto đổi chiều, do đó mômen đổi chiều, còn thành phần phản kháng vẫn giữ nguyên chiều cũ. Ở trạng thái hãm tái sinh động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới, trả công suất tác dụng về lưới còn vẫn tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì từ trường quay. 1.5.2.Hãm ngược : Tương tự với động cơ điện một chiều kích từ độc lập, trạng thái hãm ngược của động cơ không đồng bộ có hai trường hợp: Hãm ngược xảy ra khi động cơ đang làm việc, ta đóng vào mạch rôto điện trở phụ đủ lớn. Hãm ngược xảy ra khi động cơ đang làm việc, ta đổi thứ tự hai trong 3 pha điện áp đặt vào stato. Chú ý: trong cả hai trường hợp hãm ngược vì S>1 nên dòng điện rôto có giá trị lớn. Mặt khác vì tần số dòng điện rôto fSf lớn, nên điện kháng X lớn do đó mômen nhỏ. Vì vậy để tăng cường mômen hãm và hạn chế dòng điện rôto ta cần đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rôto( đối với loại động cơ rôto dây quấn). 1.5.3.Hãm động năng: Trạng thái hãm động năng xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt stato của động cơ ra khỏi nguồn điện xoay chiều rồi đóng vào nguồn điện một chiều. Người ta chia hãm động năng của động cơ không đồng bộ thành hãm động năng kích từ độc lập và tự kích. Khi cắt stato động cơ ra khỏi lưới điện xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều. Dòng điện một chiều đi trong bộ dây stato sinh ra một từ trường đứng yên . Động cơ đang quay với tốc độ , các thanh dẫn rôto cắt từ trường đứng yên sinh ra sđđ cảm ứng E có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải. Do mạch rôto khép kín, trong thanh dẫn rôto có dòng Icùng chiều với E. Tương tác giữa dòng điện I và từ trường đứng yên tạo nên sức từ động F có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái. Lực F sinh ra mômen hãm M có chiều ngược với chiều quay của rôto làm rôto quay chậm lại và E cũng giảm dần. Hãm động năng kích từ độc lập thì từ thông = const. Hãm động năng tự kích từ thông = Var. Chương 2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 2.1.Khái niệm chung Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ lớn so với động cơ khác. Sở dĩ vậy là do động cơ không đồng bộ kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng trực tiếp nguồn ba pha. Tuy nhiên, trước đây các hệ truyền động 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 không đồng bộ ba pha khó khăn hơn động cơ một chiều. Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghệ bán dẫn công suất và kỹ thuật điên tử tin học. Động cơ không đồng bộ mới được khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động Thyristor- động cơ một chiều. Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha như sau: Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ điều áp xoay chiều. Điều chỉnh điện trở rôto bằng phương pháp xung điện trở mạch rôto. Điều chỉnh công suất trượt P. Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số. 2.2. Điều chỉnh điện áp động cơ Mômen động cơ không đồng bộ ba pha tỷ lệ với bình phương điện áp stato, do đó có thể điều chỉnh được mômen và tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số (hình ). Để điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ ba pha phải dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều(ĐAXC). Nếu coi ĐAXC là nguồn áp lý tưởng (Z=0) thì căn cứ vào biểu thức mômen tới hạn có quan hệ sau: =hay M=U (2.1) Công thức (2.1) trên đúng với mọi giá trị điện áp và mômen. Nếu tốc độ quay là không đổi: M=U; =const; M= Trong đó: U- là điện áp định mức của động cơ U- là điện áp đầu ra của ĐAXC M- là mômen tới hạn khi điện áp là định mức M- mômen động cơ ứng với điện áp điều chỉnh M- mômen giới hạn khi điện áp là định mức, điện trở phụ R Hình 11. Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ a)Sơ đồ khối nguyên lý b)Đặc tính cơ điều chỉnh Vì độ trượt S của đặc tính cơ tự nhiên nhỏ, nên nói chung không áp dụng điều chỉnh điện áp cho động cơ điện rôto lồng sóc. Khi thực hiện điều chỉnh điện áp cho động cơ rôto dây quấn cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rôto để mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và mômen. Như thấy trên (hình 2.1b), tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ, trong khi đó tốc độ không tải lý tưởng của mọi đặc tính đều như nhau và bằng tốc độ từ trường quay. Sơ đồ điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ ba pha như (hình 2.2) Hình 12. Sơ đồ cơ bản và dạng đặc tính cơ khi chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ ba pha Phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ như: quạt gió, bơm ly tâm. Có thể dùng máy biến áp tự ngẫu, điện kháng hoặc bộ biến đổi bán dẫn làm ĐAXC, trong đó vì lý do kỹ thuật và kinh tế mà bộ điều áp kiểu van bán dẫn là phổ biến hơn cả. Mômen của động cơ không đồng bộ ba pha có thể được tính theo dòng điện rôto M= nếu giữ dòng điện rôto là không đổi: I= const thì mômen và tốc độ trượt có quan hệ như sau: M.S= const Vùng điều chỉnh tốc độ và mômen khi điều chỉnh điện áp bị giới hạn bởi các trục tọa độ và đường cong M.S= độ rộng của vùng này tùy thuộc vào giá trị của điện trở phụ R Do cách nối các van dẫn nên để có dòng điện chạy qua động cơ thì tại một thời điểm phải có ít nhất hai van ở hai phía khác nhau cùng dẫn điện. Động cơ không đồng bộ có thể coi là phụ tải 3 pha gồm điện trở và điện cảm nối tiếp nhau, trong đó điện trở rôto biến thiên theo tốc độ quay R= R(s) và điện cảm phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa giây quấn stato và dây quấn rôto, do đó góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay. 2.3. Điều chỉnh điện trở mạch rôto Như đã phân tích ở phần đặc tính cơ động cơ không đồng bộ ba pha, có thể điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto. Ta có thể điều chỉnh trơn bằng các van dẫn, ưu thế của phương pháp này là dễ tự động hóa việc điều chỉnh. Điện trở trong của mạch rôto động cơ không đồng bộ: R= R+ R Trong đó: R- điện trở dây quấn rôto R- là điện trở ngoài mắc thêm vào mạch rôto Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở. Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha, tức là đoạn có độ trượt từ S=0 đến S=S là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết: S=S.; M= const (2.2) Trong đó: S- là độ trượt khi điện trở mạch rôto là R S- là độ trượt khi điện trở mạch rôto là R Thay (2.2) vào biểu thức M= ta được biểu thức sau: M= Nếu giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì thế mà có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto cho truyền động có mômen tải không đổi. Trên (hình 2.4a) trình bày sơ đồ nguyên lý điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phương pháp xung. Điện áp U được chỉnh lưu bởi cầu diode chỉnh lưu, qua điện kháng lọc L được cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở R nối song song với khóa bán dẫn T. Khóa T sẽ được đóng, ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị trung bình của điện trở toàn mạch. Hoạt động của khóa bán dẫn tương tự như trong mạch điều chỉnh xung áp một chiều. Khi khóa T đóng điện trở R bị loại ra khỏi mạch, dòng điện rôto tăng lên. Khi khóa T ngắt điện trở R lại được đưa vào mạch, dòng điện rôto giảm. Với tần số đóng ngắt nhất định, nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương R trong mạch. Thời gian ngắt t= T- t xem (hình 2.4b), nếu điều chỉnh trơn tỷ số giữa thời gian đóng t và thời gian ngắt t ta điều chỉnh trơn được giá trị điên trở trong mạch rôto. R=R==R Điện trở tương đương R trong mạch một chiều được tính đổi về mạch xoay chiều ba pha ở rôto theo quy tắc bảo toàn công suất. Hình 13. Điều chỉnh xung điện trở rôto a) Sơ đồ nguyên lý; b) Các đặc tính 2.4. Điều chỉnh công suất trượt Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách làm mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt =S.P được tiêu tán trên điện trở mạch rôto. Ở các hệ thống truyền động điên công suất lớn, tổn hao này là đáng kể. Vì vậy để vừa điều chỉnh được tốc độ truyền động, vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng sơ đồ điều chỉnh công suất trượt, gọi tắt là sơ đồ nối tầng. Có nhiều phương pháp xây dựng hệ nối tầng. Dưới đây trình bày phương pháp nối tầng điện dùng Thyristor (hinh 2.5a). Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì: S= Giản đồ năng lượng khi bỏ qua tổn hao ở rôto được biểu diễn trên(hình 2.5b), trong đó Plà công suất được trả về lưới điện, là tổn hao trong mạch biến đổi công suất trượt thành công suất điện có cùng tần số với điện áp lưới. Sức điện động rôto U được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua điện kháng lọc L cấp cho nghịch lưu phụ thuộc NL. Điện áp xoay chiều của nghịch lưu (U) có biên độ và tần số không đổi do được xác định bởi điện áp và tần số của lưới điện. Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển thay đổi từ 90đến khoảng 140, phần còn lại dành cho góc chuyển mạch và góc phục hồi tich chất khóa của các van. Độ lớn dòng điện rôto hoàn toàn phụ thuộc vào mômen tải của động cơ mà không phụ thuộc vào góc điều khiển nghịch lưu. Hình 14 .Hệ thống nối tầng van điện a) Sơ đồ nguyên lý; b) Giản đồ năng lượng 2.5. Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ không đồng bộ 2.5.1. Điều chỉnh tần số - điện áp Sơ đồ nguyên lý mạch lực của bộ biến nguồn áp gồm 4 khối chức năng chính: Nguồn điện một chiều NMC, mạch lọc F, nghịc lưu độc lập nguồn áp NL và động cơ KĐB. Nguồn một chiều và mạch lọc tạo ra điện áp một chiều có giá trị điều chỉnh được. Nghịch lưu gồm 6 khóa bán dẫn từ SS và cần 6 van không điều khiển DD. CÁc khóa nghịch lưu được đóng cắt theo thứ tự nhất định tạo thành điện áp xoay chiều 3 pha đặt lên động cơ chấp hành, góc dẫn của các khóa là 180, thời điểm các khóa SS bắt đầu dẫn lệch nhau 120, do