Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Tải bản đầy đủ - 0trang

- Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa.

- Điều chỉnh bằng phương pháp nối tầng.

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn

Trong các phuơng pháp trên thì phương pháp điều chỉnh bằng cách

thay đổi tần số cho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất lượng cao

nhất, đạt đến mức độ tương đương như điều chỉnh động cơ điện một chiều

bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. Ngày nay các hệ truyền động sử dụng

động cơ không đồng bộ điều chỉnh tần số đang ngày càng phát triển. Sau đây

xin trình bày phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay

đổi tần số nguồn f .

1



1.5.1 Điều chỉnh tốc độ

dộng cơ KĐB bằng cách

thay đổi điện trở phụ



trong mạch rotor



Hình 1. 7 a) Sơ đồ điều chỉnh tốc

b) Các đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB

Nguyên lí điều chỉnh: Khi thay đổi R2f với các giá trị khác nhau, thì

Sth sẽ thay đổi tỉ lệ còn Mth=const ta sẽ được 1 họ đặc tính cơ có chung ,

Mth có tốc độ khác nhau và có các tốc độ làm việc xác lập tương ứng

Qua hình 1.7 ta có Mth=const

Và: 0< R2f1
15



< <...

<<<....<<....

>>>...>>...

Như vậy, khi cho R2f càng lớn để điều chỉnh tốc độ càng nhỏ, thì độ

cứng đặc tính cơ càng dốc, sai số tĩnh càng lớn, tốc độ làm việc càng kém ổn

định, thậm chí khi R2f=R2f.ic dẫn đến Mn=Mc làm cho động cơ không quay

được.

Và khi thay đổi các giá trị R2f.c > R2f.ic thì tốc độ động cơ vẫn bằng

không nghĩa là không điều chỉnh được tốc độ, hay còn gọi là điều chỉnh khơng

triệt để.

Các chỉ tiêu chất lượng của phương pháp:

-Phương pháp này có sai số tĩnh lớn nhất là khi điều chỉnh càng sâu thì s%

càng lớn có thể s% > s%cp

-Phạm vi điều chỉnh hẹp

-Vùng điều chỉnh dưới tốc độ định mức

-Phù hợp với phụ tải thế năng, mà khi điều chỉnh mà giữ dòng điện rotor

khơng đổi thì momen cũng khơng đổi

* Ưu điểm: Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch rotor để điều chỉnh

tốc độ động cơ KĐB có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền dễ điều chỉnh tốc độ động

cơ. Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho các phụ tải dạng thế năng.

*Nhược điểm: Điều chỉnh không triệt để, khi điều chỉnh càng sâu thì sai

số tĩnh càng lớn, phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch rotor dòng

rotor lớn nên phải thay đổi từng cấp điện trở phụ công suất điều chỉnh lớn tổn

hao năng lượng trong quá trình điều chỉnh lớn.

1.5.2 Điều chỉnh động

cơ KĐB bằng cách thay

đổi điện áp stator

Momen động cơ KĐB tỉ lệ với bình phương điện áp stator nên có thể

điều chỉnh momen và tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp stato và giữ

tần số không đổi nhờ bộ biến đổi điện áp xoay chiều như hình 1.8



16



Hình 1. 8 a) Sơ

điều chỉnh tốc độ

động cơ KĐB

bằng điện áp



đồ

stato



b) Các

tính điều chỉnh

bằng điện áp

động cơ KĐB



đặc

stato



Nếu

coi

bộ

ĐAXC là nguồn

lí tưởng (Zb=0), khi Ub = Udm thì momen tới hạn Mth.u tỉ lệ với bình

phương điện áp, còn Sth.u = const:

Mth.u= =

= = const

Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát nóng của

động cơ người ta mắc thêm điện trở phụ R2f. Khi đó nếu đặt điện áp vào stato

là định mức ( Ub=U1) thì ta được đặc tính mềm hơn đặc tính tự nhiên, gọi là

đặc tính giới hạn

Mth.gh= Mth

Trong đó: Mth.gh và Sth.gh là momen và hệ số trượt tới hạn của đặc tính

giới hạn. Mth và Sth là momen và hệ số trượt tới hạn của đặc tính tự nhiên

Dựa vào đặc tính giới hạn Mgh(s) và nếu = const ta suy ra đặc tính điều

chỉnh ứng với giá trị Ub cho trước nhờ quan hệ:

Mu = ; Mu=

Đặc tính điều chỉnh trong trường hợp này như hình 1.52b

*Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi

điện áp stato được sử dụng rộng rãi vì thực hiện dễ dàng và tự động hóa. Xét

về chỉ tiêu năng lượng, tuy tổn thất trong bộ biến đổi không đang kể nhưng

điện áp stato bị biến dạng so với hình sin nên tổn thất phụ trong động cơ lớn

do đó hiệu suất không cao

1.5.3 Điều chỉnh động

cơ KĐB bằng cách thay

đổi số đơi cực p

17



Theo quan hệ:



=

Trong đó: f1 là tần số lưới điện, p là số đôi cực.

Vậy, thay đổi số đôi cực p, sẽ điều chỉnh được và sẽ điều chỉnh được .

Để có thể thay đổi được số đôi cực p, người ta phải chế tạo những động cơ

ĐK đặc biệt, có các tổ dây quấn stato khác nhau để tạo ra được p khác nhau,

gọi là máy đa tốc. Có hai cách đấu như sau:



Hình 1. 9 Sơ đồ đổi nối - YY



18



Hình 1. 10 Đổi nối dây quấn stato theo sơ đồ Y-YY



Khi đổi nối - YY ta có những quan hệ sau. Khi nối hai đoạn dây stato

nối tiếp nên:

=;=

Và tương ứng



= ; = ;=



Trong đó: r1, r2, x1, x2 điện trở và điện kháng mỗi đoạn dây stato và roto.

Đặt điện áp lên dây quấn mỗi pha là Uf =

Do đó: ==



==

Nếu nối YY thì:

R1YY=r1; X1YY=X1 ; R2YY=r2; X2YY=X2

Còn điện áp trên dây quấn mỗi pha là UfYY = U1 vì vậy:

===

==

Ta thấy: =

19



Như vậy khi nối tam giác sang sao kép tốc độ khơng tải lí tưởng tăng 2

lần, giữ ngun, giảm 1/3

Khi đổi nối Y-YY:

=

=

=; =

+ Ưu điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách

thay đổi số đôi cực là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, các đặc tính cơ đều cứng và

khả năng điều chỉnh triệt để (điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tưởng).

Nhờ các đặc tính cơ cứng, nên 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, dải điều

chỉnh khơng rộng và kích thước động cơ lớn.

1.5.4 Điều chỉnh động

cơ KĐB bằng cách thay

đổi tần số nguồn

Như ta đã biết, tốc độ đồng bộ của động cơ phụ thuộc vào tần số nguồn

và số đôi cực từ theo công thức:

=

Mà ta lại có, tốc độ của rotor động cơ quan hệ với tốc độ đồng bộ

theo công thức:

= (1-s)

Do đó bằng việc thay đổi tần số nguồn f hoặc thay đổi số đơi cực từ có

1



thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ không đồng bộ. Khi động cơ đã được

chế tạo thì số đơi cực từ khơng thể thay đổi được do đó chỉ có thể thay đổi tần

số nguồn f . Bằng cách thay đổi tần số nguồn có thể điều chỉnh được tốc độ

1



của động cơ. Nhưng khi tần số giảm, trở kháng của động cơ giảm theo

(X=2πfL ). Kết quả là làm cho dòng điện và từ thông của động cơ tăng lên.

Nếu điện áp nguồn cấp không giảm sẽ làm cho mạch từ bị bão hòa và động cơ

khơng làm việc ở chế độ tối ưu, không phát huy đuợc hết công suất. Vì vậy

người ta đặt ra vấn đề là khi thay đổi tần số cần có một luật điều khiển nào đó

sao cho từ thơng của động cơ khơng đổi. Từ thơng này có thể là từ thơng stato

Φ , từ thông của rotor Φ , hoặc từ thông tổng của mạch từ hóa Φ . Vì momen

1



2



µ



động cơ tỉ lệ với từ thông trong khe hở từ trường nên việc giữ cho từ thông

không đổi cũng làm giữ cho momen khơng đổi. Có thể kể ra các luật điều

20



khiển như sau:

- Luật U/f không đổi: U/f = const

- Luật hệ số quá tải không đổi: λ = Mth/Mc = const

- Luật dòng điện khơng tải khơng đổi: I = const

o



- Luật điều khiển dòng stato theo hàm số của độ sụt tốc: I = f(Δω)

1



* Phương pháp điều chỉnh U/f = const

Sức điện động của cuộn dây stato E tỷ lệ với từ thông Φ và tần số f

1



1



1



theo biểu thức:

=K



=



Nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở stato Z1, ta có E1 ≈ U1, do đó



=K

Như vậy để giữ từ thông không đổi ta cần giữ tỷ số U /f khơng đổi.

1 1



Trong phương pháp U/f = const thì tỷ số U /f được giữ không đổi và bằng tỷ

1 1



số này ở định mức. Cần lưu ý khi momen tải tăng, dòng động cơ tăng làm

tăng sụt áp trên điện trở stato dẫn đến E giảm, nghĩa là từ thơng động cơ

1



giảm. Do dó động cơ khơng hồn tồn làm việc ở chế độ từ thơng khơng đổi.

Ta có cơng thức tính momen cơ của động cơ như sau:

Momen tới hạn :



Mth=

Khi hoạt động ở định mức:



Mdm=

=



Ta có công thức



a=

Với là tần số làm việc của động cơ , là tần số định mức. Theo luât U/f=

const

21



= => = =a

Ta được: = a

=a

Phân tích tương tự, ta cũng thu được :



ωo = aωodm; X1 = aX1dm; X’2 = aX’2dm . Thay các giá trị trên ta thu được

công thức tính momen và momen tới hạn của động cơ ở tần số khác định

mức:

M=



=.

Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X và X phụ thuộc vào tần

1



2



số trong khi R lại là hằng số. Như vậy khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (X

1



1







+ X2 2) >> R1/a, sụt áp trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn

đến từ thông được giữ gần như không đổi. Momen cực đại của động cơ

gần như không đổi.

Tuy nhiên khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R /a sẽ tương

1







đối lớn so với giá trị của (X + X 2) dẫn đến sụt áp nhiều trên điện trở stato

1



khi momen tải lớn. Điều này làm cho E bị giảm, dẫn đến suy giảm từ

thông

momen cực đại. Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp, ta sẽ cung cấp

thêm cho động cơ điện một điện áp U để từ thông của động cơ định mức khi

o



f = 0. Từ đó ta có quan hệ sau:

U1 =Uo + Kf1 (1-43)



Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U cấp cho động cơ

1



U=U



đm



tại f = f



đm



. Khi a > 1 (f > f



đm



), điện áp được giữ không đổi và bằng



định mức. Khi đó động cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông. Sau đây là

đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số trong phương

pháp điều khiển U/f=const:



22



Hình 1. 11 Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo

tần số theo luật điều khiển U/f=const

Từ đồ thị ta có nhận xét sau:

+ Dòng điện khởi động yêu cầu thấp hơn.

+ Vùng làm việc ổn định của động cơ tăng lên. Thay vì chỉ làm việc ở

tốc độ định mức, động cơ có thể làm việc từ 5% của tốc độ đồng bộ đến tốc độ

định mức. Momen tạo ra bởi động cơ có thể duy trì trong vùng làm việc này.

+ Chúng ta có thể điều khiển động cơ ở tần số lớn hơn tần số định mức

bằng cách tiếp tục tăng tần số. Tuy nhiên do điện áp đặt khơng thể tăng trên

điện áp định mức. Do đó chỉ có thể tăng tần số dẫn đến momen giảm. Ở vùng

trên vận tốc cơ bản các hệ số ảnh hưởng đến momen trở nên phức tạp.

+ Việc tăng tốc giảm tốc có thể được thực hiện bằng cách điều khiển sự

thay đổi của tần số theo thời gian.

*Ưu điểm:

- Điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu

- Hệ thống điều chỉnh tốc độ đơn giản dễ dàng

- Thay đổi tốc độ động cơ cùng một lúc

- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh

- Đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau

- Tiết kiệm điện năng

*Nhược điểm:

- Sử dụng linh kiện bán dẫn có giá thành đắt

1.5.5 Điều chỉnh động

23



cơ KĐB bằng

kháng bão hòa



cuộn



a) Sơ đồ ngun lí:

Kháng bão hòa gồm cuộn làm việc Wlv và cuộn từ hóa Wth quấn chúng

lên một gơng từ. Nó có thể là 1 pha hoặc 3 pha. Sơ đồ nối kháng bão hòa để

điều chỉnh tốc độ động cơ khơng đồng bộ như sau:



Hình 1. 12 Sơ đồ ngun lí điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng

phương pháp dùng kháng bão hòa

Khi thay đổi dòng từ hóa Ith nhờ biến trở đặt tốc độ, độ từ thẩm của lõi thép sẽ

thay đổi do đó điện kháng của cuộn làm việc W lv biến đổi điện áp đặt vào,

động cơ biến cho ta các đặc tính cơ như hình vẽ (1.13) mỗi vùng ứng với 1 trị

số của dòng từ hóa Ith.

b) Đặc tính cơ



24



Hình 1. 13 Đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng kháng

bão hòa

Hệ thống này có 2 vùng chết khơng điều chỉnh được. Vùng thứ nhất nằm

giữa đặc tính cơ có Imax và đặc tính cơ tự nhiên. Vùng thứ 2 nằm giữa trục

tung và đường có Ith=0. Sở dĩ có 2 vùng này vì dòng từ hóa đạt được cực đại

Imax nhưng Xlv vẫn có một giá trị nhỏ gây sụt áp nên đặc tính này khơng trùng

với đặc tính cơ tự nhiên. Còn khi cuộn kháng bị khử từ hồn tồn I th=0 thì Xlv

vẫn còn giá trị hữu hạn nên đặc tính cơ khơng tương ứng khơng thể sát trục

tung.

c) Nhận xét

Ta thấy cuộn kháng bão hòa như 1 biến kháng khơng tiếp điểm. Nó cho

phép điều chỉnh tinh. Đồng thời xây dựng được hệ tự động hóa để ổn định tốc

độ. Hệ kháng bão hòa có đặc tính cơ có momen 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 roto ( M, , S) q

lớn. Vì vạy động cơ bị đốt nóng q mức.

1.5.6 Điều chỉnh động

cơ KĐB bằng phương

pháp 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 thơng số của nguồn cung cấp đều

có nhược điểm cơ bản là không tận dụng được tổn thất công suất trượt ở mạch

rôto . Tổn thất công suất trượt này trong hầu hết các trường hợp 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

25



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×