Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1 Tổn thất trong động cơ không đồng bộ thay đổi được tốc độ

1 Tổn thất trong động cơ không đồng bộ thay đổi được tốc độ

Tải bản đầy đủ - 0trang

một tải tích cực, cần có bộ tiêu tán cơng suất bằng điện trở ở khâu DC hoặc sử

dụng bộ chỉnh lư SCR để có thể phát lại cơng suất về lưới điện, tuy nhiên các

trường hợp này sẽ không được đề cập.



Hình 3.2 Bộ chuyển đổi nguồn áp được điều chế độ rộng xung (PWM-VSI) với diode

chỉnh lưu được sử dụng phổ biến trong các bộ điều khiển tiêu chuân

Tổn hao trong converter bao gồm chủ yếu: tổn hao trong chuyển mạch bán dẫn

và tổn hao dẫn điện, nguồn cung cấp cho mạch điện điều khiển, và tổn hao trên

các cuộn lọc. Hiệu suất danh định điển hình trong khoảng 0.96-0.98, phụ thuộc vào

công suất và phương pháp làm mát (tự nhiên hay cưỡng bức).

Tổn hao chuyển mạch có thể giảm thiểu bằng cách tăng tăng cường thông số

dv/dt của công tắc chuyển mạch, tuy nhiên EMI sẽ phải được quan tâm hơn (làm

tăng EMI). Giá trị dv/dt lớn ở ngõ ra sẽ là một vấn đề lớn, đặc biệt là đối với các

động cơ được cấp điện qua một đoạn cáp dài. Trong một số converter, dv/dt ở ngõ

ra bị giới hạn bởi 3 cuộn lọc. Có thể giảm tổn hao trong cuộn lọc bằng cách tăng

tiết diện dây đồng, nhưng như thế sẽ làm tăng giá thành của converter. Tổn hao ở

bộ chỉnh lưu không đáng kể.

Tổn hao chuyển mạch cũng bị ảnh hưởng bởi chiến lược điều chế của bộ nghịch

lưu. Có thể áp dụng chiến lược điều chế trong đó ngõ ra của 1 chân inverter khơng

chuyển mạch trong 60 độ, và có những chiến lược với chức năng điều chế rời rạc

mà làm giảm thiểu tổn hao chuyển mạch. Tuy nhiên việc lực chọn chiến lược điều



16



chế phụ thuộc vào yêu cầu của việc điều khiển động cơ tổng quát, ở đây cũng

không bàn đến vấn đề này.



3.1.2 Động cơ không đồng bộ

Bảng 3.1 tổng kết các hoạt động có thể được thực hiện để làm giảm tổn hao

trong một động cơ không đồng bộ với kích thước lõi cố định. Có vẻ khơng có vấn

đề gì khi tăng tiết diện đồng ở stator và sử dụng lá sắt mỏng hơn với tổn thất nhỏ

hơn và quy trình được cải thiện mặc dù làm tăng giá thành. Tuy nhiên việc lựa chọn

sắt cũng là một sự cân đối giữa tổn hao thấp và độ thẩm từ tốt. Lõi sắt có tổn hao

rất thất có thể có độ từ thẩm thấp, trong khi giảm được tổn thất lõi lại dẫn đến

tăng tổn thất đồng ở stator do dòng từ bị tăng.

Đối với động cơ khởi động trực tiếp sẽ có vấn đề nếu giảm điện trở rotor do việc

tăng dòng khởi động và lực khởi động bị giảm, nhưng nếu động cơ được khởi động

bằng một converter thì sẽ khơng sao. Việc cải thiện quạt làm mát (theo một hướng

duy nhất) cho động cơ chấp nhận được trong một số ứng dụng và có thể không

phải là một ý kiến hay cho một động cơ tiêu chuẩn. Có thể dùng các trụ tốt hơn.

Các ý đồ để giảm tổn thất tải tản không phải dễ thực hiện do các hiệu ứng bất lợi

không thể chấp nhận được.

Bảng 3.1 Các hoạt động có thể được thực hiện để làm giảm tổn hao

Tổn hao



Thay đổi thiết kế



Hiệu quả đối với Ảnh hưởng bất lợi

tổn hao



17



Tổn hao dây quấn



1. Tăng tiết diện dây 1. Giảm điện trở



1.Tăng giá thành và



stator



quấn trong khe



stator



khó thực hiện



2. Tăng kích thước



2. Giảm điện trở



2.Tăng giá thành và



khe stator và tiết



stator



khó thực hiện



diện dây quấn



3.Giảm điện trở



3.Khả năng tăng



3. Giảm chiều dài



stator



dòng khởi động,



Tổn hao lõi: từ trễ



mở rộng cuộn

1. Thay sắt mỏng với 1. Giảm tổn hao từ



khó thực hiện

1. Tăng giá thành và



và dòng xốy



tổn hao thấp hơn



giảm sự phổ biến



trễ



2. Giảm độ dầy của 2. Giảm tổn hao



của vật liệu



lá sắt



dòng xốy



2. Tăng giá thành và



3. Cải thiện tiến



3. Giảm tổn hao



giảm sự phổ biến



trình tơi, mạ sắt



dòng xốy



của vật liệu

3. Tăng giá thành và

việc sử dụng năng



Tổn hao dây quấn



1. Tăng mật độ từ



lượng

1. giảm hệ số trượt 1. Tăng dòng vào



rotor



thơng khe hở



nên giảm tổn hao



2. tăng kích thước



dây quấn rotor



2. Dòng vào có thể



thanh ngang rotor



2. Giảm tổn hao



cao hơn và giảm



3. tăng kích thước



dây quấn rotor



moment xoắn khởi



vòng ring cuối



3. giống mục 2



động



4. tăng độ dẫn điện 4. Giống mục 2



3. Giống như mục 2



của lồng sóc



4. Giống như mục 2



18



Tổn hao thơng gió



1. Tối ưu hóa thiết



1. Giảm nhiệt độ



1. Có thể làm tăng



và ma sát



kế quạt



vận hành



mức nhiễu. Có thể



2. Tối ưu hóa việc



2. Giảm tổn hao do biến thành các quạt



chọn trục, giá đỡ



ma sát



định hướng

2. Có thể ảnh

hưởng mức nhiễu,

hạn chế tốc độ mặc



Tổn hao tải tản



1. Cách ly các thanh 1. Giảm dòng giữa



định hoặc mang tải

1. Tăng giá thành



rotor



các thanh ngang và 2. Giảm hệ số công



2. Tăng khe hở



lá sắt



khơng khí



2. Giảm tổn hao bề 3. Có thể tăng mức



3. Khử độ lệch rotor mặt tần số cao



suất

nhiễu và ảnh hưởng



3. Giảm tổn hao



đường đặc tuyến



dây đồng rotor



tốc độ - moment



Nếu có thể tăng thể tích lõi, ví dụ như tăng chiều dài stator hoặc lưng sắt stator,

từ thông của mạch từ có thể được tăng lên. Như vậy có thể giảm dây quấn stator,

có nhiều khoảng trống cho dây đồng to hơn. Tổn hao họa tần có thể được giảm

bằng cách thiết kế lại hình dạng khe stator.

3.1.3 Truyền động

Đặc tính của các loại truyền động khác nhau được liệt kê trong bảng 3.2. Từ

bảng trên, có thể thấy rõ rằng có sự khác nhau về hiệu suất khá lớn giữa các loại

truyền động. Đặc biệt bánh răng trục vít có hiệu suất rất thấp, hiệu suất của các

loại dây đai khác nhau cũng khác nhau rất lớn. Có 2 loại dây đai chính: đai đồng bộ

có răng và dây đai không đồng bộ như: đai chữ V, đai chữ V có răng và đai phẳng.

Đai V rẻ và hiệu suất tối đa (phần lớn không cao) chỉ đạt được nếu như đai đúng

kích thước, được lắp đặt và bảo dưỡng cẩn thận. Hiệu suất cũng phụ thuộc vào tải.

Nếu đai V có hiệu suất 98% ở tải định mức thì nó chỉ còn 92% ở 25% tải. Một ưu

19



điểm là nó có thể chịu được tải quán tính lớn khi động cơ được khởi động trực tiếp

với lưới điện. Đai phẳng và đai đồng bộ có hiệu suất cao hơn nhưng đắt tiền. Đai

đồng bộ khơng có khả năng chịu tải quán tính lớn, nhưng khi động cơ được sử

dụng với bộ điều khiển tốc độ thì vấn đề này không quan trọng đối với đai đồng bộ.

Giải pháp truyền động tốt nhất là kết nối trục trực tiếp, và tốc độ thay đổi giúp

nó dễ dàng được chọn hơn là tốc độ cố định.



Bảng 3.2 Hiệu quả của các bộ truyền động lái động cơ

Loại

Kết nối



Loại

Kết nối trực



Tổn hao

Thấp



Hiệu suất

99-100%



trực tiếp tiếp



Ưu điểm

Hiệu suất



Nhược điểm

Hiệu suất



cao



giảm và tuổi

thọ thấp khi

lắp không



Bánh



Xoắn ốc



Ma sát giữa



răng



(song song)



các bánh



độ cao và tỉ số truyền bánh



Xiên (góc



răng, trong



răng thấp



thẳng)

các trục,

Trục vít (góc

khe hở,

thẳng)

khuấy dầu

Đai



Đai V



90-98%



thẳng hàng

Chú ý: hiệu suất cao cho tốc



55-94% phụ Tỉ số truyền



Hiệu suất



thuộc vào tỉ bánh răng



thấp



số truyền



cao



90-96%



Chịu được



Hiệu suất



trượt, khe



sốc tải và



dưới 90% nếu



hở



kẹt động



không được



cơ, rẻ



bảo dưỡng



nhờn

Uốn cong,



20



Đai V có



Trượt, khe



Tốt hơn đai



Tổn hao



Đắt hơn đai V



răng



hở, uốn



V từ 1 - 3%



uốn cong



từ 20-30%,



thấp. chịu



cần bảo



được sốc



dưỡng



cong



tải và kẹt

Đai phẳng



Trượt, uốn



Đai poly-V



cong



cao, tốt cho



Khe hở, uốn 96-99%



tốc độ cao

Hiệu suất



Không chịu



cong



cao, không



được sốc tải



trượt,



và kẹt động



không cần



cơ, đắt tiền



bảo dưỡng

Chịu được



Cần bảo



sốc tải và



dưỡng



Đồng bộ



Xích



động cơ

Hiệu suất



Xích



96-99%



Tới 98%



Đắt



nhiệt độ

cao



3.1.4 Tổn hao lưới với động cơ điều chỉnh tốc độ

Đối với động cơ chạy trực tiếp từ lưới thì dòng điện ngõ vào gần như sin với một

thành phần điện kháng và cos(  ) phụ thuộc vào tải. Bộ chỉnh lưu diode 3 pha có

cos(  ) khơng đổi gần bằng 1, tuy nhiên dòng ngõ vào có các thành phần họa tần

quan trọng. Tổn hao trên lưới đối với động cơ chạy trực tiếp lưới như sau :

2



Ploss , grid  3R I



2

line line



2







�Pin � 1

Pin

(3.1)

 3Rline �



R





2

� 3V cos( ) � line �

V

cos(



)

� line �

� in





Trong đó : R line : điện trở nối tiếp tương đương của đường dây



21



Iline : trị hiệu dụng của dòng dây.

Vline : điện áp dây.







: góc lệch pha



Pin



: công suất ngõ vào động cơ.



Thành phần hài được đặc trưng bởi thông số độ méo dạng hài tổng (THD):

THD 



Trong đó



I 2  I12

I1



I : trị hiệu dụng của dòng chỉnh lưu

I1 : trị hiệu dụng thành phần hài cơ bản



Nếu áp lưới sin thì các họa tần khơng tạo ra cơng suất hữu ích và chỉ gây tổn hao

trên lưới. Có thể thấy rằng:

I 2  I12 (1  THD 2 )



Chứng tỏ tổn hao trên lưới gây bởi chỉnh lưu diode là:

2



Ploss , grid  3R I



2

line line



 3R I



2

line line1



�P �

(1  THD )  Rline � in �(1  THD 2 )

Vline �



2



THD phụ thuộc chủ yếu vào kích thước cuộn lọc DC và chiều dài của lưới điện.

nếu điện cảm lọc thấp thì THD càng cao. Trong các bộ lái thương mại THD ở dòng

ngõ vào cỡ 40% phổ biến ở tải danh định. Giả thuyết THD thay đổi tuyến tính với

cơng suất ngõ ra động cơ từ 2 ở không tải tới 0.4 ở đầy tải. Hình 3.3 cho thấy so

sánh dòng hiệu dụng của một động cơ tiêu chuẩn 2.2kW khi được nối trực tiếp vào

lưới điện và khi được nối thơng qua một bộ converter, và nó minh chứng rằng tổn

hao do converter gây ra trên lưới là thấp nhất. Có thể giảm các họa tần bằng cách

phối hợp các tải 1 pha và 3 pha lại với nhau.



22



Hình 3.3 Dòng hiệu dụng khi được nối trực tiếp với lưới điện và khi được nối

thông qua một bộ converter

3.2 Tối ưu hóa năng lượng bằng việc giảm từ thơng động cơ

Ngoài việc cải thiện động cơ bằng cách thay đổi cấu trúc, có thể điều khiển tối

ưu năng lượng để giảm tổn hao, trong đó áp dụng một số luật điều khiển điện áp

và tần số stator để tối thiểu tổn hao trên động cơ ở một moment tải và tốc độ cho

trước. Nguyên tắc của điều khiển tối ưu năng lượng được giải thích sau đây tập

trung chính vào tổn hao trên động cơ.

Lực điện từ của một động cơ không đồng bộ xấp xỉ:



 em  K  I m  I r

Trong đó



K : hằng số

Im : dòng từ (stator)

Ir : dòng rotor



23



Với moment tải cho trước, moment điện từ cần thiết có thể có được từ một tập

vô hạn các thông số kết hợp giữa dòng điện từ tích số với dòng rotor.

Nếu Im lớn và Ir nhỏ thì tổn thất lõi và dây quấn stator sẽ lớn và tổn tổn thất dây

quấn rotor nhỏ. Ngược lại nếu Im nhỏ hơn và Ir lớn hơn thì tổn hao trên lõi và dây

quấn stator giảm và tổn hao rotor tăng, nhưng khi đó thì tổn hao stator cũng sẽ bắt

đầu tăng, vì thế với một moment tải cho trước sẽ có một tỉ số giữa dòng từ và

dòng rotor làm tối thiểu tổng tổn hao. Thơng thường động cơ được thiết kế để

hoạt động tối ưu ở xung quanh tải định mức. Nhưng ở non tải thì từ thơng sẽ dư

ra, tương ứng với Im lớn và Ir nhỏ. Tổng tổn hao có thể được giảm thiểu bằng cách

giảm Im và tăng Ir.



Hình 3.4 đường cong hiệu suất ở tốc độ định mức với từ thông khe hở khơng

khí khơng đổi và với hiệu suất được tối ưu của một động cơ 2.2kW

Việc cải thiện hiệu suất động cơ bằng cách tối thiểu hóa tổn hao so với việc điều

khiển từ thơng khe hở khơng khí khơng đổi được minh họa trên hình 3.4. Nhận

thấy rằng sự khác nhau giữa 2 đường cong trên là ở khu vực non tải.HVAC quan

tâm đến điều khiển tối ưu năng lượng bởi vì động cơ trong các ứng dụng HVAC

hoạt động ở tải nhẹ trong khoảng thời gian dài có xác suất rất cao. Các dự án ứng

24



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Tổn thất trong động cơ không đồng bộ thay đổi được tốc độ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×