thiẾt bỊ ĐiỀu khiỂn vÀ mÁy ĐiỆn - mientayvn.com...
TRANSCRIPT
THIẾT BỊ ĐIỀU
KHIỂN VÀ MÁY ĐIỆN
Chương 5: Điều chỉnh tự
động truyền động điện
động cơ không đồng bộ
Trao đổi trực tuyến tại:
http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html
Nội dung chính:
1. Mô tả chung
2. Các đặc tính của động cơ không đồng bộ
3. Mạch vòng dòng điện stato
4. Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ
5. Điều chỉnh điện trở roto động cơ không đồng bộ
6. Điều chỉnh công suất trượt băng hệ nối tầng
điện dưới đồng bộ
7. Điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ
5.1 Mô tả chung
Động cơ không đồng bộ 3 pha (ĐK) được sử
dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất
nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ
rất lớn so với động cơ khác. có kết cấu đơn
giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng
nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3
pha.
Tuy nhiên, trước đây các hệ truyền động ĐK
có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ,
đó là do việc điều chỉnh tốc độ ĐK có khó
khăn hơn động cơ một chiều.
5.1 Mô tả chung
Trong thời gian gần đây, do phát triển công
nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ
thuật điện tử tin học, ĐK 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.
Khác với động cơ một chiều, ĐK được cấu
tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt.
Từ thông động cơ cũng như mômen động
cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số.
Có ĐK roto dây quấn và ĐK roto lồng sóc
5.1 Mô tả chung
Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động
điện ĐK là hệ điều chỉnh nhiều tham số có
tính phi tuyến mạnh. Trong định hướng xây
dựng hệ truyền động ĐK, người ta có xu
hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnh
của truyền động động cơ 1 chiều.
Phương trình đặc tính cơ của ĐK có dạng:
5.1 Mô tả chung U1 : Điện áp pha nguồn đặt vào dây quấn stato
ωo : Tốc độ đồng bộ R1: đtrở stato R2’ là đtrở rôto, Xnm là điện kháng ngắn mạch Xnm = X1 + X2’ với X1, X2’ là điện kháng stato và roto
s : Hệ số trượt của động cơ.
với f1 là tần số đ.áp nguồn đặt vào stato; p là số đôi cực của ĐK
là tốc độ góc của roto ĐK
- Tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta đi từ pt cân bằng công suất: P12 = Mđt. 0
- Với P12: công suất điện chuyển từ roto sang stato; Mđt là momen điện từ của ĐK
p
f10
2
0
0
s
5.1 Mô tả chung
Nếu bỏ qua tổn thất thì Mđt = Mcơ = M
P12= Pcơ + P2 với Pcơ là công suất cơ trên
trục ĐK: Pcơ = M.; P2 = 3I2’2.R2’ là tổn hao
công suất trong roto với I2’ là dòng Roto quy
đổi về stato
Vậy ta có M.0 = M.(0 - ) = M 0.s
Suy ra pt đặc tính cơ điện
Độ trượt tới hạn
M tới hạn
0
'
2
2'
2 /..3
sRIM
22
110
2
1
.(2 nm
f
th
XRR
UM
22
1
'
2
nm
th
XR
Rs
5.1 Mô tả chung
Với động cơ công suất lớn có thể bỏ qua R1
vì nó rất nhỏ so với Xnm và coi a= R1/R2’ =0
Khi đó ta có các gần đúng bỏ qua R1
0
0
n
nns đm
nm
f
th
nm
thth
th
th
X
UM
X
Rs
s
s
s
s
MM
0
2
1
'
2
2
3
;2
5.1 Mô tả chung
Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ
truyền động điều chỉnh tốc độ ĐK :
- Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ
dùng bộ biến đổi Thyristor.
- Điều chỉnh điện trở Rôto bằng bộ biến
đổi xung Thyristor.
- Điều chỉnh công suất trượt Ps.
- Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho
động cơ bằng các bộ biến đổi tần số
Thyristor hay Tranzistor.
5.1 Mô tả chung
Ví dụ: cho ĐK có Pđm= 500KW; n0= 600V/p;
nđm=588v/p; =2,15; E2đm=1200V; I2đm=450A
tính đặc tính cơ cho đk:
LG:với ĐK công suất lớn ta dùng ct gần đúng
- Độ trượt s=(n0-nđm)/n0=
- Momen định mức
- Momen tới hạn: Mth= Mđm.
- Điện trở định mức
- Điện trở roto: R2’ = sđm. Rđm
- Độ trượt tới hạn:
đm
đm
pM
đmđmđm IER 22 3
)1( đmth ss
5.1 Mô tả chung
Pt đặc tính cơ tự nhiên
Momen ngắn mạch
với s=1
s
s
s
sMhoăo
s
s
s
s
MM
th
th
th
th
th
2
;2
*
;2
s
s
s
s
MM
th
th
thnm
5.1.1 Mô tả ĐK trong điều khiển
ĐK là máy điện có nhiều dây quấn trên cả
roto và stato
Pt cân bằng điện áp trên mỗi dây:
Với k là chỉ số tên dây quấn pha
Từ thông móc vòng
Với j là tên dây quấn pha. J=k thì là điện cảm tự
cảm, j≠k thì là điện cảm tương hỗ
K,j = a,b,c; A,B,C: dây quấn stato; roto
Momen điện từ ĐK:
dt
diRU kkkk
jkjk iL .
dtik k
k
2
1M
5.1.1 Mô tả ĐK trong điều khiển
Gọi v là góc lệch trục dây quấn pha roto và
stato thì tốc độ quay roto là = dv/dt
Để tiện ta viết các đại lượng ở dạng vecto
Ls1,Lr1: điện cảm tự cảm cuộn dây
Ms, Mr: hỗ cảm
C
B
A
r
C
B
A
r
C
B
A
r
c
b
a
s
c
b
a
s
c
b
a
s
u
u
u
u
i
i
i
i
u
u
u
u
i
i
i
i ;;;;;
vvv
vvv
vvv
vL
LMM
MLM
MML
L
LMM
MLM
MML
L
R
R
R
R
R
R
R
R
m
rrr
rrr
rrr
r
sss
sss
sss
s
r
r
r
r
s
s
s
s
cos)3/2cos()3/2cos(
)3/2cos(cos)3/2cos(
)3/2cos()3/2cos(cos
)(;
;
00
00
00
;
00
00
00
1
1
1
1
1
1
5.1.1 Mô tả ĐK trong điều khiển
Ta viết lại
Đây là hệ vi phân tuyến tính có hệ số biến
thiên theo thời gian vì góc quay
;
)]([
)(;
)]([
)(
r
s
rr
T
m
mss
r
s
r
s
r
T
m
ms
r
s
i
i
dt
dLRvL
dt
d
vLdt
d
dt
dLR
u
u
i
i
LvL
vLL
U
U
}).(.{)( M rms ivLdv
dti
dttvv )(0
5.1.2 Chuyển vị tuyến tính các phương trình Nhằm mục đích loại trừ các hệ số phụ thuộc góc
quay v
Thường dùng cách chuyển các giá trị tức thời của
đáp(dòng điện)thành các vecto không gian
Vecto không gian của dòng stato
Phép chuyển này có thể thực hiện cho các đại
lượng khác của ĐK
Gọi hệ trục tọa độ mới là (u,v,o) thì vị trí góc của
vận tốc là vk = vok+ k.t
3
2
2 );.(3
2
j
cbas eaiaiaii
)(3
3)2(
2
1}Im{}Re{ cbcbasssss iiiiiiiiii
5.1.2 Chuyển vị tuyến tính các phương trình Vecto không gian của dòng trong hệ tọa độ
là: is = ise-jk các thành phần của vecto này:
(**)
Thay vào pt trước ta đc
(*)
3
2;
)]3
2sin()
3
2sin(sin.[
)]3
2cos()
3
2cos(cos.[
KqKd
viviviKqi
viviviKdi
kckbkasv
kckbkasu
)(.
vvj
rrkeii
svmsvrrv
sumrurru
rvmsvssv
rumsussu
iLiL
iLiL
iLiL
iLiL
..
..
..
..
;)(()]([
)()(
rw
sw
krrkm
kmkss
rw
sw
i
i
jpLRjpL
jpLjpLR
U
U
5.1.2 Chuyển vị tuyến tính các phương trình Momen
M=(3/2)Im{ is. ir}
5.1.3 Mô hình dòng điện Dạng mô hình này đc xác định từ (**) bằng
cách tách hệ ptrình này ra thành các phương
trình chiếu trên các trục u,v
M=(3/2)Lm.(iru – isv – isu.irv)
rv
ru
sv
su
rrrkmmk
rkrrmkm
mmksssk
mkmskss
rv
ru
sv
su
i
i
i
i
pLRLpLL
LpLRLpL
pLLpLRL
LpLLpLR
U
U
U
U
)()(
)()(
5.1.4Mô hình từ thông theo phương trình trạng thái Nếu rút dòng điện từ pt (*) rồi thay vào pt (**)
ta thu được mô hình mới có dạng
Từ 2 phương trình của mô hình trước ta có thể
tính ra d điện stato và roto rồi thay vào chính
nó ta thu đc phương trình trạng thái mới
rw
sw
kr
s
s
s
rw
sw
jp
jp
i
i
R
R
U
U
)(0
0
0
0
)(0
0
0
0
sv
su
rksr
krsr
rssk
rsks
rv
ru
sv
su
u
u
aka
aka
kaa
kaa
p
5.1.4Mô hình từ thông theo phương trình trạng thái Trong đó
eđm: tần số góc định mức của dòng điện
: Hệ số tản từ.
m
r
sM
sr
m
sr
mm
r
mr
s
ms
međr
rr
međs
ss
LMN
NL
LL
L
LL
Lk
L
Lk
L
Lk
SL
Ra
L
Ra
2
3
1;;
;;
2
5.1.5Mô hình ĐK khi bỏ qua quá trình quá độ điện từ
Nếu quá trình quá độ điện từ rất nhỏ so với
quá trình quá độ điện cơ thì có thể bỏ qua quá
trình quá độ điện từ khi khảo sát ĐK
Trong từng trường hợp cụ thể momen là hàm
của ít nhất 2 biến là biến tốc độ ra và 1 biến
vào nào đó gọi là biến y: M = M(y,)
ĐK có đặc tính phi tuyến mạnh nên thường
dùng p2 tuyến tính hóa quanh điểm làm việc
M = MB + M; y = y0 + y
Mc = Mcb+ M; = b + y
Gia số momen:
c
c
MM
My
y
MM ;
5.1.5Mô hình ĐK khi bỏ qua quá trình quá độ điện từ
Sơ đồ cấu trúc
Hàm truyền của ĐK
Tm – hằng số tg điện cơ
-BSth
MMth
00
y
y
M
cM
Jp
1
M
pT
K
pY
pF
m
my
p
1)(
)(
MM
JT
cm
5.1.5Mô hình ĐK khi bỏ qua quá trình quá độ điện từ
Kmy là hệ số khuếch đại của ĐK với biến vào y
MM
y
M
Kc
my
5.2 Các đặc tính của động cơ không đồng bộ
Ở chế độ xác lập ta có các phương trình mô
tả quan hệ giữa các thông số:
Trong đó s = e - gọi là tốc độ trượt
Ls = Lm+ Ls ; Lr = Lm+ Lr
s = se
Một vài thông số:
- Biên độ dòng điện roto:
;
r
s
rsrms
mksks
r
s
I
I
LjRLj
LjLjR
U
U
)( sF
LUI m
e
sr
5.2 Các đặc tính của động cơ không đồng bộ
Trong đó
Biên độ từ thông stato:
Biên độ từ thông động cơ
22 )()()(s
sr
e
rsrs
se
rs LRLRLL
RRsF
)(
)(.
22
sF
LR
LUr
s
r
e
sss
)(
)(.
22
sF
LR
LUr
s
r
e
ms
5.2 Các đặc tính của động cơ không đồng bộ Momen điện từ của động cơ
Tổng trở vào của động cơ
Momen điện từ của động cơ thông qua dòng
stato
2
2
2
2
)(
1..
sF
RLUM
s
rm
e
s
r
s
r
s
sr
e
rssrs
đ
jLR
LRLRjLLRR
z
)(
2.)1(
s
sth
sth
s IL
M
5.2 Các đặc tính của động cơ không đồng bộ
Momen điện từ của động cơ thông qua dòng
roto
Trong đó hệ số tản từ
Tốc độ trượt tới hạn
2. rr I
RM
rsm LLL21
rrsth LR
5.3 Mạch vòng dòng điện stato
Việc tổng hợp mạch vòng dòng điện stato gặp
nhiều khó khăn do các thông số của đối tượng
như tổng trở của động cơ, hằng số thời gian
điện từ biến thiên theo tải. Nếu coi khe hở
không khí giữa stato và roto là đều, sự biến
thiên của tải được phản ánh ở điện trở tương
đương trong mạch roto và dây quấn stato đấu
hình sao thì ta có mô hình của ĐK
5.3 Mạch vòng dòng điện stato
Mạch lọc và stato có thể được mô tả bởi
hàm truyền
R = Rf + 2Rs
L = Lf + 2Ls
Hàm truyền của độ biến đổi lấy gần đúng là
Ris BĐ
Sis
UiđsLf
Rf 2Rs
2Ls
2Ls
2Rr
s
Us
pLRpSo
1)(1
5.3 Mạch vòng dòng điện stato
Trong đó 2b = Tvo = Tn/12
Tn: chu kỳ điện áp nguồn
Tvo thời gian trễ thống kê của bộ biến đổi
Hàm truyền của đối tượng điều chỉnh
Si(p) = So1(p).So2(p).Sis(p)
pb
KpS b
o.1
)(2
)1)(1(
1)(
TppTKspS
si
oi
5.3 Mạch vòng dòng điện stato Trong trường hợp động cơ roto dây quấn thì
phải đưa các điện trở phụ Rf vào mạch roto
để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ
Momen điện từ là hàm hợp của tốc độ và
điện áp stato
M = M[ Ir(Us, ) ]
Theo sơ đồ đối tượng của mạch vòng dòng
điện là
MU
U
II
I
MMI
I
MM s
s
rr
r
r
r
)(
11
1
)(
)(
pLRpU
pI
s
r
5.3 Mạch vòng dòng điện stato Trong đó R1 = Rf + 2Rs + (Rr + Rf)2/s
L1 = Lf + 2Ls = 2Lr
T1 = L1/R1
Khi tổng hợp mạch vòng dòng điện roto ta
bỏ qua khâu Áp dụng chuẩn tối ưu
modul ta tổng hợp được cấu trúc và tham số
của bộ điều chỉnh dòng điện cho động cơ
Với T1 = T;
T = L/R
KTo = 2K2Tsi; Tsi = b + Ti
pKT
pTpR
o
is11
)(
rI
5.4 Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ Việc điều chỉnh điện áp stato là không triệt
để do mọi đặc tính điều chỉnh đều đi qua
điểm không tải lý tưởng
Tổn thất công suất trượt của động cơ tăng
lên nếu giảm tốc độ quay của roto :
Pr = Mc (ωo - ω) = Pcơ(s/(1-s))
Nếu đặc tính cơ của phụ tải có dạng
Tức là động cơ có độ trượt định mức nhỏ ,
thì tổn thất khi điều chỉnh sẽ là :
x
o
mđc
x
mđc
mđc MM )()(Mc
5.4 Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ
Giá trị cực đại của tổn thất công suất : Prmax = Mcđm ωo = Pđm
Truyền động không đồng bộ điều chỉnh điện áp stato chỉ thích hợp với các loại tải có moment là hàm tăng của tốc độ.
Cấu trúc một hệ thống điều chỉnh điện áp như hình, trong đó để thiết lập mạch vòng dòng điện có thể lấy phản hồi dòng điện stato hoặcphản hồi dòng điện roto nếu sử dụng động cơ roto dây quấn.
)1()(o
x
o
mđcr MP
5.4 Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ
Trong trường hợp sử dụng động cơ roto lồng sóc thì phản hồi dòng điện stato được thiết lập , việc tổng hợp mạch vòng dòng điện được tiến hành như ở mục trước đã nêu. Moment động cơ cũng được tính theo dòng điện stato
R Ri BĐU
đ
Uiđ
Uis
Uir
U
Rf
Si
M
S
Si
5.4 Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ
Trong trường hợp động cơ roto dây quấn thì phải đưa các điện trở phụ R t vào mạch roto để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ
Có thể kết hợp điều chỉnh (có cấp) các điện trở phụ R t .
Moment điện từ tỉ lệ với bình phương dòng điện roto và do có điện trở phụ nên động cơ luôn làm việc ở đoạn dặc tính có độ trượt nhỏ hơn độ trượt tới hạn. Ở vùng đặc tính này khi dòng điện roto tăng lên thì moment cũng tăng và việc điều chỉnh sẽ thuận lợi nếu ta sử dụng phản hồi dòng điện roto.
;)1( 2
sth
th
s IL
M
5.4 Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ Nếu biểu diễn bằng sơ đồ như hvẽ sau
Thì ta được đối tượng của mạch vòng điều
chỉnh dòng điện là
Với ;
Ris BĐ
Sis
Uiđs Lf Rf 2Rs 2Ls 2Ls
2Rr
s
Us
11
1
)(
)(
pLRpI
pU
s
r
s
RRRRR
fr
sf
)(221
rsf LLLL 221
5.5 Điều chỉnh điện trở roto động cơ không
đồng bộ Giá trị điện trở tổng của mạch roto là :R=Rr+Rf
Khi tăng giá trị điện trở tổng R tức là làm tăng độ trượt tới hạn Sth còn momen tới hạn của động cơ không thay đổi.
Nếu coi bộ điều chỉnh xung là khóa lý tưởng thì có thể điều chỉnh trơn giá trị điện trở tương đương của mạch điều chỉnh xung từ Re =0 tới Re = R1 tương đương thời gian dẫn dòng biến thiên từ t1= 0 tới t1 = T Điện trở phụ mắc vào roto có thể được xác định theo điều kiện cân bằng công suất.
Rf = Rc /2
5.5 Điều chỉnh Rr động cơ không đồng bộ Độ trượt khi điều chỉnh roto có thể được xác
định như sau: S = Rsi/Rr
Trong đó : s độ trượt ứng với điện trở
R=Rr+Rf
si độ trượt ứng với điện trở Rr (Rc =0)
Momen đông cơ chỉ phụ thuộc vào dòng điện
rotoTa có
Với Utm là biên độ điện áp răng cưa tại xung
mở Thiristor phụTf,
22
)1()1(
r
r
io
r
o
I
RR
S
RI
s
RM
5.5 Điều chỉnh Rr động cơ không đồng bộ
Rl là giá trị điện trở mắc ở mạch một chiều,Tvo
=1/2f là hằng số thời gian trung bình,Td là
hằng số tg trung bình mạch roto
R Ri
đ
–
F
Ir
-Mc
S
_
PT
K
1s
rI
rI
M
d
r
pT
RI
1
/
Jp
1
tm
pT
UR
1
2/1
PT
K
1
5.5 Điều chỉnh Rr động cơ không đồng bộ
Với
Và bằng phương pháp tổng hợp sơ đồ cấu trúc bỏ
qua sức điện động của động cơ ta sẽ tổng hợp
được bộ điều chỉnh tốc độ và bộ điều chỉnh dòng
điên R và Ri
ekr
kr
RRR
L
2
2L Td
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng điện dưới
đồng bộ Khi điều chỉnh tốc độ bằng hệ nối tầng thì vừa
điều chỉnh được công suất trượt vừa điều chỉnh
được tốc độ của động cơ. Để đơn giản bằng
cách mô tả hệ ta bỏ qua điện trở và điện kháng
trên stato động cơ,bỏ qua sụt áp thuận trên các
van bán dẫn lực và coi động cơ có hai cực và
động cơ có số vòng dây quẩn roto và stato là
như nhau.ở chế độ xác lập ta có :
s
U
U
r
s
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Ta có sơ đồ khối hệ nối tầng
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Giải phương trình trên ta tìm được vecto dòng
điện roto :
độ trượt không tải lý tưởng :
So = = =
Trong đó Urd0– Sức điện động chỉnh lưu
không tải mạch roto
Um Biên độ điện áp pha stato
rMer
M
rr
M
r
LLs
RJL
Us
UJL
I
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Với Udr0= sEnm.Kcl = sKư.UM.Kcl
Nếu bỏ qua tổn thất trên roto thì công suất điện từ
của động cơ là
Pđt = Pcơ + Ptrượt =
Trong đó khi 0 ≤ Idr ≤ Idrmax
Với
Idrmax có khi ngắn mạch
đầu ra chỉnh lưu
rr
rr
s
UI
s
Rcos2
max
r65,1
1cosdr
dr
I
I
BAeLrrs
Nodr
LRRL
UU
23
23
cosI 0
dr
rrs
dr
RL
U
23
I 0dr
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Cosφ được gọi là hệ số công suất của mạch roto
Idr: Dòng một chiều do chênh lệch sđđ chỉnh lưu &
nghịch lưu.
LBA là điện kháng 1 pha của biến áp
Từ thông máy khi bỏ qua Rs và Ls là
ψ = -Um /e
Trong trường hợp chọn trục tọa độ Ox trùng với
trục của vecto từ thông thi moment sẽ là :
Trong đó:
yr
e
m iU
2
3M
rdrrryr cosI3
2 cosI i
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Udro – UdNo = Idr(1+pT1)R1
Trong đó
R1 = RL + 2(Rr + RBA)
L1 = LL + 2(LBA + Lro)
Tl = L1/R1
Với LBA RBA là điện kháng tản và điện trở trên
1 pha của máy biến áp
Từ phương trình trên ta thành lập được mô
hình hệ thống nối cấp và tuyến tính hóa nó ta
được sơ đồ:
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Tuyến tính hóa hệ thống nối cấp
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng …
Nguyên lý điều chỉnh công suất trượt thường
áp dụng cho các truyền động công suất lớn,
ít dừng máy, đảo chiều và khởi động lại. vì
khi đó việc tiết kiệm điện năng có ý nghĩa lớn
hơn.Phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ thống
không lớn lắm và moment của động cơ bị
giảm tốc độ thấp
5.7. Điều chỉnh động cơ không đồng bộ
Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay
chiều có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và tính
chất động học chỉ có thể thực hiện được với
các bộ biến tần.
Các hệ này sử dụng động cơ không đồng bộ
roto lồng sóc có kết cấu đơn giản,vững
chắc,giá thành rẻ,có thể làm việc trong mọi môi
trường.
Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch
điều khiển rất phức tạp
5.7. Điều chỉnh động cơ không đồng bộ
Có thể chia ra thành các loại bộ biến tần sau:
Biến tần trực tiếp,là biến tần có tần số đầu ra luôn
nhỏ hơn tần số lưới fl : fs = ( 0 0,5 )fl thường
dùng cho truyền động có công suất lớn.
Biến tần gián tiếp nguồn áp, thường dùng cho
truyền động nhiều động cơ.Đối với biến tần nguồn
áp yêu cầu chất lượng điện áp cao thường dung
các biến tần có điều chế xung rộng.
Biến tần nghịch lưu độc lập nguồn dòng,thích hợp
cho truyền độn đảo chiều,công suất động cơ
truyền động lớn.
5-7.1 Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato thì có thể
tính được moment tới hạn như sau :
Điều kiện giữ khả năng quá tải về moment
không đổi là : =>
Dạng đặc tính cơ (gần đúng)
Khi truyền động ổn định thì M = Mc nên:
x
mođ
o )(M Mc mcđ
2/1
msđ
s )( U
U x
mođ
o
5-7.2 . Luật điều chỉnh từ thông không đổi
nếu giữ từ thông máy ψ hoặc từ thông stato ψs
không đổi thì moment sẽ không phụ thuộc vào
tần số và moment tới hạn sẽ không đổi trong toàn
bộ dải điều chỉnh.
Nếu coi Rs= 0 thì:ψs =Us/o = Usđm/ođm= const
Tuy nhiên ở vùng làm việc tần số thấp khi mà
sụt áp trên điện trở stato có thể so sánh được
sụt áp trên điện cảm tản mạch stato khi đồng thời
từ thông cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn
cũng giảm.
5-7.2 . Luật điều chỉnh từ thông không đổi
Khi đó ta có:
Với Tr=Lr /Rr
Mà LM=(Ns/Nr)M Vậy suy
ra M chỉ còn phụ thuộc vào
biên độ dòng roto
2).(1 sr
M
mrđ
s TL
I
5.7.3. Luật điều chỉnh tần số trượt không đổi
Momen động cơ M =
Tr = Lr /Rr
Khi đó giữ s= const thì M phụ thuộc vào Is2
mà 0 phụ thuộc vào tần số nguồn
Như vậy nếu giữ thì M luôn bằng
Mth của đặc tính.Trong trường hợp này ta gọi
là luật điều chỉnh sao cho động cơ sinh ra M
tối đa ứng với giá trị cho trước của dòng điện
stato.
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
1.Đặc tính của động cơ khi cấp từ nghị lưu áp
- Khi các khóa bán dẫn được đóng cắt theo trật tự
nhất định thì tạo điện áp xoay chiều 3 pha đặt lên
động cơ ĐK. Điện áp dây của nghịch lưu là các
xung chữa nhật có độ rộng 2/3 và thỏa mãn điều
kiện phân tích chuỗi điều hòa Fourie.
- trong đó k=1 + 6c ; c = 0,1 , 2 ,……
Vectơ điện áp ĐK có thể biểu diễn như sau :
; k = 1,2,3…..3/. jk
ds eUU
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
- Do có 6 lần chuyển mạch trong một chu kỳ của
điện áp và dòng điện nên mặc dù từ thông máy
là hình sin mômen vẫn có đập mạch. tần số
đập mạch của mômen sẽ là :
fm = fs – kfs = 6c.fs
- Mômen toàn phần của động cơ sẽ là :
M = n =6c
- Trong đó là mômen trung bình
- Mmax.n là biên độ mômen đập mạch bậc n,
trong đó mômen bậc 6 (c=1) giá trị lớn hơn cả .
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
biên độ dao động tốc độ
Biên độ dao động tốc độ phụ thuộc vào giá trị
của mômen quán tính J của hệ và vào biên độ
và tần số của đập mạch mômen
2. Cấu trúc hệ thống điều chỉnh từ thông stato
Là giữ từ thông máy luôn không đổi và bằng
giá trị từ thông định mức,như vậy có thể khai
thác hết công suất mạch từ của ĐK
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
Dựa vào biểu thức tính toán M và dòng điện có
thể thành lập được sơ đồ khối của hệ thống với:
M =
có thể tuyến tính hóa các phương trình này áp dụng
chuẩn tối ưu để thiết kế các bộ điều chỉnh tuyến tính
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
3. Khảo sát ổn định của hệ thống biến tần –
động cơ không đồng bộ
a)Biến tần nguồn áp
- Hệ phương trình mô tả ĐK có tính đến tổng trở
của biến tần. (1)
(2)
- Trong đó
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
Nếu định nghĩa hàm truyền G(p) =
⊗ G(p)1/Jp
Mc M
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
Sau khi tuyến tính hóa thì tính chất ổn đỉnh của
hệ thống kín có thể đươc đánh giá thông qua
đặc tính tần số của hàm truyền hệ hở
Do hàm G(p) là phức tạp nên việc dựng đặc
tính tần số của nó phải nhờ vào máy tính số
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
b) Biến tần nguồn dòng
Khi đó G(p) =
4. Điều khiển trường định hướng
Nội dung cơ bản của phương pháp điều chỉnh
trường định hướng dựa trên sơ đồ điều chỉnh
toàn phần dòng điện động cơ
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
a) Các phương trình cơ bản
- ĐK rôto lồng sóc
- Với δ là góc lệch
Giữa is và ψr
Hay giữa ei và eψ
dδ/dt = ωei – ωeψ = ωsi – ( ω + ωs )
Ở chế độ xác lập dδ/dt = 0
sin.2
3
2
3
2
3
;1
2
sr
r
m
sysx
r
ms
r
r
r
rrsx
r
mr
iL
L
iiL
L
RM
R
LTi
pT
L
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
b) Các mô hình tính toán chuyển vị.
Trong thiết kế các hệ thống điều chỉnh trường
định hướng thường liên tục sử dụng các khối
chức năng chuyển vị các đại lượng điện từ qua
lại giữa các hệ tọa độ.
Định lý 1: Nếu biên độ từ thông roto là 0 đổi thì
vecto d điện roto sẽ vuông góc với vec tơ từ
thông ψr và ngược lại
Định lý 2: Nếu các thành phần dòng stato và tần
số cho như sau:
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ
Trong đó isx là hằng số isy tỷ lệ cới giá trị đặt của
M thì dòng roto se có các thành phần tương
ứng là:
sy
sxs
se
sysxs
sysxs
iiL
R
iii
iii
..
cos.sin.
sin.cos.
2sin.
2cos.
sy
r
Mr
sy
r
r
iL
Li
iL
Li
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
a. Nội dung phương pháp
Điều chỉnh trực tiếp moomen động cơ không đồng bộ là phương pháp rất mới, trong đó việc phối hợp điều khiển bộ biến tần và động cơ không đồng bộ là rất chặt chẽ. Logic chuyển mạch của biến tần dựa trên trạng thái điện từ của động cơ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần. Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chính trực tiếp mômen cho các đáp ứng đầu ra thay đổi rất nhanh
Phần cốt lõi của phương pháp được mô tả trên hình
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
Kỹ thuật điểu khiển trực tiếp momen như sau:
Logic chuyển mạch của các khóa bán dẫn lực thực hiện việc tăng hay giảm momen còn giá trị tức thời của từ thông stato được điều chỉnh sao cho momen động cơ đạt được giá trị mong muốn. Vecto từ thông stato này lại được điều chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lưu. Hay nói cách khác là logic chuyển mạch tối ưu xác định cho ta vecto điện áp tối ưu tùy thuộc vào sai lệch momen. Biên độ của vecto từ thông stato cũng được tính đến khi chọn logic chuyển mạch
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
B) Mô hình động cơ
Mô hình động cơ thành lập theo các phương trình cơ bản đã nêu trong phần mô tả toán học của động cơ không đồng bộ và sử dụng các phân tử có tính toán cao.
Mô hình động cơ tính toán ra các giá trị thực của mômen và từ thông dùng cho việc điều chế, nó cũng tính ra tốc độ quay của của rôto và tần số dòng điện stato để dùng cho mạch vòng điều chỉnh bên ngoài.
Mô hình động cơ còn có chức năng nhận dạng thông số của động cơ, tín hiệu đo lường chỉ gồm dòng điện hai pha của động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen