Luận văn: Nghiên cứu tổng quan hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha . Đi sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch nguồn áp 3 pha công suất nhỏ’ pot

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG……………


Luận văn

Nghiên cứu tổng quan hệ
truyền động điện xoay chiều 3 pha . Đi
sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch
nguồn áp 3 pha công suất nhỏ’

1
LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu bán dẫn, nghành điện tử
đã chiếm một vị trí quan trọng trong nghành sản xuất, sinh hoạt hằng ngày.
Và qua đó, môn học điện tử công suất đã trở thành một môn học bắt buộc đối
với các sinh viên nghành kỹ thuật, nghành tự động hóa.
Trong quá trình học tập, mỗi sinh viên được nhận một đề tài hay một
bài tập lớn và một trong những đề tài đó là . ‘‘Nghiên cứu tổng quan hệ
truyền động điện xoay chiều 3 pha . Đi sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch
nguồn áp 3 pha công suất nhỏ’’
Trong cuốn đồ án môn học này sẽ đề cập chi tiết từng bước tiến hành
thiết kế chế tạo bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha công suất nhỏ . Nội dung đồ án
bao gồm ba chương :
-Chương I : Tổng quan về hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha
-Chương II : Tính chọn các chi tiết trong mạch động lực
-Chương III: Tính chọn các chi tiết trong mạch điều khiển
Mặc dù vậy, do trình độ và thời gian còn hạn chế nên không tránh khỏi
thiếu sót. Em rất mong nhận được sự giúp đỡ của thầy giáo và các bạn sinh viên.

Em xin chân thành cảm ơn!








2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
XOAY CHIỀU 3 PHA

1.1. CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
XOAY CHIỀU 3 PHA
- Hệ thống truyền động điện xoay chiều 3 pha là tổ hợp các thiết bị
điện, điện tử phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp
cho các cơ cấu công tác trên máy sản xuất, cũng như gia công truyền tín hiệu
thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công
nghệ của chúng ta.

Hình1.1: Cấu trúc hệ thống truyền động điện xoay chiều ba pha.

Giới thiệu các đối tượng trong hệ thống truyền động điện.
1. BBĐ: Bộ biến đổi dùng để biến đổi dòng điện (xoay chiều thành một
chiều hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc
ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi pha, biến đổi tần số….
Các BBĐ thường dùng là các máy phát điện, hệ máy phát động cơ (hệ
F-Đ), các chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển, các bộ biến tần…
3

a) Bộ biến đổi dòng điện.
- Bộ biến đổi dòng điện gồm hai loại đó là loại biến đổi dòng xoay
chiều thành một chiều và loại biến đổi dòng một chiều thành xoay chiều.
Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều.
- Trong thực tể thì loại biến đổi từ dòng xoay chiều thành một chiều
phổ biến hơn loại kia , lý do đơn giản là lưới điện quốc gia hoạt động là loại
xoay chiều, vì vậy mà nguồn điện là có sẵn cho loại dạng này .
Bộ biến đổi dòng xoay chiều lại chia ra nhiều loại để thích hợp với yêu
cầu sử dụng thực tế, người ta chia ra :
+ Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều giữ nguyên điện áp
+Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều hạ áp.
+Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều tăng áp.
- Trên thực tế thì loại thứ hai và thứ ba là thông dụng trong sản xuất.
Nguyên lý của các bộ biến đổi này đó là kết hợp sử dụng giữa máy biến
áp với mạch công suất cầu diot, trisitor
Một số hình ảnh về bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều



Hình1.2 : Bộ chuyển đổi xoay chiều sang 1 chiều

4
Bộ biến đổi dòng một chiều thành xoay chiều
- Loại này thì có ít trong thực tể hơn, chủ yếu có trong các hộ gia đình
và các xưởng sản xuất cỡ nhỏ. Nguồn điện chủ yếu là acquy, Nguyên lý hoạt
động cũng dưạ vào sử kết hợp giữa máy biến điện áp với hệ thống công suất
cầu chỉnh lưu diot, trisitor.
b) Bộ biến đổi loại nguồn
- Bộ biến đổi loại nguồn gồm hai loại:
+ Biến đổi nguồn dòng thành nguồn áp

+ Biến đổi nguồn áp thành nguồn dòng
Cả hai loại trên thường được sử dụng nhiều trong lĩnh vực điều khiển,
đặc biệt trong lĩnh vực vi điều khiển. Chủ yếu điện áp hoặc dòng lấy ra từ bộ
biến đổi được sử dụng để làm tín hiệu điều khiển chứ không đóng vai trò là
một nguồn điện cung cấp cho sản xuất.
c) Bộ biến đổi pha
- Thực tế thì có loai biến đổi ba pha thành một pha, hoặc biến đổi một
pha thành ba pha tùy thuộc vào yêu cầu nguồn vào của máy sản xuất. Trong
các xí nghiệp hiện nay người ta sử dụng bộ biến đổi pha này khá phổ biến. Do
các cơ cấu sản xuất, động cơ có thể là một pha hay ba pha vì vậy mà các bộ
biến đổi pha trở lên cần thiết. Mạng điện công nghiệp là mạng điện ba pha
xoay chiều, vì vậy mà bộ biến đổi ba pha thành 1 pha được sử dụng khá nhiều
ở các nhà máy.
d) Bộ biến đổi là máy phát.
- Hệ máy phát, động cơ (Hệ F_Đ), được sử dụng khá nhiều trong các
nhà máy sản xuất công nghiệp. Để đề phòng trường hợp mất điện đột ngột khi
nhà máy đang thực hiện quá trình sản xuất, ( Ví dụ đang nấu thép ở nhà
máysản xuất thép), thì người ta sử dụng máy phát điện là nguồn dự phòng.

5
e) Bộ biến đổi tần số
- Trong các nhà máy, xí nghiệp hiện đại hiện nay, sự xuất hiện của các
bộ biến tần là một bước tiến lớn trong việc điều khiển tốc độ của động cơ
điện. Với các tính năng thực sự hợp lý và hữu ích trong quá trình vận hành,
sản xuất Bộ biến tần đã có mặt tại các dây truyền
truyền động, điều khiển tự động. Với tính năng dễ
dàng điều khiển, tiết kiệm điện năng bộ biến tần đã
thay thế các bộ điều chỉnh đã lỗi thời.
Trong đồ án tốt nghiệp này chúng em đã sử
dụng biến tần MM420 của siemens để điều khiển tốc

độ của động cơ Không đồng bộ xoay chiều ba pha.

Hình 1.3: Biến tần MM420

2. Đ: Động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hoặc cơ
năng thành điện năng (khi hãm điện). Động cơ điện Đ tạo ra tốc độ quay,
động cơ này sẽ được lai với cơ cấu sản xuất thông qua khâu truyền lực TL để
thực hiện các yêu cầu sản xuất cụ thể.
Động cơ điện có + Động cơ 1 chiều
+ Động cơ xoay chiều
Trong động cơ xoay chiều lại chia ra gồm hai loại động cơ là động cơ
xoay chiều đồng bộ và động cơ xoay chiều không đồng bộ (hay động cơ dị bộ).
Động cơ không đồng bộ gồm có: +Động cơ KĐB 1 pha
+ Động cơ KĐB 3 pha
Động cơ sử dụng trong đồ án là loại động cơ không đồng bộ xoay
chiều ba pha.
3. TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động cơ điện đến cơ cấu
sản xuất, hoặc để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc),
6
hoặc là phù hợp về tốc độ, mô men, lực. Để truyền lực có thể dùng thanh
răng, bánh răng, trục vít, xích, đai truyền, các bộ ly hợp cơ hoặc điện từ…
Khâu truyền lực là một khâu khá quan trọng trong hệ thống truyền
động điện. Nó ảnh hưởng lớn tới năng suất sản xuất của hệ thống truyền động.
Khâu truyền lực có chắc chắn, hoạt động ổn định thì công truyền từ động cơ
Đ tới máy sản xuất mới đạt được hiệu quả cao. Ngược lại nếu khâu truyền lực
không chắc chắn không những làm giảm năng suất sản xuất mà nó còn có thể
gây nguy hiểm cho con người trong quá trình sản xuất, phá vỡ khâu truyền
lực nếu như chúng không ăn khớp với nhau.
Trong đồ án mô hình thì khâu truyền lực bao gồm Punis lắp trên đầu
động cơ, dây cusroad, hệ thống phanh cơ, có thể phanh động cơ trong quá

trình động cơ đang hoạt động.
4. CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cơ cấu làm việc, thực hiện các thao tác
sản xuất và công nghệ (gia công chi tiết, nâng- hạ trọng tải, di chuyển).
5. ĐK: Khối điều khiển là các thiết bị điều khiển bộ biến đổi, động cơ
điện Đ, cơ cấu truyền lực TL.
Khối điều khiển bao gồm các thiết bị đo lường, các bộ điều chỉnh tham
số và công nghệ, các khí cụ, các bộ điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các role,
công tắc tơ), hay không có tiếp điểm (điện tử, bán dẫn). Trong đồ án hệ truyền
động điện có ghép nối thêm với các thiết bị tự động khác như máy tính điều
khiển, PLC,
Các thiết bị đo lường, cảm biến (senso) lấy tín hiệu phản hồi.
Thiết bị đo lường sử dụng trong đồ án hai củ phát một chiều làm nhiệm
vụ là hai máy phát tốc, được lai với trục động cơ Đ thông qua khớp mềm để
lấy tín hiệu phản hồi đưa về bộ điều khiển

7
Cấu trúc của hệ thống truyền động điện xoay chiều ba pha gồm hai
phần chính
- Phần lực (mạch lực) : từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện
năng đến bộ biến đổi BBĐ (biến tần) và động cơ điện truyền động Đ cho phụ
tải (máy sản suất) .
- Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ
điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục
vụ công nghệ và cho người vận hành. Hệ truyền động điện có liên kết với
máy tính điều khiển, PLC.
Truyền động điện xoay chiều ba pha: Dùng động cơ điện không đồng
bộ xoay chiều ba pha. Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha có ưu điểm
là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp
từ lưới điện xoay chiều ba pha. Tuy nhiên trước đây hệ truyền động động cơ
không đồng bộ xoay chiều ba pha chiếm tỷ lệ rất nhỏ do khó khăn trong việc

điều chỉnh tốc độ . Trong những năm gần đây do sự phát triển của công
nghiệp chế tạo các thiết bị bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học,
truyền động không đồng bộ phát triển mạnh mẽ và được khai thác các điểm
mạnh của mình đặc biệt các hệ có điều khiển tần số.

8
1.2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA
1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
a) Stator

Hình 1.4 : Sơ đồ cấu tạo stato động cơ đồng bộ xoay chiều ba pha

1: Lõi thép stator 6: Hộp dầu cực
2: Dây quấn stator 7:Lõi thép roto
3: Nắp máy 8: Thân máy
4: Ổ bi 9: Quạt gió làm mát
5: Trục máy 10: Hộp quạt

1- Lõi thép.
Lõi thép stator có dạng hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện,
được dập rãnh bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng
trục. Lõi thép ép vào trong vỏ máy.
2. Dây quấn stator.
- Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và
đặt trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây
quấn ba pha stator sẽ tạo ra từ trường quay.
9
3. Vỏ máy.
- Vỏ máy gồm có thân và nắp, thường làm bàng gang.

a) b)
Hình 1.5 : Kết cấu stator máy điện không đồng bộ
a)Lá thép stator b) Lõi thép stator
b) Rotor
+Cấu tạo.
- Rotor là phần quay gồm lõi thép dây quấn và trục máy.

a) b)

H1.5- a) Nguyên lý từ trường quay
b) Cấu tạo roto lồng sóc
1. Lõi thép.
- Lõi thép roto gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ bên trong lõi
thép stator ghép lại, mặt ngoài dập rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để
lắp trục.
2. Trục.
Trục của máy điện không đồng bộ làm bằng thép, trên đó gắn lõi thép roto.
10
3. Dây quấn rotor
- Dây quấn roto của máy điện không đồng bộ có hai kiểu:roto ngắn
mạch hay còn gọi là roto lồng sóc và roto dây quấn.
Roto lồng sóc (h1.4- b) gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong
rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu. Với động cơ nhỏ,
dây quấn roto lồng sóc được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn
mạch, cách tản nhiệt và cachs quạt làm mát. Các động cơ công suất trên
100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh roto và gắn chặt vào
vành ngắn mạch.
Roto dây quấn cũng như dây quấn ba pha stator có cùng số cực từ như
dây quấn stator. Dây quấn kiểu này luôn đấu sao và có ba đầu ra đấu với ba
vành trượt, gắn vào trục quay của roto và cách điện với trục. Ba chổi than cố

định luon tỷ lệ trên vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao
nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.

Hình1.5 : Cấu tạo máy điện không đồng bộ roto dây quấn
11
1.2.2. Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ.
- Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe hở
không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n
1
= 60f
1
/p (f1 là tần số lưới
điện; p là số cặp cực của máy, n
1
là tốc độ từ trường quay bậc một). Từ
trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt roto, là
cảm ứng trong dây quấn roto các sức điện động E
2
.Do roto kí mạch nên rong
dây quấn roto có một dòng điện I
2
chạy qua. Từ thông do dòng điện này sinh
ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện
trong dây quấn roto tác dụng với thừ thông khe hở sinh ra mômen. Tác dụng
đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n cuẩ roto. Trong những phạm vi tốc
độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau. Sau đây chunngs
ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ.
Hệ số trượt s của máy:
S=
1

1
n
nn
=
1
1

Như vậy khi n= n
1
thì s = 0, còn n= 0 thì s =1 , Khi n > n
1
, S< 0 và khi
roto quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì S > 1
1. Roto quay cùng chiều từ trường quay nhưng tốc độ n< n
1
(0 < s < 1)

Hình1.7 : Quá trình tạo mômen quay của động cơ không đồng bộ.
- Khi chiều quay n
1
của từ trường khe hở của roto như hình 1.6a.
theo quy tắc bàn tay phải, xác định được chiều sức điện động E
2
và I
2
, theo qui
12
tắc bàn tay trái xác định được F và momen M. Ta thấy F cùng chiều quay của
roto nghĩa là điện năng đưa đến stator, thông qua từ trường đã biến đổi thành
cơ năng trên trục làm quay roto theo từ trường quay n

1
, như vậy máy làm
việc ở chế độ động cơ.
2. Roto quay cùng chiều từ trường quay nhưng tốc độ n > n
1
s < 0)
- Dùng động cơ sơ cấp quay roto của máy điện không đồng bộ vượt tốc
độ đồng bộ
n > n
1
. Lúc đó chiều cử từ trường quay quế qua dây quấn roto sẽ ngược
lại sức điện động và dòng điện trong dây quấn roto cũng đổi chiều nên chiều
của momen M cũng ngược chiều của n
1
, nghĩa là ngược chiều của roto, nên
đó là mômen hãm như (hình 1.6-a). Như vậy máy đẫ biến cơ năng tác dụng
lên trục động cơ, do dộng cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới
điện. nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát.
3. Rôto quay ngược chiều từ trường quay tức là tốc độ n < 0 (s > 1)
- Vì nguyên nhân nào đó rôt của máy điện quay ngược chiều từ trường
quay như hình 1.6 -c , lác này chiều sức điệc động, dòng điện và momen
giống như ở chế độ động cơ. Vì momen sinh ngược chiều quay với roto nên
có tác dụng hãm roto lại. Trong trường hợp này, máy vừa lấy điện năng từ
lưới điện vào, vừa lấy cơ năng từ động cơ sơ cấp. Chế độ làm việc như vậy
gội là chế độ hãm điện từ
1.2.3. Phƣơng trình đặc tính cơ động cơ KĐB.
- Khi coi ba pha động cơ là đối xứng, được cấp nguồn bởi nguồn xoay
chiều hình sin 3 pha đối xứng và mạch từ động cơ không bão hòa thì có thể
xem xét động cơ qua sơ đồ thay thế 1 pha đó là sơ đồ điện phía 1 pha stator
với các đại lượng mạch roto đã được quy đổi về stator.

13

Hình 1.8 : Sơ đồ thay thế động cơ KĐB.
- Khi cuộn dây stator được cấp điện áp định mức U
đmph,1
trên 1 pha
mà giữ nguyên roto không quay thì mỗi pha của cuộn dây roto sẽ xuất hiện 1
sức điện động E
đmf ,2
, theo nguyên lý của máy biến áp.
Hệ số quy đổi của sức điện động là: k
E
=
đmph
đmph
E
E
,2
,1
(1-3)
Từ đó ta có hệ số quy đổi dòng điện: k
I
=
E
k
1
(1-4)

Và hệ số quy đổi trở kháng: k
R

= k
X
=
I
E
k
k

= k
E
2
(1-
5)
- Với các hệ số quy đổi này, các đại lượng điện ở mạch roto có thể quy
đổi về mạch stator theo cách sau:
- Dòng điện: I2’=k
I
.I2
- Điện kháng: X2’=k
X
.X2
- Điện trở: R2’=k
R
.R2
Trên sơ đồ thay thế ở (hình 1.4) các đại lượng khác là:
Io – Dòng điện từ hóa của động cơ.
R
m
,X
m

- Điện trở, điện kháng mạch từ hóa.
14
I
1
- Dòng điện cuộn dây stator.
R
1
,X
1
- Điện trở, điện kháng cuộn dây stator.
Dòng điện roto quy đổi về mạch stator có thể tính từ sơ đồ thay thế:
I
'
2
=
2
21
2
2
1
1
)'()
'
( XX
s
R
R
u
ph
(1 - 6)

Khi đông cơ hoạt động, công suất điện từ P
12
từ stator chuyển sang
roto thành công suất cơ P
co
đưa ra trên trục động cơ và công suất nhiệt P2
đốt nóng cuộn dây.
P
12
= P
cơ
+ P
2
(1-7)
Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì có thể coi mômen điện từ Mđt của động cơ
bằng mômen cơ M cơ : M
đt
= M
cơ
=M (1-8)
Từ đó : P
12
= M.
o
= M. + P
2
(1-9)
Suy ra: M=
o

p
2
=
os
p
2
(1-10)
Công suất nhiệt trong cuộn dây 3 pha:
P
2
=3.R’
2
.I’
2
2
(1-11)
Thay vào phương trình tính mômen ta có được:
M =
nm
ph
X
s
R
Ros
RU
2
2
2
1
2

1
2
'
'3
(1-12)
Trong đó: X
nm
=X
1
+X
2
’ :là điện kháng ngắn mạch
- Phương trình trên biểu thị mối quan hệ M = f(s) = f [s( )] gọi là
phương trình đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ.
Với các giá trị khác nhau của s (0 s 1), phương trình đặc tính cơ cho
ta giá trị tương ứng của M
Đồ thị đường đặc tính cơ của động cơ KĐB.
15

Hình 1.9: Đặc tính cơ động cơ KĐB.

- Đường biểu diễn M = f(s) trên hệ trục SOM như hình H2.4 , là đường
đặc tình cơ của động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ.
Đường đặc tính có điện cực trị gọi là điểm tới hạn K, tại điểm đó
ds
dM
=0

Giải phương trình ta có : s
th

=
nm
XR
R
2
1
2
2
'
(1 -13)

Thay vào phương trình đặc tính cơ ta có:
M
th
=
2
1
2
1
1
2
2
3
nm
ph
XRRos
U
(1-14)
Vì ta đang xét với 0 s 1 nên sth và Mth chỉ mang dấu ( + ).
- Ta nhận thấy đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ là a đường

cong phức tạp và có hai đoạn AK và KB, phân giới bởi điểm tới hạn K.
Đoạn đặc tính AK gần như thẳng và cứng. trên đoạn này mômen động
cơ tăng thì tốc độ động cơ giảm , do vậy động cơ làm việc trên đoạn đặc tính
này sẽ ổn định
Đoạn KB cong với độ dốc dương, trên đoạn đặc tính này động cơ làm
việc không ổn định.
1.2.4. Đặc tính cơ của máy sản suất.
16
Đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ giữ tốc độ quay và momen quay.
= f(M) hoặc n=F(M) (1-15)
-Trong đó: : Tốc độ góc (rad/s)
n : Tốc độ quay (vòng/phút)
M : Mômen quay (N.m)
- Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen
cản của máy sản xuất Mc =f( )
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng
được biểu diễn dưới dạng biểu thức tổng quán:
M
c
= M
cơ
+ (M
đm
- M
cơ
)(
đm
) (1-16)
M
c

: Mômen cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ .
M
co
: Mômen cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ =0
M
đm
: Mômen cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ định mức đm


Hình1.10 : Đặc tính cơ của máy sản xuất ứng với các trường
hợp máy sản xuất khác nhau.

Bảng 1: Các trường hợp số mũ q tương ứng các trường hợp tải.
17



1.3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY
CHIỀU BA PHA
1.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi giá trị điện trở phụ trong
mạch roto.
- Phương pháp này chỉ được sử dụng với động cơ roto dây quấn và
được ứng dụng rất rộng rãi do tính đơn giản của phương pháp. Sơ đồ nguyên
lý và các đặc tính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng như hình dưới đây:

Hình1.11 – Phương phá điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách
thay đổi điện trở phụ mạch roto
- Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ về phía giảm
18
Tốc độ càng giảm, đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn

định trước sự lên xuống của mômen tải.
Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số momen tải. Mômen tải càng nhỏ thì
dải điều chỉnh càng hẹp.
Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ) thì độ trượt động cơ tăng và tổn hao
năng lượng khi điều chỉnh càng lớn .
Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng
phần ứng lớn nên thường được điều chỉnh theo cấp.
1.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stator.
- Thực hiện phương pháp này với điều kiện giữ không đổi tần số. Điện
áp cấp cho động cơ lấy từ bộ biến đổi điện áp xoay chiều. BBĐ điện áp có thể
là biến áp tự ngẫu hoặc một bộ biến đổi điện áp.
Hình dưới đây là sơ đồ nối dây và các đặc tính cơ khi thay đổi điện áp
phần cảm.

Hình1.12 – Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha bằng
cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stator.
19
Nhận xét:
- Thay đổi điện áp chỉ thực hiện được về phía giảm dưới giá trị định
mức nên kéo theo mômen tới hạn giảm nhanh theo bình phương của điện áp
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ thường có độ trượt tới hạn nhỏ
nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp thường được thực
hiện cùng với việc tăng điện trở phụ mạch roto để tăng độ trượt tới hạn do đó
tăng được dải điều chỉnh lớn hơn.
Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, mômen tới hạn của các đặc tính cơ
giảm, trong khi tốc độ không tải lý tưởng giữ nguyên nên khi giảm tốc độ thì
độ cứng của đặc tính cơ giảm, độ ổn định tốc độ kém đi.
1.3.3.Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các thay đổi tần số của nguồn xoay chiều.
- Thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ không tải lý tưởng
nên thay đổi được đặc tính cơ. Tấn số càng cao thì tốc độ đôngj cơ càng lớn.

Khi điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ thì các đại lượng liên
quan đến tần số như cảm kháng thay đổi, do đó dòng điện, từ thông … của
động cơ cũng bị thay đổi theo và cuối cùng các đại lượng như độ trượt tới
hạn, momen tới hạn cũng bị đổi.Chính vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB
bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn thường kéo theo thay đổi điện áp,
dòng điện hoặc từ thông mạch stator.
Khi giảm tần số xuống dưới tần số định mức, cảm kháng của động cơ
cũng giảm và dòng điện động cơ tăng lên. Tần số giảm dòng điện càng lớn
momen tới hạn càng lớn. Để tránh động cơ bị qua dòng, phải tiến hành giảm
điện áp sao cho
f
U
~const . Đó là luật điều chỉnh tần số- điện áp. Khi f > f
đm
ta
không thể tăng điện áp U > U đm nên đặc tính cơ không giữ được mômen tới hạn.
Đây là phương pháp được sử dụng trong đồ áp tốt nghiệp này. Việc
điều chỉnh giá trị tần số cấp cho động cơ thực hiện nhờ biến tần MM420 của
hãng Seamen.
20
1.3.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng việc thay đổi số cặp cực của động cơ.
- Đây là cach điều chỉnh tốc độ có cấp. Đặc tính cơ thay đổi và tốc độ
đồng bộ (
p
f
o
2
) thay đổi theo số đôi cực. Động cơ thay đổi được số đôi
cực là động cơ được chế tạo đặc biệt để cuộn dây stator có thể thay đổi được
một cách tương ứng với các số đôi cực khác nhau . Các đầu dây để đổi nối

được đưa ra hộp đấu dây ở vỏ động cơ. Số đôi cực của roto cũng phải thay đổi
như cuộn dây stator. Điều này khó thực hiện đối với động cơ roto dây quấn, còn
đối với động cơ roto lồng sóc thì nó lại có khả năng tự thay đổi số đôi cực ứng
với stator. Do vậy phương pháp này được thực hiện chủ yếu đối với động cơ roto
lồng sóc. Các động cơ chế tạo có sẵn các cuộn dây stator có thể đổi nối để thay
đổi số đôi cực. Tỷ lệ thay đổi số đôi cực có thể là 2:1, 3:1 hoặc 4:1.
1.4. CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
XOAY CHIỀU BA PHA
- Trong hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng có quá trình biến đổi
năng lượng điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại.
- Ở trạng thái động cơ: Ta coi dòng công suất điện P
điện
có giá trị dương
nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi
công suất điện thành công suất cơ: P
cơ
= M. cấp cho máy sản xuất và được
tiêu thụ tại cơ cấu công tác của máy. Công suất cơ này có giá trị dương nếu
như mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay.
- Ở trạng thái máy phát: thì ngược lại, khi hệ truyền động làm việc,
trong một điều kiện nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ
năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được
truyền về trục động cơ, động cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như
một máy phát điện. Công suất điện có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ
về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ
và mômen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay.
21
Mômen của máy sản xuất được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản.
Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu mômen của
động cơ.

+ Phương trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ KĐB xoay chiêu 3 pha là:
P = Pc + Pđ
Trong đó:
Pđ là công suất điện.
Pc là công suất cơ.
P là tổn thất công suất.
- Trạng thái động cơ gồm: chế độ có tải và chế độ không tải. Trạng thái
động cơ phân bố ở góc phần tư I, III của mặt phẳng (M).
- Trạng thái hãm có: Hãm không tải, Hãm tái sinh, Hãm ngược và Hãm
động năng. Trạng thái hãm ở góc II, IV của mặt phẳng (M).
- Hãm tái sinh: P
điện
< 0, P
cơ
< 0, cơ năng biến thành điện năng trả về lưới.
- Hãm ngược: P
điện
> 0 , P
cơ
< 0, điện năng P và cơ năng chuyển thành
tổn thất.
- Hãm động năng: P
điện
= 0, P
cơ
< 0, cơ năng P biến thành công suất
tổn thất.
1.5. ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN TỰ ĐỘNG
- Khi M = Mc thì hệ TĐĐ làm việc xác lập. Điểm làm việc xác lập là

giao điểm của đặc tính cơ của động cơ điện (Mc) . với đặc tính cơ của máy
sản suất (M) . Tuy nhiên không phải bất kỳ giao điểm nào của hai đặc tính
cơ trên cũng là điểm làm việc xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định,
người ta gọi là ổn định tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải.
Để xác định điểm làm việc, dựa vào phương trình động học:
j
dt
d
= (
M
-
Mc
).(
c
) (1-17)
22
Người ta xác định được điều kiện ổn định là:
(
M
-
Mc
) <0 (1-18)
Hay : (
c
) >0 (1-19)
1.6. MỘT SỐ DẠNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN
ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
a) Hệ truyền động theo hệ hở

Hình 1.13 - Cấu trúc hệ truyền động theo hệ hở

b) Hệ truyền động hệ kín.

Hình 1.14 - Cấu trúc hệ truyền động hệ kín
- Trong đó: + THĐ : Tín hiệu đặt
R: Bộ điều chỉnh
BĐ: Bộ biến đổi
M: Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha.
M
x
: Máy sản xuất
NL: Nhiễn loạn
ĐL: Thiết bị đo lường, Cảm biến
23
CHƢƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC


2.1. BỘ NGHỊCH LƢU
Các van bán dẫn trong bộ nghịch lưu có thể là thyristo hoặc tranzito
.Nhưng phù hợp và ưu việt hơn ta dùng tranzito . Ưu điểm dễ thấy là bỏ được
chuyển mạch cưỡng , hơn nữa tổn hao đổi chiêu nhỏ hơn . Bộ nghịch lưu
dùng tranzito có kích thước nhỏ và nhẹ hơn bộ nghich lưu tương đương dùng
thyristo . Khuyết điểm của nó là đòi hỏi tác động liên tục vào cực gốc trong
chu kì dẫn của tranzito , một khuyết điểm nữa là điện áp thấp hơn của thyristo
. Tuy nhiên dùng tranzito mở rộng đươc phạm vi và phát huy các ưu điểm hơn
thyrsto do cải thiện được đại lượng định mức và giá thành. Vì vậy, dưới dây
chủ yếu xem xét nghich lưu điện áp sơ đồ câu dùng van an toàn .
2.1.1. Sơ đồ nguyên lý và quá trình chuyển mạch :

Tụ C0 có nhiệm vụ đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi , mặt khác nó
trao đổi năng lượng phản kháng với cuộn cảm .

Phương pháp điều khiển các van tranzisto thong thường nhất là điều
khiến cho góc mở của van là α = và α = . Ở đây ta xét góc dẫn tới
tải đấu sao như thiết kế bằng cách xác định điện áp trên tải trong từng khoảng
24
thời gian (vì cứ có sự chuyển trạng thái mạch) với nguyên tắc van
nào dẫn coi như là thông mạch . Nhìn chung sơ đồ này có dạng một pha tải
nối tiếp với 2 pha đấu song song nhau . Do vậy điện áp trên tải sẽ chỉ có gia
trị là /3(khi một pha đấu song song , với 1 trong 2 pha còn lại) hoặc 2 /3.
Với giả thiết là tải đối xứng.
Nguyên tắc chuyển mạch :
Cho góc mở của mối tranzisto là và cứ tiếp theo (kể từ khi
tranzisto trước đó mở thì cho 1 tranzisto khác mở ) . Như vậy trong cùng 1
thời gian có 3 trazisto mở .
Bảng trạng thái mở các tranzisto :

Xét quá trình chuyển mạch từ T5 sang T2 tương ứng khoảng từ
( ÷ sang ( ÷ )
Trong khoảng ( ÷ thì T1 , T5 , T6 , dẫn . Chiều dòng điện trên tải
được xác định theo chiều mũi tên , đến thời điểm thì đảo trạng thái từ T5
sang T2 . Do trên tải Zc mang tính cảm kháng nên dòng điện không đảo ngay
lập tức mà năng lượng tích lũy trong Zc duy trì theo chiều cũ một thời gian ,
lúc đó buộc dòng điện duy trì phải thoát qua diode , qua tải về âm nguồn
đến lúc dòng điện đổi chiều sẽ mang dòng duy trì thì khóa . Quá trình
chuyển mạch kết thúc .
Cũng lý luận tương tự ta được chuyển mạch h.b đến h.e .