ứng dụng của điện tử công suất trong điều chỉnh tốc độ động cơ, chương 7 pps

Chương 7: ĐIỀU CHỈNG TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH XUNG
ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTOR
Theo đặc tính cơ động cơ không đồng bộ 3 pha ta có thể
điều chỉnh được tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều
chỉnh điện trở mạch Rotor, ưu thế của phương pháp này là để tự
động hóa việc điều chỉnh. Điện trở trong mạch Rotor động cơ
không đồng bộ là:R
r
=R
rd
+R
f’
Trong đó: R
rd
:điện trở dây quấn Rotor.
R
f
:điện trở ngoài mắc thêm vào mạch Rotor.
Ta có sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở Rotor.
ĐKĐ
id
V1~
ĐKĐ
id
V1~
Cl
a. Sơ đồ dùng Thysistor
b. Sơ đồ dùng Transistor
T2
T1

V
Ro
L1
L
C
L
Ro
T
HÌNH II-4: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở Rotor.
Khi điều chỉnh giá trò điện trở mạch Rotor thì moment tới
hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn thì tỉ lệ bậc
nhất với điện trở. Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ
tức là đoạn có độ trượt từ S=0 đến S=S
th
là thẳng thì điều chỉnh
điện trở ta có thể viết.
Trong đó s:độ trượt khi điện trở mạch Rotor là R
r
.
S
i
:độ trượt khi điện trở mạch Rotor là R
rd
.
Ta được biểu thức tính moment:
Nếu giữ dòng điện Rotor không đổi thì moment cũng không
đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy ta có thể
ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch Rotor cho
truyền động có moment không đổi.
 Theo sơ đồ nguyên lý của việc điều chỉnh trên điện trở mạch

Rotor bằng phương pháp xung. Điện áp v
r
được chỉnh lưu, qua
điện kháng lọc L được cấp vào mạch điều khiển gồm điện trở
R
o
rồi song song với khóa bán dẫn T
1
. Khóa T
1
sẽ được đóng,
constM
R
R
SS
rd
r
i
 ,
i
rdr
Sw
R
I
M
.
.
3
2


ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trò trung bình của điện
trở toàn mạch.
 Hoạt động của khóa bán dẫn tương tự như trong mạch điều
chỉnh xung điện áp một chiều. Khi khóa T
1
đóng, điện trở R
o
bò loại ra khỏi mạch, dòng điện Rotor tăng lên, khi khóa T
1
ngắt điện trở R
o
lại được đưa vào mạch dòng điện Rotor
giảm. Với tần số đóng ngắt nhất đònh, nhờ có điện cảm L mà
dòng điện Rotor như không đổi và ta có mộ giá trò điện trở
tương đương R
c
trong mạch. Thời gian ngắt t
n
=T – t
đ
. Nếu
điều chỉnh trơn tỷ số giữa thời gian dòng t
đ
và thời gian ngắt
t
n
ta điều chỉnh trơn được giá trò điện trở trong mạch Rotor
Điện trở tương đương R
e
trong mạch một chiều được tính

đổi về mạch xoay chiều ba pha ở Rotor theo qui tắc bảo toàn
công suất. Tổn hao trong mạch nguyên lý là:
p =T
2
đ
(2R
rd
+R
e
)
Và tổn hao khi mạch Rotor theo sơ đồ dùng biến trở thông
thường là:
p =3I
2
r
(2R
rd
+R
f
)
Theo cơ sở để tính đổi là tổn hao công suất như nhau nên.
3I
2
(R
rd
+R
f
) =I
2
đ

(2R
rd
+R
e
)
với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha thì I
2
d
=1,5I
2
r
nên
Khi đã có điện trở tính đổi, dễ dàng dựng được đặc tính cơ
theo phương pháp thông thường, họ đặc tính cơ này quét kín
phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ
có điện trở phụ.

000
R
T
t
R
tt
t
RR
đ
nđ
đ
e




2
2
1
0
R
RR
ef


2
0
R
R
f

 Phương pháp điều chỉnh được minh họa theo đồ thò sau.
Hình II-5: Phương pháp điều chỉnh
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh xung điện trở Rotor chỉ tạo ra
những tốc độ thấp hơn tốc độ cơ bản
<
0
Độ tinh điều chỉnh cao hơn phương pháp dùng biến trở
- Chỉ phù hợp bởi các phụ tải có M
c
=const, giải điều chỉnh phụ
thuộc độ lớn moment phụ tải.
II.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
BA PHA BẰNG BỘ BIẾN TẦN:

Bộ biến tần là thiết bò dùng để biến đổi nguồn điện có tần
số f
1
cố đònh thành nguồn điện có tần số f
r
thay đổi được nhờ các
khóa bán dẫn. Người ta thường dùng hai loại biến tần là: Biến
tần trực tiếp và biến tần gián tiếp.
t(s)
t(s)
t(s)
Re
Ro
Ro
Ro
tđ
tđ
T
Ro
Ro
Ro
3
4
1
2
1
4
3.1 Biến tần trực tiếp.
Biến tần trực tiếp là thiết bò biến đổi trực tiếp nguồn xoay
chiều có tần số f

1
sang nguồn xoay chiều có tần số f
r
.
Sơ đồ khối của bộ biến tần trực tiếp như hình vẽ.
Bộ biến tần trực tiếp gồm hai nhóm chuyển mạch nối song
song ngược (sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần trực tiếp được
trình bày như hình vẽ sau). Cho xung mở lần lượt hai nhóm
chỉnh lưu trên ta sẽ nhận được dòng điện xoay chiều chạy qua
tải.
Ở mỗi pha ở đầu ra (a, b, c) được cấp điện bởi hai nhóm
Thyristor. Nhóm T tạo ra dòng điện chạy thuận và nhóm N tạo
ra dòng chạy ngược. Mỗi nhóm là một bộ chỉnh lưu (hoặc nghòch
lưu phụ thuộc) ba pha. Để hạn chế dòng ký sinh chạy qua hai
Thyristor của nhóm T và nhóm N đang dẫn, người ta dùng các
cuộn kháng ĐK
1
và ĐK
6
.
Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor.
Nguồn
Tần số
Biến đổi
ĐKĐ
Bộ biến
tần trực
tiếp
Nguồn
Tàn số cố đònh

Điều khiển điện áp/tần số
ĐKĐ
f1
V1
~
a b
c
fr Vr Biến đổi
T1
N4
T3
N6
T5 N2
ĐK1
ĐK4
ĐK3
ĐK6
ĐK5
ĐK2
Hình II-6: Bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor.
Khi điều khiển theo nhóm thì mỗi nhóm được mở trong
nửa chu kỳ điện áp đầu ra. Xét sự làm việc pha a theo đồ thò
sau.
Đồ thò điện áp một pha của biến tần trực tiếp.
Trong khoảng thời gian t
1
: nhóm T
1
mở, còn trong khoảng
t

2
thì nhóm N
4
mở. Các Thyristor trong cùng một nhóm chuyển
mạch cho nhau nhờ điện áp lưới (chuyển mạch tự nhiên). Mỗi
Thyristor mở 1/3 chu kỳ của điện áp lưới. Thay đổi số Thyristor
mở trong mỗi nhóm ta sẽ thay đổi được thời gian của chu kỳ
điện áp đầu ra T
2
=t
1
+t
2
do đó thay đổi được tần số đầu ra của
biến tần.
Từ đồ thò ta tìm được mối quan hệ giữa tần số lưới và tần
số ra:
Trong đó:
m: số pha đầu vào của bộ biến tần (m=3).
22
2
1
1


mn
m
T
T
f

f
r
V
a(V)
T
1
T
2
T
r
t(s)
V
a(V)
a
b
n: số đỉnh hình sin (tức số Thyristor mở ở mỗi nhóm) trong
một nửa chu kỳ của điện áp ra.
Theo công thức trên ta thấy tần số đầu ra luôn lôn nhỏ hơn
tần số lưới vì n là số nguyên nên tần số ra được điều chỉnh nhảy
cấp.
Điện áp ra V
r
được thay đổi bằng cách thay đổi góc chậm 
của các Thyristor Hình b minh họa.
Vì số đỉnh hình sin n ở trường hợp này giống như hình a
nên tần số đầu ra của hai trường hợp như nhau, nhưng điện áp ở
hình b có giá trò nhỏ hơn.
Để tạo ra điện áp ba pha ở đầu ra ta điều kh iển các nhóm
Thyristor mở theo thứ tự T
1

-N
2
-T
3
-N
4
-T
5
-N
6
-T
1
mỗi nhóm cho
mở 1/3 chu kỳ của điện áp ra. Nếu điện áp ra được lọc phẳng
hoàn toàn thì bằng cách điều khiển như trên ta được đồ thò điện
áp ra ở ba pha như trên hình III. (hệ thống điện áp ba pha ở đầu
ra bộ biến tần trực tiếp)
Hình
T1 T1
N4
N2
N2
N6
N6
T5
T3
2

/3
wt(rad)

wt(rad)
wt(rad)
V
A
(v)
V
b
V
c
Hình II-6: Hệ thống điện áp ba pha ở đầu ra của bộ biến tần trực
tiếp
Để có thể điều chỉnh tinh tần số ra và tạo được điện áp ra
có dạng gần hình sin hơn, ta áp dụng phương pháp điều khiển
góc mở Thyristor
 cần thiết cho các Thyristor ở mỗi pha của
điện áp đầu ra và kết quả ta được đồ thò điện áp ra một pha
đầu ra như hình vẽ sau thành phần sóng điều hòa bậc nhất (theo
tần số w
r
của điện áp này là đường đứt)
Hình a)Quan hệ
=f(t)
b) Đồ thò điện áp ra của bộ biến tần trực tiếp khi điều
khiển góc
 theo qui luật hình sin.
Nhận xét:
- Hiệu suất cao vì tổn thất năng lượng không đáng kể, không
cần dùng tụ chuyển mạch.

2


w
rt
(rad)

0

Sóng Sin cơ bản
wt
a/
b/
- Chỉ cho tần số f
r
<f
1
tức <
0
.
- Làm việc ở chế độ tónh nên thuận tiện đối với những cơ cấu
cần di chuyển nhiều.