thiết kế bộ biến tần truyền thông ba pha điều khiển động cơ, chương 1 pdf

Chương 1:
Tổng quan về động cơ điện không
đồng bộ ba pha
1. Nguyên lý hoạt động
Như đã biết trong vật lý, khi cho dòng điện ba pha vào ba
cu
ộn dây đặt lệch nhau 120
o
trong không gian thì từ trường tổng
mà ba cuộn dây tạo ra trong là một từ trường quay. Nếu trong từ
trường quay này có đặt các thanh dẫn điện th
ì từ trường quay sẽ
quét qua các thanh dẫn điện và làm xuất hiện một sức điện động
cảm ứng trong các thanh dẫn.
Nối các thanh dẫn với nhau và làm một trục quay thì trong các
thanh d
ẫn sẽ có dòng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy
tắc ban tay phải. Từ trường quay lại tác dụng vào chính dòng điện
cảm ứng này một lực từ có chiều xác định theo quy tắc ban tay trái
và tạo ra momen làm quay roto theo chiều quay của từ trường
quay.
T
ốc độ quay của roto luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường
qua. Nếu roto quay với tốc độ bằng tốc độ của từ trường quay thì
từ trường sẽ quét qua các dây quấn phần cảm nữa nên sdd cảm ứng
và dòng điện cảm ứng sẽ không còn, momen quay cũng không còn.
Do momen c
ản roto sẽ quay chậm lại sau từ trường và các dây dẫn
roto lại bị từ trường quét qua, dòng điện cảm ứng lại xuất hiện và
do đó lại có momen quay làm roto tiếp tục quay theo từ trường
nhưng với tốc độ luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường.

Đồng cơ làm việc theo nguy
ên lý này gọi là động cơ không
đồng bộ (KDB) hay động cơ xoay chiều.
Hình 1-1: Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha
Nếu gọi tốc độ từ trường quay là ω
o
(rad/s) hay n
o
(vòng/phút) thì tốc độ quay của roto là ω ( hay n ) luôn nhỏ hơn (
ω < ω
o
; n < n
o
). Sai lệch tương tối giữa hai tốc độ gọi là độ trượt
s:
o
o
s
  


(1-1)
T
ừ đó ta có:
ω = ω
o
(1 – s) (1-2)
hay
n = n
o

(1 – s)
(1-3)
V
ới:
2 n
60
 

(1-4)
o 1
o
2 n 2 f
60 p
 
 
 (1-5)
f
1
- tần số điện áp đặt lên cuộn dây stato.
Tốc độ ω
o
là tốc độ lớn nhất mà roto có thể đạt được nếu
không có lực cản nào. Tốc độ này gọi là tốc độ không tải lý tưởng
hay tốc độ đồng bộ.
Ở chế độ động cơ, độ trượ
t s có giá trị 0 ≤ s ≤ 1.
Dòng điện cảm ứng trong cuộn dây phần ứng ở roto cũng là
dòng
điện xoay chiều với tần số xác định bởi tốc độ tương đối của
roto đối với từ trường quay:

o
2 1
np(n
f
6
)
s
0
f

 
(1-6)
2. Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha
2.1. Phương trình đặc tính cơ
Theo lý thuyết máy điện, khi coi động cơ và lưới điện là lý
tưởng, nghĩa là ba pha của động cơ đối xứng, các thông số dây
quấn như điện trở và điện kháng không đổi, tổng trở mạch từ hóa
không đổi, bỏ qua
tổn thất ma sát và tổn thất trong lõi thép và điện
áp lưới hoàn toàn đối xứng, th
ì sơ đồ thay thế một pha của động cơ
như h
ình vẽ 1-2
Hình 1-2: Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ
Trong đó:
U
1
– trị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V)
I
µ

, I
1
, I
’
2
– dòng điện từ hóa, dòng điện stato và dòng
điện roto đã quy đổi về stato (A)
X
µ
, X
1
, X
’
2
– điện kháng mạch từ hóa, điện kháng stato
và điện kháng roto đ
ã quy đổi về stato (Ω)
R
µ
, R
1
, R
’
2
– điện trở tác dụng mạch từ hóa, mạch stato
và mạch roto đã quy đổi về stato (Ω)
Phương tr
ình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
biểu diễn mối quan hệ giữa mômen quay và tốc độ của động cơ có
dạng:

'
'
2
1 2
2
2
o 1 nm
3U
M
R
s R X
s
R
,[Nm]

 
 
 
 
 
 
 
 

(1-7)
Trong đó:
X
nm
– điện kháng ngắn mạch, X
nm

= X
1
+ X
’
2