thiết kế bộ biến tần truyền thông ba pha điều khiển động cơ, chương 4 ppt

Chương 4:
CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG
BỘ BA PHA
1. Các yêu cầu đặt ra đối với việc điều khiển động cơ
Những động cơ trước đây thường được chế tạo để làm việc với
tải không đổi trong suốt quá trình làm việc. Điều này làm cho hiệu
suất làm việc của hệ thống thấp, một phần đáng kể công suất đầu
vào không được sử dụng hiệu quả. Hầu hết thời gian momen động
cơ sinh ra đều lớn hơn momen yêu cầu của tải.
Khi khởi động trực tiếp từ lưới nguồn, dòng khởi động rất lớn.
Điều n
ày làm tổn thất công suất lớn trên đường truyền và trong
roto, làm nóng động cơ, thậm chí có thể làm hỏng lớp cách điện.
Dòng khởi động lớn có thể làm sụt điện áp nguồn, ảnh hưởng đến
các thiết bị khác dùng chung nguồn với động cơ.
Khi chạy không tải, dòng điện chạy trong động cơ chủ yếu là
dòng t
ừ hóa, tải hầu như chỉ có tính cảm. Kết quả là hệ số công
suất ( PF: Power Factor ) rất thấp, khoảng 0,1. Khi tải tăng lên
dòng
điện làm việc bắt đầu tăng. Dòng điện từ hóa duy trì hầu như
không đổi trong suốt quá tr
ình hoạt động từ không tải đến đầy tải.
Vì vậy khi tải tăng hệ số công suất cũng lên. Khi động cơ làm việc
với hệ số công suất nhở hơn 1, dòng điện trong động cơ không
hoàn toàn sin. Điều n
ày cũng làm giảm chất lượng công suất
nguồn, ảnh hưởng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn với
động cơ.
Trong quá trình làm việc, nhiều lúc cần dừng khẩn cấp hoặc đảo

chiều động cơ. Độ chính xác trong tốc độ, khả năng dừng chính
xác, đảo chiều tốt làm tăng năng suất lao động cũng như chất
lượng sản phẩm. Trong các ứng
dụng trước đây các phương pháp
hãm cơ được sử dụng. Lực ma sat giữa phần cơ và má phanh có tác
dụng hãm. Tuy nhiên việc hãm này rất kém hiệu quả và tổn hao
nhiệt lớn.
Trong nhiều ứng dụng, công suất đầu vào là một hàm phụ thuộc
vào tốc độ như quạt, máy bơm. Ở những tải loại này, momen cản
tỷ lệ với bình phương tốc đô, công suất tỷ lệ với lập phương của
tốc độ. Do đó việc điều chỉnh tốc độ, điều này phụ thuộc vào tải,
có thể tiết kiệm điện năng. Tính toán cho thấy việc giảm 20% tốc
độ động cơ có thể tiết kiệm được 50% công suất đầu vào. Mà điều
này là không thể thực hiện được đối với những động cơ sử dụng
trực tiếp điện áp lưới.
Khi lưới điện cấp cho động cơ có hệ số công suất nhỏ hơn đơn
vị, dòng điện trong động cơ chứa nhiều thành phần điều hòa bậc
cao. Đ
iều này làm tăng tổn thất trong động cơ dẫn đến giảm tuổi
thọ của động cơ. Momen sinh ra bởi động cơ bị gợn sóng. Các
thành phần điều hòa bậc cao có thể loại bỏ khi hoạt động ở tần số
cao bởi tính chất cảm của động cơ. Nhưng ở tần số thấp động cơ
chạy sẽ bị rung, làm ảnh hưởng đến các vòng đồng của roto. Động
cơ làm việc ở lưới nguồn không ổn định nếu không được bảo vệ sẽ
làm giảm tuổi thọ của động cơ.
Từ những phân tích trên ta thấy rằng cần phải có một hệ điều
khiển thông minh. Sự phát triển của các van công suất, công nghệ
sản xuất IC tích hợp cao cho ra đời những bộ vi xử lý có tốc độ xử
lý ngày càng nhanh và sự phát triển của kỹ thuật tính toán đã dẫn
đến việc điều khiển động cơ không đồng bộ

có thể đạt được chất
lượng cao.
2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng
bộ ba pha
Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ như:
- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch
roto R
f
- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stato
-
Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ
- Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa
-
Điều chỉnh bằng phương pháp nói tầng
- Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f
1
Trong các phuơng pháp trên thì phương pháp điều chỉnh bằng
cách thay đổi tần số cho phép điều chỉnh cả momen v
à tốc độ với
chất lượng cao nhất, đạt đến mức độ tương đương như điều chỉnh
động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.
Ngày nay các hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ điều
chỉnh tần số đang ngày càng phát triển. Sau đây xin trình bày
phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay
đổi tần số nguồn f
1
.
3. Điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi
tần số nguồn
Như ta đã biết, tốc độ đồng bộ của động cơ phụ thuộc vào tần số

nguồn và số đôi cực từ theo công thức:
1
o
2 f
p



(2-1)
Mà ta l
ại có, tốc độ của roto động cơ quan hệ với tốc độ đồng bộ
theo công thức:
o
(1 s)
  

(2-2)
Do đó bằng việc thay đổi tần số nguồn f
1
hoặc thay đổi số đôi
cực từ có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ không đồng bộ.
Khi động cơ đ
ã được chế tạo thì số đôi cực từ không thể thay đổi
được do đó chỉ có thể thay đổi tần số nguồn f
1
. Bằng cách thay đổi
tần số nguồn có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ. Nhưng
khi t
ần số giảm, trở kháng của động cơ giảm theo ( X=2πfL ). Kết
quả là làm cho dòng điện và từ thông của động cơ tăng lên. Nếu

điện áp nguồn cấp không giảm sẽ l
àm cho mạch từ bị bão hòa và
động cơ không làm việc ở chế độ tối ưu, không phát huy đuợc hết
công suất. Vì vậy người ta đặt ra vấn đề là khi thay đổi tần số cần
có một luật điều khiển nào đó sao cho từ thông của động cơ không
đổi. Từ thông n
ày có thế là từ thông stato Φ
1
, từ thông của roto Φ
2
,
ho
ặc từ thông tổng của mạch từ hóa Φ
µ
. Vì momen động cơ tỉ lệ
với từ thông trong khe hở từ trường nên việc giữ cho từ thông
không đổi cũng l
àm giữ cho momen không đổi. Có thể kể ra các
luật điều khiển như sau:
- Luật U/f không đổi: U/f = const
- Luật hệ số quá tải không đổi: λ = M
th
/M
c
= const
- Lu
ật dòng điện không tải không đổi: I
o
= const
- Lu

ật điều khiển dòng stato theo hàm số của độ sụt tốc: I
1
=
f(Δω)