Tính toán đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ làm việc với bộ biến tần điện áp

TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC VỚI BỘ BIẾN TẦN ĐIỆN ÁP
THE PERFORMANCE OF CALCULATION OF ASYNCHRONOUS
MOTOR FED BY VOLTAGE INVERTER


NGUYỄN HỒNG ANH
Đại học Đà Nẵng


TÓM TẮT
Động cơ không đồng bộ làm việc với bộ biến tần có tần số luôn thay đổi theo thời gian, do đó
các thông số của động cơ và đặc tính làm việc của nó phụ thuộc vào tần số làm việc. Bài báo
này giới thiệu một phương pháp tính toán đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ roto
lồng sóc làm việc với bộ biến tần điện áp.

ABSTRACT
The asynchronous motor is fed by the inverter whose frekvence varies according to time.
Therefore, its parameters and performance characteristic defend on its performance
frekvence. This article presents one performance characteristic calculation method of the
induction motor fed by the voltage inverter.


1. Giới thiệu
Động cơ không đồng bộ cần điều chỉnh tốc độ được làm việc với các bộ biến tần điện
áp hay dòng điện hiện nay rất phổ biến. Để động cơ làm việc và được điều khiển trong hệ
thống một cách hiệu quả, khi thiết kế động cơ cần thiết phải xét đến đặc tính của bộ biến tần
và ngược lại. Khi làm việc động cơ được cung cấp bởi nguồn có tần số luôn luôn thay đổi, do
đó, các thông số của động cơ sẽ thay đổi theo và vì vậy các đặc tính cũng thay đổi. Việc tính
toán chính xác đặc tính làm việc của động cơ đòi hỏi phải tính toán tại các thời điểm khác
nhau. Ở đây sẽ giới thiệu một chương trình tính toán đặc tính làm việc của loại động cơ này,

có thể ứng dụng trong thiết kế.

2. Đặc tính làm việc của động cơ
2.1. Sơ đồ khối của chương trình tính toán
Chương trình tính toán dựa trên cơ sở đồ thị vectơ của động cơ không đồng bộ và việc
tính toán được thực hiện bằng cách chọn tần số của roto. Với tần số được chọn, trên cơ sở đồ
thị vectơ giải tìm được công suất đầu vào, các tổn thất và công suất đầu ra của động cơ. Nếu
công suất đầu ra chưa phù hợp với kết quả yêu cầu thì tần số roto được chọn lại và tiếp tục
tính toán cho đến khi nhận được công suất yêu cầu.
Đối với sóng bậc cao: giả thiết động cơ được quay với tốc độ của sóng bậc một cho
trước:

( )
p
ff60
n
1
2
1
1
=ν=ν
−
= (1)
trong đó:
1
2,1
f
=ν
là tần số của sóng bậc 1

Tần số của sóng bậc cao roto cũng được biết, tương tự như sóng bậc cao của điện áp.
Giải tất cả trường hợp sóng bậc cao cần xét sẽ xác định được tất cả công suất do sóng bậc cao
sinh ra. Tổng của các công suất này sẽ là công suất của động cơ. Sơ đồ khối mô tả chương
trình tính toán như hình vẽ.

Sơ đồ khối chương trình tính toán đặc tính làm việc
2.2. Mô tả chương trình tính toán
Phân tích sóng bậc cao
Chọn s
Chọn E
i

Thông số động cơ
Tổn hao trong lõi thép
F

1
, F
Fe
, F
µ
I
1
Tổn hao khác
Tính Ei
tt
Tổng tổn hao
Công suất tính toán
Momen
Dữ liệu đầu vào
Công suất tính toán
≈ công suất chọn

sai
đúng
E
i
≈ Ei
tt
sai
đúng
Kết quả
Dữ liệu đầu vào:
Chứa các thông số của động cơ được biết từ thiết kế điện từ của động cơ.
Phân tích sóng bậc cao:
Từ dạng sóng ra của bộ biến tần, phân tích Fourrier sẽ được các sóng bậc cao. Tùy

theo cách chọn để tính toán có thể chọn n sóng bậc cao cụ thể để xét.
Chọn hệ số trượt:
Bước đầu tiên hệ số trượt s được chọn với giá trị nào đó. Các bước tiếp theo s được
chọn như sau:

công suất yêu cầu
S
K+1
=
công suất tiêu thụ tính toán - tổn hao
(2)

Chọn E
i

Bước thứ nhất E
i
được chọn với một giá trị nào đó (E
i
= K
k
U
1
). Trong các bước tiếp
theo hằng số K được chọn theo quan hệ sau:


3
12
1

PomK
K
K
K
+
=
+
(3)

Trong đó

1
1
U
E
Pom
itt
= (4)

U
1
là giá trị hiệu dụng của mỗi sóng bậc cao của điện áp bộ biến tần.
E
itt
được xác định dựa vào đồ thị vectơ.

Các thông số của động cơ
Trong phần này các thông số của động cơ như điện trở, điện kháng được tính toán theo
[2].
Tổn thất trong lõi thép:

Tổn thất được tính theo [2].
Sức từ động F
2
, F
Fe
, F
µ
Các sức từ động được xác định theo các dòng điện tương ứng:

F
2
= I
2
γ
2
(5)

Trong đó γ
2
sức từ động đơn vị của roto


2
2211
2
cos..
R
nEi
I
ϕ

= [A] (6)
n
12
là điện áp qui đổi từ roto về stato

F
µ
được xác định từ đặc tính từ hóa của động cơ [A]

Tổn hao thép
F
Fe
=
3E
i1

γ
1
[A] (7)
Trong đó
γ
1
Là sức từ động đơn vị của stato

Dòng điện I
1

Từ đồ thị vectơ I
1
được xác định:

1
1
1
F
I
γ
= (8)

F
1
= F
µ
+ F
Fe
- F
2
(9)

Các tổn hao khác
được xác định theo [2].

Tính E
itt

Xem phần chọn E
i.

Tính công suất
Công suất được tính bằng hiệu số của công suất đầu vào và tổn hao trong máy. Công
suất đầu vào bằng tổng công suất đầu vào của từng sóng bậc cao riêng biệt. Công suất
đầu vào đối với sóng bậc γ:


νννν
ϕ=
1111
cosI.UP (10)

Tính toán momen
Các loại momen được tính theo [4].
Kết quả
Giá trị kết quả của các đặc tính làm việc được viết ra dưới dạng số.

3. Tính toán minh hoạ
Tính toán đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ có công suất 800KW làm việc
với điện áp của biến tần 2.400V.
Lập chương trình tính toán xét đến sóng bậc cao n với các thông số của động cơ đã
chọn, khi động cơ làm việc với tần số 50Hz kết quả như sau:
Đối với sóng cơ bản:
_ Dòng điện pha Stato: 300,379 [A]
_ Dòng điện pha roto: 2196,406 [A]
_ Hệ số trượt s = 0,0087057
_ cosϕ
1
= 0,8608203
_ cosϕ
2

= 0,9987776
_ Momen: 5260,267 [Nm]
_ Tổn hao: 44,628KW
Đối với sóng bậc cao, ví dụ sóng bậc 17:
_ Dòng điện pha Stato: 8,010 [A]
_ Dòng điện pha Roto: 64,952 [A]
_ Hệ số trượt s = 1,0583114
_ cosϕ
1
= 0,0643227
_ cosϕ
2
= 0,1768703
_ Momen: - 0,024 [Nm]
_ Tổn hao: 0,107 KW

4. Kết luận
Với thuật toán được mô tả chương trình tính toán đặc tính làm việc của động cơ này
có thể ứng dụng vào thiết kế động cơ không đồng bộ làm việc với biến tần và nhờ đó có thể
tính toán tối ưu động cơ được thiết kế.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Petrov, Elektricke stroje 1 & 2, Acamedia Praha, 1982.
[2] Kopylov, Stavba elektrickych stroju, SNTL / MIR, 1988.
[3] Vũ Gia Hanh, Máy điện, Nxb Khoa học Kỹ thuật, 1999.
[4] Nguyễn Hồng Anh, Tính toán momen của động cơ không đồng bộ làm việc với nguồn
không sin, Tạp chí Khoa học & Công nghệ ĐHĐN 1/ 2003.