Tổng kết lấy ý kiến các bên liên quan về chuẩn đầu ra các chương trình đào tạo

Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB
Lời nói đầu

Truyền động điện là khâu không thể thiếu trong quá trình tự động hoá.
Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một
công nghệ sản xuất, đặc biệt là sản xuất hiện đại ,truyền động điện góp vai
trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lợng sảm phẩm Vì vậy
các hệ truyền động luôn luôn đợc nâng cao chất lợng để đáp ứng yêu cầu
công nghệ mới với mức độ tự dộng hoá cao .
Ngày nay ,do yêu cầu công nghiệp hoá và hiện đại hoá nền kinh tế ngày càng
xuất hiện nhiều dây truyền sản xuất mới có mức tự động hoá cao với những
hệ truyền động hiện đại. Kĩ thuật điều khiển Biến tần - Động cơ KĐB
Là một bớc đột phá của công nghệ giải quyết đợc khâu khó khăn nhất trong
việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ngoài ra làm giảm kích thớc và hạ giá
thành của hệ thống truyền động .
Tuy là một đề tài mới và rất khó hiện nay nhng bởi những lý do trên mà
chúng em quyết định chọn đề tài : hệ truyền động biến tần động cơ không
đồng bộ làm đề án tốt nghiệp .
Trong thời gian thực hiện đề tài dới sự hớng dẫn và chỉ bảo tận tình của
thầy giáo: Vũ Hữu Thích đề tài của chúng em đã đợc hoan thành .
Tuy đã cố gắng tìm hiểu và học hỏi nhng do thời gian và trình độ còn hạn
chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu xót về nội dung và hình thức vì
vậy chúng em rất mong sự chỉ bảo và góp ý của thầy cô cùng bạn bè để cho
đồ án đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội ngày 2 tháng 9 năm 2005
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Anh Thanh

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
1
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB
MụC lục

CHƯƠNG I: tổng quan về động cơ kđb - các phơng pháp
điều chỉnh tốc độ....................................................................................4
Đ1: tổng quan về động cơ kđb..........................................................4
I. Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại.................................4
1. Khái niệm.......................................................................................................4
2. Cấu tạo............................................................................................................5
3. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha................................5
II. Đặc tính cơ bản của động cơ không đồng bộ và các tham số ảnh hởng....10
1. Đặc tính cơ...................................................................................................10
2. ảnh hởng của các tham số ..........................................................................13
3. Các trạng thái hãm.......................................................................................17
Đ2. . các phơng pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ
không đồng bộ........................................................................................20
I. Một số u nhợc điểm của động cơ không đồng bộ .....................................20
II. Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ..............................................20
1. Hệ thống điều chỉnh điện áp động cơ .........................................................20
2. Điều chỉnh điện trở mạch rôto.....................................................................22
3. Điều chỉnh công suất trợt.............................................................................23
4. Điều chỉnh tần số nguồn cấp.......................................................................24

CHƯƠNG II: giới thiệu chung về biến tần...................................27
I. Biến tần trực tiếp...........................................................................................27
II. Biến tần gián tiếp.........................................................................................28
1. Chỉnh lu........................................................................................................29
2. Mạch lọc.......................................................................................................30
3. Nghịch lu độc lập.........................................................................................30
4. Phơng pháp điều biến độ rộng xung NLĐL................................................37
CHƯƠNG III: Hoạt động của biến tần TOSVERT VF S9 .......39
1. Cấu trúc biến tần..........................................................................................39
2. Kết nối thiết bị .............................................................................................40
3. Hoạt động đơn giản của TOSVERT VF S9............................................41
4. Hoạt động cơ bản của TOSVERT VF S9...............................................46
5. Chế độ hoạt động và điều khiển .................................................................56
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
2
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

6. Các thông số cài đặt động cơ ......................................................................57
7. Bảng tham số cơ bản của biến tần...............................................................61

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
3
Sv: Nguyễn Anh Thanh

Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

chơng I: tổng quan về động cơ kđb - các phơng pháp
điều chỉnh tốc độ.

$1: tổng quan về động cơ kđb :

i/ Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại.
1. Khái niệm:
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều mà tốc độ quay
rôto khác tốc độ từ trờng quay trong máy.
Chế độ làm việc: Có 2 chế độ làm việc:
+ Chế độ máy phát: Công suất đa vào là công suất cơ và
công suất lấy ra là công suất điện.
+ Chế độ động cơ: công suất đa vào là công suất điện và
công suất lấy ra là công suất cơ.
Do đặc tính của máy phát điện không đồng bộ so với động cơ điện
không đồng bộ là kém hơn nên thực tế ngời ta chỉ cho máy điện không đồng
bộ làm việc ở chế độ động cơ: Cấu tạo vận hành đơn giản, giá thành rẻ.
Phân loại:
+ Máy điện không đồng bộ 1 pha
+ Máy điện không đồng bộ 3 pha
Thông dụng nhất là máy điện không đồng bộ 3 pha.
Tuỳ theo dây quấn có cấu tạo khác nhau máy điện không đồng bộ đợc
chia làm 2 loại
+ Máy điện không đồng bộ rôto lồng sóc

Lồng sóc đơn.
Lồng sóc kép.
Lồng sóc rãnh sâu.
+ Máy điện không đồng bộ rôto dây quấn.
2. Cấu tạo:
Động cơ không đồng bộ 3 pha gồm 2 phần chính: Phần tĩnh và phần
động.
a.

Phần tĩnh (stato):

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
4
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

Gồm 2 phần chính: Lõi thép, dây quấn.
- Lõi thép: Gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 0,5
mm đợc dập rãnh ghép cách điện với nhau, phía trong rãnh đặt dây
quấn. Mục đích nhằm hạn chế tổn hao dòng xoáy gây ra.
- Dây quấn : Đợc đặt trong rãnh lõi thép, xung quanh dây quấn đợc bọc cách điện để cách điện với lõi thép.
Kiểu dây quấn, hình dạng, cách bố trí dây phụ thuộc kết cấu của
máy và yêu cầu kỹ thuật từng loại động cơ .
b. Phần động (rôto)
Gồm 2 phần: Lõi thép và dây quấn

- Lõi thép từ:
+ Gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại. Các lá thép này đợc
lấy từ phần ruột bên trong khi dập lá thép stato. Mặt ngoài lõi thép rôto
có các rãnh đặt dây quấn.ở giữa có lỗ để lắp trục. Đối với máy có công
suất lớn có lỗ thông gió.
+ Trục máy đợc gắn với lõi thép rôto và làm bằng thép tốt.
Trục đợc đỡ trên lắp máy nhờ ổ lăn (vòng bi) hay ổ trợt (bạc).
Dây quấn:
+ Rôto dây quấn: Dây quấn 3 pha của rôto thờng đợc nối
hình sao, còn ba đầu kia đợc nối với ba vành trợt bằng đồng gắn trên trục. Tỳ
trên ba vành trợt là ba chổi than để nối mạch điện với biến trở phụ R P bên
ngoài để điều chỉnh tốc độ động cơ.
+ Rôto lồng sóc: Dây quấn là những thanh đồng hoặc nhôm
đặt trong các rãnh lõi thép rôto, hai đầu các thanh dẫn đợc nối với hai vành
đồng hoặc nhôm gọi là hai vành ngắn mạch. Mỗi thanh dẫn của rôto lồng sóc
đợc coi nh một pha. Ngời ta chế tạo ra rôto lồng sóc bằng cách đổ nhôm
hoặc đồng nóng chảy vào cácc rãnh lõi thép rôto.
+ Giữa phần tĩnh và phần động là khe hở không khí, khe hở
thờng rất nhỏ, kích thớc khe hở phụ thuộc vào công suất của động cơ. Khe
hở không khí càng lớn thì từ thông tản càng nhiều dẫn đến tổn thất năng lợng

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
5
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

điện từ càng lớn do vậy trong chế tạo ngời ta qui định: Cos động cơ công
suất nhỏ và vừa thì kích thớc khe hở là: 0,2mmữ1 mm
Động cơ lớn thì kẽ hở: 5mm ữ 10mm ữ 15mm. Để hạn chế
dòng từ hoá lấy từ lới vào và nh vậy hệ số công suất của máy đạt cao hơn.
Những định mức cơ bản ghi trên nhãn động cơ không đồng
bộ 3 pha:
Công suất định mức: Pđm (Công suất trên trục động cơ)
Điện áp định mức: Uđm
Dòng điện định mức: Iđm
Trên nhãn máy thờng ghi /-380V/220V ; 4,3/7,5A
Có nghĩa là: Khi điện áp dây lới điện bằng 380V thì ta nối day quấn stato
theo hình sao và dòng điện định mức 4,3A. Khi điện áp mạng điện là 220V
thì dây quấn stato nối theo hình tam giác và dòng điện dây định mức là 7,5A
+ Hiệu suất định mức đm
+ Hệ số công suất định mức Cos
+ Tốc độ quay định mức nđm
+ Tần số định mức (50Hz)
+ Độ tăng nhiệt định mức tC
3. Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB ba pha
a. .Sự hình thành từ trờng quay
-Ta xét trờng hợp đơn giản nhất: Stato gồm 6 rãnh trong đó đặt ba dây
quấn AX, BY, CZ các cuộn dây đặt cách nhau 1200 trong không gian mỗi dây
quấn chỉ có một phần tử đầu và cuối .
- Xét từ trờng trong máy khi cho hệ thống điện ba pha chạy vào trong dây
quấn stato :
IA = IMAX sint
IB = IMAX sin(t-120)
t I = I I sin(t-240)
C

MAXA
I
B

IC

t
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
6
Sv: Nguyễn Anh Thanh
t=90

t=90+120

t=90+240


vbv

Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

B

BC
BC

B

BA

BB

BA

BB

BA

BB

BC

Tại thời điểm t dòng điện pha nào (+) có chiều chạy từ đầu pha
B
đến cuối pha, dòng điện nào âm(-) có chiều chạy ngợc lại. Nếu dòng điện chạy
vào đánh dấu (+) nếu dòng điện chạy ra đánh dấu (.)
-

Tại thời điểm pha t=90 dòng điện pha A là cực đại Imax/2
dòng điện pha B và C âm. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định đợc đờng sức
-

từ tổng B đồng thời xác định đợc véc tơ biểu diễn từ trờng tổng. Nhận thấy
rằng véc tơ từ trờng tổng trùng với chiều từ trờng có pha dòng điện cực đại và
có độ lớn bằng 3/2 từ trờng cực đại
-

Tơng tự cho thời điểm t=90+1200; t=90+2400

Qua cách xét trên ta thấy từ trờng do dòng điện chạy trong mỗi
dây quấn gây nên là từ trờng đập mạch có phơng không đổi trong không gian
nhng có trị số đảo chiều biến đổi hình sin theo thời gian phù hơp với sự biến
đổi của dòng điện. Còn từ trờng tổng trong máy gây nên do hệ thống điện ba
pha là từ trờng quay có chiều quay trong không gian
- Tốc độ quay phụ thuộc vào tần số của dòng điện và số đôi cực
từ. Khi từ trờng có một đôi cực từ (P=1) dòng biến thiên một chu trình thì từ
trờng quay đợc một vòng. Nếu tần số f trong một giây dòng điện sẽ biến thiên
đơc f chu trình và từ trờng quay đơc f vòng. Nếu máy có hai đôi cực (P=2) khi
dòng điện biến thiên đợc một chu trình thì từ trờng quay đơc1/2 vòng trong
một giây từ trờng quay đợc f/2 vòng suy ra tốc độ từ trờng n1=f/p (v/s) tốc độ
từ trờng trong một phút n=60f/p (v/p)
-

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
7
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

Tính chất từ trờng quay do hệ thống điện ba pha đối xứng gây
nên một dòng điện ba pha chạy trong ba dây quấn đặt lệch nhau 1200 điện sẽ
sinh ra đợc từ trờng quay đối xứng có tính chất sau :
+ Từ trờng có độ lớn không đổi bằng 3/2 từ trờng cực đại
+ Nó có tốc độ bằng n=60f/p (v/p) gọi là tốc độ đồng bộ

+ Nếu thay đổi thứ tự hai trong ba pha điện vào dây quấn
stato thì chiều quay từ trờng sẽ đổi tính chất này để thay đổi chiều quay của
động cơ KĐB
-

b. Nguyên lý làm việc
- Khi nối dây quấn stato vào lới điện xoay chiều ba pha hệ thống dòng điện
xoay chiều chạy vào dây dẫn sẽ sinh ra từ trờng quay với tốc độ n=60f/p
(v/p)
- Từ trờng quay quét qua thanh dẫn rôto cảm ứng trong dây dẫn sinh ra một
sức điện động e2. Sức điện động này sinh ra dòng điện i2 chạy trong dây
quấn. Chiều của i2 xác định theo nguyên tắc bàn tay trái. Thanh dẫn rôto có
dòng điện i2 nằm trong từ trờng quay sẽ chịu lực tác dụng tơng hỗ tạo thành
mômen lực tác dụng nên rôto làm rôto quay với tốc độ n < n 1 cùng chiều
quay vơi từ trờng. Vì thế gọi động cơ này là động cơ KĐB
- Giữa tốc độ từ trờng và tốc độ động cơ có hệ số trợt

S=

n1 n
= 0,02 ữ 0,06
n1

c.. Xét quá trình năng lợng trong động cơ
- Công suắt đa vào =
1

3.U 1 .I . cos nó đợc phân ra

+ Công suất điện từ Pđt để tạo ra từ trờng quay

dt = M .1 = M .2 n1

1
60

+ Nó phải bù vào tổn thất trên điện trở dây quấn và tổn thất sắt
từ dây quấn
Pđ1=3I1. 2 r : Là tổn thất sắt từ trong lõi thép stato
Pđt =P1- Pđ1- Pst
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
8
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

- Roto chịu tác dụng của mômen quay tốc độ n công suất trên trục của
nó .

2' = M . =

M .2 n
60

- Công suất P2 < Pđt do có tổn hao trên dây quấn rôto Pđ2
P2=Pđt - P2

Vì P2< Pđt < 1
- Công suất cơ P2 rôto đa ra không thể bằng P2 mà còn phải trừ đi các tổn
hao do ma sát trên trục Pcơvà tổn hao phụ khác
P2= P2- Pcơ-Pp

Hiệu suất động cơ: =
Pđ1

2
1 = 0,8 ữ 0,9
1
Pst

P1

Pđ2

Pdt

Pcơ

Pcf
P2

II. Đặc tính của động cơ KĐB và các tham số ảnh hởng
1. Đặc tính cơ
Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ
I1

I2

R1

X1

X2

Im
Rm

R2'
S
______________________________________________________________
X
Trờng cao đẳngmcông nghiệp Hà Nội
9
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

Uf: Là điện áp ra của stato
I1: Dòng điện dây quấn stato
Im: Dòng điện từ hoá
I2: Dòng điện rôto đổi về stato
Rm: Điện trở từ hoá
Xm: Điện kháng từ hoá
R1: Điện trở dây quấn stato

R2: Điện trở dây quấn rôto quy đổi về stato
X1: Điện kháng cản của dây quấn stato
X2: Điện kháng quy đổi của dây quấn rôto
- Hệ số trợt :

S = n1

n1 n
n1

n: Tốc độ động cơ
n1: Tốc độ từ trờng
- Dòng stato :

I1 = U f (

1
R +X
2
m

2
m

1

+
( R1 +

'

2

R 2
) + ( X 1 + X 2' ) 2
s

)

- Khi không tải: = 1 s = 0
- Khi mở máy: =0 s = 1

I m = I1 =

U
Rm2 + X m2

Dòng mở máy: Imm=I1
-Dòng điện ở dây quấn rôto quy đổi :
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
10
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

I 2' =

Uf

( R1 + R2 ) 2 + ( X 1 + X 2' )

Khi = 1 s = 0 I2= 0
=0 s = 1 I2= I2mm
-Mômen điện từ:
'2

3 I .R
M dt = 2 2
s
Trong đó

'2

3I .R
dt = 2 2
s

Bỏ qua tổn hao coi

M=

- Điểm cực trị:

- Độ trợt tới hạn:

'2

'2

M = Mcơ = Mđt

3U 2f .R2'


R2'
s.1 ( R1 + ) + ( X 1 + X 2' ) 2
s



dM
=0
dS

Sth =

R2'
R12 + ( X 1 + X 2 ) 2

- Mômen tới hạn : M th = M max =

3U 2f
21 ( R1 R12 ( X 1 + X 2' ) 2 )

Dấu (+) khi máy hoạt động chế độ động cơ
(t)
Dấu (-) khi máy hoạt động ở chế độ máy phát

- Xét ở chế độ động cơ Mth> 0
1
Đồ thị đặc tính cơ:
Sth
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
11
Sv: Nguyễn Anh Thanh
0
Mmm M
M
th


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

2. ảnh hởng cửa các tham số đến đặc tính cơ
a.ảnh hởng cửa lới điện áp
Khi điện áp giảm thì mômen tới hạn Mth giảm tỉ lệ bình phơng độ giảm của
điện áp Sth = const.

1 =

2f
=const
p

Imm giảm do đó có thể ứng dụng giảm điện áp Uf để thay

đổi tốc độ và hạn chế dòng mở máy. Đặc biệt phơng pháp này phù hợp với tải
có mômen ti lệ với bình phơng của tốc độ : quạt gió, bơm nớc
-

(t)
1
Sth

0 M
Mmm1
mm M
M
M
th2
b. ảnh hởng của điện trở2 phụ và điện kháng ởth1dây quấn stato
- Khi nối thêm Rf và Xf vào mạch stato :
Rs = R 1 + R f

,

Xs = X1 + Xf



2 f
1 =
= const


; S th =

M th =

R2'
2
R12 + X mm

(

3U 2f 1

21 Rs + Rs + X mm

)

Với X mm = X 1 + X 2' + X f
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
12
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

- Phơng pháp này để điều chỉnh tốc độ và hạn chế dòng mở máy



Sth

TN ( Rf = 0)
Rf2

Rf1

Mmm2 Mth2 Mmm1 Mth1

Mth

M

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
13
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

c. ảnh hởng của điện trở trong mạch rôto (R2)
(chỉ với động cơ dây quấn )

2 f
= const
p
R2' + R2' f
S th =

Độ cứng đặc tính cơ
2
2
R1 + X nm

=

M th =

3U 12f

(

2
s.1 R1 + R12 + X mm

I 2 mm =

(R
-

U1 f
'
2

+ R2 f

)

2

+X

2
nm

) = const



Ưu điểm:


Hạn chế dòng khởi động



Điều chỉnh tốc độ. Muốn mômen không đổi thì:

R2' + R2' f
R2'
=
s
s'


Sth

TN

R2f2

Mth
d. ảnh hởng của số đôi cực
Muốn thay đổi số đôi cực thì phải đấu lại dây quấn

1 =

2 f
Thay đổi = (1 s )1


Mth = Thay đổi
Sth =Const
Tuỳ theo sự thay đổi số đôi cực mà ta có đờng đặc tính cơ
- Khi thay đổi p dẫn đến tốc độ thay đổi vì p là số nguyên nên tốc độ
thay đổi đợc là tốc độ nhẩy cấp
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
14
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

e. ảnh hởng của tần số lới điện
- Ưu điểm :
+ Độ chính xác và tự động hoá cao

+ Đợc áp dụng rộng rãi
- Khi thay đổi tần số dẫn đến tốc độ thay đổi sự thay đổi là liên tục
- Nhận xét :
+ Khi tăng tần số lớn hơn tần số định mức dẫn đến mômen tỉ lệ
nghịch với bình phơng tần số dẫn đến mômen giảm với điều
kiện Uf = const
+ Khi giảm tần số nhỏ hơn tần số định mức dẫn đến tổng trở giảm
suy ra dòng điện tăng dẫn đến nguy hiểm cho động cơ vì vậy khi
giảm f phải đồng thời giảm Uf

Uf
f

= const

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
15
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

3. Các trạng thái hãm
a. Hãm tái sinh :
- Xảy ra trong khi tốc độ động cơ nhỏ hơn tốc độ điện năng lợng cơ chuyển
thành năng lợng điện trả về lới
- Các hệ thống có khả năng hãm tái simh :

+ Điều chỉnh tần số (giảm f)
+ Thay đổi số đôi cực (tăng p)
1
1
- độ trợt s =
0
a
1
a
2
b
b
3

c

a; b là đoạn hãm tái sinh
b. Hãm động năng :
- Khi động cơ đang làm việc cắt nguồn
ra khỏi stato và đóng stato vào nguồn một
chiều từ trờng đập mạch làm cho suất điện
động và dòng điện ngợc pha ở chế độ động
cơ sinh mômen hãm
- có 2 cách hãm động năng _
+ Hãm động năng kích từ độc lập : Khi
Đ
động cơ đang quay muốn thực hiện hãm
động năng ta cắt nguồn điện đa vào stato và đóng
nguồn 1 chiều độc lập từ bên ngoài vào động cơ
+ Hãm động năng kích từ tự kích : thực hiện giống

nh kích từ độc lập nhng nguồn 1 chiều đợc lấy từ
chính năng lợng của động cơ

Rh

+
_

K

H

Đ

H
Rhb

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
16
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

- Giải thích quá trình hãm : Khi cắt điện động cơ và đóng nguồn 1 chiều
vào sẽ tạo ra từ trờng tĩnh do quán tính động cơ tiếp tục quay cắt thanh
dẫn của rôto cắt từ trờng dẫn đến xuất hiện suất điện động trong thanh dẫn.

Chiều của suất điện động xác định bằng qui tắc bàn tay phải. Do rôto kín
mạch nên xuất hiện dòng I2 chạy trong thanh dẫn tác động tơng hỗ giữa
dòng I1 và từ trờng tạo ra lực điện từ F chiều lực xác định bằng qui tắc bàn
tay trái dới tác dụng của cặp lực tạo ra mômen hãm ngợc chiều quay động cơ
làm cho động cơ giảm dần và suất điện động E2 giảm dần .
- Đờng đạc tính cơ :



M
Mc
c. Hãm ngợc :
Tơng tự với động cơ điện một chiều kích từ
độc lập trạng thái hãm ngợc của động cơ KĐB 0
b
có 2 trờng hợp :
- Hãm ngợc xảy ra khi động cơ đang làm việc
ta đa vào rô to điện trở phụ đủ lớn với tải thế
năng động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểm d
c
0
b ra khi bđộng cơ đang làma việc ta
- Hãm ngợc xảy
đổi thứ tự 2 trong 3 pha
điện áp đặt vào rôto làm cho từ trờng quay đảo
chiều quay rôto động cơ chuyển sang chế độ làm việc trên đờng
hãm ngợc bc hoặc bc c
Mc
c
M

a

Mc

d
đặc tính

c

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
17
Sv: Nguyễn Anh Thanh
d

-0


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

- Khi hãm ngợc để momen hãm lớn và dòng rôto nhỏ ngời ta đa thêm điện
trở phụ vào mạch rôto điện trở này sẽ ứng với dòng điện hãm ban đầu
Đ2. các phơng pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ không
đồng bộ

I. Một số u nhợc điểm của động cơ KĐB
- Ưu điểm :

+ Kết cấu đơn giản rẻ tiền
+ Làm việc chắc chắn thích hợp với mọi môi trờng
+ Khả năng quá tải lớn
-Nhợc điểm :
+ Rất khó điều chỉnh tốc độ do quan hệ giũa các đại lợng M,N,ứ là quan
hệ phi tuyến (phụ thuộc lẫn nhau )
II. Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ
Có 4 phơng pháp :
- Điều chỉnh điện áp phía stato
- Thay đổi điện trở điện kháng stato và rôto
- Điều chỉnh suất điện động rôto (điều chỉnh công suất
trợt)
- Điều chỉnh tần số nguồn
1. Hệ thống điều chỉnh điện áp động cơ
- Sơ đồ khối :
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
18
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

-ở động cơ KĐB momen tải của động cơ tỉ lệ với bình phơng Uf. Do đó có
thể điều chỉnh điện áp động cơ khi tần số không đổi
- Khi điều chỉnh điện áp ta có quan hệ giữa mômen và điện áp :
M thU U b
=

M th
U dm

M u* =

2


Hay


Mu
M gh

M u = (U b )
U b* =

2

Ub
U dm

Trong đó:
Uđm: Là điện áp định mức của động cơ
Ub: Là điện áp đầu ra của bộ biến đổi điện áp
Mthu: Là mô men tới hạn ứng với điện áp điều chỉnh
Mth: Là mô men tới hạn khi điện áp là định mức
- Khi điện áp động cơ giảm thì modun độ cứng đặc tính cơ giảm theo dẫn
đến || giảm. Để tăng mômen cho phép ở tốc độ nhỏ ngời ta thêm điện trở
phụ vào ro to đối với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn vì vậy tốc độ

động cơ đợc điều chỉnh bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ trong khi tốc độ
không tải lý tởng của mọi đặc tính nh nhau và bằng tốc độ từ trờng quay
đttn(Rf=0,)

Đặc tính cơ
- Thay đổi góc điều khiển Ub khác UL

đtgh(Rf 0)

Ub2Tăng góc dẫn
MB =

Sth=const

3U f
s1 ( R1 + R12 + X nm )

SSthgh
thgh
Ub2

Ub1

Mth2

Mth1 Mth

Phơng pháp điều chỉnh điện áp phù hợp với hệ truyền động điện có đờng
đặc tính bậc 2: máy bơm ,quạt gió

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
19
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

2 . Điều chỉnh điện trở mạch rôto :
a . Sơ đồ khối
Bộ điều khiển chỉnh lu cầu ba pha (không điều khiển) chỉnh lu dòng rôto
thành dòng một chiều
T1 là thyrister
+ Nếu T1 dẫn thì loại R0
+ Nếu T1 khoá thì đa R0 vào mạch
-

T2,C, D0 ,Lk là khoá cỡng bức T1

-

L là để lọc dòng một chiều

Bộ chỉnh lu

L
T1

C

T2
D0

Lk

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
20
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

b . Hoạt động.
Rr =Rdq + Rf
Rdq: Điện trở dây quấn
Rf: Điện trở Rf trong mạch rôto
- Khi thay đổi: Rf trong rôto
M th =

3U 2f
2
s1 ( R1 + R12 + X nm
)

= const

R2'

Sth =

2
R12 + X nm

Tỉ lệ tuyến tính R2'
- Khi I2 giảm Rf tăng giảm điều chỉnh mềm
Nếu I2=const M=const vì vậy phơng pháp này phù hợp
với hệ truyền động điện mômen không đổi
3 . Điều chỉnh công suất trợt
- Do nhợc điểm của phơng pháp này là gây nên tổn hao công suất trợt
P=S.Pđt ở phía rôto. Do đó phơng pháp điều chỉnh công suất trợt ngoài việc
điều khiển tốc độ động cơ còn tận dụng đợc công suất trợt
- Phơng pháp điều chỉnh Ps thờng áp dụng cho hệ truyền động điện có
công suất lớn vì ở hệ đó việc tiết kiệm điện năng có ý nghĩa rất lớn ,phạm
vi điều chỉnh tốc độ khi điều khiển Ps là hẹp và mômen động cơ bị giảm
khi tốc độ thấp
- Vấn đề quan trọng với các hệ truyền động điện công suất lớn là vấn đề
khởi động động cơ khi động cơ đạt gần tốc độ khởi động thì mới chuyển
sang điều khiển công suất trợt do đó vấn đề khởi động ở hệ này phức tạp
vì vậy thờng áp dụng cho hệ khởi động có tần số khởi động, số lần đảo
chiều quay ít
-

4 . Điều chỉnh tần số nguồn cấp.
Xuất phát từ biểu thức

1 =

2 . f
; = (1 s )1
p

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
21
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

ta thấy khi f thay đổi , 1 cũng thay đổi quá trình điều chỉnh tốc độ bằng
phơng pháp tần số thì tốc độ điều chỉnh đợc là trơn, trợt
a. Điều chỉnh tần số điện áp
- Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả năng quá tải về mômen
+ Khi điều chỉnh tần số thì thì trở kháng ỉ,I của động cơ thay đổi do đó để
đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm cho đông cơ bị quá dòng
thì điều chỉnh tấn số ngời ta phải điều chỉnh cả điện áp
+ Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thớng có yêu cầu giữ khả năng quá tải
về mômen không đổi trong suốt dải điều chỉnh .
Mặt khác khả năng quá tải của mômen đợc quy định thông qua hệ số quá tải
về mômen

M =

M th
M

Nếu bỏ qua điện trở phía stato ta có biểu thức

M th

L2m
U s2
=
.
2 L2 sLs 02

Lm: Điện cảm từ hoá
Ls: Điện cảm stato
Lrs: Điện cảm roto
W0: Tốc độ không tải = 1
Đặt k =

L2m
2 L2s .Ls

M th = k (

Uú 2
)
0

+Điều kiệm để cho M = const là:
M =

U
Usdm
Mth
Mthdm
M
ú =
.
=
0 dm
U0
M
Mth
Mthdm

f thay đổi 1 thay đổi 0 thay đổi

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
22
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

Ta có : 0 = dm =

2 . f dm

= const
p

+Đặc cơ gần đúng của phụ tải đợc tính nh sau :
Mc = Mđm(

0 q
)
dm

Vậy ta có luật điều khiển tần số điện áp theo khả năng quá tải về mômen
không đổi là :

fs 1+ q
Us
q
=( 0 ) 1+ 2 = (
) 2
dm
fdm
Usdm

Điều chỉnh từ thông:
ở chế độ định mức là chế độ làm việc tối u về tuổi thọ của động cơ, chế
độ này thì từ thông là định mức và mạch từ cho công suất là tối đa. Trong
luật điều chỉnh tần số điện áp, tuy luật gần đúng cho đóng từ thông không
đổi trên toàn bộ dải điều chỉnh .Tuy nhiên trong thực tế ỉ động cơ phụ
thuộc vào nhiều yếu tố độ trợt s và phụ thuộc vào tải trên choc động cơ
.Vì vậy trong các hệ điều chỉnh yêu cầu chất lơng cao ngời ta phải có phơng pháp bù từ thông
Quan hệ giữa dòng điện áp phía stato và từ thông trong đó :

Is =


. 1 + (Tr. s ) 2
Lm

với Tr =

Lr
Rr

Muốn giữ từ thông không đổi ỉ=const là
_Nhợc điểm :
+ Điện áp do không giống hình sin nên hiệu suất thấp vì vậy phải có biện
pháp cải thiện dạng điện áp ra tải gần hình sin hơn
b . Điều chỉnh tần số nguồn dòng :
- Biến tần nguồn dòng :
Ưu điểm: làm tăng đợc công suất đơn vị máy mạch lực đơn giản mà vẫn
thực hiện đợc hãm tái sinh động cơ

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
23
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

-Nguồn cấp cho mạch nghịch lu độc lập phải là nguồn dòng tức là nguồn
điện không những phụ thuộc vào tải mà còn phụ thuộc vàp tín hiệu điều
khiển
-Để tạo ra nguồn dòng một chiều thờng sử dụng chấn lu điều khiển hoặc
băm xung một chiều có bộ chỉnh lu dòng điện có cấu trúc tỉ lệ tích phân,
mạch lọc là điện kháng tuyến tính có trị số điện cảm đủ lớn. Do nguồn
dòng một chiều nên việc chuyển mạch các van bán dẫn có thể thực hiện bằng
điện áp trên các tụ chuyển mạch
c . Điều chỉnh tần số dòng điện :
Việc chỉnh từ thông trong biến tần nguồn dòng tơng tự nh biến tần nguồn
áp, mômen điện từ tính theo biểu thức :
M=

L2m .I í2 . s
3. p
.
2 Rr.(1 + s2 .Tr 2 )

Mômen đặc tính ứng với giá trị cố định của dòng điện stato do dó nếu động
cơ làm việc ở thời điểm tới hạn thì khả năng sinh mômen là lớn nhất

CHƯƠNG II
GIới thiệu CHUNG Về Biến tần
Biến tần là thiết bị biến đổi năng lợng điện từ tần số này sang tần số khác
Phân loại: Biến tần gồm hai loại lớn :
+Biến tần trực tiếp
+Biến tần gián tiếp
I.Biến tần trực tiếp:
Sơ đồ cấu trúc:
-

U1(f1)


Mạch van


U2(f2)


______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
24
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

Điện áp xoay chiều U1 với tần số f1 chỉ cần qua một mạch van
là chuyển ngay ra tải với điện áp xoay chiều U2 có tần số f1 khác f2
Trong biến tần trực tiếp đờng cong điện áp đầu ra là đờng ghép
nối các đoạn hình sin của điện áp nguồn bằng cách nối tải vào các pha của
các nguồn một cách luân phiên nhờ các van bán dẫn. Các van bán dẫn trong
biến tần trực tiếp đợc chuyển mạch tự nhiên.
Biến tần trực tiếp có hệ số cao do chỉ một lần biến đổi điện
năng và cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lợng mà không cần có mạch
điện phụ. Cũng có thể điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra của biến tần trực

tiếp với dạng sang đầu ra gần hình sin.
Tuy vậy trong thực tế biến tần trực tiếp có những nhợc điểm dễ thay
nh: Hệ số công suất thấp, số lợng van bán dẫn ở mạch lực khá nhiều và tần
số điều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cung cấp và điều kiện chuyển
-

mạch tự nhiên của các van bán dẫn này f2f1
Biến tần trực tiếp thờng đợc sử dụng cho các hệ truyền động điện
công suất lớn tốc độ làm việc nhỏ
II.Biến tần gián tiếp.
Sơ đồ cấu trúc:
U1(f1)



Chỉnh lu

Lọc

NLĐL

U (f )
2 2


Điện áp xoay chiều U1 với tần số f1 đợc chuyển thành một chiều nhờ
chỉnh lu. Sau đó qua một bộ lọc san phẳng độ nhấp nhô rồi mới đợc biến trở
lại thành điện áp xoay chiều U2 với tần số f2 nhờ mạch ngịch lu độc lập. Việc
phải biến đổi năng lợng hai lần làm giảm hiệu suất của biến tần. Song bù lại
biến tần loại này cho phép thay đổi dễ dàng tần số f 2 không phụ thuộc vào f1

vì tần số ra chỉ phụ thuôc vào mạch điều khiển. Hơn nữa với sự ứng dụng hệ
điều khiển số nhờ kĩ thuật vi xử lý và dùng van lực là các loại thysistor đã
cho phép phát huy tối đa u điểm của loại biến tần này. Vì vậy đại đa số các
biến tần sử dụng hiện nay là biến tần gián tiếp
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
25
Sv: Nguyễn Anh Thanh