Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Chơng II
ĐIềU CHỉNH TốC Độ
ĐộNG CƠ ĐộNG CƠ KHÔNG ĐồNG Bộ
BằNG PHƯƠNG PHáP ĐIềU KHIểN TầN Số

Trang
17


I. Khái niệm chung:
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách biến đổi tần số, cho phép mở
rộng phạm vi sử dụng truyền động điện không đồng bộ trong nhiều ngnh
công nghiệp nh: Dùng để thay đổi tốc độ nhiều động cơ không đồng bộ cùng
một lúc nh các động cơ truyền động của một nhóm máy dệt, băng tải, băng
lăn... Phơng pháp ny còn đợc áp dụng trong các thiết bị đơn lẻ, nhất l ở
các cơ cấu yêu cầu tốc độ lm việc cao nh l máy ly tâm, máy mi...Khi đó
động cơ không đồng bộ không nhận điện từ lới m nhận điện từ bộ biến tần.
Bộ biến tần đợc nối vo lới điện có tốc độ v điện áp (U
1
,f
1
) không đổi.
Đầu ra của bộ biền tần có tần số v điện áp có thể thay đổi đợc. Để biến đổi
tần số ngời ta có thể dùng các
thiết bị máy điện hoặc bán dẫn với
nguyên lí tác động v cấu trúc
khác hẳn nhau.
U

1
=
const
f
1
=
const
Bióỳn
tỏửn
f
2
U
2
Hỗnh 2.1. Vở trờ cuớa bọỹ
bióỳn tỏửn trong õióửu
khióứn õọỹng cồ khọng
Khi điều chỉnh tốc độ động
cơ không đồng bộ bằng cách điều
chỉnh tần số ta cần phải thay đổi
cả điện áp nguồn cung cấp. Bởi vì
sức điện động dây quấn stato của
động cơ tỉ lệ với tần số v từ
thông:
E
1
= 4,44.K
dq
.W
1
..f

1
=
C..f
1







Nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức l coi:
0
2
1
2
111
+= XRIU
Thì U
1
E
1
Hoặc U1 C. .f1

Nh vậy khi điều chỉnh tần số m giữ nguyên điện áp thì từ thông sẽ thay
đổi. Khi f
1
tăng thì từ thông sẽ giảm xuống v nếu mômen tải không đổi thì
theo biểu thức:
M = K. .I

2
. Cos
2
Dòng điện rôto sẽ tăng lên. Do đó trong trờng hợp ny dây quấn rôto
chịu quá tải còn lõi thép thì non tải.
Khi f
1
giảm thì từ thông lớn lên lm mạch từ bão hòa v dòng điện từ

Trang
18


hóa tăng lên. Do đó các chỉ tiê
1
1
1
0
2
f
f..
=
fX
P
nm



u năng lợng xấu đi v nhiều khi động cơ còn bị
phát n

a tốc
độ có
áp khi điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
bằng
cho khả năng quá tải về mômen l không đổi trong suốt
dải đ h tốc độ .
Ta có:

Nếu bỏ qua sụt áp R
1
= 0) thì ta tìm đợc:
A: l hệ số không phụ thuộc v
Đối với tần số f
1i
bất kì v ó ta có thể viết:
óng quá mức cho phép.
Do đó để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất khi điều chỉnh
tốc độ bằng tần số ngời ta phải điều chỉnh đồng thời cả điện áp theo hm của
tần số v phụ tải. Bằng cách biến đổi tần số nguồn cung cấp, tốc độ động cơ
đợc điều chỉnh cao hơn v thấp hơn trị số cơ bản. Thờng thờng khi điều
chỉnh trong vùng cao hơn tốc độ cơ bản, thì tần số nguồn cung cấp không vợt
1,5 - 2 lần tần số định mức. Vì tần số tăng thì tổn thất trong lõi thép stato cũng
tăng lên rõ rệt v do độ bền của dây quấn rôto quyết định. Phạm vi điều chỉnh
tốc độ trong vùng tốc độ thấp hơn trị số cơ bản thờng l nhỏ hơn 10 - 15. Giới
hạn dới của tần số bị hạn chế bởi độ phức tạp của bộ nguồn có tần số thấp,
khả năng quay không đều... Do đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ không
đồng bộ bằng phơng pháp tần số có thể thực hiện đợc trong phạm vi dới D
= (20-30)/1. Nếu sử dụng các động cơ có cấu trúc đặc biệt thì phạm vi điều
chỉnh đợc mở rộng vì giới hạn trên của tốc độ lớn lên. Giới hạn dới củ
thể giảm nhỏ bằng cách đa các mạch hồi tiếp vo sơ đồ điều khiển.

II. Luật biến đổi điện
phơng pháp tần số:
Khi lựa chọn quan hệ giữa tần số v điện áp stato của động cơ không đồng
bộ thờng yêu cầu giữ
iều chỉn
Const
M
th
==

M
C
trên điện trở dây quấn Stato (



2
nm



++
=
2
110
2
2
3
f
th

XRR.
U
M



Do

o tần số v điện áp.
một tốc độ góc tơng ứng với n
2
1
1
0
1
2
3
f
.A
X
M
nm
th
=

22
UU
()
const
U

.A
M
f
ITH
i
====
2
1
1

M.F
M
)(CI
)i(C
1
2
1



Trang
19


Trong đó: U
1i
l điện áp nguồn cung cấp trên dây quấn stato ở tần số f
1i
.
M

C
(
1
) l mômen phụ tải tĩnh trên trục động cơ ở tốc độ

1
=2f
1i
/P

ái lm việc định mức thì:

M ( ) = M
m

ện áp khi điều chỉnh tần số:
(1)

g phạm vi đIều chỉnh của
i
M
C
=M
O
*
+ (1-M
O
*
).

* q

Trong đó: MO l mômen phụ tải tĩnh khi = 0.
tỉ lệ ới f1 tức l * ~ f
1
* nên biểu thức trên ta có thể viết thnh dạng:
* * * * q

q = 0; M
C
= Const suy ra U
1
*
= f
1
*
hoặc U
1
/f
1
= Const
ồn phải biến đổi tỉ lệ với tần số nguồn cung
cấp.
Đối với phụ tải có công suất trên trục động cơ không đổi khi điều chỉnh
= const

Nếu ở trạng thái K l trạng th
f
1K
= f

1đm
U
1K
= U
1đm

c K cđ
Quy luật biến đổi cơ bản của đi

Viết ở hệ đơn vị tơng đối:



Quan hệ giữa mômen phụ tải tỉnh v tốc độ tron
máy sản xuất.
)q
M
C
= M
O
+ (M
đm
- M
O
).( /
đm
ố : Viết ở hệ đơn vị tơng đ
*
Vì ( v
M

C
= M
O
+ (1 - M
O
).f
1
(2)
Thay (2) vo (1) ta có:

- Đối với phụ tải tĩnh có mômen phụ tải không phụ thuộc tốc độ:


Nghĩa l điện áp ngu cung cấp
-
tốc độ:
P
C
)(Mf
U
M.F
U
KCK
K
)i(CI
I


2
1

1
2
1
1
=
22
Kf
f
.
)(M
)(M
U
U
iiCi
1
11


=
KCK1
õmiõm
MfU
1
iC
)(M
.
fU

11
=

**
=
C
MfU
11
( )
( )
q
fMMfU
*
10011
1+=
**

Trang
20



q = -1

Ta có:

M
0
= 0
ệ với căn bậc hai của tần
số.

t nhỏ ta không thể bỏ qua sụt áp trên

điện trở d c độ động cơ
t áp trong mạch
ên tác dụng của
dây q


Hoặc :

Nghĩa l điện áp nguồn cung cấp phải biến đổi tỉ l
- Đối với phụ tải quạt gió:
M
0
= 0
q = 2
M
C
= M
đm
(/
đm
)
2
; M
C
* = f
1
*
2
U
1

*= f
1
* Hoặc U
1
/f
1
2
= Const
Nghĩa l điện áp nguồn cung cấp phải biến đổi tỉ lệ với bình phơng tần số
của nó.
a) Khi Mc = const; b) Khi P
C
= const; c) Khi phụ tải quạt gió.
Đối với những động cơ có công suấ
ây quấn stato (tức R
1
0) đồng thời khi điều chỉnh tố
rộng hơn thì phải điều chỉnh lại bằng cách tính thêm độ sụ
stato vì khi điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm f
1
thì độ sụt áp tr
uấn stato do dòng từ hóa gây nên sẽ tăng lên.
Ta xét sơ đồ thay thế nh hình T.

**
fU
11
=
const
f

U
=
1
1




(M
C
f
11
f
1õm
f
12
M
(M ) (M )
f
11


f
1õm


f
12

f

11
f
1õm
f
1
(a) (b)
)
M
(c)
Hỗnh 2.2. ỷc tờnh tỏửn sọỳ trong trổồỡng hồỹp tờnh cồ
cuớa K khi õióửu chốnh

= Const
jx
1
R
1

I
2
U I
1 N
R' /S
jx'
2
Hỗnh 2.3. Maỷch õióỷn thay thóỳ õọỹng cồ
khọng õọửng bọỹ

Trang
21