Tài liệu Giáo trình truyền động điện tự động P8 ppt

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Và:

Chơng 4
Điều chỉnh tốc độ truyền động điện

Phơng trình đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ dùng máy phát:

=

Đ 4.1. Hệ bộ biến đổi - động cơ mét chiỊu:

EF
R
M
Kφ § ( Kφ § ) 2

(4-2)

K .U
R
ω = F KF M
K Đ
( K Đ ) 2

4.1.1. Hệ Máy phát - Động cơ một chiều (F-Đ):

Nh vậy, khi thay đổi UKF (hoặc iKF) thì ta sẽ đợc một họ đờng
đặc tính cơ song song nhau ở cả 4 góc phần t (hình 4-2).
ở góc phần t (I) và (III) của tọa độ đặc tính cơ thì động cơ làm
việc ở chế độ động cơ quay thuận và chế độ động cơ quay ngợc.

~

~

rKF

UF = UƯ

F

iKĐ

UKF

Hình 4-1: Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl dùng máy phát

(4-1)

KF - hệ số kÕt cÊu cđa m¸y ph¸t,
C = ∆φF/∆iKF - hƯ sè góc của đặc tính từ hoá.
iKF = UKF/rKF
Trang 128

eF

+
IktĐ
CktĐ

HN
M c

-

U
I

0đm

MF
(I)

ĐCT
A EFđm
đm
1 E >0
F1
Mc

(III)

HTS
-EFđm
ĐCN

eĐ
a)

Coi mạch từ máy phát cha bảo hoà, nên ta có:
Trong đó:

ĐS

-

~

EF = KF.F.F = KF.F.C.iKF

HTS
+
IktF
CktF

Đ



~

Uđk

M Đ MSX

iKF
UđkU

UKĐ

IƯ

F

ĐK

Với:

EF = KF.UKF
R = RĐ + RF

Các hệ thống bộ biến đổi - động cơ

Trớc đây, hệ thống Máy phát - Động cơ một chiều là một hệ
truyền động điện điều chỉnh tốt nhất. Điều chỉnh tốc động động cơ rất
linh hoạt và thuận tiện. Tuy nhiên hệ thống dùng nhiều máy điện quay
nên cồng kềnh, khi làm việc gây ồn, rung, nên đòi hỏi phải có nền
móng vững chắc. Sơ đồ nguyên lý nh hình 4-1.

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

MF

B

M
HĐN
EF = 0

EF1<0

b)

Hình 4-2: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc đọ hệ F - Đ.
b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ F - Đ.

Đặc tính cơ hÃm động năng (EF = 0) đi qua gốc toạ độ; Các vùng
nằm giữa trục tung () và đặc tính cơ hÃm động năng (EF = 0) là chế
độ hÃm tái sinh hay chế độ máy phát ( > 0) của động c¬;
Trang 129


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Các vùng nằm giữa trục hoành (M) và đặc tính cơ khi hÃm động
năng (EF = 0) là chế độ hÃm ngợc (M) của động cơ.
Đặc điểm của hệ F - Đ là điều chỉnh tốc độ rất linh hoạt, động
cơ có thể tự động chuyển đổi qua các chế độ làm việc khi thay đổi tốc
độ hoặc đảo chiều tốc độ. Ví dụ động cơ đang làm việc tại điểm A,
khi đảo chiều kích từ máy phát F (Mc = const) thì động cơ sẽ chuyển
dần từ chế độ động cơ thuận (A) sang hÃm tái sinh, hÃm ngợc, khởi
động ngợc và sẽ làm việc xác lập ở điểm B (chế độ hÃm tái sinh).
Khi điều chỉnh EF thì sẽ thay đổi đợc tốc độ động cơ cb;

khi đảo chiều iktF thì đảo chiều đợc EF và nh vậy đảo chiều đợc .
Nếu kết hợp điều chỉnh và đảo chiều từ thông của động cơ thì sẽ
điều chỉnh và đảo chiều đợc tốc độ của động cơ cb.
Nh vậy, kết hợp điều chỉnh iktF và iktĐ thì sẽ điều chỉnh đợc tốc
độ động cơ cb và cb (cả 2 vùng tốc độ).
4.1.2. Hệ Chỉnh lu - Động cơ một chiều (CL-ĐM):

Khi ta dùng các bộ chỉnh lu có điều khiển - hay là các bộ chỉnh
lu dùng thyristor để làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng
động cơ điện một chiều, ta còn gọi là hệ T - Đ.

Ths. Khơng Công Minh

4.1.2.1. Xét hệ CL - ĐM không đảo chiều:
+ Chế độ dòng liên tục: Ed = Ed0.cos

I d = I−

ω=

E d 0 .cos α R − + R cl
.M
Kφ ®m
( Kφ ®m ) 2

UK§

U d = U−

E d 0 .cos

là tốc độ không tải giả tởng, vì lúc đó ở vùng
K đ m
dòng điện gián đoạn, hệ sẽ có thêm một lợng sụt áp nên đờng đặc
tính điều chỉnh dốc hơn, tốc độ không tải lý tởng thực 0 sẽ lớn hơn
tốc độ không tải lý tởng giả tởng 0 (hình 4-4).
'0 =


Id

Ed

I

Id.blt
đm Ed0

ĐC

e

1 E >0
d
Ic

R

HTS

HN

Id

Ed=0
Ed<0
Giới hạn max

ĐM

Hình 4-3: Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl dùng Chỉnh lu
Trang 130

0đm
01
01

Id.gđ Id.lt

Uđk

M Đ MSX

UCL2

(4-3)

Trong đó:

T
iKĐ

UCL1

E d 0 .cos R + R cl
.I
K đm
K đm

Rcl

ĐK

~

=

= 0' -

Sơ đồ nguyên lý:

~

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

a)

b)

Hình 4-4: a) Sơ đồ thay thế Hệ T - Đ không đảo chiều
b) Đặc tính điều chỉnh tốc ®é hƯ T - §.

Trang 131


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Vậy, khi thay đổi góc điều khiển = (0ữ) thì Ed thay đổi từ Ed0
đến - Ed0 và ta sẽ đợc một họ đặc tính cơ song song nhau nằm ở nửa
bên phải của mặt phẳng toạ độ [, I] hc [ω, M] nÕu chóng ta chØ
cho mét bé chØnh lu làm việc ở chế độ chỉnh lu (hình 4-4).
Vùng dòng điện gián đoạn bị giới hạn bởi một nửa ®−êng elip
víi trơc tung:
I d.blt

E d0 .sinα ⎛ π
π⎞
=
⎜1 - cotg ⎟
X BA + 2 πf l L uΣ ⎝ m
m

(4-5)

+ Ngợc lại, khi cho bộ CL2 làm việc ở chế độ chỉnh lu thì
CL1 chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lu, dòng chỉnh lu chạy theo
chiều âm, tốc độ động cơ quay ngợc.
Để khỏi truyền năng lợng từ bộ CL này qua bộ CL kia về lới
thì cần thoả mÃn điều kiện:

fl - tần số lới.
m - số pha chỉnh lu.
Trong vùng dòng điện gián đoạn (0 < 0):

(4-6)

* Phơng pháp điều khiển chung: tín hiệu điều khiển đợc đa
vào cả 2 nhóm van sao cho thoả mÃn (4-8). Đối với phơng pháp này,
có thể xuất hiện dòng điện cân bằng chạy qua 2 bộ chỉnh lu, không
qua tải, gây quá tải cho các van và máy biến áp, cho nên cần hạn chế
dòng cân bằng, thờng dùng các cuộn kháng cân bằng CK để hạn chế
dòng cân bằng.

Trong phơng pháp điều khiển chung, khi phối hợp ®iỊu khiĨn
kiĨu tun tÝnh:
α1 + α2 = π

Trong ®ã: E2m - biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp CL.

(4-7)

4.1.2.2. Xét hệ CL - ĐM có đảo chiều:

Muốn đảo chiều tốc độ động cơ thì phải dùng hai bộ chỉnh lu
đấu song song ngợc - chỉnh lu kép (hình 4-3), nguyên tắc điều khiển
hai bộ chỉnh lu là:
Trang 132

(4-9)

Khi đó, các đặc tính cơ của hệ T - ĐM sẽ gần giống hệ F - Đ
(hình 4-5a).

Đờng giới hạn tốc độ cực đại:
E d 0 .cos R u
I

K
K d .blt

(4-8)

Để điều khiển hai bộ chỉnh lu làm việc theo đúng các chế độ
yêu cầu thì có thể dùng phơng pháp điều khiển chung hoặc điều
khiển riêng.

L - Điện cảm tổng mạch phần ứng.

gh .max =

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

+ Khi cho bộ CL1 làm việc ở chế độ chỉnh lu thì CL2 chuẩn bị
làm việc ở chế độ nghịch lu, dòng chỉnh lu chạy theo chiều dơng,
tốc độ động cơ quay thuận.

|Ed.NL| |Ed.CL|

Trong ®ã: XBA - ®iƯn kh¸ng m¸y biÕn ¸p.

π
⎧ E 2 m − ∆U v
⇒0≤α≤
⎪ Kφ
m
⎪
®m
ω0 = ⎨
⎪ E 2 m .cos(α − π / m ) − ∆U v ⇒ >

m
K đm

Ths. Khơng Công Minh

Khi phối hợp điều khiển kiểu phi tuyến (phối hợp không hoàn
toàn) thì sẽ cã thªm hƯ sè phi tun ξ:
10)

α1 + α2 = +

(4-

Góc phụ thuộc vào các giá trị của 1 và 2 một cách phi tuyến.
Lúc này các đặc tính cơ của hệ T - ĐM có đoạn phi tuyến ở
vùng gần trục tung (hình 4-5b).


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Trang 133

2max


0đm

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Trang 134

2max


0đm

1min

Nh vậy, kết hợp điều chỉnh iktF và iktĐ thì sẽ điều chỉnh đợc tốc
độ động cơ cb và cb (cả 2 vùng tốc độ).
4.1.3. Hệ Khuếch đại từ - Động cơ một chiều (KĐT - ĐM):

Sơ đồ nguyên lý:

1min

~

ĐK

Ic

Id

1=/2
2min -

Ic
2min

1=/2

-

1max
a)

Id

1max

IKĐT = I

UKĐ

Uđk

iKĐ

~

UKĐT = U
UKĐT1 UKĐT2

ĐM
M Đ MSX

b)

Hình 4-5: a) Điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính.
b) Điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến.
* Phơng pháp điều khiển riêng: tín hiệu điều khiển chỉ đợc
đa vào bộ CL đang làm việc ở chế độ chỉnh lu, còn bộ CL kia
(không làm việc) không có tín hiệu điều khiển đa vào, cho nên không
có dòng cân bằng.

Trong phơng pháp điều khiển riêng cũng có phối hợp điều
khiển kiểu tuyến tính và phi tuyến.
Để thay đổi trạng thái làm việc của các bộ CL thì phải dùng
thiết bị đặc biệt để chuyển các tín hiệu điều khiĨn tõ bé CL nµy sang
bé CL kia. Bëi vËy, khi điều khiển riêng, các đặc tính cơ của hệ sẽ bị
gián đoạn ở tại trục tung. Nh vậy, khi thực hiện thay đổi chế độ làm
việc của hệ sẽ khó khăn hơn và hệ sẽ có tính linh hoạt kém hơn khi
điều chỉnh tốc độ.
Nếu kết hợp điều chỉnh và đảo chiều từ thông của động cơ thì sẽ
điều chỉnh và đảo chiều đợc tốc độ của động cơ cb.

Hình 4-6: Sơ đồ Khuếch đại từ - Động cơ điện một chiều

Để điều chỉnh tốc độ động cơ dùng khuếch đại từ, ta thay đổi
dòng điều khiển khuếch đại từ (thay đổi góc từ hoá s) thì điện áp ra
của khuếch đại từ sẽ thay đổi và nh vậy sẽ điều chỉnh đợc tốc độ
động cơ:
=

E KĐT U v R KĐT R u

M
K
K

(4-11)

Các đặc tính cơ của hệ KĐT - ĐM gần giống nh các đặc tính
cơ của hệ T - ĐM. Trong vùng dòng điện liên tục, đặc tính cơ cứng
hơn vùng dòng điện gián đoạn, và vùng dòng điện gián đoạn cũng bị
giới hạn bởi đờng elip bao quanh gốc toạ độ mặt phẳng đặc tính cơ.
Kết hợp điều chỉnh điện áp ra của khuếch đại từ và điều chỉnh từ
thông động cơ ta cũng điều chỉnh đợc tốc độ động cơ cả trên và dới
tốc độ cơ bản.
Muốn đảo chiều tốc độ động cơ cũng phải dùng hai khuếch đại
từ mắc song song ngợc (khuếch đại từ kép).


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Trang 136

Trang 135

Dòng điện trung bình mạch phần ứng sẽ là:

4.1.4. Hệ Băm điện áp - Động cơ một chiều (ĐAX - ĐM):

Sơ đồ nguyên lý:
ĐAX

Id

I = Itb =
T1

BĐK

+
C - T2

~ u1

Ud
CL

L

~
I

D

Ub =U

UKTĐ

Uđk

Hình 4-7: Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl dùng bộ Băm ĐA

Sơ đồ hình 4-7 giới thiệu một sơ đồ đơn giản của hệ ĐAX - ĐM
dùng khóa đóng/cắt bằng thyristor. Trong đó, bộ nguồn một chiều là
bộ chỉnh lu cầu diot ba pha CL, táo ra điện áp Ud tơng đối bằng
phẳng, giúp cho việc duy trì chế độ dòng điện liên tục đợc dễ dàng.
Điều khiển thyristor T1 mở/khóa bằng xung mở của bộ điều khiển
BĐK, ta sẽ đợc điện áp ra của bộ băm nối tiếp Ub đặt vào phần ứng
của động cơ ĐM, tơng ứng sẽ có tốc độ .
Trong chế độ dòng điện liên tục, các đại lợng trong hệ đợc
tính toán theo giá trị trung bình:
Điện áp hoặc s.đ.đ. trung bình của bộ ĐAX:
t
Eb = Utb = U d = γU d
Tck

γU d R uΣ
Iu

−
KΦ KΦ

(4-14)

Vµ:

ω=

R uΣ
γU d

M
K (K ) 2

(4-15)

Đặc tính cơ theo phơng trình (4-15) ở vùng dòng điện liên tục
là những đờng thẳng song song nhau nh hình 4-8, trong đó tốc độ
không tải lý t−ëng phơ thc vµo tØ sè chu kú : 0 = Ud/K .

tđ
t
= đ = t đ .f x - là tỷ số chu kỳ băm,
Tck Tx

Với Tx và fx là chu kỳ xung và tần số xung của bộ BĐK.

Vùng dòng
liên tục

Biên liên tục

1

=1

2

Vùng dòng
gián đoạn

3
4

0
(4-12)

(4-13)

=

ĐM
M MSX

E b E U d K
=
R u
R u

Phơng trình đặc tính cơ-điện và đặc tính cơ của hệ ĐAX - ĐM
có dạng:

iKĐ

V0

Trong đó: =

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ic

5

=0

(M)
I

Hình 4-8: Đặc tính cơ của hệ ĐAX - ĐM

Xung điều khiển các thyristor T1 và T2 đợc tạo ra nhờ bộ BĐK
với tần số xung fx = 1/Tx. Khi thay đổi chu kỳ xung Tx hay tần số xung
fx, ta sẽ làm thay đổi thời gian mở/khóa của T1 và T2, từ đó thay đổi
đợc điện áp Ub và U, dẫn đến điều chỉnh đợc tốc độ động c¬ .


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Trang 137

Trang 138

Đ 4.2. Hệ bộ biến đổi - động cơ không đồng bộ:
4.2.1. Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK:

Động cơ ĐK, đợc sử dụng rộng rÃi trong thực tế. Ưu điểm nổi
bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu t ít, giá
thành hạ, trọng lợng, kích thớc nhỏ hơn khi dùng công suất định
mức so với động c¬ mét chiỊu.

Qua biĨu thøc (4-16), (4-17), (4-18), (4-19) ta thấy rằng khi
dùng các bộ biến đổi: xung điện trở mạch rôto, điều áp xoay chiều
stato, biến tần mạch stato, thì sẽ thay đổi đợc sth, Mth và sẽ điều
chỉnh đợc tốc độ của động cơ ĐK.
4.2.2. Phơng pháp xung điện trở mạch rôto:
~

Sử dụng trực tiếp lới điện xoay chiều 3 pha
Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình
quá độ khó khăn hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi
động xấu, (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ).
Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán
dẫn công suất và kỹ thuật điện tin học, động cơ ĐK mới đợc khai
thác các u điểm của chúng. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh

có hiệu quả so với hệ Thyristor - Động cơ điện một chiều.
2M th (I + as th )
s s th
+
+ 2as th
s th
s

(4-16)

Vµ:

M th = ±
s th = ±

R +X

(

(4-17)

3.U12f

2ωo . R 1 ± R + X
R 12 + X 2nm

R0

t

R0

1/2R0
t

Id

R0

L

T1
T2

C

Dc

b)

2
1

2
nm

)

(4-18)

(4-19)

=1

0

=0
c)

1/4R0
t

t® tn
tck = T

a)

2
nm

R '2

3/4R0

CL

Lc

R '2
2

1

R0

ur

Trong đó:
s th =

R

ĐK

Qua phơng trình đặc tính cơ của động cơ ĐK:
M=

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

0

M

=1

=0

M
d)

Hình 4-9: a, b) Sơ đồ và đặc tính điều chỉnh bằng xung Rrôto đ/c ĐK

c, d) Các đặc tính cơ điều chỉnh xung điện trở rôto ĐK.


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Trang 140

Trang 139

Trên hình 4-9 trình bày nguyên lý điều chỉnh trơn điện trở mạch
rôto bằng phơng pháp xung. Điện áp ur đợc điều chỉnh bởi cầu
chỉnh lu điôt CL, qua điện kháng lọc L, cấp vào mạch điều chỉnh gồm
điện trở Ro nối song song với khóa bán dẫn T1.

Để mở rộng phạm vi điều chỉnh mômen thì có thể mắc nèi tiÕp
®iƯn trë Ro víi mét tơ ®iƯn cã ®iƯn dung đủ lớn (hình 4-9d). Việc xây
dựng các mạch phản hồi điều chỉnh tốc độ và dòng điện rôto đợc tiến
hành tơng tự hệ điều chỉnh điện áp.

Khóa T1 đợc điều khiển đóng ngắt một cách chu kì. Hoạt động
của khóa T1 tơng tự nh mạch điều chỉnh xung áp một chiều. Khi
khóa T1 đóng điện trở Ro bị ngắn mạch (bị loại ra khỏi mạch), dòng
rôto tăng lên, khi T1 ngắt, điện trở Ro đợc đa vào mạch, dòng rôto
giảm xuống. Với chu kì đóng-ngắt nhất định (T = const), ta sẽ có một

giá trị điện trở tơng đơng (Rtđ) trong mạch rôto. Hình 4-9b: thời
gian đóng tđ = T - tn , nếu điều chỉnh trơn tỷ số chu kì = (tđ/T), thì ta
sẽ điều chỉnh trơn đợc giá trị giá trị điện trở trong mạch rôto:

4.2.3. Điều chỉnh tốc độ ĐK bằng bộ điều áp xoay chiều stato (us):

Rtđ = (1- ).Ro

(4-20)

Mômen động cơ ĐK tỉ lệ với bình phơng điện áp stato, nên có
thể điều chỉnh mômen và tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện
áp stato và giữ tần số không đổi nhờ bộ biến đổi điện áp xoay chiều
(ĐAXC) nh hình 4-10:
~ ul, fl
0

ĐAXC

Sth.TN

Điện trở Rtđ trong mạch một chiều đợc tính đổi về mạch xoay
chiều 3 pha ở rôto theo qui tắc bảo toàn công suất. Tổn hao trong
mạch rôto nối theo sơ đồ hình 3-9a là:
P = I d2 ( 2R 2 + R t )

(4-21)

Và hao tổn khi mạch rôto nối theo sơ đồ hình 3-6a là:
P = 3I 22 (R 2 + R 2 f )

I ( 2R 2 + R tđ ) = 3I ( R 2 + R 2 f )
2
d

2
2

Với sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha thì: I = 1,5I , nên:
2
d

R 2f =

R tđ (1 − γ ).R o
=
2
2

f1, ub

2
2

(4-24)

Khi ®· cã ®iƯn trở tính đổi sẽ dễ dàng dựng đợc các đặc tính cơ
theo phơng pháp thông thờng, họ các đặc tính cơ này sẽ quét kín
phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ có
điện trở phụ R2f = Ro/2 nh hình 4-9c.

Sth.gh

ĐK

M c( )
R2f

a)

(4-23)

ub1 < uđm
ub2 < ub1

2

(4-22)

Cơ sở để tính đổi là tổn hao công suất nh nhau, nên:

TN, uđm, R2f = 0
đ/tGH, uđm, R2f 0
TN

0

Mth2 Mth1 Mth

M

b)

Hình 4-10: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ đ/c ĐK bằng bộ ustato.
b) Các đặc tính điều chỉnh bằng bộ ustato đ/c ĐK

Nếu coi bộ ĐAXC là nguồn lí tởng (Zb = 0), khi ub uđm thì
mômen tới hạn Mth.u tỉ lệ với bình phơng điện áp, còn sth.u = const:
2

ub
M th.u = M th .gh ⎜⎜ ⎟⎟ = M th .u *b2 ⎪
⎬
⎝ u1 ⎠
⎪
s th.u = s th.gh = const
⎭

(4-25)


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Trang 142

Trang 141

Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát
nóng của động cơ, ngời ta mắc thêm điện trở R2f (hình 4-10). Khi đó,
nếu điện áp đặt vào stato là định mức (ub = u1) thì ta đợc đặc tính
mềm hơn đặc tính tự nhiên, gọi là đặc tính giới hạn.
Rõ ràng là: s th .gh = s th

R 2 + R 2f
;
R2

Mth.gh = Mth

(4-26)

Trong đó: Mth.gh, sth.gh là mômen và hệ số trợt tới hạn của đặc
tính giới hạn (đ/tGH).
Mth, sth là mômen và hệ số trợt tới hạn của đặc tính tự nhiên.

Hình 4-11 có các khối chức năng: nguồn xoay chiỊu cã u1.®m,
f1.®m qua bé chØnh l−u (CL) biÕn ®ỉi thành điện áp một chiều Uđ cấp
cho bộ biến tần: Bộ nghịch lu áp ba pha (NL) gồm 6 thyristor
(T1 ữ T6) và cầu chỉnh lu ngợc (CLng) gồm (D1 ữ D6) để hoàn trả năng
lợng phản kháng. Điện áp đầu ra của bộ BT (u1) có dạng sin chữ
nhật và tần số là f1, đặt lên stato động cơ ĐK cần điều chỉnh tốc độ .
Muốn điều chỉnh tần số f1 đặt vào stato để điều chỉnh tốc độ
động cơ ĐK, thì thay đổi điện áp điều khiển Uđk.f của bộ biến tần áp.
Còn muốn điều chỉnh điện áp u1 đặt vào stato theo qui luật (4-29), thì
thay đổi điện áp điều khiển Uđk.u của bộ chỉnh lu.

Dựa vào đặc tính giới hạn Mgh(s), và nếu = const, ta suy ra đặc

tính điều chỉnh ứng với giá trị ub cho tr−íc nhê quan hƯ:

M *u = u *b2 ;

M *u =

Mu
M gh

4.2.4. Các bộ biến đổi tần số - điện áp:

Thông thờng khi điều chỉnh tốc độ bằng cách tháy đổi tần số,
ngời ta kết hợp thay đổi điện áp stato sao cho hệ số quá tải mômen
của động cơ = const, phụ thuộc các loại phụ tải khác nhau ta đà xác
định đợc quan hệ giữa sự thay đổi điện áp và tần số theo công thức:

f

Hay:

u =f
*
1

= const ; (víi q = -1, 0, 1, 2)

⎛ q⎞
*⎜ 1+
2
1

(4-28)

Biến tần nguồn áp

Id

D1 D3 D5

CL

T1 T3 T5
f1, u1

~ u1đm

Phơng pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà
mômen tải là hàm tăng theo tốc độ nh: máy bơm, quạt gió, Có thể
dùng máy biến áp tự ngẫu, điện kháng, hoặc bộ biến đổi bán dẫn làm
bộ ĐAXC cho động cơ ĐK.

q
1+
2
1

Ld

(4-27)

Đặc tính điều chỉnh trong trờng hợp này nh hình 4-10b.

u1

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ud

f1đm

Co

ĐK
D4 D6 D2

T4 T6 T2

CLng

NL
Uđk.f

Uđk.u

Hình 4-11: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nguồn áp
* Các đặc điểm của việc điều chỉnh tần số:

Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách biến đổi điện áp và tần
số trên đầu nối stato là một trong những phơng pháp đợc chú ý và
có nhiều triển vọng.

Bằng phơng pháp điều chỉnh này, ta nhận đợc những đặc tính
cơ ứng. Khi đó tổn thất công suất kh«ng lín. Thùc vËy, tõ biĨu thøc:

;(víi q = -1, 0, 1, 2)

(4-29)

P2®iƯn = M os

(4-30)


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Trang 143

Trang 144

Ta thấy, nếu coi động cơ làm việc trên đoạn đờng thẳng của đặc
tính cơ khi điều chỉnh tần số thì s có trị số nhỏ, nên P2điên cũng nhỏ.
Khi s dụng các bộ biến tần thích hợp, ta có thể điều chỉnh đợc tốc độ
với độ trơn tùy ý.
Quan trọng hơn nữa là các u điểm trên đều đợc thể hiện cả với
khi điều chỉnh động cơ không đồng bộ lồng sóc là loại động cơ đơn
giản, chắc chắn và rẻ tiền.
Nhợc điểm chủ yếu của các hệ thống truyền động điện này là

hiện nay bộ biến tần còn tơng đối phức tạp và đắt tiền. Vì vậy đà hạn
chế phạm vi ứng dụng của truyền động điện có điều khiển tần số.
Nhng những u điểm của chúng vẫn là cơ bản. Nếu tạo ra đợc
những bộ biến tần với mức độ phức tạp và giá thành vừa phải, thì
truyền động điện điều khiển tần số dùng động cơ ĐK lồng sóc sẽ đợc
ứng dụng rộng rÃi trong sản xuất và sinh hoạt.
4.2.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng các sơ đồ nối tầng:
4.2.5.1. Sơ đồ nối tầng điện cơ:

Trong sơ đồ hình 4-12, động cơ ĐK đợc điều chỉnh tốc độ.
S.đ.đ. E2 đợc chỉnh lu thành s.đ.đ. một chiều E2dcó biểu thức:
E2d = Ku.E2 = Ku.E2nm.s

(4-31)

Trong ®ã:
Ku = 2,34 - hƯ sè của chỉnh lu cầu ba pha.
E2nm - s.đ.đ. ngắn mạch rôto (giá trị pha).
S.đ.đ. này đợc nối vào phần ứng của một động cơ điện một
chiều ĐMđl đóng vai trò thiết bị biến đổi (TBBĐ) nh hình 4-12. Động
cơ này sẽ nhận năng lợng trợt từ bộ chỉnh lu dới dạng điện năng
một chiều, và biến đổi thành cơ năng trên trục. Trục của nó đợc nối
đợc nối chung với trục động cơ ĐK, do đó nó truyền phần năng
lợng trợt về trục động cơ của máy sản xuất. S.đ.đ. phần ứng của
ĐMđl nh đà biết, nó phụ thuộc vào tốc độ và từ thông của nó:
Ebđ = K

= K.a.Ikt.

(4-32)

Trong đó, từ thông phụ thuộc dòng kích từ:

Sơ đồ nguyên lý :

= a.Ikt

~
Máy SX

Dòng điện phần ứng của động cơ Id = I tỷ lệ với dòng điện rôto
I2 và đợc xác định theo các s.đ.đ. trong mạch:

ĐMđl (TBBĐ)
+

Ebđ

Id = K i I2 =

Ikt

ĐK
E2

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Rđch

I2

+

Id, (I)

-

E2d

CL
-

Hình 4-12: Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh tầng ®iƯn c¬

E d 2 − E bđ
RΣ

(4-33)

Trong ®ã: R - điện trở tổng trong mạch CL - ĐMđl :
R = RCL + Rbđ
Giả sử động cơ đang làm việc tại một điểm xác lập nào đó với
tốc độ , độ trợt s và dòng điện I2 xác lập, nếu ta thay đổi dòng kích
từ của ĐMđl , s.đ.đ. Ebđ của nó sẽ thay đổi (xem biểu thức 4-29), dòng
điện I2 thay đổi theo biểu thức (4-33), do đó mômen động cơ thay đổi,
và hệ sẽ chuyển sang làm việc ở một điểm xác lập mới với tốc độ làm
việc khác. Đó là nguyên tắc điều chỉnh tốc độ trong tầng ®iƯn c¬.


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Trang 145

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Trang 146

4.2.5.2. Sơ đồ nối tầng điện:

Trong đó:

Sơ đồ nguyên lý :

=

-

là góc mở của các thyristor ( > /2)
là góc mở chậm của thyristor ở trạng thái nghịch lu.

Ud0 là điện áp lớn nhất của bộ nghịch lu với trờng hợp = 0;
Ud0 = 2,34U2ba . Với U2ba là điện ¸p pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p BA.

~ ul

Tõ c¸c biểu thức (4-33) và (4-34) ta thấy, khi thay đổi góc mở
của các van trong bộ nghịch lu (từ /2 ®Õn ≈ ) t−¬ng øng víi sù thay

®ỉi cđa s.®.®. nghịch lu Ebđ (từ 0 đến Ud0), thì dòng điện Id và I2 sẽ
thay đổi, nhờ đó mômen và tốc độ của động cơ sẽ đợc điều chỉnh.

Máy SX

BA

ĐK
E2

U2ba

I2
+

KL

CL

E2d

Câu hỏi ôn tập
1. Làm thế nào để thay đổi và đảo chiều đợc tốc độ động cơ
trong phơng pháp điều chỉnh dùng hệ thống Máy phát - Động cơ
điện một chiều ?

+

Ebđ

NL

Id

Hình 4-13: Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh tầng điện

Hình 4-13 giới thiệu một sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh nối tầng
điện. Trong này, năng lợng trợt trong mạch rôto của động cơ ĐK
(đợc biểu thị bởi các thông số s.đ.đ. xoay chiều E2, dòng xoay chiều
I2 và tần số mạch rôto f2 = f1.s) cũng đợc chỉnh lu thành dạng một
chiều (với các thông số E2d , Id) nhờ cầu diot CL rồi đợc truyền vào
bộ nghịch lu NL (với chức năng là thiết bị biến đổi trong hình 4-12).
Với bộ nghịch lu này, việc chuyển mạch các thyristor đợc thực hiện
nhờ điện áp lới (ul), do đó năng lợng trợt dạng một chiều sẽ đợc
biến đổi thành xoay chiều có tần số của điện áp lới, cuối cùng qua
máy biến áp BA, năng lợng trợt đợc trả về lới điện.
Trong sơ đồ nối tầng điện hình 4-13, dòng điện rôto I2 của động
cơ ĐK hoặc dòng điện trong mạch một chiều Id cũng đợc xác định
theo biểu thức (4-33), trong đó Ebđ là s.đ.đ. của bộ nghịch lu có dạng:
Ebđ = ENL = Ud0cos

(4-34)

2. Làm thế nào để thay đổi đợc điện áp chỉnh lu ? Đặc điểm
của phơng pháp điều chỉnh tốc độ dùng hệ Chỉnh lu - Động cơ
điện một chiều không đảo chiều ? Các phơng pháp điều khiển các
bộ chỉnh lu trong hệ truyền động T - Đ có đảo chiều ? Cách phối hợp
góc điều khiển trong các phơng pháp điều khiển các bộ chỉnh lu ?

3. Làm thế nào để thay đổi tốc độ động cơ trong phơng pháp
điều chỉnh dùng hệ thống Băm điện áp - Động cơ điện một chiều ?
4. Phân tích phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng
bộ bằng cách dùng bộ băm điện trở mạch rôto ? So sánh chỉ tiêu chất
lợng với phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách dùng
các cấp điện trở phụ mạch rôto ?
5. Phân tích phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng
cách thay đổi tần số dòng điện stato (hệ :BT - ĐK) ? Tại sao khi thay
đổi tần số ngời ta thờng kết hợp điều chỉnh điện áp stato ?
5. Phân tích các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK
bằng các hệ nối tầng điện cơ và nối tầng điện ? Ưu, nhợc điểm
của các phơng pháp đó ?


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Trang 147

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động