Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng biến tấn phần 2

Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ
Lồng sốc và dây quấn:
- Điều khiển điện áp stator
- Điều khiển tần số
Động cơ ko đồng bộ roto dây quấn:
- Điều khiển điện trở roto
- Điều khiển công suất trượt roto
Điều khiển điện trở phụ roto
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto
có các ưu – khuyết điểm sau:
*Ưu điểm:
- Có tốc độ phân cấp.
- Tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ cơ bản.
- Tự động hóa trong điều chỉnh được dể dàng.
- Hạn chế được dòng mở máy.
- Làm tăng khả năng mở máy của động cơ khi đưa điện trở phụ vào mạch roto
- Các thao tác điều chỉnh đơn giản.
- Giá thành chi phí vận hành, sữa chữa thấp.
*Nhược điểm:
-Tốc độ ổn định kém
-Tổn thất năng lượng lớn.
Ứng Dụng:
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rải, mặc dù không được kinh tế lắm. Thường được dùng đối với
các hệ thống làm việc ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại và dùng trong các hệ thống với yêu cầu tốc độ không
cao như cầu trục, cơ cấu nâng, cần trục, thang máy và máy xúc …
Thực ra điều chỉnh điện trở rotor của động cơ chỉ được sử dụng để khởi động. Chứ đang vận hành thì điều
khiển cách này có rất nhiều hạn chế.
Có hai hạn chế cơ bản nhất khi điều khiển bằng điện trở rotor:
- Làm mềm đặc tính cơ của động cơ. Khi thêm điện trở phụ vào mạch rotor, thì điểm tốc độ không tải lý
tưởng (tốc độ cơ bản) của động cơ trên trục tung giữ nguyên nhưng dòng điện ngắn mạch (moment mở
máy) trên trục hoành sẽ nhỏ đi khiến cho đặc tính cơ trở nên mềm hơn. Về cơ bản, khi điều khiển động

cơ, ta muốn đặc tính cơ càng cứng càng tốt nên điều này là một hạn chế.
- Gây tổn thất rất lớn. Dòng điện rotor làm nóng các điện trở phụ thêm vào, đây là tổn thất không mong
muốn. Nhìn trên quan điểm năng lượng, điều khiển bằng điện trở rotor chính là điều khiển tổn thất. Tổng
công suất cấp cho động cơ không đổi, ta thêm điện trở rotor vào để làm tăng tổn hao trên nó, dẫn đến
công suất có ích đưa ra trục động cơ giảm dẫn đến tốc độ giảm. Như vậy là ta điều khiển bằng cách vứt
bớt năng lượng đi, rõ ràng là một cách ném tiền qua cửa sổ.
Điều khiển bằng phương pháp điện trở rotor dùng các relay điện từ có hạn chế nữa là sẽ phải điều khiển
hữu cấp, tức là tốc độ thay đổi theo từng nấc cố định. Điều này không tốt, trong điều khiển, mục tiêu là
điều khiển vô cấp.
Tuy nhiên, phương pháp điện trở rotor cũng có thể điều khiển vô cấp theo phương pháp xung điện trở, tức
là dùng một khoá bán dẫn đóng điện trở vào mạch rotor điều khiển bằng xung PWM. Tuy nhiên, nó vẫn
có 2 hạn chế cơ bản nêu trên.
Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công
suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với động cơ khác. Sở dĩ như vậy là do động cơ KĐB có kết cấu đơn giản, dễ
chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha. Tuy nhiên, trước đây các hệ
truyền động động cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, đó là việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB có
khó khăn hơn động cơ một chiều. Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và
kỹ thuật điện tử tin học, động cơ KĐB mới được khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ chuyển động cạnh
tranh có hiệu quả với hệ truyền động tiristo - động cơ một chiều
Khác với động cơ một chiều, động cơ KĐB được cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông
động cơ cũng như mômen động cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động
điện động cơ KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh. Trong định hướng xây dựng hệ truyền
động điện động cơ KĐB, người ta có xu hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnh của truyền động động cơ một
chiều.
Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB.
a. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi tiristo
b. Điều chỉnh điện trở rôto bằng bộ biến đổi xung tiristo
c. Điều chỉnh công suất trượt P
s
.

d. Điều chỉnh tần số nguồn cugn cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số tiristo hay tranzito.

5-2: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTO
Như đã phân tích ở phần đặc tính cơ KĐB, có thể điều chỉnh được tốc độ KĐB bằng cách điều chỉnh điện
trở mạch rôto, trong mục này khảo sát việc thực hiện điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng các van bán dẫn, ưu
thế của phương pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Điện trở trong mạch rôto động cơ không đồng bộ:
R
r
= R
rd
+R
f
Trong đó: R
rd
: điện trở dây cuốn rôto.
R
f
: điện trở ngoài mắc thêm vào mạch rôto.
Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn
thì tỷ lệ bậc nhất với điện trở. Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của KĐB, tức là đoạn có độ trượt từ s = 0 đến s = s
th
,
là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết.
, M = const (5-10)
Trong đó: s - độ trượt khi điện trở mạch rôto là R
r
.
S
i
- độ trượt khi điện trở mạch rôto là R

rd
.
Mà ta lại có:
Thay (5-10) vào ta được biểu thức tính mômen:
(5-11)
Nếu giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và không phụthuộc vào tốc độ động cơ. Vì thế
mà có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto cho truyền động cómômen tải không đổi.
Trên H.5-8a, trình bày sơ đồ nguyên lý của điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phương pháp xung. Điện
áp u
r
được chỉnh lưu bởi cầu điôt CL, qua điện kháng lcọ L được cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở R
0
nối song
song với khoá bán dẫn T
1
. Khoá T
1
sẽ được đóng, ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị trung bình của điện trở
toàn mạch.


Hình 5-8: Điều chỉnh xung trở roto
a) Sơ đồ nguyên lý; b)Phương pháp điều chinht; c,d) Các đặc tính

Hoạt động của khoá bán dẫn tương tự như trong mạch điều chỉnh xung áp một chiều. Khi khoá T
1
đóng, điện
trở R
0
bị loại ra khỏi mạch, dòng điện rôto tăng lên, khi khoá T

1
ngắt điện trở R
0
lại được đưa vào mạch, dòng điện
rôto giảm. Với tần số đóng ngắt nhất định, nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi như không đổi và ta có một giá