chương 4 điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (952.11 KB, 70 trang )
1
Chương 4
ĐiỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
2
Động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ 3 pha gồm 2 loại:
Rotor lồng sóc
Rotor dây quấn
Động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc
90kW, 1484v/ph, 630kg
(Nguồn: ABB motors)
3
Động cơ không đồng bộ
4
Động cơ không đồng bộ
5
Động cơ không đồng bộ
6
Động cơ không đồng bộ
Theo đặc tính cơ, tiêu chuẩn NEMA của Mỹ chia động cơ không
đồng bộ thành 4 lớp A, B, C, D:
Lớp B: loại thông dụng (general purpose)
Lớp A: có momen tới hạn cao và độ trượt định mức thấp, dùng
trong các ứng dụng có yêu cầu momen tới hạn cao như máy ép
phun (injection molding machine)
Lớp C: dùng trong các ứng dụng yêu cầu momen khởi động
cao, như băng tải, thang cuốn…
Lớp D: có độ trượt định mức cao, dùng trong cơ cấu nâng hạ
hoặc các tải có chu kỳ như máy đột dập (punch press
machines)
7
Động cơ không đồng bộ
Đặc tính cơ tiêu biểu của ĐC KĐB lớp A, B, C, D (tiêu chuẩn NEMA – Mỹ)
8
Mạch tương đương của ĐC KĐB
V
R
1
X
1
X’
2
2
'R
s
X
m
I
1
I’
2
I
m
E
Stator Rotor
a
b
R
t
X
t
X’
2
2
'R
s
I’
2
E
Stator Rotor
a
b
tt
V
Áp dụng định lý Thevenin:
2
2
11
1
1
1
11
11
tan
2
()
m
t
m
m
t
m
tt
m
VX
V
R X X
XX
R
jX R jX
R jX
R j X X
9
Giản đồ vector
R
1
I
1
X
1
I
1
V
E
I’
2
I
m
I
1
V
R
1
X
1
X’
2
2
'R
s
X
m
I
1
I’
2
I
m
E
Momen động cơ:
'
2 2 1 1
'
22
. .sin . .sin
:
. .cos
M K I K I
Hay
M K I
10
Các công thức tính toán cơ bản về ĐC KĐB
Tốc độ đồng bộ:
1
2
db
f
pp
Độ trượt (slip):
db
db
s
Tốc độ trượt:
sl db db
s
Tốc độ động cơ (tốc độ quay của rotor):
(1 )
db
s
11
Các công thức tính toán cơ bản về ĐC KĐB
Quan hệ giữa dòng stator và dòng rotor:
' ' '
2 2 2
1
m
m
R s j X X
jX
I
I
Công suất truyền qua khe hở không khí (công suất điện từ):
'
'2
2
2
3
dt
R
PI
s
Tổn hao đồng rotor:
'2 '
22
3
Cu r
P I R
Công suất cơ (công suất đưa ra trục động cơ):
'2 '
22
3 (1 )
c dt dt
P P I R s P
Momen sinh ra trên trục động cơ (momen điện từ):
'
'2
2
2
3
c dt
db db
PP
R
MI
s
12
Các công thức tính toán cơ bản về ĐC KĐB
Momen cực đại của động cơ:
2
max
2
2'
2
3
2
t
db
t t t
V
M
R R X X
Độ trượt tại đó momen động cơ đạt cực đại:
'
2
2
2'
2
m
tt
R
s
R X X
13
Khởi động và hãm ĐC KĐB
• Khởi động:
– Động cơ KĐB rotor dây quấn: thêm điện trở vào
mạch rotor
– Động cơ KĐB rotor lồng sóc: giảm áp stator
• Đổi nối Y-
• Dùng biến áp tự ngẫu
• Các chế độ hãm:
– Hãm tái sinh
– Hãm ngược
– Hãm động năng
14
Hãm động năng ĐC KĐB – Mạch tương đương
Mạch tương đương của động cơ ở tần số
đb1,
suy ra từ mạch tương
đương ở tần số
đb
V
R
1
Stator Rotor
1
1
db
db
X
'
1
2
db
db
X
1db
m
db
X
'
1
2
1
db
db
R
15
Hãm động năng ĐC KĐB – Mạch tương đương
Mạch tương đương của động cơ ở tần số
đb1,
suy ra
từ mạch tương đương ở tần số
đb
1
X
'
2
X
m
X
'
2
1
db
db
R
1
1
db
db
R
1
db
db
V
16
Hãm động năng ĐC KĐB – Mạch tương đương
I
đt
: dòng xoay chiều (tần số
db
) tạo ra sức từ động tương đương với dòng một chiều
I
d
chạy trong cuộn dây stator ở chế độ hãm động năng.
Dấu – trong thành phần
'
2
(1 )Rs
chỉ ra động cơ lúc này nhận năng lượng từ tải
(chế độ hãm). Khi đã lưu ý là momen lúc này có chiều ngược lại so với chế độ động
cơ, sẽ không cần kể tới dấu – này trong mạch tương đương.
'
2
X
m
X
'
2
1
R
s
R
1
I
đt
E
I’
2
I
m
17
Hãm động năng ĐC KĐB – Mạch tương đương
Trình tự tính toán đặc tính cơ của động cơ ở chế độ hãm động năng khi biết đặc tính từ
hóa E(I
m
) của động cơ:
Lấy một giá trị I
m
,
Suy ra giá trị E tương ứng theo đặc tính từ hóa,
Tính X
m
:
m
m
E
X
I
Tính I’
2
:
22
'2
2
'
2
2
1
dt m
m
II
I
X
X
Tính độ trượt s:
'
2
2
' '2
22
1
/
R
s
E I X
Tính tốc độ động cơ tương ứng:
(1 )
db
s
Tính momen động cơ:
'
'2
2
2
3
1
db
R
MI
s
18
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB
Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ KĐB:
1. Điều khiển điện áp stator
2. Điều khiển tần số
3. Điều khiển điện trở stator
4. Điều khiển công suất trượt
19
Điều khiển điện áp stator
Thường sử dụng với tải bơm hay quạt gió
Phạm vi điều chỉnh tốc độ không cao
Momen tải quạt gió:
22
(1 )
c db
M C s
20
Điều khiển điện áp stator
Đặc tính động cơ không đồng bộ
khi điều khiển bằng cách thay đổi điện áp stator
M(Nm)
(rad/s)
V
dm
.75 V
dm
.5 V
dm
21
Điều khiển điện áp stator
Bỏ qua ma sát trên trục động cơ, tổn hao do quạt gió
Có thể chứng minh được dòng rotor tính bởi công thức:
3
'
2
'
2
(1 )
3
db
C
ss
I
R
R
1
X
1
X’
2
2
'R
s
I
1
I’
2
V
22
Điều khiển điện áp stator
Nếu bỏ qua dòng từ hóa, xem
'
21
II
, có thể chứng minh được:
1
(1 )
(1 )
dm
dm dm
I
ss
I
ss
Tỉ số này đạt cực đại tại s = 1/3, khi đó:
max
2
3 3(1 )
dm
dm dm
I
I
ss
23
Điều khiển điện áp stator
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Quan hệ I
1
/I
dm
với độ trượt s
s
I
1
/I
dm
S
dm
= 0.1
S
dm
= 0.2
24
ĐC KĐB & Biến tần nguồn áp
Gọi
dm
f
a
f
.
Với a<1 (f<f
đm
): động cơ được điều khiển với từ thông = const = định mức,
Với a>1 (f>f
đm
): động cơ được điều khiển với V = const = V
đm
,
25
ĐC KĐB & Biến tần nguồn áp
Họat động với a<1
Từ thông không đổi dòng từ hóa = định mức,
Có thể chứng minh được:
dòng từ hóa = định mức
dm
dm
E
E
const
ff
Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở và điện kháng stator, nguyên lý
E
const
f
có thể thay
bằng
V
const
f
