Giáo trình Điều khiển động cơ điện - Các hệ truyền động điều chỉnh thông dụng

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 1 Chương 4 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH THÔNG DỤNG 4.1 Hệ thống máy phát - động cơ một chiều (F-Đ) 4.2 Hệ chỉnh lưu điều khiển-động cơ một chiều (CL-Đ) 4.3 Hệ điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (ĐAX-Đ) 4.4 Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng điện trở xung trong mạch rôto 4.5 Hệ điều chỉnh pha Tiristo-động cơ không đồng bộ 4.6 Hệ biến tần - động cơ không đồng bộ, điều khiển vectơ 4.7 Các sơ đồ nối tầng của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn 4.1 Hệ thống máy phát - động cơ một chiều (F-Đ) 4.1.1 Sơ đồ nguyên lý CFĐ: cuộn dây cực từ phụ. 4.1.2 Các chức năng chủ yếu của hệ a) Điều chỉnh tốc độ động cơ Thay đổi Uđk = var ⇒ UkF = Ud = var ⇒ IkF var, φF var ⇒ Ef = var ⇒ UưĐ = var ⇒ ω var. Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 2 b) Hạn chế dòng điện và mômen động cơ Nhờ khâu phản hồi có ngắt ⇒ dòng điện, mômen được hạn chế dưới giá trị cho phép trong các trương hợp khởi động, hãm, đảo chiều, quá tải lớn và ngắn mạch. c) Cưỡng bức quá trình quá độ “khởi động cưỡng bức” d) Đảo chiều quay động cơ ⇒ đảo chiều điện áp kích từ UkF ⇒ ikt đảo chiều ⇒ φ đảo chiều ⇒ đảo chiều quay động cơ. Hệ F-Đ cho phép làm việc trên cả 4 góc phần tư của mặt phẳng tọa độ [M,ω]: Nếu cho kt máy phát theo chiều thuận để có Ef1>0 ⇒ đường 1, trạng thái động cơ, góc 1. Nếu giảm UkF để sđđ F giảm xuống Ef3 ⇒ đường 3 (góc 2) ⇒ hãm tái sinh. return Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 3 4.2 Hệ chỉnh lưu điều khiển-động cơ một chiều (CL-Đ) 4.2.1 Hệ chỉnh lưu điều khiển-Động cơ không đảo chiều a) Sơ đồ nguyên lý Nếu iu liên tục: Ud = Udo.cosα Nếu số lần đập mạch trong một chu kỳ điện áp lưới m≥2: do 2 u 2 m U sin 2.U K .U m pi = = pi với Ku là hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu. Ví dụ: Sơ đồ CL 1 pha 2 nửa chu kỳ, và CL cầu một pha m = 2, Ku= 0,9; Sơ đồ CL tia 3 pha m = 3, Ku = 1,17; cầu 3 pha m = 6, Ku = 2,34. Như vậy khi Uđk = var ⇒ α = var ⇒ Ud = var ⇒ ω = var. - Để hạn chế sự đập mạch của dòng điện ⇒ thiết kế cuộn kháng lọc các thành phần sóng hài có trong điện áp chỉnh lưu. Trị số điện cảm cần thiết để lọc được tính: dn.maxL * 1 d.®m U .100 L 2K.m. .I %.I = ω , H Id.đm: dòng điện định mức của bộ chỉnh lưu K: bội số sóng hài, K = 1, 2, 3… m: số lần đập mạch trong một chu kỳ. I1 *% : trị hiệu dụng của dòng điện sóng cơ bản lấy tỷ số theo dòng điện định mức của chỉnh lưu. Cho phép I1 *% < 10%. Udn.max: biên độ của thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu: 2 2 2dn.max do 2 2 2.cos U U . 1 K .m .tg K .m 1 α = + α − , V Udo: điện áp chỉnh lưu cực đại. Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 4 Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc: LCKL= LL - Lư - LBA trong đó: Lư: điện cảm phần ứng động cơ được tính gần đúng: ®m− d ®m ®m 30U L K . I .n .p = pi Kd=0,5-0,6: đối với động cơ không có cuộn bù Kd = 0,1-0,25: đối với động cơ có cuộn bù. LBA: điện cảm của máy biến áp, tính gần đúng: n 2fBA 2f u %.U L 2 ,H .I .100 = ω , ω = 2pif, tần số góc nguồn - Để hạn chế dòng điện gián đoạn ⇒ thiết kế cuộn kháng hạn chế dòng điện gián đoạn: Trị số điện cảm cần thiết để hạn chế dòng điện gián đoạn: dog® gh BA dgh U1 L .k x I   = −  ω    , ω = 2pif.m: tần số góc dòng điện chỉnh lưu ghk 1 cot g .sin m m pi pi  = − α    Idgh: dòng điện giới hạn nhỏ nhất, chọn Idgh≤ 0,05Iđm. b) Sơ đồ thay thế của hệ Cl-Đ không đảo chiều Ed = Udo.cosα = KCL.Uđk trong đó: KCL = Udo/Uđk- hệ số khuếch đại bộ chỉnh lưu RCL = RBA + RKL + Rcm RBA = R2 + R1 ' = R2 + R1/K 2 BA RKL ≈ 0 điện trở cuộn kháng lọc Rcm = (m/2pi).XBA điện trở đẳng trị xét đến phần sụt áp do hiện tượng chuyển mạch giữa các tiristo. XBA = X2 + X1 ' = X2 + X1/K 2 BA hoặc xác định theo catalog: dm1 2 BA dm1d dm2 dm2d BA IK U . 100 %P I U . 100 %P R ∆ = ∆ = dm1 2 BA dm1nm dm2 dm2nm BA IK U . 100 %U I U . 100 %U X == KBA ≈ dm2 dm1 dm2 dm1 U U E U ≈ hệ số biến áp Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 5 c) Đặc tính cơ của hệ ở trạng thái dòng điện liên tục "dòng điện liên tục" ( ) M. k R k E I. k R k E 2 utd u utd φ − φ = φ − φ =ω Rut = Ru + RCL: tổng điện trở mạch điện phần ứng ( ) M. k R cos k U I. k R cos k U 2 utdo u utdo φ −α φ = φ −α φ =ω ( ) M. k R U k K I. k R U k K 2 ut dk CL u ut dk CL φ − φ = φ − φ =ω Nhận xét: - Tốc độ không tải lí tưởng: dk CLdo 0 U.k K cos k U φ =α φ =ω ω Udkmax; α=0; +Udo ωomax ωoi -ωomax -Udkmax 0 Udk=0; α=pi/2; Ed=0 HN ĐN TS TS M Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 6 Udk = +Udkmax ÷ 0 ÷ -Udkmax ⇒ α = 0 ÷ pi/2 ÷ pi ⇒ Ed= +Udo ÷ 0 ÷ -Udo ⇒ ωo = +ω0max ÷ 0 ÷ -ω0max - Độ cứng ĐTC ( ) const RR k CLu 2 DCL =+ φ =β − thường RCL ≈ 3Ru. - Trong vùng Ic, Mc nhỏ ⇒ ”trạng thái dòng điện gián đoạn” d) Các trạng thái hãm, trạng thái tái sinh của động cơ và trạng thái nghịch lưu của bộ chỉnh lưu Xem hình trên. “trạng thái động cơ” ⇔ “trạng thái chỉnh lưu” “trạng thái hãm tái sinh” ⇔ “trạng thái nghịch lưu” tuỳ trị số Uđk mà có thể xảy ra hãm - Hãm ngược. - Hãm động năng. - Hãm tái sinh. Chỉnh lưu Động cơ Trạng thái α Ed Tr.thái ω E Tr.Thái Iu Sơ đồ thay thế Động cơ α<pi/2 Ed>0 Ch.lưu ω>0 E>0 Động cơ (Ed-E)/ Rut Hãm ngược α<pi/2 Ed>0 Ch.lưu ω<0 E<0 Hãm ngược (Ed+E)/ Rut Hãm động năng α=pi/2 Ed=0 Vai trò điện trở ω<0 E<0 Hãm động năng E/ Rut Hãm tái sinh α>pi/2 Ed<0 Nghịch lưu ω<0 E<0 Hãm tái sinh (E-Ed)/ Rut Để có Edpi/2, cosα<0 Hay Ed=Udocosα<0 E Iu Ed Rut ω E Iu Ed Rut ω E Iu Ed Rut ω E Iu Ed Rut ω Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 7 Ví dụ: Lập sơ đồ thay thế cho hệ CL-Đ và xác định phạm vi điều chỉnh góc mở van α để điều chỉnh tốc độ động cơ trong dải D=10:1. Động cơ 13,5kW; 220V; 1050vg/ph; 73A; Ru = 0,12Ω. Chỉnh lưu Tiristo cầu 3 pha, có máy biến áp chuyên dùng 20kVA,nối Y/Y, U1=380/220V; U2=220/127V; điện trở ngắn mạch Rnm=0,15Ω; điện kháng ngắn mạch Xnm=0,87Ω (khi ngắn mạch thứ cấp). Giải - Điện áp chỉnh lưu lớn nhất: do 2 m 6 U sin 2.U sin . 2.127 297V m 6 pi pi = = = pi pi - Sức điện động của chỉnh lưu: Ed = Udo.cosα = 297.cosα - Hệ số biến áp 73,1 127 220 U U K F2 f1 BA === - Điện trở máy biến áp: Ω===+= 05,0 73,1 15,0 K R RRR 22 BA nm' 12BA - Điện kháng máy biến áp: Ω===+= 29,0 73,1 87,0 K X XXX 22 BA nm' 12BA - Điện trở trong mạch chỉnh lưu (bỏ qua điện trở trong cuộn kháng và sụt áp trên Tiristo): Ω= pi += pi +=+= 33,029,0 2 6 05,0X 2 m RRRR BABAcmBACL - Tốc độ lớn nhất trong dải điều chỉnh 0,33Ω Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 8 s/rad110 55,9 1050 55,9 n dm dmmax ===ω=ω - Tốc độ nhỏ nhất trong dải điều chỉnh s/rad11 10 110 D max min == ω =ω - Sdd của bộ chỉnh lưu tương ứng với tốc độ lớn nhất Ed.max = Udocosαmin = kφđm.ωmax+(RCL+Ru)Idm Wb92,1 110 12,0.73220RIU k dm udmdm dm = − = ω − =φ 0min do maxd min 5,33;837,0297 7,247 U E cos =α===α ⇒ Edmax = 247V - Sdd của bộ chỉnh lưu tương ứng với tốc độ nhỏ nhất Ed.min = Udocosαmax = kφđm.ωmin+(RCL+Ru)Idm = 56,7V 297 7,56 U E cos do mind max ==α = 0,194; αmax = 78,8 0. 4.2.2 Hệ chỉnh lưu điều khiển-Động cơ đảo chiều Để động cơ có thể làm việc được ở cả 4 góc ¼ của mặt phẳng [M,ω] thì ta phải sử dụng hệ CL-Đ đảo chiều. a) Các phương pháp đảo chiều quay động cơ trong hệ CL-Đ - Đảo chiều dòng kích từ - Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng tiếp điểm - Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng bộ chỉnh lưu thuận nghịch Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 9 b) Sơ đồ nguyên lý hệ CL-Đ đảo chiều dùng cho bộ chỉnh lưu thuận nghịch - Sơ đồ nối song song-ngược - Sơ đồ hình chữ thập c) Các nguyên tắc điều khiển bộ chỉnh lưu thuận nghịch trong hệ CL-Đ đảo chiều - Điều khiển riêng hai nhóm. - Điều khiển chung: “trạng thái đợi” α1 + α2 = 180 0. “vấn đề dòng điện cân bằng” V1 Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 10 4.2.3 Hệ chỉnh lưu điều khiển-động cơ tự động a) Hệ dùng bộ khuếch đại tổng trong đó: o1 − − 1 1 S . R 1 T p = + ; Tư = Lư/Rư o2 k 1 S . J p φ = §§ o1 o2 c − K S S .S T p.(1 T p) = = + ; KĐ=1/kφ; Tc=J/β. khi tính đến E động cơ: §§ 2 c − c K S T .T p T p 1 = + + R∑ S01(p) S02(p) KI Kω I ω Đ Uđ - - Upi.ng Upω BĐ Uư Uđk E Mc Ing Inm I,M NG βhở ω Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 11 b) Hệ điều chỉnh độc lập các tọa độ kiểu nối tiếp Uđi.max = Kpi.Icp ⇒ khi khởi động Iu.max = Ikđ = Icp return 4.3 Hệ điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (ĐAX-Đ) 4.3.1 Nguyên lý làm việc của hệ ĐAX-Đ Ri S01(p) S02(p) KI Kω I ω Uđω - - Upi Upω BĐ Uư Uđk E Mc Rω Uđi Icp ω I, M βhở βkín Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 12 U. T t UUE CK d tbb γ=== γ: hệ số chu kỳ, độ rộng xung uu b tbu R kU. R EE II φω−γ = − == ( ) b 02 u u u MM. k R k U. I. k R k U. β −ω= φ − φ γ = φ − φ γ =ω φ =ω=ω k U max0c.0 (xem mô phỏng) 4.3.2 Phương pháp điều khiển hệ ĐAX-Đ - Thay đổi td, giữ TCK (fx = 500Hz÷10kHz). - Thay đổi TCK (fx) giữ td,. - Phương pháp hỗn hợp 4.3.3 Sơ đồ hệ ĐAX-Đ dùng khóa tiristo Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 13 Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 14 4.4 Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng điện trở xung trong mạch rôto 4.4.1 Sơ đồ nguyên lý Rmc = 2Rf - Độ trượt tới hạn tự nhiên nm ' 2 th X R s = - Độ trượt tới hạn nhân tạo nm ' f ' 2 nm ' t2 nt.th X RR X R s + == ⇒       −= 1 s s RR th nt.th 2f R2 điện trở cuộn dây roto của động cơ ⇒       −== 1 s s R2R2R th nt.th 2fmc - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi γ: )1(RR 1mctb γ−= γ: độ rỗng xung điện trở γ=td/TCK Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 15 4.2.2 Các đặc tính giới hạn và biểu diễn của các quá trình quá độ Để có vùng điều chỉnh rộng (tốc độ, mômen) người ta thường tạo ra hai đường đặc tính giới hạn: đường 1-giới hạn ngoài và đường 2- giới hạn trong. - Đường giới hạn ngoài nhằm mục đích hạ thấp đường ĐTC tự nhiên, thành ĐTC nhân tạo có độ trượt tới hạn sth1 đủ lớn, nhờ đó đảm bảo cho vùng tốc độ thấp có khả năng điều chỉnh mômen rộng, nhất là vùng hãm ngược. Để có được ĐTC này, ta nối cố định một điện trở R0 ≈ (0,15÷0,2)Rdm; Rdm=E2nmf/I2dm. Như vậy: đường 1: đường giới hạn ngoài (khi Tiristo luôn mở Rmcmin = R0). đường 2: đường giới hạn trong (khi Tiristo luôn mở Rmcmax = R0+R1). - Ứng với đường giới hạn ngoài: 0th1 th 2 R s s 1 2R   = +    - Đường giới hạn trong ứng với trường hợp T luôn khóa: Rmc = Ro + R1 = Rmc.max thường chọn: cp.d maxd maxmc I U R = ⇒ R1 = Rmcmax – R0 Id.cp ≈ 1,226I2.cp Udmax điện áp chỉnh lưu lớn nhất ứng với khi động cơ ngắn mạch. - Một quá trình quá độ (khởi động, đảo chiều quay) sẽ diễn ra theo đường dích dắc qua lại giữa 2 đặc tính giới hạn trên: Khi T dẫn, điểm làm việc có xu hướng chạy về đường 1; Khi T khoá, điểm làm việc sẽ chạy về đường 2. Tuy nhiên, nhờ mạch có điện cảm đủ lớn (X2 và XCK) nên dòng roto không thể đột biến, do đó động cơ sẽ tăng tốc theo đường gợn sóng (đường 3). Bằng cách điều khiển T, thay đổi tđ, γ của Rmc ta có thể xê dịch được mômen và gia tốc trong các QTQĐ. 4.4.3 Hệ điều khiển điện trở xung tự động tương tự hệ ĐAX-Đ Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 16 Ví dụ 4-2: Chọn R0 và R1 trong mạch một chiều của sơ đồ điều khiển điện trở xung mạch rôto sao cho có thể mở rộng vùng điều chỉnh mômen và tốc độ động cơ cả trong trạng thái động cơ và hãm ngược. Động cơ roto dây quấn 30kW, 380/220V, 970vg/ph, λ = 2,8; I1dm = 70,5A; R1 = 0,125Ω; X1 = 0,23Ω; E2nm = 259V; I2dm = 72A; R2=0,055Ω; X2 = 0,225Ω; Ke = 1,4. Giải - Độ trượt định mức 03,0 1000 9701000 n nn s 0 0 dm dm = − = − = - Độ trượt tới hạn của đặc tính cơ tự nhiên ( ) ( )22e2121 2 e ' 2 2' 1 2 1 ' 2 th KXXR KR XXR R s 2 ++ = ++ = = 0,158 ⇒ vẽ được DTC tự nhiên qua 3 điểm: [M*=0;s=0] [1; 0,03] [2,8; 0,158] Ta chọn R0=0,2Rdm = 0,2.259/( 3 .72) = 0,41Ω - Điện trở phụ 3 pha đẳng trị cho R0: Rf0 = R0/2 = 0,205Ω - Độ trượt tới hạn của đặc tính cơ giới hạn có điện trở cố định R0: 747,01 055,0.2 205,0 158,01 R2 R ss 2 0 th1th =      +=      += ⇒ đảm bảo vùng điều chỉnh mômen đủ rộng cho cả trạng thái hãm ngược (góc phần tư thứ 4) và khởi động. - Điện áp chỉnh lưu lớn nhất, ứng với trường hợp động cơ ngắn mạch: V3,350 3 259 34,2E34,2U nmf2maxd === - Chọn mức hạn chế dòng điện roto I2.max = 2I2dm, tương đương với dòng điện trong mạch một chiều: Idcp = Idmax = 1,226I2max = 1,226.2.72 = 176,5A - Điện trở điều chỉnh R1: Ω=−=−= 574,141,0 5,176 3,350 R I U R 0 dcp maxd 1 - Độ trượt tới hạn của đặc tính cơ giới hạn trong (ứng với Rmc = R0+R1 = 1,98Ω) 31 055,0.2 98,1 158,01 R2 R ss 2 mc th2th =      +=      += return Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 17 4.5 Hệ điều chỉnh pha Tiristo-động cơ không đồng bộ (FT-ĐKĐB) 4.5.1 Bộ điều chỉnh điện áp dùng tiristo α : góc mở Tiristo; ϕ: góc pha của động cơ d d d d R X R L tg = Ω =ϕ t Đường U1=f(Ωt) chứa các thành phần sóng hài, trong đó có hài bậc 1 (50Hz) là thành phần sinh công: ( )ϕα==ν ,f U U1 1
giá trị tương đối của U1 Ul điện áp hiệu dụng của điện áp pha lưới Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 18 4.5.2 Sơ đồ nguyên lý của một hệ “Điều chỉnh pha tiristo-động cơ” tự động Có dây trung tính Không có dây trung tính Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 19 return 4.6 Hệ biến tần - động cơ không đồng bộ, điều khiển vectơ Rψ Ri dq αβ SVM VSI Rn dq αβ αβ abc IM isd isq isα isβ RFE ω θs ψr ψrc = cst ωc isdc isqc usdc usqc usαc usβc ta tb tc Điều chỉnh từ thông Điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh dòng điện Chuyển đổi tọa độ Ước lượng từ thông rôto Cấu trúc sơ bộ hệ TĐĐ động cơ KĐB điều khiển hướng trường Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 20 4.7 Các sơ đồ nối tầng của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn 4.7.1 Việc sử dụng công suất trượt trong sơ đồ nối tầng P12 = Mdt.ω0 công suất điện từ ∆Ps = P12.s công suất trượt chuyển từ mạch stato vào rôto, (trong các hệ thống TĐĐ bình thường, ∆Ps tiêu tán trên điện trở rôto). ⇒ P12 = Pcơ + ∆Ps Để tận dụng năng lượng điện ∆Ps khi ta điều chỉnh sâu, ta sử dụng sơ đồ nối tầng. 4.7.2 Phân loại sơ đồ nối tầng - Sơ đồ nối tầng điện cơ Pcơ.t = Pcơ + ∆P ’ cơ = Pcơ + ∆Ps = P12 = Mđtω0 = const ⇒ nối tầng có công suất không đổi khi điều chỉnh tốc độ. - Sơ đồ tầng điện Pcơ = P12 - ∆Ps = Mđmω0 – Mđm.ω0.s = Mđm.ω0(1-s) ( ) constM s1MP M dm 0dmco cp ==ω −ω = ω = ⇒ nối tầng có mômen không đổi 4.7.3 Sơ đồ nguyên lý của tầng điện cơ và tầng điện a) Tầng điện cơ E2d = KuE2 = KuE2nmf.s Ebđ = kφω = k.a.Ikt.ω Iu = Id ~ I2: t bdd2 2id R EE IKI − == Rt = RCL+Rbđ Ikt var ⇒ Ebđ var ⇒ I2 var ⇒ mômen động cơ var ⇒ tốc độ ω var. Lưới Động cơ TB biến đổi Máy sx ∆Ps P1≈P12 Pcơ ∆P’cơ Lưới Động cơ TB biến đổi Máy sx ∆Ps P1≈P12 Pcơ ∆Pđiện nối tầng điện cơ nối tầng điện Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 21 b) Tầng điện Ebđ = ENL = Udo cosα = -Ud0cosβ β = pi - α Ud0 = 2,34.U2.ba ⇒ α var = pi/2 ÷pi ⇒ Ebđ = 0 ÷ Udo, ⇒ Id và I2 var ⇒ thay đổi được mômen và tốc độ. 4.7.4 Đặc tính cơ của động cơ trong sơ đồ nối tầng a) Các biểu thức liên quan đến ĐTC Xét sơ đồ tầng điện: - Momen động cơ: Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 22 Nếu coi dòng điện rôto là hình sin, ta quy đổi công suất trượt trong mạch một chiều về dạng sơ đồ nối điện trở phụ ba pha thông thường có điện trở đẳng trị R2đt, thì mômen động cơ: 2 2 2®t o 3I R M .s = ω (*) - Điện trở đẳng trị: Điều kiện để tính điện trở đẳng trị là coi công suất trượt tỏa ra trên điện trở ba pha đẳng trị và công suất trượt chuyển vào mạch rôto bằng nhau: 2 22 2®t d 2 b® d3I R 2I R U .I= + hoặc: 2 b®d d 2®t 22 2 2 2 UI I2 R R . 3 3I I = + trong đó: Id = Ki.I2; CL cầu 3 pha: Ki=1,225 Điện áp trên đầu vào của bộ nghịch lưu Ubđ được xác định bằng tổng sđđ nghịch lưu Ebđ và điện áp rơi trên điện trở trong của bộ nguồn này. b® b® d b® 2.ba d ba.2 ba.2 m U E I R 2,34U cos +I (2R X ) 2 = + = β + pi trong đó: Rba.2, Xba.2 điện trở và điện kháng của MBA qui đổi về phía thứ cấp. ⇒ điện trở đẳng trị: 2ba2®t 2 ba.2 ba.2 2 0,957U cos R R R 0,48X I β = + + + - Độ trượt không tải lí tưởng so (tương ứng với tốc độ không tải ωkt = ωo(1-so) được xác định khi dòng điện Id = 0, tức I2 = 0 và M = 0. Từ sơ đồ nguyên lý: Id = 0 khi sđđ của bộ chỉnh lưu |E2đ |= |Ebđ|: 2bao 2nm U .cos s E β = - Điện áp thứ cấp và công suất của MBA: MBA phải có công suất đủ để chuyển tải được công suất trượt lớn nhất trong dải điều chỉnh tốc độ của động cơ: Pba=∆Pmax ≈ Pđm.smax Nếu coi smax=1 (tương ứng với trạng thái khởi động), thì công suất MBA phải là: Pba ≈ Pđm Khi hệ thống làm việc, trong mạch chỉnh lưu và nghịch lưu có dòng Id chảy, khi đó: E2d - Ebđ = Id(Rcl + Rbđ) Nếu bỏ qua tất cả sụt áp trên mạch, có thể coi gần đúng: E2d ≈ Ebđ, do đó: 2,34E2nm.s ≈ 2,34U2ba.cosβ Xét trường hợp MBA làm việc nặng nhất, ta lấy s = 1 và β = βmin: 2nm2.ba min E U cos = β biểu thị các loại tổn thất phần trả về lưới Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 23 Thông thường người ta lấy βmin = 20 0, bằng tổng của góc chuyển mạch các van (γ = 150) và góc khóa van an toàn (δ = 50), khi đó: 2ba 2nm 2nm0 1 U E 1,06.E cos20 = ≈ - Quan hệ giữa độ trượt s và dòng điện I2: Phương trình s = f(I2) chính là phương trình đặc tính cơ điện. Nếu có phương trình này, kết hợp với biểu thức mômen động cơ (*) ta xây dựng được đặc tính cơ s = f(M) hoặc ω = f(M). Khi hệ thống làm việc, điện áp ra của chỉnh lưu rôto và điện áp đặt vào bộ nghịch lưu là một: U2d = Ubđ trong đó: U2d = E2d – IdRCL = 2,34E2nm.s – 2IdRnm2 – (m/2pi)Xnm2.s.Id = 2,34E2nm.s – 2,45I2(Rnm2 + 0,48Xnm2.s) với Rnm2 và Xnm2 điện trở, điện kháng ngắn mạch của động cơ qui đổi về phía roto: / 1nm2 2 21 2 e R R R R R K = + = + / 1nm2 2 21 2 e X X X X X K = + = + Điện áp nghịch lưu Ubđ: b® b® d b® 2ba 2 ba2 ba2U E I R 2,34U cos +2,45I (R 0,48X )= + = β + Cân bằng…: 2ba 2 ba2 ba2 nm2 2nm 2 nm2 U cos 1,047I (0,