Giao trinh ly thuyet Truyen Dong Dien

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi I0 :Dòng điện từ hoá của động cơ X1,R1:Điện kháng và điện trở của cuộn dây stator X2’,R2’:Điện kháng và điện trở của cuộn dây rotor đã quy đổi về stator. R ' = kR R2; X '  kx x2 2 2 Vớikr =kx = ke = ke2 kI Xm,,Rm: Điện kháng và điện trở của mạch từ hoá s: Hệ số trượt của động cơ s  1    n1  n (2–68) 1 n1 ω1,n1Tốc độ góc và tốc độ quay đồng bộ của động cơ điện không đồng bộ ω, n: Tốc độ góc và tốc độ quay của động cơ 1  2n 1 ; n1 = 60f1/p (2–69) 60 f1:Tần số của nguồn điện (Hz) p: Số đôi cực của động cơ Từ mạch điện đẳng trị một pha ở Hình 2.25 ta viết được phương trình dòng điện rotor '  U1f  I2 R'2  2 (2–70)  R1  s  X1  X ' 2 2 Đó là phương trình nêu lên quan hệ giữa dòng điện rotor i2với hệ số trượt s gọi là phương trình đặc tính tốc độ của động cơ không đồng bộ. Xác định mômen ta dựa vào giản đồ tổn thất công suất trong động cơ. Hình 2.26: Giản đồ tổn thất công suất trong động cơ. Ta có: đt ∆ t ơ; đt đt ; ơ ơ. Bỏ qua tổn thất trên rotor động cơ nghĩa là xem mômen điện từ bằng mômen quay của nó nghĩa là Mđt = Mcơ = M khi đó ta có công thức sau: đt ơ ∆ t Trang 51

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi 䁞㔴 Thay (270) vào biểu thức trên ta được: M= 3U12f R ' 2  1s R1R '2 2 2  (2–71)  s  X1  X'2   Trong đó: ω1: Vận tốc góc của từ trường quay (rad/s). ω: Vận tốc góc của động cơ (rad/s). Phương trình (2  71) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha. Qua một số phép tính trung gian và biến đổi (2-71) ta có phương trình đặc tính cơ ở một dạng khác: M  2M th  1  (2–72) s sth  2 sth s Trong đó Mth mômen tới hạn (còn gọi là mô men cực đại) của động cơ 3U12f  Mth  R1  R 2  X 2 (2–73) 21 1 n sth: Hệ số trượt tới hạn (hệ số trượt ứng với mô men cực đại) của động cơ s th   R ' (2–74) 2 R 2  X 2 1 n   R1 2 (2-75) R12 n  X Với Xn = X1 +X ' gọi là điện kháng ngắn mạch 2 Thường trong động cơ không đồng bộ trị số R1 bé hơn rất nhiều so với Xn, có giá trị khoản (0,1÷0,12)Xn nên trong phép tính gần đúng ta xem   0và ta có phương trình đặc tính cơ ở dạng đơn giản nhất: M 2M th (2–76) s  s th s th s M th   3U12f s th   R ' (2-77) 21Xn 2 Với: ; Xn Trên Hình 2.27 ta vẽ đường đặc tính cơ của động cơ của động cơ điện không đồng bộ Trang 52

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi M = f(s) Hình 2.27: Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ A: Động cơ có mômen tới hạn cao, hệ số trượt định mức thấp dùng trong hệ truyền động máy ép, máy phun… B: Loại thông dụng, được sử dụng rộng rãi trong thực tế. C: Dùng trong các truyền động có mômen khởi động lớn như băng tải, than cuốn… D: Có hệ số trượt định mức lớn, dùng trong cơ cấu nâng hạ hoặc các tải có chu kỳ như máy đột dập… Ví dụ 2.7: Một động cơxoay chiều không đồng bộba pha có các thông số sau:Pđm=7,5KW, nđm=945vòng/phút, f=50Hz, λm=2,5, 2p=6, Iđm=20A, Uđm=380V. Hãy xác định mômen mởmáy của động cơkhi mởmáy trực tiếp. Tốc độ của động cơkhi động cơlàm việc trên đặc tính cơ tựnhiên với MC=0,8Mđm. Bài giải: Quy đổi tốc độ định mức của động cơ sang vận tốc góc định mức: đm  nđm . 2  945. 2  98,96 rad / s 60 60 Mômen định mức của động cơ: M đm  Pđm  7,5.1000  75,8Nm đm 98,96 Mômen tới hạn (mômen cực đại) của động cơ: Mt .Mđm 2,5.75,8189,5Nm Tốc độ đồng bộ của động cơ được tính theo biểu thức: n1  60 f  60.50  1000vòng / phút p 3 Hệ số trượt định mức: Trang 53

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi sđm  n1  nđm  1000  945  0,055 n1 1000 Hệ số trượt tới hạn:    st  sđm.   2 1  0,055. 2,5  2,52 1  0,26 a)Khi mở máy trực tiếp ta có s = 1, thay vào phương trình đặc tính cơ để tìm Mômen khởi động: M kđ  2M t  2.189,5  92,3 Nm 1  st 1  0,26 st 1 0,26 b)Phương trình đặc tính cơ của ĐCKĐB: Mc  2Mt  s2  2Mt .st .s  st2  0  s2  2.189,5 .0,26s  0,262  0 s  st Mc 0,8.75,8 st s Ta có phương trình bậc 2 với ẩn số là s, giải phương trình ta có 2 nghiệm: s2 1,625s  0,0676  0  s  1,58 s  0,04 Trong 2 nghiệm trên ta chọn nghiệm s = 0,04 và loại nghiệm s = 1,58 vì ta thấy trên đặc tính cơ, khi MC< Mđm thì s < sđm nên ta chọn nghiệm s = 0,04 < sđm = 0,055 Từ hệ số trượt vừa tính được ta suy ra tốc độ của động cơ: s  n1  nđc  nđc  n1.1 s  1000.1 0,04  960vòng / phút  n1 2. Ảnh hưởng các thông số đến đặc tính cơ 2.1. Ảnh hưởng điện trở trong mạch rotor. Hình 2.28: Họ đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ khi thay đổi điện trở phía rotor. Trang 54

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Trường hợp này chỉ có đối với động cơ rotor dây quấn vì mạch rotor có thể nối với điện trở ngoài qua vòng trượt - chổi than. Động cơ rotor lồng sóc (hay rotor ngắn mạch) không thể thay đổi được điện trở mạch rotor. Việc thay đổi điện trở mạch rotor chỉ có thể thực hiện về phía tăng điện trở R2'. Khi tăng R2' thì độ trượt tới hạn sth cũng tăng lên, còn tốc độ đồng bộ ω1 và mômen tới hạn Mth giữ nguyên. Ví dụ 2.8: Cho động cơ không đồng bộ ba pha Rotor dây quấn, đấu dạng tam giác với các thông số sau: 400V, 6 cực, 50Hz, R2’=0,2Ω, X2’=1Ω. Tải là máy quạt và chạy ở chế độ định mức với độ trượt 4%. Xác định điện trở phụ thêm vào Rotor để động cơ đạt tốc độ 850 vòng/phút. Giả thiết bỏ qua trở kháng mạch Stator và mạch từ. Tỉ số vòng dây cuộn Stator và Rotor là 2,2. Bài giải: Ta có: đ 䳌g䳌 䳌g 䁞  h 䳌䳌 䳌g 홦홦 g ൭ 䳌g䳌 䳌 đ 䳌g 䳌g 䳌g䳌 đ đ Do tải là máy quạt nên: t Khi tải chạy ở chế độ định mức: đ đ 䳌g Khi động cơ chạy ở tốc độ 홦 䳌 t h 䁞  g홦 䳌g 홦 䳌g 䳌g Mô-men lúc đó là 홦൭ 䳌g 䳌 Khi thêm điện trở phụ vào rô-to: h h䁞 t 䳌g h 䳌g 䳌䳌 䳌g h 䳌g 䳌g h Đặt 䳌g h ta có: 䳌g g 䳌 g 홦 䳌g Dễ sàng suy ra: h 䳌g Ω Trang 55

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Điện trở phụ thực tế thêm vào: h 䳌g 䳌g Ω g 2.2. Ảnh hưởng điện áp trong mạch Stator. Điện áp U1ph đặt vào Stator động cơ chỉ có thể thay đổi về phía giảm. Khi U1ph giảm thì mômen tới hạn Mth sẽ giảm theo bình phương của tỉ số Uđm/U1ph, còn tốc độ đồng bộ ω1 và độ trượt tới hạn sth không thay đổi. Các đặc tính cơ khi giảm điện áp nhưhình 2.29. Hình 2.29: Họ đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ khi thay đổi điện áp 2.3. Ảnh hưởng tần số nguồn cung cấp. Hình 2.30: Họ đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ khi thay đổi tần số a) Tần số lớn hơn tần số định mức b) Tần số nhỏ hơn tần số định mức. Lưu ý: khi thay đổi tần số nhỏ hơn định mức ta phải thay đổi điện áp sao cho U/f= const. Như vậy mômen tới hạn Mth sẽ giữ không đổi ở vùng f < fđm, khi f > fđm thì không được tăng điện áp nguồn cấp mà giữ U1 = const. Mômen tới hạn Mth sẽ giảm tỉ lệ nghịch với bình phương tần số. Trang 56

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi (2–78) th th 3. Khởi động động cơ không đồng bộ. 3.1. Khởi động trực tiếp Hình 2.31: Sơ đồ nguyên lý mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ ba pha. Các tính chất:  Điều khiển đơn giản, đóng các pha động cơ trực tiếp vào ba pha nguồn bằng công tắc cơ khí.  Dòng khởi động lớn có thể gây sụt áp lưới điện quá mức cho phép, đặc biệt khi động cơ có công suất lớn.  Mômen khởi động chứa thành phần xung khá lớn, có thể gây sốc cơ học, động cơ khởi động không êm. 3.2. Khởi động Sao - Tam giác  Áp dụng cho các động cơ hoạt động được ở chế độ tam giác khi đấu nối vào lưới điện.  Sơ đồ mạch điện (Hình 2.32)  Nguồn điện áp pha U1, Dòng stator và mômen khởi động nếu khởi động trực tiếp dạng tam giác: ∆ 䁞䁞 (2-79) Δ 䁞䁞 (2-80) Dòng qua stator (qua nguồn) lúc khởi động dạng sao: 䁞䁞 (2-81) Trang 57

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Y 䁞䁞 (2-82) Mặt khác: ∆∆ (2–83) So sánh với trường hợp khởi động trực tiếp dòng khởi động qua cuộn stator giảm đi lần, dòng qua lưới nguồn giảm đi 3 lần. Tuy nhiên, mômen khởi động giảm đi 3 lần. Hình 2.32: Sơ đồ nguyên lý khởi động Sao – Tam giác động cơ không đồng bộ ba pha. 3.3. Khởi động dùng biến áp tự ngẫu Nếu không sử dụng máy biến áp tự ngẫu và khởi động trực tiếp, dòng điện qua lưới nguồn và mômen động cơ được xác định theo hệ thức: 즙đ 즙đ 䁞䁞 (2-84) kđ 䁞 䁞 (2-85) Nếu sử dụng máy biến áp tự ngẫu, điện áp khởi động giảm xuống còn n.U, với n < 1. Ta có: 즙đ tͳ tͳ 䁞 (2-86) UBA nU 䁞 즙đ 즙đtͳ 즙đ Trang 58

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi kđBA 䁞 䁞 즙đ (2-87) Giả sử máy biến áp không tiêu hao công suất và hệ số công suất phía sơ và thứ cấp bằng nhau: 3.U1.I LkđBA=3.UBA. IkđBA⇒ ILkđBA = nIkđBA= n2Ikđ = n2ILkđ Hình 2.33: Sơ đồ nguyên lý khởi động động cơ không đồng bộ ba pha dùng BATN. Ví dụ 2.9: Cho động cơ không đồng bộ ba pha rô-to lồng sóc đấu theo dạng tam giác 2200V; 2600kW; 735v/ph; 50Hz; 8 cực; R1 = 0,075Ω; R2’ = 0,1 Ω; X1 = 0,45 Ω; X2’ = 0,55 Ω. a) Xác định độ lớn dòng điện cực đại qua nguồn trong quá trình khởi động và tính tỉ số giữa mô-men khởi động với mô-men định mức cho biết động cơ khởi động sao-tam giác. b) Tính tỉ số biến đổi của máy biến áp tự ngẫu khi thực hiện phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu để giới hạn dòng khởi động ở mức 2 lần giá trị dòng định mức. Mô-men khởi động khi ấy bằng bao nhiêu? Bài giải: 䳌g 홦 䳌g a) 䳌g 䳌䳌 䳌g 홦홦 g ൭ đ h 䳌g䳌 䳌g 䳌g đ 䳌g䳌 đ Trang 59

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi 䳌g 䁞  䳌 h 䳌䳌  g홦 ͳ 즙đ Ta có: 䳌 䳌 t  h 홦g 䁞  gͳ đ đ g 䳌g䳌 䳌 g൭ Dòng điện đầy tải: đ h 䳌䳌 ͳ 䳌 䳌g 䳌g䳌 䳌g䳌 Dòng qua nguồn: đ g gͳ h g 䳌g đ đ 홦g 䳌g䳌 Khi động cơ khởi động ở chế độ sao: 즙đ 䁞㠮 䳌䳌  䳌g 즙đ 䳌g g൭ 즙đ 홦g 즙đ đ g 䳌g g b) Dòng khởi động trực tiếp khi không dùng MBA tự ngẫu 䳌䳌 gͳ 즙đ 䳌g Gọi n là tỉ số MBA, ta có 즙đ đ g 䳌g g Dòng khởi động qua nguồn: 즙đ g 䳌ͳ 䳌g 䳌 gͳ Dòng khởi động qua một pha động cơ: 즙đ Mô-men khởi động: 즙đ 즙đ g 䳌g 䳌൭ 홦g 3.4. Khởi động dùng cuộn kháng hoặc điện trở phụ trong mạch Stator. Trang 60

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Xem sơ đồ Hình 2.34 điện kháng phụ thêm nối tiếp vào cuộn stator. Dòng qua stator (qua nguồn) và mômen lúc khởi động là: 즙đ 즙đ 䁞 h䁞 (2-88) kđ 䁞 h䁞 (2-89) Hình 2.34: Sơ đồ nguyên lý khởi động động cơ không đồng bộ ba pha dùng cuộnkháng. 3.5. Khởi động mềm (soft starter) Hiện nay là phương pháp hiện đại, áp dụng cho động cơ công suất vừa và lớn. Điện áp stator được điều khiển thay đổi liên tục theo thời gian (Hình 2.35). Điện áp stator được điều khiển bởi bộ biến đổi điện áp xoay chiều thông qua điều khiển góc kích của thyristor. Sơ đồ khởi động mềm dùng bộ biến đổi áp ac thể hiện trên Hình 2.35. Mạch sử dụng công tắc bán dẫn để thực hiện đóng điện (SCR, Triac) Ưu điểm: - Mômen khởi động thay đổi mềm (như mômen động cơ một chiều) - Khống chế được dòng khởi động - Đáp ứng nhanh khi đóng và ngắt - Không có vấn đề phát sinh hồ quang Nhược điểm: - Mạch công suất sử dụng linh kiện bán dẫn nên dẫn điện không hoàn toàn khi đóng dẫn đến tổn hao nhiệt. Trang 61

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi - Tương tự, linh kiện bán dẫn ngắt điện không hoàn toàn dẫn đến không hoàn toàn cách ly khi ngắt điện ⇒ sử dụng kết hợp công tắc bán dẫn với công tắc cơ khí.. Hình 2.35: Sơ đồ nguyên lý khởi mềm động cơ không đồng bộ ba pha 4. Đặc tính cơ ở các trạng thái hãm Động cơ xoay chiều không đồng bộ cũng có các phương pháp hãm điện tương tự như động cơ điện một chiều. 4.1. Hãm tái sinh: Khi tốc độ động cơ Đ lớn hơn tốc độ đồng bộ 1 thì động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh. Khi làm việc ở trạng thái động cơ, từ trường quay cắt ngang các thanh dẫn stator và rotor theo chiều như nhau nên các sức điện động stator E1 và rotor E2 trùng pha nhau, còn khi hãm tái sinh, do Đ > 1 nên các thanh dẫn rotor cắt từ trường quay theo chiều ngược lại, vì vậy E1 không đổi chiều, còn E2 có chiều ngược lại với trước đó. Dòng điện rotor có giá trị: .  R ' s.E 2  R ' s.E 2 . R '  j.s.X'2 2  j.s.X'2 2  j.s.X'2 R 2  j.s.X'2 I2 ' 2 (2-90) . s.E .R ' s2 .E 2 .X 2  2 2  j.  s 2 .X I2 R '2  s 2 .X 2 R '2 2 2 2 2 2 Trang 62

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 2.36: Đặc tính cơ hãm tái sinh động cơ không đồng bộ ba pha Do lúc hãm tái sinh s < 0 nên chỉ có thành phần tác dụng của I2 đổi chiều nên mômen đổi chiều, còn thành phần phản kháng vẫn giữ nguyên chiều cũ. Động cơ hoạt động như một máy phát điện song song với lưới, trả công suất tác dụng về lưới, đồng thời tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì từ trường quay và tạo ra mômen hãm ngược chiều quay động cơ. Các động cơ không đồng bộ thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh tần số nguồn hoặc số đôi cực, khi giảm tốc đều có thể hãm tái sinh. Hình 2.37: Đặc tính cơ hãm tái sinh động cơ không đồng bộ ba pha khi giảm tần số shts  1    0 (2-91) 1 M hts  3 . U1 f 2.R'2 (2-92) shts1 (R1  R2' )2  X 2 shts n Các động cơ không đồng bộ làm việc với tải thế năng, khi hạ tải với tốc độ cao Đ> -1 cũng có thể thực hiện hãm tái sinh. Trang 63

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 2.38: Đặc tính cơ hãm tái sinh động cơ không đồng bộ ba pha khi hạ tải với tải thế năng Vì tốc độ động cơ lúc hãm rất lớn nên hãm tái sinh không hãm dừng được mà chỉ hãm ghìm. Hệ số trượt tới hạn và mômen trong trường hợp này là: th (2-93) th (2-94) 4.2. Hãm ngược: 4.2.1. Hãm ngược nhờ đóng điện trở phụ vào mạch rotor: Hình 2.39: Sơ đồ nguyên lý hãm ngược động cơ không đồng bộ ba pha Trang 64

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi khi thêm điện trở vào mạch rotor. Động cơ đang làm việc đối với tải thế năng, để thực hiện hãm, ta đóng điện trở phụ có giá trị đủ lớn Rf vào mạch rôtor, động cơ sẽ chuyển sang đường đặc tính cơ mới với độ cứng giảm xuống, tốc độ giảm nhanh về 0 rồi đổi dấu tăng dần theo chiều ngược lại. Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ rotor dây quấn truyền động cho các tải thế năng. Ví dụ trong một cơ cấu nâng-hạ, động cơ đang nâng tải tại điểma với tốc độ a trên đường đặc tính cơ (1) ở góc phần tư thứ I (Hình 2.40). Để dừng và hạ tải xuống, đóng điện trở phụ có giá trị đủ lớn Rf vào mạch phần ứng, động cơ sẽ chuyển sang làm việc tại điểm b ở cùng tốc độ a trên đường đặc tính cơ (2) với độ dốc rất lớn (độ cứng giảm xuống). Khi đó mômen động cơ MĐ = Mb < Mc nên động cơ giảm tốc độ. Tải vẫn được nâng lên nhưng với tốc độ giảm dần. Điểm làm việc của động cơ dịch từ b xuống c theo đặc tính (2). Tới c thì  = 0, động cơ dừng lại. Nhưng do trọng lượng kéo tải đi xuống ngược với chiều nâng tải ( < 0). Do mômen động cơ sinh ra tại c là MĐ < Mc nên động cơ tiếp tục dịch chuyển theo đặc tính hãm từ c tới dtrong góc phần tư thứ IV. Tại d thì MĐ= Mc, động cơ quay ổn định với tốc độd, hãm ghìm để hạ tải xuống đều. Hình 2.40: Đặc tính cơ động cơ không đồng bộ ba pha hãm ngược khi thêm điện trở phụ vào mạch rotor Ở chế độ này, mômen tải trọng là nguyên nhân làm hạ tải, còn mômen động cơ sinh ra là mômen gây cản trở chuyển động hạ tải xuống nên ngược chiều với tốc độ. Động cơ làm việc ở chế độ máy phát điện. 4.2.2. Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay động cơ: Trang 65

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 2.41: Sơ đồ nguyên lý hãm ngược động cơ không đồng bộ ba pha khi đảo chiều từ trường quay. Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay động cơ được thực hiện thông qua việc đảo thứ tự hai trong ba pha cấp nguồn cho các pha dây quấn stator để đảo chiều từ trường quay, tải động cơ là tải phản kháng. Hình 2.42:Đặc tính cơ động cơ không đồng bộ ba pha hãm ngược khi đảo chiều từ trường quay Giả sử, động cơ rotor dây quấn đang làm việc với tải có mômen phản kháng tại điểm a trên đặc tính cơ tự nhiên (1) (Hình 2.42). Để hãm ngược, ta đảo chiều quay động cơ (nhờ đảo thứ tự cấp nguồn cho các dây quấn stator). Do quán tính cơ, động cơ Trang 66

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi chuyển điểm làm việc từ a trên đặc tính cơ (1) sang b trên đặc tính cơ (2) với cùng tốc độ a, và giảm tốc trên đặc tính (2). Tới điểm c thì Đ = 0, lúc này nếu cắt nguồn cung cấp thì động cơ sẽ dừng. Đoạn bc là đặc tính hãm ngược (MĐ< 0, Đ> 0). Nếu không cắt nguồn khi Đ = 0 thì do mômen động cơ có giá trị lớn hơn mômen cản MĐ>MC nên động cơ lại mở máy quay ngược và bắt đầu tăng tốc theo đặc tính cơ (2) trên góc phần tư thứ III để đến làm việc tại điểm d với tốc độ d ngược chiều với tốc độ trước khi hãm. Vì tải có tính phản kháng, hệ thống sẽ làm việc ổn định tại d. Nhằm làm mềm đặc tính cơ hãm để tăng cường mômen hãm (sao cho Mh≈ 2,5Mđm) và hạn chế dòng điện rotor, song song với quá trình hãm ta đưa thêm điện trở phụ Rf có giá trị đủ lớn vào mạch rotor (đối với động cơ rotor dây quấn), khi đó quá trình hãm động cơ ở trường hợp (2) sẽ diễn ra theo đặc tính cơ (3). Trường hợp điện trở phụ Rf quá lớn, động cơ thực hiện hãm ngược trên đặc tính (4) thì quá trình hãm kết thúc tại điểm c’’, vì tại đó mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản |MĐ| < |MC|, động cơ không thể tăng tốc chạy ngược được. Giá trị điện trở phụ được xác định giá trị theo giá trị dòng điện hãm ban đầu tại b’hoặc b’’. Độ trượt rotor tại thời điểm xảy ra hãm ngược: s hn  1   1  (2-95) 1 1 Mô men hãm ngược: M hn  3 . U1f 2 .(R'2 R'f ) s hn   1 (R1  R '  R 'f )2 X 2 (2-96) 2 n s hn 4.3. Hãm động năng Giống như động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ cũng có 2 trạng thái hãm động năng là hãm động năng kích từ độc lập và hãm động năng tự kích từ. 4.3.1. Hãm động năng kích từ độc lập. Trang 67

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 2.43:Sơ đồ nguyên lý hãm động năng kích từ độc lập động cơ không đồng bộ ba pha Trạng thái hãm động năng kích từ độc lậpxảy ra khi động cơ đang làm việc, ta cắt mạch stator động cơ khỏi lưới điện xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều để tạo ra từ trường không đổi trên stator (Từ trường này có thể điều chỉnh giá trị bằng cách thay đổi dòng kích từ nhờ Rkt (Hình 2.43). Rotor của động cơ do quán tính vẫn tiếp tục quay theo chiều cũ,nên các thanh dẫn rotor cắt ngang từ trường đứng yên và sinh ra sức điện động cảm ứng e2. Do rotor kín mạch nên xuất hiện dòng điện i2 chạy trong rotor. Chiều của dòng điện i2 và sức điện động e2 được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Dòng điện cảm ứng này lại tương tác với từ trường một chiều sinh ra lực điện từ ngược chiều quay rotor tạo thành mômen hãm làm tốc độ rotor giảm nhanh. Phần động năng còn lại chuyển hóa thành điện năng tiêu thụ trên tổng trở mạch rotor (bao gồm điện trở của dây quấn rotor và điện trở nối thêm vào mạch rotor (nếu có). Hình 2.44: Đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập động cơ không đồng bộ ba pha Giả sử trước khi hãm, động cơ làm việc tại điểm a trên đặc tính cơ (1) (Hình 2.44), khi hãm động năng nếu tải có tính phản kháng thì mômen hãm ban đầu sẽ rất nhỏ, Trang 68

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính (2) ở góc phần tư thứ II, năng lượng động cơ tiêu hao nhanh chóng, nên tốc độ giảm nhanh trên đoạn bO (đặc tính hãm) và bằng 0 tại O. Ngược lại, nếu tải có tính thế năng thì mômen hãm ban đầu có giá trị lớn hơn, động cơ bắt đầu quá trình hãm tại điểm b1trên đặc tính (3). Vì mômen âm nên tốc độ động cơ giảm trên đoạn b’O, nhưng tại O, khi tốc độ bằng 0,trọng lượng tải sẽ kéo động cơ quay ngược theo đoạn đặc tính (3) trong góc phần tư thứ IV, động cơ tăng tốc theo chiều ngược lại cho đến điểm c có mômen động cơ cân bằng với mômen tải và ổn định tốc độ tại đó (ôđ) (quá trình hãm ghìm hạ tải xuống đều). Điện trở phụ mạch rotor và dòng kích từ một chiều cấp cho stator lúc hãm động năng có ảnh hưởng nhất định tới hình dạng của các đặc tính cơ khi hãm. Trên Hình 2.44, các đặc tính hãm (2) và (3) có cùng giá trị điện trở hãm trong mạch rotor (Rh2 = Rh3) nhưng các dòng kích từ có giá trị khác nhau (Ikt2 < Ikt3). Các đặc tính hãm (3) và (4) có cùng một dòng kích từ (Ikt3 = Ikt4) nhưng khác giá trị điện trở hãm trong mạch rotor (Rh3 < Rh4). Xác định dòng điện dc và mômen hãm động năng: Để xác định dòng điện dc và mômen hãm, ta có thể sử dụng phương pháp quy đổi tương đương sức từ động. Tức là cuộn dây stator nối vào nguồn một chiều nhưng ta xem như đấu vào nguồn xoay chiều có giá trị bằng dòng điện stator I1. Điều kiện đẳng trị là sức từ động do dòng một chiều sinh ra (Fmc) bằng sức từ động do dòng điện xoay chiều đẳng trị sinh ra (Fxc). Fmc = Fxc 㠮 WI (2-97) aW Imc (2-98) a: Là hệ số phụ thuộc vào sơ đồ mạch đấu dây khi hãm động năng (thể hiện trên Hình 2.45) Trang 69

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình a) b) c) d) e) Điện trở 2R1 3R1 R1 1.5R1 0.5R1 Hệ số A Hình 2.45: Các sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập động cơ không đồng bộ ba pha Từ (2-98) và (2-99) ta có: W I aW Imc I a Imc AImc Aa (2-99) Như vậy từ phương trình (2-100) ta cần xác định hệ số A. Từ đó tính được dòng điện một chiều (Imc) để chọn công suất của biến áp và linh kiện chỉnh lưu của bộ nguồn hãm động năng theo tùy theo công suất của động cơ (Hình 2.46). Lưu ý: Điện áp U- = (0.2 0.5)Uph Hình 2.46: Sơ đồ nguyên lý hãm động năng động cơ không đồng bộ ba pha dùng biến áp và bộ chỉnh lưu. Trang 70

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Ví dụ tính toán hệ số A Hình 2.45: - Hình a: Ta có sức từ động tổng một chiều như sau: Fmc W Imc cos 䳌䳌 W Imc cos 䳌䳌 W Imc W Imc →A - Hình b: W Imc cos 䳌䳌 W Imc Fmc W Imc →A Tương tự tính cho các hình c; d; e. Ở trạng thái hãm động năng kích từ độc lập dòng điện một chiều không đổi nên dòng điện xoay chiều đẳng trị cũng không đổi, nguồn cấp cho stato là nguồn dòng. Mặt khác, vì tổng trở trong mạch rotor thay đổi theo tốc độ nên dòng I’2 và dòng từ hóa Im cũng thay đổi theo. Hình 2.47: Sơ đồ thay thế tương đương khi hãm động năng kích từ độc lập. Gọi S =ωω I I Xm hay I ImXmS (2-100) R jX R 䁞 SX 䁞 S Ta có đồ thị vectơ dòng điện như sau: Xét tam giác OAB ta có: Trang 71

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi OB2 = OA2 + BA2 hay 䁞 䁞 (2-101) sinφ XS 䁞 (2-102) R 䁞 SX 䁞 Từ (2-102) ta có: (2-103) 䁞 (2-104) Từ (2-100) đến (2-104) ta có: (2-105) I Im XmX S XmS R 䁞 SX 䁞 R 䁞 SX 䁞 R 䁞 SX 䁞 Im I R 䁞 SX 䁞 XmX S XmS R 䁞 SX 䁞 (2-106) I R 䁞 S X Xm䁞 Thay (2-107) vào (2-101) ta có: Xm䁞 (2-107) I I XmS R䁞 S X Theo Hình 2.44 quá trình hãm xảy ra ở góc phần tư thứ II nên Mhđn< 0 và có giá trị là: Mhđn IR hay Mhđn I XmSR (2-108) ωS ω R 䁞 S X Xm䁞 Bằng cách lấy đạo hàm theo biến S, ta xác định độ trượt Shth, tại đó mômen hãm cực đại: Shth X R Xm và Mhđn max I Xm (2-109) ω X Xm䁞 4.3.2. Hãm động năng tự kích từ Trong phương pháp hãm động năng kích từ độc lập, từ trường lúc hãm được tạo ra nhờ nguồn một chiều độc lập bên ngoài và có giá trị không đổi. Còn đối với phương pháp hãm động năng tự kích từ, từ trường lúc hãm được tạo ra từ năng lượng động cơ đã tích lũy được trong chuyển động biến đổi thành điện năng (tạo ra dòng điện cảm ứng xoay chiều trên phần ứng qua bộ chỉnh lưu thành dòng một chiều) cấp cho mạch Trang 72

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi kích từ. Do đó, khi tốc độ động cơ giảm thì sức điện động cảm ứng giảm theo làm cho từ trường hãm biến thiên giá trị và suy yếu nhanh khiến cho quá trình hãm thiếu hiệu quả. Hình 2.48: Sơ đồ nguyên lý hãm động năng tự kích từ. 4.3.3. Hãm động năng bằng bộ tụ điện Trong kỹ thuật, đối với các động cơ không đồng bộ công suất nhỏ người ta sử dụng phổ biến phương pháp hãm động năng bằng bộ tụ điện nhằm kết thúc nhanh chuyển động của rotor, rút ngắn hành trình hãm, nâng cao độ chính xác khi dừng. Đây là phương pháp cho hiệu quả hãm tốt hơn các phương pháp hãm đã nêu trên. Hình 2.48 trình bày sơ đồ nguyên lý kết nối mạch động cơ hãm động năng bằng bộ tụ điện. Trong sơ đồ kết nối này, các tụ điện được nối hình  và được mắc song song với động cơ. Khi động cơ làm việc với tốc độ tốc độ a tại điểm a trên đặc tính cơ làm việc (1) (Hình 2.49), bộ tụ điện C nhận năng lượng trực tiếp từ nguồn vàtự động tích nạp đầy điện tích. Khi động cơ được cắt ra khỏi lưới điện thì các tụ điện này sẽ thực hiện quá trình phóng điện qua dây quấn stator tạo ra từ trường quay trên stator động cơ với tốc độ không tải lý tưởng ’1 thấp hơn rất nhiều so với tốc độ làm việc avà tốc độ không tải lý tưởng 1 của đặc tính cơ (1). Bởi vì a>’1 nên động cơ chuyển sang trạng thái hãm tái sinh tại điểm b trên đường đặc tính cơ (2) và giảm nhanh tốc độ theo đường này để xuống đến giá trị ’1. Trang 73

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 2.49: Sơ đồ nguyên lý hãm động năng tự kích từ dùng tụ điện. Hình 2.50:Đặc tính cơ hãm động năng tự kích từ dùng tụ điện Trị số điện dung của bộ tụ điện càng lớn thì mômen hãm ban đầu càng lớn, tốc độ không tải lý tưởng ’1 càng nhỏ (như trường hợp đường đặc tính (3) trên Hình 2.50), khi đó quá trình hãm có xu hướng kéo nhanh tốc độ động cơ hạ xuống giá trị thấp hơn (’’1<’1), và vì thế, việc hãm cũng trở nên đạt hiệu quả hơn. Để giá trị dòng điện hãm ban đầu không vượt quá dòng điện mở máy, cần chọn bộ tụ điện có điện dung thỏa công thức: Trang 74

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi C = 3185k Im {F} (2-110) U đm Trong đó: Im: dòng từ hóa một pha của động cơ, (A) Uđm: điện áp định mức, (V) k: hệ số quyết định mômen hãm hay dòng điện hãm ban đầu (k = 4  6) Quá trình hãm bằng bộ tụ điện kết thúc khi tốc độ động cơ giảm xuống còn 30%  40% tốc độ định mức, và lúc này động năng dự trữ trong quá trình làm việc trước đó của động cơ hầu như đã bị tiêu tán tới trên 3/4 giá trị. Trên thực tế, để thực hiện quá trình hãm dừng động cơ với hiệu quả tốt nhất, người ta thường phối hợp đồng thời cả hai phương pháp hãm động năng kích từ độc lập và hãm động năng dùng tụ điện. Trang 75

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG II 1/ Có thể biểu diễn đặt tính cơ của động cơ điện một chiều dưới máy dạng? Viết phương trình của các dạng đó. 2/ Nêu các phương pháp tính điện trở khởi động của động cơ một chiều kích từ độc lập, song song. Viết các công thức tính toán. 3/ Nếu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, kích từ nối tiếp, động cơ không đồng bộ. 4/ Nêu các trạng thái hãm động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ. Vẽ sơ đồ đấu dây và đặc tính cơ cho từng phương pháp. 5/ Tại sao phải thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng khi khởi động động cơ?. 6/ Nêu ứng dụng thực tế của từng phương pháp hãm. Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập với thông số: K∅đm=3,0Vs/rad; Uưđm=200V; Iưđm=5A, =0,8 a. Xác định các thông số Mđm, Mkđ, Iưkđ khi nguồn điện cấp bằng định mức. b. Xác định điện áp nguồn điện cấp để dòng khởi động bằng 6 lần giá trị định mức. c. Trong trường hợp giảm dòng khởi động bằng điện trở phụ nối tiếp với phần ứng, xác định giá trị điện trở phụ để đạt giá trị dòng như câu b. Đáp số Mđm = 15 Nm Mkđ = 150 Nm Iưkđ = 50 A U = 120 V Rf = 2,67 Ω Bài 2: Cho động cơ một chiều kích từ song song với các thông số sau: KΦđm=3,0Vs/rad; Uưđm=200V; Iưđm=10,5A; nđm=620vòng/phút; Rư=0,5Ω; Rkt=400Ω; Mc=Mđm. Tính vận tốc động cơ khi nguồn điện cung cấp Ud=175V. Giả thiết mạch từ tuyến tính và mômen tải không đổi. Đáp số nđc = 540 vòng/phút Bài 3: Một động cơ điện một chiều kích từ độc lập đang làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên với Mc=30Nm. Động cơ có các thông số sau: Uđm=220V, Iđm=30A, nđm=1000vòng/phút, Pđm=4KW. Xác định trị số điện trở phụ cần thêm vào để động cơ Trang 76

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi đổi chiều quay sang tốc độ n=-800vòng/phút và vẽ đặc tính cơ khi tốc độ n=- 800vòng/phút. Đáp số Rf = 7,9964 Ω Bài 4: Một động cơ kích từ độc lập có các thông số sau: Pđm=10KW, Uđm=110V, Iđm=100A, nđm=500vòng/phút. Trang bị cho một cơ cấu nâng đang làm việc trên đường đặc tính tự nhiên với phụ tải Mc=0,8Mđm và động cơ đã nâng hàng xong. Hãy vẽ đặc tính cơ và xác định Rf cần nối vào mạch phần ứng để động cơ hạ tải với tốc độ bằng 1/2 tốc độ nâng. Đáp số Rf = 1,9875 Ω Bài 5: Một động cơ một chiều kích từ độc lập có các tham số sau: Pđm=4,2KW, Uđm=220V, Iđm=20A, nđm=500vòng/phút, Rư=0,25Ω được trang bị cho một cơ cấu nâng. Khi động cơ đang nâng tải trên đặc tính cơ tự nhiên. Người ta đọc được giá trị dòng điện chạy trong mạch phần ứng 21A. Để dừng tải lại người ta sử dụng hãm động năng kích từ độc lập. a. Hãy vẽ đặc tính cơ và xác định trị số điện trở hãm dùng để nối kín mạch phần ứng sao cho dòng điện hãm ban đầu nằm trong phạm vi cho phép. b. Hãy vẽ đặc tính cơ và xác định giá trị R dùng để nối kín mạch phần ứng để động cơ hạ tải trong trạng thái hãm động năng với tốc độ hãm bằng 1/2 tốc độ nâng. Đáp số Rf = 4 ÷ 5 Ω Rf = 15,3 Ω Bài 6: Một động cơ kích từ độc lập có Pđm=10KW, Uđm=110V, Iđm=100A, nđm=500vòng/phút. Đang làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên với phụ tải Mc=0,8Mđm. Khi động cơ đang làm việc ổn định thì đột ngột điện áp giảm xuống còn 90V. Xác định dòng điện chạy qua phần ứng động cơ và vẽ đặc tính cơ của động cơ tại thời điểm điện áp vừa thay đổi. Đáp số Iư = 80 A Bài 7: Một động cơ một chiều kích từ độc lập có Pđm=4KW, Uđm=220V, Iđm=20A, n=1000vòng/phút. Động cơ khởi động với Mc=0,8Mđm. Dòng điện lớn nhất trong quá trình khởi động I1=50A, I2=Iđm. Hãy xác định số cấp khởi động và xác định giá trị của R cần cắt ra khi chuyển đặc tính. Đáp số Trang 77

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi m = 2 cấp Rf1 = 0,75 Ω Rf2 = 1,875 Ω Bài 8: Cho động cơ một chiều kích từ nối tiếp 220V chạy thuận chiều kim đồng hồ với tốc độ 1000 vòng/phút và có dòng điện qua mạch phần ứng bằng 100A. Điện trở mạch kích từ và mạch phần ứng đều bằng nhau và bằng 0,05. Động cơ kéo tải với mômen không đổi. Hãy xác định giá trị và chiều quay của vận tốc, xác định giá trị dòng điện qua phần ứng nếu ta thực hiện đảo các cực nguồn điện cấp và phần ứng, số cạnh tác dụng cuộn ứng giảm còn 80%. Đáp số Iư = -123,2 A Bài 9: Một động cơ một chiều kích từ nối tiếp đang làm việc ở trạng thái động cơ trên đường đặc tính cơ tự nhiên, người ta đo được dòng điện chạy qua động cơ bằng 18A. Để hãm dừng nhanh động cơ, người ta áp dụng biện pháp đảo ngược cực tính điện áp phần ứng và nối thêm Rf. Hãy tính giá trị điện trở phụ Rf để dòng điện hãm ban đầu ≤2,5Iđm. Thông số của động cơ: Pđm=4KW; Uđm=220V; Iđm=20A; nđm=500vòng/phút, Rư=0.84Ω Đáp số Rf = 7,44 Ω Bài 10: Một động cơ điện không đồng bộ ba pha có thông số sau: Pđm=60KW, nđm=720vòng/phút, fđm=50Hz, λm=2,2, 2p=8. a. Hãy xác định tốc độ của động cơ khi mômen phụ tải đặt lên trục động cơ MC=0,8Mđ. b. Khi động cơ mở máy trực tiếp thì mômen khởi động của động cơ là bao nhiêu? Đáp số nđc = 728 vòng/phút Mkđ = 578,52 Nm Bài 11: Một động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha có các thông số sau: Pđm=7,5KW, nđm=945vòng/phút, f=50Hz, λm=2,5, 2p=6, Iđm=20A, Uđm=380V. a. Hãy xác định mômen mở máy của động cơ khi mở máy trực tiếp. b. Tốc độ của động cơ khi động cơ làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên với MC=0,8Mđm. Đáp số Mkđ = 92,3 Nm nđc = 960 vòng/phút Trang 78

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Bài 12: Một động cơ một chiều kích từ độc lập có các thông số sau: Pđm=25KW, nđm=500vòng/phút, Iđm=120A, Uđm=220V. Mômen quán tính của Rotor JA=3,7kgm2, Mc=382Nm, Jqđ=6,3kgm2. Động cơ khởi động gián tiếp qua các cấp Rf và dòng điện lớn nhất trong quá trình khởi động là: I1=2,5xIđm=300A. Hãy xác định các cấp Rf. Đáp số Rf1 = 0,075 Ω Rf2 = 0,1875 Ω Rf3 = 0,46875 Ω Bài 13: Một động cơ điện không đồng bộ ba pha Rotor dây quấn đang làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên với Mc=23,7Nm. Các số liệu của động cơ như sau: Pđm=2,2KW, nđm=885vòng/phút, λm=2,3, 2p=6, Iđm=12,8A, Uđm=220V, f=50Hz, E2=135V. a. Xác định tốc độ động cơ khi thêm vào Rotor điện trở bằng 1,5Ω. b. Tính Rf cần thiết thêm vào khi động cơ làm việc với tốc độ n=-300vòng/phút. Đáp số nđc = 730 vòng/phút Rf = 13,542 Ω Trang 79

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ I. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 1. Các nguyên lý điều khiển động cơ điện một chiều 1.1. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển v.v… Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng luợng điện xoay chiều thành một chiều, điều khiển thay đổi được điện áp ngõ ra cấp cho động cơ (cụ thể ở hình 3-1 là BBĐ). Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều theo nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng. Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau: ϕđm ư (3-1) ϕđm ư ư (3-2) đ đ䁞 Ud: là tham số điều khiển. Phạm vi điều khiển vận tốc: từ 0 đến vận tốc định mức Phương pháp điều khiển phần ứng cho hiệu suất làm việc cao. 1.2. Nguyên lý điều chỉnh từ thông Phương pháp được sử dụng khi có nhu cầu điều khiển vận tốc động cơ lớn hơn giá trị định mức. Lúc đó, điện áp phần ứng động cơ được duy trì không đổi ở giá trị định mức và điều chỉnh vận tốc bằng cách thay đổi dòng kích từ. Phương trình mô tả: Trang 80

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi (3-3) đ ư (3-4) ϕkt Φư đ ư 즙t 즙t䁞 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều theo nguyên lý điều chỉnh từ thông Áp dụng: để điều khiển vận tốc lớn hơn giá trị định mức (giảm kích từ) – thường đến 2 lần định mức và trong trường hợp đặc biệt có thể đạt đến 6 lần. Khi điều khiển tăng vận tốc lớn hơn định mức, để động cơ không bị quá tải thì mômen tải phải giới hạn (bị giảm) trong phạm vi cho phép thiết lập bởi đường cong quá tải. Kết hợp điều khiển thay đổi điện áp nguồn DC và từ thông kích từ: giữ từ thông định mức và thay đổi nguồn DC khi điều khiển vận tốc trong giới hạn nhỏ hơn giá trị vận tốc định mức và giữ điện áp bằng định mức, giảm từ thông kích từ khi điều khiển vận tốc trên giá trị định mức- xem đặc tính điều khiển trên Hình 3.3. Hình 3.3: Đặc tính kết hợp điều chỉnh điện áp và từ thông 1.3. Nguyên lý điều chỉnh thay đổi điện trở phụ mắc nối tiếp phần ứng Là phương pháp điều khiển vận tốc động cơ trong phạm vi dưới vận tốc định mức. Điện áp phần ứng và từ thông mạch kích từ có độ lớn không đổi (bằng định mức). Điện trở phụ mắc nối tiếp mạch phần ứng Rfcó thể được điều khiển dạng nhảy cấp (sử dụng contactor) hoặc liên tục (ví dụ điều khiển bằng bán dẫn). Trang 81

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều theo nguyên lý điều chỉnh điện trở phần ứng. đ ư (3-5) ϕđm ϕđm ư đư (3-6) đ đ䁞 Vì là phương pháp kém hiệu quả do gây tổn hao trên điện trở nên chỉ thích hợp cho truyền động kéo mômen tải gián đọan dạng xung. Rất ít khi được sử dụng. 2. Các hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện một chiều. 2.1. Hệ thống máy phát – động cơ (hệ F – Đ) Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy phát – động cơ. (3-7) Phương trình đặc tính cơ của hệ thống F-Đ (3-8) ư Φ Φư ư Φ䁞 Khuyết điểm: - Công suất lắp đặt lớn. Trang 82

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi - Từ dư của máy phát làm ảnh hưởng đến việc điều chỉnh động cơ đến tốc độ thấp. 2.2. Hệ thống chỉnh lưu- động cơ Để tạo ra bộ nguồn một chiều có điện áp thay đổi được, ngoài các máy phát điện một chiều, người ta còn dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển. Vào những năm cuối của thập niên bảy mươi, khi công nghệ chế tạo chất bán dẫn phát triển, đặc biệt là các tiristor chịu được dòng điện lớn và điện áp cao thì các bộ chỉnh lưu tiristor ra đời. Các bộ chỉnh lưu này ngày càng phát triển mạnh mẽ vì có những ưu điểm nổi bật so với dùng nguồn máy phát một chiều hoặc chỉnh lưu dùng đèn khí: - Có thể tạo ra những bộ nguồn công suất lớn hàng ngàn Kw mà các máy phát điện hoặc đèn thủy ngân cơ khí không thể tạo ra được. - Tổn thất điện áp trên linh kiện rất bé, chỉ khoảng từ 0,5V đến 1,5V. - Độ nhạy của hệ thống cao vì có tính quán tính điện từ bé. - Làm việc được ở những nơi di chuyển, chấn động mà máy phát điện, đèn khí, thủy ngân khó thực hiện được. - Hiệu suất cao. - Hệ thống chỉnh lưu được phân chia thành nhiều loại: chỉnh lưu một pha hay ba pha, đối xứng hay không đối xứng, có điều khiển hay không điều khiển. 2.2.1. Hệ thống chỉnh lưu có điều khiển một pha Dạng mạch Điện áp ngõ ra Công Góc phần tư suất hoạt động 䁞 Dưới 0.5Kw Chỉnh lưu tia một pha Đến 䁞 75Kw Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần Trang 83

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Đến 75Kw Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển toàn phần Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu – động cơ một pha có điều khiển. 2.2.2. Hệ thống chỉnh lưu có điều khiển ba pha Dạng mạch Điện áp ngõ ra Công Góc phần tư suất hoạt động Đến 50Kw Chỉnh lưu tia ba pha Đến 䁞 100Kw Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển bán phần Đến 150Kw Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển toàn phần Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu – động cơ ba pha có điều khiển. Trang 84

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi 2.2.3. Hệ thống chỉnh lưu kép Công Góc phần tư hoạt Dạng mạch suất động Đến 150Kw Chỉnh lưu kép một pha Đến 1500Kw Chỉnh lưu kép ba pha Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu kép có điều khiển. Phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ cho các bộ chỉnh lưu là: ư (3-9) ϕ ϕư ư (3-10) 䁞 Lưu ý:Khi sử dụng bộ chỉnh lưu nào thì ta thay Ud bằng các công thức trong hình 3-6 và hình 3-8 Các thông số đánh giá chất lượng hệ thống BBĐ-ĐCDC 1. Đặc tính cơ của hệ thống 2. Tính chất dòng điện phần ứng: liên tục hoặc gián đoạn? 3. Dòng phần ứng trung bình: ư t ưt (3-11) t (Với động cơ DC kích từ độc lập: M Iư). 4. Dòng phần ứng hiệu dụng: ưh t ưt (3-12) t (Tổn hao đồng phần ứng Iưhd). 5. Dòng phần ứng đỉnh iưmax : sự chuyển mạch ở cổ góp động cơphụ thuộc giá trị iưmax. Trang 85

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Các thông số đặc trưng ảnh hưởng của hệ lên nguồn cung cấp: 1. Hệ số công suất (HSCS) ngõ vào BBĐ (nếu điện áp ngõ vào hình sin): tht t (3-13) 2. Hệ số méo dạng (THD-Total Harmonic Distortion) dòng ngõ vào BBĐ: 䁞 (3-14) h 䳌䳌 䳌䳌 Lưu ý: Dùng phân tích Fourier, dòng điện i có thể phân tích thành: thành phần trung bình và các hài từ bậc 1 trở lên: 䳌 sin  t 䁞 (3-15) Hiện tượng chuyển mạch(Xảy ra khi xét đến cảm kháng nguồn Ls) Xét bộ chỉnh lưu 1 pha điều khiển toàn phần, dòng Id liên tục và phẳng chuyển mạch từ T3,T4 sang T1,T2 Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu có xét đến cảm kháng nguồn Ls. Hình 3.10: Dạng sóng dòng điện và điện áp của mạch chỉnh lưu 1 pha Trang 86

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi điều khiển toàn phần. Thông qua dạng sóng điện áp ra Ud ta thấy tại vị trí góc chuyển mạch Ud =0, do đó điện áp trung bình của ngõ ra khi tính đến hiện tượng chuyển mạch sẽ là: (3-16) ∆ Sụt áp trung bình do chuyển mạch:  Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần: ∆ (3-17)  Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần: ∆ (3-18)  Chỉnh lưu tia 3 pha: ∆ (3-19)  Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần: ∆ (3-20)  Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần: ∆ (3-21) Trong đó: t 䁞䁞 (3-22) Góc chuyển mạch μ tính từ công thức: (3-23) ∆ 䁞㠮 cos  Trong đó:Udmax là điện áp ra cực đại của bộ chỉnh lưu (α = 0). Góc kích tối đa của bộ chỉnh lưu khi kể tới chuyển mạch: 䁞㠮 䁞㠮 (3-24) Trong đó: δ là góc tắt của SCR (tương ứng với thời gian tắt toff của SCR). Ví dụ 3.1: Các số liệu nguồn 3 pha và động cơ: áp dây UL=220V, Kϕ=1,59 V.s/rad, Rư=0.2, f=60 Hz. Giả thiết dòng qua động cơ phẳng. a. Bỏ qua cảm kháng nguồn Ls=0, xác định hàm điện áp chỉnh lưu trung bình theo góc; với α=300 hãy xác định vận tốc động cơ, cho biết dòng điện qua động cơ Iư=50A. b. Nếu xét đến cảm kháng nguồn Ls ≠ 0. Hãy xác định vận tốc động cơ và góc chuyển mạch γ nếu cho biết Iư=50A, α=300 và Ls=1mH. Trang 87

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ba pha điều khiển toàn phần. Bài giải: a. Do chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển toàn phần nên điện áp trung bình ngõ ra theo hình3-11 là: 䳌 䳌䳌 g Theo công thức (3-9) ta có: ư g 䳌g 䳌 g 䁞  g g ϕ ϕư b. Khi xét dến cảm kháng nguồn Ls thì hiện tượng chuyển mạch sẽ xét đến: Độ sụt áp do hiện tượng chuyển mạch gây ra là: ∆ 䳌䳌 䳌 g홦 Udcm=Ud - ∆ =257,4 – 19,8=237,6V ϕ ư g 䳌g 䳌 g 䁞  g g ϕư Theo công thức (3-23) ta có: ∆ 䁞㠮 cos 䁞 䁞㠮 䳌䳌 䳌 g g홦 g 䳌䳌 cos 䳌䳌 䁞 cos 䳌䳌 䳌䳌 g홦 Hay 䳌䳌 g 䳌 g홦 䳌 g홦 䳌 3. Hệ thống Chopper- động cơ 3.1. Bộ Chopper giảm áp (Chopper lớp A) Trong thời gian đóng khóa bán dẫn S, phần ứng động cơ mắc vào nguồn áp. Trong thời gian khóa bị ngắt, dòng điện phần ứng khép kín qua diode D (Hình 3.12). Quá trình điện áp và dòng điện được vẽ trên Hình 3.13. Trang 88

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý mạch Chopper giảm áp và góc phần tư hoạt động. Hình 3.13: Dạng sóng dòng điện và điện áp phần ứng của bộ Chopper giảm áp a. Chế độ dòng liên tục. b.Chế độ dòng gián đoạn Phương trình điện áp: 䳌䁞 (3-25) t 䳌 γ: là tỉ số thời gian đóng của bộ Chopper. Phương trình đặc tính cơ là: Trang 89

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi ư (3-26) (3-27) 䁞 Phương trình dòng điện: ư ư 䳌 t ư ưư t ư t ư ưư ư t Nghiệm của phương trình trên là: ư ưͳ ưt 䳌 t ư ư ưt (3-28) ư ͳ ư 䁞 t ư ư Điều kiện tới hạn iư(0) = imin, iư'(T) = imin và iư(Ton) = iư'(Ton) = Imax.. Hệ số A, A’ và Ton được tính như sau: ͳư (3-29) (3-30) ư (3-31) ͳ ư 䁞㠮 ư ͳ ưư ưͳ Ví dụ 3.2: Cho động cơ DC kích từ độc lập với số liệu Rư=1, Kϕ=1,2[V.s/rad], được cung cấp bởi bộ giảm áp có nguồn DC 200V. Cho biết dòng qua phần ứng không đổi bằng 20A. Xác định: a. Tỉ số thời gian đóng khi vận tốc thay đổi từ 0 đến cực đại b. Vận tốc cực đại. Bài giải: a. Điện áp trung bình của tải: Ud=γ.Us=120γ 䳌 ư䳌 ư ưư Trang 90

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi ưư 䳌 䳌 䳌 䳌 䳌䳌 Khi vận tốc đạt giá trị lớn nhất, điện áp phần ứng là lớn nhất tức nằng 200V, γmax=1). Như vậy, tỉ số thời gian đóng thay đổi trong phạm vi từ 0.1 đến 1. b. Vận tốc cực đại: 䁞㠮 ư ư 䳌䳌 䳌 䳌 䁞  ϕϕ 䁞㠮 Ví dụ 3.3: Cho hệ thống truyền động DC như ví dụ 3.2 và giả thiết rằng tỉ số thời gian đóng là = 0.3, hãy xác định quá trình dòng điện qua phần ứng khi vận tốc động cơ bằng 1600v/ph. Tần số đóng ngắt của Chopper fc=50Hz, Lư=5mH, Imin =0. Hãy xác định tần số Chopper cần thiết để dòng điện qua tải ở ranh giới giữa dòng gián đoạn và dòng liên tục với cùng thời gian đóng như câu trên. Bài giải: Phương trình dòng điện phần ứng. 䁞 ó 䳌 䳌䳌 䳌 䳌䳌 Ta có ư ϕω 䳌䳌 䳌 䳌 䳌䳌 ϕω ư ư 䳌 䳌 t Theo công thức 3-28: ư ͳ ưt 䳌 ư ư ư ư ͳ ưt 䁞 t ư ư ư ư 䳌ͳ 䳌t 䳌 t ư 䳌ͳ 䳌t t䳌 ư䳌 䳌 䳌 ͳ ͳ 䳌 ͳ䁞 Trang 91

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi ư ư ͳ䳌 䳌䳌 ͳ Vậy ta có phương trình dòng điện phần ứng là: ư 䳌 䳌 䳌䳌t 䳌 t ư䳌 䳌䳌 t 䳌 t䳌 Tần số đóng cắt để dòng qua tải là ranh giới giữa dòng gián đoạn và dòng liên tục. ưt 䳌 䳌 䳌䳌 t 䳌 䳌 䳌t 䳌 䳌䳌 t 䳌 䳌䳌 䳌 t=6,337ms Tần số đóng cắt là: f t g ms g홦Hz 3.2. Bộ Chopper tăng áp (Chopper lớp B) Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý mạch Chopper tăng áp và góc phần tư hoạt động. Hình 3.15: Dạng sóng dòng điện và điện áp phần ứng của bộ Chopper tăng áp Áp dụng khi động cơ thực hiện chế độ hãm tái sinh –xem H3.14, 3.15. Trang 92

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Trị trung bình điện áp tải: 䁞 䳌䁞 (3-32) t Phương trình đặc tính cơ biểu diễn qua tham số điều khiển: (3-33) 䁞ư 䁞 Phạm vi làm việc của bộ biến đổi xảy ra với dòng điện qua tải âm, tức nằm trong vùng hãm tái sinh. Trong mặt phẳng (-M), đặc tính cơ nằm trong góc phần tư thứ hai. 3.3. Bộ Chopper đảo dòng(Chopper lớp C) Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý mạch Chopper đảo dòng và góc phần tư hoạt động. Hình 3.17: Dạng sóng dòng điện và điện áp phần ứng của bộ Chopper đảo dòng Bộ Chopper đảo dòng có thể dùng để điều khiển vận tốc động cơ một chiều kích từ độc lập. Giản đồ điều khiển linh kiện có thể thực hiện theo hai phương án: Phương án thứ nhất: cho phép điều khiển riêng chế độ động cơ bằng khóa S1 (S2 bị ngắt) và điều khiển hãm động cơ bằng khóa S2 (khóa S1 ngắt). Phương pháp thứ hai: cả hai khóa S1 và S2 đều được kích theo qui tắc kích đối nghịch. Phương án này cho dòng tải liên tục qua điểm zero, mạch điều khiển đơn giản. Trang 93

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Tuy nhiên, cần hạn chế khả năng dòng điện ngắn mạch từ nguồn qua hai khóa S1, S2 xảy ra do quá trình chuyển mạch giữa hai khóa nói trên. Phương trình đặc tính cơ của truyền động mắc vào bộ biến đổi kép đảo dòng tương tự như đối với bộ giảm áp. Tuy nhiên, do dòng điện có thể đảo chiều, phạm vi hoạt động của đặc tính xảy ra trong cả góc thứ hai của mặt phẳng (-M). t 䳌 ư (3-34) 䳌 䁞 3.4. Bộ Chopper đảo áp (Chopper lớp D) Bộ Chopper đảo áp có khả năng cung cấp nguồn điều khiển cho động cơ hoạt động trong góc phần tư thứ nhất và góc phần tư thứ tư của mặt phẳng tải (M,-). Chẳng hạn, nó làm nguồn cấp cho động cơ hoạt động với vận tốc dương ở chế độ động cơ và thực hiện chế độ hãm cho động cơ hoạt động với vận tốc âm. Từ đó, có thể sử dụng nó để điều khiển cầu trục với chế độ động cơ khi nâng tải và chế độ hãm khi hạ tải (thế năng). Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý mạch Chopper đảo áp và góc phần tư hoạt động. Hình 3.19: Dạng sóng dòng điện và điện áp phần ứng của bộ Chopper đảo áp 0.5<γ<1 Trang 94

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi Hình 3.20: Dạng sóng dòng điện và điện áp phần ứng của bộ Chopper đảo áp 0<γ<0.5 Có nhiều cách điều khiển bộ Chopper Hình 3-18. Sau đây sẽ khảo sát phương pháp thường sử đụng nhất. Quy luật điều khiển các khoá bán dẫn S1 và S2 theo phương pháp này như sau: - S1 và S2 đựơc kích dẫn lệch pha một khoảng thời gian T. - Chu kỳ đóng cắt mỗi khoá bán dẫn là 2T. - Mỗi khoá bán dẫn S1 và S2, được kích dẫn trong khoảng 2T - Do đó trên Hình 3.18, S1 sẽ được kích dẫn tại t=0 và kích tắt tại t =2  T, S2 được kích dẫn tại t=T và kích tắt tại t= T + 2 T . Đồ thị điện áp và dòng điện ngõ ra bộ Chopper trình bày trên Hình 3.18, đồng thời khoảng dẫn điện của các linh kiện trong mạch cũng được trình bày tương ứng. - Từ đồ thị trên ta nhận thấy: - Với 0,5< < 1, S1 và S2 không thể tắt đồng thời. Do đó điện áp ngõ ra bộ Chopper là +V hoặc là 0 và điện áp trung bình ngõ ra Ud >0. Hệ thống lúc này hoạt động ở góc phần tư thứ I. - Với 0 <  <0,5, S1 và S2 không thể dẫn đồng thời. Do đó điện áp ngõ ra bộ Chopper là –V hoặc 0 và điện áp trung bình ngõ ra Ud < 0. Hệ thống lúc này hoạt động ở góc phần tư thứ IV. - Điện áp trung bình ngõ ra cảu bộ Chopper (điện áp đặt lên động cơ): Với 0,5< < 1 U d 1 2T  2U s (  0,5) (3-35) T U sdt T Với 0 < < 0,5 U d12T  2U s (  0,5) (3-36) T (U s )dt T - Như vậy biểu thức (3-35) & (3-36) có thể dùng để tính điện áp trung bình ngõ ra của bộ Chopper lớp D trong dải biến thiên của  từ 0  1. Trang 95

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi (3-37) - Dòng phần ứng trung bình: 䳌䁞 ư ư ư ưư 3.5. Bộ Chopper tổng quát (Chopper lớp E) Bộ Chopper này có thể điều khiển theo các phương án sau: Hình 3.21: Sơ đồ nguyên lý mạch Chopper tổng quát và góc phần tư hoạt động Hình 3.22: Giản đồ xung kích các khóa bán dẫn. Phương án 1: hoạt động như Chopper kiểu đảo dòng (lớp C) - Hoạt động ở phần tư I và II S2 được kích dẫn liên tục, S1 và S4 được điều khiển đóng tắt ngược pha nhau. Khi đó ta được bộ Chopper kiểu đảo dòng. - Hoạt động ở phần tư III và IV: S3 được kích dẫn liên tục, S1 và S4 được điều khiển đóng tắt ngược pha nhau. Khi đó ta được bộ Chopper kiểu đảo dòng nhưng cực tính điện áp ra ngược lại. - Khi đảo chiều quay động cơ, ví dụ chuyển từ góc phần tư I sang hoạt động ở góc Phần tư III, quá trình điều khiển các khoá bán dẫn tiến hành như sau:  Giảm  đến giá tri cực tiểu, dòng động cơ sẽ đảo chiều, khi tốc độ giảm đến 0, S2 được kích tắt, S3 được kích dẫn. Các khoá S1 và S4 được kích đóng tắt với hệ số điều chỉnh  tương ứng với tốc độ cần thiết.  Do các khoá bán dẫn đòi hỏi có thời gian tắt nhất định, đặc biệt là khi sử dụng SCR, giá trị cực tiểu của điện áp ra bộ Chopper, và tương ứng là giá trị cực tiểu của tốc độ động cơ sẽ bị giới hạn. Ngoài ra, để tránh trùng dẫn xảy ra giữa S1 và Trang 96

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi S4 hoặc S2 và S3, một khoảng thời gian chết đuợc đưa vào khi chuyển mạch xung kích cho các cặp khoá trên. Điều này sẽ hạn chế điện áp cực đại ở ngõ ra bộ Chopper, và tương ứng là tốc độ tối đa của động cơ cũng bị hạn chế. Phương án 2: hoạt động như Chopper kiểu đảo áp (lớp D) - Khoá bán đẫn S1, S2 cng diode D3, D4 hợp thành mạch Chopper kiểu đảo áp như hình 3-18. Mạch Chopper này hoat động ở góc phần tư I và IV. Việc kích các khoá S1, S2 thực hiện như trình bày trong 2.3.4. - Tương tự S3, S4 và diode D1, D2 tạo thành mạch Chopper hoạt động ở góc phần tư II và III. - Các mạch Chopper trên không hoạt động đồng thời, nghĩa là nếu bộ Chopper gồm S1, S2 đang hoạt động thì bộ Chopper gồm S3, S4 sẽ tắt và ngược lại.  Chuyển mạch từ góc phần tư I sang III được thực hiện như sau: - Tắt các khoá S1, S2. dòng động cơ lúc này sẽ chảy qua D1, nguồn Ud và diode D2, và nhanh chóng giảm xuống không. Sức điện động động cơ trên Hình 3.31 sẽ có cực tính + ở bên trái. - Kích S3 và S4 với trong khoảng 0  0,5; thường ở giá trị gần bằng 0,5. Dòng động cơ sẽ chạy theo chiều ngược lại. Động cơ hoat động ở góc phần tư thứ II và giảm tốc. - Khi tốc độ đạt tới zero, sẽ điều chỉnh đến giá trị cần thiết trong khoảng 0,5  1, động cơ sẽ tăng tốc theo chiều ngược lai đến điểm làm viêc ổn định. Phương án 3: - Nguyên tắc kích giống như phần trình bày trong phương án 2 với một số thay đổi như sau: - Các mạch Chopper hợp thành bởi (S1, S2) và (S3, S4) sẽ được điều khiển đồng thời (thay vì điều khiển riêng rẽ như ở cách 2) - Khoá (S1, S4) và (S2, S3) hợp thành các cặp bổ phụ, nghĩa là các khóa trong từng cặp này sẽ được kích nguợc pha nhau. - Điện áp ngõ ra của bộ Chopper tổng quát giống như bộ Chopper đảo áp: (3-38) 䁞 Phương trình đặc tính cơ là: 䁞 ư (3-39) 䁞 Ví dụ 3.4: Cho động cơ DC kích từ độc lập được cấp nguồn bởi bộ Chopper tổng quát và đang làm việc ở phần tư thứ 3. Các số liệu chính: Uđm=120V, Rư=0.5, Lư=2.5mH, dòng định mức Iưđm=20A; vận tốc định mức nđm=3000 rpm. Trang 97

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi a. Xác định sức điện động định mức E, và mômen định mức M. b. Nếu n=-1200 rpm và dòng tải có giá trị định mức (Iư=-Iưđm) xác định điện áp trung bình Uư, tỉ số Ton / T, và các cực trị dòng điện Imax, Imin, cho biết tần số đóng ngắt fc=1kHz. Bài giải: a. Phương trình điện áp của động cơ. đ ưđ ư ưđ ưđ đ ư ưđ ưđ 䳌䳌 䳌 䳌 đ đ 䳌䳌 䳌 䁞䁞 đ 䳌䳌䳌 đ đđ 䳌 䳌 ൭䁞 Ở góc phần tư thứ 3 (Iư < 0; ω 䳌䁞 ta có: tt t 䳌 䳌䳌 䳌 ư đ䳌 䳌䳌 ư ư ưđ 䁞 䳌䳌 tt t 䳌 䁞 䳌䳌 䳌 Mặt khác: b. Xác định Imin và Imax Dựa vào các công thức tính toán: ͳư ư ͳ ư 䁞㠮 ư Trang 98

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi ư ưͳ ưt t ư ư䳌 Xác định A và A’. ư ͳ ưt 䁞 t ư ư ư iư(Ton)= ư ư ͳ ư ư 䁞 ͳ hay 䳌g 䳌g ͳ䳌 g ͳ 䳌ͳ 䳌 ͳ ư ưt ư t䁞 䳌 ưͳ ưt t ưͳ ưt t ư ư ư 䳌ư ư ư ư ư 䁞 ư ư ưͳ ư ưͳ ư 䁞 ư ư 䳌䳌䳌 䳌䳌 䳌ͳ 䳌䳌 䁞 䳌ͳ 䳌䳌 (2) 䳌 ͳ䳌 ͳ Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình: 䳌 ͳͳ 䳌 ͳ 홦 䳌 ͳ䳌 ͳ ͳ ͳư 䳌ͳ ư 䁞㠮 ͳ ư g홦 홦홦 홦ͳ ư II. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ 1. Điều chỉnh điện áp Mômen quay của động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào dây quấn stator, do đó có thể điều chỉnh mômen quay M và tốc độ quay ωcủa động cơ bằng phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ. Phương pháp này thực hiện Trang 99

Truyền Động Điện TS. Đỗ Chí Phi được với điều kiện giữ tần số nguồn điện không đổi. Việc điều chỉnh điện áp có thể thực hiện bằng cách điều chỉnh biến trở Rđcnối giữa động cơ và nguồn điện hoặc điều chỉnh điện áp thứ cấp của một máy biến áp tự ngẫu 3 pha. Điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ theo các cách trên sẽ làm tiêu hao năng lượng trên phần tử điều chỉnh. Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường sử dụng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều bằng thyristor. Trên hình là sơ đồ của một bộ điều chỉnh điện áp ba pha dùng ba cặp thyristor đấu song song ngược nối vào bộ dây quấn stator động cơ không đồng bộ ba pha. Việc điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ được thực hiện khi thay đổi góc mở các thyristor. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB rotor lồng sóc bằng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều thyristor có ưu điểm là tiết kiệm năng lượng nhưng điện áp đặt vào động cơ bị hãm nhỏ và có dạng rất phức tạp, ngoài thành phần sóng điện áp cơ bản tạo ra mômen quay cho động cơ, còn chứa nhiều thành phần sóng hài bậc cao. Các sóng hài bậc cao này tạo ra các mômen phụ làm phát nóng động cơ.Để tránh cho động cơ bị phát nóng quá mức cho phép, bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều trên thường sử dụng đối với động cơ KĐB rotor dây quấn, đảm bảo cho điện trở mạch rotor có trị số lớn nhờ điện trở phụ nhằm làm giãn phạm vi điều chỉnh. Mặt khác các tổn thất do mômen phụ gây ra bởi các sóng hài bậc cao của điện áp đặt động cơ không bị tích tụ lại trong động cơ mà thoát ra ngoài trên điện trở phụ dưới dạng nhiệt, khiến động cơ không phát nóng quá mức nhưng hiệu suất điều chỉnh lại giảm xuống nhiều. Nhận xét phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ để thay đổi tốc độ: - Điện áp chỉ thay đổi được về phía giảm dưới giá trị định mức. - Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ KĐB thường có độ trượt tới hạn nhỏ nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp thường được thực hiện cùng với việc tăng điện trợ phụ ở mạch rotor đề tăng độ trượt tới hạn, do đó tăng được dải điều chỉnh. - Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, tốc độ giảm thì độ cứng đặc tính cơ giảm, độ ổn định tốc độ kém đi. Phương pháp này thích hợp với các hệ truyền động mà mômen cản của phụ tải là hàm tăng theo tốc độ như: quạt gió, bơm ly tâm... Trang 100