điều Chỉnh Tốc độ động Cơ điện Xoay Chiều - Tài Liệu Text - 123doc

Tải bản đầy đủ (.docx) (55 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Thạc sĩ - Cao học
>>
3. Kỹ thuật

điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (360.45 KB, 55 trang )

Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu các hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiềuLời nói đầuTrong những năm gần đây có sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thước gon nhẹ, độ tác động nhanh cao, dễ dàng ghép nối với các thiết bị vi sử lý các hệ thuyền động ngày nay thường sử dụngnguyên tắc sử dụng véc tơ cho các động cơ xoay chiều. Phần lớn các điều khiển này thương dùng kĩ thuật số với chương trình phần mền linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc luật điều khiển. Vì vậy tăng độ chính xác và tác động nhanh cho hệ truyền động2 . Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp,cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành côngnghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học củahệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nóiriêng. Trước hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiềuđộng cơ cùng một lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánhlăn phương pháp này còn được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất lànhững cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao như máy ly tâm , máy mài . Đặc biệt làhệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụngcho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạcó thể làm việc trong nhiều môi trườngNhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ biếntần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lậpvới nhau . Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều chỉnh tốcđộ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong hệtruyền động biến tần - động cơ KĐB a . Nguyên lý điều chỉnh tần số: Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi của điệnáp stato được rút ra từ biểu thức xác định động cơ KĐB ωs = 2.π.fsVậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệ với tần số ra và từthông Es = C.φ.fsfsCEsUsXsRsIsUsφ=≈⇒≈+=∆ 022Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trởdây quấn stato tức coiVậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều chỉnh cả điện áp nguồncung cấp. Từ công thức trên ta thấy khi điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điện ápnguồn Us không đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên *Khi ƒs giảm từ thông φ của động cơ lớn lên làm cho mạch từ bão hoà và dòngđiện từ hoá lớn lên. Do các chỉ tiêu năng lượng xấu đi và đôi khi nhiều động cơcòn phát năng lượng quá mức cho phép.*Khi ƒs tăng từ thông φ của động cơ giảm xuống và nếu mômen phụ tải khôngđổi thì theo biểu thức M = k.φ.I.n.cosφ ta thấy dòng điện rôto Ir phải tănglên.Vậy trong trường hợp này dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thìphải non tải. Ngoài ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá tảicủa động cơ giảm xuống. Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất là khi điều chỉnh tốc độbằng phương pháp biến đổi tần số người ta còn phải điều chỉnh cả điện áp vàdòng điện theo hàm của tần số và phụ tải Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể đượcthực hiện trong hệ kín . Khi đó nhờ các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tầncho trước nào đó sẽ biến đổi theo phụ tải Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độcứng đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụtải ngoài ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối ưu trong chế độ tĩnh b. Các loại biến tần :gồm hai loại: Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp I.Biến tần trực tiếp:BTU1,f1U2,f2Điện áp vào BT có điện áp U1 và tần số f1 chỉ qua một mạch van là ra ngay tảivới tần số f2,U2.Đặc điểm:Hiệu suất biến đổi năng lượng cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng .Thựchiện hãm tái sinh năng lượng mà không cần mạch điện phụ.Hệ số công suất thấp,tần số đIều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cungcấp.Thường dùng cho hệ truyền động công suất lớn,tốc độ làm việc thấp.II.Biến tần gián tiếp: Biến tần nguồn áp:U2,f2U1,f1LCCLNLĐặc điểm là điện áp ra trên tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện tải lại ítphụ thuộc vào tính chất tải .Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải được thựchiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu .Phươngpháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lướiLCLNLU1,f1U2,f2 Biến tần nguồn dòng : Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điềukhiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc .Sơ đồ gồm một cầu chỉnhlưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một một điôt gọi là điôtchặn.MTKb 512.8 380/220V 50Hz TĐ 25%Pđm = 37 kW dmthMM= 3,6 dmkdMM=3,3 Uđm=380 V;nđm = 720v/pΩΩΩΩIstdm = 104 A ; Rs=0,08 ;Xs=0,17 ;Rr=0,19 ;Xr=0,16 J = 1,32 kgm21. Tính toán các phần tử mạch nghịch lưuVUUUUAIIIIsddssdds370cos63cos637,1166.611111==⇒===⇒=πϕϕπππ* Dòng chảy qua các van T1 → T6 và D1→ D6 chính bằng dòng chảy qua cácpha của stato động cơ I = 91A.* Điện áp ngược mở van phải chịu = Ud = 370 V* Chọn hệ số dự trữ về dòng và áp k = 2 =×==×=VVUAIcc7403702182912 Dùng để chọn cả T và D⇒ Chọn Diôt loại B - 200 có các thông số sau:LoạI Itb(A) Uim(V)∆U(V)Tốc độ quạt(m/s)B-200 200 100-1000 0.7 12⇒ Chọn Tiristor loại TL - 250 có các thông số sau:Loại I(A) Uim(V)∆U(V) Toff(µs)Ig(V) Ug(V)du/dt(V/µs)TL.250 250 300-1000 0,82 70-250 0,4 8 20-200* Tụ chuyển mạch C1 - C6 được tính theo công thức2mnmmaxm1mmaxLIfU202,0LfUfI91,0666,0C−+=Trong đó:- fn: tần số định mức = 50Hz- fmax: tần số cực đại = 100Hz- Im: dòng từ hoá A5,63)(cos191I2m=ϕ−=- In: dòng định mức = 91A- L: điện cảm một pha (rôto+stato) = 2x7,3.10-3H- Um: biên độ cực đại điện áp dây = 380V233max10.6,1450.5,63380202,010.6,14100.38050.5,6391,0666,0C−+=⇒−−=212µF Chọn C = 200µF* Quận kháng LdddIUL∆×=.3134,0ωπTrong đó ∆Id=(0,05 - 0,1) Id )(028,07,11605,03145,3703134,0HL =××××=⇒π2. Tính toán các phần tử mạch chỉnh lưu* Theo tính toán phần trên ta có:Id = 116,7 (A); Ud = 370 (V)* Khi lấy điện áp cung cấp từ trước ~380V ⇒ có thể không cần sử dụngMBA.Ta có: 41,063coscos6322=×=⇒=UUUUddπααπ⇒α=65,30- Dòng trung bình chảy qua T1-T0)A(9,3837,1163IIdtb===- Điện áp ngược đặt lên mỗi van:)V(8,930U6U2ng==- Chọn KI=2; KU=1,6IC=2x38,9=78,9≈80 (A)UC=1,6x930,8≈1500 (V)⇒ Chọn Tiristor Loại T-250 có các thông số sau:Loại I(A) Uim(V)∆U(V) Toff(µs)Ig(V) Ug(V)du/dt(V/µs)T.250 250 100-2200 1 150-250 0,3 5 20-5003. Tính toán các tham số cần thiết cho tổng hợp.sRsLσIsdLmUs sqI rsrRωωUN=220V PN=37kW n=720v/pIN=91A f=50Hz cosϕ=0,781. Tính dòng kích từ danh định.)(1,6872,01912cos12 AIINsdN=−×=−=ϕ2.Tính dòng danh định tạo mômen quay IsqN.)(2,109222AIIIsdNNsqN=−≈3. Hằng số thời gian roto Tr ở chế độ danh định.sIITsdNrNsqNr01822,01,689,877,113=×==ωsradnfNrN/9,876032=−=πω4. Tính điện kháng phức tiêu tán toàn phần Xσ ở chế độ danh định.NNs qNs dNI3UIIcossinXϕ−ϕ=σ Ω=−= 342,091.32202,1091,6872,062,05.Tính điện kháng phức Xh.Ω=−=−= 296,2342,01,68.3220.232σXIUXsdNNh)(022,03/3147,2. HXLLXshmmsh===⇒=ωω6. Tính hệ số tiêu tán tổng σ và Ts.sRLTIfXIRRHfXLXXssssqNNnsdNrNrsNnsn09125,008,00073,0)(08,02,109314296,21,689,872)(0073,02149,0296,2342,0===Ω=×××==≈=====πωπσσ7.Điện cảm tản stato động cơ)(00054,031417,0HXLess===ϖσ4 . Tính các thiết bị đo:a, Máy phát tốc: Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch nguyên lýđo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều.RCRTWω=ωω.KUKhi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc( )( )PjKPPPfFUFωτωωω+==1Kω hệ số tỷ lệ Kω = Uω/ωUω = 10V1326,04,7510/4,7560.2≈=→==ωπωKsradndmdmτfω là hằng số thờigian của bộ lọc và <5msChọn τfω = 0,001s = 1msHàm truyền máy phát tốc: ( )PpFft001,011326,0+=b.Phản hồi dòng:_+r2r175mV10vrsunidSử dụng mạch phản hồi dòng một chiều có cấu tạo được trình bày trên hình vẽ12133075.010RRUvUrK ====Nguyên lý hoạt động:Dòng Id sau mạch chỉnh lưu được cho qua đIện trởRsun sẽ tạo ra một đIện áp vi sai có độ lớn trong khoảng từ 0-75mV.ĐIện áp visai này được đưa vào đầu vào của khuyếch đạI thuật toán để khuyếch đạI tạo rađIện áp ra tỉ lệ với dòng Id.Chọn đIện áp vào vi sai bằng 75mV.điện áp ra sau khuyếch đại thuật toán bằng 10V=>hệ số khuyếch đại của OA bằng: Chọn R1=1kΩ => R2=133kΩCHƯƠNG V: TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂNI. Luật điều chỉnh từ thông không đổi.Is/Is®mwsthOwsTừ các quan hệ tính mômen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông máyΨhoặc từ thông stator sΨ không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tần số vàmômen tới hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh. Nếu coi RS = 0 thì:constUUdm0s dm0SS=ω=ω=ΨTuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà sụt áp trên điện trở statorcó thể so sánh được sụt áp trên điện cảm mạch stator khi đồng thời từ thôngcũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm đi.Có thể thiết lập được chiến lược điều chỉnh để giữ biên độ từ thông rotorkhông đổi: constr=Ψ. Ở phần mô tả động cơ không đồng bộ, hoặc dựa vào sơđồ thay thế ta có thể tính được từ thông rotor và phương trình cân bằng mạchrotor ở dạng các thành phần vector trên các trục toạ độ ox và oy:Ψω+Ψ+=Ψω+Ψ+=+=Ψ+=Ψδδrxsryryrrysrxrxrryrsymryrxrsxmrxpi.R0pi.R0i.LiLi.LiLNếu giữ được biên độ vector từ thông constr=Ψthì rpΨ=0 và,0ppryrx=Ψ=Ψvà ta có phương trình cân bằng mạc rotor:Ψω−−Ψ=Ψω+−Ψ=rxssymryrryss xmixr)iL(T10)iL(T10trong đó: rrrRLTδδ=Tách các số hạng dòng điện sang một vế, sau đó bình phương 2 vế củatừng phương trình và cộng hai phương trình với nhau, đồng thời để ý rằng:Ψ=Ψ+Ψ=+2p2ry2rx212s y2sxIiiTa có thể rút ra biểu thức cuối cùng:2srmrdms).T(1LI ω+Ψ=δVậy khi giữ biên độ từ thông rotor không đổi thì vector từ thông rotorluôn vuông pha với vector dòng điện rotor và do đó momen điện từ của động cơhoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng điện rotor.Điều chỉnh từ thông là trường hợp giữ từ thông luôn không đổi và bằnggiá trị từ thông định mức, như vậy có thể khai thác hết công suất mạch từ củađộng cơ KĐB.* Trong thiết kế môn học này chọn phương pháp điều khiển tần số thông qua từthông động cơ cụ thể là điều chỉnh từ thông không đổi qua quan hệ dòng chínhlưu Id và tần số trượt f2.- Bản chất của phương pháp này là thông qua việc duy trì quan hệ giữa dòngđiện stato I1 và tần số trượt f2 sao cho từ thông của máy điện được giữ khôngđổi.• Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tần số động cơ KĐB qua quan hệ I1 (f2).