CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 29 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU 3 PHA 3.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ Động cơ điện xoay chiều được dùng rất phổ biến trong một dải công suất rộng vì có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, nguồn điện sẵn (lưới điện). Tuy nhiên trong các hệ cần điều chỉnh tốc độ đặ c biệt với dải điều chỉnh rộng thì động cơ xoay chiều được sử dụng ít hơn động cơ một chiều vì còn gặp nhiều khó khăn. Gần đây nhờ sự phát triển của kỹ thuật điện tử bán dẫn, việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ đã có nhiều khả năng tố t hơn. Sau đây là một số phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ. 3.2. Một số phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ. - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng (Rôto) - Điều chỉ nh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch phần cảm (Stato) CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 30 - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều. - Điều chỉnh tốc độ bằng ly hợp điện từ. 3.2.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng (Rôto) Phương pháp này chỉ sử dụng đối với động cơ có Rôto dây quấn và được ứng dụng r ất rộng rãi do tính đơn giản của phương pháp. Sơ đồ nguyên lý và các đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phần ứng như (Hình 3.1) Hình 3.1: Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ∼ 3 Đ R p R p1 R p2 R p1 <R p2 TN ω ω 0 Mc M 0 M th CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 31 bằng phương pháp thay đổi điện trở ở mạch phần ứng (rôto) Nhận xét: *. Phương pháp này chỉ cho điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức *. Tốc độ càng giảm đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định trước sự lên xuống của mô men tải. *. Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số mô men t ải. Mô men tải càng nhỏ, dải điều chỉnh càng hẹp. *. Khi điều chỉnh lâu ( tốc độ nhỏ) thì độ trượt động cơ càng tăng và tổn hao năng lượng khi điều chỉnh càng lớn. *. Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở, nhưng do dòng điện phần ứng lớn nên thường được điều chỉnh theo cấp. 3.2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch phần cảm (Stato ) Thực hiện phương pháp này với điều kiện giữ tần số không đổi. Điện áp cấp cho động cơ lấy từ một bộ biến đổi điện áp xoay chiều. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều có thể là một máy biến áp tự ngẫu hoặc một bộ biến đổi điện áp bán dẫn. Hình 3.2 trình bày sơ đồ nối dây và các đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần cảm. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 32 Hình 3.2.Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần cảm (stato) Nhận xét: *. Thay đổi điện áp chỉ thực hiện được về phía giảm dưới giá trị định mức nên kéo theo mô men tới hạn giảm nhanh theo bình phương của điện áp. *. Đặc tính tự nhiên của độ ng cơ không đồng bộ 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 trở phụ ở mạch Rôto để tăng độ trượt tới hạn do đó tăng được dải điều chỉnh lớn hơn. ∼ 3 R p Đ BĐĐA (Rp≠0) ω ω 0 u 2 u 1 u 2 u 1 U 2 <U 1 <Uđm Uđm (Rp=0) ) Uđm M 0 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 33 *. Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, mô men tới hạn của các đặc tính cơ giảm, trong khi tốc độ không tải lý tưởng (hay tốc độ đồng bộ) giữ nguyên nên khi giảm tốc độ thì độ cứng đặc tính cơ giảm, độ ổn định tốc độ kém đi. 3.2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều Các b ộ biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác. Dòng điện xoay chiều trong công nghiệp có tần số 50Hz (hoặc 60Hz) nên các bộ biến tần dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều 50Hz (hoặc 60Hz) thành dòng điện tần số khác. Với các bộ biến tần dùng cho việc điều chỉnh t ốc độ động cơ xoay chiều ngoài việc thay đổi tần số, chúng ta còn có thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện áp lưới cấp vào bộ biến tần. Các bộ biến tần được chia thành 2 loại chính. - Bộ biến tần độc lập (hay bộ biến tần gián tiếp) hình 3.3 F ∼ f 1 = BNL BBT BCL = ∼ f 2 ∼f 1 ,u 1 ∼f 2 ,u 2 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 34 Hình 3.3. Cấu trúc của bộ biến tần gián tiếp. Trong bộ biến tần loại này, dòng điện xoay chiều đầu vào tần số f 1 được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều (tần số f=0), lọc rồi lại được biến đổi thành dòng điện xoay chiều tần số f 2 . Đây là loại biến tần được dùng phổ biến hơn vì tần số f 2 cần phải có hoàn toàn không phụ thuộc gì vào f 1 mà chỉ phụ thuộc vào mạch điện. - Bộ biến tần phụ thuộc ( hay bộ biến tần trực tiếp) hình 3.4 Hình 3.4. Cấu trúc của bộ biến tần trực tiếp. - Bộ biến tần phụ thuộc: Loại này biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f 1 thành dòng điện xoay chiều tần số f 2 không qua khâu chỉnh lưu (CL) nên hiệu suất cao hơn loại trên nhưng việc thay đổi tần số ra khó khăn và phụ thuộc vào tần số f 1 . *. Bộ biến tần độc lập ( hay bộ biến tần gián tiếp) Bộ biến tần này cần có bộ chỉnh lưu (BCL) trung gian nên còn gọi là bộ biến tần có khâu trung gian hay bộ biến tần gián tiếp. ∼ f 2 ,u 2 ∼ f 1 ∼ f 2 ∼ f 1 ,u 1 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 35 Tùy theo tính chất của bộ chỉnh lưu và dạng tín hiệu đầu ra mà bộ biến tần độc lập lại chia ra bộ biến tần nguồn dòng hay bộ biến tần nguồn áp. Sau đây là bộ biến tần độc lập ba pha nguồn dòng. Sơ đồ bộ biến tần độc lập ba pha nguồn dòng như hình 3.5 L CM C U f A 1 A 2 CL K D bb®mcxc TH5 TH2 Rk TH7 Uk TH4 TH6 TH1 TH3 U 2 , f 2 A B § c H×nh 3.5 Bé biÕn tÇn ®éc lËp ba pha nguån dßng CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 36 Bộ chỉnh lưu CL ba pha có điều khiển biến đổi dòng điện xoay chiều ba pha U 1 tần số f 1 thành dòng điện một chiều. Bộ chỉnh lưu CL làm việc như một nguồn dòng nhờ bộ điều khiển chỉnh dòng A 1 kết hợp với cuộn kháng cân bằng k. Giá trị dòng một chiều được đặt bởi U i1 . Ổn định giá trị dòng điện đặt nhờ tín hiệu phản hồi U i2 BBĐMCXC biến đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều ba pha tần số f 2 trị số U 2 cấp cho phụ tải động cơ. Tần số f 2 của dòng điện phụ tải được điều khiển bởi tín hiệu điều khiển U f qua khối A 3 . Khối chuyển mạch được dùng chung cho tất cả các Thyristor. Vì khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điều chỉnh tần số thường kéo theo điều chỉnh trị số điện áp. Tần số giảm thì điện áp giảm. Khi điện áp giảm thì quá trình chuyển mạch có thể bị ảnh hưởng nên thường dùng nguồn điện áp phụ ổn đị nh Uk để nạp điện cho tụ điện chuyển mạch. Điod D là diod cách ly chống ảnh hưởng của điện áp tụ C tới điện áp nguồn cấp cho BBĐMCXC trong quá trình chuyển mạch. Điện trở R k là điện trở nạp điện cho tụ điện C. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 37 Trong BBĐMCXC với góc dẫn λ = 120 0 , tại một thời điểm bất kỳ luôn có hai Thyristor thông để cấp điện cho động cơ, một Thyristor ở nhóm anode chung và một Thyristor ở nhóm Cathode chung. Khoảng thời gian dẫn của các Thyristor như ở hình 3.6 Giả sử TH1 và TH2 đang dẫn. Trước đó, tụ điện C đã được nguồn Uk nạp qua L và R k. Để chuyển pha dẫn TH1-TH2 sang pha dẫn TH3-TH2 cần phải điều khiển khóa TH1 và thông TH3. Cho xung mở TH3 và TH7. Khi TH7 thông, điện áp U k sẽ đặt ngược lên TH1 và TH2 và dòng điện nguồn sẽ chuyển qua khối CM. Dòng qua TH1 và TH2 sẽ giảm về 0 và khóa. Khi TH7 thông thì tụ C cũng phóng điện qua L-TH7 và mạnh dao động LC nạp lại điện cho tụ C theo hướng ngược dẫn đến TH7 khóa vì bị phân áp ngược. Quá trình chuyển mạch kết thúc. Các Thyristor không bị phân áp ngược nữa vì xung mở đặt vào TH3 nên TH3 thông còn TH2 bị khóa cùng với TH1 trong thời gian rất ngắn nhưng sau đó do vẫn có xung mở nên lạ i thông ngay. Tiếp theo, các quá trình diễn biến tương tự. Dạng dòng điện các pha như hình 3.6 Xung mở TH7 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH1 i A T/2 3 T /2 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 38 Hình 3.6. Khoảng thời gian dẫn của các Thyristor và dòng điện phụ tải các pha 3.2.4. Điều chỉnh tốc độ bằng ly hợp điện từ. - Ly hợp điện từ là cơ cấu ly hợp dùng lực điện từ để truyền mô men từ trục dẫn động cơ sang trục bị dẫn - Các ly hợp điện từ được dùng nhiều trong tự động hóa và điều khiển xa vì điều khiển dễ dàng và có thể thay đổi được cả tốc độ quay của trục bị dẫn. - Ly hợp điện từ được chia ra các kiểu theo nguyên lý làm việc. + Ly hợp điện từ kiểu ma sát. + Ly hợp điện từ kiểu bám. a. Ly hợp điện từ kiểu ma sát. 1 7 6 5 4 32 [...]... giảm điện áp đặt vào cuộn hút 3, lực điện từ giảm sẽ làm hai đĩa ma sát trượt trên nhau gây nóng và bị hỏng Loại này chỉ dùng cho đóng ngắt chuyển động hoặc chỉ dùng cho những tải cắt nhẹ có điều chỉnh tốc độ b Ly hợp điện từ kiểu bám 2 3 5 4 1 39 6 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Hình 3. 8 Ly hợp điện từ kiểu bám 1 Trục bị dẫn 2 Mạch từ cố định 3 Cuộn dây 4 Mạch từ quay theo... 3 do đó tăng lực bám theo của trục 1 với trục 6 và tăng lại tốc độ của trục 1 Ly hợp điện từ kiểu bám có các phần quay 4 và 5 không tiếp xúc với nhau nên ly hợp không bị quá nóng, thuận lợi cho việc điều chỉnh tốc độ 3. 3 Kết luận Trên đây ta đã giới thiệu một số phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều 3 pha Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm khác nhau và tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ. ..CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Hình 3. 7 Cấu tạo ly hợp điện từ kiểu ma sát 1 Trục chủ động 5 Phần ứng 2 Gông từ 6 Lò xo 3 Cuộn dây 7 Trục bị dẫn 4 Đĩa ma sát - Cấu tạo Hình 3. 7 - Nguyên lý làm việc: Gông từ 2 nối cứng với trục quay chủ động 1 nhờ liên kết then Phần ứng 5 được... Khi cuộn hút 3 được cấp điện thì gông từ 2 sẽ hút phần ứng 5 trượt theo dọc trục sang trái ép chặt hai đĩa ma sát vào nhau để khép kín mạch từ Lúc này lò xo 6 bị nén lại Do ma sát của hai đĩa ma sát, mô men quay từ trục 39 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ quay chủ động 1 được truyền qua trục bị dẫn 7 và cùng quay theo với cùng một tốc độ Nếu ngắt điện cuộn hút 3, lực lò xo... Cuộn dây 4 Mạch từ quay theo 5 Mạch từ chủ động 6 Trục dẫn - Cấu tạo và nguyên lý làm việc (hình 3. 8) Phần mạch từ 5 được nối cứng với trục dẫn động 6 Phần mạch từ 4 được gắn chặt cố định và quay theo trục 1, cuộn dây 3 cuốn trên lõi sắt 2 cố định và không quay theo trục 1 Khi cuộn dây nam châm cố định 3 được cấp điện, từ thông φ sinh ra vòng qua lõi từ 2, phần mạch từ 4,5 và qua khe hở không khí,... giảm dòng điện cấp cho cuộn hút 3, lực điện từ sẽ yếu hơn và khả năng bám theo của trục 1 bị giảm nghĩa là điều chỉnh được tốc độ quay của trục bị dẫn giảm đi Tốc độ quay của trục bị dẫn có thể bị giảm khi mômem cản của trục bị dẫn tăng lên Đây là sự giảm tốc độ theo tải Để giữ ổn định tốc độ, cần có phản hồi âm tốc độ để trong trường hợp tăng điện áp (dòng điện) 40 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC... thông qua việc mắc thêm điện trở phụ: Thường được ứng dụng với các dạng tải có Mc ∼ ω 2 ( quạt gió, bơm ly tâm…), phương pháp này chỉ thay đổi được tốc độ theo cấp cho nên không đáp ứng đựơc yêu cầu công nghệ là điều chỉnh vô cấp, ngoài ra chỉ thực hiện được với động cơ Rôto dây quấn có vành góp * Đối với phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch phần cảm (Stato): Đặc tính... bằng ly hợp điện từ - Phương pháp này điều chỉnh được vô cấp, độ ổn định cao - Kết cấu đơn giản - Giá thành thấp Cho nên phương pháp điều chỉnh bằng ly hợp điện từ rất thích hợp cho dây chuyền sản xuất sợi PP 42 ... có độ trượt tới hạn nhỏ nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp thường có dải điều chỉnh bé Mặt khác, khi điện áp đặt vào động cơ giảm, mômen tới hạn giảm, trong khi tốc độ 41 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ đồng bộ giữ nguyên nên khi giảm tốc độ thì độ cứng của đặc tính cơ giảm, độ ổn định của tốc độ kém đi Cho nên phương pháp này không phù hợp với đặc . hình 3. 3 F ∼ f 1 = BNL BBT BCL = ∼ f 2 ∼f 1 ,u 1 ∼f 2 ,u 2 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 34 Hình 3. 3 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 29 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU 3 PHA 3. 1.