1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong sản xuất hiện đại, để nâng cao năng suất, hiệu suất sử dụng của
máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và các phương pháp tự động hoá dây
truyền sản xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ là không
thể thiếu được, đặc biệt là trong sản xuất công nghiệp. Nó quyết định đến
năng suất, chất lượng sản phẩm, khả năng linh động, đáp ứng với các thay đổi
nhanh chóng của thị trường nhằm giữ uy tín với khách hàng khi hoà nhập vào
môi trường cạnh tranh quốc tế.
Nước ta là một nước nông nghiệp, quanh năm đều có những sản phẩm
nông sản. Ngoài việc không ngừng tăng về mặt số lượng của nông sản mà
việc nâng cao chất lượng nông sản cũng đang được Đảng và Nhà nước ta rất
quan tâm. Vì vậy việc ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào nông
nghiệp là rất quan trọng. Đặc biệt là trong khâu bảo quản sau thu hoạch, trong
đó quá trình sấy để bảo quản nông sản rất được quan tâm. Nhiệt độ, độ ẩm và
tốc độ gió là những thông số rất quan trọng trong quá sấy. Nó ảnh hưởng rất
lớn đến chất lượng nông sản. Ở nước ta, việc sấy nông sản đã được tiến hành
từ xa xưa nhằm bảo quản nông sản được lâu hơn, nhưng công việc này chủ
yếu dựa vào thiên nhiên là chính. Việc nhận biết đặc tính sấy của nông sản
chủ yếu là do kinh nghiệm của người thực hiện sấy. Những năm gần đây đã
có những phòng thí nghiệm sấy được xây dựng nhằm khảo nghiệm đặc tính
sấy của nông sản. Một trong những yếu tố quan trọng tác động đến đặc tính
sấy của nông sản là tốc độ gió thổi vào nông sản. Vì vậy việc điều chỉnh tốc
độ gió có một ý nghĩa quan trọng và nó đòi hỏi cần phải có một giải pháp điều
chỉnh tốc độ chính xác. Việc điều chỉnh tốc độ động cơ quạt gió để thay đổi
tốc độ gió thổi vào nông sản đang được ứng dụng rất phổ biến.
Hiện nay cùng với sự phát triển kỹ thuật vi điện tử, công nghệ thông tin
là sự phát triển của kỹ thuật điều khiển và tự động hoá. Trong sản xuất công
Giáo trình hình thành hệ thống ứng dụng mạch
chuyển trong động cơ không đồng bộ roto
2
nghiệp tự động hoá quá trình sản xuất đang là mũi nhọn và then chốt để giải
quyết vấn đề nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Một trong những
vấn đề quang trọng trong dây truyền tự động hoá là việc điều chỉnh tốc độ của
động cơ truyền động. Trong đó phải kể đến hệ thống điều khiển tốc độ động
cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Gần đây loại động cơ này được sử dụng rất
rộng rãi do nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các động cơ khác. Có nhiều
phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều và mỗi một phương
pháp lại có nhưng ưu điểm riêng. Đối với loại động cơ không đồng bộ roto
lồng sóc một xu hướng điều khiển thông dụng được dùng nhiều nhất là điều
khiển tần số nguồn cung cấp (còn gọi là phương pháp điều khiển tốc độ động
cơ bằng biến tần). Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần là
phương pháp hiện đại cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều trơn,
rộng và hiệu quả. Ưu điểm này đã đáp ứng được yêu cầu điều khiển tốc độ gió
trong hệ thống thí nghiệm sấy.
Được sự phân công của bộ môn điện, với sự hướng dẫn của thầy giáo
Nguyễn Văn Đường, cùng với sự giúp đỡ của các thầy giáo trong bộ môn đề
tài: “Tự động điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều một pha bằng biến tần áp
gián tiếp” đã hoàn thành.
Do thời gian dành cho đề tài có hạn, khả năng bản thân còn nhiều hạn
chế nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến
của các thầy cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn.
2. Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài.
- Nghiên cứu về mặt lý thuyết hệ thống điều khiển tốc độ quay và biến tần.
- Tìm hiểu kỹ thuật điều khiển động cơ điện xoay chiều một pha bằng
biến tần áp.
- Xây dựng được hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ quạt gió bằng biến
tần áp của hệ thống sấy nông sản.
- Thiết kế và lắp ráp được mạch.
.
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Điều khiển tốc độ quay động cơ xoay chiều trong nước và trên thế
giới
Trước khi tìm hiểu về các phương pháp điều khiển động cơ xoay chiều
thì ta tìm hiểu về động cơ không đồng bộ.
1.1.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ được sử dụng một cách rộng rãi trong công
nghiệp và chiếm tỷ lệ lớn so với các loại động cơ khác. Sở dĩ như vậy
là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành
an toàn, sử dụng nguồn trực tiếp từ lưới điện. Trước đây các hệ truyền
động có điều chỉnh tốc độ sử dụng động cơ không đồng bộ chiếm tỷ lệ
rất nhỏ do khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ. Trong thời gian gần
đây với sự phát triển như vũ bão của kỹ thuật điện tử, động cơ không
đồng bộ đã được khai thác triệt để các ưu điểm của nó và dần dần thay
thế cho động cơ điện một chiều trong các hệ truyền động.
hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ có cấu tạo gồm hai phần stator và rotor. Phần
cảm (stator) có các dây quấn được đặt vào các rãnh của lõi thép và được cách
điện với lõi thép. Phần ứng (rotor) được chia làm hai loại chính là: rotor dây
quấn và rotor lồng sóc. Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn có kết cấu
giống như dây quấn stator. Đặc điểm của loại động cơ không đồng bộ rotor
.
4
dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ vào mạch điện rotor
để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công
suất của máy. Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc thì kết cấu rất khác với
dây quấn stator. Trong rãnh của lõi thép rotor người ta đặt vào thanh dẫn bằng
đồng hay nhôm được nối với nhau bằng vòng ngắn mạch. Dây quấn lồng sóc
không cần cách điện với lõi sắt.
Động cơ không đồng bộ làm việc theo nguyên lý từ trường quay. Khi ta
đưa dòng điện xoay chiều vào dây quấn stator của động cơ không đồng bộ thì
trong dây quấn stator sẽ sinh ra một từ trường quay với tốc độ n1.
p
f
n1
1=
trong đó f1 là tần số nguồn cung cấp; p là số đôi cực của stato. Từ trường này
sẽ quét qua dây quấn rotor và cảm ứng trên nó một sức điện động cảm ứng
e21. Khi dây quấn rotor được nối kín mạch nó sẽ sinh ra một dòng điện I2. Từ
thông do dòng điện stator và dòng điện rotor tạo nên đó là từ thông khe hở
không khí giữa stator và rotor. Sự tương tác giữa từ thông này và dòng điện
rotor tạo ra mômen quay Mq. Nếu mômen Mq > Mc thì roto sẽ quay (Mc là
mômen cản).
Gọi tốc độ quay của rotor là n thì n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường
quay n1, ví khi n = n1 lúc đó e21 = 0; I2 = 0; Mq = 0 rotor sẽ giảm tốc độ. Để
đánh giá sự khác nhau giữa n và n1 ta đưa ra khái niệm về độ trượt s.
1
1
n-n
s= n
Khi bắt đầu mở máy n = 0 nên s = 0, khi n ≈ n1 độ trượt s ≈ 0. Trong chế độ
động cơ 0 < n < n1 do đó 0 < s < 1. Trong chế độ máy phát ta phải quay rotor
với n > n1 do đó - ∞ < s < 0. Ngoài ra khi quay rotor với tốc độ n bất kì nhưng
ngược chiều từ trường n1 lúc đó máy điện không đồng bộ làm việc ở chế độ
5
hãm điện từ 1 < s < + ∞. Như vậy chế độ làm việc của máy điện không đồng
bộ có thể biiêủ diễn trên thang độ trượt như hình sau:
Người ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại chính là: động cơ
rotor dây quấn và động cơ rotor lồng sóc. Với kết cấu đơn giản, làm việc chắc
chắn, có đặc tính làm việc tốt, song đặc tính mở máy của động cơ rotor lồng
sóc lại không được như của động cơ rotor dây quấn. Tuy nhiên với sự phát
triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện từ bán dẫn đã cho phép thực hiện thành công
các kỹ thuật điều khiển phức tạp đối với loại động cơ rotor lồng sóc. Vì lý do
ấy động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc ngày nay được sử dụng một cách
rộng rãi trong các hệ truyền động công nghiệp.
Quan hệ điện từ trong động cơ điện không đồng bộ
Ta có phương trình cân bằng điện áp viết cho dây quấn stator:
()
..
1
1111
U=-E+I r+jx (1.1)
Trên dây quấn rotor:
()
,
..
22
22
,
..
21
,
.. .
12 o
..
1o
m
0=-E -I r/s+jx
EE
II I
EIz
=
+=
=−
(1.2)
r1 và r2
’ là điện trở stator và rotor đã quy đổi về mạch
stator;
x1 và x2
’ là điện kháng tản stator và rotor đã quy đổi về
mạch stator;
Io là dòng điện từ hoá;