Chƣơng I

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ

1.1. Mô tả chung về động cơ không đồng bộ.

- Ở đây ta chủ yếu nghiên cứu động cơ không đồng bộ ba pha.

- Động cơ không đồng bộ ba pha là máy điện quay không đồng bộ ba pha. về cấu tạo, động cơ không đồng bộ gồm 2 phần chính là phần tĩnh hay là stato và phần quay là rôto. Stato thường gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120° trong không gian.

Rôto phân làm 2 loại chính: rôto dây quấn và rôto lồng sóc. Rôto dây quấn là kiểu rôto có dây quấn giống ở stato, dây quấn rôto được đặt và các rãnh của lõi sắt rôto. Còn rôto lồng sóc thì không dùng dây quấn mà dùng các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm, các thanh dẫn

này được nối ngắn mạch với nhau ở mỗi đầu bằng vòng ngắn mạch.

Hình 1.1. Động cơ không đồng bộ. a) Rô to lồng sóc, b) Rôto dây quấn

- Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất. Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là cấu tạo đơn giản đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc; so với động cơ một chiều động cơ không đồng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài ra động cơ không đồng bộ có thể dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha nên không cần bộ biến đổi như động cơ điện 1 chiều.

Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điểu chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn; riêng với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thì các chỉ tiêu khởi động xấu hơn.

1.2. Phƣơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:

- Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ:

Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ đồ thay thế. Trên hình 1.2 là sơ đồ thay thế gần đúng một pha của động cơ không đồng bộ với các giả thiết sau:

+ Ba pha động cơ là đối xứng, khe hở không khí là đồng đều.

+ Các thông số của động cơ không đổi, nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ, tần số, dòng điện rôto, mạch từ không bão hoà. Nên điện kháng X1, X2 không đổi.

+ Dòng điện từ hoá không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt ở stato động

cơ.

+ Bỏ qua cả tổn thất ma sát, tổi thất trong lõi thép.

+ Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng 3 pha.

Hình 1.2. Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ

- Trong sơ đồ:

+U1: Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato.

+Iµ, I1, I2: Các dòng điện từ hoá, stato và rôto đã quy đổi về stato.

+Xσ, X1σ, X2σ : Điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stato và rôto đã quy đổi về stato.

+ I1nm: Dòng điện ngắn mạch stato.

+ I: Dòng điện từ hoá có tác dụng tạo ra từ trường quay từ hoá lõi sắt động cơ. Ta cũng tìm được dòng điện rôto quy đổi về stato:

- Phương trình đặc tính cơ của động cơ:

Để tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất trong động cơ.

Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto:

P12=Mdt.ω1

Trong đó: Mdt: là mômen điện từ của động cơ Bỏ qua các tổn thất phụ thì : Mdt=Mcơ =M Công suất đó chia làm hai phần:

Pcơ: Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ ΔP2: Công suất tổn hao đồng trong rôto.

Trong hai biểu thức trên dấu + ứng với trạng thái động cơ. Dấu - ứng với trạng thái máy phát. Do đó Mth ở chế độ máy phát lớn hơn ở chế độ động cơ.

Ở đây nghiên cứu hệ truyền động với động cơ không đồng bộ nên ta quan tâm nhiều tới

trạng thái làm việc động cơ nên đường đặc tính cơ lúc này thường biểu diễn trong khoảng

0

Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thể biểu diễn đơn gian hơn bằng các lập tỉ số giữa (1.3) và (1.5) ta có:

M  2.M th (1  a.sth )

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy các thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ:

- Ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stato

- Ảnh hưởng điện trở mạch rôto

- Ảnh hưởng điện áp lưới cấp cho động cơ

- Ảnh hưởng của tần số lưới cấp cho động cơ f1.

1.3. Mô hình động cơ không đồng bộ.

1.3.1. Mô hình động cơ không đồng bộ trong không gian ba pha.

- Quy ước: A,B, C chỉ thứ tự pha các cuộn dây rôto và a,b,c chỉ thứ tự các cuộn dây stato. Giả thiết:

- Cuộn dây stato, rôto đối xứng 3 pha.

- Dây quấn stato được bố trí sao cho từ thông khe hở có phân bố dạng hình sin dọc theo chu vi khe hở không khí.

- Tham số không đổi.

- Mạch từ chưa bão hoà.

- Khe hở không khí δ đồng đều.

- Nguồn 3 pha cấp hình sin và đối xứng (lệch pha góc 2л/3).

Phương trình cân bằng điện áp của mỗi cuôn dây k như sau:

Trong đó: k là thứ tự cuộn dây A, B, C rôto và a,b,c stato.

Ψk là từ thông móc vòng của mỗi cuộn dây thứ k.Ψk=∑Ljkij. nếu i=k: ta có điện cảm tự cảm , j≠k: ta có điện cảm hỗ cảm. Ví dụ: Ψa=La aia+Labib+Lacic+LaAiA+LaBiB+LaCiC

L là điện cảm chính của dây quấn pha động cơ không đồng bộ.

Lσ là điện cảm tản

Ns là số vòng dây quấn stato

Nr là số vòng dây quấn rôto

ác hệ phương trình trên là các hệ phương trình vi phân phi tuyến có hệ số biến thiên theo thời gian vì góc quay θ phụ thuộc thời gian:

   0  t dt

Kết luận: nếu mô tả toán học như trên thì rất phức tạp nên cần đơn giản giảm bớt đi. Tới năm 1995 Kôvacs(Liên Xô) đề xuất phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ và Park(Mỹ) đưa ra phép biến đổi d,q.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau một thời gian làm việc nghiêm túc, với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy PGS – TS Nguyễn Văn Liễn và các thầy giáo đã giảng dạy luận văn của em đã hoàn thành đúng thời gian.

Luận văn đã giải quyết được các nội dung yêu cầu ban đầu gồm:

Chương 1: Chương này giới thiệu về động cơ không đồng bộ và các phương pháp điều khiển tần số động cơ không đồng bộ.

Chương 2: Chương này giới thiệu về cấu trúc biến tần đa mức, phân tích cấu trúc, trạng thái và quá trình chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong các cấu trúc nghịch lưu áp đa mức NPC, CHB, FLC.

Phân tích phương pháp điều chế vectơ không gian cho bộ nghịch lưu áp 3 mức cấu trúc NPC: xây dựng được vectơ không gian của bộ nghịch lưu, xác định được thời gian tác động và trình tự tác động của các khóa bán dẫn trong các pha của bộ nghịch lưu. Phân tích 2 phương pháp điều chế vectơ không gian thông thường (Conventional SVM) và phương pháp điều chế vectơ không gian cải tiến (SVM With Even-Order Harmonic Elimination).

Chương 3: Tính toán tải mạch lực cho tải quạt gió và giới thiệu tải quạt gió hồi lưu trong nhà máy xi măng. Tính chon các van bán dẫn cho mạch lực.

Chương 4: Xây dựng được thuật toán của phương pháp điều chế vectơ không gian thông thường và phương pháp điều chế vectơ không gian cải tiến. Viết chương trình mô phỏng cho thuật toán trên. Áp dụng phương pháp điều chế vectơ không gian cho các trường hợp tải R-L, tải động cơ.

Như vậy luận văn đã giải quyết được các yêu cầu đặt ra là phân tích, xây dựng và mô phỏng phương pháp điều chế vectơ không gian cho bộ nghịch lưu áp 3 mức cấu trúc NPC. Kết quả mô phỏng thể hiện tỉ lệ sóng hài thấp, chất lượng dòng điện và điện áp ra của bộ nghịch lưu cao đối với trường hợp tải R-L.

Vì điều kiện thời gian, nên tác giả chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu phương pháp điều chế vectơ chưa xét đến việc điều khiển điện áp Vz nên chất lượng điều chỉnh đối với tải

động cơ chưa cao. Phương hướng phát triển đề tài cải thiện chất lượng của phương pháp điều chế vectơ, kết hợp với sử dụng bộ chỉnh lưu đa mức, các bộ lọc và phương pháp điều khiển hiện đại để điều khiển các hệ thống truyền động có công suất lớn.