Điều khiển tần số động cơ đồng bộ công suất lớn

- Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội.
- Luận văn thạc sĩ khoa học ĐIềU KHIểN BIếN TầN ĐộNG CƠ ĐồNG Bộ CÔNG SUấT LớN Ngành: điều khiển và tự động hoá Mã số: Nguyễn thị tâm Ngời hớng dẫn khoa học: TS.
- Tổng quan về máy điện đồng bộ & Bộ biến tần bán dẫn….1 1.1.
- Máy điện đồng bộ.
- Kết cấu của Máy điện đồng bộ.
- Từ trờng trong Máy điện đồng bộ.
- Sơ đồ thay thế máy điện đồng bộ.
- Quan hệ điện từ trong Máy điện đồng bộ.
- Động cơ đồng bộ ba pha.
- Các đặc tính làm việc của động cơ đồng bộ.
- Mô men điện từ của động cơ đồng bộ ba pha.
- Khởi động và hãm động cơ đồng bộ kích từ quấn dây.
- Phân loại hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ .
- Hệ truyền động động cơ đồng bộ - biến tần nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên.
- Sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ truyền động động cơ đồng bộ với bộ biến đổi tần số nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên.
- Mômen của động cơ.
- Mô phỏng hệ truyền động động cơ đồng bộ -Biến Tần nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên.
- Động cơ đồng bộ.
- Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động động cơ đồng bộ – biến tần nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên.
- Khi động cơ làm việc ở tần số định mức f = 50Hz.
- 54 3.3.2.Khi điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ.
- 75 Kết luận Tài liệu tham khảo - 1 - Chơng 1 Tổng quan về máy điện đồng bộ và Bộ biến tần bán dẫn 1.1.
- Máy điện đồng bộ Máy điện đồng bộ đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
- Phạm vi sử dụng chính của Máy điện đồng bộ là biến đổi cơ năng thành điện năng, nghĩa là làm máy phát điện.
- Tuy nhiên, máy điện đồng bộ có phát ra công suất phản kháng nên cũng đợc dùng làm máy bù công suất phản kháng cho lới điện.
- Đặc biệt, nh chúng ta đã biết, máy điện đồng bộ còn đợc nghiên cú ứng dụng và sử dụng ngày càng rộng rãi với chức năng là động cơ - từ những động cơ công suất nhỏ sử dụng trong các trang bị tự động và điều khiển đến các động cơ đợc đặc biệt sử dụng trong các thiết bị có công suất lớn.
- Máy điện đồng bộ là máy điện xoay chiều có tốc độ quay roto (n) bằng tốc độ quay của từ trờng (n1), chính vì thế máy điện này mới đợc gọi là “Máy điện đồng bộ”.
- Kết cấu của Máy điện đồng bộ Theo kết cấu, có thể chia Máy điện đồng bộ (MĐĐB) ra làm 2 loại: máy đồng bộ cực ẩn (số cực 2p = 2).
- và máy đồng bộ cực lồi (số cực 2p ≥4).
- 1 Kết cấu của máy điện 3 pha cực ẩn Máy điện 3 pha cực ẩn roto làm bằng thép chất lợng cao, đợc đúc thành khối hình trụ, sau đó đợc gia công và phay rãnh để lắp đặt cuộn dây kích từ.
- Phần không phay rãnh của roto hình thành mặt cực từ.
- 2 - Hình 1.1- Mặt cắt ngang trục lõi thép roto MĐĐB hiện đại cực ẩn thờng đợc chế tạo với số cực 2p = 2, tốc độ quay của roto là 3.000 vòng/phút, và để hạn chế lực ly tâm, trong phạm vi an toàn đối với thép hợp kim chế tạo lõi thép roto, đờng kính D của roto không đợc quá m.
- Dây quấn kích từ đặt trong rãnh roto đợc chế tạo từ dây đồng trần tiết diện hình chữ nhật, quấn theo chiều mỏng thành các bối dây đồng tâm.
- Để cố định và ép chặt các cuộn dây kích từ trong rãnh, miệng rãnh đợc nêm kín bằng thép không từ tính, các đầu nối (nằm ngoài rãnh) của dây quấn kích từ đợc đai chặt bằng các ống thép không từ tính.
- Hai đầu của dây quấn kích từ đi luồn trong trụ và nối với hai vành trợt ở đầu trục thông qua hai chổi điện để nối với dòng kích từ một chiều.
- Stato của MĐĐB 3pha cực ẩn gồm lõi thép, trong đó đặt dây quấn 3pha và thân máy, nắp máy.
- Trong các động cơ công suất trung bình và lớn, thân máy đợc chế tạo theo các kết cấu khung thép, mặt ngoài đợc bọc bằng các tấm thép dát dầy.
- Kết cấu của máy điện đồng bộ 3 pha cực lồi MĐĐB 3pha cực lồi thờng đợc sử dụng trong trờng hợp yêu cầu tốc độ quay thấp, vì vậy khác với MĐĐB 3pha cực ẩn, đờng kính roto D của nó có thể lớn tới 15m, trong khi chiều dài l lại nhỏ, với tỷ lệ l/D = (0,12 ữ0,2).
- Roto MĐĐB 3pha cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép chế tạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc khối hình trụ, trên mặt có đặt các cực từ.
- Cực từ đặt trên lõi thép roto đợc ghép bằng nhiều lá thép dày (1ữ1,5)mm.
- Việc cố định các cực từ trên lõi thép đợc thực hiện nhờ đuôi hình chữ T hoặc bằng các bulông xuyên qua mặt cực từ và vít chặt vào lõi thép roto (hình 1.2.
- 4 - 12435 Hình 1.2- Cực từ của máy đồng bộ cực lồi.
- Lá thép cực từ 2.
- Dây quấn kích thích 3.
- Lõi thép roto.
- Dây quấn kích từ bằng đồng tiết diện hình chữ nhật, đợc quấn theo chiều mỏng thành từng cuộn dây.
- Dây quấn khởi động đợc đặt trên các đầu cực giống nh dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ, nghĩa là làm bằng các thanh đồng đặt vào các rãnh của các đầu cực và đợc nối hai đầu bởi hai vòng ngắn mạch.
- Từ trờng trong Máy điện đồng bộ Từ trờng trong MĐĐB là do dòng điện trong các dây quấn stato và roto sinh ra.
- Khi máy điện làm việc không tải, trong dây quấn xoay chiều ở stato không có dòng điện (I = 0) nên từ trờng trong máy điện chỉ do dòng điện một chiều it - 5 - chạy trong dây quấn kích thích đặt trên các cực từ sinh ra.
- Nếu roto quay, từ trờng này quét qua dây quấn stato và cảm ứng trong các dây quấn này sức điện động (s.đ.đ) không tải E của máy điện.
- Khi máy làm việc có tải (I ≠0), thì ngoài từ trờng của cực từ còn có từ trờng do dòng điện tải ba pha chạy trong dây quấn ba pha sinh ra, đó là một từ trờng quay.
- Từ trờng quay này có thể phân tích thành từ trờng cơ bản và các từ trờng bậc cao có chiều quay và tốc độ quay khác nhau.
- Trong số các từ trờng này, từ trờng cơ bản là quan trọng nhất vì nó có tốc độ và chiều quay giống nh các từ trờng cực từ.
- Tác dụng của nó với từ trờng cực từ gọi là phản ứng phần ứng.
- Phản ứng phần ứng trong Máy điện đồng bộ có ảnh hởng rất nhiều đến từ trờng của cực từ và mức độ ảnh hởng đó phụ thuộc vào tính chất của tải cũng nh cấu tạo cực ẩn hoặc cực lồi của máy.
- Kết quả là khi máy làm việc có tải, dọc khe hở tồn tại một từ trờng thống nhất.
- Chính từ trờng đó sẽ sinh ra sức điện động lúc có tải ở các dây quấn của stato.
- Trong trờng hợp mạch từ của máy không bão hòa, lúc phân tích ta có thể xét riêng rẽ từ trờng của cực từ, từ trờng của phần ứng và các s.đ.đ do các từ trờng đó sinh ra, sau đó, dùng nguyên lý xếp chồng để có từ trờng tổng ở khe hở, s.đ.đ của dây quấn phần ứng khi máy làm việc có tải.
- Từ trờng của dây quấn kích thích (của cực từ) Dây quấn kích thích của MĐĐB 3pha cực ẩn và MĐĐB 3pha cực lồi có cấu tạo khác nhau nên từ trờng do chúng sinh ra cũng có dạng khác nhau.
- Đối với máy cực lồi Đối với máy cực lồi, do khe hở giữa mặt cực và phần ứng không đều nên mật độ từ thông cũng không đều, cụ thể: mật độ từ thông ở giữa mặt cực lớn hơn - 6 - ở mỏm cực.
- 12.+δατ=cbmδτBtBtmBtm1 a) b)2/π−2/π0 Hình 1.3- Từ trờng do dây quấn kích thích ở khe hở của Máy điện đồng bộ cực lồi.
- Trong Máy điện đồng bộ, sóng cơ bản là chủ yếu và sẽ tạo nên các s.đ.đ có tần số cơ bản ở dây quấn stato, còn các từ trờng bậc cao của cực từ thờng rất nhỏ, hơn nữa s.đ.đ do chúng sinh ra còn bị giảm đi nếu chọn thích đáng bớc ngắn y và số rãnh của một pha ở một cực q của dây quấn stato.
- Đối với máy điện cực ẩn ở trờng hợp Máy điện đồng bộ cực ẩn, đờng biểu diễn từ cảm Bt của cực từ có dạng hình thang nh trên hình 1.
- δτBtBtmBtm1 a) b)2/γπ γππγ)1(−α Hình 1.4- Từ trờng ở khe hở của Máy điện đồng bộ cực ẩn.
- Từ trờng của phần ứng Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện trong dây quấn stato sẽ sinh ra từ trờng của dây quấn stato, còn gọi là từ trờng phần ứng.
- Tùy theo tính chất của tải mà trục từ trờng phần ứng sẽ làm thành một góc nhất định với trục từ trờng cực từ.
- Nh vậy tác dụng của từ trờng phần ứng với từ trờng cực từ hay phản ứng phần ứng sẽ mang tính chất khác nhau tùy theo tính chất trở, dung hay cảm - 8 - của tải.
- Ngoài ra, vì trong máy điện cực ẩn khe hở là đều, còn trong máy điện cực lồi khe hở dọc trục và ngang trục khác nhau, nên s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn phần tĩnh do từ trờng phần ứng ở hai loại máy đó hoàn toàn không giống nhau.
- Phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục Xét tơng quan về không gian giữa cực từ trờng phần ứng và từ trờng cực từ trong trờng hợp máy điện 3pha hai cực, mỗi pha tơng ứng bởi một vòng dây.
- Giả sử các s.đ.đ và dòng điện trong 3 pha là hình sin, và xét tại thời điểm iA = Im, phản ứng phần ứng phụ thuộc vào tính chất của tải.
- Nếu tải thuần trở, ta có phơng của từ trờng quay phần ứng F thẳng góc với phơng của từ trờng cực từ Ft , phản ứng phần ứng là ngang trục.
- Nếu tải thuần cảm, F và Ft cùng phơng (dọc theo trục cực từ) nhng ngợc chiều nhau, và phản ứng phần ứng là dọc trục khử từ.
- Phản ứng phần ứng là dọc trục trợ từ.
- Trờng hợp tải hỗn hợp, phân tích F thành hai thành phần dọc trục và ngang trục (hình 1.5): Ψ=Ψ=cossinuuquudFFFF (1-1.
- 9 - ψIA.a)IB.IC.EC.Ft.EB.EA.Fu.Fuq.Fud.+...++FuFtSNABCYZXb) Hình 1.5- Đồ thị véctơ (a) và quan hệ không gian giữa từ trờng cực từ và từ trờng phần ứng (b) ở tải hỗn hợp (0 < ϕ < 900).
- Ta thấy khi tải có tính cảm (20π), phản ứng phần ứng là ngang trục và trợ từ.
- Từ cảm do từ trờng phần ứng và điện kháng tơng ứng - ở trờng hợp máy đồng bộ cực ẩn, khe hở giữa stato và roto là đều, và nếu mạch từ không bão hòa thì từ trở là hằng số.
- Nh vậy, nếu sức từ động (s.t.đ) của dây quấn phần ứng phân bố hình sin thì từ cảm dọc khe hở cũng theo hình sin.
- Từ thông uΦsẽ quay đồng bộ với roto và cảm ứng trong bản thân dây quấn phần ứng s.đ.đ: udqufwkE Φ= 2π (1-2) và điện kháng tơng ứng: x.
- ở máy đồng bộ cực lồi, khe hở giữa stato và roto không đều nên tuy s.t.đ của phần ứng là hình sin nhng từ cảm phân bố dọc khe hở là không sin.
- Ta có: qdqdquuqddqdquudIpwkmIpwkmFFIpwkmIpwkmFFππππ2cos2cos2sin2sin=Ψ=Ψ==Ψ=Ψ= (1-4) Trong đó, Ψ=Ψ= cos;sin IIIIqd (1-5) Biên độ của Fd và Fq trùng với trục dọc và ngang của cực từ (hình 1.6).
- Hình 1.6- Từ trờng phần ứng dọc trục (a) và ngang trục (b) trong máy điện cực lồi.
- 11 - Nếu khe hở là đều thì từ cảm do chúng sinh ra sẽ phân bố hình sin (đờng1 trên hình 1.6).
- Trên thực tế, do khe hở không đều, từ cảm dọc và ngang trục Bd,Bq phân bố không sin (đờng 2), có thể phân tích thành sóng cơ bản và các sóng bậc cao.
- Khi đó, điện kháng của máy đồng bộ cực lồi sẽ có hai thành phần khác nhau, điện kháng ngang trục xq và điện kháng dọc trục xd: xd = Ed/Id .
- Sơ đồ thay thế máy điện đồng bộ Trong chế độ xác lập một máy điện đồng bộ cực ẩn có sơ đồ thay thế gần giống với sơ đồ thay thế máy điện không đồng bộ.
- Dòng điện kích từ Ik chảy trong dây quấn kích thích tạo nam châm rôto, khi quay nam châm này sinh ra sức điện động trong dây quấn stato (E).
- Nh vậy ta có thể dựng đợc sơ đồ thay thế cho một pha nh trên hình 1.7a.
- Mạch rôto có thể quy đổi về stato bằng dòng điện Ik có tần số ωe, nh trên hình 1.7b, trong đó n là tỉ số quy đổi giữa giá trị hiệu dụng của Ik và biên độ của dòng một chiều Ik.
- Trong chế độ xác lập năng lợng truyền tới dây quấn là bằng không và toàn bộ năng lợng chuyển qua khe hở không khí đợc biến thành cơ năng.
- Sử dụng định luật Thevenin ta có sơ đồ thay thế Hình 1.7c, trong đó E = ωeLmnIk = ωeψk là sức điện động quay tơng ứng từ thông kích thích ψk do Ik tạo ra.
- Tổng điện kháng tản stato ωeLσs và điện kháng từ hoá ωeLm, ta gọi là điện kháng đồng bộ Xs = ωeLs = ωe (Lσs + Lm), và tổng trở Zs = Rs + jXs gọi là tổng trở đồng bộ, trong đó Lσs là điện cảm tản của dây quấn pha stato, Lm=1,5.Laa - 12 - UUsRsσ sUmInIk I UmRssσ sLUmLm E = ω LnIsm,UsRs I sLsLmIkRkk=Lm I s* *a )b )c )L σκ σL Hình 1.7- Sơ đồ thay thế một pha của máy điện đồng bộ cực ẩn.
- Laa là điện cảm tơng ứng từ thông khe hở không khí của một pha stato.
- Máy điện đồng bộ cực ẩn có thể vận hành với hệ số công suất theo 3 chế độ: cosϕ dơng với thiếu kích từ, cosϕ âm với quá kích từ và cosϕ = 1 với đủ kích từ.
- ở một tần số ωe xác định, có thể định nghĩa đợc sức điện động khe hở không khí Um = ωeψm, trong đó ψm = LmIm là từ thông khe hở không khí.
- Hình 1.8 biểu diễn các đồ thị véc tơ của sơ đồ thay thế hình 1.7c cho các chế độ động cơ và chế độ máy phát.
- 13 - IsUsϕψkψaψs δE- I RssXss - Ia)IsϕδEU- I X - I Rss sssb) Hình 1.8- Đồ thị véctơ của máy điện đồng bộ a- Chế độ động cơ b- Chế độ máy phát Nếu bỏ qua tổn thất trên điện trở dây quấn stato thì ta có thể biết đợc modul véc tơ từ thông stato tỷ lệ với biên độ điện áp và có pha vuông góc với điện áp.
- Góc giữa Us và E đợc gọi là góc mômen, nó có giá trị âm trong chế độ động cơ và có giá trị dơng trong chế độ máy phát (theo chiều từ Us tới E).
- Quan hệ điện từ trong Máy điện đồng bộ Vịêc phân tích các quan hệ điện từ chính trong MĐĐB để tạo cơ sở cho việc nghiên cứu các đặc tính của máy phát và động cơ điện đồng bộ.
- Các quan hệ điện từ chính trong Máy điện đồng bộ bao gồm các phơng trình điện áp, giản đồ

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt