Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB
Lời nói đầu

Truyền động điện là khâu không thể thiếu trong quá trình tự động hoá.
Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một
công nghệ sản xuất, đặc biệt là sản xuất hiện đại ,truyền động điện góp vai
trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lợng sảm phẩm Vì vậy
các hệ truyền động luôn luôn đợc nâng cao chất lợng để đáp ứng yêu cầu
công nghệ mới với mức độ tự dộng hoá cao .
Ngày nay ,do yêu cầu công nghiệp hoá và hiện đại hoá nền kinh tế ngày càng
xuất hiện nhiều dây truyền sản xuất mới có mức tự động hoá cao với những
hệ truyền động hiện đại. Kĩ thuật điều khiển Biến tần - Động cơ KĐB
Là một bớc đột phá của công nghệ giải quyết đợc khâu khó khăn nhất trong
việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ngoài ra làm giảm kích thớc và hạ giá
thành của hệ thống truyền động .
Tuy là một đề tài mới và rất khó hiện nay nhng bởi những lý do trên mà
chúng em quyết định chọn đề tài : hệ truyền động biến tần động cơ không
đồng bộ làm đề án tốt nghiệp .
Trong thời gian thực hiện đề tài dới sự hớng dẫn và chỉ bảo tận tình của
thầy giáo: Vũ Hữu Thích đề tài của chúng em đã đợc hoan thành .
Tuy đã cố gắng tìm hiểu và học hỏi nhng do thời gian và trình độ còn hạn
chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu xót về nội dung và hình thức vì
vậy chúng em rất mong sự chỉ bảo và góp ý của thầy cô cùng bạn bè để cho
đồ án đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội ngày 2 tháng 9 năm 2005
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Anh Thanh


CHƯƠNG II: giới thiệu chung về biến tần...................................27
I. Biến tần trực tiếp...........................................................................................27
II. Biến tần gián tiếp.........................................................................................28
1. Chỉnh lu........................................................................................................29
2. Mạch lọc.......................................................................................................30
3. Nghịch lu độc lập.........................................................................................30
4. Phơng pháp điều biến độ rộng xung NLĐL................................................37
CHƯƠNG III: Hoạt động của biến tần TOSVERT VF S9 .......39
1. Cấu trúc biến tần..........................................................................................39
2. Kết nối thiết bị .............................................................................................40
3. Hoạt động đơn giản của TOSVERT VF S9............................................41
4. Hoạt động cơ bản của TOSVERT VF S9...............................................46
5. Chế độ hoạt động và điều khiển .................................................................56
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
2
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

6. Các thông số cài đặt động cơ ......................................................................57
7. Bảng tham số cơ bản của biến tần...............................................................61

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
3
Sv: Nguyễn Anh Thanh

Lồng sóc đơn.
Lồng sóc kép.
Lồng sóc rãnh sâu.
+ Máy điện không đồng bộ rôto dây quấn.
2. Cấu tạo:
Động cơ không đồng bộ 3 pha gồm 2 phần chính: Phần tĩnh và phần
động.
a.

Phần tĩnh (stato):

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
4
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

Gồm 2 phần chính: Lõi thép, dây quấn.
- Lõi thép: Gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 0,5
mm đợc dập rãnh ghép cách điện với nhau, phía trong rãnh đặt dây
quấn. Mục đích nhằm hạn chế tổn hao dòng xoáy gây ra.
- Dây quấn : Đợc đặt trong rãnh lõi thép, xung quanh dây quấn đợc bọc cách điện để cách điện với lõi thép.
Kiểu dây quấn, hình dạng, cách bố trí dây phụ thuộc kết cấu của
máy và yêu cầu kỹ thuật từng loại động cơ .
b. Phần động (rôto)
Gồm 2 phần: Lõi thép và dây quấn


điện từ càng lớn do vậy trong chế tạo ngời ta qui định: Cos động cơ công
suất nhỏ và vừa thì kích thớc khe hở là: 0,2mmữ1 mm
Động cơ lớn thì kẽ hở: 5mm ữ 10mm ữ 15mm. Để hạn chế
dòng từ hoá lấy từ lới vào và nh vậy hệ số công suất của máy đạt cao hơn.
Những định mức cơ bản ghi trên nhãn động cơ không đồng
bộ 3 pha:
Công suất định mức: Pđm (Công suất trên trục động cơ)
Điện áp định mức: Uđm
Dòng điện định mức: Iđm
Trên nhãn máy thờng ghi /-380V/220V ; 4,3/7,5A
Có nghĩa là: Khi điện áp dây lới điện bằng 380V thì ta nối day quấn stato
theo hình sao và dòng điện định mức 4,3A. Khi điện áp mạng điện là 220V
thì dây quấn stato nối theo hình tam giác và dòng điện dây định mức là 7,5A
+ Hiệu suất định mức đm
+ Hệ số công suất định mức Cos
+ Tốc độ quay định mức nđm
+ Tần số định mức (50Hz)
+ Độ tăng nhiệt định mức tC
3. Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB ba pha
a. .Sự hình thành từ trờng quay
-Ta xét trờng hợp đơn giản nhất: Stato gồm 6 rãnh trong đó đặt ba dây
quấn AX, BY, CZ các cuộn dây đặt cách nhau 1200 trong không gian mỗi dây
quấn chỉ có một phần tử đầu và cuối .
- Xét từ trờng trong máy khi cho hệ thống điện ba pha chạy vào trong dây
quấn stato :
IA = IMAX sint
IB = IMAX sin(t-120)
t I = I I sin(t-240)
C

BA

BB

BA

BB

BA

BB

BC

Tại thời điểm t dòng điện pha nào (+) có chiều chạy từ đầu pha
B
đến cuối pha, dòng điện nào âm(-) có chiều chạy ngợc lại. Nếu dòng điện chạy
vào đánh dấu (+) nếu dòng điện chạy ra đánh dấu (.)
-

Tại thời điểm pha t=90 dòng điện pha A là cực đại Imax/2
dòng điện pha B và C âm. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định đợc đờng sức
-

từ tổng B đồng thời xác định đợc véc tơ biểu diễn từ trờng tổng. Nhận thấy
rằng véc tơ từ trờng tổng trùng với chiều từ trờng có pha dòng điện cực đại và
có độ lớn bằng 3/2 từ trờng cực đại
-

Tơng tự cho thời điểm t=90+1200; t=90+2400

+ Nếu thay đổi thứ tự hai trong ba pha điện vào dây quấn
stato thì chiều quay từ trờng sẽ đổi tính chất này để thay đổi chiều quay của
động cơ KĐB
-

b. Nguyên lý làm việc
- Khi nối dây quấn stato vào lới điện xoay chiều ba pha hệ thống dòng điện
xoay chiều chạy vào dây dẫn sẽ sinh ra từ trờng quay với tốc độ n=60f/p
(v/p)
- Từ trờng quay quét qua thanh dẫn rôto cảm ứng trong dây dẫn sinh ra một
sức điện động e2. Sức điện động này sinh ra dòng điện i2 chạy trong dây
quấn. Chiều của i2 xác định theo nguyên tắc bàn tay trái. Thanh dẫn rôto có
dòng điện i2 nằm trong từ trờng quay sẽ chịu lực tác dụng tơng hỗ tạo thành
mômen lực tác dụng nên rôto làm rôto quay với tốc độ n < n 1 cùng chiều
quay vơi từ trờng. Vì thế gọi động cơ này là động cơ KĐB
- Giữa tốc độ từ trờng và tốc độ động cơ có hệ số trợt

S=

n1 n
= 0,02 ữ 0,06
n1

c.. Xét quá trình năng lợng trong động cơ
- Công suắt đa vào =
1

3.U 1 .I . cos nó đợc phân ra

+ Công suất điện từ Pđt để tạo ra từ trờng quay

Vì P2< Pđt < 1
- Công suất cơ P2 rôto đa ra không thể bằng P2 mà còn phải trừ đi các tổn
hao do ma sát trên trục Pcơvà tổn hao phụ khác
P2= P2- Pcơ-Pp

Hiệu suất động cơ: =
Pđ1

2
1 = 0,8 ữ 0,9
1
Pst

P1

Pđ2

Pdt

Pcơ

Pcf
P2

II. Đặc tính của động cơ KĐB và các tham số ảnh hởng
1. Đặc tính cơ
Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ
I1

I2

R2: Điện trở dây quấn rôto quy đổi về stato
X1: Điện kháng cản của dây quấn stato
X2: Điện kháng quy đổi của dây quấn rôto
- Hệ số trợt :

S = n1

n1 n
n1

n: Tốc độ động cơ
n1: Tốc độ từ trờng
- Dòng stato :

I1 = U f (

1
R +X
2
m

2
m

1

+
( R1 +

'

Uf

( R1 + R2 ) 2 + ( X 1 + X 2' )

Khi = 1 s = 0 I2= 0
=0 s = 1 I2= I2mm
-Mômen điện từ:
'2

3 I .R
M dt = 2 2
s
Trong đó

'2

3I .R
dt = 2 2
s

Bỏ qua tổn hao coi

M=

- Điểm cực trị:

- Độ trợt tới hạn:

'2


- Xét ở chế độ động cơ Mth> 0
1
Đồ thị đặc tính cơ:
Sth
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
11
Sv: Nguyễn Anh Thanh
0
Mmm M
M
th


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

2. ảnh hởng cửa các tham số đến đặc tính cơ
a.ảnh hởng cửa lới điện áp
Khi điện áp giảm thì mômen tới hạn Mth giảm tỉ lệ bình phơng độ giảm của
điện áp Sth = const.

1 =

2f
=const
p

Imm giảm do đó có thể ứng dụng giảm điện áp Uf để thay

M th =

R2'
2
R12 + X mm

(

3U 2f 1

21 Rs + Rs + X mm

)

Với X mm = X 1 + X 2' + X f
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
12
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

- Phơng pháp này để điều chỉnh tốc độ và hạn chế dòng mở máy



Sth

Độ cứng đặc tính cơ
2
2
R1 + X nm

=

M th =

3U 12f

(

2
s.1 R1 + R12 + X mm

I 2 mm =

(R
-

U1 f
'
2

+ R2 f

)

2

R2f2

Mth
d. ảnh hởng của số đôi cực
Muốn thay đổi số đôi cực thì phải đấu lại dây quấn

1 =

2 f
Thay đổi = (1 s )1


Mth = Thay đổi
Sth =Const
Tuỳ theo sự thay đổi số đôi cực mà ta có đờng đặc tính cơ
- Khi thay đổi p dẫn đến tốc độ thay đổi vì p là số nguyên nên tốc độ
thay đổi đợc là tốc độ nhẩy cấp
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
14
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

e. ảnh hởng của tần số lới điện
- Ưu điểm :
+ Độ chính xác và tự động hoá cao

+ Điều chỉnh tần số (giảm f)
+ Thay đổi số đôi cực (tăng p)
1
1
- độ trợt s =
0
a
1
a
2
b
b
3

c

a; b là đoạn hãm tái sinh
b. Hãm động năng :
- Khi động cơ đang làm việc cắt nguồn
ra khỏi stato và đóng stato vào nguồn một
chiều từ trờng đập mạch làm cho suất điện
động và dòng điện ngợc pha ở chế độ động
cơ sinh mômen hãm
- có 2 cách hãm động năng _
+ Hãm động năng kích từ độc lập : Khi
Đ
động cơ đang quay muốn thực hiện hãm
động năng ta cắt nguồn điện đa vào stato và đóng
nguồn 1 chiều độc lập từ bên ngoài vào động cơ
+ Hãm động năng kích từ tự kích : thực hiện giống

Chiều của suất điện động xác định bằng qui tắc bàn tay phải. Do rôto kín
mạch nên xuất hiện dòng I2 chạy trong thanh dẫn tác động tơng hỗ giữa
dòng I1 và từ trờng tạo ra lực điện từ F chiều lực xác định bằng qui tắc bàn
tay trái dới tác dụng của cặp lực tạo ra mômen hãm ngợc chiều quay động cơ
làm cho động cơ giảm dần và suất điện động E2 giảm dần .
- Đờng đạc tính cơ :



M
Mc
c. Hãm ngợc :
Tơng tự với động cơ điện một chiều kích từ
độc lập trạng thái hãm ngợc của động cơ KĐB 0
b
có 2 trờng hợp :
- Hãm ngợc xảy ra khi động cơ đang làm việc
ta đa vào rô to điện trở phụ đủ lớn với tải thế
năng động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểm d
c
0
b ra khi bđộng cơ đang làma việc ta
- Hãm ngợc xảy
đổi thứ tự 2 trong 3 pha
điện áp đặt vào rôto làm cho từ trờng quay đảo
chiều quay rôto động cơ chuyển sang chế độ làm việc trên đờng
hãm ngợc bc hoặc bc c
Mc
c
M

+ Kết cấu đơn giản rẻ tiền
+ Làm việc chắc chắn thích hợp với mọi môi trờng
+ Khả năng quá tải lớn
-Nhợc điểm :
+ Rất khó điều chỉnh tốc độ do quan hệ giũa các đại lợng M,N,ứ là quan
hệ phi tuyến (phụ thuộc lẫn nhau )
II. Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ
Có 4 phơng pháp :
- Điều chỉnh điện áp phía stato
- Thay đổi điện trở điện kháng stato và rôto
- Điều chỉnh suất điện động rôto (điều chỉnh công suất
trợt)
- Điều chỉnh tần số nguồn
1. Hệ thống điều chỉnh điện áp động cơ
- Sơ đồ khối :
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
18
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

-ở động cơ KĐB momen tải của động cơ tỉ lệ với bình phơng Uf. Do đó có
thể điều chỉnh điện áp động cơ khi tần số không đổi
- Khi điều chỉnh điện áp ta có quan hệ giữa mômen và điện áp :
M thU U b
=

động cơ đợc điều chỉnh bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ trong khi tốc độ
không tải lý tởng của mọi đặc tính nh nhau và bằng tốc độ từ trờng quay
đttn(Rf=0,)

Đặc tính cơ
- Thay đổi góc điều khiển Ub khác UL

đtgh(Rf 0)

Ub2
C

T2
D0

Lk

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
20
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

b . Hoạt động.
Rr =Rdq + Rf
Rdq: Điện trở dây quấn
Rf: Điện trở Rf trong mạch rôto
- Khi thay đổi: Rf trong rôto
M th =

3U 2f
2
s1 ( R1 + R12 + X nm
)

= const

1 =

2 . f
; = (1 s )1
p

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
21
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

ta thấy khi f thay đổi , 1 cũng thay đổi quá trình điều chỉnh tốc độ bằng
phơng pháp tần số thì tốc độ điều chỉnh đợc là trơn, trợt
a. Điều chỉnh tần số điện áp
- Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả năng quá tải về mômen
+ Khi điều chỉnh tần số thì thì trở kháng ỉ,I của động cơ thay đổi do đó để
đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm cho đông cơ bị quá dòng
thì điều chỉnh tấn số ngời ta phải điều chỉnh cả điện áp
+ Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thớng có yêu cầu giữ khả năng quá tải
về mômen không đổi trong suốt dải điều chỉnh .
Mặt khác khả năng quá tải của mômen đợc quy định thông qua hệ số quá tải
về mômen

M =



U
Usdm
Mth
Mthdm
M
ú =
.
=
0 dm
U0
M
Mth
Mthdm

f thay đổi 1 thay đổi 0 thay đổi

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
22
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

Ta có : 0 = dm =

2 . f dm

Is =


. 1 + (Tr. s ) 2
Lm

với Tr =

Lr
Rr

Muốn giữ từ thông không đổi ỉ=const là
_Nhợc điểm :
+ Điện áp do không giống hình sin nên hiệu suất thấp vì vậy phải có biện
pháp cải thiện dạng điện áp ra tải gần hình sin hơn
b . Điều chỉnh tần số nguồn dòng :
- Biến tần nguồn dòng :
Ưu điểm: làm tăng đợc công suất đơn vị máy mạch lực đơn giản mà vẫn
thực hiện đợc hãm tái sinh động cơ

______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
23
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB




U1(f1)


Mạch van


U2(f2)


______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
24
Sv: Nguyễn Anh Thanh


Đồ án tốt nghiệp

Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB

Điện áp xoay chiều U1 với tần số f1 chỉ cần qua một mạch van
là chuyển ngay ra tải với điện áp xoay chiều U2 có tần số f1 khác f2
Trong biến tần trực tiếp đờng cong điện áp đầu ra là đờng ghép
nối các đoạn hình sin của điện áp nguồn bằng cách nối tải vào các pha của
các nguồn một cách luân phiên nhờ các van bán dẫn. Các van bán dẫn trong
biến tần trực tiếp đợc chuyển mạch tự nhiên.
Biến tần trực tiếp có hệ số cao do chỉ một lần biến đổi điện
năng và cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lợng mà không cần có mạch
điện phụ. Cũng có thể điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra của biến tần trực

vì tần số ra chỉ phụ thuôc vào mạch điều khiển. Hơn nữa với sự ứng dụng hệ
điều khiển số nhờ kĩ thuật vi xử lý và dùng van lực là các loại thysistor đã
cho phép phát huy tối đa u điểm của loại biến tần này. Vì vậy đại đa số các
biến tần sử dụng hiện nay là biến tần gián tiếp
______________________________________________________________
Trờng cao đẳng công nghiệp Hà Nội
25
Sv: Nguyễn Anh Thanh