ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HÃM
MỞ ĐẦU
Động cơ điện không đồng bộ, hay còn gọi là động cơ dị bộ, được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực Các loại động cơ này có thể là một pha, hai pha hoặc ba pha, trong đó động cơ ba pha chiếm ưu thế Công suất của động cơ dị bộ rất đa dạng, từ vài kW đến hàng trăm kW.
Động cơ không đồng bộ có công suất từ KW và điện áp từ 100V đến 6000V, nổi bật với cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rotor lồng sóc So với động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ có giá thành thấp hơn, vận hành tin cậy và chắc chắn Hơn nữa, động cơ không đồng bộ có thể sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha mà không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi.
Động cơ không đồng bộ gặp khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ và kiểm soát các quá trình quá độ Đặc biệt, động cơ rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động không tốt hơn so với các loại động cơ khác.
CẤU TẠO
Máy điện quay, đặc biệt là máy điện không đồng bộ, bao gồm hai phần chính: phần quay (rotor) và phần tĩnh (stator), với khe hở không khí giữa chúng Sơ đồ lá thép stato và rô to của máy điện dị bộ được thể hiện trong H.1.1 Các lá thép này được chế tạo từ thép điện kỹ thuật mỏng, có cách điện hai phía nhằm giảm thiểu dòng Fuco Cuộn dây stato được làm bằng đồng và được đặt trong các rãnh của lõi thép, trong khi cuộn dây rô to được đúc bằng nhôm trực tiếp vào các rãnh (GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, 2005).
Hình 1.1: Cấu tạo động cơ không đồng bộ.
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Để xét nguyên lý hoạt động của máy điện ta dùng mô hình nhƣ H.1.3
Khi cấp điện vào 3 cuộn dây stato của hệ thống điện 3 pha, sẽ sinh ra từ trường quay Từ trường này cắt qua các thanh dẫn của rô to, tạo ra sức điện động (Sđđ) trong cuộn rô to Do rô to ngắn mạch, dòng điện sẽ chạy trong các thanh dẫn, và dòng điện này tác động lên từ trường quay, tạo ra mô men khiến rô to quay với tốc độ thấp hơn tốc độ quay của từ trường.
Hình1.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ
Do đó tốc độ quay của rotor khác tốc độ quay của từ trường nên xuất hiện độ trƣợt và đƣợc định nghĩa nhƣ sau: s = 100 % tt tt n n n (1.1) a b stato
Do đó tốc độ quay của rotor có dạng: n = n tt (1 – s) (1.2)
Căn cứ vào độ trƣợt máy điện dị bộ có 3 chế độ làm việc:
1 Chế độ máy phát khi s1.
PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ
Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta dựa vào sơ đồ thay thế với các giả thiết sau:
- Ba pha của động cơ là đối xứng
Các thông số của động cơ được coi là không đổi khi chúng không phụ thuộc vào nhiệt độ Điện trở của rôto cũng không thay đổi theo tần số dòng điện Hơn nữa, mạch từ không bị bão hòa, dẫn đến điện kháng X1 và X2 giữ nguyên giá trị.
- Tổng dẫn mạch từ hóa không thay đổi, dòng điện từ hóa không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stator động cơ
- Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép
- Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha (Bùi Quốc Khánh,Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, 2005) [2]
Hình 1.3: Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ
Uf1 : Trị số hiệu dụng điện áp pha stator
I1, : Dòng stator, dòng điện rotor đã quy đổi về stator và dòng điện từ hóa
R1, R : Các điện trở tác dụng của cuộn dây stator, của mạch từ hóa và của rotor quy đổi về stator
X à , X 1δ , X 2δ : Điện khỏng mạch từ húa, điện khỏng tản stator và điện kháng tản rotor đã quy đổi về stator
Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
M = (1.3) Độ trƣợt tới hạn: sth = (1.4)
Dấu (+) ứng với trạng thái động cơ và dấu (-) ứng với trạng thái máy phát
Hình 1.4: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÃM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Động cơ điện không đồng bộ có ba phương pháp hãm cơ bản:
Hãm tái sinh xảy ra khi:
Nguồn cung cấp có tần số cố định khiến động cơ quay nhanh hơn tốc độ đồng bộ của từ trường quay Đặc tính ω(M) chỉ ra rằng động cơ hoạt động như một máy phát, chuyển đổi cơ năng thành điện năng để trả về nguồn Moment hãm giữ cho vận tốc động cơ không vượt quá giá trị xác định và có khả năng dừng động cơ.
Động cơ không đồng bộ có thể điều chỉnh tốc độ thông qua việc thay đổi tần số hoặc số đôi cực, cho phép thực hiện hãm tái sinh khi giảm tốc độ Bằng cách giảm tần số nguồn xuống thấp hơn vận tốc làm việc hiện tại, động cơ chuyển sang chế độ hãm tái sinh trong đặc tính làm việc mới Phương pháp này có thể được sử dụng để hãm vì tần số nguồn có thể điều chỉnh đến mức triệt tiêu Tuy nhiên, để hoạt động hiệu quả, nguồn cung cấp phải có khả năng điều chỉnh tần số (biến tần) và có chức năng nhận năng lượng từ tải đưa ngược về.
1.5.2 Hãm ngƣợc a) Hãm ngƣợc bằng cách đƣa điện trở phụ lớn vào mạch rotor cho động cơ dây quấn
14 b)Hãm ngược bằng cách đảo chiều từ trường stator
Hãm động năng được chia ra làm hai trường hợp: a) Hãm động năng kích từ độc lập:
Hình 1.5.a) Sơ đồ nguyên lý động cơ dị bộ hãm động năng kích từ độc lập b) Nguyên lý tạo moment hãm động năng động cơ dị bộ
Khi stator động cơ không đồng bộ được cắt ra khỏi lưới điện và kết nối với nguồn một chiều độc lập, động cơ vẫn tiếp tục quay nhờ động năng tích lũy Trong trường hợp này, động cơ hoạt động như một máy phát cực ẩn với tốc độ và tần số thay đổi, trong đó tải tiêu thụ là điện trở của mạch rotor.
Khi cắt stator khỏi nguồn xoay chiều và đóng và nguồn một chiều thì dòng một chiều này sẽ sinh ra một từ trường đứng yên Φ so với stator
Rotor động cơ tiếp tục quay theo chiều cũ do quán tính, dẫn đến việc các thanh dẫn rotor cắt qua từ trường đứng yên, tạo ra suất điện động e2 Vì rotor là mạch kín, suất điện động e2 sinh ra dòng điện i2 cùng chiều Chiều của e2 và i2 được xác định theo quy tắc bàn tay phải, với dấu '+' khi e2 có chiều đi vào và dấu 'ã' khi đi ra Sự tương tác giữa dòng điện i2 và từ trường Φ tạo ra lực từ động F, có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái Lực F này sinh ra moment hãm ngược chiều quay của rotor, làm rotor quay chậm lại và suất điện động e2 cũng giảm dần.
Trong hãm động năng, kích từ độc lập duy trì từ thông Φ không đổi, trong khi hãm động năng tự kích từ cho phép Φ biến đổi Khi động cơ không đồng bộ hoạt động như máy phát điện đồng bộ, tốc độ và tần số của nó thay đổi, với tải của máy phát là điện trở mạch rotor Để thiết lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ trong quá trình hãm động năng, ta thay thế chế độ máy phát đồng bộ có tần số thay đổi bằng chế độ động cơ không đồng bộ Cuộn dây stator được coi như đấu vào nguồn xoay chiều, mặc dù thực tế nó đấu vào nguồn một chiều Điều kiện đẳng trị ở đây là sức từ động do dòng điện một chiều (F mc) và dòng điện xoay chiều đẳng trị (F 1) sinh ra là tương đương nhau.
Trong đó: a, A là các hệ số phụ thuộc sơ đồ nối mạch stator khi hãm động năng
Dựa vào sơ đồ thay thế một pha của động cơ trong chế độ hãm động năng, đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ được xây dựng khi điện áp đặt vào stator không đổi, tạo ra nguồn từ trường Φ không đổi Dòng điện stator I1 giữ nguyên, trong khi dòng điện rotor I2 thay đổi theo độ trượt s Khi hãm động năng với kích từ độc lập, dòng điện một chiều I mc không đổi dẫn đến dòng xoay chiều cũng không thay đổi, biến nguồn cấp cho stator thành nguồn dòng Tổng trở mạch rotor trong chế độ hãm phụ thuộc vào tốc độ, do đó dòng rotor I2 và từ trường Φ đều biến đổi theo tốc độ Trong quá trình làm việc của động cơ không đồng bộ, độ trượt s đại diện cho tốc độ cắt tương đối giữa thanh dẫn rotor và từ trường stator, và trong trạng thái hãm động năng, nó được thay thế bằng tốc độ tương đối.
Khi khảo sát đường cong cho ta kết quả:
Hình 1.6: Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ khi hãm động năng kích từ độc lập
Biểu thức (1.13) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi hãm động năng kích từ độc lập
Hình 1.7: Đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập động cơ dị bộ
Các đường đặc tính hãm động năng được biểu diễn trên hình 1.7 với đường (1), (2) có cùng điện trở nhưng Mth2 > Mth1 nên dòng một chiều
17 tương ứng I mc2 > Imc1 Đường (2) và (3) có cùng dòng một chiều nhưng lại khác nhau
Khi thay đổi điện trở phụ trong mạch rotor hoặc điều chỉnh dòng điện một chiều trong stator của động cơ không đồng bộ trong quá trình hãm động năng, vị trí của đặc tính cơ sẽ bị thay đổi Đặc biệt, trong chế độ hãm động năng tự kích từ, động cơ hoạt động ở chế độ động cơ (K kín, H hở) và khi chuyển sang K hở, các đặc tính này cũng sẽ thay đổi.
H kín động cơ sẽ chuyển sang hãm động năng tự kích từ Khi đó dòng điện
IMC không lấy nguồn điện một chiều từ bên ngoài mà sử dụng năng lượng trực tiếp từ động cơ thông qua bộ chỉnh lưu trong mạch rotor hoặc bộ tụ điện trong mạch stator.
Hình 1.8: Hãm động năng tự kích từ mạch rotor và dùng tụ điện
HÃM ĐỘNG NĂNG BA GIAI ĐOẠN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
MỞ ĐẦU
Việc phát triển hệ thống phanh hiệu quả cho động cơ cảm ứng ba pha trong công nghiệp là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng Hệ thống phanh không chỉ cần thiết để dừng động cơ trong các tình huống khẩn cấp mà còn để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Các phương pháp hãm như hãm tái sinh, hãm ngược, hãm động năng kích từ độc lập và hãm động năng tự kích từ được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất Đề tài này sẽ giới thiệu một hệ thống phanh đa tầng, kết hợp nhiều phương pháp khác nhau nhằm đạt được hiệu quả phanh tốt nhất.
HỆ THỐNG HÃM ĐỘNG NĂNG BA GIAI ĐOẠN
2.2.1 Sơ đồ hệ thống Để duy trì sự tự kích thích (hiện tƣợng tự kích) và từ đó đạt đƣợc một quá trình phanh hiệu quả trên một phạm vi tốc độ mở rộng, một tụ điện lớn nhằm mục đích duy trì sẽ đƣợc sử dụng Giá trị điện dung yêu cầu có xu hướng ban đầu thấp và sau đó tăng lên khi tốc độ giảm xuống Một giá trị điện dung thấp là điều mong muốn vào lúc bắt đầu của quá trình phanh để tránh hiện tượng tăng điện áp ban đầu Vì vậy, trong phương pháp này sử dụng hai tụ điện, một nhỏ và một lớn, với tụ điện có giá trị nhỏ hơn đƣợc sử dụng ban đầu
Chi tiết của phương pháp này được giải thích cụ thể qua sơ đồ hình 2.1
Hình 2.1: sơ đồ đơn giản hóa hệ thống phanh đa tầng
Hệ thống phanh đa tầng hoạt động theo sơ đồ nguyên lý như Hình 2.1 Quá trình hãm bắt đầu khi ngắt SW1 và đóng SW2, dẫn đến giai đoạn tự kích thích của tụ C1, giúp giảm tốc độ nhanh chóng khoảng 50% so với giá trị ban đầu Trước khi giai đoạn tự kích thích của C1 kết thúc, SW3 được đóng lại, kết nối C1 với C2, mở rộng phạm vi tự kích từ và giảm đáng kể tốc độ Sau một thời gian trễ, SW4 sẽ được đóng, ngắn mạch hai pha a và b của động cơ, gây ra sự giảm tốc đột ngột nhờ phanh từ Cuối cùng, động cơ sẽ dừng hẳn khi chuyển đổi được đóng lại.
SW5 sẽ có một lượng nhỏ giá trị một chiều được đưa vào cuộn dây của động cơ, dẫn đến việc động cơ dừng hẳn (S SREENIVASA MURTHY, GUNNAR J BERG, CHANDRA S.JHA, AJAY K TANDON, 1984) Để hãm động năng của động cơ dị bộ ba giai đoạn, cần sử dụng một mạch điều khiển, có thể áp dụng PLC cho việc điều khiển hãm.
Vi điều khiển 8051 là một trong những loại vi điều khiển phổ biến và được ưa chuộng trong các ứng dụng nhờ vào những lợi thế vượt trội của nó Trong đồ án này, chúng ta sẽ khám phá những ứng dụng đa dạng của vi điều khiển 8051, nhấn mạnh vào khả năng linh hoạt và hiệu quả của nó trong việc điều khiển các thiết bị điện tử.
VI ĐIỀU KHIỂN 8051
2.3.1 Các đặc điểm chính của 8051
Vi điều khiển 8051 thuộc họ MCS51 có các đặc điểm chính sau:
Bộ vi điều khiển này được trang bị 4Kb ROM và 128 Byte RAM, cùng với 4 cổng xuất/nhập I/O 8bit Nó có hai bộ định thời 16bit và hỗ trợ giao tiếp nối tiếp Ngoài ra, nó còn có không gian bộ nhớ chương trình mở rộng 64Kb và không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng 64Kb Đặc biệt, bộ vi điều khiển này có một bộ xử lý Boolean hoạt động trên bit đơn với khả năng định vị 120 vị trí bit, cùng với bộ nhõn chia 4às.
2.3.2 Cấu trúc vi điều khiển 8051
Phần chính của vi điều khiển 8051 là bộ xử lý trung tâm CPU bao gồm:
- Thanh ghi tích lũy A, Thanh ghi tích lũy B phụ (sử dụng cho phép nhân chia)’ ALU (Arithmatic Logical Unit) đơn vị logic học
PSW (Program Status Word) là từ trạng thái chương trình, bao gồm bốn băng thanh ghi và con trỏ ngăn xếp Ngoài ra, vi điều khiển còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic Hình 2.2 minh họa sơ đồ khối của vi điều khiển này.
Phần cơ bản là đơn vị xử lý trung tâm, nhận xung trực tiếp từ bộ dao động và có khả năng nhận tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài Trong quá trình chương trình chạy, có thể dừng lại nhờ vào khối ngắt bên trong.
Hai bộ định thời 16bit hoạt động nhƣ một bộ đếm
Các port sử dụng vào mục đích điều khiển
Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền/nhận không đồng bộ làm việc đối lập nhau
Trong vi điều khiển 8051, hai thành phần quan trọng là bộ nhớ và thanh ghi Bộ nhớ bao gồm RAM và ROM, có chức năng lưu trữ dữ liệu và mã lệnh.
Các thanh ghi sử dụng lưu trữ thông tin trong quá trình xử lý Khi CPU làm việc nó làm thay đổi nội dung các thanh ghi
2.3.3 Chức năng các chân vi điều khiển
8051 là một vi điều khiển với 40 chân, trong đó 24 chân có chức năng kép, cho phép chúng hoạt động như đường xuất nhập, điều khiển, hoặc thành phần của bus dữ liệu và bus địa chỉ Chức năng cụ thể của các cổng và chân được trình bày trong bảng 2.1, và sơ đồ chân của 8051 được thể hiện trong hình 2.2.
Cổng vào tín hiệu PSEN:
PSEN là tín hiệu đầu ra tại chân 29, cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng được kết nối với chân OE của EPROM, giúp đọc các byte mã lệnh Lệnh PSEN được thực hiện khi ở mức thấp.
Bảng 2.1: Chức năng chuyển đổi các chân trong port 3
Bit Tên Chức năng chuyển đổi
Cổng vào dữ liệu nối tiếp và cổng xuất dữ liệu nối tiếp cho phép truyền và nhận thông tin một cách hiệu quả Các cổng vào ngắt cứng thứ 0 và thứ 1 giúp xử lý các tín hiệu ngắt nhanh chóng Bên cạnh đó, cổng vào Timer/Counter thứ 0 và thứ 1 hỗ trợ quản lý thời gian và đếm sự kiện Cuối cùng, việc ghi và đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài đảm bảo lưu trữ và truy xuất thông tin một cách linh hoạt.
Khi 8051 thực hiện chương trình trong ROM nội thì PSEN sẽ ở mức logic 1
Cổng tín hiệu điều khiển ALE: (Address Latch Enable):
Tín hiệu ra ALE ở chân 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt
Cổng tín hiệu EA (External Access):
Tín hiệu vào EA tại chân 31 có thể được thiết lập ở mức 1 hoặc 0 Khi ở mức 1, vi điều khiển sẽ thực thi chương trình từ ROM, trong khi ở mức 0, chương trình sẽ được thực hiện từ bộ nhớ mở rộng.
Cổng tín hiệu RST (Reset):
Cổng vào RST ở chân 9 là ngõ vào reset của 8051
Các cổng vào dao động X1 và X2:
Bộ dao động tích hợp trong vi điều khiển cho phép người thiết kế dễ dàng kết nối thêm thạch anh và các tụ theo sơ đồ Tần số thạch anh phổ biến được sử dụng cho vi điều khiển 8051 là 12MHz.
Chân 40 (Vcc) đƣợc kết nối nguồn 5V
2.3.4 Cấu trúc bên trong vi điều khiển
8051 sử dụng cấu trúc bộ nhớ Harvard, với các vùng riêng biệt cho bộ nhớ chương trình và dữ liệu Bộ nhớ nội bộ bao gồm ROM (8051) và RAM trên chip, với hai đặc tính quan trọng cần lưu ý.
- Các thanh ghi và các port xuất nhập đã đƣợc xếp trong bộ nhớ và có thể đƣợc truy xuất trực tiếp nhƣ các địa chỉ bộ nhớ khác
- Bộ vi xử lí 8051 còn có các thanh ghi chức năng đặc biệt , các BANK thanh ghi
Vi điều khiển 8051 còn có: các loại cờ:
Cờ nhớ CY (carry Flag, Cờ nhớ phụ AC(Auxiliary Carry Flag),Cờ 0 (Flag 0),Cờ tràn OV (Over Flag):
Ngoài ra: có Parity bit(P), Thanh ghi B:
Các loại con trỏ của 8051:
- Con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer
- Con trỏ dữ liệu DPTR (Data Pointer)
Các thanh ghi Port (Port Register):
Các cổng của vi điều khiển 8051 bao gồm: Port 0 tại địa chỉ 80H, Port 1 tại địa chỉ 90H, Port 2 tại địa chỉ A0H và Port 3 tại địa chỉ B0H Tất cả các cổng này cho phép truy cập từng bit, mang lại sự tiện lợi trong giao tiếp.
Các thanh ghi timer (Timer Register): 8051 có chứa hai bộ định thời/bộ đếm sự kiện
Các thanh ghi port nối tiếp của vi điều khiển 8051 cho phép trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem và các IC khác.
Các thanh ghi ngắt(Interrupt Register): 8051 có cấu trúc 5 nguồn ngắt,
Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power Control Register
KẾ VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG HÃM ĐỘNG NĂNG BA
THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN
3.1.1 Mạch nguồn 5V Để cung cấp nguồn một chiều ổn định cho vi điều khiển ta sử dụng mạch nguồn 5V nhƣ hình.3.1 :
Hình 3.1 : Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5V
Mạch nguồn đƣợc cấp điện áp đầu vào 6VAC thông qua một biến áp
Mạch điện sử dụng nguồn 220V/6V, 3A, với diode cầu 3A để chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều Tụ điện 2200µF và 220µF được sử dụng để lọc nguồn, cùng với tụ 0,1µF để loại bỏ nhiễu Thiết kế mạch in được thực hiện bằng phần mềm Orcad phiên bản 9.5 và được thể hiện trong hình 3.2.
Hình 3.2: Mạch in mạch nguồn 5V
Mạch nguồn 24VDC được thiết kế để hãm một chiều, sử dụng diode cầu 5A cho quá trình chỉnh lưu Để lọc nguồn, mạch sử dụng tụ 2200µF và tụ 0,1µF để loại bỏ nhiễu Sơ đồ nguyên lý của mạch được thể hiện trong hình 3.3.
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn hãm 24VDC
Mạch in của sơ đồ đƣợc thể hiện nhƣ trên hình 3.4
Hình 3.4: Mạch in mạch nguồn hãm 24VDC
Mạch nguồn 24VDC được sử dụng để cung cấp điện cho các relay, bao gồm một cầu diode 5A, các tụ lọc nguồn và lọc nhiễu, cùng với IC LM7824 Sơ đồ nguyên lý của mạch được thể hiện trong hình 3.5, trong khi hình 3.6 minh họa mạch in của mạch cấp nguồn 24VDC.
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý mạch cấp nguồn 24VDC
Hình 3.6: Mạch in mạch cấp nguồn 24VDC.
THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN
3.2.1 Tính chọn tụ tự kích và nguồn một chiều
Ba pha cân bằng được thiết lập khi kết nối các tụ điện có giá trị phù hợp vào các pha của máy điện dị bộ ba pha hoạt động với tốc độ không đổi Điều này giúp tạo ra điện áp ổn định trong các cuộn dây ba pha, giả định rằng từ thông còn lại vẫn tồn tại trong mạch từ của máy.
Sự kích từ được duy trì bởi các tụ điện, trong khi độ bão hòa từ giới hạn điện áp cảm ứng, được gọi là tụ điện tự kích từ Hiện tượng này có thể quan sát được khi sử dụng một tụ điện có giá trị phù hợp đấu vào hai trong ba pha của động cơ, với pha thứ ba để hở.
Hình 3.7 : Kết nối stato để tự kích thích với một tụ điện
Tụ điện tự kích từ được sử dụng để hãm động năng của động cơ cảm ứng sau khi ngắt nguồn cung cấp Tuy nhiên, do động cơ vẫn quay với tốc độ cao, dòng điện quá độ có thể xuất hiện trong cuộn dây, tạo ra một moment hãm Kết quả là, động năng trong động cơ bị tiêu tán, dẫn đến tổn thất đồng trong các cuộn dây của máy điện.
Máy làm việc với tụ tự kích một pha có thể được phân tích thông qua phương pháp phân tích hệ ba pha không đối xứng thành ba hệ ba pha đối xứng, theo nghiên cứu của W.V Lyon (1954) và D.C White cùng H.H Woodson.
Năm 1959, S.S Murthy, B Singh và A.K Tandan (1981) cùng với P.L Alger (1970) đã nghiên cứu các mạch tương đương liên quan đến quá trình hoạt động Nghiên cứu này tập trung vào nguồn ba pha bất biến tức thời, trong đó các thành phần đối xứng được xác định thông qua mối quan hệ ma trận.
( Ở đây ký hiệu sa,sb,sc chỉ các các dây stator và mũ +,-,0 là tức thời dương, âm, và thứ tự không lƣợng)
Mối quan hệ giữa các dòng điện trong cuộn dây stator giống như việc duy trì cân bằng Khi phân tích cách kết nối các cuộn dây, tổng dòng điện trong hệ thống luôn đạt giá trị bằng không.
Theo S.S Murthy, B Singh và A.K Tandan (1981) cùng P.L Alger (1970), không có thứ tự không lượng xảy ra trong trình tự hoạt động của mạch tương đương mạch tích cực Hình 3.8 minh họa rõ ràng cho quy trình này.
Rs , Rr Cuộn kháng của stator và rotor (xem stator)
X ls , x lr Cuộn rò điện kháng stator và rotor (xem stator) xm Điện kháng từ hóa p Toán tử (1/ )(d/dt)
Giá trị tần số cơ bản
Mỗi đơn vị tốc độ = tốc độ thực tế / tốc độ đồng bộ
Mạch trình tự âm tương đương có hình dạng như hình 3.8, với j được thay thế bằng -j Tất cả các biểu thức thứ tự âm đều là đại lượng phức tương ứng với các biểu thức thứ tự dương.
Từ hình.3.8, người ta có thể viết: s +
+ là trở kháng hoạt động chuỗi tích cực
Với zs là trở kháng âm hoạt động liên tục, tụ điện ba pha cân bằng kết nối vào hai trong ba pha mạch tương đương hoạt động như hình 3.8 Nguồn điện áp được thay thế bằng x c / p, trong đó x c = 1/C, và các điện kháng cho mỗi giai đoạn được xác định ở tần số cơ bản.
Mạch tương đương này đưa ra các mối quan hệ:
Mà kết quả là phương trình đặc trưng:
Từ hình 3.8, có thể viết:
Phương trình (3.5) bây giờ có thể đơn giản hóa thành:
(3.11) Đối với trường hợp chỉ nối tụ điện một pha, Hình 3.7, thì biểu thức cuối cùng nhƣ sau:
Hình 3.9: Mạch tương đương hoạt động với việc kết nối một tụ điện
Bằng cách sử dụng chuyển đổi tức thời thành phần đối xứng(3.1) và các mối quan hệ volt ampe hoạt động (3.4), (3.5), ta có thể viết:
Mà có thể được biểu diễn bởi các mạch tương đương của hình 3.9
Từ (3.13) phương trình đặc trưng có thể được viết như sau:
Thay thế cho zs + từ (3.8) và ghi nhận rằng zs - là liên hợp phức của zs +
, (3.11) để đơn giản hoá các đa thức:
Sự tự kích thích xảy ra đối với các giá trị nhất định của x c, v và các thông số máy khi có một nghiệm của đa thức (3.10) hoặc (3.15), phụ thuộc vào cách kết nối tụ điện ba pha hoặc chỉ một tụ điện có phần thực dương Đối với mỗi đơn vị tốc độ v, tồn tại giá trị nhỏ nhất của C, làm cho phần thực của một trong những nghiệm tích cực Sự tự kích thích được duy trì cho các giá trị C cao hơn giá trị tối thiểu này Giá trị tối thiểu của C chỉ làm cho phần thực của nghiệm bằng không và có thể được tính toán bằng một chương trình máy tính đơn giản, sử dụng các routines tiêu chuẩn như ZCPOLR/ZPOLR nếu IMSL có sẵn Sơ đồ khối cho chương trình máy tính này được trình bày trong hình.3.10.
Hệ thống phanh tụ mới được thiết kế cho động cơ cảm ứng ba pha bốn cực của Mawdsleys, với thông số kỹ thuật 50Hz, 11A và 400V.
Hình 3.10: Sơ đồ khối xác định Cmin
Start Đọc thông số máy Đọc giá trị ban đầu của v Đọc giá trị ban đầu của C
Tính toán các hệ số K 1 , K2 vv
(11 or 16) Đánh giá nghiệm của đa thức
Là một phần thực của nghiệm tích cực?
Tìm C để cho phần thực của nghiệm bằng 0
Print C, v và các nghiệm v=I sa max? end Lấy một giá trị mới của v
Lấy một giá trị mới của C
Các thông số mạch tương đương của máy được xác định thông qua các thủ tục thử nghiệm tiêu chuẩn Kháng stator R s được ước lượng từ thử nghiệm kháng DC để xem xét các hiệu ứng AC Kiểm tra rotor bị chặn thu được các thông số R r, x ls và X lr, với giả định x ls = x lr Động cơ hoạt động ở tốc độ đồng bộ và đo trở kháng đầu vào tại các điện áp khác nhau, từ đó thu được các điện kháng từ hóa xm trong cả hai điều kiện bão hòa và không bão hòa Cuối cùng, điện dung tối thiểu cần thiết để tự kích thích giá trị bão hòa của x m đã được tính toán.
Các thông số của máy là:
Các thông số được sử dụng trong các chương trình trước đây nhằm xác định giá trị điện dung tối thiểu cho tụ tự kích thích với các tốc độ khác nhau Kết quả của nghiên cứu này được trình bày trong hình 3.11.
Hình 3.11: Cmin so với tốc độ cho động cơ thử nghiệm
Hình 3.12: Tối thiểu trên một đơn vị y c =(l / XC) so với tốc độ cho động cơ giá trị khác nhau (sử dụng một tụ điện)
Các giá trị Cmin ở các tốc độ khác nhau để kích thích tự động đã được xác định qua các phương pháp thực nghiệm Các cực của tụ điện được kết nối với máy dị bộ, và máy này được vận hành bởi động cơ.
Điện dung chỉ có thể thay đổi theo các bước thông qua hiện tượng tự kích thích khi kết nối một tụ C ở tốc độ cao Tốc độ sau đó được giảm dần cho đến khi hiện tượng tự kích thích chấm dứt, và điện dung tại thời điểm đó sẽ là Cmin Phương pháp này được lặp lại với các giá trị khác nhau của C, và kết quả được hiển thị trong hình 3.11, cho thấy sự tương quan chặt chẽ giữa các giá trị thực nghiệm và tính toán.
SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Trên hình 3.17 trình bày thuật giải quá trình điều khiển hãm động năng động cơ dị bộ ba giai đoạn Hoạt động của thuật giải nhƣ sau:
Hình 3.17: Thuật giải quá trình điều khiển hãm
Chương trình bắt đầu bằng việc kiểm tra xem nút stop đã được nhấn hay chưa (chân P3.2=0) Nếu chưa nhấn, chương trình sẽ quay lại kiểm tra Khi nút stop đã được nhấn, rơ le B sẽ đóng ngay lập tức (P0.1=1) Sau khoảng thời gian trễ t1 = 0,12 giây, rơ le D sẽ đóng (P0.2=1), và sau thời gian trễ t2 = 0,2 giây, rơ le E cũng sẽ đóng.
Kiểm tra Stop nhấn (P3.2=0?) Đóng relay B (P0.1 = 1)
Nhả các relay sau 1s (tính từ lúc
(P0.3=1) Sau khoảng thời gian 1s tính từ lúc rơ le B đƣợc đóng lại thì các rơ le đƣợc nhả ra
ORG 0 LJMP Main ORG 0003H ; d/c vecter ngat INT0 LJMP INT0_ISR ;
ORG 001BH ; d/c vecter ngat timer1 LJMP TIMER1_ISR;
ORG 0030H ; MAIN: MOV IE,#89H ; cho phep ngat INT0, TIMER1
SETB TCON.0 ; ngat INT0 kich phat suon SETB P3.2 ; dat P3.2 = vao
MOV P0,#00H ; xoa P0 MOV TMOD,#00010001H; TIMER0,1-MODE1 SJMP $
INT0_ISR: SETB TR1 ; cho phep timer1
SETB P0.1 ; dong Delay B MOV R2,#10 ; lap 10 lan de tao tre 0,12s LAP1: MOV TH0,#HIGH(-12000);
CLR TR0 CLR TF0 DJNZ R2,LAP1 SETB P0.2 ; dong Delay D MOV R3,#10 ; lap 10 lan de tao tre 0,2s
CLR TR0 CLR TF0 DJNZ R3,LAP2 ; SETB P0.3 ; dong Delay E,F RETI
TIMER1_ISR: MOV R4,#20 ; tao tre 1s
CLR TR0 CLR TF0 DJNZ R4,LAP3 MOV P0,#00H ; reset cac Delay RETI
KẾT QUẢ
Sau quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, phương pháp tối ưu được xác định với t1 = 0,12s và t2 = 0,2s Hình 3.18 minh họa đường cong tốc độ và thời gian hoàn thành trong quá trình phanh, thực hiện qua ba giai đoạn.
Hình 3.18: Mô tả đường cong tốc độ thời gian phanh
Để quan sát quá trình phanh một cách chi tiết hơn, bạn có thể điều chỉnh các thông số về thời gian đã thiết lập trước đó Thời gian cần thay đổi tùy thuộc vào công suất của từng động cơ để đạt được sự phù hợp tối ưu.
Hình 3.19 thể hiện mặt trước của mô hình thực tế và hình 3.20 thể hiện mặt sau của mô hình
Hình 3.19: Mặt trước của mô hình thực tế
Hình 3.20: Mặt sau của mô hình thực tế
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua quá trình nghiên cứu đề tài "Xây dựng mô hình hãm động năng động cơ dị bộ ba giai đoạn có hiệu suất cao", chúng tôi đã đạt được những kết quả đáng ghi nhận.
- Tổng quát các phương pháp hãm và nguyên lý làm việc của máy điện dị bộ
- Tìm hiểu sơ đồ tổng quan hệ thống hãm động năng ba giai đoạn và khái quát đƣợc cấu trúc vi điều khiển
Hệ thống hãm động năng ba giai đoạn đã được thiết kế và lắp ráp thành công, mang lại ứng dụng hiệu quả cho các động cơ dị bộ trong công nghiệp Hệ thống này đặc biệt phù hợp cho những ứng dụng cần quá trình dừng mềm, như trong các ru lô quấn giấy, sơ sợi, thang máy và cầu trục, nhằm đảm bảo an toàn cho cả hệ thống và sản phẩm.