Là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát ( trong các tải cần giảm tốc độ liên tục như thang máy, cầu trục,…) mà năng lượng cơ học của động cơ tích lũy được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng tiêu tán dưới dạng nhiệt trong quá trình hãm. Hãm động năng qua điện trở: khi ngắt nguồn AC của động cơ, chốt hãm IGBT sẽ tự động mở trên DC Bus. IGBT được nối với điện trở hãm thích hợp (điện trở công suất). Năng lượng từ động cơ trả lên DC Bus qua điện trở hãm và do đó sẽ không ảnh hưởng lên biến tần. Biến tần tiêu chuẩn . 1 Bộ chỉnh lưu. 2 DC bus 3 Nghịch lưu 4 Module hãm động năng. Module hãm động năng ( phải lắp thêm đối với những biến tần không tích hợp): 1 Nguồn cung cấp AC 7 Cầu chì hãm DC 2 Cầu chì 8 Bộ suy giảm sóng hài (option) 3 Chỉnh lưu 9 Module hãm động năng 4 DC bus 10 Điện trở hãm 5 Cầu chì DC biến tần 11 Động cơ 6 Các biến tần Module hãm động năng có tác dụng: Dẫn năng lượng dư thừa từ DC bus đến điện trở phanh khi cần thiết. Module hãm hoạt động khi điện áp DC vượt quá giới hạn tối đa nhất định. Việc tăng điện áp thường được gây ra la do quá trình giảm tốc của động cơ. Người dùng có thể cài đặt chức năng phanh, hãm động năng khi cần thiết. II. Hãm tái sinhTrong các động cơ điện xoay chiều sẽ có những chế độ hoạt động mà sẽ sản sinh ra nguồn năng lượng trả ngược lại nguồn như 1 máy phát điện. Nguồn năng lượng đó được gọi là năng lượng tái sinh. Trong các trường hợp hầu như là sẽ loại bỏ hoặc trả tự do về nguồn. Điều đó gây nên những sự lãng phí và gây ô nhiễm nguồn điện. Đặc biệt trong các thiết bị cần trục, cầu trục, máy cuộn… thường xuyên hoạt động dưới chế độ hãm tái sinh thì vấn đề lại càng lớn. Để giải quyết vấn đề đó Yaskawa đã cho ra đời dòng biến tần tái sinh năng lượng D1000 được thiết kế nhỏ gọn và hoàn chỉnh, được dùng trong các tải tái sinh theo chu kỳ hoặc các ứng dụng phanh liên tục. Với chức năng đó, năng lượng phanh của động cơ được đưa trở lại biến tần và phân phối cho mạng lưới cung cấp để có thể được sử dụng cho các thiết bị khác. So với phương pháp dùng hãm cơ hoặc điện trở làm năng lượng hãm bị lãng phí như nhiệt, biến tần tái sinh sẽ tiết kiệm đáng kể năng lượng tiêu thụ và làm mát. Biến tần tái sinh hoạt động ở 3 chế độ: 1.Chế độ tái sinh hoàn toàn: Khi cần khả năng tái sinh, chỉnh lưu tái tạo sử dụng các xung điều khiển IGBT (trên 120 độ). Điều này cho phép lưu lượng điện tối đa đến mạng lưới cung cấp. Trong chế độ này, bộ chỉnh lưu tái tạo cũng lọc hầu hết các bậc thang điện áp bằng cách điều khiển chéo các IGBT trong một khoảng thời gian nhất định.
Ưu điểm của dòng biến tần hãm tái sinh: Với những đặc tích kỹ thuật đã phân tích trên đây, chúng ta có thể thấy rõ ưu điểm nổi bật của dòng biến tần tái sinh so với dòng biến tần tiêu chuẩn dùng phương pháp hãm động năng: Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ đồng bộ 1 khi đang làm việc ở trạng thái động cơ thì từ trường quay cắt các thanh dẫn của cuộn dây Stator và rôto theo chiều như nhau, nên sức điện động Stator E1 và sức điện động rôto E2 trùng pha nhau, còn khi hãm tái sinh E1 vẫn giữ chiều như cũ còn sức điện động E2 có chiều ngược lại vì khi đó >1, các thanh dẫn rôto cắt từ trường quay theo chiều ngược lại. Dòng điện trong cuộn dây rôto được tính: 58 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ) . ( . . . ) . ( . . . . . S X R S X E J S X R S R E S X J R S E Ta thấy rằng khi chuyển sang trạng thái hãm tái sinh S < 0, như vậy chỉ có thành phần tác dụng của dòng điện rôto đổi chiều, do đó mômen đổi chiều, còn thành phần phản kháng vẫn giữ chiều như cũ: ở trong trạng thái hãm tái sinh động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới, trả công suất tác dụng về lưới, còn vẫn tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì từ trường quay. Những động cơ không đồng bộ điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp tần số hoặc số đôi cực. Khi giảm tốc có thể thực hiện hãm và tái sinh. Trên hình 2.38 đoạn đặc tính hãm tái sinh là b12,b13, ở đó 12hoặc 13 (a) (b) Hình 2-33. Đặc tính cơ hãm tái sinh khi thay đổi T (a) khi tải thế năng (b) Với những động cơ không đồng bộ sử dụng trong hệ truyền động có tải là thế năng, có thể thực hiện hãm tái sinh hạ tải trọng với tốc độ >-1 trên hình là đoạn hãm tái sinh khi hạ tải ứng với đường đặc tính cơ này, từ trường quay đã đổi chiều bằng cách đổi thứ tự hai trong ba pha điện áp Stator. 2.4.2 Hãm ngược
Hãm ngược xảy ra khi động cơ đàn làm việc ta đóng vào mạch phần ứng (rôto) điện trở phụ đã lớn. Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 góc phần tư I để nâng tải với tốc độ. Lúc này các tiếp điểm K đóng lại để dừng vật và hạ xuống. Động cơ được nối thêm điện trở phụ Rp vào mạch phần ứng nhờ mở các tiếp điển K (công tắc tơ K thôi tác động) đặc tính cơ tương ứng là đặc tính 2 rất dốc. 59 Hình 2-34. Đặc tính hãm ngược khi thêm Rp Ở chế độ này, mômen động cơ sinh ra là mômen cản chuyển động xuống của vật còn mômen tải trọng là mômen gây ra chuyển động xuống. Động cơ làm việc ở chế độ máy phát.
Hãm ngược xảy ra khi động cơ đang làm việc ta đổi thứ tự hai trong ba pha điện áp đặt vào Stator. Giả sử động cơ đang đóng điện quay thuận làm việc với tải có mômen phản kháng tại điểm A trên đặc tính cơ tự nhiên 1. Để hãm máy động cơ được đảo chiều quay nhờ đảo chỗ hai trong ba pha cấp điện cho Stator. Động cơ chuyển điểm làm việc từ A trên đặc tính cơ 1 sang B trên đặc tính cơ 2 với cùng tốc độ (do quán tính cơ). Quá trình hãm nối ngược băt đầu. Khi tốc độ động cơ giảm theo đặc tính 2 tới điểm D thì ự = 0. Lúc này nếu cắt điện thì động cơ sẽ dừng. Đoạn hãm ngược (MĐ < 0, ựĐ > 0) là BD. Nếu không cắt điện khi ự = 0 thì trường hợp ở hình (2.40d), động cơ có mômen MĐ > Mc nên bắt đầu tăng tốc, mở máy quay ngược lại theo đặc tính cơ 2 và làm việc ổn định tại điểm E với tốc độ ựE theo chiều ngược lại. 60 Hình 2-35. Sơ đồ nối dây Đặc tính hãm ngược (d) khi hãm ngược nhờ đảo chiều quay. Khi động cơ hãm nối ngược theo đặc tính cơ 2, điểm B ứng với mômen (âm) trị số nhỏ nên tác dụng hãm không hiệu quả. Thực tế phải tăng cường mômen hãm ban đầu (Mh ~ 2,5Mđm) nhờ vào đảo chiều quay của từ trường Stator vừa đưa thêm điện trở phụ ngược theo đặc tính 4 (đoạn KL) với mômen hãm ban đầu Mk đủ lớn. Tới điểm L thì ự = 0. Lúc này nếu cắt điện thì động cơ sẽ dừng. Nếu không cắt điện thì động cơ sẽ tăng tốc theo chiều ngược lại tới điểm N. Nếu lúc này lại cắt điện trở phụ thì động cơ sẽ chuyển điểm làm việc sang đặc tính cơ 2 và tăng tốc tiếp tới điểm E. Trường hợp điện trở phụ quá lớn, động cơ có đặc tính 3 khi hãm nối ngược thì quá trình hãm kết thúc tại điểm I. Động cơ không thể tăng tốc chạy ngược lại vì |MI| < |Mc| Chú ý: Trong cả hai trường hợp hãm ngược vì 1 1 1 S nên dòng điện rôto có giá trị lớn. Mặt khác vì tần số dòng điện rôto f2 = S f1 lớn, nên điện kháng X2’ lớn, do đó mômen nhỏ. Vì vậy để tăng cường mômen hãm và hạn chế dòng điện rôto ta cần đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rôto. Điện trở này có thể ứng với dòng điện hãm ban đầu. 2.4.3 Hãm động năng Trạng thái hãm động năng xẩy ra khi động cơ đang quay ta cắt Stator động cơ khỏi nguồn điện xoay chiều, rồi đóng vào nguồn một chiều. Người ta chia hãm động năng của động cơ loại này thành hai dạng: Hãm động năng kích từ độc lập và hãm động năng tự kích.
Để hãm động năng kích từ độc lập một động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, ta phải cắt Stator ra khỏi lưới điện xoay chiều (mở các tiếp điểm K) rồi cấp vào Stator dòng điện một chiều để kích từ (đóng các tiếp điểm H). Thay đổi dòng kích từ nhờ Rkt . 61 Vì cuộn Stator là 3 pha nên khi cấp kích từ một chiều phải tiến hành đổi nối và có thể thực hiện theo một trông các sơ đồ 62 Hình 2-37. Sơ đồ đấu dây mạch Stator và đồ thị véc tỏ sức điện động Khi cắt Stator khỏi nguồn xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều thì dòng một chiều này sinh ra một từ trường đứng yên so với Stator. Giả sử từ thông có chiều như mũi tên (hình 2.43). Rôto động cơ theo quán tính vẫn quay theo chiều cụ thể như trên hình vẽ và các thanh dẫn rôto sẽ cắt từ trường đứng yên. Nên xuất hiện trong nó một sức điện động cảm ứng e2. Xác định chiều của e2 theo quy tắc bàn tay phải và ứng với ký hiệu dấu (+) khi sức điện động có chiều đi vào và kí hiệu dấu (•), khi sức điện động có chiều đi ra. Vì rôto kín mạch nên b2 lại sinh ra dòng i1 cùng chiều. Tương tác giữa dòng điện i2 và từ trường đứng yên tạo nên sức điện động F có chiều xác đinh theo quy tắc bàn tay trái. Lúc F sinh ra mômen hãm có chiều ngược với chiều quay của rôto làm cho rôto quay chậm lại và sức điện động e2 cũng giảm dần. Động cơ làm việc ở chế độ máy phát điện. Động năng của hệ qua động cơ sẽ biến đổi thành điện năng tiêu thụ trên điện trở ở mạch rôto (điện trở cuộn ứng và điện trở nối thêm vào mạch phần ứng nếu có). Giả sử trước khi hãm, động cơ làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ thì hãm động năng, động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính hãm động năng 2 ở góc phần tư II •• • •F i ự ệ F Mh 63 Hình 2-38. Đặc tính hãm động năng kích từ độc lập Tốc độ động cơ giảm dần theo đặc tính hãm về O theo đoạn BO. Tại điểm O, động cơ sẽ dừng nếu tải là phản kháng. Nếu tải có tính chất thế năng thì động cơ sẽ bị kéo quay ngược, ổn định tại điểm D (góc phần tư IV). Điện trở mạch rôto và dòng kích từ cấp cho Stator lúc hãm động năng có ảnh hưởng tới dạng đặc tính cơ khi hãm. Thay đổi điện trở hãm ở mạch rôto theo sơ đồ. 64 (b) Hình 2-39
Trên hình đường đặc tính hãm 1 và 2 ứng với cùng một dòng kích từ (Ikt1 = Ikt2). Nhưng điện trở hãm trong mạch rôto khác nhau (Rh1 < Rh2). Đường đặc tính hãm 3 và 4 có dòng kích từ nhỏ hơn đặc tính hãm 1 và 2 (Ikt3 = Ikt4 < Ikt1 = Ikt2) và ứng với điện trở hãm khác nhau trông mạch rôto (Rh3 < Rh4) Các đặc tính hãm 1 và 3 ứng với các dòng kích từ khác nhau (Ikt1 > Ikt3) nhưng cùng một giá trị điện trở hãm (Rh1 = Rh3)
Đối với hãm động tự kích, nguồn một chiều được tạo ra từ năng lượng mà động cơ đã tích luỹ được, sơ đồ nguyên lý này thể hiện trên hình vẽ. Hình 2-40. Sơ đồ nguyên lý hãm động năng tự kích Trong cách hãm động năng kích từ độc lập (hay kích từ ngoài). Từ trường lúc này hãm được tạo ra nhờ nguồn một chiều từ bên ngoài và có giá trị không đổi. Trong cách hãm động năng tự kích từ, từ trường lúc hãm được tạo do chính 65 dòng điện cảm ứng của phần ứng. Dòng cảm ứng xoay chiều sẽ được chỉnh lưu rồi cấp lại kích từ qua điện trở hạn chế. Từ trường hãm sẽ yếu dần khi tốc độ động cơ giảm (vì suất điện động cảm ứng giảm). Hình 2-41. Đặc tính cơ khi hãm bằng tụ điện Hình vẽ trình bày sơ đồ nguyên lý nối động cơ để hãm bằng tụ điện. Các tụ điện nối tam giác mắc song song với động cơ và chúng được nạp điện đầy khi động cơ làm việc tại điểm làm việc trên đặc tính cơ 1. Khi cắt động cơ ra khỏi lưới điện thì các tụ điện sẽ phóng điện và tạo ra từ trường quay với tốc độ không tải lý tưởng ' 0 , thấp hơn nhiều so với tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ 1. Do tốc độ làm việc LVlớn hơn nhiều ' 0 nên động cơ chuyển sang hãm tái sinh tại điểm B trên đặc tính 2. Tốc độ động cơ giảm nhanh theo đặc tính 2 xuống tốc độ ' 0 . Trị số điện dung của tụ điện càng lớn thì mômem hãm ban đầu càng lớn và tốc độ không tải lý tưởng ' 0 càng nhỏ (đường đặc tính 3). Nghĩa là quá trình hãm kéo xuống tốc độ thấp hơn, hãm hiệu quả hơn. Giá trị điện dung của tụ cần chọn sao cho dòng điện hãm ban đàu không vượt quá dòng điện mở máy với sơ đồ thì C=3185.k. ,( F) U I m Th Trong đó: Ith : Dòng từ hoá một pha của động cơ (A) Uđm: Điện áp dây định mức (V) k: Hệ số quyết định mômen hãm hay dòng điện hãm ban đầu thường chọn K = 4 – 6. Quá trình hãm bằng tụ điện sẽ kết thúc khi tốc độ giảm còn (30 – 40)% giá trị tốc độ định mức và lúc này động cơ đã bị tiêu hao 3/4 cơ năng dự trữ được khi làm việc. Để dừng hoàn toàn động cơ có thể dùng phanh. Bài tập thực hành: Câu 1: Hãm ngược động cơ không đồng bộ bằng cách đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng
66 H. Mômen và tốc độ bằng không Câu 2:Trạng thái hãm tái sinh xảy ra đối với động cơ KĐB khi
Câu 3: Hãm ngược động cơ không đồng bộ bằng cách đưa Rf đủ lớn vào mạch phần ứng. Khi phụ tải mang tính chất thế năng
Câu 4:Đối với động cơ không đồng bộ, khi giảm đột ngột điện áp nguồn Uư lúc động cơ đang quay sẽ
Câu 5:Trạng thái hãm tái sinh của động cơ không đồng bộ có đặc điểm
Câu 6:Khi hãm tái sinh đối với động cơ KĐB E. Động cơ không tiêu thụ năng lượng
Câu 7:Hãm động năng động cơ KĐB là I. Cắt động cơ ra khỏi lưới điện J. Cắt mạch Statorr ra khỏi lưới điện K. Cắt mạch Statorr ra khỏi lưới điện
THỰC HÀNH CÁC TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
67 - Kiểm nghiệm và hiểu các chế độ hãm tái sinh của động cơ KĐB II. Thảo luận 1. Phương trình đặc tính cơ của động cơ KĐB có dạng: / 2 2 1 / 2 2 2 1 3 ( ) f o nm R U M R s R X s Đặc tính cơ có dạng như trên hình Từ dạng ĐTC lý thuyết biết trước, ta có thể xác định ĐTC thực nghiệm bằng cách tăng dần tải cơ Mc từ 0 đến khi động cơ dừng, đo và ghi tại tốc độ tại từng điểm. Ứng với tải Mc làm động cơ giảm tốc đột ngột và dừng là Momen tới hạn của động cơ. 2. Chế độ hãm tái sinh Khi động cơ bị kéo bởi một động cơ khác hoặc bởi tải cơ thì động cơ xét sẽ chuyển sang chế độ máy phát hay chế độ hãm tái sinh, hình 2.2. III. Chuẩn bị dụng cụ và thiết bị - 1 máy tính có cài đặt phần mềm thu thập dữ liệu LVDAM-EMS - 1 bộ thu thập dữ liệu DATA ACQUISITION INTERFACE - 1 máy điện KĐB SQUIRREL CAGE INDUCTION MOTOR - 1 máy đo và tạo tải cơ DYNAMOMETER IV. Thực hiện A. Đặc tính cơ 1. Nối dây curoa giữa trục máy điện KĐB và Dynamometer 2. Nối mạch điện như hình 2.3, Chú ý: - Không nối nguồn U2 - Các đồng hồ V, A, N, T sử dụng bộ thu thập dữ liệu Data Acquision Interface đo thông qua máy tính do người hướng dẫn cài đặt trước. |
