DC2 FourQuadrant SinglePhase Rectifier 5 HP DC Drive

BÀI TẬP GIỮA KÌ
HỌC PHẦN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

KÌ 2022-1
MÃ LỚP: 133167

Bài 3:
DC2 - Four-Quadrant Single-Phase Rectifier 5 HP DC Drive
1


Thứ tự trình bày

01
Mơ hình hóa động cơ

02

Cấu trúc hệ thống truyền động động
cơ

03

04

05

06

Khảo sát ảnh hưởng của tham số tới đặc tính cơ

Khảo sát chế độ hãm động cơ

Nguyên lý tổng hợp các tham số bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ

Khảo sát đáp ứng động của hệ thống


Câu 1: Mơ hình hóa động cơ một chiều

Phương trình động học


Câu 1: Mơ hình hóa động cơ một chiều

Phương trình động học


Câu 1: Mơ hình hóa động cơ một chiều

Mơ hình hàm truyền


Câu 1: Mơ hình hóa động cơ một chiều

Tham số trên động cơ từ file mô phỏng và
đưa vào file ‘tham_so.m’.


Câu 1: Mơ hình hóa động cơ một chiều

Mơ hình điện trong Simscape


Câu 1: Mơ hình hóa động cơ một chiều

Kết quả mơ phỏng mơ hình tốn học

•
•

Kết quả mơ phỏng mơ hình vật lý

Kết quả mơ phỏng giống nhau về các đại lượng khi động cơ hoạt động ổn định.
Hình dạng đồ thị khác nhau do ở mơ hình vật lý cần phải cấp dịng kích từ trước một thời gian trước khi cấp điện cho mạch phần ứng.


Câu 2: Cấu trúc hệ thống truyền động động cơ một chiều


Câu 2: Cấu trúc hệ thống truyền động động cơ một chiều

o
o

Power source: nguồn cấp, có thể là 1 pha hoặc 3pha, một chiều hay xoay chiều. Trong mơ hình là điện áp 1 pha xoay chiều.
Power electronic equipment: bộ biến đổi điện. Trong mơ hình này là bộ chỉnh lưu thyristor gồm 2 bộ chỉnh lưu thyristor hoạt động song song, 1 bộ
ở chế độ nghịch lưu và một bộ ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc.

o
o

o

DC motor: Động cơ 1 chiều.
Load: Tải của mơ hình.
Digital controller: Bộ điều khiển dựa trên các giá trị dòng áp đo được trên động cơ và tạo ra các xung điều khiển cho bộ biến đổi.


Câu 2: Cấu trúc hệ thống truyền động động cơ một chiều

Bộ chỉnh lưu một pha bốn góc phần tư 5 HP DC Drive của động cơ một chiều


Câu 2: Cấu trúc hệ thống truyền động động cơ một chiều

Bộ chỉnh lưu một pha bốn góc phần tư 5 HP DC Drive của động cơ một chiều

-

Động cơ DC 5 HP được kích thích riêng với nguồn điện áp trường một chiều 150 V không đổi. 
Điện áp phần ứng được cung cấp bởi hai bộ biến đổi đấu nối một pha chống song song được điều khiển bởi hai bộ điều chỉnh
PI. Điều này cho phép dòng điện hai chiều chạy qua mạch phần ứng của động cơ DC và do đó hoạt động theo bốn góc phần
tư. 

-

Các bộ chuyển đổi được cung cấp bởi nguồn điện áp 230 V AC 60 Hz dựa theo một máy biến áp tuyến tính để tăng điện áp lên
đến một giá trị tương ứng.

Các bộ điều chỉnh kiểm sốt các góc bắn của cả hai thyristor chuyển đổi :

-

Bộ điều chỉnh tốc độ
Bộ điều chỉnh dòng điện. 


Câu 2: Cấu trúc hệ thống truyền động động cơ một chiều

Bộ chỉnh lưu một pha bốn góc phần tư 5 HP DC Drive của động cơ một chiều
Nguyên lý

-

Bộ điều tốc xuất ra tham chiếu dòng điện phần ứng (tính bằng pu) được sử dụng bởi bộ điều khiển dịng điện để thu được mơmen điện từ cần thiết để
đạt được tốc độ mong muốn. 

-

Tốc độ thay đổi tham chiếu tốc độ tuân theo các dốc tăng tốc và giảm tốc để tránh các thay đổi tham chiếu đột ngột có thể gây ra q dịng phần ứng và
làm mất ổn định hệ thống. 

-

Bộ điều chỉnh dòng điện điều khiển dịng điện phần ứng bằng cách tính tốn các góc bắn thyristor thích hợp. 
Điều này tạo ra điện áp đầu ra của bộ biến đổi cần thiết để có được dòng điện phần ứng mong muốn.
Cả hai bộ chuyển đổi hoạt động đồng thời và hai góc bắn được điều khiển sao cho tổng của chúng bằng 180 độ. 
Điều này tạo ra điện áp trung bình ngược lại tại các đầu ra một chiều của bộ chuyển đổi và do đó điện áp trung bình giống hệt nhau ở phần ứng động cơ
DC, các bộ chuyển đổi được kết nối chống song song. 

-

Một bộ biến đổi đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu trong khi bộ kia ở chế độ biến tần.
Dịng điện tuần hồn được tạo ra bởi sự chênh lệch điện áp tức thời ở đầu nối của cả hai bộ chuyển đổi được giới hạn bởi cuộn cảm 80 mH được nối
giữa các đầu nối này. 

-

Một cuộn cảm trơn 50 mH được đặt nối tiếp với mạch phần ứng để giảm dao động dòng điện phần ứng.


Câu 3: Khảo sát ảnh hưởng của tham số đến đặc tính cơ

Ảnh hưởng của điện áp phần ứng

•
•

Đặc tính cơ điện áp phần ứng Va = -400 V

Ta giữ nguyên các thông số của động cơ.
Thay đổi tải TL đặt vào động cơ và ghi lại

Tload(N.m)

-400

-200

0

200

400

các giá trị tốc độ khi động cơ hoạt động ổn

Speed(rad/s)

-118.65

-220.57

-322.49

-424.42

-526.34

định với mỗi giá trị của điện áp cấp vào phần
Đặc tính cơ điện áp phần ứng Va = -200 V

ứng.

•

Vẽ lại đặc tính cơ của động cơ trên cùng một
hệ tọa độ.

Tload(N.m)

-400

-200

0

200

400

Speed(rad/s)

42.59

-59.32

-161.34

-263.17

-365.09

Đặc tính cơ điện áp phần ứng Va = 200 V
Tload(N.m)

-400

-200

0

200

400

Speed(rad/s)

365.09

263.17

161.24

59.32

-42.59

Đặc tính cơ điện áp phần ứng Va = 400 V
Tload(N.m)

-400

-200

0

200

400

Speed(rad/s)

526.34

424.42

322.49

220.57

118.65


Câu 3: Khảo sát ảnh hưởng của tham số đến đặc tính cơ

•
•

Các đường đặc tính song song nhau.
Điện áp phần ứng càng thấp thì đồ thị
đặc tính cơ càng thấp.


Câu 3: Khảo sát ảnh hưởng của tham số đến đặc tính cơ

Ảnh hưởng của từ thơng kích từ

•
•

 

Đặc tính cơ khi

Ta giữ nguyên các thông số của động cơ.
Thay đổi tải TL đặt vào động cơ và ghi lại

Tload(N.m)
Tload(N.m)

-400
-400

-200
-200

0
0

200
200

400
400

các giá trị tốc độ khi động cơ hoạt động ổn

Speed(rad/s)
Speed(rad/s)

630,34
630,34

339.13
339.13

47.91
47.91

-243.30
-243.30

-534.51
-534.51

định với mỗi giá trị .

•

Đặc tính cơ khi

Vẽ lại đặc tính cơ của động cơ trên cùng một
hệ tọa độ.

Tload(N.m)
Tload(N.m)

-400
-400

-200
-200

0
0

200
200

400
400

Speed(rad/s)
Speed(rad/s)

446.38
446.38

243.24
243.24

40.11
40.11

-163.03
-163.03

-366.16
-366.16

Đặc tính cơ khi
Tload(N.m)
Tload(N.m)

-400
-400

-200
-200

0
0

200
200

400
400

Speed(rad/s)
Speed(rad/s)

293.17
293.17

162.69
162.69

32.20
32.20

-98.28
-98.28

-228.76
-228.76

Đặc tính cơ khi
Tload(N.m)
Tload(N.m)

-400
-400

-200
-200

0
0

200
200

400
400

Speed(rad/s)
Speed(rad/s)

208.48

208.48

117.68
117.68

26.89
26.89

-63.90
-63.90

-154.70
-154.70


Câu 3: Khảo sát ảnh hưởng của tham số đến đặc tính cơ

Ảnh hưởng của từ thơng kích từ

•

Các đường đặc tính càng dốc tương
ứng với hỗ cảm càng nhỏ


Câu 3: Khảo sát ảnh hưởng của tham số đến đặc tính cơ

Ảnh hưởng của điện trở phần ứng
Đặc tính cơ khi điện trở phần ứng Ra = 0.5

•
•

Ta giữ nguyên các thông số của động cơ.
Thay đổi tải TL đặt vào động cơ và ghi lại

Tload(N.m)
Tload(N.m)

-400
-400

-200
-200

0
0

200
200

400
400

Speed(rad/s)
Speed(rad/s)

292.46
292.46

226.99
226.99

161.54
161.54

96.09
96.09

30.63
30.63

các giá trị tốc độ khi động cơ hoạt động ổn
định với mỗi giá trị điện trở phần ứng khác
nhau.

•

Vẽ lại đặc tính cơ của động cơ trên cùng một

Đặc tính cơ khi điện trở phần ứng Ra = 1.0
Tload(N.m)
Tload(N.m)

-400
-400

-200
-200

0
0

200
200

400
400

Speed(rad/s)
Speed(rad/s)

421.99
421.99

291.50
291.50

161.01
161.01

30.53
30.53

-99.95
-99.95

hệ tọa độ.

Đặc tính cơ khi điện trở phần ứng Ra = 1.5

Tload(N.m)
Tload(N.m)

-400
-400

-200
-200

0
0

200
200

400
400

Speed(rad/s)
Speed(rad/s)

550.67
550.67

355.58
355.58

160.49
160.49

-34.60
-34.60

-229.69
-229.69

Đặc tính cơ khi điện trở phần ứng Ra = 2.0

Tload(N.m)
Tload(N.m)

-400
-400

-200
-200

0
0

200
200

400
400

Speed(rad/s)

678.53

419.25

159.97

-99.30

-358.58


Câu 3: Khảo sát ảnh hưởng của tham số đến đặc tính cơ

Ảnh hưởng của điện trở phần ứng

•

Các đường đặc tính càng dốc tương
ứng với giá trị điện trở phần ứng càng
lớn.

•

Tốc độ khơng tải bằng nhau tại các
đường đặc tính.


Câu 4: Khảo sát chế động hãm động cơ - Hãm tái sinh

 

Khái niệm:



Hãm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ( >)



Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn (E > ), động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng
lượng về nguồn, lúc này thì dòng hãm và momen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ.



Khi hãm tái sinh:

<0


Câu 4: Khảo sát chế động hãm động cơ - Hãm tái sinh



 

Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng ()

 Lúc này

là dạng momen thế năng ( = ).

Khi giảm điện áp đột ngột, tốc độ giảm đột ngột trong khi tốc độ chưa kịp giảm, làm cho

tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ( > ) . Do động năng tích lũy ở
tốc độ cao lớn sẽ tn vào trục động cơ trở thành máy phát phát năng lượng trở lại nguồn .

21


Câu 4: Khảo sát chế động hãm động cơ - Hãm tái sinh

Cơng thức tính:

22


Câu 4: Khảo sát chế động hãm động cơ - Hãm tái sinh

Mô phỏng:


Câu 4: Khảo sát chế động hãm động cơ - Hãm tái sinh

Các đồ thị mô phỏng


Câu 4: Khảo sát chế động hãm động cơ - Hãm động năng

Mô phỏng