Bài giảng tổng hợp hệ điện cơ (chương 2)

Chơng2:
Tổng hợp hệ điều chỉnh tự động
điều khiển tốc độ động cơ một chiều
2.1.Kháiniệmchung
Tronghệthốngđiềuchỉnhtốcđộđộngcơmộtchiều
cóhaiphơngphápđợcsửdụngchủyếulàđiềuchỉnhđiện
ápmạchphầnứng(mạchrotor)độngcơvàđiềuchỉnhtừ
thông động cơ. Phơng điều chỉnhtừ thông động cơ một
chiềuchỉápdụngcholoạitảicóđặctínhmômencảntỉlệ
nghịchvớitốcđộvàphạmviđiềuchỉnhD5:1,vàchiếm
mộttỉlệkhôngđángkểsovớiphơngphápđiềuchỉnhđiện
ápmạchphầnứngđộngcơ.
Chơng2:
2.2.Cácnguồnđiệnvàcáchệtruyềnđộngđiềuchỉnhtốc
độđộngcơmộtchiều
2.2.1.BBĐmáyđiệnvàhệthốngmáyphát-độngcơ(hệF-)
Hình 2.1: Hệ thống điều tốc một chiều dùng
hệ máy phát - động cơ (F-Đ)
+
-
+ (-)
- (+)
U
F Đ
ĐK
+
-
CKF
Bộ
khuếch
đại

FK
CKĐ
+
-
M
n
Trạng thái động
cơ quay thuận
Trạng thái hãm
quay thuận
Trạng thái động
cơ quay ng ợc
Trạng thái hãm
quay ng ợc
n
2
n
1
n
3
n
4
n
5
Hình 2.2: Đặc tính cơ hệ
F-Đ
M
c
Ch¬ng2:
2.2.2.ChØnhlu®iÒukhiÓntiristor(BB§van)vµhÖthèngtruyÒn

®éngtiristor-®éngc¬métchiÒu(hÖT-§)
H×nh 2.3: HÖ thèng ®iÒu tèc mét chiÒu dïng hÖ
chØnh l u tiristor - ®éng c¬ (T-§)
U
d
§
-
=
CK§
+
-
+
∼
CL
FX
CK
Ch¬ng2:
2.2.2.ChØnhlu®iÒukhiÓntiristor(BB§van)vµhÖthèngtruyÒn
®éngtiristor-®éngc¬métchiÒu(hÖT-§)
H×nh 2.4: Ph¹m vi lµm viÖc cña hÖ thèng T-§
a) Lµm viÖc ë mét gãc to¹ ®é; b) Lµm viÖc ë hai gãc to¹ ®é;
b) c) Lµm viÖc ë bèn gãc to¹ ®é
Ch¬ng2:
2.2.3. BB§ mét chiÒu-mét chiÒu (xung ®iÖn ¸p) vµ hÖ thèng
truyÒn®éngxung¸p-®éngc¬métchiÒu(hÖXA-§)
H×nh 2.5: HÖ thèng ®iÒu tèc mét chiÒu dïng xung ¸p - ®éng c¬ mét
chiÒu (hÖ XA-§)
u
t
§

CK§
+
-
CK
X§K
-
=
+
+
T
M¹ch khãa
-
U
d
D
0
Ch¬ng2:
2.2.3. BB§ mét chiÒu-mét chiÒu (xung ®iÖn ¸p) vµ hÖ thèng
truyÒn®éngxung¸p-®éngc¬métchiÒu(hÖXA-§)
u
t
t
U
d
0
0 t
1
t
2
t

3
t
4
t
5
t
6
t
7
U
TB
H×nh 2.6: D¹ng ®iÖn ¸p trªn ®éng c¬ cña hÖ thèng ®iÒu tèc
mét chiÒu dïng xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu (hÖ XA-§)
t
®
T
ck
đ
TB d dđ d
ck
t
U U U t fU
T
= = γ =
CácphơngphápđiềukhiểnBBĐxungáp
(1) Giữ chu kỳ xung T
ck
không đổi, chỉ điều chỉnh thời gian mở
t
đ

của tiristor T trong mỗi chu kỳ, tức là điều chỉnh độ rộng xung. Ph
ơng pháp này đ ợc gọi là ph ơng pháp điều chế độ rộng xung (Pulse
Width Modulation), gọi tắt là PWM,
(2) Giữ thời gian mở t
đ
của tiristor T trong mỗi chu kỳ không
đổi, chỉ điều chỉnh chu kỳ xung T
ck
, tức là điều chỉnh tần số xung. Ph
ơng pháp này đ ợc gọi là ph ơng pháp điều chế tần số (Pulse
Frequency Modulation), gọi tắt là PFM.
(3) Điều khiển kiểu hai điểm: Lúc dòng hoặc điện áp phụ tải
nhỏ hơn một trị số tối thiểu nào đó, khống chế mở T; lúc dòng hoặc
điện áp đạt tới môt trị số cực đại nào đó, thực hiện khóa T. Thời gian
mở và khóa đều không xác định.
ƯuđiểmcủahệthốngPWMsovớihệthốngT-Đ:
(1) Do tần số đóng cắt của hệ thống PWM khá cao, nên chỉ
cần điện cảm cuộn dây rotor đã đủ để dòng điện động cơ t ơng đối
bằng phẳng, cho phép tăng chất l ợng và phạm vi điều tốc khá rộng,
có thể đạt tới xấp xỉ 10000:1. Do chất l ợng dòng điện hệ PWM-Đ tốt
hơn hệ thống T-Đ, cùng một giá trị dòng điện trung bình tức là cùng
một giá trị mômen điện từ đầu ra nh nhau, thì tổn hao và phát nhiệt
của động cơ trong hệ PWM-Đ đều khá nhỏ.
(2) Nhờ tần số đóng cắt cao, nên có thể đạt đ ợc độ tác động
nhanh cao.
(3) Bởi vì các linh kiện điện tử công suất có thể làm việc ở
trạng thái đóng mở, tổn hao của mạch điện chính khá nhỏ, hiệu suất
của thiết bị t ơng đối cao.
Chơng2:
2.2.3. BBĐ một chiều-một chiều (xung điện áp) và hệ thống

truyềnđộngxungáp-độngcơmộtchiều(hệXA-Đ)
XĐK
-
=
+
Hình 2.7: Hệ thống điều tốc một chiều dùng chỉnh l u
đi ốt +xung áp - động cơ một chiều (hệ XA-Đ)

U
d
Đ
CKĐ
+
-
CK
Xung áp
Lọc
CL
Chơng2:
2.3.Nhữngvấnđềđặcbiệtcủahệthốngchỉnhlutiristor-
độngcơ(hệT-Đ)
(1) Mạch t ơng đ ơng hệ T-Đ
(2) ảnh h ởng của trạng thái gián đoạn của dòng điện, và biện
pháp khống chế nó
(3) Tính liên tục và gián đoạn của đồ thị dòng điện
(4) Đặc tính cơ của hệ thống T-Đ.
Chơng2:
2.3.1.MạchtơngđơnghệT-Đvàviệcđiềuchỉnhđiệnápđầura
BBĐ
d

d d d d d
di
u R i L E
dt
= + +
Hình 2.8: Mạch điện t ơng
đ ơng của hệ T-Đ
R
d
L
d
E
Đ
+
-
i
d
u
d
d m do
q
U U sin cos U cos
q

= =

do m
q
U U sin
q

=

Chơng2:
2.3.1.MạchtơngđơnghệT-Đvàviệcđiềuchỉnhđiệnápđầura
BBĐ
Hình 2.9: Bộ chỉnh l u liên hợp tạo bởi hai sơ đồ cầu 3 pha
U
d
= 2,34U
2
cos; U
d
= 4,68U
2
cos
Chơng2:
2.3.2. Sự đập mạch của dòng điện chỉnh lu và các biện pháp
hạnchế
-Tăngsốlầnđậpmạchcủađiệnápchỉnhlubằngcách
tăngsốpha,sửdụngsơđồcầuvàsơđồliênhợp.
-Tăngđiệncảmmạchtảicủabộchỉnhlubằngcáchlắp
bộđiệnkhángsanbằngtrongmạchphầnứngđộngcơ.
-Sửdụngsơđồchỉnhlucóđiốtkhông.
Giátrịđiệncảmcủabộđiệnkhángsanbằngnóichungđ
ợcchọntheođiềukiệnbảođảmdòngđiệnliêntụckhitảinhỏ
vàtốcđộthấp,thôngthờngchotrớcdòngđiệncựctiểuIdmin
(đơnvịđoA),sauđódùngnóđểtínhlợngđiệncảmtổngcộng
L
d

(đơnvịđomH).
Chơng2:
2.3.2. Sự đập mạch của dòng điện chỉnh lu và các biện pháp
hạnchế
GiátrịđiệncảmtổngcộngL
d
(đơnvịđomH)cầnthiết:
Đốivớisơđồchỉnhlucầumộtphađiềukhiểnhoàntoàn:
2
d
dmin
U
L 2,87
I
=
2
d
dmin
U
L 1,46
I
=
2
d
dmin
U
L 0,693
I
=
Đốivớisơđồchỉnhluhìnhtia3pha:

Đốivớisơđồchỉnhluhìnhcầu3pha:
Ch¬ng2:
2.3.3.TÝnhliªntôcvµgi¸n®o¹ncñadßng®iÖn
H×nh 2.10: D¹ng dßng diÖn ®éng c¬ ë chÕ ®é dßng liªn tôc (a)
vµ dßng gi¸n ®o¹n (b)
i
d
ωt
I
d
0
a
i
d
ωt
I
d
0
b
Chơng2:
2.3.4.Đặctínhcơcủahệthốngtyristo-độngcơđiện
Trong chế độ dòng điện liên tục, ph ơng trình đặc tính cơ điện
của hệ thống T-Đ là:
( )
d d d m d d
e e
1 1 q
n U I R ( U sin cos I R )
C C q

= =

0
M, I
d
n

1

2

3

4

5
n
Hình 2.10: Đặc tính cơ hệ T-Đ ở chế độ dòng tải liên tục

1
<

2
<

3
<

4
<

5
Chơng2:
2.3.4.Đặctínhcơcủahệthốngtyristo-độngcơđiện
Đ ờng đặc tính cơ điện lúc dòng điện gián đoạn phải dùng hệ
ph ơng trình sau đây để biểu diễn:
( )
ctg
2
ctg
e
2U cos sin sin e
6 6
n
C 1 e




+ + +
ữ ữ



=

e
2
d
d

d
C n
3 2U
I cos cos
2 R 6 6
2E




= + + +

ữ ữ



M
Vùng dòng
gián đoạn
Vùng dòng liên
tục
n
Đ ờng phân
cách
Hình 2.11: Đặc tính cơ hệ T-Đ
khi làm việc trong hai góc phần
t (tải thế năng)
M
c
0

Ch¬ng2:
2.3.4.§ÆctÝnhc¬cñahÖthèngtyristo-®éngc¬®iÖn
Chơng2:
2.4. Chế độ tĩnh của hệ điều chỉnh tốc độ động cơ một
chiều
2.4.1.Chấtlợngcủahệthốnghởvànhữngvấnđềtồntại
2.4.2.Hệđiềutốccóphảnhồiâmtốcđộvàđặctínhtĩnhcủahệ
Hình 2.13: Hệ điều tốc vòng kín có phản hồi âm tốc độ
CKĐ
KĐ BĐ


u
đk
-n
u
cđ
+
-
FT
PR
2.4.2.HÖ®iÒutèccãph¶nhåi©mtèc®évµ®ÆctÝnhtÜnh
Hình 2.14: Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định (a) và đặc tính cơ điện (b) của
hệ điều tốc vòng kín có phản hồi âm tốc độ
1) Đặc tính hệ hở; 2) Đặc tính hệ kín; 3) Đặc tính giới hạn (khi
γ
.K
→

∞

)
K
KĐ
u
cđ
K
b
γ
1
C
e
R
d
I
d
-
nu
đk
E
b
E
Đ
(-)
n
0
I
d
I
đm
ba

3
2
1
∆n
K b cđ b cđ b
K b
K .K .K .u K .(R R ).I K.u K .(R R ).I
n
1 .K .K .K 1 .K
− + − +
= =
+ γ + γ
§ § §  d §  d
§ §
b
K .(R R ).I
n
1 .K
+
∆ =
+ γ
§  dm
2.4.3.Hệđiềutốccóphảnhồiâmđiệnápvàđặctínhtĩnh
K
u
k
u
c
-
-U

d
R
1
+
-
R
2

+
-
B
+
U
d
Hỡnh 2.15: H iu tc vũng kớn cú phn hi õm in ỏp
Ph ơng trình đặc tính cơ điện và sai lệch tốc độ:
( )
b b
0
b b
u .K .K .K R
n R .K .I n n I
1 .K .K 1 .K .K

= + =
ữ
+ +

cđ KĐ Đ
Đ d d

KĐ KĐ
b
b
R
n R .K .I
1 .K .K

= +
ữ
+

Đ đm
KĐ
2.4.3.Hệđiềutốccóphảnhồiâmđiệnápvàđặctínhtĩnh
K
K
u
v
u
k
E
b

R

U
d
n
E

I
d
u
c
(-)
(-) (-)
Hỡnh 2.16: S cu trỳc trng thỏi n nh (a) v c tớnh c in (b) ca
h iu tc vũng kớn cú phn hi õm in ỏp
1) c tớnh t nhiờn; 2) c tớnh h kớn; 3) c tớnh h thng h
K
b
R
b
K

n
0
I
d
I
m
b
1
2
3
n
a
( )
b b
0

b b
u .K .K .K R
n R .K .I n n I
1 .K .K 1 .K .K

= + =
ữ
+ +

cđ KĐ Đ
Đ d d
KĐ KĐ
b
b
R
n R .K .I
1 .K .K

= +
ữ
+

Đ đm
KĐ
2.4.4.Hệđiềutốccóphảnhồidơngdòngđiệnvàđặctínhtĩnh
KĐ
u
đk
u
cđ

+
I
d
Rs
-
-

Đ
BĐ
+
-
+
Hình 2.17: Hệ điều tốc vòng kín có phản hồi d ơng dòng điện
CKĐ
= 0
n

2

1
I


1
>
2
>0
Cm
>
0

Cho
phộp
0
s
0
R R R
K .K
+ +
=
b u
b KĐ
( )
s
n u .K .K R R R .K .K .K .I= + +
cđ KĐ b b KĐ b Đ d
( )
s
n R R R .K .K .K .I = + +
b KĐ b Đ đm
Ph ơng trình đặc tính:
Sai lệch tốc độ tại tải định mức:
2.4.5.Hệđiều tốccó phảnhồiâm điện áp-dơngdòng điệnvà
đặctínhtĩnhcủahệ
Hình 2.18: Hệ điều tốc vòng kín có phản hồi âm điện áp và d ơng dòng điện
KĐ
u
đk
u
cđ
-U

d
R
1
-
R
2

-
+
BĐ
+
U
d
I
d
R
s
2.4.5.Hệđiều tốccó phảnhồiâm điện áp-dơngdòng điệnvà
đặctínhtĩnhcủahệ
K
KĐ
K
b
u
v
u
đk
E
b

R
b
R

U
d
K
Đ
n
E
Đ
I
d
u
cđ
(-) (-) (-)

I
d U
d
Hình 2.19: Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định của hệ điều tốc vòng kín có
phản hồi âm điện áp và d ơng dòng điện
K b b K b K
K b K b
K K K u R R (1 K K ) K K
n K I
1 K K 1 K K
+ +
=
+ +

Đ Đ cđ Đ Đ b
Đ d
Đ Đ
b K b K
K b
R R (1 K K ) K K
n K I
1 K K
+ +
=
+
Đ Đ b
Đ đm
Đ