CHƯƠNG 2 điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ DC

Chương 2

ĐiỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC

1


Các loại động cơ DC thông dụng
iư

iư
A1
+

F1

+

V

+

-

Vkt

V

F2

Động cơ DC

kích từ độc lập

F1

A2

F2

+
-

-

A2

A1
+

Động cơ DC
kích từ song song

iư
S1

V

S2

iư
S1

A1
+

+
-

A2

Động cơ DC
kích từ nối tiếp

V

S2

A1
+

F1

+
-

A2

Động cơ DC
kích từ hỗn hợp

F2

2


Đặc tính động cơ DC
w

Rư

iư
Kích từ nối tiếp

+
V

+
-

E
-

wđm

Kích từ độc lập

Kích từ hỗn hợp

Mạch tương đương
động cơ DC kích từ độc lập
ở chế độ xác lập

Mđm

M

Đặc tính cơ động cơ DC

3


Đặc tính động cơ DC
Phuơng trình cơ bản của động cơ DC:
E  K w

V  E  Ru Iu
M  K Iu



K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ (Wb)



Iư: dòng phần ứng (A)



V: điện áp phần ứng (V)



Rư: điện trở phần ứng ( )



M: momen điện từ sinh ra trên trục động cơ



w : tốc độ góc trục động cơ (rad/s)

4


Đặc tính động cơ DC kích từ độc lập
w

Phuơng trình đặc tính cơ của động cơ DC:
Ru
V
w

Iu
K K

Hoặc:

Kích từ nối tiếp

wđm

Kích từ độc lập

Ru
V
w

M
2
K  K

Với động cơ DC kích từ độc lập: K = const

Kích từ hỗn hợp

Mđm

M

Đặc tính cơ động cơ DC

 Đặc tính cơ là đuởng thẳng

5


Đặc tính động cơ DC kích từ nối tiếp
Nếu động cơ làm việc trong vùng tuyến tính của đặc tính từ hoá:
  ( Iu )  Kkt Iu

Momen động cơ: M  K ( Iu )  Iu  K  Kkt  Iu2

w

Phuơng trình đặc tính cơ:

Ru
V
w


K  K kt  I u K  K kt

Kích từ nối tiếp

V
K  K kt

Ru
1

M K  K kt

wđm

Kích từ độc lập

Ru : điện trở phần ứng + điện trở cuộn kích từ

Kích từ hỗn hợp

Mđm

M

Đặc tính cơ động cơ DC

6


Đặc tính động cơ DC kích từ nối tiếp
Động cơ kích từ nối tiếp:


Khả năng quá tải cao



Không dùng trong các ứng dụng có thể hoạt động với tải nhỏ hoặc không tải

Động cơ kích từ hỗn hợp:


Dùng trong các ứng dụng cần khả năng chịu quá tải + hạn chế tốc độ không tải
w

Kích từ nối tiếp

wđm

Kích từ độc lập

Kích từ hỗn hợp

Mđm

Đặc tính cơ động cơ DC

M

7


Sơ lược các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC

M

•
•
•
•

Điều khiển điện trở phần ứng
Điều khiển điện áp phần ứng
Điều khiển từ thông
Điều khiển hỗn hợp điện áp
phần ứng và từ thông

P
Iưđm

Iư

wđm
Điều khiển điện
áp phần ứng

wmax

w

Điều khiển từ
thông

Giới hạn momen và tốc độ khi điều
chỉnh điện áp phần ứng và từ thông
8


Hãm tái sinh
• Động cơ DC kích từ độc lập: |E| > |V| và dòng iư chảy
theo hướng ngược lại so với chế độ động cơ. Cần có hệ
thống BBĐ-ĐC thích hợp
• Động cơ DC kích từ nối tiếp: Nối động cơ như một động
cơ kích từ song song, hoặc dùng bộ chopper có cấu
hình thích hợp

9


Hãm động năng động cơ DC kích từ độc lập

iư

w
A1
+

F1
+

Rh
A2

Rh1
Vkt

F2

Rh2

Hãm động năng
kích từ độc lập

iư

Rh1 > Rh2
A1
+

F1

Rh
A2

F2

Đặc tính cơ hãm động năng
động cơ DC kích từ độc lập

M

Hãm động năng tự
kích từ
10


Hãm động năng động cơ DC kích từ nối tiếp

w
Rh1

iư
S1

S2

A1
+

Rh2

Rh
A2

Hãm động năng động cơ DC
kích từ nối tiếp

Rh1 > Rh2

Đặc tính cơ hãm động năng
động cơ DC kích từ nối tiếp

M

11


Hãm ngược
Rh

iư

-

w

+

V

-

+
Kích từ độc lập

Hãm ngược
động cơ kích từ độc lập
Kích từ nối tiếp

iư
S1

S2
-

V

+
-

+
Rh

Đặc tính cơ động cơ DC
khi hãm ngược

M

Hãm ngược
động cơ kích từ nối tiếp
12

Ví dụ tính toán
Ví dụ 1:
Động cơ DC kích từ độc lập có thông số: Vđm = 230V, nđm = 500v/ph,
Iđm = 100A, Rư = 0.1. Tổn hao ma sát và quạt gió có thể bỏ qua. Động cơ
mang tải định mức, momen tải không đổi theo tốc độ.
Với n < nđm, tốc độ động cơ điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện áp
phần ứng và giữ kích từ là định mức. Với n>nđm, tốc độ động cơ thay đổi bằng
cách giữ V=Vđm và giảm dòng kích từ. Tính:
1. Điện áp cung cấp cần thiết cho phần ứng để động cơ hoạt động ở 400v/ph.
2. Kích từ động cơ cần giảm bao nhiêu so với định mức để động cơ hoạt động
với n = 800v/ph.

13


Ví dụ tính toán
Ví dụ 2:
Động cơ ở ví dụ 1 bây giờ hoạt động với tải thế năng có M = 800Nm. Điện áp
nguồn cung cấp cho động cơ V = 230V, kích từ động cơ giữ bằng định mức.
Nếu động cơ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh, hãy tính tốc độ động cơ khi đó.

14


Ví dụ tính toán
Ví dụ 3:
Động ơ DC kích từ nối tiếp có đặc tính từ hóa khi đo ở n = 600v/ph là:
Ikt(A)

20

30

40

50

60

70

80

E(V)

215

310

381

437

485

519

550

Điện trở Rư+Rkt = 1.
Nếu động cơ hoạt động ở chế độ hãm động năng với tải Mc=400Nm và
n=500v/ph thì cần thêm điện trở phụ lả bao nhiêu vào mạch phần ứng. Giả thiết
tổn hao cơ không đáng kể và có thể bỏ qua.

15


Ví dụ 3 (tt)
Quan hệ K(Iư) và M(Iư) của động cơ:
Iư (A)

20

30

40

50

60

70

80

K (Vs/rad)

3.4

4.9

6.06

6.96

7.72

8.26

8.75

M (Nm)

68

147

243

348

463

578

700

10

800

8

600

Tu thong (Vs/rad)

Tu thong

6

400
Momen

4

2
20

200

30

40

50
I (A)

60

70

0
80

16


Hệ Máy phát – Động cơ (Hệ F-Đ)

+

+
Đ

F
Động cơ
sơ cấp

Vktf

-

+
-

Tải

-

+
V
- ktđ

17


Hệ Máy phát – Động cơ (Hệ F-Đ)
Phương trình đặc tính cơ hệ F-Đ:

w

R  RF
EF Ru  RF
E

Iu  F  u
M
2
K
K
K  K

Khuyết điểm:


Công suất lắp đặt lớn



Từ dư của máy phát ảnh hưởng việc điều chỉnh động cơ xuống tốc độ thấp

18


Tổng quan về hệ thống
Bộ chỉnh lưu – Động cơ

19


Các dạng mạch thông dụng
Chỉnh lưu tia 1 pha

Chỉnh lưu cầu 1 pha
điều khiển bán phần

iư
+
Vs

iư
+

+

Vd
-

-

Chỉnh lưu cầu 1 pha
điều khiển toàn phần
iư
+

+

+
Vd

Vs

Vs

Vd

-

-

-

E

E

E

Iư

Iư

Iư

20


Các dạng mạch thông dụng
Chỉnh lưu cầu 3 pha
điều khiển toàn phần

Chỉnh lưu cầu 3 pha
điều khiển bán phần

iư

iư

+

+

+

+
Vs

Vs

Vd

Vd

-

-

-

E

E

Iư

Iư

21


Các dạng mạch thông dụng

+
Vs

Vs
-

E

Iư

22


Đánh giá chất lượng hệ thống
Các thông số đánh giá chất lượng hệ thống BBĐ-ĐCDC
1. Đặc tính cơ của hệ thống
2. Tính chất dòng điện phần ứng: liên tục hoặc gián đoạn?

1
3. Dòng phần ứng trung bình: I u 
T

t1 T



iu dt

t1

(Với động cơ DC kích từ độc lập: M : I u )
4. Dòng phần ứng hiệu dụng: I uhd

1


T

t1 T



iu2 dt

t1

(Tổn hao đồng phần ứng : Iưhd)
5. Dòng phần ứng đỉnh iu max : sự chuyển mạch ở cổ góp động cơ
phụ thuộc giá trị iu max
23


Đánh giá chất lượng hệ thống
Các thông số đặc trưng ảnh hưởng của hệ lên nguồn cung cấp:
1. Hệ số công suất (HSCS) ngõ vào BBĐ (nếu điện áp ngõ vào hình sin):
HSCS 

P VP I1 cos 1
=
VP I P
S

2. Hệ số méo dạng (THD-Total Harmonic Distortion) dòng ngõ vào BBĐ:


THD(%) 

I
n2

I1

2
n

( I 2  I12 )
100 
100
I1

Lưu ý: Dùng phân tích Fourier, dòng điện i có thể phân tích thành:
thành phần trung bình và các hài từ bậc 1 trở lên:


i  I 0   2 I n sin(nwt  n )
n 1

24


Điện áp ngõ ra của bộ chỉnh lưu


Giả thiết BCL ở chế độ dòng liên tục



Vd: điện áp trung bình ngõ ra BCL



Vs: trị hiệu dụng áp pha ngõ vào BCL



 : góc kích

25