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
n2
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