Tải bản đầy đủ (.pdf) (76 trang)

CHƯƠNG 2 điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ DC

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (947.47 KB, 76 trang )

Chương 2

ĐiỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC

1


Các loại động cơ DC thông dụng



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


S1

V

S2


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




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




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



w
A1
+

F1
+

Rh
A2

Rh1
Vkt

F2

Rh2

Hãm động năng
kích từ độc lập



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


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



-

w

+

V

-


+
Kích từ độc lập

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


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


+
Vs


+

+

Vd
-


-

Chỉnh lưu cầu 1 pha
điều khiển toàn phần

+

+

+
Vd

Vs

Vs

Vd

-

-

-

E

E

E








20


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

Chỉnh lưu cầu 3 pha
điều khiển bán phần





+

+

+

+
Vs


Vs

Vd

Vd

-

-

-

E

E





21


Các dạng mạch thông dụng

+
Vs

Vs
-


E



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


×