Bài giảng Điện tử công suất ứng dụng - Chương 7: Điều khiển động cơ điện một chiều
CHÖÔNG 7
ÑIEÀU KHIEÅN ÑCÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU
VII.1 CAÙC KHAÙI NIEÄM VEÀ TRUYEÀN ÑOÄNG ÑIEÄN:
1. Caùc khaùi nieäm caên baûn:
- Truyeàn ñoäng ñieän: (TTÑ) laø heä thoáng (HT) bieán ñoåi ñieän naêng thaønh cô naêng cung
caáp cho caùc maùy moùc coâng nghieäp, laø HT cung caáp söùc keùo baèng ñieän (tieáng Anh goïi laø electric
drive). Truyeàn ñoäng ñieän coøn coù nghiaõ laø noái truïc baèng ñieän theo sô ñoà sau:
Cô (nguoàn) --> [Maùy phaùt ñieän] --> Ñieän --> [daây daãn] --> [Ñcô ñieän] --> Cô (taûi)
Sô ñoà naøy coù theå gaëp trong caùc phöông tieän vaän taûi (taøu bieån, xe löûa) vaø nhaát laø caùc maùy
moùc caàn nhieàu truïc quay coù phoái hôïp toác ñoä vôùi nhau.
- Ñaëc tính cô, maët phaúng ñaëc tính cô vaø ñieåm laøm vieäc: Cuõng nhö caùc boä bieán ñoåi
(BBÑ) cuûa ñieän töû coâng suaát, BBÑ ñieän cô cuõng coù hai bieán traïng thaùi chính: Momen M vaø toác
ñoä ω. Vôùi moät boä thoâng soá cuûa heä thoáng (hay ñoäng cô), ta coù moät quan heä M(ω) goïi laø ñaëc tính
cô cuûa ñoäng cô vaø vôùi moät taûi cuï theå, ta coù quan heä momen caûn chuyeån ñoäng theo toác ñoä M (ω)
c
goïi laø ñaëc tính cô phuï taûi. Ñaëc tính cô ñöôïc veõ trong maët phaûng pha M, ω ñöôïc goïi laø maët
phaúng ñaëc tính cô (töông töï nhö maët phaúng taûi UO,IO cuûa ñieän töû coâng suaát) chia laøm 4 phaàn tö
ñaùnh soá töø I ñeán IV. Ñieåm laøm vieäc cuûa ñoäng cô laø moät ñieåm (M,ω) treân ñaëc tính cô, cho bieát
qua heä giöõa hai thoâng soá naøy ôû moät thôøi ñieåm.
- Phöông trình caên baûn TÑÑ vaø chuyeån ñoäng: Khi caùc truïc noái cöùng vaø giaû söû khoâng
coù ma saùt nhôùt (ma saùt tæ leä toác ñoä), ta coù phöông trình caên baûn cuûa chuyeån ñoäng cho heä thoáng
coù thoâng soá taäp trung vaø khoâng ñaøn hoài
ω
(phöông trình 2 Newton cho chuyeån ñoäng
quay):
M
c
M
ω
o
dw
dt
A
B
Mñ = M − MC = J
<VII.1.1>
0
M goïi laø momen ñoäng cuûa chuyeån ñoäng quay,
ñ
J laø momen quaùn tính toaøn HT qui ñoåi veà truïc
ñoäng cô.
II
I
dω /dt ñöôïc goïi laø gia toác chuyeån ñoäng.
M
0
Töø <VII.1.1> coù theå suy ra caùc traïng thaùi cuûa
ñcô:
1
IV
III
M > MC: ñcô taêng toác, M < MC: ñcô giaûm toác
M = MC: ñcô khoâng ñoåi toác ñoä hay coøn goïi laø
coù ñieåm laøm vieäc xaùc laäp. Ñaây chính laø giao
ñieåm cuûa ñaëc tính cô ñoäng cô vaø phuï taûi.
s
Hình VII.1.1 Ñaëc tính cô ñoäng cô KÑB vaø
caùc ñieåm laøm vieäc
Ñieåm laøm vieäc xaùc laäp naøy ñöôïc goïi laø oån ñònh (tónh) hay caân baèng (beàn) khi coù ngoaïi
löïc hay nhieãu laøm ñieåm laøm vieäc thay ñoåi thì M /Δω < 0. Khi ñoù HT seõ coù gia toác chuyeån
ñ
ñoäng theo chieàu trôû veà ñieåm laøm vieäc cuõ.
Trang 1/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
Ví duï: Hình VII.1.1 cho ta ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä rotor loàng soùc vaø ñaëc
tính cô phuï taûi cuûa noù coù trò soá khoâng ñoåi (Momen caûn haèng soá). ÔÛ toác ñoä ñoàng boä, momen ñoäng
cô baèng 0. A laø ñieåm laøm vieäc oån ñònh vaø B laø ñieåm laøm vieäc khoâng oån ñònh tónh.
- Ñaëc tính cô moät soá phuï taûi thoâng duïng:
Coù theå bieåu dieån ñaëc tính caùc taûi thoâng duïng döôùi daïng MC = k.wn <VII.1.1>
k laø haèng soá, w laø toác ñoä quay, n laø thoâng soá
phuï thuoäc vaøo loaïi taûi:
n = 0: Moment taûi laø haèng soá, gaëp ôû caùc taûi
daïng ma saùt, maùy caét goït kim loaïi, naâng vaät naëng,
maùy bôm piston. Laø loaïi taûi thoâng duïng nhaát.
n = 1: Taûi daïng maùy phaùt ñieän, momen tæ leä
toác ñoä
n ≥ 1: Momen caûn taêng nhanh hôn tæ leä theo
toác ñoä. Gaëp ôû caùc daïng maùy bôm ly taâm, caùc loaïi
quaït thoâng gioù.
Coù hai nhoùm taûi: taûi phaûn khaùng khi momen
taûi luoân caûn trôû, ngöôïc chieàu chuyeån ñoäng vaø taûi theá
naêng khi momen phuï taûi khoâng phuï thuoäc chieàu. Ta
gaëp taûi theá naêng khi naâng haï vaät naëng.
Hình VII.1.2 Caùc loaïi taûi: Momen haèng
(1: theá naêng), (2: phaûn khaùng); Taûi maùy
phaùt (3) vaø taûi quaït gioù (4)
2. Haøm truyeàn ñoäng cô DC vaø BBÑ:
- Haøm truyeàn ñoäng cô: Khi doøng ñieän taûi laø lieân tuïc, haøm truyeàn ñoäng cô DC kích töø ñoäc
laäp ñöôïc xaây döïng töø caùc pt sau
dI
U = E + R⋅ I + L +ε
R
dt
L
Ce = k.φ
<VII.1.2>
U
M = Ce ⋅ I = k.φ ⋅ I
E = Ce ⋅ω
E
Hình VII.1.3
Trong ñoù:
U: Ñieän aùp phaàn öùng ñoäng cô.
E, I: söùc ñieän ñoäng, doøng ñieän phaàn öùng cuûa ñoäng cô. I ñöôïc vieát in hoa ñeå chæ giaù trò trung bình.
R: ñieän trôû töông ñöông cuûa caùc suït aùp treân phaàn öùng, L: töï caûm maïch ñieän phaàn öùng,
T = L/R goïi laø haèng soá thôøi gian ñieän töø
ñt
ε: Phaûn öùng phaàn öùng cuûa ñoäng cô, luoân ñöôïc boû qua khi khaûo saùt truyeàn ñoäng ñieän.
C : Haèng soá ñieän töø cuûa ñoäng cô moät chieàu, tæ leä (heä soá k) vaøo töø thoâng φ cuûa cuoän kích töø.
e
M: momen ñoäng cô, ôû cheá ñoä xaùc laäp baèng momen caûn treân truïc.
ω: toác ñoä, tính baèng rad/giaây.
Trong cheá ñoä xaùc laäp, doøng trung bình khoâng ñoåi, suy ra:
Trang 2/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
1
1
1
M
k.φ
w=
U − R⋅ I hay w=
U − R⋅ I =
(U − R
) <VII.1.3>
(
)
(
)
Ce
k.φ
k.φ
Ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô ñoäng cô moät chieàu.
Neáu doøng taûi giaùn ñoaïn, ta khoâng coù quaù ñoä ñieän töø vì doøng ñieän taûi laø nhöõng xung coù
daïng khoâng ñoåi, ñaït cheá ñoä töïa xaùc laäp ngay sau khi thay ñoåi xung ñieàu khieån: T = 0
ñt
Ví duï: tính thoâng soá ñoäng cô moät chieàu töø caùc soá lieäu sau:
Uñm = 220V, Iñm = 50A, Pñm = 9.1kW, toác ñoä ñònh möùc 1500 voøng/phuùt.
Giaûi:
Coâng suaát ñoäng cô tieâu thuï:Pin = 220*50 = 11kWû
wñm = (nñm*2π/60 = 157 rad/s
Mñm = Pñm/ wñm = 57.93 Nm; Ce = M/I = 1.158; Eñm = wñm*Ce =181.9V
=> R = (Uñm – Eñm)/Iñm = (220- 181.9)/50 = 0.762 ohm => ΔPR = R.Iñm.Iñm = 1900 W
Kieåm tra laïi:
Pin = Pñm + ΔPR . Caùc tính toaùn hoaøn toaøn phuø hôïp vôùi nhau nhöng khoâng ñuùng vôùi thöïc
teá vì ñaõ cho caùc toån hao khaùc cuûa ñoäng cô nhö toån hao trong loõi saét vaø ma saùt, quaït laøm maùt baèng
khoâng.
Ñuùng ra, M cung caáp treân truïc cuûa ñoäng cô lôùn hôn tính toaùn treân vì Pñm vaø Mñm töông
öùng laø coâng suaát, momen söû duïng ñöôïc treân truïc ñoäng cô. Do ñoù ñieän trôû maïch phaàn öùng R seõ beù
hôn giaù trò ñaõ tính.
Tính laïi:
Toån hao coâng suaát toaøn phaàn: ΔP = Pin - Pñm = 1900 W. Giaû söû toån hao ñieän trôû maïch
phaàn öùng baèng ½ toån hao coâng suaát toaøn phaàn, suy ra ΔPR = 950 W => R = ΔPR /(Iñm.Iñm)
=> E =Uñm – R.Iñm => Ce = E/wñm vaø M = Ce.Iñm > Pñm/wñm.
Vôùi caùch tính naøy, ta ñaõ taùch toån hao trong ñoäng cô thaønh hai phaàn: toån hao thay ñoåi theo
doøng ñieän ΔPR vaø toån hao khoâng ñoåi baèng ½ toån hao coâng suaát cöïc ñaïi, theå hieän baèng moät
momen caûn coù theå xem nhö khoâng ñoåi ôû ñieän aùp ñònh möùc (ôû toác ñoä cô baûn), bao goàm ma sat, löïc
caûn cuûa gioù, toån hao trong loõi saét. Tæ leä ½ laø gaàn ñuùng nhöng thöôøng ñöôïc söû duïng khi khoâng
bieát ñieän trôû maïch phaàn öùng.
- Haøm truyeàn BBÑ: Moät caùch gaàn ñuùng, taát caû BBÑ luoân coù daïng moät khaâu treã vì ngoû ra
cuûa noù khoâng theå thay ñoåi giöõa hai laàn phaùt xung ñieàu khieån. Haøm truyeàn BBÑ coù theå ñöôïc
tuyeán tính hoùa thaønh khaâu quaùn tính nhö daïng sau:
KBD
H(s) = KBD.e−T
ꢀ
<VII.1.4> trong ñoù
BD
1+ sTBD
KBÑ laø tæ soá trung bình aùp ra VO treân aùp ñieàu khieån UÑK ôû ngoû vaøo maïch ñieàu khieånBBÑ.
KBÑ xaùc ñònh töø sô ñoà phaùt xung ñieàu khieån ñeå taïo ra daïng aùp treân taûi töông öùng. KBÑ thay ñoåi
theo cheá ñoä taûi vaø maïch phaùt xung. Nhö ñaõ khaûo saùt, ñeå coù KBÑ khoâng bò aûnh höôûng bôûi taûi,
BBÑ caàn laøm vieäc ôû doøng lieân tuïc.
TBÑ laøhaèng soá thôøi gian, tính baèng trung bình cuûa chu kyø phaùt xung ñieàu khieån (thôøi gian
cuûa hai xung lieân tieáp).
Ví duï: TBÑ cuûa BBÑ aùp DC laø chu kyø T cuûa sô ñoà ñieàu roäng xung. Khi caùc ngaét ñieän laø
transistor, coù taàn soá laøm vieäc töø vaøi kHz ñeán haøng traêm kHz, ta coù theå xem BBÑ laø boä khueách ñaïi
khoâng quaùn tính vì thôøi gian treã TBÑ luùc naøy raát beù so vôùi quaùn tính cuûa ñoäng cô.
Trang 3/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
3. Ñaëc tính ñieàu chænh cuûa TÑÑ:
Khi ñieàu chænh thoâng soá phaàn ñieän, ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô thay ñoåi, quyõ ñaïo caùc ñieåm
laøm vieäc ñeå ñoäng cô cung caáp momen cöïc ñaïi maø khoâng hö hoûng (M ) ñöôïc goïi laøñaëc tính
cp
ñieàu chænh cuûa ñoäng cô. Ñaëc tính ñieàu chænh coù theå hieåu ñôn giaûn laø momen cho pheùp M (ω),
cp
hay coâng suaát cho pheùp P (ω) cuûa ñoäng cô khi ñieàu chænh toác ñoä. Ñaëc tính ñieàu chænh giuùp ta
cp
choïn loaïi taûi ñeå taän duïng khaû naêng ñoäng cô öùng moät phöông aùn ñieàu khieån hay tìm ra phöông
aùn ñieàu khieån thích hôïp vôùi moät loaïi taûi cho tröôùc.
Caùc giôùi haïn cuûa ñoäng cô duøng ñeå tính ñaëc tính ñieàu chænh:
AÙp, doøng, toån hao cuûa ñoäng cô U, I, ΔP khoâng ñöôïc vöôït qua giaù trò cho pheùp, coù theå laáy
trò soá ñònh möùc U , I , ΔP
neáu ñieàu kieän laøm vieäc cuûa ñoäng cô laø ñònh möùc. Töông töï,
ñm ñm
ñm
doøng kích töø i hay töø thoâng φ khoâng ñöôïc lôùn hôn caùc giaù trò ñònh möùc I
, φ . Chæ soá
ktñm ñm
kt
ñm
töông öùng töø “ñònh möùc”.
Ví duï: Tính ñaëc tính ñieàu chænh ñoäng cô moät
chieàu kích töø ñoäc laäp:
Khi ñieàu khieån aùp phaàn öùng (U < U ), töø
ñm
thoâng ñöôïc giöõ ñònh möùc, baèng φ khoâng ñoåi:
ñm
=> M = K.φ .I
cp ñm ñm
= haèng soá . Vaäy ñieàu
khieån aùp phaàn öùng ñoäng cô DC coù ñaëc tính ñieàu
chænh laø momen haèng soá hay coâng suaát taêng tæ leä
toác ñoä, thích hôïp vôùi taûi coù MC khoâng ñoåi.
Khi ñieàu khieån töø thoâng (φ <φ ), aùp phaàn öùng
ñm
Hình VII.1.4: Ñaëc tính ñieàu chænh ñoäng cô moät
chieàu kích töø ñoäc laäp
giöõ khoâng ñoåi, baèng U . Coâng suaát cho pheùp
ñm
P
= U
I
= haèng soá, töông öùng vôùi coâng suaát ñoäng cô khoâng ñoåi hay momen giaûm tæ leä
cp
ñm ñm
nghòch vôùi söï taêng cuûa toác ñoä do giaûm töø thoâng. Do ñoù giaûm töø thoâng ñoäng cô moät chieàu thích
hôïp cho truyeàn ñoäng maùy tieän khi tieän tinh, coù löôïng aên dao nhoû, caàn toác ñoä quay lôùn ñeå ñaûm baûo
ñoä boùng vaø naêng suaát. Giaûm töø thoâng coøn ñöôïc duøng cho caùc chuyeån ñoäng khoâng taûi toác ñoä cao.
Hình VII.1.4 cho ta ñaëc tính ñieàu chænh cuûa ñoäng cô moät chieàu öùng vôùi hai vuøng ñieàu
khieån treân, phaân bieät baèng toác ñoä cô baûn w , öùng vôùi tröôøng hôïp laøm vieäc vôùi caû U vaø φ
.
cb ñm ñm
4. Cheá ñoä haõm cuûa TÑÑ:
a. Khaùi nieäm veà cheá ñoä haõm: Maùy ñieän quay ñöôïc goïi laø ñoäng cô khi bieán ñoåi ñieän naêng
ra cô naêng. Nhö vaäy ñoäng cô ñieän vaãn laø moät boä bieán ñoåi ñieän – cô thuaän nghòch. Hai truïc toïa
ñoä M, ω chia maët phaúng ñaëc tính cô ra laøm 4 phaàn töông öùng vôùi hai cheá ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng
cô:
Phaàn tö I vaø III coù momen M cuøng chieàu toác ñoä ω, P = M.ω > 0, ñoäng cô laøm vieäc ôû
cheá ñoä keùo (drive), laø cheá ñoä noù ñöôïc thieát keá.
Phaàn tö II vaø IV coù momen M ngöôïc chieàu toác ñoä ω goïi laø momen haõm, P = M.ω < 0,
ñoäng cô ñaõ chuyeån cheá ñoä laøm vieäc thaønh maùy phaùt: Cô naêng --> ñieän naêng.
Vaäy cheá ñoä haõm cuûa ñoäng cô xuaát hieän khi momen ngöôïc chieàu chuyeån ñoäng hay ñoäng
cô bieán thaønh maùy phaùt. Nhaän xeùt ñeå hoaït ñoäng ôû cheá ñoä haõm, ñoäng cô caàn coù nguoàn cô naêng,
Trang 4/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
ví duï ñang ñöôïc moät ñoäng cô khaùc keùo hay heä thoáng ñang coù naêng löôïng tích tröõ daïng ñoäng
naêng hay theá naêng caàn tieâu taùn.
Caùc cheá ñoä haõm:
Quan saùt ñoäng cô DC laøm vieäc vôùi nguoàn aùp, ñaëc tính cô laø ñöôøng thaúng phöông trình
<VII.1.3> treân hình VII.1.5.
ω
haõm
taùi sinh
w
o
I
I
ñoäng cô
+
+
haõm
o
o
ñoäng naêng
U
_
U
_
II
III
I
M
haõm
ngöôïc
IV
Hình VII.1.5: Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp
Haõm taùi sinh
Haõm ngöôïc
Khi w > wO (= U/Ce laø toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng), ñieåm laøm vieäc di chuyeån sang phaàn
tö thöù II: ta coù cheá ñoä haõm taùi sinh (regenerative braking). Khi ñoù E = Ce .w > U, doøng ñieän
ñaûo chieàu, ñoäng cô bieán thaønh maùy phaùt traû naêng löôïng veà nguoàn.
Khi w < 0 , ñoäng cô ñaûo chieàu quay, ñieåm laøm vieäc di chuyeån sang phaàn tö thöù IV: ta
coù cheá ñoä haõm ngöôïc. Khi ñoù E = Ce .w < 0 cuøng chieàu vôùi aùp nguoàn laøm doøng ñieän taêng cao
öùng vôùi moment haõm lôùn. Tröôøng hôïp naøy xaûy ra khi ta ñoùng nguoàn theo chieàu ngöôïc laïi moät
ñoäng cô ñang quay, ñoäng cô seõ haõm raát nhanh tröôùc khi khôûi ñoäng theo chieàu ngöôïc laïi. Teân goïi
haõm ngöôïc laø do löïc haõm xuaát hieän khi ta yeâu caàu ñoäng cô quay ngöôïc chieàu hieän taïi.
Khi U = 0 , ñoäng cô bieán thaønh maùy
phaùt, doøng ñieän I = – E/R ñaûo chieàu laøm cho
momen M = Ce .I < 0 : ñieåm laøm vieäc di
chuyeån sang phaàn tö thöù II, ta coù cheá ñoä haõm
ñoäng naêng (dynamic braking). Khi ñoù, cô naêng
bieán thaønh ñieän naêng tieâu taùn treân ñieän trôû cuûa
maïch. Cheá ñoä haõm naøy ñöôïc goïi laø ñoäng naêng
vì thöôøng ñöôïc duøng ñeå haõm döøng ñoäng cô
ñang quay, naêng löôïng haõm chính laø ñoäng
naêng cuûa chuyeån ñoäng.
ω
M
Hình VII.1.6: Quyû ñaïo pha khi haõm döøng duøng
ñieän trôû (haõm ñoäng naêng).
Ví duï: (hình VII.1.6)ø Ñeå döøng nhanh ñoäng cô DC, ngöôøi ta coù theå ngaét nguoàn, noái taét phaàn öùng
baèng moät R nhoû. Ñoäng cô bieán thaønh maùy phaùt, doøng ñieän ñaûo chieàu taïo ra momen haõm vaø ñoäng
naêng HT seõ tieâu taùn trong maïch phaàn öùng, phöông trình ñaëc tính cô ñoäng cô khi haõm laø:
R
ω = −
M Momen haõm giaûm nhanh khi toác ñoä veà khoâng (hình VII.1.4c).
2
kφ
(
)
- ÖÙng duïng cheá ñoä haõm trong truyeàn ñoäng ñieän: Ñoäng cô ñieän laøm vieäc ôû cheá ñoä haõm
Trang 5/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
trong hai tröôøng hôïp:
* Haõm döøng ñoäng cô ñang quay hay giaûm toác ñoä: Ñeå döøng hay giaûm toác nhanh ñoäng cô
ñang quay ôû toác ñoä cao, ñoäng naêng cuûa boä phaän chuyeån ñoäng caàn ñöôïc tieâu hao. Cheá ñoä haõm
cho pheùp bieán ñoåi cô naêng naøy thaønh ñieän naêng töông öùng vôùi momen haõm, chæ toàn taïi trong
quaù trình quaù ñoä.
* Haõm ñoäng cô bò keùo do moät ngoaïi löïc, ví duï nhö haï taûi theá naêng hay xaû cuoän giaáy hay
toân. Löïc haõm cuûa ñoäng cô caân baèng löïc keùo laøm heä thoáng chuyeån ñoäng ñeàu. Khi ñoù ñoäng cô
laøm vieäc nhö maùy phaùt, bieán ñoåi cô naêng thaønh ñieän naêng.
b. Cheá ñoä haõm taùi sinh cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng BBÑ ñoäng cô:
Ñeå giuùp ñoäng cô laøm vieäc ôû cheá
+
D1
D2
ñoä haõm, BBÑ caàn coù khaû naêng nghòch löu
(ñaõo chieàu doøng ñieän hay toång quaùt hôn
laø chieàu truyeàn naêng löôïng) ñeå chuyeån
naêng löôïng ñieän töø taûi veà nguoàn. Nhö vaäy
khoâng phaûi BBÑ naøo cuõng coù khaû naêng
naøy, ví duï nhö caùc boä bieán ñoåi sau khoâng
theå nghòch löu: Chænh löu ñieàu khieån pha
ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn (chænh löu
SCR + D), BBÑ aùp DC sô ñoà 1 phaàn tö (1
quadrant) maët phaúng taûi.
S1
i
o
U
Uo
S2
_
Hình VII.1.7a: Ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu duøng
BBÑ aùp DC laøm vieäc 2 phaàn tö
BBÑ aùp DC sô ñoà 2 phaàn tö cho
pheùp haõm taùi sinh ñoäng cô DC deã daøng vì
noù laøm vieäc ñöôïc ôû phaàøn tö I vaø II:
UO > 0 vaø IO coù theå ñaûo chieàu (hình
VII.1.7a). Chæ caàn giaûm trung bình aùp ra
UO nhoû hôn söùc ñieän ñoäng E cuûa ñoäng cô,
doøng taûi IO = (UO – E) / R ñaûo chieàu,
M < 0 ñöa ñoäng cô vaøo cheá ñoä haõm.
w
A
w
1
Ví duï1: (hình VII.1.7b) Ñieàu khieån haõm
döøng xe ñieän chaïy baèng BBÑ hai phaàn tö
vaø nguoàn accu. Giaõ söû xe ñang chaïy vôùi
toác ñoä w1 (ñieåm A) vaø ta muoán döøng
nhanh. Coù theå ngaét ñieän ñoäng cô vaø söû
duïng thaéng cô khí , khi ñoù ñoäng naêng chuû
yeáu bieán thaønh nhieät do ma saùt. Nhöng neáu
M
M
c
Hình VII.1.7b: Quyû ñaïo pha khi haõm haõm taùi sinh
BBÑ hai phaàn tö baèng caùch giaûm daàn UO veà 0.
ta giaûm daàn aùp ra UO cuûa BBÑ, doøng ñieän IO seõ ñaûo chieàu, ñoäng cô bieán thaønh maùy phaùt vaø BBÑ
seõ laøm vieäc trong cheá ñoä taêng aùp, naïp naêng löôïng trôû veà accu. Vì theá phöông phaùp naøy ñöôïc goïi
laø haõm taùi sinh.
Neáu BBÑ aùp moät chieàu ñöôïc cung caáp baèng boä chænh löu diod, ta caàn coù phöông tieän tieâu
thuï naêng löôïng töø taûi traû veà vì boä chænh löu diod khoâng chuyeån tieáp naêng löôïng naøy veà löôùi (xem
sô ñoà haõm ñoäng naêng boä bieán taàn hình VII.1.8)
Trong khi ñoù, quy trình haõm ôû ñoäng cô DC duøng chænh löu ñieàu khieån pha phöùc taïp hôn
nhieàu nhö seõ trình baøy trong caùc muïc sau cuûa chöông naøy.
Trang 6/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
Ñoái vôùi bieán taàn nguoàn aùp coâng suaát trung bình vaø beù (hình VII.1.8), ñaàu vaøo thöôøng laø
chænh löu diod neân BBÑ khoâng traû naêng löôïng veà löôùi ñöôïc nhöng boä nghòch löu nguoàn aùp laïi
Chænh löu Diod
Nghòch löu nguoàn aùp
Hình VII.1.8: Maïch ñoäng löïc bieán taàn
coù khaâu trung gian DC vaø nghòch löu
nguoàn aùp cho pheùp haõm ñoäng cô.
L
R
C
Q7
A
B
C
coù ñaëc tính thuaän nghòch. Khi taûi boä nghòch löu laø ñoäng cô khoâng ñoàng boä laøm vieäc trong traïng
thaùi haõm, cô naêng ñöôïc bieán thaønh ñieän naêng vaø chæ coù theå tích tröõ ôû tuï loïc C. IGBT Q7 vaø ñieän
trôû R coù nhieäm vuï tieâu thuï naêng löôïng naøy ñeå traùnh quaù aùp maïch ñieän moät chieàu. Vieäc haõm
chuyeån ñoäng baèng ñieän trong ñoù tieâu thuï ñieän naêng (töø cô naêng bieán thaønh) qua ñieän trôû ñöôïc
goïi laø haõm ñoäng naêng (dynamic braking). ÔÛ bieán taàn coâng suaát lôùn, chænh löu ñaàu vaøo phaûi coù
khaû naêng laøm vieäc ôû phaàn tö thöù hai ñeå traû naêng löôïng veà löôùi, ta coù haõm taùi sinh.
5. Caùc baøi toaùn cuûa TÑÑ:
- Ñieàu khieån momen: Momen ñoäng cô caàn phaûi ñöôïc ñieàu khieån ñeå kieåm soaùt quaù trình
taêng, giaûm toác vaø trong raát nhieàu tröôøng hôïp, ta cuõng phaûi ñieàu khieån momen trong cheá ñoä xaùc
laäp. Coù theå keå:
* Vì momen tæ leä vôùi doøng ñieän qua ñoäng cô, vieäc baûo veä quaù taûi cho ñoäng cô
hay boä bieán ñoåi cuõng chính laø haïn cheá momen khoâng vöôït quaù giaù trò cho pheùp khi laøm
vieäc do söï coá hay khi lam vieäc bình thöôøng (ñaëc tính maùy xuùc).
* Moät soá daïng taûi yeâu caàu laøm vieäc ôû momen hay löïc keùo ñaët tröôùc, ví duï nhö
caùc phöông tieän vaän taûi do ngöôøi laùi khoâng theå ñieàu khieån töï ñoäng theo toác ñoä, caùc cô
caáu cuoán giaáy hay saûn phaåm daïng baêng caàn toác ñoä quay thay ñoåi theo ñöôøng kính cuoän.
- Ñieàu khieån toác ñoä: Laø baøi toaùn quen thuoäc, toác ñoä luoân aûnh höôûng chaát löôïng vaø naêng
suaát cuûa maùy moùc. Do ñoù ñieàu chænh vaø oån ñònh toác ñoä cho truyeàn ñoäng caùc maùy moùc coâng luoân
laø baøi toaùn caên baûn cuûa TÑÑ.
- Ñieàu khieån vò trí: trong moät soá maùy moùc, ta caàn ñieàu khieån vò trí moät boä phaän coâng taùc
ví duï nhö toaï ñoä ñieåm khoan, vò trí boác dôõ taûi trong caàu truïc töï ñoäng (khoâng ngöôøi ñieàu khieån),
buoàng thang maùy. Hai baøi toaùn quan troïng cuûa ñieàu khieån vò trí laø:
* Taùc ñoäng nhanh: Toái thieåu thôûi gian di chuyeån. Baøi toaùn naøy thöôøng keát hôïp
vôùi caùc yeâu caàu khaùc nhö haïn cheá gia toác, toác ñoä.
* Döøng chính xaùc vaø haïn cheá voït loá: Ñaây laø moät yeâu caàu daãn ñeán giaûm tính taùc
ñoäng nhanh, theo ñoù ñoäng cô phaûi di chuyeån daàn ñeán vò trí ñích khoâng voït loá vaø giaûm toái
thieåu sai soá.
Baøi toaùn ñieàu khieån vò trí nhö vaäy thöôøng ñöôïc giaûi quyeát baèng caùch choïn sô ñoà ñieàu
khieån thích hôïp vaø tính toaùn tín hieäu ñaët theo quyõ ñaïo pha chuyeån ñoäng toái öu. Quyõ ñaïo pha
chuyeån ñoäng toái öu coù theå moâ taû ñôn giaûn laø heä thoáng caàn coù ñoà thò thích hôïp cho toác ñoä, gia
toác khi khôûi ñoäng, hoaït ñoäng vaø giaûm toác tröôùc khi ñeán ñích.
Ví duï: Duøng Simulink ñeå moâ phoûng quaù trình ñieàu khieån vò trí khi hieäu chænh 3 voøng toái öu
module khi tín hieäu ñaàu vaøo laø haøm naác vaø haøm doác.
Trang 7/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
Momen, toác ñoä, vò trí laø ba bieán traïng thaùi cuûa heä thoáng ñieàu khieån vò trí vaø ta coù theå söû
duïng ñieàu khieån toïa ñoä. Khi ñoù, ta coù theå ñieàu khieån vò trí (voøng ngoaøi cuøng) vôùi momen, toác ñoä
(caùc voøng trong) ñöôïc giöõ trong giôùi haïn ñònh tröôùc.
Ta giaû söû heä thoáng ñöôïc hieäu chænh thaønh 3 voøng toái öu ñoái xöùng nhö hình VII.1.9 vôùi giaù
trò baûo hoøa baèng ± 4 ñôn vò.
+
-
1
10
10
10
s
1
pmult([1 0],[0.5 1])(s)
10s
H1
Sum1
Hieäu chænh M
P1
P2
H3
H2
Mux
Mux
+
-
1
20
10
Gain1
Auto-Scale
Graph
Sum2
Hieäu chænh toác ñoä
+
-
2.5
1
Ñaët 5.u(t)
Moâ hình hieäu chænh 3 voøng toái öu mo dule,
Giaû söû ñoái töôïng coù 2 tích phaân
Sum3
Hieäu chænh vò trí
P3
Caùc khaâu baûo hoøa ôû +/- 4 ñôn vò
Hình VII.1.9: Moâ hình Simulink hieäu chænh 3 voøng toái öu module.
Hình VII.1.10a: Keát quaû khaûo saùt
moâ hình vôùi tín hieäu ñaët haøm naác.
Quaù trình quaù ñoä haøm naác trình baøy treân hình VII.1.10a. Ban ñaàu, do sai soá vò trí quaù lôùn,
voøng vò trí baûo hoøa: ñoäng cô khôûi ñoäng leân toác ñoä khoâng ñoåi baèng giaù trò giôùi haïn. Quaù ñoä toác ñoä
coù daïng baäc hai tôùi haïn nhö ñaõ bieát tröôùc. Nhaän xeùt momen chöa ñaït giaù trò giôùi haïn vaø chæ xuaát
hieän khi thay ñoåi toác ñoä. Moät nhaän xeùt khaùc laø heä thoáng khoâng coù sai soá vì ñaàu vaøo laø haøm naác,
gioáng nhö lyù thuyeát.
- Ñieàu khieån theo baùm (tuøy ñoäng): Laø moät daïng ñieàu khieån vò trí, khi vò trí ñaët thay ñoåi
theo thôøi gian vaø nhö vaäy ñoäng cô caàn phaûi taùc ñoäng ñuû nhanh ñeå coù theå baùm theo.
Tieáp tuïc ví duï hình VII.1.9, söû duïng tín hieäu ñaët hình tam giaùc cho haøm naác, nhaän xeùt hieäu
chænh module khoâng ñaït yeâu caàu baùm theo haøm doác (hình VII.1.10b). Nhö ta ñaõ bieát, ñeå voâ sai vôùi
haøm doác caàn phaûi hieäu chænh toái öu ñoái xöùng. Coù theå döïa vaøo sô ñoà khoái hình VII.1.9 ñeå hieäu
chænh PI khaâu ñieàu khieån vò trí ñeå voøng ngoaøi cuøng thaønh toái öu ñoái xöùng ñeå kieåm tra.
Trong thöïc teá, ngoaøi phaàn hieäu chænh toïa ñoä, ngöôøi ta coøn ñöa vaøo caùc phaûn hoài/hieäu
chænh song song ñeå caûi thieän ñaëc tính quaù ñoä khi duøng maïch analog. Khi ñieàu khieån soá, thoâng soá
Trang 8/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
PID seõ ñöôïc ñieàu chænh töï ñoäng trong quaù trình laøm vieäc, thích hôïp vôùi traïng thaùi heä thoáng vaø
chaát löôïng ñoäng hoïc mong muoán trong töøng giai ñoaïn.
Hình VII.1.10b: Keát quaû khaûo saùt
moâ hình vôùi tín hieäu ñaët haøm doác
5. Quaù trình khôûi
ñoäng:
Ñoäng cô ñieän laø moät taûi ñoäng: vôùi cuøng doøng ñieän, ñieän aùp taêng theo toác ñoä quay. Do ñoù
khi ñoùng tröïc tieáp vaøo löôùi ñeå khôûi ñoäng, doøng qua ñoäng cô luoân luoân lôùn. Doøng ñieän naøy coù theå
töø 5 ñeán 7 laàn doøng ñònh möùc, coù theå gaây suït aùp laøm aûnh höôûng caùc taûi khaùc trong löôùi ñieän.
Nhaát laø ñoái vôùi taûi ñoäng cô, suït aùp lôùn coù theå khieán caùc ñoäng cô naøy suït toác vaø taêng doøng. Vì
vaäy khi coâng suaát ñoäng cô khaù lôùn hay ôû caùc khu vöïc yeâu caàu chaát löôïng ñieän naêng cao, nguôøi
ta caàn coù boä khôûi ñoäng. Khi ñoù doøng ñieän seõ ñöôïc giôùi haïn ôû giaù trò cho pheùp. Khi giaûm doøng
khôûi ñoäng, ta caàn ñeå yù ñeán momen khôûi ñoäng , noù caàn phaûi lôùn hôn momen caûn ñeå HT coù theå
taêng toác.
Boä khôûi ñoäng coøn coù khaû naêng ñieàu khieån momen ñoäng ñeå haïn cheá öùng suaát trong caùc
phaàn töû chuyeån ñoäng, nhaèm traùnh hö hoûng, taêng ñoä beàn ví duï nhö ôû baêng taûi, thieát bò coâng
nghieäp giaáy, in, vaûi... Ñieàu naøy cuõng töông ñöông vôùi vieäc giôùi haïn gia toác cuûa chuyeån ñoäng.
Trong caùc boä khôûi ñoäng chaát löôïng cao ta coù theå ñaët tröôùc thôøi gian khôûi ñoäng hay taêng
toác (acceleration) töông öùng vôùi moät daïng ñöôøng cong taêng toác choïn tröôùc, coù theå laø haøm doác
(RAMP) hay chöõ S. Thôøi gian khôûi ñoäng daøi <=> gia toác nhoû hay momen ñoäng, öùng suaát nhoû.
Töông töï ta cuõng coù theå choïn thôøi gian vaø daïng cuûa ñöôøng cong giaûm toác (deceleration).
VII.2 ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU:
M
1. Ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu:
LÖÔÙI
Boä Ñieàu khieån
Ñoäng cô
CKT
Trong coâng nghieäp, ngöôøi ta thöôøng
duøng chænh löu ñieàu khieån pha hay BBÑ aùp moät
chieàu loaïi Forward ñeå ñieàu khieån ñoäng cô moät
chieàu.
L
Hình VII.2.1.: Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån ñoäng
cô moät chieàu
Hình III.8.5.a cho ta sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu duøng boä bieán
ñoåi (boä ñieàu khieån ñoäng cô hay boä laùi – driver). Cuoän khaùng san baèng L coù theå maéc noái tieáp
ñoäng cô ñeå laøm phaúng doøng ñieän phaàn öùng. Ñoäng cô moät chieàu thöôøng laø kích töø ñoäc laäp hay
kích töø nam chaâm vónh cöõu (coâng suaát beù) vì noù coù theå giöõ töø thoâng φ ñoäc laäp vôùi ñieän aùp phaàn
öùng. Vôùi caùc heä thoáng coâng suaát lôùn, ñoäng cô moät chieàu coù theå söû duïng loaïi hoån hôïp. Khi ñoù,
cuoän daây noái tieáp coù nhieäm vuï laøm taêng töø thoâng φ vaø keát quaû laø momen M ñoäng cô taêng
Trang 9/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
khi taûi taêng, laøm giaûm suït toác.
w
φ
Ñaõ töø raát laâu, ñoäng cô moät chieàu ñöôïc
söû duïng trong caùc heä truyeàn ñoäng töï ñoäng vì deå
ñieàu khieån toác ñoä vaø cung caáp momen lôùn.
Coâng thöùc <VII.1.3> cho ta hai vuøng ñieàu
khieån toác ñoä (hình VII.2.2):
wo
- töø thoâng φ = φñm vaø giaûm aùp U < Uñm
ñeå coù toác ñoä döôùi giaù trò cô baûn.
U
I, M
0
- Giaûm φ < φñm vaø giöõ aùp U = Uñm ñeå coù
toác ñoä lôùn hôn cô baûn.
Hình VII.2.2: Sô ñoà khoái vaø ñaëc tính heä thoáng ñieàu
khieån toác ñoä ñoäng cô moät chieàu kích töù ñoäc laäp duøng
boä bieán ñoåi.
Toác ñoä cô baûn cuûa ñoäng cô xaùc ñònh töø
ñieàu kieän laøm vieäc ñònh möùc cuûa noù.
Caùch ñieàu khieån naøy raát thích hôïp vôùi ña soá taûi coâng nghieäp laø coù momen khoâng ñoåi
theo toác ñoä. Khi laøm vieäc ôû toác ñoä raát cao (töông öùng vôùi giaûm töø thoâng), momen ñoäng cô giaûm
phuø hôïp vôùi cheá ñoä di chuyeån khoâng taûi hay gia coâng tinh vôùi momen caûn beù.
2. Heä thoáng chænh löu - ñoäng cô moät chieàu:
Trong coâng nghieäp, ta thöôøng gaëp caùc boä chænh löu ñieàu khieån pha duøng cho ñieàu khieån
ñoäng cô moät chieàu. Ñaây laø BBÑ thích hôïp nhaát cho ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu trong coâng
nghieäp nhaát laø ôû coâng suaát lôùn vì naêng löôïng ñieän ñöôïc phaân phoái ôû daïng xoay chieàu vaø SCR
reû tieàn hôn caùc loaïi linh kieän coù ñieàu khieån doøng ñieän lôùn khaùc.
Ñeå ñieàu khieån ñoäng cô, daïng sô ñoà caàu thöôøng ñöôïc choïn vì coù theå noái tröïc tieáp vaøo löôùi
ñieän, ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn (chænh löu SCR+D) ñöôïc söû duïng ôû coâng suaát trung bình vaø
nhoû vì ñôn giaûn, reû tieàn. Vôùi taûi coâng suaát lôùn, chænh löu caàu ba pha duøng SCR laø thích hôïp vì coù
doøng ñieän nguoàn ñoái xöùng, nhaáp nhoâ doøng aùp taûi beù.
a. Haøm truyeàn boä chænh löu vaø daïng aùp ñoàng boä – aûnh höôûng cuûa doøng giaùn ñoaïn:
AÙp duïng caùc tính chaát chung cuûa haøm truyeàn BBÑ (muïc VII.1.2) cho sô ñoà chænh löu, ta
coù caùc nhaän xeùt sau:
- Haèng soá thôøi gian TBÑ cuûa chænh löu ñieàu khieån pha baèng T/m (ms) vôùi , m laø soá xung.
- Heä soá khueách ñaïi KBÑ = Uo/Uñk thay ñoåi theo cheá ñoä doøng taûi vaø maïch phaùt xung.
Khi doøng taûi lieân tuïc KBÑ chæ phuï thuoäc maïch ñieàu khieån. (Xem laïi bieåu thöùc cuûa trung bình aùp
ngoû ra boä chænh löu trong chöông III). Daïng aùp ñoàng boä cuõng coù aûnh höôûng lôùn vôùi KBÑ vaø ñaëc
tính beä thoáng vì nhö ñaõ khaûo saùt trong phaàn maïch phaùt xung kích SCR (muïc III. ), noù xaùc ñònh
quan heä giöõa Uñk vaø goùc ñieàu khieån pha α.
AÛnh höôûng cuûa doøng ñieän giaùn ñoaïn:
Töø heä phöông trình moâ taû ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp <VII.1.2>, haøm truyeàn ñoäng
cô coù hai thôøi haèng: Tñt cuûa maïch phaàn öùng vaø thôøi haèng töông öùng vôùi quaùn tính cuûa phaàn
quay. Khi heä thoáng laøm vieäc ôû doøng giaùn ñoaïn, doøng taûi xaùc laäp theo töøng xung doøng (so saùnh
hai hình III.1.2 vaø III.3.3). Suy ra maïch ñoäng löïc khoâng coù quaùn tính ñieän töø Tñt = 0.
Ñieàu naøy aûnh höôûng khaù lôùn ñoái vôùi ñoäng hoïc cuûa heä thoáng söû duïng chænh löu ñieàu
khieån pha: haøm truyeàn hieäu chænh HT khi doøng lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn laø khaùc nhau. Khi caàn chaát
Trang 10/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
löôïng ñoäng hoïc cao, ngöôøi ta söû duïng hai boä hieäu chænh cho hai tröôøng hôïp doøng taûi, duøng moät
boä kieåm tra doøng baèng khoâng ñeå choïn boä hieäu chænh laøm vieäc.
b. Cheá ñoä haõm cuûa ñoäng cô moät chieàu khi laøm vieäc vôùi chænh löu ñieàu khieån pha: (Söï laøm
vieäc 2 phaàn tö maët phaúng ñaëc tính cô cuûa heä thoáng chænh löu - ñoäng cô moät chieàu).
Ta ñaõ bieát boä chænh löu ñieàu khieån hoaøn toaøn coù theå laøm vieäc ôû phaàn tö thöù I (töông
öùng vôùi cheá ñoä chænh löu) vaø phaàn tö thöù IV (cheá ñoä nghòch löu) cuûa maët phaúng taûi U,I. Hai cheá
ñoä naøy cuûa BBÑ cuõng töông öùng vôùi cheá ñoä keùo (ñoäng cô) vaø haõm cuûa ñoäng cô moät chieàu, Tuy
nhieân, ñoäng cô moät chieàu laïi laøm vieäc ôû phaàn tö thöù I vaø II cuûa maët phaúng ñaëc tính cô. Do ñoù ta
caàn phaûi ñaõo cöïc tính cuûa phaàn öùng (hay cuoän kích töø) ñeå coù caùc cöïc tính doøng, aùp thích hôïp.
Hình VII.2.3: Haõm vaø ñaûo chieàu ñoäng cô moät chieàu khi duøng contactor ñaûo chieàu
Trong cheá ñoä ñoäng cô, HT laøm vieäc ôû phaàn tö thöù I (t1): VO, E > 0. Muoán haõm döøng moät
ñoäng cô ñang quay, ñaàu tieân ta giaûm VO baèng caùch taêng α, ñeå doøng qua ñoäng cô giaûm veà 0 (t2).
Sau ñoù khoùa xung kích SCR vaø ñaûo cöïc tính ñoäng cô ñeå chuaån bò cho cheá ñoä nghòch löu. Ñeå haïn
cheá doøng qua BBÑ khi kích xung trôû laïi, ta taêng goùc α ñeán giaù trò max töông öùng vôùi aùp nghòch
löu cöïc ñaïi vaø giaûm daàn (t3). Khi trò soá tuyeät ñoái |VO| baét ñaàu beù hôn trò soá tuyeät ñoái cuûa söùc
ñieän ñoäng |E| ñoäng cô, doøng ñieän xuaát hieän trôû laïi (t4) vaø ta coù quaù trình haõm. Goùc kích α giaûm
daàn cuøng vôùi bieân ñoä cuûa E khi toác ñoä ñoäng cô giaûm ñeå duy trì momen haõm cho ñeán khi ñoäng
cô döøng (t5). Neáu vaãn tieáp tuïc kích SCR vaø giaûm goùc α, ñoäng cô seõ khôûi ñoäng quay theo chieàu
ngöôïc laïi (t6), (t7).
Trang 11/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
Ñeå doøng ñieän khoâng cho doøng vöôït quaù giaù trò cho pheùp trong quaù trình haõm, toác ñoä
giaûm goùc α phaûi töông öùng vôùi toác ñoä giaûm söùc ñieän ñoäng taûi E vì I = (Uo – E)/R . Voøng ñieàu
khieån momen (doøng ñieän) cuõng coù khaû naêng haïn cheá doøng khi quaù ñoä.
Vieäc ñöa goùc ÑK pha α veà giaù trò cöïc ñaïi khi haõm ñeå traùnh quaù doøng khi khôûi ñoäng boä
chænh löu ñöôïc goïi laø kyõ thuaät “PHASE BACK”, noù ñaûm baûo trung bình aùp Uo ra khi ñoùng ñieän
luoân beù hôn (soá ñaïi soá) söùc phaûn ñieän E, neân doøng ñieän luùc ñoù luoân baèng khoâng.
Coù theå so saùnh kyõ thuaät naøy vôùi nguyeân lyù khôûi ñoäng meàm cuûa boä bieán ñoåi vaø coøn gaëp
laïi kyõ thuaät naøy trong caùc sô ñoà ñieàu khieån TÑÑ ñaûo chieàu quay.
U
o
c.TÑÑ ñaûo chieàu quay duøng chænh löu ñieàu khieån pha:
a. Caùc sô ñoà:
Chænh löu ñieàu khieån pha duø coù theå cung caáp aùp ra > 0 vaø
< 0 nhöng doøng ra chæ cho pheùp > 0 (laøm vieäc phaàn tö thöù I vaø IV
cuûa maët phaúng taûi UO, IO ôû hình VII.2.4). Ñeå coù theå ñaûo chieàu doøng
ñieän taûi, coù hai phöông phaùp chính:
- Söû duïng caùc tieáp ñieåm ñaûo chieàu (hình VII.2.5a): Hình veõ
ñang coù tieáp ñieåm T ñoùng, cung caáp moät chieàu doøng taûi, neáu T
ngaét vaø N ñoùng doøng taûi seõ ñöôïc pheùp ñaûo chieàu.
I
o
Hình VII.2.4
I
o
+
+
_
T
N
T
Löôùi
Taûi
Taûi
Löôùi
Löôùi
_
N
_
+
Hình VII.2.5 Sô ñoà nguyeân lyù: (a) Ñaûo chieàu duøng tieáp ñieåm
(b) BBÑ ñaûo chieàu
- BBÑ ñaûo chieàu: Goàm hai boä chænh
löu cung caáp hai chieàu doøng taûi, hình
VII.2.5b laø sô ñoà nguyeân lyù vaø hình VII.2.6 laø
sô ñoà cuï theå vôùi caùc boä chænh löu ba pha hình
tia.
b. Nguyeân lyù ñieàu khieån BBÑ ñaûo
chieàu:
Ñeå hai BBÑ cung caáp cuøng giaù trò UO
cho taûi, caùc goùc ñieàu khieån pha cuûa hai BBÑ
seõ coù quan heä α1 + α2 = π khi giaû söû doøng taûi
laø lieân tuïc. Thöïc vaäy:
A
B
C
T1
T2
T3
i
o
u
o1
u
T4
T5
T6
o
Taûi
u
o2
N
hình VII.2.6 Boä chænh löu ñaõo chieàu duøng hai boä chænh
löu ba pha tia
BBÑ 1 cung caáp aùp trung bình UO1 vôùi goùc α1, BBÑ 2 cung caáp aùp UO2 vaø α2.
UO =UO1 = U .cos α1 = UO2 = -U .cos α2 => cos α1 = - cos α2 hay α1 + α2 = π
do do
neáu α1 > 0 : BBÑ 1 laø chænh löu => α2 < 0 : BBÑ 2 laø nghòch löu vaø ngöôïc laïi.
Duøø caùc trò trung bình hai BBÑ laø baèng nhau, giaù trò töùc thôøi cuûa chuùng khoâng baèng nhau
laøm xuaát hieän doøng ñieän caân baèng (coøn goïi laø tuaàn hoaøn – circulation) chæ chaïy qua hai boä
chænh löu khi chuùng cuøng laøm vieäc. Doøng caân baèng coù theå raát lôùn neáu ta khoâng coù phöông phaùp
haïn cheá chuùng. Töø ñoù suy ra caùc caùch ñieàu khieån sau:
- Ñieàu khieån chung (ñoàng thôøi): Hai BBÑ cuøng coù xung ñieàu khieån nhöng chæ coù moät boä
Trang 12/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
coù doøng taûi, doøng caân baèng ñöôïc haïn cheá baèng cuoän khaùng KCB vaø qui luaät ñieàu khieån thích
hôïp. Coù hai caùch phoái hôïp : tuyeán tính vaø phi tuyeán.
• Phoái hôïp tuyeán tính: Goïi α1, α2 laø goùc ñieàu khieån pha hai boä chænh löu. Caùc aùp trung
bình UO1 = UO2 = UO cho ta α1 = π - α2. AÙp treân cuoän khaùng caân baèng
u
cb
= u
– u
khoâng coù thaønh phaàn moät chieàu (trò trung bình baèng 0), coù theå
o1
o2
tính töông töï nhö tröôøng hôïp boä chænh löu saùu pha coù khaùng caân baèng. Doøng caân
baèng coù taùc duïng laøm doøng qua caùc BBÑ luoân lieân tuïc.
• Phoái hôïp phi tuyeán: Ñeå giaûm nhoû kích thöôùc cuoän khaùng caân baèng trong khi vaãn haïn
cheá doøng caân baèng ôû giaù trò mong muoán, ngöôøi ta ñieàu khieån cho aùp ra nghòch löu lôùn
hôn aùp ra chænh löu:
α2 = π + δ - α1 hay α1 + α2 > π
w
w
Nghòch löu
Chænh löu
M
M
Hình VII.2.7: Ñaêïc tính cô truyeàn ñoäng ñaûo chieàu khi ñieàu khieån chung (hay hoãn hôïp) vaø ñieàu khieån rieâng
ôû goùc kích SCR coá ñònh. BBÑ chænh löu kích goùc α vaø BBÑ nghòch löu kích goùc π – α.
Ñieàu khieån chung coù lôïi laø maïch ñieàu khieån ñôn giaûn, doøng taûi luoân lieân tuïc. Baát lôïi laø
giaù thaønh taêng do coù cuoän khaùng caân baèng vaø toån hao coâng suaát cao do coù doøng caân baèng.
- Ñieàu khieån rieâng: Moãi luùc chæ cho moät
boä chænh löu laøm vieäc töông öùng vôùi chieàu doøng
ñieän hoaït ñoäng hay mong muoán. Nhö vaäy khoâng
coù doøng caân baèng. Vôùi cuøng ñieän aùp UO treân taûi,
khi ñaûo chieàu doøng thì moät BBÑ laø chænh löu,
boä coøn laïi laø nghòch löu vaø ngöôïc laïi.
phaùt xung
phaùt xung
ñieàu khieån
BBÑ 1
α
phase back
Io
Ñaët aùp
Uo
choïn
BBÑ
Khoái
LOGIC
phase back
phaùt xung
ñieàu khieån
BBÑ 2
Öu ñieåm quan troïng cuûa vieäc ñieàu khieån
rieâng laø maïch ñoäng löïc reû tieàn, hieäu suaát cao
hôn ñieàu khieån chung. Nhöôïc ñieåm laø maïch
ñieàu khieån phöùc taïp vaø ñaëc tính ñoäng keùm, caàn
phaùt xung
π − α
Hình VII.2.8: Ñaêïc tính cô truyeàn ñoäng
coù thôøi gian caû hai BBÑ khoâng laøm vieäc khi chuyeån BBÑ laøm vieäc ñeå traùnh tröôøng hôïp coù theå
caû hai BBÑ cuøng daãn ñieän.
Haït nhaân cuûa maïch ñieàu khieån boä chænh löu ñaûo chieàu ñieàu khieån rieâng laø khoái LOGIC
ñeå choïn hay ñònh höôùng xung ñeán moät trong hai boä chænh löu. Hai boä chænh löu coù theå duøng
chung hay rieâng maïch phaùt xung nhöng caàn ñeå yù laø vôùi moät giaù trò aùp trung bình UO treân taûi, boä
laøm vieäc trong cheá ñoä chænh löu coù goùc ñieàu khieån pha α thì boä laøm vieäc trong cheá ñoä nghòch
löu nhaän xung goùc π − α. Coù hai nguyeân lyù ñeå choïn boä chænh löu:
- Theo tín hieäu ñaët khi ta caàn ñaûo chieàu aùp ra: choïn laøm vieäc ôû phaàn tö I hay III.
- Theo doøng ñieän taûi khi caàn ñaûo chieàu momen, chuyeån ñieåm laøm vieäc töø phaàn tö I
Trang 13/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
sang II.
Kyõ thuaät “phase back “ luoân ñöôïc öùng duïng ñeå traùnh quaù doøng khi cho boä chænh löu baét
ñaàu laøm vieäc.
- Ñieàu khieån hoån hôïp: Sô ñoà ñieàu khieån hoån hôïp coù maïch ñoäng löïc nhö sô ñoà ñieàu khieån
chung vaø ñieàu khieån chung khi doøng taûi beù vaø ñieàu khieån rieâng khi doøng taûi lôùn. Nhö vaäy ta ñaõ
taän duïng taát caû öu ñieåm cuûa hai sô ñoà.
3. TÑÑ ñcô moät chieàu duøng BBÑ aùp moät chieàu:
a. Giôùi thieäu chung:
BBÑ aùp DC coù theå duøng ñeå ñieàu khieån ñoäng cô DC trong caùc tröôøng hôïp:
- truyeàn ñoäng ñoäng cô chaáp haønh khi khai thaùc caùc öu ñieåm sau cuûa BBÑ aùp DC: taùc
ñoäng nhanh nhôø ñoùng ngaét ôû taàn soá cao, sô ñoà laøm vieäc 4 phaàn tö ñôn giaûn vaø reû tieàn hôn chænh
löu ñieàu khieån pha.
- Nguoàn ñieän moät chieàu coù saün nhö tröôøng hôïp caùc heä thoáng vaän taûi coâng coäng ôû caùc
nöôùc hay caùc heä thoáng vaän taûi duøng accu.
Vôùi caû hai tröôøng hôïp, caùc heä thoáng söû duïng ñoäng cô khoâng coå goùp cuõng toû ra öu theá khi
giaù thaønh caùc boä nghòch löu ñang giaûm nhanh trong thôøi gian gaàn ñaây. Tuy nhieân, öu ñieåm cuûa
heä thoáng BBÑ aùp DC ñieàu khieån ñoäng cô laøm vieäc 4 phaàn tö maët phaúng ñaëc tính cô vôùi chaát
löôïng cao laø ñôn giaûn, reû tieàn laøm cho phöông aùn naøy luoân ñaùng chuù yù.
Vieäc thieát keá BBÑ aùp moät chieàu duøng cho truyeàn ñoäng ñoäng cô moät chieàu coù caùc ñieåm
caàn löu yù sau:
- Moät caùc toång quaùt, sô ñoà khoái HT khoâng thay ñoåi so vôùi boä nguoàn hay chænh löu ñieàu
khieån pha.
- Ñeå haïn cheá doøng ñieän, beân caïnh vieäc söû duïng voøng ñieàu khieån doøng ñieän, ngöôøi ta coù
theå söû duïng maïch laùi transistor coù haïn doøng (khoùa transistor ngay khi doøng ñieän vöôït quaù giaù trò
cho pheùp - xem laïi chöông 1). Maïch haïn doøng naøy coù theå thay theá voøng doøng ñieän neáu taûi
khoâng caàn ñieàu khieån momen (nhö ôû caùc heä thoáng ñieàu khieån vò trí caàn taùc ñoäng nhanh hay
coâng suaát beù).
- Vieäc choïn sô ñoà ñoäng löïc vaø ñieàu khieån BBÑ caàn ñeà yù ñeán yeâu caàu haõm ñoäng cô.
b. Caùc sô ñoà ñoäng löïc vaø thuaät toaùn ñieàu khieån:
+
+
S
i
D1
D2
D1
D2
D3
D4
o
S1
S1
S3
S4
i
i
uo
R
o
o
+
U
U
D
L
U
Uo
_
_
_
S2
S2
E
(a)
(b)
(c )
Hình VII.2.9: BBÑ laøm vieäc 1 phaàn tö maët phaúng taûi (a), 2 phaàn tö I vaø II (b), I vaø IV (b1) vaø 4 phaàn tö (c)
Trang 14/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
Coù caùc sô ñoà BBÑ aùp moät chieàu nhö hình VII.2.9. BBÑ
laøm vieäc laøm vieäc moät phaàn tö maët phaúng taûi (hình a) chæ
cho pheùp aùp, doøng döông laø sô ñoà ñôn giaûn nhaát, khoâng coù
cheá ñoä haõm. Vôùi BBÑ laøm vieäc laøm vieäc hai phaàn tö maët
phaúng taûi (hình b), doøng ñieän coù theå ñaõo chieàu cho pheùp
haõm ñoäng cô vaø ñoäng cô coù theå hoaït ñoäng 4 phaàn tö vôùi
caàu H (hình c).
+
D3
S1
i
o
U
Uo
D2
_
S4
Ñeå doøng ñieän trong hai sô sô ñoà (b) vaø (c) lieân tuïc
nhaèm ñaûm baûo söï di chuyeån nhanh choùng cuûa ñieåm laøm
vieäc töø phaàn tö thöù I qua II, ta caàn coù söï ñoùng ngaét ngöôïc
(b1)
pha giöõa hai ngaét ñieän noái tieáp nhau: S1, S2 hay S3,S4 (ñieàu khieån hoaøn toaøn). Thaät vaäy haõy
xem sô ñoà (b). Khi S1 ñoùng, S2 ngaét (vaø ngöôïc laïi), doøng taûi coù theå ñaûo chieàu maø aùp ra khoâng
ñoåi. Ví duï nhö khi S1 ñoùng, aùp ra uo seõ baèng U vaø khi S2 ñoùng aùp ra baèng 0 baát chaáp chieàu
doøng ñieän iO. Do ñoù sô ñoà (b) coù theå laøm vieäc trong cheá ñoä giaûm aùp (phaàn tö I) hay taêng aùp
(phaàn tö II) phuï thuoäc töông quan giöõa trung bình aùp ra UO vaø söùc phaûn ñieän E cuûa ñoäng cô.
Khi ñang keùo ôû toác ñoä cao: UO > E vaø IO > 0 , ta giaûm UO. Do ñoäng naêng phaàn quay, E khoâng
thay ñoài töùc thôøi vaø > UO , IO ñaûo chieàu vaø ta coù cheá ñoä haõm cho ñeán khi UO > E trôû laïi.
BAÛNG TOÙM TAÉT CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN SÔ ÑOÀ CAÀU (hình VII.2.9c)
Caùch ñieàu khieån
Phaàn tö laøm vieäc
Ñaëc ñieåm
4 phaàn tö lieân tuïc chaát löôïng ñoäng hoïc toát nhaát, nhaáp nhoâ
doøng cao laøm taêng toån hao trong ñoäâng cô
S1= S2 = S4 = S3
ñieàu roäng S1, S4 khi quay I cho quay thuaän, ÑK ñôn giaûn, ít toån hao, muoán haõm hay
thuaän, ñieàu roäng S2, S3 khi III quay ngöôïc
quay nghòch
ñaûo chieàu caàn thay ñoåi luaät ñieàu khieån.
(hình b1)
I, II quay thuaän, haõm döøng toát, ñaûo chieàu caàn thay ñoåi
III,IV quay ngöôïc luaät ñieàu khieån, ít toån hao
S1= S2 cho ñk toác ñoä,
S4 = S3 ñeå choïn chieàu quay
4 phaàn tö lieân tuïc chaát löôïng ñoäng hoïc toát nhaát, nhaáp nhoâ
doøng thaáp nhöng sô ñoà phöùc taïp nhaát.
S1= S2, S4 = S3
S1= S4(wt−π)ø leäch nhau
goùc π
Sô ñoà (b1) laø tröôøng hôïp cuûa sô ñoà (c) khi ta ñoùng ngaét S1, S4 (S2, S3 luoân ngaét) ñeå cung
caáp doøng döông cho taûi vaø ñoùng ngaét S2, S3 ñeå cung caáp doøng aâm. Vôùi caùch ñieàu khieån naøy, ta
khoâng coù cheá ñoä haõm neáu khoâng coù söï boå sung thuaät toaùn. Thaät vaäy, doøng taûi chæ coù theå ñaûo
chieàu khi ta thay ñoåi caëp ngaét ñieän laøm vieäc bôû vì neáu ta giaûm UO , IO giaûm veà 0 vaø momen
ñoäng cô baèng khoâng. Ñeå coù löïc haõm ñieän, ta caàn chuyeån ñoåi ngaét ñieän ñeå ñaûo chieàu doøng taûi,
thuaät toaùn seõ töông töï nhö ôû boä chænh löu ñaûo chieàu ñieàu khieån rieâng: khoùa xung S1, S4 -> delay
-> ñoùng xung S2, S3 ôû aùp ra thích hôïp traùnh quaù doøng. Khi haõm döøng, ta coù theå noái taét phaàn
öùng ñoäng cô baèng moät R nhoû ñeå haõm ñoäng naêng.
Söï ñoùng ngaét ngöôïc pha giöõa hai ngaét ñieän noái tieáp nhau (S1, S2 hay S3,S40 coù moät
nhöôïc ñieåm laø coù khaû naêng xaûy ra truøng daãn khi S1 chöa kòp khoùa khi ta ñoùng S2. Söï truøng daãn
laøm ngaén maïch nguoàn, gaây hö hoûng ngaét ñieän do quaù doøng. Ñieàu naøy coù theå loaïi boû baèng baèng
caùch cho theâm thôøi gian cheát côû microsec khoâng coù ngaét ñieän laøm vieäc giöõa hai khoaûng daãn cuûa
Trang 15/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
S1, S2. Ñieàu naøy ñöôïc thöïc hieän baèng maïch phaùt xung hay moät maïch treã trong khoái laùi
transistor.
Ví duï veà maïch ñieàu khieån BBÑ aùp DC coâng suaát beù: Khi doøng qua ñoäng cô < 1 A, ta coù theå duøng
vi maïch SN754410 cuûa haûng Texas Instrument, coù voû daïng DIP16, trong coù 4 nöûa caàu ñoäc laäp coù
theå gheùp thaønh hai caàu. Vôùi 2 coång EX-OR (CD4070 hay MC14070) ta ñieàu khieån caàu baèng caùc
tín hieäu:
• PWM: ñieàu roäng xung.
• EN: cho pheùp hoaït ñoäng khi coù logic cao.
• DIR: Choïn chieàu quay.
Diod phoùng ñieän caàn duøng loaïi phuïc hoài nhanh, ví duï FR105 hay FR157. Ñeå traùnh hieän
töôïng truøng daãn coù theå xaûy ra khi hai transistor cuûa nöûa caàu chuyeån maïch, moät ñieän trôû noái tieáp
nguoàn ñöôïc theâm vaøo. Vi maïch SN754410 khoâng coù baûo veä nhieät hay quaù doøng nhö moät soá vi
maïch ñieàu khieån ñoäng cô khaùc. Caùc ñieän trôû vaø diod ôû ngoû vaøo thöïc hieän moät soá logic phuï nhö
caám hoaït ñoäng khi EN1 = 0 hay khi ngoû vaøo hôû maïch.
CON1
VCC
1
2
C1
R1
220u/25v
2.2/3W
5V
U2A
U1A
D1
R2
R6
14070
1K
CON2
2
1
1
2
PWM1
EN1
3
2
1
7
3
OUT1
D3
D8
R4
10K
D4
100
SN754410
D7
J2
5
6
R8
10K
4
6
1
2
3
4
5
R10
1K
DIR1
D11
U1B
14070
C2
CON5
47u
4. Ñieàu khieån voøng kín ñoäng cô moät chieàu:
Vôùi toác ñoä, momen ñoäng cô tæ leä vôùi ñieän aùp, doøng ñieän, truyeàn ñoäng ñieän BBÑ - ñoäng
cô moät chieàu laø heä thoáng lyù töôûng ñeå thöïc hieän caùc baøi toaùn cuûa truyeàn ñoäng ñieän ñaõ ñöôïc giôùi
thieäu ôû muïc VII.1.5: ñieàu khieån momen, toác ñoä … Trong coâng nghieäp ngöôøi ta thöôøng duøng sô
ñoà ñieàu khieån toïa ñoä (nhieàu voøng), töông öùng vôùi caùc ñaïi löôïng caàn kieåm soaùt. Muïc naøy baét
ñaàu baèng moät ví duï cuûa sô ñoà ñieàu khieån voøng kín ñôn giaûn, sau ñoù seõ laø giôùi thieäu moät soá noäi
dung cuï theå cuûa heä BBÑ - ñoäng cô moät chieàu vì nguyeân lyù heä thoáng ñieàu khieån toïa ñoä ñaõ ñöôïc
giôùi thieäu ôû chöông VI.
a. Ví duï sô ñoà ñieàu khieån voøng kín:
Hình VII.2.10 trình baøy sô ñoà nguyeân lyù maïch ñieàu khieån boä ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô
moät chieàu söû duïng boä chænh löu ñieàu khieån pha, phaûn hoài aâm ñieän aùp, coù ñieàu khieån (haïn cheá)
doøng.
Trang 16/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
Ifh
- Ufh
Phaûn hoài aùp
MAÏCH
Phaûn hoài doøng
R7
R9
R8
D2
D3
Q4
C1
ÑOÄNG LÖC
C2
- Ufh
-
Phaûn hoài aùp
D4
R10
R12 C3
VCC
R11
R13 C4
+
VCC
RUN / STOP1
POT
Taïo haøm doác
U1A
2
3
M1
Ñeán maïch
phaùt xung
kích SCR
U1B
U1C
1
6
5
7
9
R15
8
Q5
R16
R17
10
shunt
C5
- VCC
R18
Phaûn hoài doøng
Ifh
Ñieàu khieån aùp
Ñieàu khieån doøng
Hình VII.2.10 maïch ñoâng löïc vaø sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng ñieàu khieån voøng kín ñoäng cô moät chieàu.
Maïch ñoäng löïc laø boä chænh löu caàu moät pha hoãn hôïp SCR+D. Ñieän trôû shunt duøng ñeå
phaûn hoài tín hieäu doøng ñieän ñoäng +Ifh cô baèng caùch laáy suït aùp qua noù vaø caàu phaân aùp R7, R9
ñöa veà maïch ñieàu khieån tín hieäu phaûn hoài aùp –Ufh.
Maïch ñieàu khieån voøng kín bao goàm ba khueách ñaïi thuaät toaùn (KÑTT).
U1A laøm nhieäm vuï taïo haøm doác ñeå ñieàu khieån gia toác khi khôûi ñoäng: Khi coâng taéc
RUN/STOP1 ñoùng, tuï ñieän C5 ñöôïc naïp baèng R16 laøm aùp cuûa noù taêng theo haøm muõ. Ñaây laø tín
hieäu ñieän aùp ñaët Uñ cuûa boä chænh löu. ÔÛ ñaây, haøm muõ ñaõ ñöôïc duøng thay theá cho haøm doác vì
maïch ñieän ñôn giaûn hôn. U1A maéc theo sô ñoà ñeäm ñieän aùp, aùp ngoû ra baèng aùp ngoû vaøo. U1A coù
taùc duïng caùch ly, khoâng cho R15 taûi tuï C5.
U1B laø boä ñieàu khieån aùp, laø moät maïch tích phaân tæ leä (ñieàu khieån PI). Noù xöû lyù tín hieäu
ñaët ñieän aùp Uñ döông vaø tín hieäu phaûn hoài aâm aùp –Ufh. Ñeå tính toaùn R15, R10 ta ñeå yù ôû cheá ñoä
xaùc laäp, maïch caàn coù ngoû vaøo baèng khoâng:
−Ufh
R10
Uñ
R15
+
= 0 ⇒ Uñ = R10 Ufh
(
)
R15
Vaäy R15 vaø R10 chính laø caàu phaân aùp ñeå coù aùp ngoû vaøo aâm cuûa KÑTT baèng khoâng.
R12, C3 ñaûm baûo chaát löôïng ñoäng hoïc heä thoáng, giaù trò cuûa noù laø keát quaû cuûa vieäc tính toaùn
hieäu chænh heä thoáng töï ñoäng hay ñieàu chænh taïi hieän tröôøng. Aùp ra boä ñieàu khieån aùp laø tín hieäu
ñaët doøng –Iñ coù daáu aâm vì U1B laø maïch khueách ñaïi ñaûo.
U1C laø maïch ñieàu khieån doøng, hoaït ñoäng töông töï nhö maïch ñieàu khieån aùp. Noù xöû lyù tín
hieäu ñaët doøng –Iñ laø ngoõ ra cuûa U1B (qua R17) vaø phaûn hoài doøng Ifh (qua R8+R11), boä ñieàu
khieån seõ giöõ doøng khoâng ñoåi khi maïch ñieàu khieån aùp baûo hoøa, ngoû ra khoâng ñoåi.
Caùc maïch loïc doøng, aùp C1, R7, R9 vaø R8, C2 caàn thieát cho loïc phaúng tín hieäu phaûn hoài
tröôùc khi ñöa veà maïch ñieàu khieån.
ñoàng
boä
Neáu ta duøng maïch phaùt xung kích
SCR vôùi ñoàng boä raêng cöa ñoä doác döông (coù
goùc ñieàu khieån pha α = 0 khi Uñk = 0), giöõa
boä hieäu chænh vaø maïch phaùt xung caàn coù boä
dôøi möùc sao cho Uñk = 0 töông öùng ngoû ra boä
hieäu chænh doøng laø cöïc ñaïi:
POT1
- Vcc
R
9
Maïch
ÑKP
8
Uñk1
R
10
kích
SCR
Uñk
Uñk = - (Uñk1 - Vcc)
Hình VII.2.11 maïch dôøi möùc
Khi Uñk1 Æ VCC, Uñk Æ0
Coù theå nhaän xeùt sô ñoà voøng kín naøy coù theå duøng cho boä nguoàn DC vôùi caùc taûi khaùc nhau,
khi thay theá Ufh baèng ngoû ra caàn ñieàu khieån neáu caàn. Ñeå yù caùc maéc loïc hình T ôû caùc ñöôøng
phaûn hoài laøm phaúng caùc nhaáp nhoâ doøng, aùp treân taûi vaø caùch söû duïng khueách ñaïi ñaûo daáu duøng
Trang 17/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
KÑTT.
b. Caùc phaûn hoài thoâng duïng cuûa heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu:
Nhö ta ñaõ bieát, heä thoáng ñieàu khieån toïa ñoä yeâu caàu phaûn hoài aâm caùc ñaïi löôïng caàn kieåm
soaùt, ñoù laø momen, toác ñoä vaø vò trí vaø muïc naøy seõ giôùi thieäu caùc phöông phaùp thöôøng ñöôïc söû
duïng trong coâng nghieäp.
- Phaûn hoài momen: Vì momen tæ leä vôùi doøng ñieän phaàn öùng <VII.1.2>, trong ña soá tröôøng
hôïp ngöôøi ta phaûn hoài tín hieäu doøng ñieän cho ñieàu khieån momen. Vôùi nguyeân lyù ñieàu khieån toïa
ñoä (nhieàu voøng), doøng ñieän luoân laø voøng trong cuøng vaø ñieàu khieån doøng ñieän hay momen ôû ñaây
chính laø haïn cheá ñaïi löôïng naøy khoâng ñöôïc vöôït quaù giaù trò giôùi haïn xaùc ñònh bôûi voøng ngoaøi keá
caän: voøng toác ñoä.
ÔÛ caùc ñoäng cô coâng suaát beù hay ôû moät soá maïch ñieàu khieån ñôn giaûn, voøng doøng ñieän chæ
laø maïch ngaét duøng transistor nhö hình VII.2.12. Khi ñoù transistor laø moät ñieän trôû thay ñoåi, noù
laøm giaûm aùp ñieàu khieån UÑK ñaët vaøo maïch kích laøm cho aùp ngoû ra Uo giaûm daãn ñeán giaûm doøng
taûi töông öùng, sao cho aùp treân cöïc BE cuûa transistor baèng 0.6 V. Bieán trôû POT cho pheùp thay ñoåi
tæ leä phaûn hoài doøng, laø phaûn töû chænh ñònh giôùi haïn doøng cuûa maïch.
Coù ba caùch laáy tín hieäu doøng ñieän: duøng ñieän trôû shunt trong maïch phaàn öùng, bieán doøng
ñaët ôû phía xoay chieàu boä chænh löu vaø bieán doøng moät chieàu duøng caûm bieán Hall.
+ Phöông aùn duøng ñieän trôû shunt ñôn giaûn nhaát, nhöng coù baát lôïi laø maïch ñieàu
khieån khoâng caùch ly ñieän vôùi maïch ñoäng löïc vaø khoù thöïc hieän ôû doøng ñieän lôùn vaø raát
lôùn.
+ Trong caùc sô ñoà chænh löu caàu, coù theå söû duïng bieán doøng ñaët ôû phía xoay chieàu
vaø chænh löu caùc ngoû ra bieán doøng ñeå laáy tín hieäu tæ leä vôùi doøng taûi (hình VII.2.13).
Phöông aùn naøy raát deã thöïc hieän, coù ñoä chính xaùc cao vaø caùch ly ñöôïc ñieàu khieån – ñoäng
löïc.
Ñieän aùp
Ñieàu khieån
BBÑ
R
Khoái
R
phaùt xung
kích SCR
300/5 A
TI 2
4
3
4
phaûn hoài
doøng
300/5 A
3
POT
TI 1
Ñieàu Khieån doøng
Hình VII.2.13 Söû duïng bieán doøng ñaët tröôùc boä
chænh löu ñeå ño doøng taûi
hình VII.2.12
+ Vôùi caùc BBÑ aùp moät chieàu, chæ coù theå söû duïng bieán doøng moät chieàu duøng caûm
bieán Hall hay caùc caûm bieán töø tröôøng khaùc. Caûm bieán Hall öùng duïng hieäu öùng Hall, laø
hieän töôïng moät ñieän aùp (söùc ñieän ñoäng Hall) seõ xuaát hieän theo chieàu ngang trong vaät
lieäu coù doøng ñieän phaân cöïc chaïy theo chieàu doïc ñaët trong töø tröôøng. Coù theå hình dung
söùc ñieän ñoäng Hall xuaát hieän do caùc haït mang ñieän bò taùc ñoäng bôûi löïc Lorentz neân di
chuyeån ngang truïc. Söùc ñieän ñoäng naøy côû mV, tæ leä vôùi doøng ñieän phaân cöïc, thaønh phaàn
caûm öùng töø thaúng goùc vôùi maët phaúng hôïp bôûi doøng phaân cöïc vaø söùc ñieän ñoäng (hình
VII.2.13), vaät lieäu vaø kích thöôùc caûm bieán. Ñeå thöïc hieän bieán doøng moät chieàu, doøng ñieän
caàn ño ñöôïc cho qua cuoän daây ñeå taïo ra töø tröôøng taùc duïng vaøo caûm bieán Hall, vaø töø
ñieän aùp ño ñöôïc suy ra doøng ñieän kích thích.
Trang 18/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
- Phaûn hoài toác ñoä: Theo caùc nguyeân lyù cuûa ñieàu
khieån töï ñoäng, ñeå ñieàu khieån toác ñoä, toát nhaát laø phaûn hoài
toác ñoä. Coù theå duøng maùy phaùt toác (tacho generator) laø
thieát bò coù ngoû ra tæ leä tuyeán tính vôùi toác ñoä quay. Coù ba
loaïi:
Doøng
phaân cöïc
u
o
Doøng
ño
Khueách ñaïi
+ Maùy phaùt toác moät chieàu, xoay chieàu laø
hai loaïi maùy phaùt ñieän ñaëc bieät, coù ngoû ra laø
ñieän aùp moät chieàu hay xoay chieàu tæ leä vôùi toác
ñoä. Ta caàn chænh löu vaø loïc phaúng ngoû ra cuûa
vi sai
Hình VII.2.13 Nguyeân lyù bieán doøng moät
chieàu
maùy phaùt toác xoay chieàu (AC tacho generator) khi söû duïng caùc boä ñieàu khieån analog
(chöông VI).
+ Maùy phaùt toác xung (pulse tacho generator, coøn ñöôïc goïi laø boä maõ hoùa goùc quay
töông ñoái – incremental rotary encoder) cho ra chuoãi xung coù taàn soá tæ leä vôùi toác ñoä
quay, coù theå chuyeån thaønh ñieän aùp qua boä bieán ñoåi taàn soá ra ñieän aùp, ngaøy nay thöôøng
ñöôïc duøng vì ñoä chính xaùc cao vaø giaù thaønh haï. Maùy phaùt toác xung thích hôïp vôùi caùc sô
ñoà ñieàu khieån soá, noù coù nhieàu ngoû ra ñeå phuïc vuï caùc baøi toaùn ñieàu khieån khaùc nhau,
thoâng duïng nhaát laø hai ngoû ra A vaø B ñeå coù theå trích ra thoâng tin veà chieàu quay, toác ñoä
vaø vò trí. A vaø B laø hai chuoåi xung leäch nhau ±π/2 phuï thuoäc chieàu quay (hình VII.2.14).
NGHÒCH
THUAÄN
A
B
CD
CU
8
8
7
7
Boä ñeám
6
ñaûo chieàu
Hình VII.2.14 Xung AB vaø caùc daïng soùng ñeám leân, xuoáng
Chieàu quay ñoäng cô coù theå xaùc ñònh baèng moät D flip-flop nhö treân hình
VII.2.15a, vi maïch 4013 laø D flip-flop kích caïnh leân, laøm cho Q = 1 khi A sôùm pha hôn B
goùc π/2 vaø ngöôïc laïi. Vò trí truïc ñoäng cô coù theå xaùc ñònh baèng caùch ñeám xung, ngöôøi ta
thöôøng duøng boä ñeám leân xuoáng coù ñaët tröôùc (preset) nhö hoï vi maïch 74193 taùc ñoäng
baèng hai ngoû vaøo xung ñeám leân CU vaø ñeám xuoáng CD (hình VII.2.15b). Toác ñoä coù theå
ñaùnh giaù qua soá xung trong ñôn vò thôøi gian hay qua chu kyø xung.
Töø caùc sô ñoà hình VII.2.15, coù theå laäp trình vi xöû lyù ñeå thöïc hieän cuøng coâng vieäc,
thao taùc kích caïnh leân coù theå thay theá baèng ngaét ngoaøi.
Khi khoâng caàn chính xaùc, ta coù theå phaûn hoài ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô. Vôùi caùc sô ñoà ñieàu
khieån ñaõ ñöôïc giôùi thieäu, aùp ñaët vaøo ñoäng cô ñöôïc giöõ oån ñònh, khaéc phuïc caùc suït aùp cuûa BBÑ
voán khaù lôùn khi hoaït ñoäng voøng hôû, nhaát laø trong tröôøng hôïp doøng taûi giaùn ñoaïn (xem phaàn ñaëc
tính ngoaøi cuûa boä chænh löu – ). Khi ñoù ñoäng cô chæ coøn suït toác theo taûi, ñeå yù phöông trình
<VII.1.2>.
Trang 19/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
VCC
U1A
R1
4013
ñeám leân
5
3
1
2
10k
2
A
B
D
Q
Q
Q
Q
CU
THUAÄN
NGHÒCH
3
5
CLK
A
B
CLK
D
1
4013
VCC
ñeám
xuoáng
CD
R2
10k
12
13
Q
Q
11
CLK
Hình VII.2.15 (a) Trích thoâng tin chieàu, (b) Taïo
xung ñeám leân CU, ñeám xuoáng CD töø xung AB cuûa
boä phaùt toác xung
9
D
U1B
4013
Buø suït toác do taûi (doøng ñieän): Suït toác theo taûi coù theå ñöôïc buø baèng moät löôïng phaûn hoài
döông theo doøng ñieän, cho pheùp aùp ñaët vaøo ñoäng cô taêng leân khi taûi taêng. Trong caùc heä thoáng reû
tieàn, ngöôøi ta söû duïng phaûn hoài aâm aùp, döông doøng ñeå oån ñònh toác ñoä. Coù theå chöùng minh laø vôùi
caùc tæ leä thích hôïp, sô ñoà naøy töông ñöông vôùi phaûn hoài toác ñoä, khi ñoù noù ñöôïc goïi laø phaûn hoài
caàu toác ñoä. Tuy nhieân, trong thöïc teá suït toác theo taûi khoâng laø haøm tuyeán tính neân khoâng theå
ñöôïc buø hoaøn toaøn.
VII.3 ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC:
1. Nguyeân lyù hoaït ñoäng, phaân loaïi:
Ñoäng cô böôùc thöôøng duøng laøm phaàn töû chaáp haønh trong caùc heä thoáng töï ñoäng, coù rotor
chuyeån ñoäng töøng goùc xaùc ñònh (goïi laø böôùc) khi caùc cuoän daây ñöôïc cung caáp moät xung doøng
ñieän, vaø nhôø xung doøng naøy ñeå giöõ ôû vò trí môùi cho ñeán xung keá tieáp. Nhôø ñoù, noù laø phaàn töû lyù
töôûng cho caùc heä thoáng ñieàu khieån vò trí vôùi caùc öu ñieåm: tröïc tieáp ñieàu khieån vò trí – khoâng
thoâng qua toác ñoä, chæ caàn ñieàu khieån voøng hôû vaø duøng kyõ thuaät soá. Nhöôïc ñieåm lôùn nhaát laø chæ
coù theå cheá taïo ñöôïc loaïi coâng suaát beù.
Coù ba loaïi ñoäng cô böôùc:
Cuoän daây 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0
Cuoän daây 2 0 1 0 0 1 0 0 1 0
Cuoän daây 3 0 0 1 0 0 1 0 0 1
Cöïc töø
Cuoän daây
X Y X Y X Y X Y X
1 2 3 1 2 3 1 2 3
thôøi gian --->
vaø luaät ñieàu khieån (b)
Hình VII.3.1 : Ñoäng cô böôùc loaïi töø trôû (a)
- Ñoäng cô böôùc loaïi töø trôû (reluctance type) hình VII.3.1, rotor laø khoái saét töø coù nhöõng
raêng di chuyeån tröôùc nhöõng cuoän daây sao cho töø trôû maïch laø beù nhaát töông öùng löïc huùt (holding
torque) lôùn nhaát khi cuoän daây töông öùng coù doøng ñieän. Phuï thuoäc vaøo thöù töï kích xung caùc cuoän
daây ta coù söï di chuyeån cuûa rotor. Vôùi sô ñoà hình VII.3.1a, ñoäng cô coù 3 cuoän daây vaø 4 raêng, caàn
6 xung ñeå rotor ñi ñöôïc ½ voøng nhö hình VII.3.1b.
- Ñoäng cô böôùc loaïi nam chaâm vónh cöûu: coù rotor laø nam chaâm vónh cöûu coù löïc keùo
maïnh hôn vì keát hôïp löïc nam chaâm ñieän cuûa cuoän daây vaø nam chaâm rotor. Hình VII.3.2a trình
Trang 20/ chuong 7 DK Dco Mchieu.doc
Baøi giaûng Ñieän töû coâng suaát II A
Tải về để xem bản đầy đủ
25 trang
28/04/2022
5180
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất ứng dụng - Chương 7: Điều khiển động cơ điện một chiều", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_dien_tu_cong_suat_ung_dung_chuong_7_dieu_khien_dco.pdf
