Bài giảng Điện tử công suất ứng dụng - Chương 8: Điều khiển động cơ AC
CHÖÔNG 8
ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ AC
VIII. 1 CAÙC VAÁN ÑEÀ VEÀ TRUYEÀN ÑOÄNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU:
1. So saùnh ñoäng cô xoay chieàu vaø moät chieàu:
Ñoäng cô xoay chieàu goàm coù ñoäng cô ñoàng boä (ÑB) vaø khoâng ñoàng boä (KÑB). Neáu ñoäng
cô ÑB chæ ñöôïc duøng khi coâng suaát raát lôùn (haøng MW) do caáu taïo phöùc taïp vaø khoù ñieàu khieån thì
ñoäng cô KÑB laïi raát phoå bieán ôû moïi ngaønh kinh teá quoác daân. Vì theá töø ñoäng cô xoay chieàu
thöôøng duøng ñeå chæ ñoäng cô KÑB neáu khoâng coù söï nhaán maïnh khaùc. Ngoaøi ra, trong hoï ñoäng cô
xoay chieàu coøn coù ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp (brushless DC motor) ñöôïc söû duïng ngaøy
caøng nhieàu trong coâng nghieäp vaøo thôøi gian gaàn ñaây do coù caùc öu ñieåm cuûa ñoäng cô KÑB vaø
ñoäng cô moät chieàu. Vì theá trong chöông naøy, ta seõ khaûo saùt caùc sô ñoà truyeàn ñoäng vôùi hai loaïi
ñoäng cô naøy.
Ta coù caùc so saùnh sau veà hai loaïi ñoäng cô moät chieàu vaø KÑB:
Ñoäng cô DC
Ñoäng cô KÑB
Caáu taïo phöùc taïp, giaù thaønh cao
Hieäu suaát thaáp, suït toác theo taûi lôùn
Yeâu caàu baûo trì thöôøng xuyeân
Caáu taïo ñôn giaûn, giaù thaønh haï
Hieäu suaát cao, suït toác theo taûi beù
Gaàn nhö khoâng phaûi baûo trì
Momen khôûi ñoäng, khaû naêng quaù taûi
(momen) lôùn
Momen khôûi ñoäng, khaû naêng quaù taûi
(momen) beù
Doøng khôûi ñoäng lôùn vaø khoâng theå khôõi
ñoäng tröïc tieáp
Doøng khôûi ñoäng lôùn vaø cho pheùp khôõi
ñoäng tröïc tieáp
Ñieàu khieån toác ñoä chaát löôïng cao baèng
caùch thay ñoåi aùp phaàn öùng
Ñieàu khieån toác ñoä chaát löôïng cao baèng
caùch thay ñoåi taàn soá nguoàn (bieán taàn).
Tröôùc ñaây, truyeàn ñoäng ñieän ñoäng cô DC luoân ñöôïc duøng khi caàn chaát löôïng cao cho ñeán
khi caùc boä bieán taàn baùn daãn xuaát hieän. Töø nhöõng naêm 70, caùc boä bieán ñoåi taàn soá baùn daãn ñaõ ñöôïc
nhieàu coâng ty saûn xuaát nhöng chæ ñeán caùc naêm cuoái theá kyû 20 thì caùc heä thoáng ñieàu khieån taàn soá
ñoäng cô KÑB môùi thaät söï chieám lónh thò tröôøng truyeàn ñoäng ñieän coù ñieàu khieån toác ñoä, khi maø
giaù thaønh vaø chaát löôïng bieán taàn coù söï thay ñoåi veà chaát nhôø söï phaùt trieån vöôït böïc cuûa coâng
nghieäp baùn daãn coâng suaát vaø vi ñieàu khieån.
2. Ñaëc tính cô ñoäng cô KÑB vaø ñieàu khieån toác ñoä:
Coù hai moâ hình ñöôïc söû duïng ñeå khaûo saùt ñoäng cô KÑB:
- Moâ hình tónh: maïch töông ñöông cuûa ñoäng cô KÑB laø moät bieán aùp coù thöù caáp quay. Moâ
hình naøy thöôøng ñöôïc duøng khi khaûo saùt traïng thaùi xaùc laäp hay quaù trình quaù ñoä ñieän cô, khi cho
caùc cuoän daây ñoäng cô khoâng coù quaù trình quaù ñoä (khoâng coù quaù ñoä ñieän töø).
- Moâ hình ñoäng: Moâ hình naøy döïa vaøo lyù thuyeát veà ñoäng cô phoå quaùt (generalized
machine), söû duïng bieåu dieãn daïng ma traän hay phöông trình traïng thaùi, noù cho pheùp khaûo saùt quaù
trình quaù ñoä khi tính ñeán quaùn tính ñieän töø cuûa ñoäng cô vaø nhôø ñoù ñieàu khieån chính xaùc ñoäng hoïc
cuûa ñoäng cô xoay chieàu trong ñoù coù ñoäng cô khoâng ñoàng boä. Moâ hình ñoäng phaûi ñöôïc söû duïng
khi ñieàu khieån vector.
Trang 1 Chuong 8 dk dco AC.doc
a. Maïch töông ñöông ñoäng cô KÑB vaø ñaëc tính cô:
Doøng ñieän ba pha leäch nhau 120o theo thôøi gian chaïy qua caùc cuoän daây xtator ñöôïc boá trí
60⋅ f
p
leäch 120o trong khoâng gian seõ taïo ra töø tröôøng quay (TTQ) ôû khe hôû, coù toác ñoä laø no =
tính
baèng voøng/phuùt (RPM), hay wo = 2.π.f khi tính baèng rad/s, vôùi f laø taàn soá , p laø soá ñoâi cöïc.
Momen quay laø keát quaû cuûa söï töông taùc cuûa töø tröôøng rotor vaø töø tröôøng quay naøy. ÔÛ ñoäng cô
ñoàng boä, töø tröôøng rotor do nam chaâm vónh cöûu hay doøng kích töø taïo ra. ÔÛ ñoäng cô KÑB, töø
tröôøng rotor taïo ra do doøng ñieän caûm öùng trong caùc cuoän daây rotor vôùi nguoàn kích thích laø TTQ
xtator. Vì theá rotor khoâng theå töï quay ñoàng boä (cuøng toác ñoä) vôùi TTQ, khi maø söùc ñieän ñoäng caûm
öùng baèng khoâng daãn ñeán doøng rotor baèng khoâng.
Khi khaûo saùt söï laøm vieäc trong cheá ñoä xaùc laäp ở taàn soá fo , moâ hình cuûa ñoäng cô KÑB laø
moät bieán aùp, sô caáp laø caùc cuoän daây xtator, thöù caáp laø caùc cuoän daây rotor. Khi rotor quay vôùi toác
wo − wr
ñoä laø w , noù coù ñoä tröôït so vôùi TTQ laø s =
vaø taàn soá doøng ñieän caûm öùng ôû rotor seõ baèng
r
wo
fr = s.fo . Moâ hình bieán aùp quay cuûa ñoäng cô ñöôïc trình baøy treân hình VIII.1.1 (b) vaø maïch töông
ñöông khi quy ñoåi maïch rotor veà xtator treân hình VIII.1.1 (c) vaø (d), trong ñoù:
X1, R1: ñieän khaùng taûn vaø ñieän trôû cuoän daây xtator.
Xu: ñieän khaùng töø hoùa; Ro: ñaëc tröng cho caùc toån hao trong maïch töø xtator.
X’2 vaø R’2: ñieän khaùng taûn vaø ñieän trôû cuoän daây rotor quy ñoåi veà xtator.
w
o
jX1
R1
jX2
w
r
Töø tröôøng
quay
1:k
R2
skE
E
U
Ro
jXu
Rotor
XTATOR
ROTOR
Hình VIII.1.1.(a) Töø tröôøng quay (TTQ) xtator vaø (b) moâ hình ñoäng cô duøng bieán aùp quay
jX1
R1
jX'2
jXnm
ROTOR
qui ñoåi veà
xtator
R'2/s
jXu
R'2/s
XTATOR
U
U
Ro
jXu
(a) chính xaùc
(b) gaàn ñuùng
Hình VIII.1.1. (c) vaø (d): maïch töông ñöông cuûa ñoäng cô KÑB khi quy ñoåi veà xtator vaø gaàn ñuùng.
Ñeå tính toaùn ñôn giaûn, ngöôøi ta hay söû duïng maïch gaàn ñuùng hình VIII.1.1 (d) khi boû qua
R1, Ro vaø gheùp X1 + X’2 = Xnm. Khi ñoù:
U
'
doøng ñieän rotor quy ñoåi veà xtator: I2 =
<VIII.1.1>
2
'
⎛
⎞
R
2
2 s
Xnm
+
⎜
⎝
⎟
⎠
Trang 2 Chuong 8 dk dco AC.doc
vôùi U: ñieän aùp pha vaø coâng suaát cung caáp cho rotor (coâng suaát ñieän töø) P hay coâng suaát
2
'
2
R2
s
'
ñieän töø (toång coâng suaát rotor nhaän) P : P = 3
ñt
I
( )
2
<VIII.1.2>.
ñt
Hình VIII.1.2.b. Quan heä doøng ñieän rotor I khi thay
ñoåi toác ñoä, ôû ñoä tröôït s beù, I tæ leä vôùi s,
Hình VIII.1.2.a. Ñaëc tính cô ñoäng cô KÑB khi thay
ñoåi aùp xtator vaø (a) laø ñaëc tính phuï taûi quaït gioù.
2
'
'
Toån hao cuûa ñoäng cô, xem nhö chæ coù ôû ñieän trôû rotor: ΔP ꢀ ΔP = 3.R . I = s.P <VIII.1.3>
( )
2
2
2
ñt
vaø coâng suaát cô nhaän ñöôïc treân truïc ñoäng cô: P = M.ω = P − ΔP = 1− s P <VIII.1.4>
)
o
ñt
ñt
Töø ñoù coù theå suy ra bieåu thöùc cuûa momen :
2
2.Mt
3.U
M =
<VIII.1.5>
vôùi M laø momen tôùi haïn: Mt =
<VIII.1.6>
t
s
st
s
2wo.xnm
+
st
'
R2
M xuaát hieän khi ñoä tröôït baèng giaù trò tôùi haïn s = st = ±
<VIII.1.7>.
t
xnm
vaø ñaëc tính cô ñoäng cô KÑB ñöôïc veõ treân hình VIII.1.2 khi thay ñoåi aùp pha xtator U.
Caùc nhaän xeùt:
¾ Nhaän xeùt ñaàu tieân raát quan troïng laø khi taàn soá fo khoâng ñoåi, coâng suaát ñieän töø tæ leä vôùi
momen ñoäng cô M vaø toån hao rotor ΔP tæ leä vôùi tích soá ñoä tröôït vaø momen:
P = M.wo ; ΔP = s.M.wo <VIII.1.8>
ñt
Toån hao rotor ΔP tæ leä momen M, ñoä tröôït s vaø toác ñoä ñoàng boä w , ñieàu naøy khoâng
o
phuï thuoäc phöông aùn ñieàu chænh toác ñoä. Töø ñoù suy ra caùc phöông phaùp ñieàu khieån toác ñoä ñoäng
cô KÑ vôùi taàn soá khoâng ñoåi seõ coù hieäu suaát thaáp neáu momen taûi M khoâng ñoåi.
¾ Khi ñoä tröôït s beù, momen M coù theå xem tæ leä vôùi ñoä tröôït. Thaät vaäy:
Trang 3 Chuong 8 dk dco AC.doc
2.Mt
2.Mt.s
s
st
M =
ꢀ
khi ta cho laø
(vì khi s beù
khoâng ñaùng keå, vaø theo <VIII.1.1> :
s
st
st
st
+
s
'
U
U.s
R2
R2
'
I2 =
ꢀ
ꢁ Xnm
)
'
2
s
'
⎛
⎝
⎞
R
2
2 s
Xnm
+
⎜
⎟
⎠
suy ra khi ñoùmomen M cuõng tæ leä vôùi doøng ñieän nhö ñoäng cô moät chieàu.
¾ Khi ñoä tröôït taêng cao, momen taêng chaäm vaø qua cöïc trò laø momen tôùi haïn M sau ñoù
t
giaûm raát nhanh trong khi doøng ñieän I’2 vaãn taêng, ñeán 5.. 7 laàn doøng ñònh möùc khi s = 1.
Momen beù (coù theå beù hôn momen ñònh möùc ôû caùc ñoäng cô ñoä tröôït beù, hieäu suaát cao)
trong khi doøng khôûi ñoäng lôùn laø nhöôïc ñieåm raát lôùn cuûa ñoäng cô KÑB so vôùi ñoäng cô
moät chieàu.
¾ M baèng khoâng khi hoaït ñoäng ôû toác ñoä ñoàng boä, ñoäng cô haõm (töông öùng cheá ñoä maùy
phaùt) khi hoaït ñoäng ôû toác ñoä lôùn hôn toác ñoä ñoàng boä vaø khoâng coù oån ñònh tónh vôùi taûi
moâmen haèng soá khi s > s hay s < - s . Ñoä tröôït ôû momen ñònh möùc töø 3 .. 5 % ñoái vôùi
t
t
ñoäng cô thoâng thöôøng vaø cao hôn ñoái vôùi caùc ñoäng cô coù momen khôûi ñoäng lôùn, doøng
khôûi ñoäng beù. Coù theå nhaän xeùt laø suït toác töông ñoái cuûa truyeàn ñoäng ñieän duøng ñoäng cô
KÑB theo taûi khaù beù so vôùi ñoäng cô DC.
b. Moâ hình ñoäng cuûa ñoäng cô KÑB:
Maïch töông ñöông khaûo saùt phaàn a. chæ ñaùp öùng cho vieäc tính toaùn cheá ñoä xaùc laäp hay
quaù ñoä khoâng tính ñeán quaùn tính ñieän töø. Ñeå khaûo saùt ñaày ñuû hôn, keå caû aûnh höôûng cuûa baûo hoøa
töø treân ñaùp öùng cuûa heä thoáng, ngöôøi ta söû duïng moâ hình ñoäng cuûa ñoäng cô KÑB.
* Moät soá kieán thöùc cô sôû maùy ñieän: (Xem phuï luïc chöông VIII : TTQ vaø caùc pheùp bieán ñoåi)
- Bieåu thöùc caên baûn cuûa momen ñoäng cô: Töø nguyeân lyù momen cuûa ñoäng cô KÑB laø do söï
taùc ñoäng cuûa töø tröôøng khe hôû treân doøng ñieän trong rotor, ngöôøi ta thaønh laäp bieåu thöùc momen
ñoäng cô KÑB. Momen naøy tæ leä vôùi tích vector cuûa doøng ñieän rotor vaø töø thoâng khe hôû:
^
^
^
^
3
3
M = .p.ψ m× Ir = .p.ψ m . Ir .sinδ <VIII.1.18> trong ñoù:
2
2
p: soá ñoâi cöïc
^
ψ m : vector töø thoâng xuyeân (moùc voøng) khe hôû xtator-rotor (cuõng chính laø TTQ)
^
Ir : vector söùc töø ñoäng (MMF) rotor
δ : goùc leäch giöõa vector söùc töø ñoäng rotor vaø vector töø thoâng khe hôû, heä soá 3/2 xuaát hieän
do caùc tính toaùn 3 pha.
<VIII.1.18> laø daïng vector cuûa bieåu thöùc momen (hay) löïc ñieän töø, hay bieåu thöùc momen
cuûa ñoäng cô moät chieàu.
- Thaønh laäp heä phöông trình vi phaân moâ taû ñoäng cô KÑB döïa vaøo töï caûm vaø hoã caûm caùc
cuoän daây xtator vaø rotor: Phöông trình cho vector ñieän aùp xtator:
dψ ss
dt
s
s
vs = Ris +
<VIII.1.19> trong ñoù chæ soá s döôùi ñeå cho bieát laø thoâng soá maïch xtator,
Trang 4 Chuong 8 dk dco AC.doc
chæ soá s treân duøng ñeå nhaán maïnh laø ñang khaûo saùt ñoái vôùi heä toïa ñoä ñöùng yeân. vss, iss, ψ s laàn löôït
s
laø vector giaù trò töùc thôøi cuûa aùp, doøng xtator, töø thoâng moùc voøng ñoái vôùi heä truïc coá ñònh. Moãi
vector coù theå bieåu ñieãn döôùi daïng:
Xs = X Uas + X Ubs + X Ucs <VIII.1.20>
vôùi Uas,Ubs,Ucs laø caùc vector cô heä ba pha (1, ej , ej ) .
as
bs
cs
2π
3
4π
3
Neáu heä truïc toïa ñoä quay vôùi toác ñoä ñoàng boä w, <VIII.1.19> ñöôïc vieát laïi:
dψ s
vs = Ris +
+ω ×ψ s <VIII.1.21> , tích vector ω ×ψ s laø söùc ñieän ñoäng sinh ra do söï
dt
quay cuûa heä. Tính tích vector, ñoåi phöông trình <VIII.1.21> sang heä toïa ñoä vuoâng goùc quay taàn
soá w:
dψqs
vqs = Rsiqs +
vds = Rsids +
+ w.ψds
− w.ψqs
dt
dψds
dt
<VIII.1.22>
Neáu theá w = 0 vaøo, ta coù laïi phöông trình aùp xtator ñoái vôùi heä toïa ñoä vuoâng khoâng quay
(α,β). Xeùt maïch rotor vôùi giaû söû coù aùp xung ñoái, phöông trình ôû heä toïa ñoä quay cuõng hoaøn toaøn
töông töï, chæ soá r ñeå chæ thoâng soá rotor nhöng trong khaûo saùt ta luoân quy ñoåi veà maïch xtator:
dψqr
vqr = Rriqr +
vdr = Rridr +
+ w.ψdr
− w.ψqr
dt
dψdr
dt
<VIII.1.23>
Vì rotor quay toác ñoä w neân ñoái vôùi heä truïc quay toác ñoä w, ta coù toác ñoä töông ñoái w – w
r
r
vaø <VIII.1.23> phaûi boå sung thaønh:
dψqr
vqr = Rriqr +
vdr = Rridr +
+ (w− wr )ψdr
− (w− wr )ψqr
dt
dψdr
dt
<VIII.1.24> .
<VIII.1.23>, <VIII.1.24> cho ta maïch töông ñöông trong heä truïc (dq) cuûa ñoäng cô KÑB coù
aùp xung ñoái nhö hình VIII.1.3, khi ñeå yù:
ψqs = L .iqs + Lm(iqs + iqr )
ls
ψqr = L .iqr + Lm(iqs + iqr )
lr
<VIII.1.25>
ψds = L .ids + Lm(ids + idr )
ls
ψds = L .iqr + Lm(ids + idr )
lr
trong ñoù L laø töï caûm taûn, L laø töï caûm töø hoùa, chæ soá s hay r chæ raèng ñaïi löôïng thuoäc veà
l
m
xtator hay rotor.
Trang 5 Chuong 8 dk dco AC.doc
(w - w ).
w.
ψ
ψ
r
ds
dr
R r
_
_
i
R
= L
L lr
r L
m
qr
Lls= L
s
m
L
s
i
qs
v
v
ψ
qr
L
qs
m
qr
ψ
qs
Maïch töông ñöông truïc q
(w - w ).
w.
ψ
ψ
r
qs
qr
R r
_
_
i
dr
R
= L
L lr
r L
m
Lls= L
s
m
L
s
i
ds
v
v
ψ
dr
L
ds
m
dr
ψ
ds
Maïch töông ñöông truïc d
Hình VIII.1.3
Ñieän aùp xung ñoái ôû rotor v ñöa vaøo ñeå naâng tính toång quaùt cuûa moâ hình (nhôù laïi moâ hình
r
bieán aùp cuûa ñoäng cô). Vôùi ñoäng cô loàng soùc, ñoái aùp naøy baèng 0 (ngaén maïch).
Töø ñoù coù theå vieát phöông trình lieân quan caùc thaønh phaàn doøng , aùp xtator v , v , i ,
ds qs ds
i
vaø rotor v , v , i , i theo ñieän trôû, ñieän caûm ñoäng cô laø 4 phöông trình vi phaân baäc
qs
nhaát, döôùi daïng ma traän nhö sau:
qr dr dr qr
v
Rs + s.Ls
−w.Ls
w.Ls
Rs + s.Ls
(w− wr )Lm
s.Lm
s.Lm
−w.Lm
Rr + s.Lr
−(w− wr )Lr
w.Lm
s.Lm
(w− wr )L iqr
i
⎤ ⎡ ⎤
qs
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
qs ⎤ ⎡
⎥ ⎢
⎥ ⎢ ⎥
v
ids
ds ⎥ ⎢
⎥ ⎢ ⎥
=
<VIII.1.26>
⎥ ⎢
⎥ ⎢ ⎥
v
s.Lm
qr ⎥ ⎢
r ⎥ ⎢ ⎥
v
−(w− w )L
Rs + s.Ls
⎥ ⎢ ⎥
⎦ ⎣ dr
i
⎢
dr ⎥ ⎢
⎦ ⎣
⎣
r
m
⎦
- Thaønh laäp bieåu thöùc momen: töø <VIII.1.18>, ta ñoåi sang heä toïa ñoä (d,q):
3
M = p(ψdm.iqr −ψqm.idr ) hay khi thay theá baèng caùc gía trò töông ñöông
2
3
M = p(ψdm.iqs −ψqm.ids)
<VIII.1.27>
2
3
3
*
M = p.Lm(idr.iqs − iqr.ids) = p.Lm.is.ir
2
2
*
ir : vector lieân hôïp cuûa doøng rotor
Bieåu thöùc momen ñoäng cô M naøy vaø cuøng vôùi phöông trình caên baûn cuûa truyeàn ñoäng ñieän:
dwm
dt
1
dwr
dt
M − Mc = J
=
J
<VIII.1.28> trong ñoù chæ soá m ñöôïc theâm vaøo ñeå kyù hieäu
p
w
m
laø toác ñoä thöïc cuûa ñoäng cô (phaân bieät w laø taàn soá), w laø toác ñoä ñieän, p laø soá ñoâi cöïc, cho ta
r
ñuû ñieàu kieän ñeå khaûo saùt ñoäng hoïc cuûa ñoäng cô coù tính ñeán quaùn tính ñieän töø.
ÔÛ toïa ñoä (d,q), doøng aùp laø nhöõng giaù trò moät chieàu, cho pheùp tính toaùn ñôn giaûn, sau ñoù ta
duøng caùc pheùp bieán ñoåi traû veà heä ba pha thöïc teá.
Trang 6 Chuong 8 dk dco AC.doc
- Moâ hình ñoäng cô trong heä α,β
(vuoâng goùc coá ñònh): Trong moät soá tröôøng
hôïp ñôn giaûn hay ñeå kieåm chöùng laïi caùc
bieåu thöùc cuûa khaûo saùt ôû cheá ñoä xaùc laäp ôû
phaàn a., ta cho w = 0 trong phöông trình
<VIII.1.26> vaø maïch töông ñöông hình
VIII.1.3.
i
R
Lls
L lr
s
R r
r
α
i
s
α
v
ψ
L
s
α
m
r
α
ψ
s
α
ψ
w
r
r
β
α
Maïch töông ñöông truïc
Khi ñoù, caùc ñaïi löôïng doøng aùp laø
hình sin nhöng caùc bieåu thöùc momen
<VIII.1.27> seõ khoâng thay ñoåi khi vieát ôû
toïa ñoä (α,β) coá ñònh (coâng thöùc Stanley).
Hình VIII.1.5 laø maïch töông ñöông moät
i
R
Lls
L lr
s
R r
r
β
i
s
β
v
ψ
L
s
β
m
r
β
ψ
s
β
ψ
- w
r
r
α
pha cuûa ñoäng cô khi coù xeùt ñeán töø thoâng,
^
trong ñoùVm laø vec tô aùp pha coù suaát (bieân
Maïch töông ñöông truïc
β
ñoä) :
Hình VIII.1.4 Maïch töông ñöông ôû heä truïc vuoâng goùc coá
ñònh
^
2
αs
2
Vm = v + vβs
Trong ñoù v ,vβs laø caùc ñieän aùp ôû heä truïc vuoâng coá ñònh.
αs
^
Töø thoâng xuyeân (moùc voøng) hay söùc ñieän ñoäng caûm öùng ψ r coù suaát (bieân ñoä) :
^
ψ r = ψα2r +ψβ2r
L
Lls
L lr
m
R
R r
R
s
TH
TH
^
r
^
^
ψ
V
V
^
^
^
L
m
m
ψ
ψ
w.
V = w.
r r
r r
TH
Hình VIII.1.5 Maïch töông ñöông moät pha vaø sô ñoà Thevevin khi xem L töø hoùa baèng voâ cuøng
Trong nhieàu tröôøng hôïp, L lôùn neân boû qua, ta coù maïch Thevenin, trong ñoù:
m
^
^
R
TH = R + R vaø LTH = L + L , VTH = w.ψ r
s r s r
Caùc nhaän xeùt: Vieäc chuyeån sang toïa ñoä quay (d,q) quay cuøng toác ñoä töø tröôøng ñaõ bieán caùc
ñaïi löôïng hình sin (hay vector) thaønh moät chieàu (khoâng ñoåi), töø ñoù vieäc tính toaùn trôû neân ñôn
giaûn. Töø caùc yù nghóa cuûa thaønh phaàn d, q cuûa doøng ñieän (ñieän aùp) treân, ngöôøi ta coù theå xaây döïng
thuaät toaùn ñieàu khieån hieäu quaû hôn ñoäng cô KÑB, laøm cho TÑÑ xoay chieàu coù theå caïnh tranh vaø
ngaøy nay ñaõ vöôït TÑÑ moät chieàu.
c. Caùc phuông phaùp ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô KÑB rotor loàng soùc:
- ñieàu khieån naêng löôïng tröôït: Khi khoâng thay ñoåi toác ñoä TTQ (soá ñoâi cöïc cuûa cuoän daây,
taàn soá laøm vieäc khoâng ñoåi), ta chæ coù theå thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô baèng caùch taêng suït toác (hay ñoä
tröôït). Caùc phöông phaùp coù theå söû duïng laøñieàu khieån (giaûm) aùp xtator, taêng R, X ôû xtator. Nhö ta
Trang 7 Chuong 8 dk dco AC.doc
ñaõ nhaän xeùt ôû phaàn khaûo saùt ñaëctính cô, caùc phöông phaùp naøy coù taùc duïng raát haïn cheá: toån hao
ΔP taêng theo ñoä tröôït, phaïm vi ñieàu chænh heïp vì ñoä tröôït s caàn phaûi beù hôn s ñeå heä thoáng coù oån
t
ñònh tænh.
- Ñieàu khieån toác ñoä TTQ: Khi thay ñoåi toác ñoä TTQ, caùc phöông trình ñaëc tính cô khoâng
ñoåi, vaø coù theå xem caùc ñaëc tính cuûa ñoäng cô laø khoâng ñoåi neáu cheá ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng cô
khoâng leäch quaù xa cheá ñoä thieát keá. Khi ñoù, suït toác cuûa ñoäng cô beù, chæ leäch vôùi toác ñoä cuûa TTQ
ñoä tröôït s coù trò soá khoaûng vaøi phaàn traêm, keát quaû laø coù theå söû duïng ñieàu khieån voøng hôû. Ngoaøi
ra, chi phí baûo trì thaáp vaø hieäu suaát laøm vieäc raát cao vì nhö ñaõ nhaän xeùt ôû treân, toån hao tæ leä ñoä
tröôït vaø coâng suaát ñieän töø.
Coù hai nguyeân lyù: thay ñoåi soá ñoâi cöïc p vaø ñieàu khieån taàn soá.
Nguyeân lyù 1 coù baát lôïi chính laø coù naác coá ñònh, phaûi thöïc hieän khi cheá taïo. Coù theå ñoåi noái
cuoän daây ñeå thay ñoåi soá ñoâi cöïc (tæ soá toác ñoä 2:1) hay cheá taïo ñoäng cô coù nhieàu cuoän daây ñeå coù tæ
soá ñònh tröôùc. Phöông phaùp sau coù ñaëc tính linh hoaït hôn nhöng kích thöôùc, troïng löôïng ñoäng cô
taêng cao.
L
Löôùi
Taûi
NL
ND
3
3
A
B
C
T1
T4
T2
T5
T3
T6
L
i
o
L
Löôùi
Taûi
v
NL
NA
o
R
C
3
3
N
Hình VIII.1.4.a: Bieán taàn tröïc tieáp, sô ñoà moät pha
Hình VIII.1.4.b: Bieán taàn coù trung gian moät chieàu
Ñieàu khieån taàn soá coù khaû naêng ñieàu chænh voâ caáp nhöng yeâu caàu söû duïng boä bieán ñoåi taàn
soá laø moät thieát bò raát phöùc taïp. Coù hai loaïi bieán taàn baùn daãn:
- Bieán taàn tröïc tieáp (Cycloconverter) – hình VIII.1.4.a: Söû duïng caùc boä chænh löu ñieàu
khieån pha laøm vieäc 4 phaàn tö maët phaúng taûi vôùi goùc kích SCR thay ñoåi lieân tuïc sao cho aùp ra laø
ñieän xoay chieàu. BBÑ naøy chæ cho ra taàn soá khaù nhoû so vôùi taàn soá löôùi ñieän nhöng coù theå cung
caáp cho ñoäng cô coâng suaát raát lôùn, haøng MW.
- Bieán taàn coù trung gian moät chieàu: coù sô ñoà khoái nhö hình VIII.1.4.b. Ñieän löôùi ñöôïc
chænh löu (coù ñieàu khieån hay khoâng) thaønh moät chieàu vaø sau ñoù nghòch löu trôû laïi xoay chieàu.
Ñaây cuõng laø sô ñoà khoái cho haàu heát nhöõng boä nghòch löu duøng trong coâng nghieäp vì naêng löôïng
ñieän cuûa caùc nhaø maùy ñeàu laáy töø löôùi.
Coù hai loaïi bieán taàn coù trung gian moät chieàu phuï thuoäc vaøo loaïi nghòch löu ñöôïc söû duïng:
Bieán taàn vôùi nghòch löu nguoàn doøng (NLND) vaø nghòch löu nguoàn aùp (NLNA). Caùc bieán taàn naøy
coù ñaëc tính nhö boä nghòch löu töông öùng.
Nhö ñaõ trình baøy trong phaàn khaûo saùt nghòch löu, khi giaûm taàn soá laø caàn giöõ töø thoâng caùc
cuoän daây khoâng vöôït quaù giaù trò cho pheùp, thöôøng laø ñònh möùc. Vôùi nhaän xeùt ñoù, ta coù hai phöông
phaùp thöïc hieän bieán taàn baùn daãn cho ñieàu khieån ñoäng cô:
- Thay ñoåi aùp cung caáp tæ leä vôùi taàn soá ñeå giöõ töø thoâng qua maïch khoâng vöôït quaù giaù trò
cho pheùp (bieán taàn V/F). Khi duy trì ñöôïc ñoä tröôït s beù, ñoäng cô KÑB seõ laøm vieäc vôùi ñaëc tính
phuï taûi momen khoâng ñoåi. Baát lôïi cuûa sô ñoà ñieàu khieån naøy (cuõng nhö khi hoaït ñoäng vôùi ñieän
löôùi) ôû choã ta cung caáp cho ñoäng cô moät nguoàn aùp coøn momen, doøng ñieän ñoäng cô phuï thuoäc vaøo
Trang 8 Chuong 8 dk dco AC.doc
cheá ñoä laøm vieäc. Khi ñoä tröôït lôùn, doøng raát lôùn trong khi momen beù laøm giaûm hieäu quaû, ñaëc tính
ñoäng keùm.
- Ñeå ñoäng cô coù cheá ñoä hoaït ñoäng
toái öu hôn, ta coù phöông phaùp ñieàu khieån
vector. Döïa treân nghieân cöùu moâ hình ñoäng
cuûa ñoäng cô KÑB, ngöôøi ta tìm ra ñöôïc
quan heä cuûa caùc thaønh phaàn cuûa doøng
xtator vôùi töø thoâng khe hôû vaø doøng ñieän
rotor, töø ñoù tính ñöôïc trò soá töùc thôøi cuûa
doøng xtator ñeå taïo ra momen treân truïc
mong muoán. Phöông phaùp naøy laøm cho
ñaëc tính truyeàn ñoäng toát hôn trong cheá ñoä
tænh cuõng nhö ôû quaù trình quaù ñoä, coù theå so
saùnh ñöôïc vôùi ñoäng cô DC. Trong cheá ñoä
ñieàu khieån naøy, töø thoâng cuûa ñoäng cô luoân
ñöôïc kieåm soaùt ôû giaù trò toái öu.
Ñieàu khieån taàn soá ñoäng cô KÑB laø
phöông aùn truyeàn ñoäng ñieän ñaùng chuù yù
nhaát hieän nay do chaát löôïng cao vaø giaù
Hình VIII.1.3. So saùnh ñaëc tính cô hai phöông aùn ñieàu
khieån taàn soá: V/F vaø vector.
thaønh ngaøy caøng haï. Ngay caû ôû caùc phöông aùn ñieàu khieån ñôn giaûn nhö bieán taàn V/F, hieäu suaát
vaø chaát löôïng truyeàn ñoäng ñaõ khaù toát.
Ñoái vôùi ñoäng cô rotor daây quaán, nhôø khaû naêng taùc ñoäng vaøo maïch rotor, vieäc ñieàu khieån
naêng löôïng tröôït trôû neân hieäu quaû hôn. Coù hai phöông aùn:
* Söû duïng R phuï ôû xtator: Khi ñoù M khoâng ñoåi, ñoä tröôït tôùi haïn s taêng theo R’2. Keát
t
t
quaû laø phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä ñöôïc nôùi roäng, toån hao rotor tieâu taùn chuû yeáu treân R phuï neân
khoâng laøm phaùt noùng ñoäng cô ôû ñoä tröôït s lôùn.
* Söû duïng söùc ñieän ñoäng xung ñoái ôû maïch rotor, coøn goïi laø heä thoáng noái caáp. Khi ñoù, naêng
löôïng tröôït ñöôïc taùi sinh veà löôùi hay bieán ra cô naêng cung caáp cho taûi, khoâng nhöõng phaïm vi ñieàu
chænh toác ñoä ñöôïc nôùi roäng maø hieäu suaát toaøn heä thoáng coøn ñöôïc naâng cao. Nhöôïc ñieåm laø heä
thoáng phöùc taïp, söû duïng ñoäng cô rotor daây quaán ñaét tieàn, coù chi phí baûo trì cao hôn ñoäng cô loàng
soùc.
VIII. 2 ÑIEÀU KHIEÅN NAÊNG LÖÔÏNG TRÖÔÏT Ñ. CÔ KÑB:
1. Ñieàu khieån ñieän aùp ñoäng cô KÑB vaø Soft start:
Caùc coâng thöùc töø <VIII.1.5> ñeán <VIII.1.7> cho ta nhaän xeùt: Cuøng ñoä tröôït s, khi thay ñoåi
(giaûm) aùp xtator: toác ñoä TTQ khoâng ñoåi, doøng ñieän thay ñoåi (giaûm) tæ leätrong khi momen thay ñoåi
(giaûm) theo bình phöông. Khoâng nhöõng theá, ñoä tröôït tôùi haïn s theo lyù thuyeát laø khoâng ñoåi laøm
t
phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä bò giôùi haïn vaø toån hao trong rotor taêng theo ñoä tröôït laøm cho ñieàu
khieån aùp coù taùc duïng raát haïn cheá ñoái vôùi ñoäng cô KÑB.
- Ñaëc tính ñieàu chænh: Ñeå giöõ toån hao ΔP khoâng ñoåi khi toác ñoä TTQ khoâng ñoåi, töø
ΔP
ΔP = M.s.wo <VIII.1.8> suy ra momen taûi phaûi giaûm tæ leä nghòch vôùi ñoä tröôït: M =
. Phöông
s.wo
n
aùn naøy thích hôïp vôùi taûi quaït gioù hay maùy boâm ly taâm, caùc taûi naøy coù momen M tæ leä vôùi w , n
c
Trang 9 Chuong 8 dk dco AC.doc
> 2 – ñöôøng cong (a) treân hình VIII.1.2.a. Ñaëc tính ñieàu chænh naøy ñuùng cho taát caû tröôøng hôïp
ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô KÑB khoâng thay ñoåi toác ñoä TTQ .
Trong thöïc teá, ñieàu khieån aùp xtator doäng cô KÑB chæ ñöôïc söû duïng trong caùc tröôøng hôïp:
- Truyeàn ñoäng taûi coù M giaûm maïnh khi giaûm toác nhö taûi quaït gioù hay maùy boâm ly taâm
(coøn goïi laø taûi coù momen thay ñoåi – variable torque).
- Söû duïng cho caùc ñoäng cô ñaëc bieät, coù ñoä tröôït ñònh möùc lôùn, doøng khôûi ñoäng beù, coù theå laøm
vieäc daøi haïn ôû ñoä tröôït lôùn. Ñoù laø caùc ñoäng cô coù rotor raõnh saâu vaø ñieän trôû lôùn (lôùp D theo hieäp
hoäi caùc nhaø saûn xuaát thieát bò ñieän Myõ – NEMA) hay ñoäng cô coù momen haàu nhö khoâng ñoåi ôû ñoä
tröôït lôùn (Torque motor). Loaïi thöù hai naøy coù theå duøng cho caùc truyeàn ñoäng cuoän caùc saûn phaåm
vaøo ruloâ, yeâu caàu löïc keùo khoâng ñoåi khi toác ñoä daøi laø khoâng ñoåi öùng vôùi toác ñoä quay ru loâ thay
ñoåi theo ñöôøng kính cuoän.
CONTACTOR (*)
khoá i SCR
M
CONTACTOR (*)
LÖÔÙI
T1
T2
CB
CT
ÑOÄNG CÔ KÑB
ÑIEÀU KHIEÅN
- Haïn cheá doøng
- Taøo haøm doác (RAMP)
- Lieân ñoäng, ñieàu khieån logic vaø
noái maïng
Hình VIII.2.2. Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ngaãu
löïc (Torque motor) khi ñieàu chænh aùp.
Hình VIII.2.1. Sô ñoà khoái boä soft start, trong ñoù caùc phaàn töû
coù daáu (*) laø tuøy choïn, chæ duøng cho caùc heä thoáng ñaét tieàn.
- Moät öùng duïng quan troïng cuûa caùc phöông phaùp naøy laø duøng ñeå khôûi ñoäng ñoäng cô KÑB.
Sô ñoà taêng daàn aùp xtator baèng boä ñieàu khieån pha aùp AC ñeå haïn cheá doøng khôûi ñoäng vaø ñieàu
khieån gia toác ñoäng cô KÑB ñöôïc öùng duïng roäng raõi, coù teân thöông maïi laø SOFT START. Chöõ
SOFT START nhaán maïnh ñöôïc khaû naêng ñieàu khieån gia toác cuûa boä khôûi ñoäng. Moät boä soft start
hieän ñaïi khoâng chæ coù nhieäm vuï khôûi ñoäng, noù coøn coù theå laø moät trung taâm ño löôøng – ñieàu khieån
ñoäng cô ñöôïc noái maïng vôùi boä ñieàu khieån trung taâm cuûa daây chuyeàn saûn xuaát hay phaân xöôûng.
Moät öùng duïng khaùc, ít phoå bieán hôn, laø söû duïng boä ñieàu khieån aùp ñoäng cô AC ñeå tieát kieäm
ñieän naêng. Khaùc vôùi maùy bieán aùp, ñoäng cô KÑB coù doøng khoâng taûi khaù lôùn (coù theå ñeán 60%
doøng ñònh möùc) do coù khe hôû xtator-rotor trong maïch töø. Nhö vaäy khi laøm vieäc khoâng taûi, toån hao
trong ñoäng cô lôùn vaø seõ laøm giaûm hieäu quaû söû duïng ñoäng cô. Trong tröôøng hôïp naøy, vieäc giaûm aùp
cung caáp laøm giaûm toác ñoä, naêng suaát khoâng ñaùng keå nhöng seõ laøm giaûm doøng ñieän daãn ñeán giaûm
toån hao coâng suaát. Haøm ñieàu khieån laø giaûm nhoû nhaát doøng qua maïch ôû moïi cheá ñoä laøm vieäc, coù
haïn cheá aùp toái thieåu vaø toái ña. Khi ñang laøm vieäc oån ñònh, neáu doøng taêng ta seõ taêng aùp ñeán khi
doøng qua cöïc tieåu vaø ngöôïc laïi.
2. Ly hôïp tröôït (ñoäng cô VS) :
Moät heä thoáng raát phoå bieán ôû caùc nöôùc Ñoâng AÙ (Nhaät, Ñaøi loan) laø ñoäng cô VS hay ly hôïp
tröôït coù sô ñoà khoái HT nhö sau:
Löôùi Æ Ñoäng cô sô caáp toác ñoä coá ñònh(KÑB) Æ Ly hôïp tröôït Æ Taûi toác ñoä thay ñoåi
Trang 10 Chuong 8 dk dco AC.doc
Öu ñieåm sô ñoà naøy laø raát ñôn giaûn, reû tieàn, deã cheá taïo nhôø söû duïng ñoäng cô KÑB rotor
loàng soùc laø truyeàn ñoäng sô caáp. Nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng naøy laø hieäu suaát thaáp vì ñaây cuõng laø
phöông aùn ñieàu khieån naêng löôïng tröôït. Ly hôïp tröôït goàm coù hai phaàn (hình VIII.2.3):
Khôùp chuû ñoäng
Khôùp bò ñoäng
- Phaàn chuû ñoäng (sô caáp) laø nhöõng cöïc
töø laøm baèng nhöõng khoái saét keát hôïp vôùi cuoän
kích töø ñieän moät chieàu, noái cöùng vôùi ñoäng cô sô
caáp neân quay vôùi toác ñoä coá ñònh. Töø tröôøng taïo
ra laø töø tröôøng quay nhö ñoäng cô KÑB.
Taûi
Ñoäng cô
sô caáp
- Phaàn thuï ñoäng (thöù caáp) cuõng laø nhöõng
nhöõng khoái saét noái vôùi taûi vaø chuyeån ñoäng
trong TTQ cuûa phaàn chuû ñoäng.
Cuoän daây kích töø
Hình VIII.2.3. Nguyeân lyù caáu taïo VS motor
Ly hôïp tröôït laøm vieäc theo nguyeân lyù cuûa ñoäng cô KÑB, phaàn thuï ñoäng chuyeån ñoäng quay
theo TTQ, nhöng ñoä tröôït seõ phuï thuoäc vaøo doøng kích töø laø doøng ñieän moät chieåu qua cuoän daây vaø
momen caûn cuûa taûi. Ñaëc tính cô khi thay ñoåi doøng kích töø coù daïng töông töï nhö ñaëc tính cô ñoäng
cô ngaãu löïc treân hình VIII.2.2. Ñoä tröôït tôùi haïn vaø momen khôûi ñoäng ñeàu lôùn hôn giaù trò töông
öùng cuûa ñoäng cô KÑB do caáu taïo cuûa maïch töø. Nhôø maïch töø chæ laø nhöõng khoái saét maø khôùp tröôït
coù theå laøm vieäc daøi haïn ôû ñoä tröôït lôùn vaø coù ñoä tin caäy cao.
Goïi P1, P2, ω1, ω2 laàn löôït laø coâng suaát vaø toác ñoä cuûa phaàn sô vaø thöù caáp vaø M laø
momen cuûa heä thoáng, ta coù:
P1= M.ω1 vaø P2= M.ω2 suy ra toån hao trong khôùp theo giaûn ñoà hình VIII.2.5:
ΔP = P1− P2 = M.ω1 − M.ω2 = s. M.ω1 <VIII.2.1> nhö ôû ñoäng cô KÑB.
Maùy phaùt
toác
M, w1
M, w2
P1
P2
Phaûn hoài
toác ñoä
CKT
Df
Δ
P
SCR
Ñaët
toác
ñoä
Phaùt
xung
PI
Hình VIII.2.5. Giaûn ñoà truyeàn naêng löôïng ly
hôp tröôït
Nguoàn
Hình VIII.2.4. Sô ñoà ñoäng ly hôp tröôït vaø maïch ñieàu khieån
Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån toác ñoä duøng khôùp tröôït ñöôïc cho ôû hình VIII.2.4. Toác ñoä
phaûn hoài veà baèng maùy phaùt toác AC cheá taïo saún trong khôùp. Boä hieäu chænh thöôøng laø PI hay PID
vaø maïch ñoäng löïc laø chænh löu ñieàu khieån pha 1 SCR coù diod phoùng ñieän cung caáp naêng löôïng
cho cuoän kích töø. Söï ñôn giaûn cuûa boä ñieàu khieån ñaõ laøm giaûm giaù thaønh vaø taêng ñoä tin caäy cuûa heä
thoáng.
VIII.3 ÑIEÀU KHIEÅN TAÀN SOÁ ÑOÄNG CÔ KÑB BAÈNG BIEÁN TAÀN V/F:
1. Nguyeân lyù hoïat ñoäng:
Khi söû duïng boä bieán ñoåi taàn soá ñeå cung caáp cho ñoäng cô KÑB ñieän 3 pha vôùi taàn soá f
Trang 11 Chuong 8 dk dco AC.doc
thay ñoåi, toác ñoä ñoäng cô thay ñoåi theo toác ñoä TTQ laø w = 2.π.f/p (rad/s), p: soá ñoâi cöïc vôùi suït
o
toác töông ñoái baèng ñoä tröôït s khaù nhoû. Ñeå giöõ töø thoâng khoâng vöôït quaù giaù trò cho pheùp (thöôøng
baèng ñònh möùc), ñieän aùp ñoäng cô caàn phaûi thay ñoåi tæ leä vôùi taàn soá.
Thaät vaäy, ñieän aùp caûm öùng cuûa cuoän daây khi coù töø thoâng bieán ñoåi hình sin: U ≡ N.φ .f
N: soá voøng daây, φ: töø thoâng , f: taàn soá, suy ra U / f = haèng soá ñeå töø thoâng φ khoâng ñoåi.
Thöïc teá, do suït aùp trong cuoän daây xtator coøn
U/Uñm
do ñieän trôû, khi taàn soá ñuû beù thì aùp khoâng coøn giaûm tæ
leä (ñuôøng cong b. cuûa hình VIII.3.1). Khi töø thoâng
ñöôïc giöõ khoâng ñoåi, ta coù theå chöùng minh laø momen
cuûa ñoäng cô coù theå taïo ra cuõng khoâng ñoåi nhö ñaëc tính
cô treân hình VIII.I.3 (cuûa bieán taàn SYSDRIVE haûng
OMRON). Cuõng gioáng nhö ñoäng cô DC, khi laøm vieäc
vôùi töø thoâng khoâng ñoåi, ñaëc tính phuï taûi cuûa ñoäng cô
seõ laø momen khoâng ñoåi vaø khi laøm vieäc vôùi taàn soá lôùn
hôn ñònh möùc, ñieän aùp ñoäng cô ñöôïc giöõ khoâng ñoåi vaø
ta coù ñaëc tính phuï taûi laø coâng suaát khoâng ñoåi. Bieán taàn
cung caáp ñieän aùp ngoû ra laø moät haøm cuûa taàn soá ñöôïc
goïi laø bieán taàn V/F.
(d)
(c)
(b)
f
(a)
Hình VIII.3.1: Ñaëc tính U / f: theo lyù thuyeát
(a) vaø thöïc teá (b). Ñaëc tính U / f khi caàn
momen lôùn (c) hay nhoû (d).
Vôùi caùc ñaëc tính phuï taûi khaùc nhau, quan heä
V/F cuõng ñöôïc hieäu chænh ñeå ñoäng cô coù momen thích hôïp. Ví duï neáu phuï taûi ñoäng cô laø maùy
boâm ly taâm hay quaït gioù, aùp ñöôïc pheùp giaûm nhanh hôn taàn soá => töø thoâng giaûm keùo theo doøng
töø hoùa giaûm, taêng ñöôïc hieäu suaát. Ngöôïc laïi, aùp ñaët vaøo ñoäng cô coù theå taêng moät ít khi doøng taûi
taêng ñeå giaûm suït toác, taêng momen (chöùc naêng Torque boost hay Load Compensation cuûa caùc
bieán taàn).
Bieán taàn ñöôïc ñaëc tröng baèng hai thoâng soá: aùp (V) vaø coâng suaát ñònh möùc (kW). Tuy
nhieân, doøng ñònh möùc vaø khaû naêng quaù taûi (ngaén haïn) cuûa noù môùi chính laø tính naêng thöïc cuûa
bieán taàn. Coù theå xem coâng suaát ñònh möùc cuûa bieán taàn töông öùng vôùi ñoäng cô coù cos F tieâu bieåu.
Caùc nhaø saûn xuaát phaân ra laøm hai loaïi bieán taàn coâng nghieäp:
- Bieán taàn (laøm vieäc vôùi taûi) momen khoâng ñoåi (constant torque): ñöôïc pheùp quaù taûi ngaén
haïn lôùn (ñeán 165% giaù trò ñònh möùc). Nhoùm naøy cho pheùp khôûi ñoäng ñaày taûi hay cung caáp gia toác
lôùn cho chuyeån ñoäng.
- Bieán taàn (laøm vieäc vôùi taûi) momen thay ñoåi (variable torque): thöïc teá laø vôùi taûi coù
momen giaûm theo toác ñoä nhö quaït gioù, maùy boâm ly taâm. Nhoùm naøy khôûi ñoäng haàu nhö khoâng taûi,
gia toác khôûi ñoäng beù vaø nhö vaäy ñöôïc cheá taïo vôùi khaû naêng quaù taûi ngaén haïn khaù beù (töø 110%
ñeán 120% giaù trò ñònh möùc). Coù theå thaáy laø vôùi cuøng coâng suaát ñònh möùc.
Ñaëc tính cô khi ñieàu khieån taàn soá:
• coù momen tôùi haïn Mt khoâng thay ñoåi:
2
2
3. k.f
3.U
(
)
Mt =
=
vôùi w = 2.π.f laø taàn soá goùc
2wo.xnm 2 w/ p .(wL )
(
R2
)
nm
'
'
R2
st = ±
= ±
taêng khi giaûm f.
xnm
w.Lnm
• Ñaëc tính ñieàu chænh: Nhö ñaõ chuùng minh ôû treân, khi ñoä tröôït s nhoû, momen M cuûa
Trang 12 Chuong 8 dk dco AC.doc
ñoäng cô tæ leä vôùi doøng I’2 vaø nhö vaäy ñaëc tính ñieàu chænh cuûa ñoäng cô khi thay ñoåi taàn soá laø
momen khoâng ñoåi: Momen khoâng ñöôc vöôït quaù giaù trò ñònh möùc ñeå doøng qua ñoäng cô trong
giaù trò ñònh möùc. Ñaëc tính naøy cuõng phuø hôïp vôùi tính chaát momen tôùi haïn Mt cuûa ñoäng cô
cuõng khoâng ñoåi khi ñieàu chænh taàn soá.
2. Söï laøm vieäc cuûa ñoäng cô AC vôùi nguoàn khoâng sin:
Vì BBÑ söû duïng caùc ngaét ñieän, doøng hoaëc aùp qua ñoäng cô laø nhöõng xung vuoâng vaø ñaïi
löôïng coøn laïi cuõng khoâng theå hình sin. Keát quaû laøsöï laøm vieäc cuûa ñoäng cô bò aûnh höôûng, taùc duïng
quan trong nhaát cuûa doøng aùp khoâng sin laø ñoäng cô bò phaùt noùng phuï vaø coù momen phuï.
A. Soùng haøi aùp doøng ñaët vaøo ñoäng cô:
Soùng haøi ñieän aùp cuûa nghòch löu nguoàn aùp coù nhöõng ñaëc tính:
- Vì laø ba pha, heä thoáng khoâng coù haøi boäi 3 vaø trong ña soá tröôøng hôïp, khoâng coù haøi baäc
chaün, baäc cuûa soùng haøi baèng n = 6 k ± 1, k = 1, 2, 3 ..
- Bieân ñoä giaûm nhanh, tæ leä vôùi 1/n.
Ví duï khi phaân tích soùng haøi daïng aùp nghòch löu 6 naác nhö hình VIII.3.2 ôû trang sau, ta coù
bieân ñoä haøi baäc n laø U = ± U /n, tính baèng soá U = – U / 5 , U = + U / 7 . U1 laø bieân ñoä
n
1
5
1
7
1
haøi cô baûn (baäc n = 1).
- Ñoái vôùi nghòch löu nguoàn doøng, doøng qua ñoäng cô laø nhöõng xung vuoâng, coù quan heä nhö
ví duï soùng haøi aùp treân.
+
D1
D2
D3
S1
S4
S2
S5
S3
S6
A
B
C
V
D4
D5
D6
_
Daïng aùp daây vaø pha NL nguoàn aùp 6 naác.
Hình VIII.3.2:
Maïch ñoäng löc.
Tröôøng hôïp ñaëc bieät laø khi heä thoáng coù ñieàu cheá, bieân ñoä soùng haøi ôû taàn soá soùng mang raát
cao nhöng doøng ñieän töông öùng thöôøng raát beù, khoâng ñaùng keå nhö khaûo saùt soùng haøi doøng ñieän
sau ñaây:
- Ñoái vôùi nghòch löu nguoàn aùp, soùng haøi doøng coù theå tính töø soùng haøi ñieän aùp theo nguyeân
2
'
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
R2
sn
2
lyù xeáp choàng töø toång trôû ñoäng cô (hình VIII.1.1.b) ñoái vôùi haøi baäc n: Zn = n.w.L
+
.
(
)
nm
Z coù theå xem laø tæ leä vôùi baäc soùng haøi n suy ra doøng baäc cao giaûm tæ leä vôùi bình phöông cuûa n.
n
Ñeå tính chính xaùc hôn, caàn ñeå yù ñoä tröôït s phuï thuoäc vaøo taàn soá.
n
Khi laøm vieäc ôû toác ñoä ñònh möùc, s = s ꢀ 0 trong khi so vôùi toác ñoä cuûa TTQ soùng haøi baäc
1
cao coù taàn soá n laàn lôùn hôn, s ≅ 1 vaø Zn ꢀ n.w.Lnm töø ñoù suy ra trò hieäu duïng soùng haøi baäc n:
n
2
IRn ꢀ Inm / n , chæ soá “R “ duøng ñeå chæ giaù trò hieäu duïng, Inm = V / Xnm laø doøng ngaén maïch cuûa
1
Trang 13 Chuong 8 dk dco AC.doc
ñoäng cô, coøn goïi laø doøng khoùa rotor (doøng qua ñoäng cô khi rotor khoâng quay) hay quen thuoäc
hôn: doøng khôûi ñoäng.
b. Phaùt noùng phuï:
Vì phaùt noùng trong maïch tæ leä vôùi bình phöông giaù trò hieäu duïng doøng ñieän, khi söû duïng
doøng ñieän khoâng sin, ñoäng cô phaûi chòu theâm söï phaùt noùng cuûa soùng haøi doøng ñieän, goïi laø phaùt
noùng phuï ΔP . Vôùi daïng soùng nghòch löu aùp 6 naác, ta coù:
Σn
2
I
n
⎛
⎝
⎞
⎠
'
2
nm
ΔP = 3.R .
,n= 5,7,11,13... <VIII.3.1>. Ta coù theå tính toång <VIII.3.1> vaø khi
∑
Σn
⎜
⎟
2
n
giaû söû doøng khôûi ñoäng I
gaáp 7 giaù trò ñònh möùc, suy ra phaùt noùng phuï ôû cheá ñoä laøm vieäc ñònh
nm
möùc nhö sau:
'
2
'
2
ΔP = 3iR2 i0.0021iInm ꢀ 0.1i3iR2 iIR1 =10%iΔP <VIII.3.2>
Σn
Vaäy khi ñoäng cô laøm vieäc vôùi daïng soùng nghòch löu aùp 6 naác, toån hao trong cuoän daây taêng
theâm 10% ôû cheá ñoä ñònh möùc hay noùi caùch khaùc, ñoäng cô bò giaûm khaû naêng taûi khoaûng10% ñeå
giöõ toån hao trong giaù trò cho pheùp. Ngoaøi ra ñoäng cô coøn coù toån hao phuï trong loõi theùp do töø
tröôøng taàn soá cao, nhaát laø khi duøng ñieàu roäng xung.
c. Momen phuï:
Khi trong maïch töø coù doøng ñieän 3 pha cuûa soùng haøi baäc cao, ta cuõng coù TTQ cuûa soùng haøi
vaø keát quaû laø trong ñoäng cô xuaát hieän caùc momen phuï:
- Momen quay cuûa haøi baäc cao. Soùng haøi baäc 6k – 1 coù TTQ ngöôïc vaø 6k + 1 cuøng chieàu
vôùi TTQ thaønh phaàn cô baûn. Do ñoä tröôït ñoái vôùi TTQ cuûa haøi baäc cao raát lôùn momen naøy neân
khoâng ñaùng keå.
- Momen ñaäp maïch do söï töông taùc cuûa caùc töø tröôøng khoâng cuøng taàn soá, ñaùng chuù yù nhaát
laø momen M , taïo ra do söï töông taùc giöõa hai soùng haøi baäc 5 vaø 7, M laø phaùch neân tæ leä vôùi
6
6
| I – I | . Trong heä thoáng duøng nghòch löu aùp 6 naác, I – I = I / 50 vaø neáu ta xem momen tæ
5
7
5
7
nm
leä vôùi doøng ñieän, coù theå suy ra momen ñaäp maïch M lôùn hôn 10 % momen ñònh möùc cuûa ñoäng
6
cô.
Söïï rung ñoäng do soùng haøi coøn gaây tieáng oàn ôû daõy taàn soá cao.
Khi taàn soá laøm vieäc thaáp, aûnh höôûng cuûa soùng haøi baäc cao trôû neân quan troïng hôn vaø trong
caùc heä thoáng ñieàu khieån taàn soá ñoäng cô KÑB, ta luoân phaûi giaûi quyeát baøi toaùn haïn cheá soùng haøi
beân caïnh vieäc ñieàu khieån ñieän aùp ñeå naâng cao chaát löôïng hoaït ñoäng. Hieän nay, vôùi caùc bieán taàn
ñieàu roäng xung ñöôïc baùn treân thò tröôøng, phaùt noùng vaø momen phuï haàu nhö khoâng ñaùng keå.
AÛnh höôûng cuûa bieán taàn vôùi caùch ñieän cuûa ñoäng cô: Laø taûi coù töï caûm laøm vieäc vôùi thieát bò
ñoùng ngaét, beân trong ñoäng cô KÑB coù theå xaûy ra quaù aùp cuïc boä laøm hoûng caùch ñieän. Nguy cô naøy
coøn bò taêng cöôøng bôûi hieän töôïng rung ñoäng ôû taàn soá cao. Vì theá, caùc nhaø saûn xuaát thöôøng cheá taïo
ñoäng cô chuyeân duøng vôùi bieán taàn ñeå coù theå vaän haønh toát hôn.
2. Sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn V/F coå ñieån:
a. Sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn nguoàn aùp voøng hôû: Hình VIII.4.5.
Heä thoáng raát ñôn giaûn, töø tín hieäu ñieàu khieån taàn soá, ta suy ra yeâu caàu ñieàu khieån ñieän aùp
qua khaâu taïo haøm F/V. Töø hai tín hieäu naøy, ta ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa bieán taàn theo caùc sô ñoà
Trang 14 Chuong 8 dk dco AC.doc
ñaõ ñöôïc giôùi thieäu trong chöông 5: nghòch löu vaø bieán taàn. Khi laøm vieäc ôû taàn soá lôùn hôn taàn soá
ñònh möùc cuûa ñoäng cô ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô khoâng ñoåi suy ra töø thoâng ñoäng cô bò giaûm keùo
theo söï giaûm cuûa momen, töông öùng vôùi cheá ñoä laøm vieäc coâng suaát khoâng ñoåi.
Ñieàu khieån voøng hôû raát thoâng duïng ôû caùc boä bieán taàn chaát löôïng thaáp vaø trung bình, tuy
nhieân chaát löôïng hoaït ñoäng cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng ñaõ khaù toát vì suït toác tæ leä vôù ñoä tröôït s ,
khaù beù.
Löôùi
Coù theå thay ñoåi ñaëc tính boä taïo haøm F/V
cho thích hôïp vôùi caùc taûi khaùc nhau. Moät ít
V
Buø suït
toác
ÑK ñieän aùp
ÑK taàn soá
phaûn hoài döông doøng (buø taûi – coøn goïi laø Load
compensation hay Torque boost) ñuôïc söû duïng
ñeå giaûm ñoä suït toác ñoä theo taûi. Maïch haïn cheá
doøng cuõng raát caàn thieát ñeå haïn cheá söï coá khi coù
caùc cheá ñoä laøm vieäc khoâng thích hôïp, ví duï nhö
khi ñoä tröôït lôùn. Khi ñoù caû aùp vaø taàn ñeàu giaûm.
+
f
+
Bieán taàn
Ñaët taàn
soá f *
Ñoäng cô
ÔÛ coâng suaát nhoû hôn vaøi traêm KW,
Darlington transistor (tröôùc ñaây) hay IGBT
Hình VIII.4.5: Ñieàu khieån bieán taàn nguoàn aùp voøng hôû
luoân ñöôïc söû duïng cuøng vôùi ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin. Trong thôøi gian gaàn ñaây, caùc boä bieán
taàn naøy ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc vi ñieàu khieån coù boä ñieàu roäng xung vaø vieäc ñieàu cheá ñoä roäng
xung hình sin thöïc hieän baèng chöông trình.
Khaùc vôùi nghòch löu nguoàn doøng, nghòch löu nguoàn aùp coù tính thuaän nghòch. Vôùi taûi ñoäng
cô KÑB, khi laøm vieäc ôû toác ñoä cao hôn toác ñoä ñoàng boä (toác ñoä TTQ), cô naêng ñöôïc bieán ngöôïc
thaønh ñieän naêng: ta coù maùy phaùt KÑB. Khi ñaàu vaøo bieán taàn laø chænh löu diod, ñieän naêng naøy seõ
ñöôïc tích tröõ trong tuï ñieän loïc phía moät chieàu laøm ñieän aùp taêng leân. Ñeå nghòch löu ñöôïc pheùp laøm
vieäc tieáp tuïc, ta phaûi ñoùng moät transistor ñeå tieâu hao chuùng treân ñieän trôû (hình III.4 chöông III)
goïi laø maïch haõm ñoäng naêng, hay ta phaûi ngaét xung cung caáp cho boä nghòch löu vaø ñoäng cô quay
töï do (coast to stop) ñeå traùnh hö hoûng thieát bò. Tröôøng hôïp naøy xaûy ra khi giaûm taàn soá hoaït ñoäng
quaù nhanh hay ñoäng cô laøm vieäc vôùi taûi theá naêng.
Moät soá tính naêng hay gaëp ôû caùc bieán taàn thöïc teá:
- Ñaët tröôùc thôøi gian vaø daïng cuûa quaù trình taêng toác (acceleration), giaûm toác
(deceleration). Ngoaøi vieäc ñieàu khieån quaù trình khôûi ñoäng theo yeâu caàu cuûa taûi, ñaây cuõng laø moät
yeâu caàu quan troïng vôùi ñoäng cô. Vieäc taêng daàn toác ñoä TTQ cho pheùp ñoäng cô luoân laøm vieäc ôû ñoä
tröôït s beù (momen lôùn vaø doøng ñieän beù, laø cheá ñoä laøm vieäc toát nhaát) khi khôûi ñoäng.
- Haõm ñoäng naêng (DC braking) ñoäng cô KÑB baèng ñieän moät chieàu: ñoäng cô KÑB thuôøng
khoâng ñuû momen khi söû duïng vôùi bieán taàn V/F laøm vieäc ôû taàn soá döôùi 3 Hz. Ñeå haõm ñoäng cô khi
muoán döøng chính xaùc, ngöôøi ta ñöa doøng moät chieàu vaøo cuoän daây xtator töông öùng vôùi töø tröôøng
coá ñònh ôû khe hôû, rotor laø phaàn töû ñaãn ñieän khi di chuyeån trong töø tröôøng cuõng seõ coù doøng caûm
öùng vaøtoån hao, töông öùng löïc haõm chuyeån ñoäng.
- Coù boä hieäu chænh PID duøng cho öùng duïng bieán taàn vaøo ñieàu khieån quaù trình, khaû naêng
ñieàu khieån töø xa qua maïng RS485, nhôù vaø hieån thò loãi…
b. Sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn nguoàn aùp coù phaûn hoài toác ñoä:
Nhöôïc ñieåm quan troïng cuûa sô ñoà voøng hôû laø chaát löôïng truyeàn ñoäng khoâng cao, ngoaøi vieäc
khoâng kieåm soaùt chính xaùc toác ñoä, aûnh höôûng suït aùp nguoàn vaø taûi thay ñoåi laøm aûnh höôûng ñeán töø
Trang 15 Chuong 8 dk dco AC.doc
thoâng vaø momen ñoäng cô. Ñeå caûi thieän, ngöôøi ta laép theâm maïch phaûn hoài toác ñoä.
V
ÑK ñieän aùp
f
+
+
ÑK w
ÑK I
ÑK taàn soá
Ñaët w
_
_
Phaûn hoài w
Phaûn hoài doøng
ÑK ngaét doøng
Hình VIII.4.6.a: Ñieàu khieån bieán taàn nguoàn aùp voøng kín vôùi voøng toác ñoä
- Trong sô ñoà ñaàu tieân sô ñoà ñieàu khieån coù voøng toác ñoä (hình VIII.4.6.a), taàn soá ngoû ra
ñöôïc ñieàu khieån baèng sai leäch toác ñoä, Boä hieäu chænh ÑK w coù daïng tích phaân tæ leä PI. Phaûn hoài
aâm doøng ñöôïc ñöa vaøo ñeå baûo veä ñoäng cô vaø haïn cheá tröôøng hôïp khi khôûi ñoäng, sai leäch toác ñoä
quaù lôùn coù theå laøm taàn soá, ñieän aùp taêng cao, doøng ñieän qua ñoäng cô taêng cao nhöng momen vaãn
beù vì ñoä tröôït lôùn.
+
+
-
Vôùi sô ñoà hình
Ñaët w
rotor
s
ÑK s
ÑK taàn soá
VIII.4.6.b, sai leäch toác ñoä sau khi
xöû lyù ñöôïc xem laø ñoä tröôït s ,
coäng vôùi toác ñoä rotor ñeå taïo neân
taàn soá ñaët cho BBÑ. Sô ñoà naøy
cho pheùp ñieàu khieån toát hôn vì
khi ñoù, ngoû ra cuûa boä ñieàu khieån
toác ñoä ÑK w chính laø giaù trò
momen ñoäng cô
_
+
w
r
Phaûn hoài w
rotor
ÑK s laø boä hieäu chænh PI coù baûo hoøa
Hình VIII.4.6.a: Ñieàu khieån bieán taàn nguoàn aùp voøng kín vôùi hieäu
chænh ñoä tröôït s
caàn thieát (khi s beù momen tæ teä ñoä tröôït) phuø hôïp vôùi nguyeân lyù ñieàu khieån truyeàn ñoäng ñieän.
Ngoaøi ra, ñoä tröôït coù theå ñöôïc giôùi haïn khi boä ñieàu khieån ÑK w coù daïng PI + khaâu baûo hoøa,
traùnh tröôøng hôïp laøm vieäc ôû ñoä tröôït lôùn ñaõ moâ taû treân.
Ngoaøi haït nhaân ñieàu khieån, taát caû caùc bieán taàn ñeàu coù nhöõng ñaëc tính khaùc töông töï nhö
ñieàu khieån voøng hôû ñaõ moâ taû treân.
Ngaøy nay, hai sô ñoà trong phaàn naøy ít thoâng duïng hôn vì khi caàn truyeàn ñoäng chaát löôïng
cao, ngöôøi ta chuyeån sang duøng ñieàu khieån vector.
3. Bieán taàn ñieàu khieån töø thoâng vaø momen:
a. Bieán taàn ñieàu khieån ñieän aùp:
Töø moâ hình vector cuûa ñoäng cô KÑB, ta coù theå tính toaùn ñöôïc momen vaø töø thoâng cuûa
ñoäng cô töø doøng vaø aùp cuûa ñoäng cô laøm cô sôû ñeå ñieàu khieån chính xaùc hôn. Voøng ñieåu khieån töø
thoâng taùc ñoäng treân aùp ra cuûa nghòch löu vaø voøng toác ñoä – momen quyeát ñònh taàn soá ngoû ra. Hai
voøng ñieàu khieån toác ñoä, momen ñaûm baûo chaát löôïng ñieàu khieån toát hôn caùc sô ñoà treân. Cuõng
gioáng nhö hình VIII.4.6.a, ngoû ra khoái ñieàu khieån toác ñoä laø ñoä tröôït, ñöôïc coäng vôùi toác ñoä rotor
ñeå taïo ra taàn soá (toác ñoä) yeâu caàu.
Phöông aùn naøy khaéc phuïc nhöôïc ñieåm cuûa sô ñoà duøng khoái taïo haøm F / V laø khi ñieän aùp
ngoû ra ñöôïc chænh voøng hôû theo taàn soá, ta khoâng xaùc ñònh ñöôïc chính xaùc töø thoâng, daãn ñeán baûo
hoøa hay thieáu – caû hai ñeàu laøm giaûm momen cuûa ñoäng cô. Tuy nhieân, nhö theo sô ñoà khoái ôû hình
Trang 16 Chuong 8 dk dco AC.doc
VIII.4.7 ta caàn coù phaûn hoài doøng, aùp ba pha vaø khoái löôïng tính toaùn lôùn, daïng aùp ñieàu roäng xung
phaûi qua loïc ñeå trích thaønh phaàn cô baûn. Moät phöông aùp khaùc laø ñaët caùc caûm bieán töø thoâng ôû khe
hôû xtator – rotor: caûm bieán Hall hay cuoän daây. Caùch naøy laøm giaûm khoái löôïng tính toaùn nhöng
caàn söû duïng ñoäng cô cheá taïo rieâng, laøm bieán taàn khoâng coøn tieän duïng.
+
Ψ
ÑK
ÑK ñieän
aùp
Ñaët töø
thoâng
_
Töø thoâng
ñoäng cô
+
+
+
ÑK w
ÑK M
ÑK taàn soá
Ñaët w
_
_
+
M
Phaûn hoài w
Töø thoâng
ñoäng cô
Phaûn hoài
doøng 3 pha
Tính toaùn
Ψ
M,
Phaûn hoài
aùp 3 pha
M
Hình VIII.4.7: Ñieàu khieån bieán taàn coù phaûn hoài töø thoâng
b. Bieán taàn duøng nghòch löu ñieàu khieån doøng ñieän:
Sô ñoà ñieàu khieån doøng ñieän hình sin boä nghòch löu ñieän aùp (phaàn VIII.3.4) ñöôïc öùng duïng raát
hieäu quaû cho thuaät toaùn ñieàu khieån töø thoâng. Khi ñoù doøng xtator ba pha yeâu caàu, toång hôïp töø ngoû
ra khoái ñieàu khieån töø thoâng vaø ñieàu khieån taàn soá cuûa sô ñoà hình VIII.4.7, ñöôïc so saùnh vôùi doøng
vaøo ñoäng cô baèng maïch so saùnh coù treå ñeå taùc ñoäng caùc ngaét ñieän laøm cho doøng xtator coù giaù trò
mong muoán.
Boä so saùnh coù treã
VDC
Boä toång hôïp doøng
ñieän ba pha coù theå söû
duïng sô ñoà VIII.4.1b:
duøng chöông trình ROM
vaø boä bieán ñoåi D/A ñeå taïo
ra doøng ba pha coù taàn soá
mong muoán. Vieäc phaûn
hoài töø thoâng seõ chænh bieân
ñoä doøng ñieän ñaët sao cho
töø thoâng ñoäng cô coù giaù trò
mong muoán.
+
_
C
Ñaët töø
thoâng
Is
Ψ
ÑK
i
i
i
Boä toång
aref
hôïp doøng
ñieän hình
sin ba pha
+
_
+
_
Boä nghòch
löu ñieän aùp
Töø thoâng
ñoäng cô
bref
ÑK taàn soá
+
_
cref
i
c
i
b
i
a
Hình VIII.4.8: Bieán taàn duøng nghòch löu ñieàu khieån doøng ñieän
4. Bieán taàn ñieàu khieån vector töø thoâng:
^
^
^
^
3
3
Töø phöông trình <VIII.1.18> M = .p.ψ m× Ir = .p.ψ m . Ir .sinδ cho thaáy momen ñoäng
2
2
Trang 17 Chuong 8 dk dco AC.doc
cô KÑB cuõng döïa vaøo söï töông taùc
giöõa doøng rotor Ir vaø töø tröôøng khe
hôû ψm gioáng nhö ñoäng cô DC.
Neáu ôû ñoäng cô DC, ta luoân
coù momen tæ leä vôùi doøng ñieän vì
sin δ = 1 (doøng ñieän vaø töø tröôøng
luoân thaúng goùc vôùi nhau) vaø töø
thoâng khe hôû chæ phuï thuoäc vaøo
doøng kích töø thì ôû ñoäng cô KÑB, caû
töø tröôøng khe hôû vaø doøng caûm öùng
ôû rotor ñeàu do aùp xtator taïo ra laøm
ta khoâng theå ñieàu khieån momen
ñoäng cô baèng caùch thay ñoåi ñoä lôùn
vaø taàn soá ñieän aùp xtator. Ñaây laø
nguyeân nhaân cuûa caùc nhöôïc ñieåm
bieán taàn V/F ñaõ trình baøy ôû caùc
phaàn treân.
Hình VIII.4.9: Doøng ñieän qua thanh daãn phaàn öùng ñoäng cô DC
luoân thaúng goùc töø tröôøng khe hôû (do cöïc töø taïo ra)
Moâ hình ñoäng cuûa ñoäng cô KÑB cho thaáy khaû naêng ñieàu khieån ñöôïc momen ñoäng cô
3
KÑB nhö ñoäng cô DC. Phöông trình momen <VIII.1.27> vieát laïi M = p(ψdm.iqs −ψqm.ids) vôùi
2
ψdm vaøψqm laø thaønh phaàn dq cuûa töø thoâng moùc voøng cuûa khe hôû, ids vaø iqs laø thaønh phaàn dq cuûa
doøng rotor trong heä toïa ñoä quay. Khi ta giöõ hai vector töø thoâng vaø doøng rotor luoân thaúng goùc, bieåu
thöùc momen ñöôïc vieát laïi:
3
M = p.ψdm.iqs <VIII.4.2>
2
Neáu ta giöõ töø thoâng coù bieân ñoä khoâng ñoåi, momen M trôû laïi tæ leä vôùi doøng nhö ôû ñoäng cô
DC. Khi ta ñeå yù töø thoâng moùc voøng ψdm do thaønh phaàn ids taïo ra:
M =K’. i .i <VIII.4.3>
ds qs
ids vaø iqs chính laø hai ngoû vaøo ñieàu khieån ñeå ta coù theå taïo ta momen coù giaù trò mong muoán
ôû cheá ñoä toái öu. Löu yù ñaây laø hai ñaïi löôïng vector quay.
Hình VIII.4.10: Söï töông ñoàng ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp vaø ñieàu khieån vector ñoäng cô KÑB
Maëc duø nguyeân lyù khaù ñôn giaûn, ñieàu khieån vector ñoøi hoûi coâng cuï tính toaùn maïnh (Vi xöû
lyù 16, 32 bit, DSP) beân caïnh heä thoáng ño tröïc tieáp hay giaùn tieáp töø thoâng khe hôû.
Nhö vaäy heä thoáng ñieàu khieån seõ coù ñöôïc hai voøng ñieàu khieån toác ñoä vaø momen nhö ñaõ
Trang 18 Chuong 8 dk dco AC.doc
khaûo saùt trong phaàn ñieàu khieån toïa ñoä, coù khaû naêng cung caáp chaát löôïng truyeàn ñoäng raát toát, ngay
khi ôû taàn soá raát thaáp.
VDC
C
Boä toång hôïp doøng ñieän hình sin ba pha
i
i
α
a
M ~ i
(α,β)
(d,q)
d
Boä nghòch
i
b
c
löu ñieän aùp
PWM
i
i
β
~ i
Ψ
(α,β)
q
(a,b,c)
cos w t
sin w t
e
e
w
chuaån
vector cô heä
Ψ
α
Ψ
β
Caûm bieán
töø thoâng
^
Tính bieân ñoä
töø thoâng
Ψ
|
|
m
Hình VIII.4.11: Nghòch löu vector töø thoâng loaïi tröïc tieáp
a. Sô ñoà ñieàu khieån tröïc tieáp: hình VIII.4.11
Ñöôïc goïi laø tröïc tieáp vì heä thoáng caàn coù boä phaän ño tröïc tieáp töø thoâng khe hôû, ñaët vuoâng goùc 90O
ñieän ñeå nhaän ñöôïc töø thoâng ôû heä truïc (α,β). Töø ñoù ta seõ bieát ñöôïc vò trí cuõng nhö toác ñoä cuûa
vector töø tröôøng khe hôû. Söû duïng caùc pheùp bieán ñoåi vector töø toïa ñoä (d,q) sang (α,β) roài (a,b,c)
ta coù ñöôïc doøng ba pha i , i , i caàn thieát ñeå taïo ra momen M theo yeâu caàu cuûa boä ñieàu khieån vaø
a b c
ñaûm baûo töø thoâng ñoäng cô ôû giaù trò ñònh möùc. Duøng moät boä ñieàu khieån doøng ñieän hình sin (muïc
VIII.3.4), ta taïo ra doøng ñieän ñoäng cô caàn thieát.
Sô ñoà ñieàu khieån naøy coù baát lôïi lôùn nhaát laø phaûi duøng ñoäng cô ñöôïc cheá taïo rieâng, gaén saün
caûm bieán töø thoâng do ñoù ít ñöôïc phoå bieán duø ñaây laø phöông aùn chính xaùc nhaát veà nguyeân taéc.
b. Sô ñoà ñieàu khieån giaùn tieáp:
Cuøng nguyeân lyù ñieàu khieån vector töø thoâng
nhöng ñeå tieän söû duïng vôùi ñoäng cô baát kyø, ngöôøi ta taän
duïng khaû naêng tính toaùn cuûa caùc vi xöû lyù, ñeå tính ra caùc
thaønh phaàn töø thoâng (d,q) töø doøng ñieän, ñieän aùp vaø caùc
thoâng soá maïch ñieän cuûa ñoäng cô neân coøn goïi laø ñieàu
khieån khoâng caàn caûm bieán töø thoâng (sensorless flux
vector control). Heä thoáng nhö vaäy ngoaøi khaû naêng tính
toaùn maïnh coøn phaûi giaûi quyeát hai baøi toaùn: ñieàu tra
thoâng soá maïch ñieän cuûa ñoäng cô vaø söï thay ñoåi cuûa caùc
thoâng soá naøy theo nhieät ñoä. Quy trình söû duïng moät bieán
taàn vector nhö vaäy seõ coù böôùc ñeå bieán taàn ño thoâng soá
i
Tính toaùn
töø thoâng vaø
momen
c
i
a
v
c
v
a
Hình VIII.4.12: Nghòch löu vector töø thoâng
loaïi giaùn tieáp
ñoäng cô (tuning) hay nhaäp caùc thoâng soá naøy tröôùc khi söû duïng (thöïc hieän moät laàn). Ñeå loaïi aûnh
höôûng cuûa nhieät ñoä treân caùc thoâng soá ñoäng cô, coù theå döï kieán moät heä soá hieäu chænh theo nhieät ñoä
hay ño löôøng moät laàn nöõa (online tuning).
Trang 19 Chuong 8 dk dco AC.doc
Caùc sô ñoà ñieàu khieån vector töø thoâng loaïi giaùn tieáp ñang ñöôïc öùng duïng roäng raõi vaø hieän
nay vaãn ñöôc lieân tuïc caûi thieän ñeå naâng cao ñoä chính xaùc. Ngoaøi ra ñieàu khieån vector töø thoâng
coøn coù theå keát hôïp vôùi nguyeân lyù ñieàu cheá ñoä roäng xung vector khoâng gian ñaõ giôùi thieäu oû phaàn
treân.
Caùc bieán taàn chæ duøng ñieàu cheá ñoä roäng xung vector khoâng gian (SVPWM) cuõng ñöôïc goïi
laø bieán taàn vector, nhöng neáu ñeå yù, ta seõ thaáy khoâng coù caùc töø khoùa töø thoâng (flux vector), ñieàu
khieån momen tröïc tieáp (direct torque control), truyeàn ñoäng ñieän chaáp haønh (servo drive) vaø
thöôøng khoâng coù phaûn hoài toác ñoä.
Hieän nay, caùc coâng ty kyõ thuaät ñieän lôùn ñeàu coù saûn xuaát caùc bieán taàn ñieàu cheá ñoä roäng
xung vector khoâng gian cuøng vôùi thuaät toaùn ñieàu khieån vector töø thoâng ôû nhieàu möùc ñoä chính xaùc
khaùc nhau. Moät caùch toång quaùt, caùc sô ñoà chaát löôïng cao ñeàu caàn coù phaûn hoài toác ñoä, qua maùy
phaùt toác xung (pulse generator) coù chieàu (xung AB hay incremental pulse encoder).
VIII.5 ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU KHOÂNG COÅ GOÙP:
1. Nguyeân lyù hoaït ñoäng, caáu taïo ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp:
Cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa ÑTCS, ta coù söï xuaát hieän cuûa ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp
(Brushless DC motor). Ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp söû duïng nguoàn moät chieàu nhöng caáu taïo
laïi gioáng nhö caùc ñoäng cô xoay chieàu, bao goàm: rotor thöôøng khoâng coù daây quaán, xtator laø nhöõng
cuoän daây vaø boä bieán ñoåi coâng suaát laø phaàn töû baét buoäc.
Hình VIII.5.1: Sô ñoà heä thoáng truyeàn ñoäng ñaàu töø video, quay truïc chính ñiaõ cöùng, quaït laøm maùt
CPU laø nhöõng ví duï tieâu bieåu cuûa ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp
Hình VIII.5.1 cho ta caáu taïo cuûa boä truyeàn ñoäng ñaàu töø cuûa maùy ñoïc baêng töø video laø moât ví
duï tieâu bieåu cuûa ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp. Ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp goàm caùc boä
Trang 20 Chuong 8 dk dco AC.doc
Tải về để xem bản đầy đủ
32 trang
20340
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất ứng dụng - Chương 8: Điều khiển động cơ AC", 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_8_dieu_khien_don.pdf
