Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 7: Điều khiển động cơ một chiều và xoay chiều dùng bán dẫn
Slides ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
2/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
VII.1 CAÙC QUAN HEÄ CAÊN BAÛN CUÛA TRUYEÀN ÑOÄNG ÑIEÄN:
1. Caùc khaùi nieäm caên baûn:
- Truyeàn ñoäng ñieän:
Chöông VII:
ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU VAØ XOAY CHIEÀU
DUØNG BAÙN DAÃN
ω
M
A
c
M
1. Caùc quan heä caên baûn cuûa truyeàn ñoäng ñieän:
ω
o
- heä thoáng (HT) bieán ñoåi ñieän naêng
thaønh cô naêng
2. Sô ñoà ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu
3. Sô ñoà ñieàu khieån ñoäng cô böôùc
0
- cung caáp söùc keùo (truyeàn ñoäng)
baèng ñieän (electric drive).
- noái truïc baèng ñieän (daãn ñoäng)
theo sô ñoà sau:
B
4. Ñieàu khieån ñoäng cô xoay chieàu duøng bieán taàn
5. Ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp
Ñoïc theâm 6 tieát, baøi taäp 2
II
I
M
0
1
IV
III
Cô (nguoàn) -> [Maùy phaùt ñieän] -> Ñieän ->
-> [daây daãn] -> [Ñcô ñieän] -> Cô (taûi)
s
- Ñaëc tính cô: quan heä Momen M vaø toác ñoä ω: M(ω)
- Maët phaúng ñaëc tính cô: laø maët phaúng pha M, ω chia laøm 4 phaàn tö I .. IV.
- Ñieåm laøm vieäc: moät ñieåm (M,ω) treân ñaëc tính cô, cho bieát quan heä giöõa hai
thoâng soá naøy ôû moät thôøi ñieåm.
3/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
4/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
- Phöông trình caên baûn TÑÑ vaø chuyeån ñoäng: Heä thoáng chæ coù khoái quaùn
tính vaø khoâng ñaøn hoài (phöông trình 2 Newton cho chuyeån ñoäng quay):
- Ñaëc tính cô moät soá phuï taûi thoâng duïng:
Coù theå bieåu dieån ñaëc tính caùc taûi thoâng duïng döôùi daïng MC = k.wn
dw
dt
ω
Mñ = M − MC = J
k laø haèng soá, w laø toác ñoä quay, n laø
thoâng soá phuï thuoäc vaøo loaïi taûi:
M
<VII.1.1>
c
M
ω
o
M : momen ñoäng
A
ñ
0
n = 0: Moment taûi laø haèng soá
n = 1: Taûi daïng maùy phaùt ñieän
J: momen quaùn tính
dω /dt : gia toác chuyeån ñoäng.
B
n ≥ 1: maùy bôm ly taâm, caùc loaïi
II
I
quaït thoâng gioù.
M
0
M > MC: ñcô taêng toác,
M < MC: ñcô giaûm toác
M = MC: laøm vieäc xaùc laäp.
1
Coù hai nhoùm taûi: taûi phaûn khaùng
vaø taûi theá naêng.
IV
III
Ví duï: xaùc ñònh phuï taûi cuûa maùy naâng (caàn truïc) hay thang maùy
s
Ñieåm laøm vieäc xaùc laäp naøy ñöôïc goïi laø
oån ñònh (tónh) hay caân baèng (beàn)khi:
MC: Momen taûi (caûn)
M /Δω < 0.
ñ
Ví duï tröôøng hôïp ñoäng cô khoâng ñoàng boä
5/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
6/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Trong cheá ñoä xaùc laäp, doøng trung bình khoâng ñoåi, suy ra:
2. Haøm truyeàn ñoäng cô DC vaø BBÑ:
1
1
1
M
- Haøm truyeàn ñoäng cô: Khi doøng ñieän taûi laø lieân tuïc:
w=
U − R⋅ I
w=
U − R⋅ I =
(U − R
)
(
)
hay
(
)
<VII.1.3>
Ce
k.φ
k.φ
k.φ
dI
R
U = E + R⋅ I + L +ε
Ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô ñoäng cô moät chieàu.
dt
L
U
Ce = k.φ
E
Ví duï: tính thoâng soá ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp töø caùc soá lieäu sau:
Uñm = 220V, Iñm = 50A, Pñm = 9.1kW, toác ñoä ñònh möùc 1500 voøng/phuùt, giaû
söû toån hao ñieän trôû phaàn öùng baèng ½ toån hao coâng suaát toång coäng.
M = Ce ⋅ I = k.φ ⋅ I
E = Ce ⋅ω
Trong ñoù:
R: ñieän trôû theå hieän suït aùp treân phaàn öùng, L: töï caûm maïch ñieän phaàn öùng,
KBD
H(s) = KBD.e−T
ꢀ
BD
- Haøm truyeàn BBÑ:
trong ñoù:
<VII.1.4>
T = L/R goïi laø haèng soá thôøi gian ñieän töø, baèng 0 neáu doøng taûi giaùn ñoaïn.
ñt
1+ sTBD
ε: Phaûn öùng phaàn öùng cuûa ñoäng cô, thöôøng ñöôïc boû qua.
C : Haèng soá ñieän töø cuûa ñoäng cô moät chieàu, tæ leä (heä soá k) töø thoâng φ
e
KBÑ laø tæ soá trung bình aùp ra VO treân aùp ñieàu khieån UÑK
M: momen ñoäng cô, ôû cheá ñoä xaùc laäp baèng momen caûn Mc treân truïc.
ω: toác ñoä, tính baèng rad/giaây.
TBÑ laø haèng soá thôøi gian, tính baèng chu kyø phaùt xung ñieàu khieån (trung bình
cuûa thôøi gian cuûa hai xung lieân tieáp).
7/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
8/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
haõm ñoäng naêng (dynamic braking)
3. Cheá ñoä haõm cuûa TÑÑ:
< 0
I
o
I
I
o
+
+
o
a. Khaùi nieäm veà cheá ñoä haõm:
U
_
U
_
U
Keùo: momen M cuøng chieàu toác ñoä ω, P = M.ω > 0
Haõm: momen M ngöôïc chieàu toác ñoä ω, P = M.ω < 0,
Ñoäng cô Æ maùy phaùt: Cô naêng --> ñieän naêng
Haõm taùi sinh
Haõm ngöôïc
Haõm ñoäng naêng
1
1
M
k.φ
Caùc cheá ñoä haõm:
b. Cheá ñoä haõm taùi sinh cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng BBÑ ñoäng cô:
w=
U − R⋅ I =
(U − R
)
(
)
k.φ
k.φ
w
+
D1
ω
- Khi w > wO ( wO = U/Ce: toác ñoä
khoâng taûi lyù töôûng):
A
S1
w
1
haõm
i
taùi sinh
o
U
w
o
haõm taùi sinh (regenerative braking)
- Khi w < 0 , (E = Ce .w < 0)
ñoäng cô ñaûo chieàu quay: haõm ngöôïc.
- Khi U = 0 , (I = – Ce .w/R)
Uo
S2
D2
ñoäng cô
haõm
ñoäng naêng
_
M
II
III
I
M
c
M
haõm
ngöôïc
IV
- ÖÙng duïng cheá ñoä haõm: hai tröôøng hôïp:
9/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
10/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
* Haõm döøng ñoäng cô ñang quay hay giaûm toác ñoä (tieâu taùn ñoäng naêng)
* Haõm ñoäng cô bò keùo do moät ngoaïi löïc (haï taûi theá naêng)
4. Caùc baøi toaùn cuûa TÑÑ:
theo thôøi gian:
=>ÑK cuøng luùc vò trí vaø toác ñoä theo t.
+
-
1
1
Sum1
Hieäu ch
Khaûo saùt moâ
- Ñieàu khieån momen: kieåm soaùt quaù trình taêng, giaûm toác, haïn cheá momen
hình
ñieàu
+
-
1
2
trong cheá ñoä xaùc laäp.
- Ñieàu khieån toác ñoä: oån ñònh vaø ñieàu chænh toác ñoä, nhaèm ñaõm baûo naêng
suaát, chaát löôïng.
khieån vò trí
hieäu chænh 3
voøng vôùi tín
hieäu ñaët haøm
naác.
Sum2
Hieäu chæn
+
-
2.
1
Ñaët 5.u(t)
- Ñieàu khieån vò trí: Hai baøi toaùn quan troïng:
* Taùc ñoäng nhanh.
Sum3
Hieäu chæ
* Döøng chính xaùc vaø haïn cheá voït lo.
phöông phaùp giaûi quyeát: ■ choïn sô ñoà ñieàu khieån thích hôïp
■ tín hieäu ñaët theo quyõ ñaïo pha chuyeån ñoäng toái öu.
Momen, toác ñoä, vò trí laø ba bieán traïng thaùi cuûa heä thoáng ñieàu khieån vò trí
=> coù theå söû duïng HT ñieàu khieån toïa ño (nhieàu voøng)
- Ñieàu khieån tuøy ñoäng: laø daïng ñieàu khieån vò trí vôùi vò trí ñaët thay ñoåi
11/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
12/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Phöông phaùp:
- Tín hieäu ñaët laø haøm doác
- Ñieàu khieån toác ñoä/ momen theo daïng ñöôøng cong cho tröôùc
Ví duï ñoà thò toác ñoä cuûa truyeàn ñoäng naâng haï buoàng thang maùy:
v(t)
t
5. Quaù trình khôûi ñoäng/ döøng:
Caùc baøi toaùn:
VII.2 SÔ ÑOÀ ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU:
1. Heä thoáng Chænh löu SCR – ñoäng cô moät chieàu:
- Giôùi haïn doøng khôûi ñoäng ôû giaù trò cho pheùp.
- Giôùi haïn gia toác - haïn cheá öùng suaát trong caùc phaàn töû chuyeån ñoäng
- Ñaët tröôùc thôøi gian khôûi ñoäng hay taêng toác (acceleration)/ giaûm toác
(deceleration). Cao caáp hôn: ñieàu khieån theo ñöôøng cong cho tröôùc.
13/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
14/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
- Voøng doøng ñieän:
CL Diod
1. Sô ñoà khoái:
CL SCR
ÑC
hay SCR
Löôùi
Caûm bieán doøng: Ñieän trôû shunt, Bieán doøng DC, AC
- Boä chænh löu cung caáp aùp phaàn
öùng vaø doøng kích töø.
α
Maïch kích
Uñk
Ñieän aùp
Ñieàu khieån
BBÑ
R
- Ñoäng cô kích töø ñoäc laäp
Khoái
Ñoàng boä
R
phaùt xung
kích SCR
300/5 A
TI 2
4
3
- loaïi BBÑ: ñieàu khieån hoaøn toaøn/
khoâng hoaøn toaøn
4
Phaûn hoài
phaûn hoài
doøng
Hieäu
chænh
300/5 A
3
POT
Nguyeân lyù ÑK:
TI 1
Ñaët toác ñoä
Ñieàu Khieån doøng
Boä ñieàu khieån
- döôùi toác ñoä cô baûn: ñk aùp
- treân toác ñoä cô baûn: ñk kích töø
Caùch laáy phaûn hoài ôû doøng ñieân lôùn
Maïch haïn doøng ñôn giaûn
2. Sô ñoà ñieàu khieån HT chænh löu - Ñcô:
- Voøng toác ñoä:
- Ñieàu khieån toác ñoä: hai voøng toác ñoä, doøng ñieän
Caûm bieán toác ñoä: Maùy phaùt toác DC, AC ( tacho generator), xung (pulse
15/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
16/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
tacho generator)
Duøng BBÑ aùp DC coù theå duøng ñeå ñieàu khieån ñoäng cô DC trong caùc
tröôøng hôïp:
Quay thuaân
Quay ngöôïc
PHAÙT TOÁC
XUNG
A
1
2
3
3
4
7
3
5
2
3
1
1
- Truyeàn ñoäng ñoäng cô chaáp haønh
- Nguoàn ñieän moät chieàu coù saün
6
1
2
4
5
7
6
4
2
Truyeàn ñoäng chaáp haønh (SERVO DRIVE):
B
- Laøm ngoû ra, boä phaän chaáp haønh cuûa HT ñieàu khieån töï ñoäng
- laø HT ñieàu khieån vò trí: cho pheùp ñaõo chieàu, coù momen lôùn ôû toác ñoä thaáp
- Coù quaùn tính nhoû, taùc ñoäng nhanh
Phaûn hoài ñieän aùp
Nguyeân taéc phaûn hoài aâm aùp, döông doøng (caàu toác ñoä)
Nguyeân taéc buø theo taûi: phaûn hoài döông doøng
Ifh
- Ufh
MAÏCH
Phaûn hoài doøng
R7
R9
R8
D2
D3
C1
Phaûn hoài aùp
Vieäc thieát keá BBÑ coù caùc ñieåm caàn löu yù sau:
- Sô ñoà ñk gioáng nhö boä nguoàn DC hay chænh löu ñieàu khieån pha.
ÑOÄNG LÖC
C2
- Ufh
-
Phaûn hoài aùp
D4
R10
R12 C3
VCC
R11
R13 C4
+
VCC
Taïo haøm doác
U1A
2
3
M1
Ñeán maïch
phaùt xung
kích SCR
Q4
RUN / STOP1
POT
U1B
U1C
- Ñeå haïn cheá doøng ñieän, maïch laùi coù boä phaän haïn doøng töùc thôøi beân caïnh
vieäc söû duïng voøng ñieàu khieån doøng ñieän,
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
- Vieäc choïn sô ñoà ñoäng löïc vaø ñieàu khieån caàn ñeà yù ñeán khaû naêng haõm
cuûa BBÑ.
II
2. Ñieàu khieån ñoäng cô 1 chieàu duøng BBÑ aùp DC:
VII.3 SÔ ÑOÀ ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC:
17/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
18/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
1. Nguyeân lyù hoaït ñoäng, phaân loaïi:
Cuoän daây 1a 1000100010001
Cuoän daây 1b 0010001000100
Cuoän daây 2a 0100010001000
Cuoän daây 2b 0001000100010
thôøi gian --->
- Quay töøng goùc xaùc ñònh khi kích 1 xung vaøo cuoän daây thích hôïp
- laøm phaàn töû chaáp haønh trong caùc heä thoáng töï ñoäng chæ caàn ñieàu khieån
voøng hôû vaø duøng kyõ thuaät soá.
- coâng suaát beù.
Coù ba loaïi ñoäng cô böôùc:
- Ñoäng cô böôùc loaïi töø trôû (reluctance type)
Cuoän daây 1a 1100110011001
Cuoän daây 1b 0011001100110
Cuoän daây 2a 0110011001100
Cuoän daây 2b 1001100110011
thôøi gian --->
Cuoän daây 1
Cuoän daây 2
Cuoän daây 3
1 0 0 1 0 0 1 0 0
0 1 0 0 1 0 0 1 0
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 --->
(a)
- momen giöõ (holding torque) khi 1 vaø 2 cuoän daây coù ñieän – ñieàu khieån ½ böôùc
- Ñoäng cô böôùc hoãn hôïp: laø loaïi thoâng duïng nhaát
- Ñoäng cô böôùc loaïi nam chaâm vónh cöûu: löïc maïnh hôn
19/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
20/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
24V
Ñoäng cô böôùc 5 pha: coù momen lôùn, quay nhanh hôn.
2. Maïch laùi cuoän daây ñoäng
cô böôùc:
R1
Terminal 1 ++++-----+++++-----+
Terminal 2 ---+++++-----+++++--
Terminal 3 ++-----+++++-----+++
Terminal 4 -+++++-----+++++----
Terminal 5 -----+++++-----+++++
time --->
ÑK1
R2
Q1
- Maïch laùi cuoän daây 1 cöïc
tính ñeå taïo daïng doøng coù momen
lôùn nhaát
D1
12V
Tín hieäu ñieàu khieån
ÑK1
R3
- Maïch oån ñònh doøng ñieän vaø
nguyeân taéc vi böôùc (microstep)
- Maïch ñoäng löïc goàm 5 nöûa caàu (10 ngaét ñieän)
ÑK2
Doøng qua
cuoän daây
Q2
- Thöù töï 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1 (hình 3.17) cho moät chieàu quay vaø ngöôïc
laïi cho chieàu ngöôïc.
R4
ÑK2
R5
Taàn soá laøm vieäc cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô böôùc (toác ñoä quay toái ña):
- nguyeân nhaân laøm momen giaûm khi taêng taàn soá xung
- caùch khaéc phuïc:
Duøng maïch laùi hai nguoàn
Ñieàu khieån gia / giaûm toác
21/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
22/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
VII.4 ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ XOAY CHIEÀU DUØNG BIEÁN TAÀN:
1. So saùnh ñoäng cô AC vaø DC: Ñoäng cô AC goàm coù:
- ñoäng cô ñoàng boä (ÑB ) duøng khi coâng suaát raát lôùn (haøng MW)
- ñoäng cô khoâng ñoàng boä (KÑB) duøng roäng raõi
2. Ñaëc tính cô ñoäng cô KÑB vaø ñieàu khieån toác ñoä:
Hai moâ hình duøng ñeå khaûo saùt ñoäng cô KÑB:
- Maïch töông ñöông: khaûo saùt traïng thaùi xaùc laäp hay quaù ñoä ñieän cô.
- Bieåu dieãn daïng ma traän hay traïng thaùi: chính xaùc nhöng phöùc taïp.
a. Maïch töông ñöông ñoäng cô KÑB vaø ñaëc tính cô:
So saùnh ñoäng cô moät chieàu vaø KÑB:
w
Ñoäng cô DC
Ñoäng cô KÑB
o
- Xtator taïo ra töø tröôøng quay (TTQ) toác ñoä:
w
r
Töø tröôøng
60⋅ f
p
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
no =
wo = 2.π.f
quay
(rad/s) hay
(RPM) trong ñoù
wo − wr
s =
f laø taàn soá , p laø soá ñoâi cöïc , ñoä tröôït:
,
wo
Rotor
Momen khôûi ñoäng, khaû naêng quaù taûi Momen khôûi ñoäng, khaû naêng quaù taûi
(momen) lôùn (momen) beù
Doøng khôûi ñoäng lôùn vaø khoâng theå khôõi Doøng khôûi ñoäng lôùn vaø cho pheùp khôõi
ñoäng tröïc tieáp ñoäng tröïc tieáp
Ñieàu khieån toác ñoä chaát löôïng cao baèng Ñieàu khieån toác ñoä chaát löôïng cao baèng
caùch thay ñoåi aùp phaàn öùng caùch thay ñoåi taàn soá nguoàn (bieán taàn).
w : toác ñoä rotor
r
TTQuay (thay ñoåi) Æ doøng caûm öùng rotor
Töø tröôøng doøng rotor + TTQ Æ Momen quay
=> khi w Æ wO : doøng rotor, M Æ 0 : neân goïi laø ñoäng cô KÑB
Ñieàu khieån taàn soá ñoäng cô KÑB ñang ñöôïc söû duïng roäng raõi.
23/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
24/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
jX1
R1
jX'2
jXnm
Xu: ñieän khaùng töø
hoùa;
Suy ra bieåu thöùc cuûa momen :
ROTOR
qui ñoåi veà
xtator
2.Mt
R'2/s
jXu
R'2/s
XTATOR
M =
Ro: toån hao trong
maïch töø xtator.
U
,
s
st
s
U
+
Ro
jXu
st
2
X’2 vaø R’2: ñieän
khaùng, ñieän trôû rotor
quy ñoåi veà xtator.
3.U
(a) chính xaùc
(b) gaàn ñuùng
Mt =
Momen tôùi haïn
,
2wo.xnm
X1 + X’2 = Xnm
'
R2
s = st = ±
Töø maïch töông ñöông gaàn ñuùng, doøng ñieän rotor quy ñoåi veà xtator:
Ñoä tröôït tôùi haïn
xnm
U
U: ñieän aùp pha
'
I2 =
2
'
'
2
R2
'
⎛
⎞
R
2
2 s
P = 3
I
= Mwo
( )
Xnm
+
ñt
2
=> coâng suaát ñieän töø
⎜
⎟
⎠
s
Hình IV.1.2. Ñaëc tính cô ñoäng cô KÑB khi thay ñoåi
⎝
aùp xtator vaø (a) laø ñaëc tính phuï taûi quaït gioù.
2
'
2
'
2
ΔP ꢀ ΔP = 3.R . I = s.P = Mwo.s
Toån hao cuûa ñoäng cô:
2
ñt
Hai quan heä caàn löu yù:
P = M.ω = P − ΔP = 1− s P
)
=>
coâng suaát cô :
o
ñt
ñt
ΔP = s.M.wo
vaø
P = M.wo
ñt
25/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
26/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
b. moâ hình ñoäng ñoäng cô KÑB vaø bieåu thöùc momen:
Maïch töông ñöông cho bieát quan heä momen theo doøng hieäu duïng:
=> khoâng xeùt quaùn tính ñieän töø
Nhaän xeùt:
Khi xeùt taùc duïng töùc thôøi cuûa doøng ñieän (xeùt aûnh höôûng L): moâ hình ñoäng
Momen naøy tæ leä vôùi tích vector cuûa doøng ñieän rotor vaø töø thoâng khe hôû:
- Khi s beù, momen M, doøng rotor quy ñoåi I’2 tæ leä vôùi ñoä tröôït s:
U
U.s
2Mt
st
^
^
^
^
'
3
3
I2 =
ꢀ
M ꢀ
s
,
'
M = .p.ψ m× Ir = .p.ψ m . Ir .sinδ
2
R2
'
⎛
⎞
2
2
R
2
2 s
Xnm
+
⎜
⎟
⎠
p: soá ñoâi cöïc
⎝
^
ψ m : vector töø thoâng xuyeân (moùc voøng) khe hôû xtator-rotor (cuõng laø TTQ)
=> Momen tæ leä doøng rotor
^
- Doøng ñieän khôûi ñoäng töø 5.. 7 laàn doøng ñònh möùc .
- M baèng khoâng ôû toác ñoä ñoàng boä,
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
- ñoäng cô haõm (töông öùng cheá ñoä maùy phaùt) khi toác ñoä lôùn hôn toác ñoä
xuaát hieän do caùc tính toaùn 3 pha.
ñoàng boä
- khoâng coù oån ñònh tónh vôùi taûi moâmen haèng soá khi s > s hay s < - s .
Khi phaân tích doøng xtator thaønh hai thaønh phaàn dq:
t
t
ψdm vaøψqm: töø thoâng moùc voøng cuûa khe hôû,
ids vaø iqs : doøng rotor trong heä toïa ñoä quay.
3
- Ñoä tröôït ôû momen ñònh möùc töø 3 .. 5 % => suït toác theo taûi khaù beù
M = p(ψdm.iqs −ψqm.ids)
2
khoâng phuï thuoäc phöông aùn ñieàu chænh toác ñoä.
ΔP = s.M.w
-
o
27/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
28/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
3. Ñieàu khieån taàn soá ñoäng cô khoâng ñoàng boä:
Khi ta giöõ hai vector töø thoâng vaø doøng rotor luoân thaúng goùc,bieåu
thöùc momen ñöôïc vieát laïi:
a. Caùc PP ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô KÑB:
- Ñieàu khieån naêng löôïng tröôït:
3
3
M = p(ψdm.iqs −ψqm.ids) = p.ψdm.iqs
ψqm.ids = 0
=>
<VIII.4.2>
2
2
- Khoâng thay ñoåi toác ñoä TTQ,
Neáu ta giöõ thoâng ψdm coù bieân ñoä khoâng ñoåi, vaø vì töø thoâng moùc voøng
ψdm do doøng ids taïo ra:
- thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô baèng caùch taêng suït toác (hay ñoä tröôït).
ΔP = M.s.w
-
taêng theo ñoä tröôït,
o
=> M =K.i .i <VIII.4.3>
ds qs
- ñoä tröôït s caàn phaûi beù hôn s => phaïm vi heïp.
t
=> bieåu thöùc momen M coù daïng nhö ôû ñoäng cô DC.
- Ñieàu khieån toác ñoä TTQ: nhieàu öu ñieåm
ÑAÂY LAØ CÔ SÔÛ CUÛA CAÙC THUAÄT TOAÙN ÑIEÀU KHIEÅN VEC TÔ HAY
TÖÏA TÖØ THOÂNG, laø caùc PP hieän ñaïi, cho pheùp ñoäng cô AC thay theá DC
trong caùc truyeàn ñoäng chaát löôïng cao.
- Thay ñoåi soá ñoâi cöïc p: öu: ñôn giaûn; nhöôïc: coù naác (thöôøng laø 2), ñoäng
cô coù kích thöôùc, troïng löôïng taêng cao.
- Ñieàu khieån taàn soá: ñieàu chænh voâ caáp, hieäu suaát cao, coù theå söû duïng
voøng hôû, chaát löôïng cao Æ raát cao khi ÑK vectô töø thoâng
ÑK taàn soá cuõng laø nguyeân lyù chung ñeå ÑK toác ñoä taát caû ñoäng cô AC
29/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
30/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
b. Bieán taàn ñieàu khieån ñoäng cô KÑB:
c. Caùc sô ñoà ñieàu khieån HT bieán taàn – ñoäng cô KÑB:
Coù hai nhoùm:
Löôùi
- Coù hai loaïi bieán taàn baùn daãn(thöôøng ñöôïc goïi laø INVERTER):
- Ñieàu khieån V/F
Ñaët U
L
Löôùi
Taûi
Taûi
Bieán taàn
(Nghòch löu)
- Ñieàu khieån tröïc tieáp momen hay ñieàu khieån
vector hay töïa töø thoâng.
NL
ND
Ñaët f
A
B
C
3
3
T1
T4
T2
T5
T3
T6
L
i
o
Ñieàu khieån V/F : Hai thoâng soá ñk: U vaø f
Taûi
L
Löôùi
- Nguyeân lyù cô baûn U / f = haèng soá
v
NL
NA
o
R
U/Uñm
C
Duøng boä taïo haøm
3
3
N
- chöùc naêng Torque boost
hay Load Compensation
- Bieán taàn tröïc tieáp (Cycloconverter)
(d)
(c)
(b)
- Bieán taàn coù trung gian moät chieàu:
Duøng nghòch löu nguoàn doøng (NLND)
Duøng nghòch löu nguoàn aùp (NLNA).
Baøi toaùn haïn cheá baûo hoøa töø ( B khoâng ñoåi)
U = k.S.B.N.f
Ñaëc tính U / f: theo lyù thuyeát (a), thöïc teá (b), khi
caàn momen lôùn (c) hay nhoû (d).
f
(a)
=> U/f = haèng soá : bieán taàn VF
31/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
32/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
+ Voøng toác ñoä thöïc teá:
Sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn coå ñieån (F/ V):
+
+
sai leäch toác ñoä sau khi
xöû lyù ñöôïc xem laø ñoä
tröôït s:
Bieán taàn: ñieàu khieån chænh löu + nghòch löu + truyeàn ñoäng ñcô KÑB
Ñaët w
rotor
s
ÑK s
ÑK taàn soá
Löôùi
a. Sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn
nguoàn aùp voøng hôû:
_
+
w
V
r
Buø suït
toác
- khi s beù momen tæ teä ñoä
tröôït, ngoû ra ÑK w
chính laø giaù trò momen
ñoäng cô
ÑK ñieän aùp
ÑK taàn soá
- Buø taûi (buø suït toác)
Phaûn hoài w
rotor
+
f
+
Bieán taàn
ÑK s laø boä hieäu chænh PI coù baûo hoøa
- taàn soá toái thieåu = 3 Hz
- haõm ñoäng naêng, haõm taùi sinh
Ñaët taàn
soá f *
caàn thieát phuø hôïp nguyeân lyù ñieàu khieån TÑÑ
b. Sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn
nguoàn aùp coù phaûn hoài toác ñoä:
Ñoäng cô
- Khi ÑK w coù daïng PI coù baûo hoøa, ñoä tröôït ñöôïc giôùi haïn, traùnh tröôøng hôïp
taàn soá ñaët taêng quaù cao.
+ Ñieàu khieån 2 voøng thoâng thöôøng:
- ñieàu khieån baèng sai
leäch toác ñoä, ÑK w
coù daïng PI.
V
ÑK ñieän aùp
f
+
+
ÑK w
ÑK I
ÑK taàn soá
- Phaûn hoài aâm doøng
Ñaët w
_
_
coù ngaét
Phaûn hoài w
Phaûn hoài doøng
ÑK ngaét doøng
33/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
34/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
VII.5 ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU KHOÂNG COÅ GOÙP
1. Nguyeân lyù hoaït ñoäng ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp:
Ñoäng cô Ñoàng boä 3 pha + boä nghòch löu ñoùng ngaét theo vò trí cuûa rotor
=> boä nghòch löu laøm nhieäm vuï cuûa coå goùp ñoäng cô moät chieàu
Sô ñoà ñieàu khieån vecto HT bieán taàn ñoäng cô KÑB:
Bieán taàn coù moñun tính toaùn thoâng soá hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô KÑB ñeå:
Coù doøng xtato sao cho:
vector töø thoâng vaø doøng rotor luoân thaúng goùc
M =K.i .i
ds qs
=>
vector töø thoâng vaø doøng rotor luoân thaúng goùc
VDC
C
Boä toång hôïp doøng ñieän hình sin ba pha
i
i
α
a
b
c
M ~ i
(α,β)
(d,q)
d
Boä nghòch
i
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
Nguyeân lyù ÑK vectô ñoäng cô KÑB coù duøng caûm bieán töø thoâng khe hôû
35/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
36/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
2. Sô ñoà ñieàu khieån:
Coù nhieàu daïng ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp:
Ñeå ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp, caàn caùc boä phaän sau:
- Boä nghòch löu ba pha duøng transistor hay SCR ôû coâng suaát raát lôùn.
- Ñoäng cô chaáp haønh xoay chieàu (AC servo motor) (thöôøng ñi keøm boä
ñieàu khieån - servo driver) coù momen raát lôùn.
- Ñoäng cô töø trôû ñoùng ngaét (Switched Reluctance Motor) coâng suaát beù
- Caûm bieán vò trí rotor (boä phaän naøy coù theå bò thay theá baèng vieäc quan
saùt aùp (doøng) qua cuoän daây.
- Maïch phaùt xung, xöû lyù tín hieäu vò trí rotor ñeå ñieàu khieån boä nghòch löu.
Sô ñoà phaùt xung ñieàu khieån BBÑ:
- In put: caûm bieán töø tröôøng ñaët giöõa cuoän
daây
- output: ñoùng ngaét sao cho doøng pha sôùm
90O töø tröôøng (cuøng pha aùp caûm öùng)
sô ñoà khoái caûm bieán töø tröôøng
duøng hieäu öùng Hall
- Ñoäng cô ñoàng boä kích töø nam chaâm vónh cöûu (Permanent Magnet
Synchronous Motor – PM Motor) duøng chung bieán taàn vôùi ñoäng cô KÑB
- Ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp coâng suaát raát lôùn (MW) duøng vôùi
nghòch löu SCR chuyeån maïch löôùi
37/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
38/38 ch7-8 ÑK ÑCô /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Quay thuaän:
Tr1 = (–H2) . H3
Tr4 = H2 . (–H3)
Quay ngöôïc:
Tr4 = (–H2) . H3
Tr1 = H2 . (–H3)
(a) Doøng baét ñaàu chaïy töø C qua A
(b) Doøng baét ñaàu chaïy töø C qua B
NGUYEÂN LYÙ ÑK ÑIEÄN AÙP (ñeå ÑK toác ñoä):
Ñieàu roäng xung nhoùm 1, 2, 3
Heä thoáng ñieàu khieån voøng kín:
- hoaøn toaøn gioáng nhö ôû ñoäng cô moät chieàu
- voøng doøng ñieän, toác ñoä, vò trí tính töø trong ra ngoaøi.
19 trang
20860
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 7: Điều khiển động cơ một chiều và xoay chiều dùng bán dẫn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_dien_tu_cong_suat_va_ung_dung_chuong_7_dieu_khien.pdf
