Bài giảng Cơ sở truyền động điện - Chương 4: Synchronous Motor

Chia sẻ: Cố Dạ Bạch | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở truyền động điện - Chương 4: Synchronous Motor. Chương này cung cấp cho sinh viên những nội dung gồm: giới thiệu chung; điều chỉnh vectơ động cơ đồng bộ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu; điều khiển động cơ ở vùng tốc độ cao; điều khiển động cơ tối ưu tỉ số moment truyền động điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở truyền động điện - Chương 4: Synchronous Motor

Môn học Chương 4: Synchronous Motor 2019.2
Nội dung chương 4 4.1 Giới thiệu chung 4.1.1 Cấu tạo và phân loại 4.1.2 Nguyên lý sinh mô men và đặc tính cơ của động cơ đồng bộ (ĐC ĐB) 4.2 Điều chỉnh vec tơ ĐC ĐB kích từ bằng nam châm vĩnh cửu 4.2.1 Nam châm bề mặt 4.2.2 Nam châm chìm 4.3 Điều khiển động cơ ở vùng tốc độ cao 4.4 Điều khiển động cơ tối ưu tỉ số moment TĐĐ Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 2
4.1 Giới thiệu chung Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 3
4.1 Cấu tạo và phân loại § Động cơ không đồng bộ có hiệu suất không cao do ngay cả khi không có tải vẫn phải tiêu thụ điện để sinh từ thông. § Động cơ đồng bộ (kích từ bằng nam châm vĩnh cửu), dòng điện chỉ được sử dụng để sinh momen, không cần sinh ra từ thông (do nam châm vĩnh cửu đảm nhiệm). Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 4
4.1 Cấu tạo và phân loại § Động cơ đồng bộ cũng có cấu tạo gồm hai phần ₋ Stator cấu tạo tương tự động cơ không đồng bộ ₋ Rotor dây quấn hoặc nam châm vĩnh cửu Stator: (A) dây quấn rải Rotor: (A) kiểu ngang trục (B) dây quấn tập trung (B) kiểu dọc trục Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 5
4.1.1 Phân loại § Động cơ đồng bộ cũng có cấu tạo gồm hai phần ₋ Stator cấu tạo tương tự động cơ không đồng bộ ₋ Rotor dây quấn hoặc nam châm vĩnh cửu (A) Dây quấn rải; (B) dây quấn tập trung Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 6
4.1.1 Phân loại § ĐC ĐB được phân loại căn cứ vào phương pháp kích từ: ₋ Kích từ bằng cuộn dây ₋ Kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (PMSM) • Nam châm bề mặt • Nam châm chìm Cấu tạo động cơ đồng bộ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu: (a) Nam châm bề mặt (SPM), (b) Nam châm chìm (IPM) Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 7
4.1.1 Phân loại § ĐC ĐB được phân loại căn cứ vào phương pháp kích từ: ₋ Kích từ bằng cuộn dây ₋ Kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (PMSM) • Nam châm bề mặt • Nam châm chìm (A) Nam châm bề mặt; (B) Nam châm chìm bố trí song song; (B) (C) Nam châm chìm kiểu vuông góc Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 8
4.1.1 Phân loại § ĐC ĐB được phân loại căn cứ vào phương pháp kích từ: ₋ Kích từ bằng cuộn dây ₋ Kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (PMSM) • Nam châm bề mặt • Nam châm chìm Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 9
4.1.2 Ứng dụng § Động cơ ĐB kích từ bằng cuộn dây có dải công suất lớn, tốc độ không cao, ứng dụng cho máy nghiền công suất lớn, kéo tàu, v.v… § Động cơ ĐB nam châm vĩnh cửu có dải công suất nhỏ, thường dùng cho cơ cấu truyền động có vùng điều chỉnh rộng, độ chính xác cao, tốc độ cao (đối với động cơ IPM) § Ứng dụng khác: bù động cos 𝜑 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 10
4.1.3 Đặc tính cơ 𝜔 Δ𝜔 = 0 𝜔! 𝑇"#$%& 𝑇'#( 𝑇 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 11
4.1.4 Nguyên lý sinh momen của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu § Khi stator được cấp điện áp 3 pha: 𝑉 = 𝑉 ! " 𝑉# 𝑉 $ § Dòng điện sinh ra trong stator 𝐼! tương tác với từ thông của rotor (sinh ra do nam châm vĩnh cửu) tạo ra momen quay làm quay động cơ với tốc độ 𝜔 = 𝜔! là tốc độ đồng bộ. § Do đó để điều khiển động cơ đồng bộ phải điều khiển điện áp 𝑉 và tần số 𝑓 tức là phải dùng biến tần và sử ! dụng phương pháp điều khiển tựa từ thông FOC (điều khiển vector). Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 12
4.1.4 Nguyên lý sinh momen của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu § Phương trình momen: 3 𝑇 = 𝑝 𝜓%& 𝑖'! + 𝐿( − 𝐿' 𝑖(! 𝑖'! = 𝑇) + 𝑇* 2 § Trong đó: • 𝑝 – số đôi cực • 𝑖&' , 𝑖(' – dòng điện theo trục 𝑞 • 𝜓)* – từ thông nam châm vĩnh cửu • 𝐿( – điện cảm dọc trục 𝑑 • 𝐿& – điện cảm dọc trục 𝑞 + § 𝑇) = 𝑝𝜓%& 𝑖'! là momen tương tác (giống DC motor) * + § 𝑇* = 𝑝 𝐿( − 𝐿' 𝑖(! 𝑖'! là momen từ trở * Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 13
4.1.4 Nguyên lý sinh momen của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu § Phương trình momen: 3 𝑇 = 𝑝 𝜓%& 𝑖'! + 𝐿( − 𝐿' 𝑖(! 𝑖'! = 𝑇) + 𝑇* 2 § Nếu 𝐿( = 𝐿' ⇒ 𝑇* = 0, đây là trường hợp động cơ SPM có rotor tròn đều (từ thông phân bố đều) Hỗ cảm của động cơ SPM Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 14
4.1.4 Nguyên lý sinh momen của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu § Phương trình momen: 3 𝑇 = 𝑝 𝜓!" 𝑖#$ + 𝐿% − 𝐿# 𝑖%$ 𝑖#$ = 𝑇& + 𝑇' 2 § Nếu 𝐿% ≠ 𝐿# ⇒ 𝑇 = 𝑇& + 𝑇' với 𝑇' ≠ 0, trường hợp động cơ IPM, rotor có cực từ phân bố không đều, đường sức từ đi qua sắt từ và nam châm. § Với động cơ IPM, thực chất 𝐿% < 𝐿# (do 𝜇!" < 𝜇() ) hay 𝐿% − 𝐿# < 0, do đó 𝑇 giảm do 𝑇' < 0 Điện cảm của động cơ IPM Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 15
4.1.4 Nguyên lý sinh momen của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu § Với SPM, có thể cho 𝑖( = 0 (𝑖( chỉ có trong 𝑇* , nhưng luôn có 𝑇* = 0), do đó với cùng công suất như động cơ KĐB (IM) thì SPM cần ít dòng điện hơn và vì vậy có kích thước nhỏ hơn. § Với IPM, nếu cấp dòng 𝑖( < 0 ⇒ 𝑇* > 0, ta có 𝑇 tăng, hay IPM khỏe hơn SPM có cùng kích thước. Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 16
4.2 Điều chỉnh vec tơ ĐC ĐB kích từ bằng nam châm vĩnh cửu § Động cơ ĐB nam châm bề mặt (SPM) § Động cơ ĐB nam châm chìm (IPM) Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 17
4.2.1 Động cơ ĐB nam châm bề mặt (SPM) § Động cơ nam châm vĩnh cửu bề mặt (NCVCBM) (Permanent Magnet Synchronous Motor – PMSM) § Phương trình momen của động cơ PMSM có dạng như sau: 3 𝑇 = 𝑝𝜓%& 𝑖'! 2 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 18
4.2.1 Động cơ ĐB nam châm bề mặt (SPM) - Nguyên lý điều khiển 𝑖∗𝑑 + 𝑉𝑑 𝑉𝑎∗ 𝑅𝑖 dq - 𝑉∗ M 𝑏 𝑖𝑑 PWM Load 𝜔∗ + 𝑖∗ 𝑞 𝑉𝑞 + 𝑉𝑐∗ 𝑅𝜔 𝑅𝑖 abc - - 𝑖𝑞 #𝑠 𝜃 Encoder 𝑖𝑑 𝑖𝑎 output dq 𝑖𝑞 𝑖 𝑏 𝑖 𝑐 abc #𝑠 𝜃 Signal & 𝜔 Processing § Bao gồm: • 2 nhánh dq • 2 vòng điều khiển tầng (dòng điện & tốc độ) § Điều khiển theo nguyên lý vector (FOC) Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 19
4.2.1 Động cơ ĐB nam châm bề mặt (SPM) - Nguyên lý điều khiển 𝑖∗𝑑 + 𝑉𝑑 𝑉𝑎∗ 𝑅𝑖 dq - 𝑉∗ M 𝑏 𝑖𝑑 PWM Load 𝜔∗ + 𝑖∗ 𝑞 𝑉𝑞 + 𝑉𝑐∗ 𝑅𝜔 𝑅𝑖 abc - - 𝑖𝑞 #𝑠 𝜃 Encoder 𝑖𝑑 𝑖𝑎 output dq 𝑖𝑞 𝑖 𝑏 𝑖 𝑐 abc #𝑠 𝜃 Signal & 𝜔 Processing § So với động cơ điện KĐB (IM), nguyên lý điều khiển động cơ NCVCBM (SPM) cũng dựa trên nguyên lý điều khiển vector, và cũng có 2 mạch vòng. § Điểm khác nhau là: ₋ Vị trí góc của động cơ NCVCBM được đo bằng sensor (encoder, tachometer, resolver) ∗ ₋ 𝑖! = 0, động cơ được điều khiển ở vùng dưới tốc độ cơ bản Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 20