DC Drives: Bài giảng Cơ sở truyền động điện

Fundamental of Electric Drives

Chapter 2: DC Drives

Nhóm Truyền động điện Bộ môn Tự động hóa Công nghiệp – Viện Điện

2019.2

Nội dung chương 2

2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 2.2 Sơ đồ tương đương, phương trình 2.3 Đặc tính cơ và các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ 2.4 Mở máy, khởi động động cơ 2.5 Hãm các chế độ hãm 2.6 Các phương pháp điều khiển tốc độ 2.7 Hệ thống truyền động máy phát động cơ – FĐ 2.8 Hệ thống Chỉnh lưu điều khiển – ĐC KTĐL 2.9 Hệ thống Xung áp - ĐC KTĐL 2.10 Nâng cao chất lượng điều khiển truyền động điện và cấu trúc điều khiển hai mạch vòng (Tự động điều khiển động cơ điện 1 chiều)

2 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Cấu tạo động cơ điện một chiều

Chổi than

Cổ góp

Phần ứng

Vòng bi

§ Chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ

§ Hai thành phần cấu tạo

chính:

₋ Phần kích từ (đặt trên

stator)

Khung động cơ

• Nam châm vĩnh cửu hoặc • Dây quấn quấn quanh lõi

Lõi sắt kích từ

Trục

sắt ₋ Phần ứng

Dây quấn kích từ

• Dây quấn đặt trên rotor

3 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Cấu tạo động cơ điện một chiều

4 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Phân loại

§ Permanent magnet DC motor § Wound field DC motor

5 Hanoi University of Science and Technology © HDC 2019.1

Phân loại

§ The motors are classified depending upon the type of

connection between the armature and the field.

6 Hanoi University of Science and Technology © HDC 2019.1

Nguyên lý hoạt động

§ Lực điện từ 𝑓 [𝑁] (lực Lorentz) sinh ra trên thanh dẫn mang điện: 𝑓 = 𝐵𝑙𝑖

§ Sức điện động, e [V] trong thanh

dẫn

𝑒 = 𝐵𝑙𝑢

7 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Nguyên lý hoạt động

8 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Nguyên lý hoạt động

§ Stator sinh ra từ trường 𝐵![T] đều § Cuộn dây trên rotor có

₋ 𝑁 vòng ₋ bán kính 𝑟[m] ₋ chiều dài 𝑙[𝑚] ₋ số nhánh song song là 𝑎 ₋ số cặp cực từ là 𝑝

§ Momen:

𝜙𝐼# = 𝐾𝜙𝐼#

N2𝑝 𝑇" = 𝜋𝑎 § Sức điện động:

𝜙𝜔 = 𝐾𝜙𝜔

𝐸# =

𝑁2𝑝 𝜋𝑎

9 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.2 Sơ đồ tương đương của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

𝐿#

𝑖#

𝑅#

𝑅$

𝐿$

𝑣#

𝑒#

𝑖$

𝑣$

Phần kích từ

Phần ứng

10 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Sơ đồ tương đương của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

𝑇& − 𝑇’

$ %

§ Ở chế độ quá độ: !" !# 𝑒( = 𝐾𝜙𝜔 𝑣( = 𝑒( + 𝑖(𝑅( + 𝐿(

!)! !#

§ Ở chế độ xác lập:

𝑇 = 𝐾𝜙𝐼( = 𝐾*𝜔 𝐸( = 𝐾𝜙𝜔 = 𝐾+𝜔 𝐾* = 𝐾+ 𝑉( = 𝐸( + 𝑅(𝐼(

11 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Sơ đồ tương đương của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Sơ đồ khối mô hình hóa động cơ một chiều

12 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.3 Đặc tính cơ và các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ

𝜔

§ Phương trình đặc tính cơ điện:

Current-speed characteristic

𝜔 =

−

𝐼!

[𝑟𝑎𝑑/𝑠] 𝜔!, 0 𝜔"#$%&

𝑉! 𝐾𝜙

𝑅! 𝐾𝜙

§ Phương trình đặc tính cơ

𝜔 =

−

𝑉! 𝐾𝜙

𝑅! 𝐾𝜙 " 𝑇#

𝑇

𝐼[𝐴]

Torque vs. Current

𝐼"#$%& Torque-speed characteristic

𝑇"#$%&

Δ𝜔

𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠] 𝜔!, 0 𝜔"#$%&

𝐼"#$%&

𝐼

𝑇"#$%&

𝑇 [𝑁. 𝑚]

13 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.3 Đặc tính cơ và các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ

𝜔

§ Phương trình đặc tính cơ điện:

Current-speed characteristic

𝜔 =

−

𝐼"

[𝑟𝑎𝑑/𝑠] 𝜔!, 0 𝜔"#$%&

𝑉" 𝐾𝜙

𝑅" 𝐾𝜙

§ Phương trình đặc tính cơ

𝜔 =

−

𝑉" 𝐾𝜙

𝑅" 𝐾𝜙 # 𝑇$

𝐼[𝐴]

§ Phương trình đặc tính cơ

𝐼"#$%& Torque-speed characteristic

𝜔

𝑇$ =

𝑉" −

Δ𝜔

𝐾𝜙 𝑅"

𝐾𝜙 # 𝑅"

𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠] 𝜔!, 0 𝜔"#$%&

§ Độ cứng đặc tính cơ:

𝛽 =

= −

𝑑𝑇 𝑑𝜔

𝐾𝜙%"&$’ 𝑅"

𝑇"#$%&

𝑇 [𝑁. 𝑚] 14

Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Đặc tính cơ và các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ

§ Phương trình đặc tính cơ

𝑅" + 𝑅"’(

tốc độ không tải lý tưởng

𝜔 =

−

𝑉" 𝐾𝜙

𝐾𝜙 # 𝑇$

§ 𝐼" = 0 hoặc 𝑇 = 0: *( 𝜔) = +6 § Khi 𝜔 = 0:

và

𝐼" = 𝐼,&"%& =

𝑅"’( điện trở phụ mạch phần ứng Giả thiết 𝜙 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, phương trình tuyến tính

*( -(.-()* 𝑇,&"%& = 𝐾𝜙𝐼,&"%&

𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠]

𝜔!, 0 𝜔"#$%&

𝐼"#$%&

𝐼’$#"$

𝐼 [𝐴]

𝑇"#$%&

𝑇 [𝑁. 𝑚]

𝑇’$#"$ Torque-speed characteristic

Current-speed characteristic

15 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Ảnh hưởng của điện trở phần ứng

𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠]

§ Giả thiết: 𝑉( = 𝑉,(#&! và 𝜙 = 𝜙,(#&! § Tốc độ không tải lý tưởng:

𝜔!

𝑇𝑁

𝜔- =

𝑉,(#&! 𝐾𝜙./012 § Độ cứng đặc tính cơ:

𝑅#&,- 𝑅#&,. 𝑅#&,/ 𝑅#&,0

𝑇+

𝑇

𝛽 =

= −

𝑑𝑇 𝑑𝜔

𝐾𝜙,(#&! 𝑅( + 𝑅(!4

§ Ứng với 𝑅(!4 = 0, đặc tính cơ

tự nhiên

Torque-speed characteristic

§ 𝑅(!4 lớn thì 𝛽 càng nhỏ

16 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Ảnh hưởng của điện áp phần ứng

𝑉#_"#$%& > 𝑉#- > 𝑉#. > 𝑉#/ > 𝑉#0

§ Giả thiết: 𝜙 = 𝜙34567 và 𝑅478 = 0 § Tốc độ không tải lý tưởng:

𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠] 𝜔! 𝜔!- 𝜔!.

𝑉"#$%& 𝑉#- 𝑉#.

𝜔9: =

𝜔!/ 𝜔!0

𝑉#/

𝑉: 𝐾𝜙;<=>? § Độ cứng đặc tính cơ:

𝑇

𝑉#0

𝑇+

𝛽 = −

= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

Torque-speed characteristic

𝐾𝜙34567 𝑅4 § Giảm 𝑉: ⇒ 𝜔9: giảm theo

17 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Ảnh hưởng của từ thông

𝜙"#$%& > 𝜙- > 𝜙.

𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠]

§ Giả thiết 𝑉! = 𝑉$!%#&và 𝑅!&’ = 0: § Thay đổi từ thông 𝜙 bằng cách thay

đổi 𝐼(

𝜔!. 𝜔!-

§ Tốc độ không tải lý tưởng:

𝜙.

𝜔!

𝜙-

𝜔)* =

𝜙"#$%&

𝑉$!%#& 𝐾𝜙*

𝑇’$#"$

𝑇

𝑇’.

𝑇’-

§ Giảm 𝜙* ⇒ 𝜔)* tăng § Độ cứng đặc tính cơ:

𝜙"#$%& > 𝜙- > 𝜙.

𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠]

𝛽 = −

𝜙.

𝜔!. 𝜔!-

𝜙-

= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

𝜔!

𝐾𝜙* 𝑅! § Giảm 𝜙* ⇒ 𝛽 giảm theo ,!"#$% -"

𝜙"#$%&

§ 𝐼+%!$% = § 𝑇+%!$% = 𝐾𝜙*𝐼+%!$%

𝐼

𝐼’$#"$

18 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.4 Mở máy, khởi động động cơ

§ Khi bắt đầu mở máy:

𝜔 = 0 ⇒ 𝐸4 = 0

§ Toàn bộ điện áp nguồn cấp rơi trên điện trở phần ứng:

𝑉4 = 𝑅4𝐼4 ⇒ 𝐼4 =

𝑉4 𝑅4

§ 𝑅4 thường rất nhỏ ⇒ 𝐼4 rất lớn: 𝐼I5435 = 10 ÷ 25 𝐼34567

19 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Ví dụ

KLM N

≈ 1156[𝐴]

§ 𝑉4 = 815 [𝑉]; 𝑅4 = 705 mΩ ; 𝐼4J = 86[𝐴] ⇒ 𝐼4!"#$" =

9.P9M Q

§ Cần hạn chế dòng khởi động bằng cách:

₋ Giảm điện áp phần ứng (khi có bộ biến đổi công suất) ₋ Mắc thêm điện trở phụ

20 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Mở máy, khởi động động cơ bằng điện trở phụ

§ Khi mở máy điện trở phụ được lắp thêm vào mạch phần ứng § Động cơ bắt đầu quay thì cắt dần điện trở phụ

21 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Mở máy, khởi động động cơ bằng điện trở phụ

§ Khi mở máy điện trở phụ được lắp thêm vào mạch phần ứng § Động cơ bắt đầu quay thì cắt dần điện trở phụ § Giá trị điện trở phụ được chọn để thỏa mãn:

₋ Khi 𝜔 = 0 thì 𝐼,&"%& ≤ 2.5𝐼%"&$’ ₋ 𝐼,&"%& không nên quá nhỏ vì 𝑇,&"%& nhỏ so với 𝑇/

22 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Xác định điện trở phụ khởi động

§ Vẽ đặc tính cơ tự nhiên § Chọn

₋ 𝐼; ≤ 2 ÷ 2.5 𝐼<#="> ₋ 𝐼? ≥ 1.1 ÷ 1.3 𝐼<#=">

§ Tính:

𝐴

𝑖

𝑎

₋ 𝑅,&0 =

𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠] 𝜔!

1234531243 1243

Δ𝜔67

𝑅" =

𝑅"

₋ 𝑅,&0 =

𝑅" 5’ 45

Δ𝜔76

𝑐 𝑒

𝑏 𝑑

’6

𝜔2

𝑓

₋ 𝑅,&# =

4’ 3 45 45 𝑅"

𝑔

45 68

₋ 𝑅,&7 =

𝑅"

ℎ

𝐼

𝐼.

𝐼+

23 𝐼-

23 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Ví dụ quá trình khởi động động cơ

§ DC Motor ratings:

§ Without starting resistors:

= 400[𝐴]

§ 𝐼! =

".) ).0

𝑉! = 240 V , 𝐼! = 16.2 A , 𝜔 = 1220 rpm , 𝑃 = 5 HP = 3731 [W]

𝑅! = 0.6 Ohm , 𝐿! = 0.012 [H] 𝑅( = 240 Ohm , 𝐿( = 120 [H]

𝐿#

𝑅#

𝑖#

𝑅!=; 𝑅!=? 𝑅!=G

𝐿$

𝑅$

𝑣#

𝑒#

𝑖$

𝑣$

24 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Mở máy, khởi động động cơ bằng điện trở phụ

§ Momen tải

𝑇f = 𝐵f𝜔

Where 𝐵f = 0.2287 § Điện trở phụ:

𝑅I5L = 3.66 [Ohm] 𝑅I5@ = 1.64 [Ohm] 𝑅I5g = 0.74 [Ohm] § Thời điểm cắt điện trở:

2.8 s, 4.8 s, 6.8 s

25 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.5 Hãm các chế độ hãm

§ Hãm động cơ: dừng đột ngột hoặc/và đảo chiều thực hiện

bằng cách:

₋ Sử dụng lực cơ học (phanh cơ học) ₋ Điều khiển mạch điện kết nối (phanh điện)

§ Các phương pháp hãm:

₋ Hãm tái sinh (Regenerative braking) ₋ Hãm động năng (Dynamic or rheostatic braking) ₋ Hãm ngược (Counter current braking)

26 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Hãm tái sinh

𝑅

< 0

§ Điều kiện: 𝑉4 < 𝐸4 N#jk# § 𝐼h34i6 = 𝐼h = l#

𝑉#

𝐸#

𝐼8

mno%jmno l# ⇒ 𝑇h34i6 = 𝑇h = 𝐾𝜙𝐼h34i6 < 0 § 𝑃6p6q53rq4p = 𝑃s6qt4urq4p − Δ𝑃

−

§ 𝜔 =

𝑃6 < 0 ; 𝑃s > 0 l N# in

in & 𝑇h

§ Quá trình hãm thường áp dụng giảm điện áp phần ứng

hoặc thêm điện trở phụ 𝑅 = 𝑅4 + 𝑅478

27 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Hãm tái sinh

§ Hãm tái sinh do thế năng

₋ Cơ cấu nâng hạ ₋ Truyền động kéo tàu

𝐼’

𝑇" 𝜔!

𝑉%

𝑇!

𝑇#$%&$

𝑇 𝑇!

𝑇"

𝑇! 𝑇!

28 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Hãm tái sinh

§ Hãm tái sinh do động năng

₋ Giảm đột ngột điện áp cấp cho động cơ ₋ Động năng dư 𝑇I =

𝜔<

? ? − 𝜔#;

J ?

> 𝑉#/

> 𝑉#.

𝑉"#$%& > 𝑉#-

Breaking

𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠] 𝜔! 𝜔"

𝑉"#$%&

𝜔#-

𝑉#-

𝜔#.

𝑉#.

𝑇

𝑇+

𝑉#/

Regenerative braking torque-speed characteristics of a separately excited dc motor

29 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Hãm động năng

§ 𝑃s6qt4urq4p = Δ𝑃 § Hãm động năng kích từ độc lập § Hãm động năng tự kích từ

30 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Hãm động năng kích từ độc lập

§ Cắt điện áp phần ứng khỏi nguồn và đóng vào một điện

trở hãm

< 0

L% M&NM’

O6P’% M&NM’

𝑅8- > 𝑅8.

• 𝑉# = 0; 𝑃" = 𝑉#𝐼 = 0 • 𝐼IK = − = − ⇒ 𝑇IK = 𝐾𝜙𝐼IK < 0 • 𝜔 = −

M&NM’ O6 ( 𝑇

𝑅8-

𝑉9

Field

𝑅8.

winding 𝑅9

𝑇

𝑇8-

𝑇+

𝑇8.

𝐼9

𝜔+.

𝜔+-

𝐼8

𝑅8

Hanoi University of Science and Technology

Hãm động năng tự kích từ

§ Cắt điện áp phần ứng và phần kích từ khỏi nguồn và đóng vào một

điện trở hãm

§ 𝑉# = 0; 𝑉$ = 0; 𝑃" = 𝑉#𝐼 = 0

§ 𝐼IK = −𝐸K/ 𝑅# + 𝑅$.

= − 𝑘𝜙𝜔IK / 𝑅# + 𝑅$.

M’ M)NM’

M&NM).

⇒ 𝑇IK = 𝑘𝜙𝐼IK < 0 *’ *)+*’

𝑅8-

§ 𝜔 = −

⋅ 𝑇

O6 (

𝑅8.

Field winding

𝐼9 𝐼9

𝑇8- 𝑇8.

𝑇

𝐼8

𝑅8

𝜔. 𝜔- © DIA 2019.2

32 Hanoi University of Science and Technology

Hãm ngược

§ Hãm ngược thực hiện bằng cách đảo chiều động cơ đột ngột (đảo chiều điện áp phần ứng hoặc phần kích từ) hoặc đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng

§ 𝑃6p6q53rq4p + 𝑃s6qt4urq4p = Δ𝑃

33 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Hãm ngược

§ Hãm ngược do thế năng

;

₋ Thêm điện trở phần ứng phù hợp 𝐼I =

𝑇I = 𝐾𝜙𝐼I

Q&NO6P M&NM&,-

𝑅 = 𝑅# + 𝑅#&,

𝑇+

l#vl#’(

𝑇

𝑉%

Q&NL& M&NM&,- § 𝑃6 = 𝑉4𝐼 > 0 § 𝑃s = 𝐸. 𝐼 > 0 ⇒ Δ𝑃 = 𝑃6 + 𝑃s tiêu tán trên 𝑅4 và điện trở phụ § 𝜔 = in & 𝑇h −

N# in

𝑉

𝑇

𝑇!

𝜔!

34 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Hãm ngược

§ Hãm ngược do động năng:

TQ&TL& M&

;

𝑇I = 𝐾𝜙𝐼I

TQ&TL& M&NM’

₋ Đảo chiều điện áp phần ứng: 𝐼I = ₋ Đưa thêm điện trở phụ để hạn chế 𝐼I: 𝐼I = 𝐼IK ≤ 2 ÷ 2.5 𝐼<#=">

𝑉

𝑉%

𝑇!

𝑇

𝑇!

§ 𝑃6 = 𝑉4𝐼4 > 0 § 𝑃s = 𝐸4𝐼4 > 0 ⇒ Δ𝑃 = 𝑃6 + 𝑃s tiêu tán trên 𝑅4 và điện trở phụ

§ 𝜔 = −

−

N# in

l#vl) in & 𝑇h

𝜔!

35 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.6 Các phương pháp điều khiển tốc độ

3-phase power supply

Coupling

𝑇%

pulse

𝑢:

Set point

Controller

Load

Motor

Pulse width modulation

Power Converter

Reference

𝜔%

𝑇+ 𝜔+

𝜔

𝑖 Feedback signal

§ Khái niệm: điều chỉnh tốc độ động cơ bám theo một giá trị đặt mong muốn (do

yêu cầu của máy sản xuất)

§ Phân loại:

₋ Cơ khí: 𝜔& = const, thay đổi tỉ số truyền 𝑖 ở cơ cấu truyền lực (coupling) để thay đổi 𝜔’ ₋ Điện: 𝜔& thay đổi, 𝑖 = const ₋ Cơ điện: kết hợp thay đổi cả 𝜔& và 𝑖

§ Phân biệt điều chỉnh tốc độ và tự thay đổi vận tốc

36 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.6.1 Một số chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ ĐC KTĐL § Phạm vi điều chỉnh tốc độ:

𝐷 =

𝜔5(6 A 𝜔5)7 89!:;<

§ Độ trơn:

𝜑 =

tốc độ cấp 𝑖 tốc độ cấp 𝑖 − 1

𝜔) 𝜔)9$

§ Sai số điều chỉnh:

𝛿𝜔% =

×100%

𝜔- − 𝜔,(#&! 𝜔-

§ Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính phụ tải § Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh 𝜂 =

:A :;

:=>: :?@

§ Độ tin cậy và kinh tế

37 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Khái quát về điều chỉnh tốc độ ĐC KTĐL

§ Phương trình cơ điện:

𝜔 =

−

𝐼

𝑅4 + 𝑅478 𝐾𝜙

𝑉4 𝐾𝜙 § Phương pháp điều chỉnh:

₋ Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng ₋ Điện áp cấp cho mạch kích từ (điều chỉnh từ thông) ₋ Điều chỉnh điện trở phần ứng

§ Bộ biến đổi:

₋ Máy phát điện – động cơ ₋ Chỉnh lưu Thyristor (Phase-controlled rectifier) ₋ Băm xung áp (Choper)

38 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.6.2 Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng § Nguyên lý chung:

₋ Giữ từ thông kích từ ở giá trị

định mức 𝜙 = 𝜙%"&$’

𝑢:

₋ Điều chỉnh điện áp phần ứng

Power Converter

𝑉" trong dải 0 ÷ 𝑉%"&$’ § Phương trình đặc tính:

§ Sơ đồ thay thế:

𝜔 =

𝐼

−

𝐼

−

;! <=9!:;< +B <=9!:;<

𝐸:

𝑉#

>! <=9!:;< >!?>B <=9!:;< và

§ 𝜔- =

+B <=9!:;<

§ Δ𝜔 = −

𝐼

>!?>B <=9!:;<

§ 𝑅@ là điện trở trong của bộ

biến đổi

𝑅% 𝑅(

39 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng

§ Điều kiện khởi động: 𝑇!=#<= = 𝑘𝑇<#="> § 𝜔 = 0: 0 =

−

𝐼

L/012 O63&45,

M&NM/ O63&45,

⇒ 𝐸VWXY =

𝑉#_"#$%& > 𝑉#- > 𝑉#. > 𝑉#/ > 𝑉#0

Z[3&45, M&NM/ O63&45,

Có 𝐾𝜙<#="> =

𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠] 𝜔! 𝜔!- 𝜔!.

⇒ 𝐸CD4E =

𝑉"#$%& 𝑉#- 𝑉#.

Q3&45,TM&\3&45, P3&45, 𝑘𝑇%"&$’ 𝑅" + 𝑅C 𝜔%"&$’ 𝑉%"&$’ − 𝑅"𝐼%"&$’

𝜔!/ 𝜔!0

𝑉#/

𝑇

𝑉#0

𝑇+

§ 𝜔 = 𝜔<#="> thì: 𝐸C;(<=) = 𝑉";(<=) + 𝐼%"&$’𝑅C > 𝑉";(<=)

40 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng

§ Đặc điểm:

§ Vùng điều chỉnh:

₋ 𝜔1!* = 𝜔)1!* −

₋ 𝑉1!* = 𝑉$!%#& nên 𝜔 < 𝜔$!%#& → Điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản

₋ Dải điều chỉnh: 𝐷 =

₋ 𝜔145 = 𝜔)145 −

6!"#$% 6()*

2!"#$% 3 2!"#$% 3

41 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng

§ Momen tải cho phép:

𝑇fs4: = 𝐾𝜙34567𝐼34567 = 𝑇34567 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

§ Tổn hao năng lượng chính là tổn hao mạch phần ứng

𝐼4𝐸q = 𝐼4𝐸4 + 𝐼4

@(𝑅q + 𝑅4)

𝜔

§ Hiệu suất: 𝜂4 =

@𝑅

𝑃yz5 𝑃ru

𝐼4𝐸4 𝐼4𝐸4 + 𝐼4

𝜔 +

𝑇𝑅 𝐾𝜙34567

Với 𝑅 = 𝑅q + 𝑅4 § Ứng dụng: băng tải, máy ăn dao, máy cắt, lò quay

42 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.6.3 Điện áp cấp cho mạch kích từ (điều chỉnh từ thông 𝝓)

𝐼#

§ Nguyên lý chung:

𝑖9

𝑅9

𝑢:>

𝐸#

𝑒9

₋ Giữ điện áp phần ứng 𝑉# = 𝑉#3&45, hay 𝐸V = 𝐸V<#="> ₋ Điều chỉnh giảm dòng điện

𝑊9

kích từ 𝑖$

§ Từ thông kích từ 𝜙 (coi

𝜙 ≈ 𝑐𝑖{) thay đổi trong dải 𝜙sru ÷ 𝜙34567

§ 𝑇 = 𝐾𝜙𝐼4 suy giảm

§ 𝜔 =

−

N# in

l# in & 𝑇f

43 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.6.3 Điện áp cấp cho mạch kích từ (điều chỉnh từ thông 𝝓)

§ Phương pháp điều chỉnh trên vận

tốc cơ bản: 𝜔 < 𝜔<#="> =

§ 𝐷 =

?÷G ×P3&45, P3&45,

P0&6 P3&45,

§ Đặc tính tải:

𝑇‘/) = 𝐾𝜙𝐼<#=">

𝐼<#=">

𝐸V − 𝑅# + 𝑅V 𝐼<#="> 𝜔

1 𝜔

§ Công suất không đổi:

𝑃V$~𝑇V$. 𝜔 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 = 𝑃<#=">

§ Ứng dụng cho các máy sản xuất có momen tỉ lệ nghịch với tốc độ

44 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.6.4 Điều chỉnh kết hợp điện áp và từ thông (điều chỉnh hai vùng)

§ Khi 𝜔 ≤ 𝜔34567: sử dụng phương pháp điều chỉnh điện

áp phần ứng 𝑉4 ≤ 𝑉34567 trong đó

₋ 𝜙 = 𝜙<#="> ₋ Momen cho phép 𝑇V$ không đổi

§ Khi 𝜔 > 𝜔34567: sử dụng phương pháp điều chỉnh từ

thông kích từ 𝜙 (𝜙sru ≤ 𝜙 ≤ 𝜙34567) trong đó

₋ 𝑉# ≤ 𝑉<#="> ₋ có momen 𝑇V$ tỉ lệ nghịch với tốc độ, ₋ công suất 𝑃V$ không đổi

§ Dải điều chỉnh:

𝐷 =

⋅

= 𝐷n. 𝐷|

𝜔s4: 𝜔sru

𝜔s4: 𝜔34567

𝜔34567 𝜔sru

45 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.6.4 Điều chỉnh kết hợp điện áp và từ thông (điều chỉnh hai vùng)

46 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.7 Hệ thống truyền động máy phát động cơ – FĐ

§ Hệ FĐ do Harry Ward Leonard giới thiệu năm 1891 § Hệ bao gồm

₋ Động cơ sơ cấp 𝑀? (1 chiều hoặc không đồng bộ 3 pha) ₋ Máy phát điện 1 chiều 𝐺 ₋ Động cơ điện DC 𝑀; cần điều khiển tốc độ

47 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.7 Hệ thống truyền động máy phát động cơ (FĐ) – Nguyên lý

§ Sức điện động của máy phát:

₋ 𝐸F = 𝐾F𝜙F𝜔F = 𝐾F𝜔F𝐶𝑖F6 𝐾F - hệ số kết cấu máy phát

𝐶 = Δ𝜙F/Δ𝑖6Fhệ số góc của đặc tính từ hóa

§ Dòng kích từ máy phát:

₋

𝑖6F = 𝑉6F/𝑅6F

𝑉6F - điện áp kích từ máy phát

⇒ 𝐸A = 𝐾A𝑉BA với 𝐾A =

CG"HD >GH

𝑉)* 𝑉)+

48 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.7 Hệ thống truyền động máy phát động cơ (FĐ) – Nguyên lý

§ 𝑉7 = 𝐸7 − 𝑅!7𝐼! = 𝑉8 = 𝐸8 +

𝑅!8𝐼! = 𝐾𝜙𝜔 + 𝑅!8𝐼!

§ Đặt 𝑅 = 𝑅!7 + 𝑅!8 thì tốc độ động cơ:

𝜔 =

𝑉(7 −

𝐾7 𝐾𝜙

𝑅𝐼! 𝐾𝜙

§ Hay

𝜔 =

𝑉(7 −

𝐾7 𝐾𝜙

= 𝜔) 𝑉(7, 𝑉(8 −

𝑅 𝐾𝜙 " 𝑇 𝑇 𝛽 𝑉(8

§ Tốc độ động cơ 𝑀 được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh điện áp kích từ của máy phát

𝑉)* 𝑉)+

49 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.7 Hệ thống truyền động máy phát động cơ (FĐ) – Các chế độ làm việc

§ Hệ FĐ có các đặc tính cơ điền

𝐸* 𝐸*

đầy cả bốn góc phần tư của mặt phẳng tọa độ 𝜔, 𝑇 § Ở góc phần tư I và III: 𝑃(cid:128) = 𝐸(cid:128). 𝐼 > 0 𝑃6 = 𝐸. 𝐼 < 0 𝑃s = 𝑇. 𝜔 > 0

𝑇

§ 𝐸(cid:128) > 𝐸, 𝜔q > 𝜔 § Năng lượng được vận chuyển thuận chiều từ nguồn → máy phát → động cơ → tải

𝐸* 𝐸*

50 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.7 Hệ thống truyền động máy phát động cơ (FĐ) – Các chế độ làm việc

§ Vùng hãm tái sinh ở góc phần tư II và IV, do

𝜔 > 𝜔) nên 𝐸 > 𝐸7 , công suất:

𝑃7 = 𝐸7. 𝐼 < 0 𝑃# = 𝐸. 𝐼 > 0 𝑃1 = 𝑇. 𝜔 < 0

§ Vùng hãm ngược có biểu thức tính công suất: 𝑃7 = 𝐸(. 𝐼 > 0 𝑃# = 𝐸. 𝐼 > 0 𝑃1 = 𝑇. 𝜔 < 0

𝐸* 𝐸*

§ Hai nguồn sđ đ 𝐸 và 𝐸7 cùng chiều và cùng cung cấp cho điện trở mạch phần ứng tạo nhiệt năng tiêu tán trên đó.

𝐸* 𝐸*

51 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.7 Hệ thống truyền động máy phát động cơ (FĐ) – Nhận xét chung

§ Ưu điểm:

• Chuyển đổi trạng thái linh hoạt • Khả năng làm việc quá tải lớn • Không sinh ra sóng hài dòng điện (harmonics

currents)

• Thường dùng ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ, máy cán thép (máy công suất rất lớn, in the multi-kiloWatt range)

§ Nhược điểm:

• Hệ thống rất cồng kềnh • Công suất lắp đặt máy ít nhất bằng ba lần công

suất động cơ chấp hành

• Khó điều chỉnh sâu tốc độ do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hóa có trễ

• Dùng nhiều máy điện quay, gây ồn lớn, đòi hỏi chi phí vận hành và bảo dưỡng cao nên hiện nay hầu như không còn được sử dụng

52 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8 Hệ thống Chỉnh lưu điều khiển – ĐC KTĐL (T- Đ)

§ Sử dụng bộ biến đổi là các mạch chỉnh lưu có sđđ 𝐸7 phụ thuộc giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển), biến đổi từ nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều cấp cho động cơ.

§ Các van chỉnh lưu thường là các van Thyristor, bộ biến

đổi thường có cấu trúc:

₋ 1 pha hoặc 3 pha ₋ Hình tia hoặc hình cầu, đối xứng hoặc không đối xứng

§ Bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ

₋ chỉnh lưu → chế độ động cơ ₋ nghịch lưu phụ thuộc → hãm tái sinh

53 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Các bộ biến đổi hệ T-Đ

Circuit

Type

Power range

Ripple Frequency

Quadrant Operation

< 0.5 kW

𝑓’

Hafl-wave single phase

≤ 50 kW

3𝑓’

Half-wave three phase

≤ 15 kW

2𝑓’

Semiconverter single phase

54 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Các bộ biến đổi hệ T-Đ

Circuit

Type

Power range

Ripple Frequency

Quadrant Operation

< 100 kW

3𝑓’

Semiconver ter three phase

≤ 15 kW

2𝑓’

Full converter single phase

≤ 1500 kW

2𝑓’

Full converter three phase

55 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Các bộ biến đổi hệ T-Đ

Circuit

Type

Power range

Ripple Freq.

Quadrant Operation

≤ 15 kW

2𝑓’

Dual converter Single phase

≤ 1500 kW 6𝑓’

Dual converter three phase

56 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.1 Nhóm sơ đồ bán điều khiển

1 + cos 𝛼

§ 𝑉" =

Điện áp nguồn: 𝑉! = 𝑉Wsin(𝜔!𝑡)

*? I § 𝐸" = 𝑉" − 𝑅"𝐼" @? (0.KLM N) A

§ 𝜔 =

−

𝐼"

+=PB

-C.-( +=QB

(0.KLM N)

@? A

§ 𝜔 =

−

𝐼" −

𝐿,𝐼"

2D I

-C.-( +=QB

+=PB § 𝐿,: source inductance

Cầu 1 pha bán điều khiển

57 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.1 Nhóm sơ đồ bán điều khiển

1 + cos 𝛼

§ 𝑉" =

7 R*? #I

(0.KLM N)

E F@? GA

§ 𝜔 =

−

𝐼" −

𝐿,𝐼"

72D I

+=PB

-C.-( +=QB

Cầu 3 pha bán điều khiển

58 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.1 Nhóm sơ đồ bán điều khiển

Điện áp nguồn: 𝑉! = 𝑉Wsin(𝜔!𝑡)

Cầu 1 pha bán điều khiển

Cầu 3 pha bán điều khiển

(1 + cos 𝛼)

3𝑉2 𝜋

−

𝜔 =

−

𝐼# −

𝐿’𝐼#

𝜔’ 𝜋

3𝜔’ 𝜋

𝐿’𝐼# 59

𝐾%Φ9

𝑅: + 𝑅# 𝐾%Φ9

𝑉2 𝜋 (1 + cos 𝛼) 𝐾%Φ9

𝑅: + 𝑅# 𝐾%Φ9

2.8.1 Nhóm sơ đồ bán điều khiển

Cầu 3 pha bán điều khiển

60 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.1 Nhóm sơ đồ bán điều khiển

Cầu 3 pha bán điều khiển

61 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.1 Nhóm sơ đồ bán điều khiển

§ Đặc điểm

₋ Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên ₋ Hoạt động ở 1 góc phần tư ₋ Không có chế độ hãm tái sinh (Vì sao) ₋ Vùng dòng điện gián đoạn tốc độ suy giảm nhanh

§ Làm thế nào để hãm tái sinh với các sơ đồ dùng Thyristor?

𝛼2#H

Vùng làm việc và đặc tính cơ của nhóm sơ đồ thyristor bán điều khiển

2.8.2 Nhóm sơ đồ điều khiển hoàn toàn

Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn

𝛼 = 45°

§ Phương trình đặc tính cơ điện

cos 𝛼

𝜔 =

−

𝐼" −

𝐿,𝐼"

2𝜔, 𝜋

2𝑉D 𝜋 𝐾$Φ6

𝑅C + 𝑅" 𝐾$Φ6

63 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.2 Nhóm sơ đồ điều khiển hoàn toàn

Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn

𝛼 = 135°

§ Khi 𝜔 < 0 (hạ tải): ₋ 𝐼 không đảo chiều ₋ 𝐸 đảo chiều, ₋ 𝑉# < 0 (𝛼 > 𝜋/2), các van dẫn ở

phần điện áp nguồn âm.

64 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.2 Nhóm sơ đồ điều khiển hoàn toàn

Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn

65 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.2 Nhóm sơ đồ điều khiển hoàn toàn

Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn

66 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.2 Nhóm sơ đồ điều khiển hoàn toàn

Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn

67 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.2 Nhóm sơ đồ điều khiển hoàn toàn

§ Đặc điểm

₋ Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên ₋ Hoạt động ở 2 góc phần tư ₋ Có chế độ hãm tái sinh ₋ Vùng dòng điện gián đoạn tốc độ suy giảm nhanh

Đặc tính cơ và vùng làm việc của nhóm sơ đồ thyristor điều khiển hoàn toàn

68 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.3 Điều kiện liên tục của dòng điện

§ Cầu 1 pha

sin 𝛼 − 𝜑

S( *?

J(A KDL(.0 J(A KDL(30

G. 2D/( -( 𝜑 = 𝑡𝑎𝑛30 2D/( -(

[sin 𝛼 − 𝜑 +

⋅

§ Cầu 3 pha -( T(

S( *?NIN

MUV(N3W) J( KDL(

A E30

Dòng điện gián đoạn

69 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.5 Hệ chỉnh lưu có đảo chiều

§ Sử dụng 2 bộ chỉnh lưu nối theo sơ đồ song song ngược

§ Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi:

₋ Điều khiển chung ₋ Điều khiển riêng

70 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.8.5 Hệ chỉnh lưu có đảo chiều

§ Sử dụng 2 bộ chỉnh lưu nối theo sơ đồ song song ngược § Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi:

₋ Điều khiển chung ₋ Điều khiển riêng

§ Hệ này còn được gọi là hệ truyền động Ward–Leonard tĩnh

(Static Ward–Leonard system)

71 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Điều khiển chung

§ Cả 2 bộ biến đổi đều có xung điều khiển với điều kiện ràng

buộc 𝛼$ + 𝛼3 = 180°

§ Một bộ biến đổi có vai trò chỉnh lưu, bộ còn lại là nghịch lưu.

𝐸!$ = |𝐸!3| nhưng ngược dấu

72 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Điều khiển chung

§ Khi 𝐸7L > 𝐸 hay 𝐸7@ > 𝐸, chỉ có dòng 𝐼7L cấp cho

động cơ, chế làm việc là chế độ động cơ

§ Khi giảm tốc 𝐸7L < 𝐸 ⇒ 𝐸7@ < 𝐸, không có dòng 𝐼7L mà có dòng 𝐼7@ từ động cơ trả về lưới qua bộ biến đổi 2, chế độ làm việc là hãm tái sinh.

73 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Điều khiển chung

§ Động cơ làm việc ở cả 4 góc phần tư § Thực tế, giá trị tức thời 𝐸7L + ≠ −𝐸7@ + : ₋ Tồn tại dòng điện vòng qua 2 bộ biến đổi. ₋ Để hạn chế dòng điện vòng, ta có thể sử dụng 2 cuộn kháng

cân bằng quấn ngược cực tính với giá trị 𝐿VI lớn

§ Khi đảo chiều với tốc độ biến thiên lớn còn có dòng vòng

động

74 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Điều khiển chung - Nhận xét

§ Ưu điểm: đảo chiều êm, tác động và chuyển trạng thái

nhanh, có thể dùng cho hệ có tần số đảo chiều lớn ví dụ như máy bào.

§ Nhược điểm: cồng kềnh, giá thành cao, hiệu suất thấp do

phải sử dụng 2 bộ biến đổi cùng lúc

75 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Điều khiển riêng

§ Khi động cơ quay theo chiều thuận bộ biến đổi 1 là chỉnh

lưu, bộ biến đổi 2 khóa.

§ Ngược lại khi động cơ quay theo chiều nghịch, thì bộ

biến đổi 1 khóa, bộ biến đổi 2 là chỉnh lưu.

§ Khi đảo chiều hoặc giảm tốc độ, động cơ sẽ hoạt động ở

góc phần tư thứ II (do B2) hoặc góc IV (do B1).

76 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Điều khiển riêng

§ Khối logic:

₋ 𝐿; – tín hiệu đảo chiều (1 - thuận, 0 - ngược) ₋ 𝐿? – trạng thái dòng điện (1 – 𝐼> ≠ 0, 0 - 𝐼> = 0) ₋ 𝐿G – trạng thái của bộ biến

đổi

(1 - Chỉnh lưu, 0 – nghịch lưu)

§ Biến đầu ra:

₋ 𝐾; đóng cắt phát xung 𝐵;

(1 – đóng, 0 – cắt)

₋ 𝐾? đóng cắt phát xung 𝐵?

(1 – đóng, 0 – cắt)

77 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Quá trình đảo chiều

§ 𝑡$: lệnh đảo chiều § 𝑡$ ÷ 𝑡3: giảm áp đến

khi dòng về 0 § 𝑡3 ÷ 𝑡E: đảm bảo

dòng về 0

§ 𝑡E ÷ 𝑡F: hãm tái sinh § 𝑡F ÷ 𝑡G: hãm ngược § 𝑡G ÷ 𝑡H: tăng tốc làm việc ở chiều ngược lại

§ 𝑡H: ổn định tốc độ

78 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 𝑡, 𝑡- 𝑡. 𝑡/ 𝑡0 𝑡1

Quá trình đảo chiều

79 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2 𝑡, 𝑡- 𝑡. 𝑡/ 𝑡0 𝑡1

Điều khiển riêng

§ Nhận xét:

₋ Mạch lực đơn giản, nhỏ gọn, giúp giảm giá thành so với điều

khiển chung

₋ Nhưng cần bộ điều khiển logic chặt chẽ

80 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

Nhận xét chung hệ T-Đ

§ Ưu điểm:

₋ tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hóa ₋ rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ tự động điều chỉnh để nâng cao chất

lượng tĩnh và động của hệ thống.

§ Nhược điểm

₋ các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập

mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện

₋ ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp và dòng điện của

nguồn và lưới xoay chiều

₋ hệ số công suất cos𝜑 của hệ nói chung là thấp nhất là khi vận hành tải nhỏ

§ Trước 1960s, hệ T-Đ được sử dụng rộng rãi cho hệ TĐĐ 1 chiều công

suất lớn (> 100 kW). Hiện nay động cơ xoay chiều được sử dụng rộng rãi hơn nên hệ T-Đ không còn được lắp đặt cho các hệ thống mới

81 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

BÀI TẬP

§ Xây dựng sơ đồ hệ T-Đ sử dụng:

₋ Cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn

₋ Động cơ DC công suất P > 10kW chọn từ

Catalog.

§ Khảo sát hoạt động của động cơ sử dụng

₋ Chế độ đầy tải

₋ Chế độ không tải

₋ Các góc mở khác nhau của Thyristor

₋ Giải thích sơ đồ và kết quả khảo sát

Matlab/Simulink:

§ Cộng 1 điểm vào bài thi cuối kỳ cho 5 bạn đầu tiên

§ Chú ý:

₋ Tham số động cơ và điều kiện mô phỏng của các bạn

phải khác nhau.

₋ Bài tập nộp bản mềm gồm báo cáo bằng word và file

mô phỏng.

hoàn thành với chất lượng tốt.

82 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9 Hệ thống Xung áp - ĐC KTĐL

§ Hệ T-Đ sử dụng cho các động cơ một chiều công suất

trung bình và lớn

§ Hệ xung áp sử dụng cho các động cơ công suất nhỏ (vài

kW)

𝑖(cid:132)

switch

𝑖$

𝑖!

𝑉!

𝑉"#

𝐸!

𝑖" 𝐷%

83 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.1 Tổng quan

𝑖’

𝑉#

𝐸#

𝑉>V

§ Khi khóa S thông (dẫn): 𝑉4 = 𝑉7q 𝑖4 = 𝑖I

𝐸#

𝑖& 𝐷w

§ Khi khóa S ngắt: 𝑖I = 0 𝑉7 = 0 𝑖4 = 𝑖79

84 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.1 Tổng quan

- duty cycle

§ 𝑡xY - thời gian van dẫn dòng § 𝑡x$$ - thời gian van ngắt (không có dòng điện cấp cho động cơ) § 𝑡xY + 𝑡x$$ = 𝑇! là chu kỳ đóng ngắt § D =

=92 [:

§ 𝑡x$$ = 1 − 𝐷 𝑇! § Tần số 𝑓! =

; [:

§ Với ứng dụng xe/tàu

điện: 𝑓! = 300 ÷ 1000 [Hz] § Với truyền động servo:

𝑓! = 10 ÷ 20[kHz]

85 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.1 Tổng quan

§ Điện áp trung bình: 523 𝑉4(cid:133) = [𝑉 =

𝑉7q𝑑𝑡 =

𝑉7q𝑡yu =

𝑉7q = 𝐷𝑉7q

1 𝑇I

𝑡yu 𝑇I

\ 9

§ GTO/Thyristor: 1kHz § MOSFET/IGBT: >1kHz

đến vài chục kHz

86 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.1 Tổng quan

§ Mạch đóng ngắt thyristor chủ động (chuyển mạch cưỡng bức –

forced commutation) thay vì phải sử dụng khóa GTO (Gate Turn- off Thyristor) đắt tiền.

₋ 𝑇9 – T chính ₋ 𝑇( – T phụ ₋ L, C, D – mạch phụ trợ ₋ 𝐷) – diode khép mạch

§ Khi 𝑇V dẫn có dòng chảy qua 1 nhánh động cơ (phần lớn) và 1

nhánh qua diode D và nạp cho tụ C.

§ Khi có xung đk vào 𝑇$, 𝑉[V ≈ −𝑉y, 𝑇V ngắt (không dẫn), dòng 𝑖;

khép vòng qua 𝐷K

87 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.2 Phân loại

§ Hệ xung áp có thể phân loại:

₋ Giảm áp (step-down)

₋ Tăng áp (step-up).

§ Hoặc phân loại theo cấu trúc:

₋ Class A (single-quadrant, quadrant-I), 1 góc phần tư I

₋ Class B (single-quadrant, quadrant-II), 1 góc phần tư II

₋ Class C (two-quadrant, quadrants-I and II), 2 góc phần tư I và II

₋ Class D (two-quadrant, quadrants-III and IV),

2 góc phần tư III và IV

₋ Class E (four-quadrant) choppers, 4 góc phần tư

88 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.2 Phân loại

Class A (single-quadrant, quadrant-I), step-down

Class B (single-quadrant, quadrant-II), step-up

89 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.2 Phân loại

Class C (two-quadrant, quadrants-I and II)

Class D (two-quadrant, quadrants-III and IV)

90 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.2 Phân loại

Class E (four-quadrant) choppers

91 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ dòng liên tục

Class A (1 góc phần tư I)

§ Nếu đóng khóa S, khoảng dẫn 0 < 𝑡 < 𝑡xY:

§ hay

>X& >= 𝑖# =

𝑉+,

1 − 𝑒

⇒ 𝑖 =

+ 𝑅#𝑖# + 𝐸# Q,/TL& ‘& 4 T ;& + 𝐼WXY𝑒

𝐷-

𝑉>V = 𝐿# M& >X& ‘& >= Q,/TL& M&

với 𝜏# = 𝑅#/𝐿#

𝐼34.

𝑡

𝑉+,

𝐼.12 𝐼./0 𝑉+,

𝑡

𝑡50

𝑇6

4 ;&

92 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ dòng liên tục

𝐼34.

𝑡

𝑉+,

𝑡

𝐷-

𝐼.12 𝐼./0 𝑉+,

𝑡

𝑡50

𝑇6

§ Tại 𝑡 = 𝑡xY: S ngắt

=92 {&

1 − 𝑒

𝑖 = 𝐼W#z =

=92 {& + 𝐼WXY𝑒

𝑉>V − 𝐸# 𝑅#

với 𝑡| = 𝑡 − 𝑡xY

𝑖# = −

§ Xét khoảng 𝑡xY < 𝑡| ≤ 𝑇!, 𝑉# = 0 do 𝐷$ dẫn nên: 𝑑𝑖# 𝑑𝑡| +

𝐸# 𝐿#

𝐸# 𝐿# © DIA 2019.2

93 Hanoi University of Science and Technology

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ dòng liên tục

§ Tại 𝑡] = 0.: 𝑖 = 𝐼D"^

< P(

⇒ 𝑖 = −

1 − 𝑒

S( -(

§ Tại 𝑡] = 𝑇, − 𝑡_E, tức là tại 𝑡 = 𝑇,: 𝑖 = 𝐼D4E

3(‘D3&QR) a(

‘D3&QR a(

1 − 𝑒

⇒ 𝑖 = 𝐼D4E = −

+ 𝐼D"^𝑒

𝐸" 𝑅"

𝐼34.

𝑡

𝑉+,

𝑡

𝐷-

𝐼.12 𝐼./0 𝑉+,

𝑡

𝑡50

𝑇6 © DIA 2019.2

94 Hanoi University of Science and Technology

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ dòng liên tục

§ Giải hệ:

&QR a(

1 − 𝑒

𝐼D"^ =

&QR a( + 𝐼D4E𝑒

𝑉’C − 𝐸" 𝑅"

3(‘D3&QR) a(

‘D3&QR a(

1 − 𝑒

𝐼D4E = −

+ 𝐼D"^𝑒

𝐸" 𝑅"

§ Nghiệm:

&QR a

1 − 𝑒3

−

𝐼D"^ =

𝑉’C 𝑅"

𝐸" 𝑅"

𝑒

−

𝐼D4E =

𝑉’C 𝑅"

𝐸" 𝑅"

‘D 1 − 𝑒3 a &QR a( − 1 ‘D a( − 1

𝑒

§ Độ đập mạch dòng điện

𝐼%4bbc$ = 𝐼D"^ − 𝐼D4E

95 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ dòng gián đoạn

𝑉+,

§ Điện áp trung bình ở phần ứng 𝑉# = 𝑉>V 𝑣ớ𝑖 (0 < 𝑡 < 𝑡xY) 𝑉# = 0 𝑣ớ𝑖 (𝑡xY < 𝑡 < 𝑡}) 𝑉# = 𝐸# 𝑣ớ𝑖 (𝑡} < 𝑡 < 𝑇!)

𝐷-

𝐼34.

→ 𝑉#~ =

𝑉# 𝑡 𝑑𝑡

1 𝑇!

z K

𝑡

→ 𝑉#~ = 𝐷𝑉>V + 1 −

𝐸#

𝑡

𝑡} 𝑇!

Với 𝐷 =

𝐼.12 𝐼./0 𝑉+, 𝐸1

=92 [:

𝑡

𝑡7

𝑡50

𝑇6

96 Hanoi University of Science and Technology © DIA 2019.2

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ dòng gián đoạn

§ Trong khoảng dẫn 0 < 𝑡 < 𝑡xY

𝑉>V = 𝑅# 𝑖# + 𝐿#

+ 𝐸#

𝑑𝑖# 𝑑𝑡

𝑉+,

§ Do 𝐼WXY = 0

= {&

→ 𝑖# =

T 1 − 𝑒#

𝐼34.

=92 {&

1 − 𝑒

𝑡

𝐼W#z =

𝑉>V − 𝐸# 𝑅# § Tại 𝑡 = 𝑡xY → 𝑖# = 𝐼W#z 𝑉>V − 𝐸# 𝑅#

𝑡

𝐼.12 𝐼./0 𝑉+, 𝐸1

𝑡

𝑡7

𝑡50

𝑇6

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ dòng gián đoạn

=< {&

§ Trong đoạn 𝑡xY < 𝑡| ≤ 𝑡} (freewheeling) 𝑑𝑖# 𝑑𝑡| + 𝐸# 0 = 𝑅#𝑖# + 𝐿# =< T {& + 𝐼W#z𝑒 1 − 𝑒

→ 𝑖# = −

𝐸# 𝑅#

Với 𝑡| = 𝑡 − 𝑡xY

𝐼34.

𝑡

𝑉+,

𝑡

𝐷-

𝐼.12 𝐼./0 𝑉+, 𝐸1

𝑡

𝑡50

𝑡7

𝑇6

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ dòng gián đoạn

(==T=92) {&

→ 0 = −

1 − 𝑒

+ 𝐼#W#z𝑒

§ Tại 𝑡 = 𝑡} → 𝑖# = 0 𝐸# T 𝑅#

=92 {&

=92 {& 1 +

1 − 𝑒

→ 𝑡}= 𝜏#𝑙𝑛 𝑒

𝑉>V − 𝐸# 𝐸#

𝐼34.

𝑡

𝑉+,

𝑡

𝐷-

𝐼.12 𝐼./0 𝑉+, 𝐸1

𝑡

𝑡50

𝑡7

𝑇6

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ dòng gián đoạn

§ Điều kiện biên giữa chế độ liên tục và gián đoạn § Tại 𝑡} = 𝑇! → 𝐼#WXY = 0

𝐼34.

𝑡

𝑒

→ 0 =

−

𝑉>V 𝑅#

𝐸# 𝑅#

𝑡

𝑫<[: {& − 1 [: {& − 1

𝑒

𝐼.12 𝐼./0 𝑉+,

𝑡

𝑒

𝑡50

𝑇6

→

𝐸# 𝑉>V

𝑫<[: {& − 1 [: {& − 1

𝑒

§ Với mỗi giá trị 𝐸#, có một giá trị 𝑫| là biên giới giữa liên tục và

gián đoạn của dòng điện.

§ Điện cảm 𝑳𝒂 càng lớn thì vùng dòng điện gián đoạn càng hẹp Hanoi University of Science and Technology

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – Đặc tính cơ

𝑉#

§ Trong chế độ dòng liên tục

𝑉&:

(𝑡(cid:134) = 𝑇I): 𝑉4 =

𝑉7q = 𝐷𝑉7q

𝑡yu 𝑇 § Đặc tính cơ:

𝐷

𝐼

−

𝜔 =

𝑅4 𝐾𝜙

𝐷𝑉7q 𝐾𝜙 § Khi 𝑡(cid:134) < 𝑇, dòng gián đoạn, đặc tính cơ phi tuyến (phần nằm trong đường giới hạn biên liên tục có dạng nửa elipse)

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ hãm tái sinh

§ Để có chế độ hãm tái sinh phải sử dụng sơ đồ 2 góc phần

tư

Motor – Q1

Regenerative – Q2

𝐷-

𝑉+,

𝐷-

2.9.2 Sơ đồ băm xung áp mạch không đảo chiều – chế độ hãm tái sinh

§ Các phương trình mô tả

tương tự Q1

§ Chỉ khác về dấu dòng điện

do 𝐸4 > 𝑉4

2.9.3 Sơ đồ băm xung áp mạch có đảo chiều – Sơ đồ 4 góc phần tư

2.9.3 Sơ đồ băm xung áp mạch có đảo chiều – Điều chế lưỡng cực

∗ với tín hiệu

§ So sánh 𝑉4

xung tam giác 𝑣q(cid:136)

∗ > 𝑣q(cid:136): 𝑇L&𝑇(cid:137) on

∗ < 𝑣q(cid:136): 𝑇@&𝑇g on

§ 𝑉4 → 𝑉4 = 𝑉7q § 𝑉4 → 𝑉4 = −𝑉7q § Switch freq: 1/𝑇I

2.9.3 Sơ đồ băm xung áp mạch có đảo chiều – Điều chế lưỡng cực

§ Điện áp ra là lưỡng cực ở

cả hai chiều quay của động cơ

§ Điện áp trung bình:

𝑉(M = 2𝐷 − 1 𝑉!@ § Ưu điểm: Chỉ cần một tín

hiệu điều chế § Nhược điểm:

₋ Độ đập mạch dòng điện

lớn ’e

₋

lớn

’&

2.9.3 Sơ đồ băm xung áp mạch có đảo chiều – Điều chế đơn cực

∗ với tín

§ So sánh 𝑉(

∗ và −𝑉(

hiệu xung tam giác 𝑣@O § Điện áp ra là đơn cực ở mỗi chiều quay của động cơ.

§ Ưu điểm:

và THD nhỏ

§ Điện áp trung bình: 𝑉(M = 𝐷𝑉!@ !M !# § Nhược điểm: Cần 2 tín hiệu điều chế ngược dấu

2.9.3 Sơ đồ băm xung áp mạch có đảo chiều

§ Sơ đồ DC-DC với hãm dập động năng

2.9.4 Nhận xét hệ truyền động băm xung áp

§ Hệ băm xung áp (nhất là cấu hình loại E – four-quadrant chopper) thường được áp dụng cho hệ truyền động điện 1 chiều có công suất < vài chục kW đặc biệt là các hệ truyền động servo 1 chiều (< vài kW) ví dụ máy CNC

§ So với hệ T-Đ, hệ băm xung áp có ưu điểm:

₋ Có tần số hoạt động cao hơn, cho phép giảm độ đập mạch dòng

phần ứng

₋ Do đó giảm được tổn hao và nâng cao tuổi thọ động cơ

₋ Cho phép cải thiện đặc tính quá độ của hệ

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ Sơ đồ hai góc phần tư có điện trở hãm

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ Sơ đồ mô phỏng Simulink

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ 𝐷 = 0.5; 𝑇I = 2𝑘𝐻𝑧 § Không tải

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ 𝐷 = 0.5; 𝑇I = 2𝑘𝐻𝑧 § Không tải

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ 𝐷 = 0.5; 𝑇I = 2𝑘𝐻𝑧 § Không tải

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ 𝐷 = 0.5; 𝑇I = 2𝑘𝐻𝑧 § Có tải

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ 𝐷 = 0.5; 𝑇I = 2𝑘𝐻𝑧 § Có tải

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ 𝐷 = 0.5; 𝑇I = 2𝑘𝐻𝑧 § Có tải

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ 𝐷 = 1 → 0.5; 𝑇I = 2𝑘𝐻𝑧 § Hãm tái sinh

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ 𝐷 = 1 → 0.5; 𝑇I = 2𝑘𝐻𝑧 § Hãm tái sinh

2.9.5 Mô phỏng hệ xung áp

§ 𝐷 = 1 → 0.5; 𝑇I = 2𝑘𝐻𝑧 § Hãm tái sinh

2.10 Tự động điều khiển động cơ điện 1 chiều

§ Cấu hình nối tầng

2.10.1 Phản hồi dương dòng

∗ 𝑉V

Δ𝑉

𝑉"

𝐾S hệ số khuếch đại bộ

𝐸:

điều khiển

Controller 𝐾S

Power Converter 𝐾T:

𝐾T: hệ số khuếch đại bộ

𝐼

𝑉U

biến đổi hệ số phản hồi dòng

𝛽U

Current sense 𝛽U

∗ + 𝛽(cid:138) ⋅ 𝐼

§ Δ𝑉 = 𝑉o § 𝑉3 = 𝐾(cid:132). Δ𝜔 § 𝐸q = 𝐾(cid:139)q𝐾(cid:132) 𝑉o

§ 𝜔 =

−

𝐼 =

−

𝐼

k4 mn$#"5’

∗ + 𝛽(cid:138) ⋅ 𝐼 l mn$#"5’

∗ m64m7N8 mn$#"5’

ljm64m7(cid:140): mn$#"5’

2.10.1 Phản hồi dương dòng

∗ 𝑉V

Δ𝑉

𝑉"

𝐾S hệ số khuếch đại bộ

𝐸:

điều khiển

Controller 𝐾S

Power Converter 𝐾T:

𝐾T: hệ số khuếch đại bộ

𝐼

𝑉U

biến đổi hệ số phản hồi dòng

𝛽U

Current sense 𝛽U

§ 𝜔 =

−

𝐼

𝜔

∗ m64m7N8 mn$#"5’

ljm64m7(cid:140): mn$#"5’

𝜔!

𝑇𝑁

𝐼

§ Δ𝜔m7 =

ljm64m7(cid:140): mn$#"5’

Có phản hồi

Không phản hồi

§ 𝐾(cid:132);#< =

𝑇+

𝑇

l m64(cid:140): § 𝐾(cid:132) ↑ thì Δ𝜔 ↓

2.10.2 Phản hồi âm điện áp

𝐾S hệ số khuếch đại bộ

∗ 𝑉V

Δ𝑉

𝑉"

𝐸:

điều khiển

Controller 𝐾S

−

Power Converter 𝐾T:

𝐾T: hệ số khuếch đại bộ

𝑉X

𝑉

𝛼

biến đổi hệ số phản hồi điện áp

Voltage sense 𝛼

∗ − 𝛼 ⋅ 𝑉;

𝑉< = 𝐾(cid:133). Δ𝜔

O>/O? Q@

∗ − 𝛼 ⋅ 𝑉

= 𝑉 + 𝑅V𝐼

⇒ 𝐸V =

§ Δ𝑉 = 𝑉P § 𝐸V = 𝐾(cid:132)V𝐾(cid:133) 𝑉P

;NO>/O?(cid:134)

𝑅# −

𝜔 =

−

𝐼

∗ 𝐾(cid:132)V𝐾(cid:133)𝑉P 𝐾𝜙<#=">(1 + 𝐾(cid:132)V𝐾(cid:133)𝛼)

𝐾(cid:132)V𝐾(cid:133)𝑅V𝛼 1 + 𝐾(cid:132)V𝐾(cid:133)𝛼 𝐾𝜙<#=">

∗ NM/(cid:134)\

2.10.2 Phản hồi âm điện áp

∗ 𝑉V

Δ𝑉

𝑉"

𝐾S hệ số khuếch đại bộ

𝐸:

điều khiển

Controller 𝐾S

−

Power Converter 𝐾T:

𝐾T: hệ số khuếch đại bộ

𝑉X

𝑉

𝛼

biến đổi hệ số phản hồi điện áp

Voltage sense 𝛼

𝐼 =

⋅

§ Δ𝜔O? =

;NO>/O?(cid:134)*& * ;NO>/O?(cid:134)

M&\ O63&45,

𝜔

≈

M& M

𝜔!

𝑇𝑁

Có phản hồi

Không phản hồi

; ? § Δ𝜔O? < Δ𝜔[(cid:135) § 𝐾(cid:133) → ∞ thì Δ𝜔O? → Δ𝜔[(cid:135)

𝑇+

𝑇

B>/B?*/C D+B>/B?C O63&45,

2.10.3 Phản hồi âm tốc độ

∗ 𝑉V

Δ𝑉

𝑉"

𝐾S hệ số khuếch đại bộ

𝐸:

Controller 𝐾S

−

điều khiển

Power Converter 𝐾T:

𝜔

𝐾T: hệ số khuếch đại bộ

𝑉V

𝛾

biến đổi hệ số phản hồi tốc độ

Speed sense 𝛾

∗ − 𝛾 ⋅ 𝑉; 𝑉< = 𝐾(cid:133). Δ𝜔 ∗ − 𝛾 ⋅ 𝜔

§ Δ𝑉 = 𝑉P § 𝐸V = 𝐾(cid:132)V𝐾(cid:133) 𝑉P

O>/O? Q@

§ 𝜔 =

−

𝐼

O63&45,

M O63&45,

𝜔 =

−

𝐼

∗ 𝐾(cid:132)V𝐾(cid:133)𝑉P 𝐾𝜙<#="> + 𝐾(cid:132)V𝐾(cid:133)𝛾

𝑅 𝐾𝜙<#="> + 𝐾(cid:132)V𝐾(cid:133)𝛾

∗ T}⋅P

2.10.3 Phản hồi âm tốc độ

∗ 𝑉V

Δ𝑉

𝑉"

𝐾S hệ số khuếch đại bộ

𝐸:

Controller 𝐾S

−

điều khiển

Power Converter 𝐾T:

𝜔

𝐾T: hệ số khuếch đại bộ

𝑉V

𝛾

biến đổi hệ số phản hồi tốc độ

Speed sense 𝛾

𝜔

𝐼

§ Δ𝜔O? =

M O63&45,NO>/O?}

𝜔!

§ ⇒ 𝐾(cid:133) =

− 𝐾𝜙<#="> ⋅

𝐾S → ∞ 𝑇𝑁 Có phản hồi

; O>/}

M\ PB?

Không phản hồi

𝑇

𝑇+

§ 𝐾(cid:133) ↑ thì Δ𝜔O? ↓ § 𝐾(cid:133) → ∞ thì Δ𝜔O? → 0

Vấn đề hạn chế I lúc khởi động và khi tăng giảm tốc độ ? Hanoi University of Science and Technology

2.10.4 Nâng cao chất lượng điều khiển truyền động điện

§ Điều khiển vòng hở (Open-loop control)

§ Điều khiển vòng kín (close-loop control)

§ Điều khiển truyền thẳng

2.10.4 Nâng cao chất lượng điều khiển truyền động điện § Hàm truyền đạt của động cơ điện một chiều

𝐾𝜙 𝐽𝐿"

𝜔 𝑠 𝑉" 𝑠

𝐵 𝐽

𝑅" 𝐿"

𝐾# 𝐽𝐿"

§ Đặt 𝑇D =

𝑠 + /( : -( 1 𝑇D𝑇"

𝜔 𝑠 𝑉" 𝑠

𝑠 +

𝑠# +

1 𝑇D𝑇"

𝑅" 𝐵 𝑠# + 𝐿" 𝐽 f-( +Q G và 𝑇" = 1 𝐾𝜙 1 𝑇"

2.10.4 Nâng cao chất lượng điều khiển truyền động điện

−

§ Hai điểm cực: 𝑠$,3 = −

$ F

*! *A

$ *!

$ 3*! § 𝑇5 ≥ 4𝑇( thì hệ có 2 điểm cực thực (động cơ nhỏ) § 𝑇5 < 4𝑇( thì hệ có 2 điểm cực phức liên hợp (động cơ servo

hoặc động cơ công suất lớn)

2.10.4 Nâng cao chất lượng điều khiển truyền động điện

⋅

1 𝐾𝜙

𝜔q 𝑠 + 𝜔q

§ Nếu bỏ qua 𝐿4 (𝐿4 = 0): 𝐾𝜙 𝜔 𝑠 𝑅4𝐽𝑠 + 𝐾𝜙 @ = 𝑉4 𝑠 § Với 𝜔q = 𝐾𝜙 @/ 𝑅4𝐽 (tần số cắt)

2.10.4 Nâng cao chất lượng điều khiển truyền động điện

Thiết kế bộ điều khiển dòng điện

§ Mục tiêu:

₋ hạn chế dòng điện ₋ Điều khiển momen nhanh và chính xác

§ Bộ điều khiển PI:

𝐺:8 𝑠 = 𝐾:? +

= 𝐾:?

với 𝑇:8? =

h ijg? Q

𝑠

𝐼 𝑠 =

𝐼∗ 𝑠 −

𝐸 𝑠

𝑠 + 𝐾lY 𝐾kY 𝐿!𝑠" + 𝑅! + 𝐾kY

𝑠 + 𝐾lY

𝐿!𝑠" + 𝑅! + 𝐾kY

𝑠 + 𝐾lY

Thiết kế bộ điều khiển dòng điện

§ Sử dụng cấu trúc feedforward để thiết kế bộ bù 𝐸 (𝑒( = 𝑘&𝜙𝜔)

𝐺@? 𝑠 =

𝐼 𝑠 𝐼∗ 𝑠

𝐾:?𝑠 + 𝐾8? 𝐿(𝑠3 + 𝑅( + 𝐾:? 𝑠 + 𝐾8?

§ Hàm truyền hệ kín mong muốn:

"BB Q?"BB

§ Hằng số thời gian của hệ kín: 𝜏@? = 1/𝜔@B

𝐾(cid:140)1 = 𝐿# ⋅ 𝜔V/ 𝐾\1 = 𝑅# ⋅ 𝜔V/

Thiết kế bộ điều khiển tốc độ

§ Vòng điều khiển ngoài

§ Sử dụng bộ điều khiển PI: 𝐺:8m 𝑠 = 𝐾:m + § Hàm truyền của hệ hở:

⋅

= 𝐾:m +

𝐺RS 𝑠 = 𝐺:8m 𝑠 𝐺@? 𝑠 ⋅

𝐾* 𝐽𝑠

𝐾8m 𝑠

𝐾* 𝐽𝑠

𝜔@B 𝜔@B + 𝑠

Với 𝐾* = 𝐾𝜙

Thiết kế bộ điều khiển tốc độ

§ Hàm truyền của hệ hở:

⋅

= 𝐾kK +

𝐺_c 𝑠 = 𝐺klK 𝑠 𝐺CY 𝑠 ⋅

𝐾‘ 𝐽𝑠

𝐾lK 𝑠

𝐾‘ 𝐽𝑠

𝜔CC 𝜔CC + 𝑠

§ Hàm truyền của hệ kín:

𝐺Cc 𝑠 =

𝐺_c 𝑠 1 + 𝐺_c 𝑠

𝜔C, 𝑠 + 𝜔C,

§ Chọn𝜔C, =

𝜔CC

0 n

𝐾(cid:140)@ =

𝐾\1 =

𝐽𝜔V! 𝐾[ ? 𝐽𝜔V! 5𝐾[

2.10.4 Nâng cao chất lượng điều khiển truyền động điện

Tổng kết hệ truyền động điện 1 chiều (TĐĐ 1C)

§ Dễ điều khiển nhất, do bản chất tách kênh tự nhiên giữa phần

ứng và phần kích từ

§ Hệ TĐĐ 1C dần được thay thế bởi hệ TĐĐ xoay chiều (nhất

là các hệ công suất lớn) do vấn đề bảo dưỡng và vận hành § Về cơ bản có thể điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều bằng cách

₋ Điều khiển điện áp phần ứng (𝜔 < 𝜔5",$ 𝑜𝑟 𝜔%"&$’) ₋ Điều khiển phần kích từ (𝜔 > 𝜔5",$ 𝑜𝑟 𝜔%"&$’)

§ Điện áp phần ứng có thể điều khiển bằng:

₋ Hệ F-Đ ₋ Hệ T-Đ ₋ Hệ băm xung áp (chopper)

§ Điều khiển vòng kín 3 vòng: dòng điện, vận tốc, điện áp

Bài tập

Xây dựng sơ đồ cầu H 1 pha sử dụng van IGBT, đầu vào chỉnh lưu cầu 1 pha, điện áp lưới 220Vrms § Tính toán tham số mạch lực ở công suất 2.5kVA, độ đập

mạch điện áp dc bus là 2%.

§ Xây dựng bộ điều chế đơn cực giảm tổn thất chuyển mạch. § Khảo sát hệ ở các chế độ:

₋ Khởi động ₋ Đảo chiều ₋ Hãm dập động năng

§ Chú ý: thông số động cơ lấy từ catalog thiết bị. § Cộng 2 điểm vào bài thi cuối kỳ cho 3 bạn đầu tiên hoàn

thành (Thời hạn 1 tuần).