Ề Ộ
Ệ
BÀI GI NG Ả TRUY N Đ NG ĐI N
Huynh Vu Quoc Khanh
12/20/17 1
Chương 1. Động học hệ thống động cơ- tải
12/20/17 2
Truyền động điện
12/20/17 3
Truyền động điện
12/20/17 4
Truyền động điện
12/20/17 5
Truyền động điện
12/20/17 6
Truyền động điện
12/20/17 7
Truyền động điện
12/20/17 8
Truyền động điện
12/20/17 9
Truyền động điện
12/20/17 10
Truyền động điện
12/20/17 11
Truyền động điện
12/20/17 12
Truyền động điện
12/20/17 13
Truyền động điện
12/20/17 14
Mô hình chính xác: Trong trường hợp dòng từ hóa cao, đạt đến giá trị khoảng 30-50% dòng định mức và trở kháng stator Xs cũng có giá trị lớn, cuộn kháng mạch từ chính nên thiết lập tại vị trí giữa trở kháng stator và rotor như trên H3.2a. Tổn hao mạch từ được đơn giản hóa bằng cách xét đến nó khi thiết lập giá trị trở kháng stator và rotor. Sơ đồ mạch này được sử dụng thuận tiện khi điện áp nguồn cấp cho stator U khác đáng kể so với sức điện động E.
12/20/17 15
Mô hình đơn giản: Nếu độ sụt áp trên điện trở và trở kháng stator nhỏ và sức điện động E trên mạch từ chính không khác biệt nhiều so với điện áp U đặt trên cuộn stator, ta có thể sử dụng mô hình mạch điện gần đúng với nhánh mạch từ chính được dịch ra đầu nguồn như trên H3.2b.
12/20/17 16
Mô hình đơn giản: Sơ đồ mạch tương đương này có ưu điểm là làm đơn giản các hệ thức tính toán dòng điện mạch từ và dòng điện tải khi biết được nguồn điện áp cấp cho stator. Các tổn hao trong lỏi từ có thể đơn giản hóa bằng cách xét đến ảnh hưởng đó khi thiết lập giá trị điện trở các cuộn dây. Để thuận việc cho việc tính toán, khảo sát các hiện tượng ở chế độ xác lập, mô hình đơn giản H3.2b sẽ được sử dụng
12/20/17 17
12/20/17 18
12/20/17 19
12/20/17 20
12/20/17 21
12/20/17 22
Truyền động điện
12/20/17 23
Chương 3. Truyền động động cơ DC vòng hở
12/20/17 24
I. Đặc tính cơ động cơ DC
Truyền động điện
12/20/17 25
I. Đặc tính cơ động cơ DC
Truyền động điện
12/20/17 26
II. Khởi động động cơ DC
Khởi động động cơ DC kích từ độc lập
-Động cơ DC nếu khởi động trực tiếp sẽ sinh ra Mkđ và Ikđ động khá lớn so với dòng định mức
12/20/17 27
Khởi động động cơ DC kích từ độc lập
- Để hạn chế Mkđ và Ikđ vượt quá trị số mong muốn cần phải làm mềm hóa đặc tính cơ bằng cách khởi động qua các cấp điện rở phụ thêm vào mạch phần ứng
- Dòng điện khởi động phải khống chế không được lớn hơn khả năng chịu dòng của chổi than ( thường là 2,5Iđm đến 3Iđm )
- Moment khởi động phải khống chế không được lớn hơn khả năng chịu đựng của tải ( thường là 3Mđm )
12/20/17 28
Khởi động động cơ DC kích từ độc lập
Khởi động động cơ DC qua điện trở phụ
Truyền động điện
12/20/17 29
Khởi động động cơ DC kích từ độc lập
Truyền động điện
Khởi động động cơ DC qua điện trở phụ
12/20/17 30
III. Hãm động cơ DC
1. Hãm của tái sinh
12/20/17 31
1. Hãm của tái sinh
12/20/17 32
1. Hãm của tái sinh
12/20/17 33
1. Hãm của tái sinh
12/20/17 34
2. Hãm ngược
12/20/17 35
2. Hãm ngược
12/20/17 36
2. Hãm ngược
12/20/17 37
2. Hãm ngược
12/20/17 38
2. Hãm ngược
12/20/17 39
2. Hãm ngược
12/20/17 40
3. Hãm động năng
12/20/17 41
3. Hãm động năng
42 12/20/17
3. Hãm động năng
Truyền động điện
12/20/17 43
3. Hãm động năng
Truyền động điện
12/20/17 44
3. Hãm động năng
12/20/17 45
3. Hãm động năng
12/20/17 46
3. Hãm động năng
12/20/17 47
3. Hãm động năng
12/20/17 48
4. Điều khiển tốc độ động cơ DC kích từ độc lập
12/20/17 49
Điều khiển tốc độ động cơ DC kích từ độc lập
1. Điều khiển tốc độ động cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng
Truyền động điện
12/20/17 50
1. Điều khiển tốc độ động cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng
Truyền động điện
12/20/17 51
2. Điều khiển tốc độ động cơ bằng thay đổi từ thông
Truyền động điện
12/20/17 52
2. Điều khiển tốc độ động cơ bằng thay đổi từ thông
Truyền động điện
12/20/17 53
3. Điều khiển tốc hổn hợp điện áp phần ứng và từ thông
Truyền động điện
12/20/17 54
4. Điều khiển tốc độ động cơ bằng thay đổi điện trở phần ứng
Truyền động điện
12/20/17 55
4. Điều khiển tốc độ động cơ bằng thay đổi điện trở phần ứng
12/20/17 56
5. Điều khiển động cơ DC dùng bộ chỉnh lưu
-Bộ chỉnh lưu biến đổi áp AC-DC cấp cho động cơ DC
-Bộ chỉnh lưu điều khiển thay đổi điện áp DC cấp cho động cơ làm thay đổi tốc độ moment động cơ
12/20/17 57
5. Điều khiển động cơ DC dùng bộ chỉnh lưu
Các dạng sơ đồ chỉnh lưu điều khiển động cơ DC
12/20/17 58
5. Điều khiển động cơ DC dùng bộ chỉnh lưu
Các dạng sơ đồ chỉnh lưu điều khiển động cơ DC
12/20/17 59
5. Điều khiển động cơ DC dùng bộ chỉnh lưu
Các dạng sơ đồ chỉnh lưu điều khiển động cơ DC
12/20/17 60
5. Điều khiển động cơ DC dùng bộ chỉnh lưu
Các dạng sơ đồ chỉnh lưu điều khiển động cơ DC
12/20/17 61
5. Điều khiển động cơ DC dùng bộ chỉnh lưu
Điện áp ngõ ra của bộ chỉnh lưu
12/20/17 62
5. Điều khiển động cơ DC dùng bộ chỉnh lưu
Điện áp ngõ ra của bộ chỉnh lưu
12/20/17 63
5. Điều khiển động cơ DC dùng bộ chỉnh lưu
Đánh giá chất lượng hệ thống
12/20/17 64
5. Điều khiển động cơ DC dùng bộ chỉnh lưu
12/20/17 65
5. Điều khiển động cơ DC dùng bộ chỉnh lưu
12/20/17 66
Hệ chỉnh lưu 3 pha điều khiển hoàn toàn – động cơ DC
12/20/17 67
Hệ chỉnh lưu 3 pha điều khiển hoàn toàn – động cơ DC
12/20/17 68
Hệ chỉnh lưu 3 pha điều khiển hoàn toàn – động cơ DC
12/20/17 69
Hệ chỉnh lưu 3 pha điều khiển hoàn toàn – động cơ DC
3
12/20/17 70
12/20/17 71
12/20/17 72
Hệ chỉnh lưu kép 3 pha điều khiển hoàn toàn – động cơ DC
12/20/17 73
Hệ chỉnh lưu kép 3 pha điều khiển hoàn toàn – động cơ DC
12/20/17 74
Hệ chỉnh lưu kép 3 pha điều khiển hoàn toàn – động cơ DC
12/20/17 75
Hệ chỉnh lưu kép 3 pha điều khiển hoàn toàn – động cơ DC
Điều khiển riêng
12/20/17 76
Hệ chỉnh lưu kép 3 pha điều khiển hoàn toàn – động cơ DC
12/20/17 77
-Do điện áp ngõ ra tức thời của hai bộ chỉnh lưu có sự khác biệt nên xuất hiện dòng điện cân bằng dẫn qua nguồn xoay chiều và hai bộ chỉnh lưu.
- Để hạn chế biên độ dòng điện cân bằng này, các cuộn kháng hạn chế dòng cân bằng được lắp đặt nối tiếp ở ngõ ra của các bộ chỉnh lưu. Độ lớn các cuộn kháng được chọn sao cho độ lớn dòng cân bằng không vượt quá 30% độ lớn dòng điện tải định mức. Điều này tạo điều kiện để dòng điện tải hầu như liên tục và hệ truyền động đạt được chỉ số điều chỉnh thấp.
12/20/17 78
- Khối 1 và 2 chuyển yêu cầu dòng điện tải thành yêu cầu dòng điện của từng nhánh bộ chỉnh lưu.
- Tín hiệu ioyc làm tăng thêm dòng điện yêu cầu qua mỗi nhánh chỉnh lưu với độ lớn dòng tăng bằng dòng cân bằng
12/20/17 79
- Ưu điểm của phương pháp điều khiển với dòng điện cân bằng là dòng điện tải liên tục. Do đó, đem lại các tính chất động học cao cho hệ thống điều khiển. Mạch điều khiển không cần bộ cảm biến dòng điện bằng 0.
- Điều bất lợi là mạch chứa các cuộn kháng cân bằng làm tăng thêm kích thước cũng như khối lượng mạch động lực. Ngoài ra, các cuộn kháng tiêu thụ công suất ảo làm cho việc định mức mạch nguồn bị tăng lên và hệ số công suất bị giảm.
12/20/17 80
Điều khiển đồng thời
12/20/17 81
6. Điều khiển động cơ DC dùng bộ biến đổi xung áp ( Chopper)
12/20/17 82
6. Điều khiển động cơ DC dùng bộ biến đổi xung áp ( Chopper)
Bộ giảm áp ( chopper A)
12/20/17 83
6. Điều khiển động cơ DC dùng bộ biến đổi xung áp ( Chopper)
Bộ giảm áp ( chopper A)
12/20/17 84
Bộ giảm áp ( chopper A)
12/20/17 85
Bộ giảm áp ( chopper A)
12/20/17 86
6. Điều khiển động cơ DC dùng bộ biến đổi xung áp ( Chopper)
Bộ tăng áp (chopper B)
12/20/17 87
Bộ tăng áp (chopper B)
12/20/17 88
Bộ tăng áp (chopper B)
12/20/17 89
6. Điều khiển động cơ DC dùng bộ biến đổi xung áp ( Chopper)
Bộ tăng áp kiểu đảo dòng ( Chopper C)
12/20/17 90
6. Điều khiển động cơ DC dùng bộ biến đổi xung áp ( Chopper)
Bộ tăng áp kiểu đảo dòng ( Chopper C)
Điều khiển linh kiện có thể thực hiện theo hai phương án: Phương án 1:
- Cho phép điều khiển riêng chế độ động cơ bằng khóa S1 (S2 bị ngắt) và điều khiển hãm động cơ bằng khóa S2 (khóa S1 ngắt). Phương án 1:
- Cả hai khóa S1 và S2 đều được kích theo qui tắc kích đối nghịch. Phương án này cho dòng tải liên tục qua điểm zero, mạch điều khiển đơn giản.
Do dòng điện có thể đảo chiều, phạm vi hoạt động của đặc tính xảy ra trong cả góc thứ hai của mặt phẳng ( ω-M)
12/20/17 91
Bộ tăng áp kiểu đảo dòng ( Chopper C)
12/20/17 92
Bộ chopper lớp E
12/20/17 93
Bộ chopper lớp E
12/20/17 94
Bộ chopper lớp E
12/20/17 95
Bộ chopper lớp E
12/20/17 96
12/20/17 97
12/20/17 98
Chương 3. Điều khiển vòng kín động cơ DC
12/20/17 99
12/20/17 100
12/20/17 101
12/20/17 102
12/20/17 103
12/20/17 104
12/20/17 105
12/20/17 106
12/20/17 107
12/20/17 108
12/20/17 109
12/20/17 110
12/20/17 111
12/20/17 112
12/20/17 113
12/20/17 114
12/20/17 115
12/20/17 116
- Mạch công suất gồm bộ chỉnh lưu điều khiển mắc vào lưới nguồn ac. Điện áp ngõ ra của bộ chỉnh lưu mắc vào phần ứng của động cơ. Giả thiết mạch kích từ được nuôi bởi một nguồn dc độc lập khác và được thiết lập ở giá trị không thay đổi bằng định mức.
12/20/17 117
-Tùy theo yêu cầu thực tế, mạch công suất có thể chứa cuộn kháng phụ nắn dòng điện Ld mắc nối tiếp với mạch phần ứng.
- Do tác dụng hạn chế độ nhấp nhô dòng phần ứng, nên nó tạo điều kiện mở rộng vùng làm việc với chế độ dòng điện phần ứng liên tục đến giá trị cực tiểu Iư. min
12/20/17 118
- Với cấu trúc mạch công suất như trên, hệ truyền động có khả năng làm việc trong phạm vi góc phần tư thứ nhất và thứ tư, cho phép thực hiện chế độ kéo tải thụ động (hoặc nâng tảigóc phần tư thứ nhất) hoặc hãm tải tích cực với vận tốc âm (hạ tải- góc phần tư thứ tư).
12/20/17 119
-Để hệ truyền động hoạt động, mạch điều khiển nhận các tín hiệu gồm tín hiệu điều khiển chính là vận tốc yêu cầu (wyc), các tín hiệu đo lường hồi tiếp như dòng điện hồi tiếp, vận tốc hồi tiếp.
-Các tín hiệu hồi tiếp đạt được nhờ các thiết bị cảm biến dòng điện và cảm biến tốc độ và sau khi qua mạch lọc chúng.
12/20/17 120
Mạch điều khiển gồm ba khối chức năng chính, trong đó chứa hai khối hiệu chỉnh gồm hiệu chỉnh vận tốc và hiệu chỉnh dòng điện mắc theo cấu trúc dạng nối tầng (cascade).
12/20/17 121
Khối hiệu chỉnh vận tốc loại P hoặc PI xử lý dựa vào trạng thái tín hiệu vận tốc yêu cầu wyc và tín hiệu vận tốc hồi tiếp và cho đáp ứng ở ngõ ra là moment yêu cầu.
12/20/17 122
Chức năng của hiệu chỉnh vận tốc nhằm điều chỉnh moment động cơ sao cho đáp ứng của vận tốc động cơ w bám sát giá trị tín hiệu vận tốc yêu cầu wyc được thiết lập ở ngõ vào
12/20/17 123
- Tính chất động học của vận tốc và sai số tốc độ xuất hiện trong quá trình điều chỉnh phụ thuộc vào các giá trị tham số thiết lập của khối hiệu chỉnh vận tốc. Mặc khác, với các phần tử giới hạn (có đặc tính bão hòa) tác dụng lên các tín hiệu ngõ ra, khối hiệu chỉnh vận tốc còn thiết lập các giá trị giới hạn cho phép của dòng điện tải Iưycmax, Iưycmin.
12/20/17 124
Do moment có quan hệ tỉ lệ với dòng điện mạch phần ứng nên tín hiệu moment yêu cầu cũng chính là tín hiệu dòng điện phần ứng yêu cầu Iưyc.
12/20/17 125
Khối hiệu chỉnh dòng điện thường gặp có dạng PI , ngõ vào của nó nhận các tín hiệu dòng điện phần ứng yêu cầu iưyc và dòng điện hồi tiếp iht, khối có chức năng chính là điều chỉnh thay đổi điện áp nguồn cấp cho phần ứng sao cho dòng điện phần ứng (và moment) thay đổi chính xác theo giá trị iưyc được thiết lập ở ngõ ra của hiệu chỉnh vận tốc.
12/20/17 126
-Tín hiệu uđk ở ngõ ra của hiệu chỉnh dòng điện mang thông tin về độ lớn điện áp nguồn cấp cho phần ứng động cơ.
- Kết hợp các giá trị khống chế Iưycmax, Iưycmin thiết lập ở ngõ ra của hiệu chỉnh vận tốc, hiệu chỉnh dòng điện có chức năng quan trọng thứ hai là bảo vệ quá dòng điện cho mạch công suất.
12/20/17 127
- Khối thứ ba là mạch tạo xung kích. Nó tiếp nhận tín hiệu uđk từ khối hiệu chỉnh dòng điện và sẽ thực hiện chức năng chuyển đổi tín hiệu uđk thành xung kích đóng ở các thời điểm thích hợp (góc kích α ) cho các thyristor để đạt được điện áp chỉnh lưu trung bình tỉ lệ với uđk.
12/20/17 128
- Do là tầng cuối cùng của mạch điều khiển và có chức năng giao tiếp với mạch công suất nên mạch kích thường phải thực hiện chức năng cách ly
12/20/17 129
- Xét quá trình quá độ khi động cơ khởi động đến vận tốc nyc.
-Tại thời điểm ban đầu, do vận tốc động cơ bằng 0. Sai biệt vận tốc đủ lớn làm cho hiệu chỉnh vận tốc sớm đạt giá trị bão hòa.
-Dòng điện yêu cầu ở ngõ ra của nó được thiết lập đến giá trị cực đại iyc=iycmax.
12/20/17 130
-Do dòng chưa qua mạch phần ứng nên sai biệt giữa dòng iyc và dòng tải tác động lên khâu hiệu chỉnh dòng điện sớm làm nó đạt trạng thái bão hòa với tín hiệu uđk xác lập ở giá trị cực đại.
- Điện áp chỉnh lưu cực đại tạo thành tác dụng lên mạch phần ứng theo phương trình:
12/20/17 131
-Do vận tốc thay đổi chậm nên thành phần sức điện động kφt.ω lúc này có giá trị không đáng kể.
- Điện áp chỉnh lưu ud tác dụng tăng nhanh dòng điện phần ứng đến giá trị cực đại.
12/20/17 132
-Tại thời điểm t=t2, iư=iưmax và mạch hiệu chỉnh dòng điện thoát ra vùng bão hòa. Nó bắt đầu tác dụng lên quá trình hiệu chỉnh dòng điện.
-Do dòng điện phần ứng quá độ tiếp tục tăng lên vượt quá giá trị iyc nên khối hiệu chỉnh dòng tác dụng làm giảm điện áp uđk và từ đó giảm điện áp chỉnh lưu. Quá trình nêu trên kết thúc tại thời điểm t2
12/20/17 133
-Khi đó, điện áp nguồn cung cấp mạch phần ứng phải vừa đảm bảo duy trì dòng qua phần ứng bằng cực đại vừa bù cho thành phần sức điện động tỉ lệ với vận tốc tăng lên của động cơ.
-Do vận tốc động cơ trong giai đoạn này thay đổi gần như tuyến tính nên điện áp trung bình của nguồn gần như thay đổi theo hàm:
12/20/17 134
- Trị trung bình tín hiệu điện áp điều khiển
trong giai đoạn (t2 < t -Tại thời điểm t=t3, vận tốc động cơ w đạt giá
trị vận tốc đặt wyc và tiếp tục vượt qua wyc khi
t>t3. - Do đó, khối hiệu chỉnh vận tốc bắt đầu ra
khỏi vùng bão hòa của nó. Sai biệt vận tốc
(wyc-wht)<0 tác dụng làm giảm tín hiệu dòng
yêu cầu iyc ở ngõ ra. 12/20/17 135 -Khi t>t3, cả hai khối hiệu chỉnh đều hoạt
động trong phạm vi điều khiển tuyến tính. -Do quá trình khởi động đang xét không
mang tải, dòng điện duy trì qua phần ứng và
moment động cơ tiếp tục tác động tăng vận
tốc. -Sai biệt vận tốc tiếp
tục làm giảm tín hiệu dòng iyc đến triệt tiêu.
Sai biệt ở ngõ vào khối hiệu chỉnh dòng điện
tác động giảm tín hiệu điện áp điều khiển,
tức giảm điện áp chỉnh lưu trung bình. 12/20/17 136 -Đến thời điểm t=t4, dòng điện qua phần ứng
triệt tiêu và tín hiệu uđk có giá trị thấp không
cho phép thực hiện được quá trình chuyển
mạch. - Do đó, động cơ sau thời điểm
t=t4 chạy không tải với điện áp phần ứng duy
trì ở sức điện động đạt được ở thời điểm
t=t4. 12/20/17 137 -Một trường hợp khác mô tả trên là khởi động
động cơ mang tải. Quá trình khởi động có giai
đoạn đầu diễn ra tương tự như trường hợp đã
được khảo sát. - Trong giai đoạn (t - Do phải tạo nên moment cân bằng với
moment tải, dòng điện xác lập mạch phần ứng
đạt giá trị khác zero. 12/20/17 138 12/20/17 139 - Cấu trúc hệ truyền động đảo chiều vòng kín được mô tả tương tự như trường
hợp ở trên. Điểm khác biệt của cấu trúc đảo chiều thể hiện ở các điểm sau đây.
mạch công suất cho phép đảo chiều: ví dụ bộ chỉnh lưu kép (hoặc bộ chỉnh lưu đơn và
công tắc đảo) mắc vào mạch phần ứng (hoặc mạch kích từ). 12/20/17 140 Mạch đo và xử lý tín hiệu phải xác định được các tín hiệu về dấu cũng như độ
lớn (đo vận tốc, dòng điện). Các khối hiệu chỉnh được thiết lập sao cho đảm bảo
các mức giới hạn dòng điện, vận tốc phù hợp 12/20/17 141 Cấu trúc điều khiển hệ truyền động tương tự như các hệ đã mô tả.
Điểm khác biệt đối với các bộ biến đổi dc đã khảo sát là ở đây động
cơ có thể điều khiển chạy theo hai chiều và hãm cũng theo cả hai
chiều quay của nó 12/20/17 142 12/20/17 143 Trong thực tế, nhiều trường hợp điều khiển truyền động theo yêu cầu đạt một
vị trí xác định của cơ cấu chấp hành. Điều khiển vận tốc chỉ có ý nghĩa phụ và
không có ý nghĩa quyết định. Thông thường, một yêu cầu quan trọng là quá
trình chuyển từ vị trí này sang vị trí khác được thực hiện nhanh nhất. Lúc đó,
quá trình điều khiển mang tính tối ưu. 12/20/17 144 -Quá trình vận tốc, moment và vị trí khi thực hiện điều khiển vị trí được mô tả từ
hình vẽ, ta thấy quá trình điều khiển tối ưu đòi hỏi moment thay đổi dạng nhảy cấp.
Trong sơ đồ khối phi tuyến N biểu diễn quỹ đạo pha (vị trí) theo hàm vận tốc. 12/20/17 145 -Vận tốc yêu cầu của động cơ sẽ di chuyển theo quỹ đạo pha trong quá trình hãm
dừng động cơ. Độ chính xác của quá trình điều khiển vị trí bằng kỹ thuật analog
đạt đến độ chính xác khoảng 1%. Các ví dụ của quá trình điều khiển vị trí chẳng
hạn như
điều khiển thang máy trong quá trình hãm đến dừng lại, quá trình dừng tự động
của máy cán, các truyền động của các máy công cụ, các cơ cấu truyền động của
robot, tay máy 12/20/17 146 12/20/17 147 12/20/17 148 12/20/17 149 12/20/17 150 12/20/17 151 12/20/17 152 12/20/17 153 12/20/17 154 12/20/17 155 12/20/17 156 12/20/17 157 12/20/17 158 -Điều khiển đơn giản, đóng các pha động
cơ trực tiếp vào ba pha nguồn bằng công
tắc cơ khí. -Dòng khởi động lớn có thể gây sụt áp lưới
điện quá mức cho phép, đặc biệt khi động
cơ có công suất lớn. -Moment khởi động chứa thành phần xung
khá lớn có thể gây shock cơ học, động cơ
khởi động không êm. 12/20/17 159 -Dòng khởi động qua cuộn stator giảm đi 3 lần,
dòng qua lưới nguồn giảm đi 3 lần.
- Tuy nhiên, moment khởi động giảm đi 3 lần. 12/20/17 160 12/20/17 161 12/20/17 162 12/20/17 163 12/20/17 164 12/20/17 165 -Hiện nay là phương pháp hiện đại, áp dụng cho động cơ công suất vừa và
lớn. - Điện áp stator được điều khiển thay đổi liên tục theo thời gian. Điện áp
stator được điều khiển bởi bộ biến đổi điện áp xoay chiều thông qua điều
khiển góc kích của thyristor 12/20/17 166 12/20/17 167 12/20/17 168 12/20/17 169 12/20/17 170 12/20/17 171 12/20/17 172 12/20/17 173 12/20/17 174 12/20/17 175 12/20/17 176 Điều kiện để hệ hoạt động là nguồn phải điều chỉnh tần số được (bộ biến tần) và
nguồn phải có khả năng tiếp nhận năng lượng từ tải đưa về. 12/20/17 177 12/20/17 178 -Chế độ xác lập đạt được khi moment động cơ và moment tải bằng nhau và để
đạt được điều này, moment cực đại của động cơ phải có giá trị lớn hơn moment
tải thế năng 12/20/17 179 12/20/17 180 -Xảy ra khi động cơ đang vận hành ở một vận tốc nào đó thì bị cắt ra khỏi
nguồn và thứ tự pha của nguồn bị thay đổi bằng cách đảo vị trí đấu dây
của hai trong ba pha nguồn mắc vào động cơ không đồng bộ -Độ trượt rotor và moment tại thời điểm xảy ra hãm ngược: 12/20/17 181 Dễ thấy, shn>1. Do đó: -Trở kháng tương đương lúc thực hiện hãm ngược nhỏ hơn trở kháng lúc
khởi động. Dòng điện hãm ngược vì thế rất lớn. Để khống chế dòng điện
hãm ngược, biện pháp mắc thêm điện trở mạch stator hoặc rotor được
sử dụng. - Phương án sử dụng điện trở mạch rotor có khả năng tăng moment trong
quá trình hãm. - Moment động cơ khi vận tốc triệt tiêu sẽ có giá trị âm khác không. Vì
thế, nếu muốn thực hiện hãm dừng động cơ và tránh hiện tượng quay
đảo chiều động cơ, thì cần thực hiện cắt nguồn ra khỏi động cơ khi vận
tốc đạt lân cận giá trị zero. 12/20/17 182 12/20/17 183 - Trong quá trình hãm ngược, năng lượng cơ năng được chuyển thành
điện năng, phần năng lượng này cùng với năng lượng từ nguồn cung cấp
sẽ tiêu hao trên các điện trở dưới dạng
nhiệt. -Rõ ràng, đây là phương án hãm gây nhiều tổn hao, hiệu suất thấp. - Hãm ngược sử dụng thích hợp cho họat động đảo chiều vận tốc động
cơ. 12/20/17 184 12/20/17 185 -Động cơ không đồng bộ có thể bị hãm động năng bằng nguồn ac
không đối xứng. Lúc đó, stator động cơ được đóng vào nguồn một
pha -Có thể phân tích tác dụng nguồn ac một pha có thể tách thành nguồn
ba pha đối xứng của các thành phần thứ tự thuận và hệ nguồn ba pha
đối xứng của các thành phần thứ tự nghịch. 12/20/17 186 -Khi động cơ đang chạy ở vận tốc
cho trước và bị hãm động năng bởi
nguồn ac một pha, moment hãm chỉ
phát sinh khi moment của hệ nguồn
đối xứng thứ tự nghịch có trị tuyệt
đối lớn hơn moment của hệ nguồn
đối xứng theo thứ tự thuận. -Điều này chỉ xảy ra khi điện trở
rotor đủ lớn. Do đó, hãm động năng
bằng hệ nguồn ac không đối xứng
chỉ sử dụng thích hợp đối với động
cơ không đồng bộ rotor dây quấn
hoặc có cấu tạo rotor đặc biệt với
điện trở đủ lớn 12/20/17 187 12/20/17 188 12/20/17 189 12/20/17 190 -Hãm động năng là chế độ hãm thường được sử dụng, trong đó phương án sử
dụng từ trường của dòng điện một chiều đi qua mạch stator được sử dụng phổ
biến.
-Theo đó mạch stator được ngắt ra khỏi nguồn ac và đóng vào nguồn dc. Khi
đó, dòng điện một chiều dẫn qua cuộn stator tạo nên từ trường đứng yên.
Chuyển động quay của các cuộn rotor cắt ngang đường sức từ trường đứng
yên trên gây ra moment hãm động cơ. 12/20/17 191 Các cấu trúc đấu mạch stator khi hãm động năng 12/20/17 192 Các cấu trúc đấu mạch stator khi
hãm động năng Tổng trở tương đương, quan hệ điện áp chỉnh lưu và dòng điện dc và
điện áp mạch một chiều được cho trong bảng 12/20/17 193 -Mạch nguồn dc có thể thực hiện bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu,
biến đổi điện áp lưới nguồn ac thành điện áp dc cấp cho các cuộn dây
stator. -Thực tế, ngưởi ta thường sử dụng cấu trúc mạch chỉnh lưu đơn giản
để thực hiện hãm động năng. Cấu trúc bao gồm bộ chỉnh lưu tia
một xung với diode không. Trong một số trường hợp, để tăng nhanh
khả năng tắt dòng điện qua stator, cấu trúc dùng bộ chỉnh lưu tia một
xung với thyristor được sử dụng. 12/20/17 194 Nếu sử dụng máy biến thế, có thể chọn cấu trúc bộ chỉnh lưu không
điều khiển (ví dụ chỉnh lưu cầu diode một pha), độ lớn dòng điện dc
được thiết lập bởi tỉ số vòng dây các cuộn sơ cấp- thứ cấp máy biến
thế . Dòng điện kích từ dẫn qua cuộn stator có thể được giới hạn
bằng điện trở R1 mắc nối tiếp ở ngõ ra mạch chỉnh lưu 12/20/17 195 -Moment hãm tác động trong quá trình hãm có thể thay đổi bằng điện
trở phụ mạch rotor R2 của động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. 12/20/17 196 -Đặc tính moment hãm thay đổi theo điện trở mạch rotor được
vẽ minh họa trên 12/20/17 197 Moment hãm động năng: 12/20/17 198 Moment hãm động năng cực đaị: 12/20/17 199 12/20/17 200 12/20/17 201 12/20/17 202 12/20/17 203 12/20/17 204 Đặc tính cơ có moment cực trị giảm dần
theo bình phương điện áp stator 12/20/17 205 - Phạm vi điều chỉnh vận tốc bằng cách điều khiển điện áp stator tương
đối hẹp. Do đó, phạm vi điều khiển vận tốc rộng hơn chỉ có ý nghĩa đối
với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. -Điện trở phụ mạch rotor hoặc có giá trị cố định hoặc điều khiển thay đổi
nhảy cấp (2 hoặc 3) hoặc thay đổi nhuyễn - Phạm vi điều chỉnh tốc độ tăng lên theo hàm 12/20/17 206 12/20/17 207 12/20/17 208 12/20/17 209 12/20/17 210 12/20/17 211 12/20/17 212 12/20/17 213 12/20/17 214 12/20/17 215 12/20/17 216 12/20/17 217 Nguyên lý điều khiển từ thông không đổi trở thành điều khiển U/f =const 12/20/17 218 12/20/17 219 220 12/20/17 221 12/20/17 222 12/20/17 223 12/20/17 224 12/20/17 225 12/20/17 226 12/20/17 227 12/20/17 228 12/20/17 229 12/20/17 230 12/20/17 231 -Tín hiệu điều khiển là tần số đồng bộ của nguồn cần cấp cho stator f*. 12/20/17 232 12/20/17 233 12/20/17 234 12/20/17 235 12/20/17 236 12/20/17 237 12/20/17 238 12/20/17 239 12/20/17 240 12/20/17 241 12/20/17 242 12/20/17 243 12/20/17 244 12/20/17 245 -Độ lớn sóng hài cơ bản điện áp tải và tần số của nó được điều khiển bằng cách
điều khiển giản đồ kích bộ nghịch lưu áp. -Từ giá trị yêu cầu của tần số đồng bộ fyc, khối điều khiển từ thông thiết lập độ lớn
điện áp yêu cầu Uyc. Hai tín hiệu fyc,Uyc qua mạch tạo sóng sẽ tạo nên các tín hiệu
điều khiển ba pha dạng sin ur1,ur2,ur3 với tần số bằng tần số fyc và biên độ tỉ lệ với
Uyc. - Kết quả so sánh các tín hiệu áp điều khiển trên với sóng mang tam giác sẽ thiết
lập giản đồ kích cho các linh kiện bộ nghịch lưu 12/20/17 246 - Mạch tạo sóng mang và sóng điều khiển phức tạp hơn 12/20/17 247 Nếu ma ≤ 1(biên độ sóng sin nhỏ hơn biên độ sóng mang) thì quan hệ giữa biên độ
thành phần cơ bản của áp ra và áp điều khiển là tuyến tính. 12/20/17 248 12/20/17 249 12/20/17 250 12/20/17 251 12/20/17 252 12/20/17 253 12/20/17 254 12/20/17 255 12/20/17 256 12/20/17 257 12/20/17 258 12/20/17 259 12/20/17 260 12/20/17 261 12/20/17 262 12/20/17 263 12/20/17 264 12/20/17 265 12/20/17 266 12/20/17 267 12/20/17 268 12/20/17 269 12/20/17 270 12/20/17 271 12/20/17 272 12/20/17 273 12/20/17 274 12/20/17 275 12/20/17 276 12/20/17 277 12/20/17 278 12/20/17 279 12/20/17 280 12/20/17 281 12/20/17 282 12/20/17 283 12/20/17 284 12/20/17 285 12/20/17 286 12/20/17 287 12/20/17 288 12/20/17 289 12/20/17 290 12/20/17 291 12/20/17 292 12/20/17 293 12/20/17 294 12/20/17 295 12/20/17 296 12/20/17 297 12/20/17 298 12/20/17 299 12/20/17 300 12/20/17 301 12/20/17 302 12/20/17 303 12/20/17 304 12/20/17 305 - Với vector điện áp yêu cầu là Vref = 200e j45 . Nên nó nằm ở góc phần sáu thứ
nhất của hình lục giác của hệ tọa độ đứng yên α-β. 12/20/17 306 Với Vref = 200e j45 V , Tz = 0,2ms , Vdc=500 v, ɵ= 450 ta tính được
T1 =0,0358 ms;
T2 =0,0975 ms ;
T0 = Tz- T1 -T2=0,2- 0,0358-0,0975=0,0667 ms 12/20/17 307 Với Vref = 200e j45 V , Tz = 0,2ms , Vdc=500 v, ɵ= 450 ta tính được
T1 =0,0358 ms;
T2 =0,0975 ms ;
T0 = Tz- T1 -T2=0,2- 0,0358-0,0975=0,0667 ms 12/20/17 308 12/20/17 309 12/20/17 310 12/20/17 311 12/20/17 312 12/20/17 313 12/20/17 314 m 12/20/17 315 12/20/17 316 y = rd i
sd (cid:0) (cid:0) = M y
P m i
rd sq (cid:0) L
m
+
sT
1
r
L
3
m
L
2
r (cid:0) (cid:0) 12/20/17 317 y rd
, i
sq i
sd T
r s L L
,
r
m
P M m 12/20/17 318 y = rd i
sd (cid:0) (cid:0) = M y
P m i
rd sq (cid:0) L
m
+
sT
1
r
L
3
m
L
2
r (cid:0) (cid:0) 12/20/17 319 12/20/17 320 12/20/17 321 12/20/17 322 12/20/17 323 12/20/17 324 12/20/17 325 12/20/17 326Chương 4. Truyền động động cơ AC KĐB 3pha
4.1 Đặc tính cơ của động cơ
4.1 Đặc tính cơ của động cơ
4.1 Đặc tính cơ của động cơ
4.1 Đặc tính cơ của động cơ
4.1 Đặc tính cơ của động cơ
4.2 Khởi động động cơ KĐB
1. Khởi động trực tiếp
Các tính chất:
2. Khởi động sao-tam giác để giảm dòng điện và moment khởi động:
3. Khởi động dung biến ap tự ngẫu để giảm điện áp khởi động:
4. Khởi động dùng cuộn kháng phụ (hoặc điện trở phụ) mạch stator
4. Khởi động dùng cuộn kháng phụ (hoặc điện trở phụ) mạch stator
5. Khởi động động cơ rotor dây quấn bằng điện trở phụ
6. Khởi động mềm (Soft Starter)
6. Khởi động mềm (Soft Starter)
6. Khởi động mềm (Soft Starter)
6. Khởi động mềm (Soft Starter)
Ưu điểm:
-Moment khởi động thay đổi mềm (như moment động cơ một chiều)
-Khống chế được dòng khởi động
-Đáp ứng nhanh khi đóng và ngắt
-Không có vấn đề phát sinh hồ quang
Nhược điểm:
- Mạch công suất sử dụng linh kiện bán dẫn nên dẫn điện không hoàn
toàn khi đóng tổn hao nhiệt.
-Tương tự, linh kiện bán dẫn ngắt điện không hoàn toàn , không hoàn toàn
cách ly khi ngắt điện
4.3 CÁC CHẾ ĐỘ HÃM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1. Chế độ hãm tái sinh
a/ Nguồn cung cấp có tần số cố định- tải thế năng: Động cơ dưới tác dụng
của tải thế năng làm nó quay nhanh hơn tốc độ đồng bộ của từ trường quay của
nguồn ac cung cấp. Đặc tính ωƯ(M) cho biết động cơ làm việc ở chế độ máy
phát, cơ năng được biến thành điện năng trả về nguồn. Moment hãm có tác
dụng giữ cho vận tốc động cơ không tăng lên một giá trị xác định và không có
thể hãm dừng động cơ.
1. Chế độ hãm tái sinh
b/ Nguồn cung cấp có tần số điều chỉnh được: bằng cách điều chỉnh tần số
nguồn thấp hơn vận tốc đang làm việc của động cơ, động cơ sẽ chuyển sang
chế độ hãm tái sinh trong đặc tính làm việc mới. Do tần số nguồn có thể điều
chỉnh đến triệt tiêu nên bằng phương pháp này có thể thực hiện hãm dừng động
cơ.
1. Chế độ hãm tái sinh
Độ trượt khi xảy ra hãm tái sinh:
2. Chế độ hãm ngược
Xảy ra trong các trường hợp sau:
Trường hợp nguồn cung cấp ac không thay đổi: vận tốc đồng bộ giữ nguyên
dấu:
- Xảy ra khi động cơ dưới tác dụng tải thế năng thực hiện chuyển động quay
theo chiều ngược lại với chiều từ trường ( ωm và ωs ngược dấu). Để có thể thực
hiện hãm ngược, đặc tính ω(M) của động cơ phải được “mềm” hóa, bằng cách
thêm điện trở mạch rotor.
2. Chế độ hãm ngược
2. Chế độ hãm ngược
Xảy ra trong các trường hợp sau:
Trường hợp nguồn cung cấp ac bị thay đổi: Đảo chiều từ trường quay
hay vận tốc đồng bộ đổi dấu:
2. Chế độ hãm ngược
Xảy ra trong các trường hợp sau:
2. Chế độ hãm ngược
2. Chế độ hãm ngược
Xảy ra trong các trường hợp sau:
3. Chế độ hãm động năng
a/ Chế độ hãm động năng bằng hệ nguồn ac không đối xứng
3. Chế độ hãm động năng
a/ Chế độ hãm động năng bằng hệ nguồn ac không đối xứng
3. Chế độ hãm động năng
a/ Chế độ hãm động năng bằng hệ nguồn ac không đối xứng
3. Chế độ hãm động năng
a/ Chế độ hãm động năng bằng hệ nguồn ac không đối xứng
3. Chế độ hãm động năng
a/ Chế độ hãm động năng bằng hệ nguồn ac không đối xứng
3. Chế độ hãm động năng
b/ Chế độ hãm động năng bằng nguồn dc
3. Chế độ hãm động năng
b/ Chế độ hãm động năng bằng nguồn dc
3. Chế độ hãm động năng
b/ Chế độ hãm động năng bằng nguồn dc
3. Chế độ hãm động năng
b/ Chế độ hãm động năng bằng nguồn dc
3. Chế độ hãm động năng
b/ Chế độ hãm động năng bằng nguồn dc
3. Chế độ hãm động năng
b/ Chế độ hãm động năng bằng nguồn dc
3. Chế độ hãm động năng
b/ Chế độ hãm động năng bằng nguồn dc
3. Chế độ hãm động năng
b/ Chế độ hãm động năng bằng nguồn dc
3. Chế độ hãm động năng
b/ Chế độ hãm động năng bằng nguồn dc
3. Chế độ hãm động năng
b/ Chế độ hãm động năng bằng nguồn dc
CÁC CHẾ ĐỘ HÃM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
ĐiỀU KHIỂN VẬN TỐC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
4.4 Điều khiển vận tốc động cơ KĐB 3pha
1. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi số cặp cực
1. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi số cặp cực
2. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện áp stator
2. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện áp stator
Phạm vi điều khiển vận tốc:
2. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện áp stator
2. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện áp stator
2. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện áp stator
2. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện áp stator
2. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện áp stator
2. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện áp stator
3. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện trở rotor
3. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện trở rotor
3. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện trở rotor
3. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi điện trở rotor
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Nguyên lý điều khiển :
- Nếu bỏ qua sụt áp không đáng kể trên stator, ở xác lập điện áp stator tỉ
lệ thuận với từ thông và vận tốc theo hệ thức:
- Nếu điều khiển vận tốc động cơ dưới định mức: bằng cách thay đổi tần
số nguồn và giữ nguyên độ lớn điện áp stator, từ thông động cơ sẽ tăng
lên đến giá trị bão hòa.
Động cơ không thể phát triển hiệu quả moment cực đại khi dòng điện
tăng.
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
-Để tránh hiện tượng bão hòa từ và giảm tổn hao, điện áp stator U cần
được thay đổi cùng với f (hoặc ω ) sao cho duy trì tác dụng từ thông bằng
định mức, nghĩa là:
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Chứng minh điều này bởi những biến đổi sau
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Khi điều khiển động cơ theo nguyên lý U/f không đổi, với các điều kiện
thiết lập, moment đặc tính cơ có cực trị không đổi Mmax=const.
Tuy nhiên:
Trường hợp vận tốc động cơ thấp:
Khi hoạt động ở tần số thấp, điện trở Rs không thể bỏ qua so với trở kháng
(Xs+Xr’).
Để giữ nguyên moment cực đại ở tần số thấp, thì tỷ số điện áp/ tần số
cần thay đổi và có giá trị lớn hơn tỉ số U/f ở chế độ định mức
Trường hợp vận tốc lớn hơn định mức:
Khi điều khiển vận tốc lớn hơn vận tốc định mức, điện áp stator sẽ được
duy trì không đổi bằng định mức và tần số f được điều khiển tăng lên.
Động cơ sẽ làm việc ở chế độ non kích từ. Để tránh hiện tượng động cơ
quá tải, moment động cơ sẽ được điều khiển theo nguyên lý công suất
12/20/17
không đổi. Moment cực đại sẽ giảm khi tăng tần số.
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Nguyên tắc điều khiển :
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Đặc tính cơ :
tốc
theo
khi điều khiển vận
nguyên lý U/f= K1
-Moment cực đại của động cơ
thay đổi ít khi vận tốc đồng bộ
lớn và giảm dần khi tần số đồng
bộ giảm. Khả năng tạo moment
của động cơ giảm mạnh ở tần số
làm việc thấp.
-Quan hệ điều khiển giữ từ thông
không đổi (U-f) trong phạm vi tần
số từ zero đến trên tần số đồng
bộ
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Đặc tính cơ điện:
- Khi ws>wsđm, động cơ làm việc với
điện áp stator không đổi và tần số
thay đổi (giảm từ thông).
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Sơ đồ hệ truyền động điều khiển vận tốc động cơ dùng bộ biến tần áp theo
nguyên lý U/f
- Khối điều khiển từ thông có chức năng thiết lập độ lớn điện áp stator theo
hàm điều khiển điện áp- tần số (U-f) để đảm bảo từ thông động cơ được sử
dụng hiệu quả.
- Ngõ ra của khối điều khiển từ thông là đại lượng điện áp yêu cầu U*. Các giá
trị U*,f* được đưa đến mạch xử lý điều khiển tạo xung kích đóng cho bộ biến
tần
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ- bộ biến tần áp sáu bước:
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ- bộ biến tần áp sáu bước:
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ- bộ biến tần áp sáu bước:
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ- bộ biến tần áp sáu bước:
3. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ- bộ biến tần áp sáu bước:
Ưu điểm :
- Bộ biến tần áp loại này là quá trình điều khiển kích đóng bộ nghịch lưu áp
đơn giản. Do số lần đóng ngắt linh kiện ít nên tổn hao do đóng ngắt không
đáng kể.
Nhược điểm:
- Tính chất điện áp tải tạo thành chứa nhiều thành phần sóng hài bậc cao, đặc
biệt các thành phần hài bậc 5 và bậc 7. Chúng là nguyên nhân gây ra các
thành phần moment xung trong động cơ làm nó hoạt động không ổn định ở
tần số thấp.
- Cũng vì các thành phần sóng hài nên điện áp tụ lọc dc bị nhấp nhô mạnh. Giá
trị mạch lọc được định mức khá lớn.
- Bộ chỉnh lưu ngõ vào của bộ biến tần được điều khiển pha, làm giảm hệ số
công suất của thiết bị.
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ- bộ biến tần áp sáu bước:
Tải đấu sao:
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ- bộ biến tần áp sáu bước:
Tải đấu tam giác:
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Chất lượng áp và dòng điện tải chứa nhiều sóng hài, sự hình thành moment
dạng xung tần số 6 lần tần số đồng bộ và dạng dòng điện tiêu thụ qua lưới
(ia) không sin là những nhược điểm của phương pháp vừa nêu
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Chế độ hãm động cơ
-Để hãm động cơ, tần số điện áp ra của biến tần sẽ được điều chỉnh giảm
xuống. Về bản chất, đây là hiện tượng hãm tái sinh với nguồn ac thay đổi tần
số.
-Khi động cơ được cấp nguồn bởi bộ biến tần áp điều khiển sáu bước làm
việc ở chế độ hãm, năng lượng hãm chuyển thành điện năng đưa trả về
mạch một chiều và nạp cho tụ lọc. Nếu công suất hãm lớn, điện áp tụ có thể
nạp đến giá trị lớn gây quá áp.
3. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Chế độ hãm động cơ
- Biện pháp giải quyết đơn giản là đấu song song với tụ lọc một điện trở xả
Rb (Braking Resistor) và đóng điện trở vào mạch nhờ khóa bán dẫn S. Xung
kích để đóng khóa dựa vào so sánh điện áp trên tụ với mức điện áp cho
phép trên tụ.
- Do năng lượng hãm cuối cùng được tiêu hao trên điện trở xả nên phương
pháp này thường được gọi là hãm động năng
3. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Đảo chiều vận tốc:
Việc đảo chiều vận tốc thực hiện nhờ thay đổi trật tự xung kích các nhánh
pha của bộ nghịch lưu áp ba pha
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ- bộ biến tần áp điều chế độ rộng
xung sin (sin PWM)
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ- bộ biến tần áp điều chế độ rộng
xung sin (sin PWM)
-Độ lớn sóng hài cơ bản điện áp tải và tần số của nó được điều khiển bằng
cách điều khiển giản đồ kích bộ nghịch lưu áp.
-Từ giá trị yêu cầu của tần số đồng bộ fyc, khối điều khiển từ thông thiết lập
độ lớn điện áp yêu cầu Uyc. Hai tín hiệu fyc,Uyc qua mạch tạo sóng sẽ tạo nên
các tín hiệu điều khiển ba pha dạng sin ur1,ur2,ur3 với tần số bằng tần số fyc và
biên độ tỉ lệ với Uyc.
- Kết quả so sánh các tín hiệu áp điều khiển trên với sóng mang tam giác sẽ
thiết lập giản đồ kích cho các linh kiện bộ nghịch lưu
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ- bộ biến tần áp điều chế độ rộng
xung sin (sin PWM)
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Ưu điểm :
-Bộ biến tần sin PWM tạo nên điện áp tải với lượng sóng hài (bậc tần số
sóng mang) không đáng kể, dòng điện pha tải gần như sin. Hệ quả là thành
phần moment xung xuất hiện trong động cơ giảm đáng kể; mạch lọc nguồn
được thiết kế đơn giản hơn nhiều.
Nhược điểm :
-Tần số đóng ngắt cao và các hệ quả kèm theo như tổn hao do đóng ngắt
linh kiện, nhiễu điện từ là những yếu điểm của nó.
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Tỷ số điều biên
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Tỷ số điều biên
- Kỹ thuật điều chế độ rộng xung sin cho phép điều khiển tuyến tính biên
độ áp hài cơ bản đến giá trị Ud/2.
- Các dạng điều chế độ rộng xung cải tiến của nó và các phương pháp điều
chế vector dựa vào kỹ thuật số cho phép tận dụng khả năng điện áp của bộ
biến tần và điều khiển tuyến tính biên độ điện áp tải đến giá trị Ud / sqrt(3),
với Ud là biên độ nguồn dc.
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Chế độ hãm động cơ và đảo chiều vận tốc:
-Thực hiện hãm động cơ bằng phương pháp giảm tần số như vừa mô tả ở
phần trên.
- Phần lớn các loại biến tần điều chế độ rộng xung sin giải quyết năng lượng
hãm bằng cách cho xả qua điện trở Rb mắc song song với tụ .
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
4. Điều khiển vận tốc động cơ KĐB bằng thay đổi tần số nguồn áp
Chương 5. Vector không gian- Điều khiển động cơ
theo định hướng trường (FOC)
1. Vectơ không gian
-Trong lý thuyết máy điện, nhiều phương pháp biểu diễn mô hình
động cơ không đồng đồng bộ được dẫn giải cho việc mô tả động cơ
trong hệ tọa độ 3 pha abc.
-Các phương pháp này, tuy có thể giải thích hiện tượng quá độ của
động cơ, tuy nhiên xuất hiện các quan hệ phức tạp gây ra do giá trị hỗ
cảm là hàm biến thiên theo thời gian (và vận tốc quay của roror).
- Để mô tả các hiện tượng quá độ trong các động cơ xoay chiều được
cấp nguồn bởi các bộ biến đổi công suất, người ta thường sử dụng
các phép biến hình khử bỏ sự phụ thuộc vào vị trí rotor của cảm
kháng tương hổ giữa stator và rotor.
1. Vectơ không gian
- Với mục đích loại bỏ các tính toán phức tạp trên, phép biến hình
vector không gian được giới thiệu và ngày nay trở thành phương
pháp rất hiệu quả trong việc khảo sát quá trình động học và điều
khiển không những cho động cơ không đồng bộ mà cả cho các hệ
thống 3 pha nói chung.
1. Vectơ không gian
Định nghĩa về vector không gian
1. Vectơ không gian
Định nghĩa về vector không gian
- Phép biến hình “vector không gian” là phép biến hình toán học qui
đổi các đại lượng 3 pha của hệ tọa độ abc sang đại lượng vector của
hệ tọa độ xy.
-Như vậy, thay vì phải thực hiện tính toán các đại lượng và quan hệ
của chúng trong hệ tọa độ 3 pha, ta sẽ thực hiện tính toán chúng
trong hệ tọa độ xy với các biểu thức đơn giản hơn.
-Nếu muốn xác định giá trị thực của đại lượng theo hàm thời gian, ta
sử dụng phép biến hình ngược từ đại lượng vector sang đại lượng 3
pha.
-Ưu điểm của phép biến hình này là dễ biểu diễn bằng hình học và dể
dàng tính toán qui đổi đại lượng các hệ tọa độ khác nhau như hệ
stator, hệ rotor.
1. Vectơ không gian
Định nghĩa về vector không gian
Giả sử các đại lượng ia,ib,ic trong hệ tọa độ 3 pha đang xét đối xứng
thỏa mãn điều kiện:
Vector không gian (Space vector transformation) của đại lượng I là
vector được định nghĩa bởi hệ thức :
1. Vectơ không gian
Định nghĩa về vector không gian
Phép biến hình ngược lại cho phép ta thu được giá trị tức thời của
các đại lượng 3 pha từ các thành phần thực Re và ảo Im của vector
không gian:
1. Vectơ không gian
1. Vectơ không gian
1. Vectơ không gian
1. Vectơ không gian
1. Vectơ không gian
1. Vectơ không gian
1. Vectơ không gian
1. Vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
Trong đó, các IBGT nhóm trên: S1, S3, S5
các các IBGT nhóm dưới: S4, S6, S2
các vector biên chuyển mach: a, b, c
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu tương ứng với trạng thái đóng –ngắt
các linh kiện IGBT
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu tương ứng với trạng thái đóng –ngắt
các linh kiện IGBT
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu tương ứng với trạng thái đóng –ngắt
các linh kiện IGBT
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu tương ứng với trạng thái đóng –ngắt
các linh kiện IGBT
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu tương ứng với trạng
thái đóng –ngắt các linh kiện IGBT
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
Cho bộ nghịch lưa áp 3 pha sử dụng linh kiện IGBT có điện áp DC ngõ vào
là Ud=500V, tải R=10Ω , L=10mH (đấu sao). Khi sử dụng kỹ thuật điều chế
vector không gian SVPWM, thời gian lấy mẫu Tz= 0,2 [ms], vector yêu cầu
Vref = 200e j45 (V) . Hãy tính thời gian tác dụng T0, T1, T2 của các vector điều
chế cơ bản trong chu kỳ lấy mẫu Tz và vẽ biểu đồ xung kích .
Hướng dẫn
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
Giản đồ xung kích linh kiện
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.1. Hệ tọa độ đứng yên so với stator αβ
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.2. Hệ qui chiếu quay dq vector từ thông rotor
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.2 Chuyển đổi đại lượng từ hệ qui chiếu đứng yên( staor) αβ sang
hệ qui chiếu quay theo từ thông rotor dq
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.3. Ưu thế của việc mô tả ĐC KĐB trên hệ tọa độ tựa theo vector từ thông rotor
Nhắc lại nguyên tắc điều khiển động cơ DC
i
m m
{
=
y
M k
m
1
=
y
k i
kt
2
Hai dòng ikt và im có thể được sử dụng trực tiếp làm đại lượng
điều khiển cho từ thông và moment quay của động cơ nếu như
ta thành công trong việc áp đặt nhanh hai dòng điện đó
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.3. Ưu thế của việc mô tả ĐC KĐB trên hệ tọa độ tựa theo vector từ thông rotor
-Khi mô tả ĐCKĐBBP trên hệ tọa độ abc không còn tồn tại những tương
quan minh bạch ( dòng – từ thông, dòng – moment ) như trên nữa, ở đây
tồn tại cấu trúc mạch và các đại lượng ba pha phức tạp
-Khi mô tả ĐCKĐBBP trên hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor là cho phép
mô tả dẫn tới các tương quan giống như đối với ĐCMC nhằm đạt được
các tính năng điều khiển tương tự với ĐCMC
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.3. Ưu thế của việc mô tả ĐC KĐB trên hệ tọa độ tựa theo vector từ thông rotor
Sau khi xây dựng vector không gian cho các đại lượng dòng , áp, từ
thông động cơ và chuyển các vector đó sang quan sát trên hệ tọa độ từ
thông rotor ( tọa độ dq) ta thu được các quan hệ đơn giản sau đây giữa
moment quay, từ thông và các phần tử của vetor dòng stator
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.3. Ưu thế của việc mô tả ĐC KĐB trên hệ tọa độ tựa theo vector từ thông rotor
Thành phần d của vector từ thông rotor ( cũng chính là modul
vector
Thành phần d và q của vector dòng stator
Hằng số thời gian của rotor
Toán tử laplace
Điện cảm rotor và hổ cảm giữa stator và rotor
Số đôi cực của động cơ
Moment quay của động cơ
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.3. Ưu thế của việc mô tả ĐC KĐB trên hệ tọa độ tựa theo vector từ thông rotor
Nhận thấy rằng :
-Từ thông rotor có thể được tăng giảm gián tiếp thông qua tăng giảm isd (
quan hệ giữa hai đại lượng là quan hệ trể bậc nhất với thời hằng Tr ).
-Nếu thành công trong việc áp đặt nhanh và chính xác dòng isd ta có thể
coi như isd là đại lượng điều khiển từ thông rotor
-Nếu isd thành công trong việc điều chỉnh ổn định từ thông rotor tại mọi
điểm làm việc thì moment của động cơ có thể có thể được điều chỉnh
thông qua đại lượng isq
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.3. Ưu thế của việc mô tả ĐC KĐB trên hệ tọa độ tựa theo vector từ thông rotor
Tóm lại ưu thế của việc mô tả ĐC KĐB trên hệ tọa độ dq so với hệ tọa độ αβ:
1.Các đại lượng không biến thiên theo dạng sin theo thời gian
2.Hệ phương trình đơn giản hơn ( thành phần từ thông rotor ngang trục bàng
không)
3.Phân ly điều khiển từ thông rotor và moment (tốc độ ) theo các thành phần
dọc trục và ngang trục dòng stator
4.Gần giống với điều khiển động cơ một chiều
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3. 4 Mô hình ĐC KĐB mô tả trên hệ tọa độ tựa theo vector từ thông rotor
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3. 4 Mô hình ĐC KĐB mô tả trên hệ tọa độ tựa theo vector từ thông rotor
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.5 Cấu trúc của hệ thống truyền động điện ĐCKĐBBP mô tả theo hệ toa độ
tựa theo vector từ thông rotor
3. Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
3.5. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện ĐCKĐBBP mô tả theo hệ toa độ
tựa theo vector từ thông rotor
3.5 Nguyên lý điều khiển định hướng trường vector từ thông
Tài liệu tham khảo:
1. Điện tử công suất 1
Nguyễn Văn Nhờ- NXB ĐH QG Tp. HCM
2. Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều 3 pha
Nguyễn Phùng Quang – NXB GD- 1996
3. Cơ sở truyền động điện
Nguyễn Văn Nhờ- NXB ĐH QG Tp. HCM-2003
4. Truyền động điện
Phan Quốc Dũng- Tô Hữu Phúc - NXB ĐH QG Tp. HCM-2008
5. Bài giảng “ Truyền động điện”
Nguyễn Công Binh – ĐH Nha Trang
6. Tài liệu từ internet
![Đề cương đề tài nghiên cứu khoa học [chuẩn nhất/mới nhất]](https://cdn.tailieu.vn/images/document/thumbnail/2025/20251117/duong297/135x160/26111763433948.jpg)
