Nguyenvanbientbd47@gmail.com
Hµ Ngäc Th¾ng
Ch−¬ng 3
C¸c ph−¬ng ph¸p håi tiÕp tèc ®é vµ dßng
®iÖn
3.1 Kh¸i niÖm chung
Håi tiÕp tèc ®é vµ dßng ®iÖn lµ mét phÇn kh«ng thÓ thiÕu ®−îc trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn
tèc ®é ®éng c¬. §Ó ®iÒu khiÓn ®−îc tèc ®é ®éng c¬ ng−êi ta ph¶i biÕt ®−îc gi¸ trÞ ®Çu ra cña
hÖ thèng (ë ®©y lµ tèc ®é ®éng c¬) ®Ó cã nh÷ng ®iÒu chØnh thÝch hîp ë ®Çu vµo (®iÖn ¸p,
dßng ®iÖn, tÇn sè ...) ®Ó ®¹t ®−îc tèc ®é mong muèn. §Ó håi tiÕp ®−îc dßng ®iÖn vµ tèc ®é
ta ph¶i ®o ®−îc dßng ®iÖn vµ tèc ®é. ThiÕt bÞ thùc hiÖn c«ng viÖc nµy ng−êi ta gäi chung lµ
thiÕt bÞ ®o l−êng. §é chÝnh x¸c cña c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn chÊt
l−îng ®iÒu chØnh bëi v× nhiÖm vô cña nã lµ ph¶n ¸nh chÝnh x¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc cña hÖ ®Ó
tõ ®ã ®i ®iÒu khiÓn nã. Do vËy yªu cÇu ®èi víi nh÷ng thiÕt bÞ ®o l−êng lµ ph¶i ®¶m b¶o ®é
chÝnh x¸c cao trong c¶ chÕ ®é ®éng vµ chÕ ®é tÜnh, ngoµi ra ph¶i ®¶m b¶o kh«ng bÞ ¶nh
h−ëng cña nhiÔu lo¹n bªn ngoµi.
Trong thùc tÕ ®Ó ph¶n håi tèc ®é ng−êi ta th−êng sö dông m¸y ph¸t tèc vµ c¸c bé ®o tèc
®é xung sè, ®Ó ph¶n håi dßng ®iÖn ng−êi ta sö dông c¸c m¹ch ®o dßng.
3.2 M¸y ph¸t tèc
M¸y ph¸t tèc lµ m¸y ®iÖn nhá, lµm viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t vµ thùc hiÖn chøc n¨ng biÕn
®æi chuyÓn ®éng quay cña trôc thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra.
Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh cña m¸y ph¸t tèc nh− sau:
dt
d
.Kn.KU 1F
α
== (3.1)
trong ®ã: : ®iÖn ¸p ra cña m¸y ph¸t tèc.
F
U
K, K1: lµ nh÷ng hÖ sè khuÕch ®¹i.
N: vËn tèc quay cña r«tor (vßng/phót)
Nguyenvanbientbd47@gmail.com
Hµ Ngäc Th¾ng
α: gãc quay.
C¸c yªu cÇu chñ yÕu cña m¸y ph¸t tèc lµ:
§é tuyÕn tÝnh cña ®Æc tÝnh cao, ®©y lµ yªu cÇu qua träng nhÊt cña m¸y ph¸t tèc. Trong
tr−êng hîp lý t−ëng c¸c hÖ sè K vµ K1 trong (3.1) lu«n lu«n kh«ng ®æi.
HÖ sè khuÕch ®¹i lín: n
U
KF
=
§iÖn ¸p ra ®æi xøng: )n(U)n(U FF
−
=
+
Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p khi n = 0 (®iÖn ¸p kh«ng) nhá trong c¸c m¸y ph¸t tèc xoay chiÒu vµ
vïng kh«ng nh¹y nhá trong c¸c m¸y ph¸t tèc mét chiÒu.
Theo cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¸y ph¸t tèc cã thÓ chia thµnh
• M¸y ph¸t tèc kh«ng ®ång bé.
• M¸y ph¸t tèc ®ång bé.
• M¸y ph¸t tèc mét chiÒu.
3.2.1 M¸y ph¸t tèc kh«ng ®ång bé
CÊu t¹o: M¸y ph¸t tèc kh«ng ®ång bé cã cÊu tróc gÇn gièng nh− ®éng c¬ chÊp hµnh
kh«ng ®ång bé, víi r«tor rçng kh«ng dÉn tõ. Trªn Stator ®Æt 2 cuén d©y lÖch pha nhau trong
kh«ng gian gãc 90 0 ®iÖn. Cuén kÝch thÝch (B) ®−îc nèi víi ®iÖn ¸p nguån. Cuén cßn l¹i ®−a
®iÖn ¸p ra cña m¸y ph¸t tèc. §Ó gi¶m ¶nh h−ëng cña khe hë kh«ng khÝ kh«ng ®Òu vµ sù
kh«ng ®èi xøng cña r«tor lªn ®Æc tÝnh ra, m¸y ph¸t tèc kh«ng ®ång bé kh«ng bao giê chÕ
t¹o víi hai cùc tõ, chóng th−êng cã hai ®«i cùc.
H×nh 4.1: S¬ ®å nguyªn lý m¸y ph¸t tèc kh«ng ®ång bé
Nguyªn lý lµm viÖc:
Nguyenvanbientbd47@gmail.com
Hµ Ngäc Th¾ng
Khi r«tor ®øng yªn (n = 0) dßng ®iÖn cña cuén kÝch thÝch t¹o ra tõ th«ng theo ph−¬ng däc
trôc d. Tõ th«ng nµy c¶m øng vµ sinh ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng trong r«tor. Søc ®iÖn ®éng
nµy gäi lµ søc ®iÖn ®éng biÕn ¸p v× gièng nh− søc ®iÖn ®éng c¶m øng trong m¸y biÕn ¸p.
C¸c m¹ch vßng cña dßng ®iÖn r«tor do søc ®iÖn ®éng biÕn ¸p t¹o nªn n»m trªn nh÷ng mÆt
ph¼ng vu«ng gãc víi trôc d. Chóng sinh ra tõ th«ng cña r«tor cã chiÒu ng−îc víi tõ th«ng
kÝch thÝch. Nh− vËy khi r«tor ®øng yªn, trong m¸y ph¸t tèc chØ cã tõ tr−êng theo ph−¬ng
däc trôc nªn trong cuén ph¸t kh«ng cã søc ®iÖn ®éng c¶m øng (v× cuén ph¸t lÖch pha 90 0
®iÖn víi cuén kÝch thÝch). §iÖn ¸p cuén ph¸t UF = 0 khi n = 0.
Khi r«tor quay (n 0) trong r«tor ngoµi søc ®iÖn ®éng biÕn ¸p cßn cã søc ®iÖn ®éng
quay do c¸c thanh dÉn cña r«tor c¾t ®−êng søc cña tõ th«ng kÝch thÝch. D−íi t¸c dông cña
søc ®iÖn ®éng quay trong r«tor h×nh thµnh c¸c dßng ®iÖn, do ®iÖn trë r«tor lín nªn hÇu nh−
trïng pha víi søc ®iÖn ®éng quay, t¹o ra luång tõ th«ng lu«n trïng pha víi trôc cuén ph¸t
trªn stator. §−êng søc cña tõ th«ng nµy c¾t c¸c vßng d©y cuén ph¸t sinh ra søc ®iÖn ®éng
c¶m øng trong cuén ph¸t. TÇn sè cña søc ®iÖn ®éng nµy b»ng tÇn sè cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu
nu«i cuén kÝch thÝch.
≠
3.2.2 M¸y ph¸t tèc ®ång bé
M¸y ph¸t tèc ®ång bé víi r«tor lµ nam ch©m vÜnh cöu, stator lµ cuén d©y. Nhê kÝch thÝch
b»ng nam ch©m vÜnh cöu nªn trong m¸y ph¸t tèc ®ång bé kh«ng cã tiÕp xóc vµnh tr−ît chæi
than lµm t¨ng ®é tin cËy cña m¸y.
Khi r«tor cña m¸y ph¸t tèc quay, trong d©y cuèn stator xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng c¶m øng
cã trÞ sè tû lÖ thuËn víi tÇn sè quay n.
KTFKTFF .W
60
n..p
44,4.fW44,4E Φ=Φ=
trong ®ã:
60
n.p
f=: tÇn sè cña m¸y ph¸t
F
W: sè vßng d©y cña cuén d©y stator.
KT
Φ: tõ th«ng kÝch thÝch d−íi mét cùc tõ cña nam ch©m vÜnh cöu r«tor.
Nguyenvanbientbd47@gmail.com
Hµ Ngäc Th¾ng
ViÖc sö dông m¸y ph¸t tèc ®ång bé trong mét sè hÖ thèng bÞ h¹n chÕ v× khi vËn tèc r«tor
n bÞ thay ®æi, kh«ng nh÷ng kÐo theo sù thay ®æi vÒ trÞ sè mµ c¶ tÇn sè ®iÖn ¸p ra. Sù biÕn ®æi
tÇn sè ®iÖn ¸p lµm cho c¸c gi¸ trÞ ®iÖn kh¸ng cña m¸y ph¸t tèc vµ cña t¶i thay ®æi dÉn tíi sù
biÕn d¹ng cña ®Æc tÝnh ra. Trong ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh sÏ x¶y ra hiÖn t−îng céng h−ëng nªn
kh«ng ®¶m b¶o yªu cÈu cña hÖ thèng. Bëi vËy m¸y ph¸t tèc ®ång bé ®−îc sö dông chñ yÕu
®Ó ®o tèc ®é quay, cuén ph¸t (cuén d©y stator) ®−îc nèi víi V«n met. Ngoµi ra m¸y ph¸t tèc
®ång bé cßn cã nh−îc ®iÓm lµ kh«ng x¸c ®Þnh ®−îc chiÒu quay nªn ph¶i l¾p thªm m¹ch x¸c
®Þnh chiÒu quay. §èi víi m¸y ph¸t mét pha dïng hai cuén d©y ®Æt lÖch nhau mét gãc 90 0.
Cßn ®èi víi m¸y ph¸t ba pha ph¶i dïng m¹ch x¸c ®Þnh thø tù pha ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu quay.
¦u ®iÓm cña m¸y ph¸t tèc ®ång bé lµ cã kÝch th−íc vµ träng l−îng t−¬ng ®èi nhá.
3.2.3 M¸y ph¸t tèc mét chiÒu
M¸y ph¸t tèc mét chiÒu cã cÊu tróc vµ nguyªn lý ho¹t ®éng nh− m¸y ®iÖn mét chiÒu
c«ng suÊt nhá, kÝch thÝch b»ng nam ch©m vÜnh cöu hoÆc kÝch thÝch ®éc lËp.
Yªu cÇu ®èi víi m¸y ph¸t tèc mét chiÒu lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cã chøa Ýt thµnh phÇn xoay
chiÒu tÇn sè cao vµ tØ lÖ víi tèc ®é ®éng c¬, kh«ng bÞ trÔ nhiÒu vÒ gi¸ trÞ vµ dÊu so víi biÕn
®æi ®¹i l−îng ®o. §iÖn ¸p mét chiÒu ph¸t ra kh«ng phô thuéc vµo t¶i vµ nhiÖt ®é.
§Ó ®¶m b¶o yªu cÇu trªn m¸y ph¸t tèc mét chiÒu ph¶i cã tõ th«ng kh«ng ®æi trong toµn
vïng ®iÒu chØnh tèc ®é. V× vËy ph¶i h¹n chÕ tæn thÊt m¹ch tõ b»ng viÖc sö dông vËt liÖu tõ
cã tõ trÔ hÑp vµ sö dông l¸ thÐp kÜ thuËt ®iÖn máng (h¹n chÕ tæn thÊt dßng ®iÖn xoay).
Nh−îc ®iÓm cña m¸y ph¸t tèc mét chiÒu lµ ®é chÝnh x¸c phô thuéc vµo phô t¶i. MÆt kh¸c
nhiÖt ®é cuén d©y thay ®æi ¶nh h−ëng tíi ®iÖn trë phÇn øng m¸y ph¸t lµm ®iÖn ¸p ra cña
m¸y ph¸t thay ®æi (do ®iÖn ¸p r¬i ë m¹ch phÇn øng thay ®æi). §iÖn ¸p ®Çu ra cña m¸y ph¸t
cßn bÞ thay ®æi do ®iÖn trë cña chæi than. nh h−ëng cña ph¶n øng phÇn øng tíi hÖ sè tû lÖ
(nhÊt lµ khi ë vïng tèc ®é cao).
3.3 §o tèc ®é b»ng xung vµ sè
M¸y ph¸t tèc ®é xung ph¸t ra Z xung trong 1 vßng quay, tÇn sè xung ra:
Π
=2
.
ω
Z
f
Nguyenvanbientbd47@gmail.com
Hµ Ngäc Th¾ng
§o tèc ®é xung th−êng dïng hai lo¹i:
Dïng ®iÖn tõ
Dïng b¸n dÉn quang
H×nh 4.2: §o tèc ®é xung b»ng ®Çu ®o ®iÖn tõ.
H×nh 4.3: §o tèc ®é xung b»ng ®Çu ®o quang ®iÖn
§Ó ®¸nh gi¸ chiÒu quay, ta ph¶i dïng hai ®Çu ®o ®Æt lÖch nhau 90 0. Nh− vËy trªn ®Çu ra
cña nã ta nhËn ®−îc hai tÝn hiÖu lÖch nhau 90 0 ®iÖn.
§Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c ng−êi ta cÇn t¨ng sè l−îng xung trong mét vßng quay. Tuy
nhiªn viÖc t¨ng sè v¹ch chia ®Ó t¨ng sè l−îng xung trong mét vßng quay sÏ bÞ
giíi h¹n bëi ®é t¸c ®éng nhanh cña phÇn tö quang ®iÖn hoÆc ph¶i t¨ng kÝch th−íc cña ®Üa
®o. NÕu hai giíi h¹n nµy bÞ giíi h¹n ng−êi ta thiÕt lËp m¹ch nh©n xung ®Ó t¨ng sè xung trªn
®Çu ra.