Bài giảng Hệ thống truyền động điện - Đại học Thuỷ lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỦ Bộ MƠN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIẺN VÀ Tự ĐỘNG HĨA TS PHẠM Đức ĐẠI (Chủ biên), TS NGUYỄN TRỌNG THẮNG, TS vũ MINH QUANG BÀI GIẢNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN • • • TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Bộ MÔN KỸ THUẬT ĐIÈU KHIỂN VÀ Tự ĐỘNG HÓA TS PHẠM ĐỨC ĐẠI (Chủ biên) TS NGUYỄN TRỌNG THÁNG, TS vũ MINH QUANG BÀI GIẢNG HỆ THÓNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Biên mục xuất phẩm Thư viện Quốc gia Việt Nam Phạm Đức Đại Bài giảng Hệ thống truyền động điện / Phạm Đức Đại, Nguyễn Trọng Thắng, Vũ Minh Quang - H : Bách khoa Hà Nội, 2022 - 260 tr : hình vẽ, bảng ; 27 cm ĐTTS ghi: Trường Đại học Thuỷ lợi Khoa Điện - Điện tử Bộ môn Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Truyền động điện Hệ thống Bài giảng 621.319 - dc23 BKM0185p-CIP LỜI NĨI ĐẦU Mơn học Truyền động điện môn học ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa ngành Kỹ thuật điện Một số giáo trình có nội dung chun sâu, địi hỏi sinh viên phải có kiến thức vững vàng điện tử công suất truyền động Xuất phát từ lý trên, Bộ môn Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa biên soạn “Bài giảng Hệ thong truyền động điện” nhằm cung cấp kiến thức cho sinh viên học môn học Nội dung giảng bao gồm tám chương viết dựa cấu trúc sách “Fundamentals of Electric Drives” tác giả Mohamed A El-Sharkawi thuộc Trường Đại học Washington Cụ thể chương sau: Chương 1: Các phần tử hệ thống truyền động điện Chương 2: Mạch điện tử cơng suất Chương 3: Đặc tính tốc độ - mômen động tải Chương 4’ Đặc tính tốc độ - mơmen động điện chiều Chương 5: Hãm động điện chiều Chương 6: Điều khiển tốc độ động điện chiều Chương 7‘ Hệ truyền động điện động không đồng Chương 8: Điều khiển tốc độ động khơng đồng Các chương trình bày chặt chẽ có ví dụ minh họa để sinh viên hiểu vấn đề lý thuyết Hệ thống tập cho cuối mồi chương giúp sinh viên nắm rõ vấn đề hệ truyền động điện từ mơ hình hóa đến phương pháp điều khiến Cuốn giảng biên soạn làm tài liệu giảng dạy thức mơn học Truyền động điện cho ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa ngành Kỹ thuật điện Trường Đại học Thủy lợi Cuốn sách làm tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, kỹ sư khối ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa, Kỹ thuật điện nước Để hoàn thành giảng này, tổ biên soạn xin chân thành cảm ơn đóng góp q báu của: TS Nguyễn Hồng Việt - phụ trách hiệu đính chương 2, hiệu đính chương 6; TS Đồ Duy Hiệp - phụ trách chương hiệu đính chương 7, 8, 9; ThS Hồng Duy Khang - hiệu đính chương 4, Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả khơng thể tránh khỏi sai sót, mong nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp; độc giả để giảng hoàn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về: Bộ mơn Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa - Trường Đại học Thủy lợi, 175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội Các tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương CÁC PHÀN TỬ BẢN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Giói thiệu 1.2 Cấu trúc hệ truyền động điện 12 1.2.1 Tải (mechanical loads) 13 1.2.2 Động điện 15 1.2.3 Nguồn công suất 16 1.2.4 Các biến đổi .17 1.2.5 Bộ điều khiển 19 1.3 Tài liệu tham khảo 19 Chương MẠCH ĐIỆN TỬ CỒNG SUẤT BẢN 20 2.1 Chỉnh lưu thyristor pha nửa chu kỳ tải trở .20 2.1.1 Giá trị hiệu dụng 23 2.1.2 Công suất tác dụng 26 2.1.3 Công suất chiều 29 2.1.4 Hệ số công suất 30 2.2 Chỉnh lưu cầu thyristor pha 32 2.3 Chỉnh lưu thyristor pha nửa chu kỳ tải RL 34 2.3.1 Điện áp trung bình cuộn cảm tụ điện 38 2.3.2 Cơng suất trung bình cuộn cảm 39 2.3.3 Điện áp hiệu dụng 39 2.4 Chỉnh lưu thyristor pha nửa chu kỳ tải RL với Dỉode xả 40 2.5 Chinh lini thyristor hình tia ba pha tãi diện trờ 44 2.6 Chinh lira thyristor hĩnh tia ba pha tăi RL 47 2.7 Chinh hiu cầu ba pha 49 2.8 Bộ biến đổi DC/DC 54 2.9 Bộ biến dổi DC/AC 57 2.9.1 Nghịch lưu pha cầu II 58 2.9.2 Nghịch hiu ba pha 58 2.9.3 Điện áp tần số trinh tự điều khiển 64 2.9.4 Điều chế dộ rộng xung (Pulse With Modulation - PWM) 68 2.10 Hệ thống phục hồi nâng lượng 72 2.10.1 Quá trinh nạp .72 2.10.2 Quá trình xả 76 2.11 Hệ thống phục hồi nãng lượng ba pha 79 2.12 Nghịch lưu nguồn dòng (Current Source Inverter - CSI) 82 2.13 Bài tập chương 85 2.14 Tài liệu tham khào 88 Chương ĐẶC TÍNH róc Độ - MÔMEN CỦA DỘNG VẢ TẢI 89 3.1 Hệ truyền động hai chiều 90 3.2 Truyền động bốn góc phần tư 90 3.3 Bài tập chưong 95 3.4 Tài liệu tham khão .95 Chng ĐẠC TÍNH TĨC ĐỌ - MƠMEN CÙA DỌNG co ĐIỆN MỌT CHIÊU 96 4.1 Dộng điện chiều 96 4.1.1 Động kích tử độc lập 98 4.1.2 Động kích tử song song (DC shunt motor) 101 4.1.3 Động co kích tử nơi tiép (DC series motor) 102 4.1.4 Động kích tử hỗn họp (Compound) 104 4.2 Mô hình động ỡ chế độ động (Dynamic) 106 4.2.1 Mỏmen quán tinh cho so hộ tmyẽn động ban 107 4.2.2 Truyền động với hệ thống hộp sô (gear) vã dây (belt) 108 4.3 Dáp ứng tốc độ dòng điện th Dịng điện khới động (bó qua dỏng điện tử hóa) b) Dỏng điện đầy tái c> Mômcn khới động d) Môincn tới hạn c) Hiệu suàt dộng co (bỏ qua tòn hao quay lõi sãt) 8.2 Đoi vói động co bãi 8.1, giã sữ tãi động thuộc loại tái quạt giỏ Nêu điện trơ bâng VỚI điện trơ rotor dược thêm vào mạch rotor, tinh: a) Tốc độ động b) Mơmen khơi động c) Dịng điện khới động d) Hiệu suất động (bó qua cãc tốn hao quay lõi sắt) 8.3 Đôi với động 8.1 tái quạt, tinh giá tri cùa điện trớ cần mãc thêm mạch rotor đẽ giâm tốc độ đầy lãi xuống 20% I liệu suat cùa động trưởng hợp bâng bao nhiêu? 8.4 Đối vói động cư 8.1 lãi quạt giỏ điện ủp giâm 20% hây tinh a) Tốc độ động co b) Mơmen khởi động c) Dịng điện khơi động d) Hiệu suât động co (bó qua tòn hao quay lõi sâl) 8.5 Đổi với động ó bãi 8.1 tái quạt giỏ giá sứ rủng tần số nguồn cấp giâm 20%, tinh a) Tốc độ động co b) Mômcn khoi dộng c) Dửng diện khơi dộng d) Hiệu suat dộng (bó qua tơn hao quay lõi săt) 8.6 Dời vói động ỡ 8.1 vã lãi khơng đôi bảng nứa đáy tái, tinh tàn sô nguồn cấp tối thiêu mã không lãm cho dõng điện động vượt dòng điện dây tái Tinh tơc độ động 256 8.7 Đơi với dộng 8.1 vã tái quạt gió gia sir rãng tân sô nguôn cáp tảng len 20%, hây tính: a) Toe độ động b) Mơmen khới động c) Đỏng điện khới động d) I liệu suất động (hị qua tơn hao quay vã lịi sắt) 8.8 Đối VỚI động co ó bãi X tai không đổi tinh độ tăng lớn cua lằn sổ nguồn câp tôc độ động 8.9 Đổi với động bãi 8.1 vã tái quạt giỏ gia sứ rang tần sổ nguồn cấp giảm 20% tỷ số y giừ không đỗi hây tinh: a) rốc độ động b) Mômen khới động c) Dỏng điện khói động d) Hiệu suát động (bõ qua tôn hao quay lõi sãt) 8.10 Một động không đồng nối sáu cực 480 V cóng suất định mửc 10 kw kéo tai không dôi băng 60 Nm Các thông sô cùa dộng là: /?, - 0.4ỈỈ; R - 0.5Q r- 4ÍĨ; yj- - Hãy tinh: a) Mơmen dộng b) Dịng điện động co c) Mơmen khới động d) Dỏng điện khới động d) Một điện áp dược bơm vào mạch rotor dè giam tỏc độ dộng 40% e) Hây tính độ lỡn cũa điện áp bơm vảo rotor f) Làm lại câu (a) tới (d) đòi với động dược cap diện cho rotor g) Hãy tinh công suất mà điện áp bơm thêm truyền tới nguồn h) Hãy tinh hiệu suât toàn phân cua động (bó qua tơn hao quay lôi săt) 8.11 Một dộng không đồng nối sáu cực ba pha 60 Hz 4X0 V dang kéo tài không đỗi bủng 300 Nm Dộng có tổn hao quay kw Động co cấp từ hệ thịng có thu hói cịng st trượt Góc mơ van cùa biên đơi DC/AC dược chinh 100” Hây tinh: 257 a) Tốc độ động co b) Dòng điện DC link c) Dòng điện hiệu dụng rotor d) Dòng diện hiệu dụng cùa stator e) Công suắt trá lại nguồn 8.12 Một dộng ca không đồng nối bồn cục, 60 I lz, 480 V có cán» kháng stator Í2 diện trơ stator lã 0.2 íi Cám kháng diện trớ rotor quy dơi VC phía stator lằn lượt Í2 vã 0.2 £ỉ Điện cám từ hỏa lả 150 Í2 vùng tuyến tinh vả 50 Í2 vũng bão hỏa Dộng dang kéo tai không dôi băng 120 Nm vã dược nuôi từ nghịch luu nguồn dịng Tân sơ cùa nghịch lira ngn dỏng thay đỏi Ilày tinh lân sô cua nghịch lưu ngn dịng đê thu tơc độ u câu mà khơng làm dịng diện động vượt q định mức vã tinh mômen khới động 8.13 Một động không đồng ba pha sáu cực 480 V 60 lz kéo tai không đồi bãng 80 Nm Các thòng sò cùa dộng là: 'V = R, =O.5Í2, R, = 0.30; X^ = 4ÍÌ; -^^1 a) lày tinh độ lớn điện âp bơm vào đẽ giám tõc độ động co xuống 800 võng/phút b) I lày tính cơng suất thu dược từ nguồn điện áp bơm vào c) Hãy tính dịng điện khới dỏng vã mơmcn khơi dộng có diện áp bơm vào 8.14 Một động khơng đồng ba pha nối bốn cực 480 V kéo tài khơng địi bãng 400 Nm Dộng co có thơng sò sau: Động cấp từ hệ thống cỏ thu hồi cơng suất trượt Góc mở van cùa biến đôi DC/AC đặt 12