Bài giảng cơ sở truyền động điện chương 5 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MƠN: TỰ ĐỘNG HỐ ThS KHƯƠNG CƠNG MINH HỌC PHẦN: CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHƯƠNG Đà nẵng 2021 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI - ĐỘNG CƠ ĐIỆN 4.1 HỆ THỐNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: • Trước đây, hệ Máy phát - Động điện chiều (F – Đ) hệ truyền động điện điều chỉnh tốt Điều chỉnh tốc động động linh hoạt thuận tiện Tuy nhiên hệ thống dùng nhiều máy điện quay nên cồng kềnh, làm việc gây ồn, rung, nên địi hỏi phải có móng vững Sơ đồ ngun lý hình 4-1 • Coi mạch từ máy phát chưa bảo hồ, nên ta có: • EF = KF.F.F = KF.F.C.iKF (4-1) • Trong đó: KF - hệ số kết cấu máy phát, • C = F/iKF - hệ số góc đặc tính từ hoá C4-1 4.1 HỆ THỐNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: • Sơ đồ nguyên lý hình 4-1 ~ ~ F ĐK F iKF UđkU CktF UKF UKĐ IƯ UF = UƯ CktĐ Uđk iKĐ Đ M Đ MSX ~ Hình 4-1: Điều chỉnh tốc độ động ĐMđl dùng máy phát C4-1 4.1 HỆ THỐNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: • Với: iKF = UKF/rKF • Và: EF = KF.UKF • R = RưĐ + RưF • Phương trình đặc tính điều chỉnh tốc độ dùng máy phát: EF R   M K Ñ (K Ñ ) K F U KF R   M K Ñ (K Ñ ) (4-2) • Như vậy, thay đổi UKF (hoặc iKF) ta họ đường đặc tính song song góc phần tư (hình 4-2) C4-1 4.1 HỆ THỐNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: • Ở góc phần tư (I) (III) tọa độ đặc tính động làm việc chế độ động quay thuận chế độ động  quay ngược ~ HTS ĐS + IktF EF CktF + IktĐ Uư CktĐ - E C4-1 A EFđm đm 1 E >0 F1 ≡MF HN M’c ĐCT ođm (I) Mc (III) HTS - EFđm Iư a) ĐCN - ođm M HĐN EF = ≡MF Hình 4-2: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc đọ hệ F - Đ b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ F - Đ B E’F1 o) động cơ; • Các vùng nằm trục hồnh (M) đặc tính hãm động (EF = 0) chế độ hãm ngược (M) động • Đặc điểm hệ F - Đ điều chỉnh tốc độ linh hoạt, động tự động chuyển đổi qua chế độ làm việc thay đổi tốc độ đảo chiều tốc độ Ví dụ động làm việc điểm A, đảo chiều kích từ máy phát F (nếu mơmen Mc = const) động chuyển dần từ chế độ động thuận (A) sang hãm tái sinh, hãm ngược, khởi động ngược làm việc xác lập điểm B (chế độ hãm tái sinh) C4-1 4.1 HỆ THỐNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: • Khi điều chỉnh EF thay đổi tốc độ động   cb; đảo chiều iktF đảo chiều EF đảo chiều  • Nếu kết hợp điều chỉnh đảo chiều từ thông động điều chỉnh đảo chiều tốc độ động   cb • Như vậy, kết hợp điều chỉnh kích từ iktF iktĐ điều chỉnh tốc độ động   cb   cb (cả vùng tốc độ) C4-1 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI - ĐỘNG CƠ ĐIỆN 4.2 HỆ CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: • Khi ta dùng chỉnh lưu có điều khiển - chỉnh lưu dùng thyristor để làm nguồn chiều cung cấp cho phần ứng động điện chiều, ta gọi hệ T - Đ ~ ĐK CL3 Uđk Id = Iư CktĐ ~ Ud = Uư CL1 C4-1 CL2 iKĐ ĐM M Đ MSX Hình 4-3: Điều chỉnh tốc độ động ĐMđl dùng Chỉnh lưu 4.2 HỆ CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: • 4.2.1 Xét hệ T – Đ khơng đảo chiều: • Trên sơ đồ ngun lý hình 4-3, ta dùng chỉnh lưu thyristor CL1 để thay đổi điện áp phần ứng động Đ, điều chỉnh tốc động động Đ ~ ĐK CL3 Uđk Id = Iư CktĐ ~ Ud1 = Uư CL1 C4-1 iKĐ Đ M Hình 4-3a: Sơ đồ hệ T - Đ không đảo chiều Đ MSX 4.2 HỆ CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: • 4.2.1 Xét hệ T – Đ khơng đảo chiều: • + Chế độ dòng liên tục: Ed = Ed0.cos E d cos  R ö  R cl   Id Kñm Kñm (4-3) E d cos  R ö  R cl   M Kñm (Kñm ) (4-4) ’      • Trong đó: C4-1 E d cos   = K ® m ' (4-5) (4-6) 10 4.2 HỆ CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: • 4.2.2 Xét hệ T – Đ có đảo chiều: • * Phương pháp điều khiển chung: tín hiệu điều khiển đưa vào nhóm van cho thoả mãn (4-10) Đối với phương pháp này, xuất dòng cân chạy qua chỉnh lưu, không qua tải, gây tải cho van máy biến áp, cần hạn chế dòng cân bằng, thường dùng cuộn kháng cân CK để hạn chế dịng cân • Trong phương pháp điều khiển chung, phối hợp điều khiển kiểu tuyến tính: • 1 + 2 =  (4-11) • Khi đó, đặc tính hệ T - Đ gần giống hệ F – Đ (hình 4-6a) C4-1 18 4.2 HỆ CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: • 4.2.2 Xét hệ T – Đ có đảo chiều: • * Phương pháp điều khiển chung: • Khi phối hợp điều khiển kiểu phi tuyến (phối hợp không hồn tồn) có thêm hệ số phi tuyến : • 1 + 2 =  +  (4-12) • Góc  phụ thuộc vào giá trị 1 2 cách phi tuyến • Lúc đặc tính hệ T - Đ có đoạn phi tuyến vùng gần trục tung (hình 4-6b) C4-1 19 4.2 HỆ CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: • 4.2.2 Xét hệ T – Đ có đảo chiều: • * Phương pháp điều khiển chung: 2max  2max ođm a) C4-1 1max 1min Id.gđ Ic - ođm ođm 1min Id.gđ 2min  Ic Id 1=/2 max.gh 2min Id 1=/2 - ođm 1max max.gh b) Hình 4-6: a) Điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính b) Điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến 20 4.2 HỆ CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: • 4.2.2 Xét hệ T – Đ có đảo chiều: • * Phương pháp điều khiển khiển riêng: tín hiệu điều khiển đưa vào CL làm việc chế độ chỉnh lưu, cịn CL (khơng làm việc) khơng có tín hiệu điều khiển đưa vào, khơng có dịng cân • Trong phương pháp điều khiển riêng có phối hợp điều khiển kiểu tuyến tính phi tuyến • Để thay đổi trạng thái làm việc CL phải dùng thiết bị đặc biệt để chuyển tín hiệu điều khiển từ CL sang CL Bởi vậy, điều khiển riêng, đặc tính hệ bị gián đoạn trục tung C4-1 21 4.2 HỆ CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: • 4.2.2 Xét hệ T – Đ có đảo chiều: • * Phương pháp điều khiển khiển riêng: Bộ điều khiển Bộ chuyển mạch Id1 + ~ Ud1 CL1 ~ Ud2 Đ CL2 CKĐ - Id2 C4-1 Hình 4-7: Hệ T – Đ có đảo chiều dùng phương pháp điều khiển riêng 22 4.2 HỆ CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: • 4.2.2 Xét hệ T – Đ có đảo chiều: • * Phương pháp điều khiển khiển riêng: • Như vậy, thực thay đổi chế độ làm việc hệ khó khăn hệ có tính linh hoạt điều chỉnh tốc độ • Nếu kết hợp điều chỉnh đảo chiều từ thơng động điều chỉnh đảo chiều tốc độ động   cb • Như vậy, kết hợp điều chỉnh uưĐ iktĐ điều chỉnh tốc độ động   cb   cb (cả vùng tốc độ) C4-1 23 4.2 HỆ CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: • 4.2.2 Xét hệ T – Đ có đảo chiều: • * Phương pháp điều khiển khiển riêng: • Đặc tính điện hệ T – Đ có đảo chiều dùng phương pháp điều khiển riêng: 2max  ođm 2max 1=/2 2min -ođm a) C4-1 1max ođm 1min Ic  1min Ic Id Id 1=/2 2min -ođm 1max b) Hình 4-8: a) Điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính b) Điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến 24 4.3 HỆ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU – ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU: • 4.3.1 Khái niệm chung: • Để điều chỉnh tốc độ động chiều, người ta dùng biến đổi xung áp chiều (BĐXA1C) đặt vào phần ứng động Khi thay đổi điện áp BĐXA1C thay đổi điện áp phần ứng động dẫn đến thay đổi tốc độ động • Sơ đồ hình 4-9 giới thiệu sơ đồ đơn giản hệ BĐXA1C - ĐM dùng khóa đóng/cắt thyristor Trong đó, nguồn chiều chỉnh lưu cầu diot ba pha CL, tạo điện áp Ud tương đối phẳng, giúp cho việc trì chế độ dịng điện liên tục dễ dàng Điều khiển thyristor T1 mở/khóa xung điều khiển điều khiển BĐK, ta điện áp BĐXA1C nối tiếp Ub đặt vào phần ứng động ĐM, tương ứng có tốc độ  C4-1 25 4.3 HỆ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU – ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU: • 4.3.1 Khái niệm chung: • Sơ đồ hình 4-9 giới thiệu sơ đồ đơn giản hệ thống BĐXA1C - ĐM dùng khóa đóng/cắt thyristor ĐAX Id T1 C ~ u1 Ud CL BĐK ~ + T2 L Iư D U b = Uư V0 UKTĐ CKT Uđk iKĐ ĐM M  MSX Hình 4-9: Điều chỉnh tốc độ động ĐMđl dùng BĐXA1C 26 C4-1 4.3 HỆ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU – ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU: • 4.3.2 Đặc tính hệ hở BĐXA1C – ĐM dùng thyristor: • Trong chế độ dòng điện liên tục, đại lượng hệ tính tốn theo giá trị trung bình: • Điện áp s.đ.đ trung bình BĐXA1C: tđ Eb  U tb   U d  U d (4-13) Tck tđ tđ • Trong đó:     t đ f x - tỷ số chu kỳ băm, (4-14) Tck Tx • Với Tx fx chu kỳ xung tần số xung BĐK • Dịng điện trung bình mạch phần ứng là: C4-1 E b  E U d  K I ö  I tb   R ö R ö (4-15) 27 4.3 HỆ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU – ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU: • 4.3.2 Đặc tính hệ hở BĐXA1C – ĐM dùng thyristor: • Xung điều khiển thyristor T1 T2 tạo nhờ BĐK với tần số xung là: fx = 1/ Tx (4-16)  Biên liên tục Vùng dòng liên tục 1 = 2 Vùng dòng gián đoạn 3 4 C4-1 Ic 5 = (M) Iư Hình 4-10: Đặc tính hệ BĐXA1C - ĐM 28 4.3 HỆ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU – ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU: • 4.3.2 Đặc tính hệ hở BĐXA1C – ĐM dùng thyristor: • Phương trình đặc tính cơ-điện đặc tính hệ thống BĐXA1C - ĐM có dạng: (4-17) (4-18) • Đặc tính theo phương trình (4-18) vùng dịng điện liên tục đường thẳng song song hình 4-10, tốc độ khơng tải lý tưởng phụ thuộc vào tỉ số chu kỳ: o = Ud/K • Khi thay đổi chu kỳ xung Tx hay tần số xung fx, ta làm thay đổi thời gian mở/khóa T1 T2, từ thay đổi điện áp Ub Uư, dẫn đến điều chỉnh tốc độ động C4-1 29 4.3 HỆ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU – ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU: • 4.3.2 Đặc tính hệ hở BĐXA1C – ĐM dùng thyristor: • Đặc tính theo phương trình (4-17), (4-18) vùng dòng điện liên tục đường thẳng song song hình 410, tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào tỉ số chu kỳ: (4-19) • Độ sụt tốc độ phụ thuộc vào điện trở phần ứng Rư điện trở BĐXA1C: (4-20) • Khi thay đổi chu kỳ xung Tx (hay fx), ta làm thay đổi thời gian mở/khóa T1 T2, từ thay đổi điện áp Ub Uư, dẫn đến điều chỉnh tốc độ động C4-1 30 CÂU HỎI ÔN TẬP (Chương 4) • Hãy trình bày ngun lý làm việc hệ thống “Máy phát Động chiều” Phân tích tiêu chất lượng phương pháp • Hãy trình bày ngun lý làm việc hệ thống “Chỉnh lưu thyristor - Động chiều” khơng đảo chiều Phân tích tiêu chất lượng phương pháp • Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ thống “Chỉnh lưu thyristor - Động chiều” có đảo chiều điều khiển theo phương pháp chung phối hợp góc điều khiển kiểu tuyến tính Phân tích tiêu chất lượng phương pháp C4-1 31 CÂU HỎI ÔN TẬP (Chương 4) • Hãy trình bày ngun lý làm việc hệ thống “Chỉnh lưu thyristor - Động chiều” có đảo chiều điều khiển theo phương pháp riêng phối hợp góc điều khiển kiểu tuyến tính Phân tích tiêu chất lượng phương pháp • Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ thống “Bộ biến đổi xung áp chiều - Động điện chiều” Phân tích tiêu chất lượng phương pháp C4-1 32