Truyền Động Điện chương 7 Điều khiển tốc Độ Động cơ dc sử dụng bộ chuyển Đổi dc dc

7.2 Phân loại bộ chuyển đổi DC/DC Xét điện áp phần ứng trung bình Vạ và dòng điện phần ứng trung bình lạ là hai yếu tố quyết định, hoạt động của động cơ một chiều kích từ độc lập có thể

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

TIỂU LUẬN MÔN: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHƯƠNG 7: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC

SỬ DỤNG BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC

Lớp học phần: 420300075704_DHNLTT16A GVHD: TS.Phạm Thúy Ngọc

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024

Mục lục

tich 3

7.2 Phân loại bộ chuyển đổi DC/DC 5 1 11111111112111111 11101 11011102121 111tr 3

7.2.1 Mach chopper 1 góc phần tư - + + 1 211212112112112112112112121211 2111 1n re 3 7.2.2 Mạch chopper 2 góc phần tư 2-52 11 21121211211211111211 2112121221 1111 1n 8 7.2.3 Chuyên động tịnh tiến và hãm tái sinh của động cơ một chiều với bộ chopper 2 góc phần tư 5s c1 E2152121121211111 2111122 11 11 11 1 111111121211 1tr re 9 7.3 Đường dây không tiếp nhận 2-22 +s SE 127121121121111121121 0102111112 cxe 12 7.4 Mạch chopper 4 góc phần tư + se 2121219112112111112121111 222102121211 r ta 13 7.4.1 Động cơ quay theo hướng tịnh tiến - + 5s s9 SE121111115221151 5111211 me 14 7.4.2 Hãm tái sinh khi động cơ chạy tịnh TP 16 7.4.3 Động cơ khi chạy ngược chiều/vận hành ở góc phân tư thứ ba - 18

7.4.4 Ham tai sinh khi đảo chiều tốc độ . 56 2222222222111221 12112212 19

7.6 Bộ chuyền đổi 2 nguồn đầu vào DC/DC - 5 S1 212212111 1215121112222 1211 te 26

7 Điều khiển tốc độ động cơ dc sử dụng bộ chuyển đổi DC/DC

một chiều sử dụng mạch ngắt

7.2 Phân loại bộ chuyển đổi DC/DC

Xét điện áp phần ứng trung bình Vạ và dòng điện phần ứng trung bình

lạ là hai yếu tố quyết định, hoạt động của động cơ một chiều kích từ

độc lập có thể được biểu diễn trên sơ đồ V-I Dựa trên sơ đồ V-lI, các bộ

chuyển đổi DC/DC điều khiển động cơ DC kích từ độc lập có thể được phân loại thành các mạch chopper 1 góc phần tư, 2 góc phần tư và 4

góc phần tư Đặc điểm của các bộ chuyển đổi DC/DC này được giải thích trong các phần sau

7.2.1 Mạch chopper 1 góc phần tư

Có một số ứng dụng tiêu thụ ít năng lượng mà không cần đảo tốc độ

và cũng không cần hãm nhanh hơn Trong những trường hợp như vậy,

bộ chopper 1 góc phần tư bao gồm một phần tử chuyển mạch duy

nhất và một diode quay tự do sẽ thực hiện thao tác Phần tử chuyển mạch được sử dụng trước đây là bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon;

tuy nhiên, do có sẵn các bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện

(IGBTs) công suất cao và chỉ phí giảm nên các thiết bị này hiện được

sử dụng chủ yếu trong các bộ chuyển đổi dc/dc Hình 7.1(a) thể hiện

sơ đồ mạch của may chopper 1 góc phần tư Tại đây, khi - được BẬT,

điện áp phần ứng, Me là điện áp nguồn, ‘ , và khi thiết bị này TAT,

dòng điện phần ung sé chay tu do qua diode — Các cực của động cơ được dán nhãn là A và AA Dạng sóng điện áp và dòng điện điển hình của đầu nối động cơ được mô tả trong hình 7.1(b), trong đó dòng điện phần ứng, ‘ được coi là liên tục

Tùy thuộc vào giá trị độ tự cảm phần ứng cũng như tải tác dụng lên trục mà dòng điện phần ứng sẽ liên tục hoặc không liên tục Nếu dòng điện phần ứng không liên tục thì momen xoắn và sự thay đổi tốc độ có

thể xảy ra ở phía tải Dạng sóng điện áp đầu cực động cơ và dòng điện

phần ứng trong trường hợp này được thể hiện trong hình 7.1(c) Do

đó, các tải cảm có thể yêu cầu dòng điện phần ứng liên tục, dòng điện

này không bị gợn sóng Tuy nhiên, điều này đòi hỏi phải chèn thêm

điện cảm vào giữa bộ chuyển đổi và phần ứng Rõ ràng là điện áp và dòng điện phần ứng luôn dương, dẫn đến hoạt động của góc phần tư

thứ nhất như được chỉ ra trong Hình 7.1(d)

Ví dụ 7.1 Một động cơ một chiều kích từ độc lập 230V, 6A, 1500 vòng/phút có điện trở phần ứng là Ra=5,1O Bộ chopper hoạt động ở 1

góc phần tư được cung cấp từ một lưới điện 300VDC với thời gian mở

60% và cung cấp năng lượng cho phần ứng động cơ ở dòng điện định mức Tính tốc độ động cơ

Phương trình cân bằng điện áp:

L =E +ï xR —=EƑF =L -ï xRÑ =IS0- ö0xSlI= 149,41

Tốc độ góc định mức:

Phương trình cân bằng điện áp:

l =F, +7 xR DE, =U, - 1 KR, = 230-0 5,1 =199,41

Điện áp phan ung voi Di=0,4:

Phuong trinh can bang dién ap:

U =F, +/,XR, > E = U,- 1, XR, = 120 — 5x51 = 94,51

Phuong trinh can bang dién ap:

D, =— = =0.,35

càng aw ( 300

Tỉ số điều chế :

Ví dụ 7.3 Một động cơ một chiều kích từ độc lập được cấp điện từ

nguồn một chiều 440V thông qua bộ chopper một góc phần tư, Me

0.2O, và dòng điện phần ứng là 175A Các hằng số điện áp và momen xoắn bằng 1.2V/rad/s Dòng điện kích từ là 1.5A Tỷ lệ chuyển đổi của máy chopper là 0.5 Tìm (a) tốc độ và (b) momen

7.2.2 Mach chopper 2 géc phần tư

Sơ đồ mạch của bộ chopper 2 góc phần tư được cho trong Hình

7.2(a) Ở đây, ` 'được sử dụng cho chế độ chuyển động và

được sử dụng cho hãm tái sinh Do đó, bộ chuyển đổi có khả năng

quay thuận và hãm tái sinh Dạng sóng điện áp và dòng điện trong chế

độ động cơ khi | va | đang tiến hành được phác họa trong hình 7.2(b) Ở đây cả điện áp và dòng điện đều dương và do đó bộ truyền động ở chế độ chạy động cơ

Hinh 7,.2(a) Mach động cơ DC cấp

ngu ồn chopper 2 góc ph ân tư

>

Hinh 7.2(d) So @6V-I

Hãy xem xét trường hợp động cơ đang ở trạng thái chạy và suất điện

động hồi tiếp cao hơn, do tăng kích từ hoặc do chuyển động đi xuống

của động cơ Để áp dụng hãm tái sinh, “hiện duoc BAT sao cho dòng điện phần ứng hình thành theo hướng ngược lại Dòng điện “ rời khỏi

động cơ một chiều với bộ chopper 2 góc phần tư

Hình 7.2(a) cho thấy bộ điều chỉnh 2 góc phần tư được sử dụng để

điều khiển bộ truyền động cũng như hãm tái sinh Trong chế độ vận

TẤT và việc hãm được thực hiện thông qua và ˆ Hình 7.3 giải

thích quá trình chuyển đổi từ chuyển động sang hãm tái sinh

(b)

HÌNH 7.3 Chuyển từ chế độ vận hành sang chế độ tái tạo

(a) Dạng sóng điện áp và dòng điện của động cơ

(b) Tín hiệu cổng

Hãy xem Hình 7.3, trong đó hoạt động của góc phần tư thứ nhất đang

được tiến hành Khi kết thúc hoạt động góc phần tư thứ nhất, bộ điều khiển (không được hiển thị trong Hình 7.3) bắt đầu quá trình hãm tái

sinh Cho quá trình hãm tái sinh bắt đầu ở thời điểm ‘" Là bước đầu tiên hướng tới hãm tái sinh, công tắc nguồn có cổng là Tại , do

5 đang dẫn điện nên điện áp rơi trên 5 không cho phép 5 BẬT Tại

wi dòng điện phần ứng ` giảm về 0 và vì ? đã BẬT nên " đảo chiều

và truyền từ Be eT va quay tré lai 5, Sự tăng theo cấp số nhân của dòng điện thu được bằng cách giải phương trình (7.1)

I di +1 Ty, =#„

Khi dòng điện phần ứng đạt biên độ đủ lớn tại _,„ được TẤT và “

Trong khoảng thời gian hãm tái sinh, “ giảm xuống và ' lại được BẬT

để tăng biên độ của “ Trong quá trình hãm tái sinh, tốc độ giảm xuống

và để duy trì hướng ngược lại của ', “cần phải tăng lên Điều này xảy

ra một cách tự nhiên trong trường hợp chuyển động đi xuống; mặt khác, cần phải tăng kích từ để biên độ của dòng điện phần ứng được giữ ở giá trị định mức để hãm nhanh hơn Trong quá trình hãm tai sinh,

độ rộng xung điện áp được thay đổi phù hợp sao cho giá trị trung bình của dòng điện động cơ được giữ ở giá trị định mức Nói cách khác, khi

Tóm tắt:

Hãm tái sinh làm cho động năng của động cơ được đưa trở lại nguồn điện một chiều Công suất này sẽ được sử dụng bởi các động cơ kéo

khác đang tăng tốc hoặc chạy ở tốc độ không đổi Cũng có thể một số

động cơ bị dừng do hãm tái sinh và năng lượng được tái sinh như vậy

có thể không ảnh hưởng đến thiết bị hoạt động Nếu nguồn điện tái sinh ít được sử dụng thì điện áp thanh cái DC sẽ tăng Nói chung, cho phép tăng lên tới 20%, vượt quá mức đó thì relay an toàn sẽ hoạt

động Do đó, việc hãm tái sinh cần phải được thực hiện bằng cách cảm

nhận điện áp thanh cái một chiều Nếu điện áp thanh cái DC được phát hiện tăng trong quá trình hãm tái sinh thì quá trình tái sinh phải được

dừng lại Do đầu máy phải dừng ở đúng bệ nên quá trình hãm tái sinh

bị tạm dừng và hãm động năng được kích hoạt Thyristor ~ va dién

trở ˆ như trong Hình 7.4 được sử dụng cho hãm động năng Mach

này được gọi là mạch chuyển hướng vì dòng điện điện được chuyển

hướng về ˆ thông qua quá trình này

7.4 Mạch chopper 4 góc phần tư

Sơ đồ mạch để hỗ trợ hoạt động 4 góc phần tư được đưa ra trong Hình 7.5(a) Mạch này có bốn công tắc điều khiển và bốn diod Ở đây, ì

và ' được biểu thị có liên quan đến các cực động cơ A và AA Các công

tắc điều khiển được thực hiện bằng cách sử dụng IGBTs trong chương

này Mạch này có khả năng cung cấp nguồn động cơ, hãm tái sinh, vận hành động cơ ở tốc độ ngược và hãm tái sinh theo hướng đó tương ứng với bốn góc phần tư của sơ đồ V-l, được hiển thị trong Hình 7.5(b) Phần sau đây giải thích các đặc tính của bộ truyền động cấp

nguồn của bộ chuyển đổi trong bốn góc phần tư khác nhau

1,DÐ./D, I; Quay tự do )DT.D. Quay tu do

Hình 7.5(b) Sơ đồ V-I

7.4.1 Động cơ quay theo hướng tịnh tiến

Hình 7.6(a) Hiển thị các thiết bị dẫn điện trong quá trình truyền động

theo hướng tịnh tiến Trong khoảng thời gian ta của bộ chuyển đổi, các

IGBTs h và h được đóng đồng thời sao cho ho Tá và dòng điện phần

ứng % là dương Trong khoảng thời gian TẮT của bộ chuyển đổi dc/dc,

chỉ riêng i duoc TAT, sao cho dong dién phần ứng f bây giờ tự do di qua 5 và Ps làm cho điện áp đầu cực động cơ bằng 0 Dạng sóng điện

áp đầu cực động cơ và dòng điện cho chế độ liên tục được hiển thị

trong Hình 7.6(b) Như đã thấy trong biểu đồ này, các giá trị trung

bình của điện áp và dòng điện là dương, do đó công suất đầu ra trung bình luôn dương, dẫn đến hoạt động của góc phần tư như được chỉ ra

trong Hình 7.6(c) Cần lưu ý rằng dòng điện phần ứng cũng có thể di

chuyển tự do thông qua và _, được biếu thị băng một đường châm

Hình 7.6 :Mạch góc phần tư thứ nhất

Hinh 7.6 (a) Mach tuong duong

Hình 7.6 (b) Dạng sóng điện áp và dòng điện của động cơ

Hình 7.6(c) Sơ đồ V-I

7.4.2 Hãm tái sinh khi động cơ chạy tịnh tiến

Khi cần hãm tái sinh, IGBT T1 sẽ được tắt Để hãm tái sinh diễn ra, mô- men điện từ (Te) phải được đặt về âm, Bởi vì Te « (®mla), ta có thể đảo ngược cực tính của Te bằng cách thay đổi phân cực ®m hay la Ta xét trong trường hợp đảo ngược la riêng bởi vì việc đảo ngược ®m yêu

cầu nhiều thời gian hơn do sự gia tăng hằng số trong trường thời gian

Xét ví dụ 7.7(a) Ta thấy rằng khi động cơ đang quay tự do thông qua

T3 và D4 rồi cho hãm tái sinh trong quá trình quay Để bắt đầu quá

trình đảo ngược dòng điện phần ứng trong quá trình hãm tái sinh, T4 được kích hoạt và gửi tín hiệu đến T3 để tiếp tục cho đến khi dòng

phần ứng về 0 Mặc dù T4 đã được kiểm soát, nhưng sự sụt áp trên D4

đã ngăn T4 dẫn điện và do đó, T3-D4 tiếp tục tạo ra dòng phần ứng để

động cơ quay tự do Khi dòng này giảm xuống 0, phản sức điện Eb tạo

ra dòng phần ứng ngược chiều qua T4 và D3 Dòng điện phần ứng-ia lúc này sẽ đi từ A đến AA và có chiều âm như hình 7.7(b) Dòng điện này tăng theo cấp số nhân và khi T4 được tắt, dòng phần ứng sẽ tiếp tục duy trì chiều của nó thông qua D3-D1 do nguồn tạo ra hãm tái sinh Biên độ xung của T4 dẫn đến việc hãm đồng bộ Điện áp phần ứng và dòng điện trong quá trình tái sinh được phác họa trong hình

7.7(c) Đây là phép toán góc phần tư thứ 2 trong sơ đồ V-lI và được vẽ

trong hình 7.7(d) Lưu ý rằng dòng điện khi động cơ quay tự do cũng

có thể diễn ra thông qua D1-T2

Hình 7.7(a) Mạch điện trong quá trình chuyển tiếp

Hữmh 7.7(b) Mạch điện trong quá trình hãm tái sinh

Hình 7.7(c) Dạng sóng điện áp và dòng điện của động cơ

Hình 7.7(4) Sơ đôV-I

Hình7.7 Hoạt động ở góc phần tư thứ hai

7.4.3 Động cơ khi chạy ngược chiều/vận hành ở góc

phần tư thứ ba

Bây giờ động cơ sẽ được tăng tốc theo chiều ngược lại Để làm được, IGBTs T2 và T4 sẽ được bật lên, cả va và ia sẽ bị đảo ngược Chiều của v; và i„ là dương, cho thấy rằng đang trong quá trình vận hành động

cơ Bởi vì i; bị đảo ngược nên chiều của dòng momen điện từ cũng bị đảo ngược, nên động cơ được tăng tốc theo chiều nghịch Việc quay tự

do của dòng phần ứng diễn ra thông qua T4-D3 hoặc D1-T2 Mạch

điện, điện áp định mức, dạng sóng của dòng điện và sơ đồ V-I được cho trong hình vẽ 7.8

Hình 7.8(a) Mạch tương đương

Hình 7.8(b) Dạng sóng điện áp và dòng của động cơ

Hinh 7.8(c) so d6V-I

7.4.4 Ham tái sinh khi đảo chiều tốc độ

Một quá trình tương tự như quá trình vận hành động cơ ở góc phần tư thứ hai diễn ra đối với chế độ hãm tái sinh Dựa vào hình 7.9(a), D1-

T2 được kích hoạt để bắt đầu hãm tái sinh, T1 là đường chuyển động

tự do, khi T1 không được dẫn điện do sự sụt áp trên D1 Các thiệt bị D1-T2 sẽ ngừng dẫn điện khi dòng phần ứng bằng 0, và suất điện động hồi tiếp điều khiển dòng phần ứng qua D2 và T1 Bây giờ, dòng phần ứng i; chạy từ A đến AA và mang giá trị dương Khi T1 tắt, quá trình tái

sinh diễn ra thông qua D4-D2 và dẫn đến việc vận hành ở góc phần tư

thứ tư Mạch điện, dạng sóng ổn định và sơ đồ V-lI được cho trong hình

7,9

Hình 7.9(a) Mach trong quá trình chuyển tiếp

Hinh 7.9(b) Mạch điện trong quá trình hãm tái sinh