Bài giảng TRUYỀN ĐỘNG điện DC & AC

Bài giảng TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DC & AC Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ: Đặc tính cơ của tải, Đặc tính cơ của động cơ. Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều: Động cơ một chiều (động cơ DC): Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC, Điều khiển tốc độ động cơ DC, Các trạng thái hãm. Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu: Giới thiệu, Bộ chỉnh lưu 1 pha, Bộ chỉnh lưu 3 pha...

ĐẠI HỌC NHA TRANG Bài giảng TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DC & AC Biên soạn: ThS. Trần Công Binh THÁNG 8 NĂM 2010 Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 31/08/2010 1 TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN (DC & AC) Chương I : Động học hệ thống động cơ - tải cơ I.1: Đặc tính cơ của tải I.2: Đặc tính cơ của động cơ Chương II : Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC)  Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC  Điều khiển tốc độ động cơ DC  Các trạng thái hãm II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu  Giới thiệu  Bộ chỉnh lưu 1 pha  Bộ chỉnh lưu 3 pha II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper)  Bộ chopper giảm áp  Bộ chopper tăng áp  Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp  Mạch cầu H điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư Chương III : Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều III.1: Mô hình động của động cơ DC III.2: Bộ điều khiển PID III.1: Điều khiển vòng kín động cơ DC  Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC  Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC  Điều khiển moment động cơ DC  Điều khi ển vị trí động cơ DC  Bộ điều khiển động cơ DC (DC Drive) Chương IV : Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha IV.1: Động cơ không đồng bộ ba pha (ĐCKĐB)  Đặc tính cơ tĩnh ĐCKĐB ba pha  Khởi động mềm ĐCKĐB ba pha IV.1: Điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha  Điều khiển khởi động bằng cách thay đổi điện trở rotor  Điều khi ển điện áp phần ứng  Điều khiển tần số bằng phương pháp V/f Chương V : Điều khiển vector động cơ không đồng bộ ba pha V.1: Bộ nghịch lưu ba pha và Vector không gian  Bộ nghịch lưu ba pha.  Vector không gian và hệ toạn độ satator (αβ). V.2: Hệ qui chiếu quay  Hệ toạ độ từ thông rotor (dq).  Chuyển đổi hệ toạ độ αβ ↔ dq. V.3: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệt toạ độ từ thông rotor  Sơ đồ tươ ng đương của động cơ và một số ký hiệu.  Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψ r ). V.4: Điều khiển định hướng từ thông (FOC) động cơ không đồng bộ ba pha  Điều khiển PID  Điều khiển FOC động cơ không đồng bộ ba pha. V.5: Bộ biến tần Chương VI : Điều khiển động cơ đồng bộ ba pha Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 31/08/2010 2 Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ I.1: Đặc tính cơ của tải I.1.1: Đơn vị của các đại lượng cơ học: I.1.2: Phương trình moment cơ bản dt d JMM cco ω =− M cơ > M c tải cơ tăng tốc. M cơ < M c tải cơ giảm tốc. M cơ = M c tải cơ chạy với tốc độ ổn định – xác lập – trạng thái tĩnh. I.1.3: Các thành phần của moment cản M c : 2 mstmsktc .CMM.BMM ω+++ω+= M t Moment tải B.ω Moment ma sát nhớt M msk Moment ma sát khô M mst Moment ma sát tĩnh C.ω 2 Moment cản của quạt gió làm mát Thông thường, các đại lượng khác khá nhỏ, nên khi bỏ qua: ω+= .BMM tc I.1.4: Một số dạng đặc tính tải thường gặp: Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 31/08/2010 3 Tải moment hằng số Tải moment thay đổi theo tốc độ (Thang máy, cần cẩu, băng chuyền,…) (Bơm, quạt,…) I.1.5: Moment quán tính: ∑∑ == ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ω += k 1j 2 j j n 1i 2 i im 2 v m 2 JJJ J m moment quán tính của trục động cơ. J i , ω i moment quán tính, tốc độ của phần tử quay thứ i. m j , v j khối lượng, tốc độ của phần tử chuyển động tịnh tiến thứ j. I.1.6: Các chế độ làm việc: ω M t ω đm M đm ω M t ω đm m Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 31/08/2010 4 a) Hãm tái sinh: _ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn. _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải. b) Hãm ngược: _ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn. _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải. Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt. c) Hãm động năng: _ Pđiện = 0: cách ly với nguồn. _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tả i. Công suất cơ chuyển thành nhiệt. I.1.7: Điều kiện ổn định tĩnh: ω > ω d dM d dM coc I.1.8: Thông số của hệ thống điện cơ: _ Độ cứng đặc tính cơ: ω =β d dM _ Công suất định mức. …. I.2: Đặc tính cơ của động cơ I.2.1: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC: I , M cơ 0 ω olt ω o ω đm I đm , M đm I 0 I kđ , M kđ ω Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 31/08/2010 5 Kích từ độc lập: () co 2 u M k R k U Φ − Φ =ω uco IkM Φ= ωΦ= kE I.2.2: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp: Kích từ nối tiếp: kt ntu cokt k.k RR Mk.k U + −=ω 2 uktco Ik.kM = I.2.3: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ hỗn hợp: U R ư I u E I nt R nt I, M cơ ω 0 ω olt ω o ω đm I đm I 0 U R ư I u E I kt R kt U kt ω Φ kt U R ư I u E I nt R nt I kt R kt Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 31/08/2010 6 Ví dụ 1: Một động cơ DC kích từ độc lập, 230V, điện trở phần ứng 0,2Ω, tốc độ không tải lý tưởng là 1000 vòng/phút. Ở chế độ định mức dòng điện phần ứng là 40A. Biết từ thông kích từ không đổi và bằng định mức. Tính tốc độ và momen điện từ (moment cơ) định mức của động cơ? Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? Ví dụ 2: Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức 500V, 100A, 1000 vòng/phút. Điện trở phần ứng 1Ω. Từ thông kích từ không đổi và bằng định mức. Tính momen và công suất định mức của động cơ? Tính hiệu suất của động cơ ở định mức nếu công suất tổn hao của cuộn kích từ là 5kW. Động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 40A. Tính tố c độ, momen và hiệu suất của động cơ khi đó? Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? Vẽ đặc tuyến momen - tốc độ và chỉ ra các điểm đã tính trên. KPhi = 3.8197 E = 400 Pout = 40000 w = 104.7198 M = 381.9719 HS = 0.7273 Ec = 460 nc = 1150 Poutc = 18400 wc = 120.4277 Mc = 152.7887 HSc = 0.7360 Ikd = 500 Mkd = 1.9099e+003 Ví dụ 3: Một động cơ DC kích từ nối tiếp, có điện trở phần ứng là 0, 2Ω và điện trở cuộn kích từ là 0,1Ω. Thông số định mức của động cơ là 450V, 40A, 1000 vòng/phút. Khi động cơ vận hành ở định mức : Tính tốc độ và momen của động cơ? Tính công suất và hiệu suất của động cơ? Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? KPhi = 4.1826 E = 438 Pout = 17520 w = 104.7198 M = 167.3037 Pout = 17520 Pin = 18000 HS = 0.9733 Ikd = 1.5000e+003 Mkd = 2.3527e+005 Ví dụ 4: Một động cơ DC kích từ nối tiếp vận hành ở chế độ định mức 161,2 Nm, 1000 vòng/phút, 41A, 420V. Tổng điện trở phần ứng và cuộn kích từ là 0,2Ω. Tính tốc độ và dòng điện của động cơ khi momen điện 87 Nm? Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 31/08/2010 7 I.2.4: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha: Mạch tương đương của động cơ không đồng bộ ba pha. Giả sử R m << X m (hay R FE >> X m ): () mss m st XXjR X.j UU ++ = && và ( ) () mss mss ttt XXjR X.jX.jR X.jRZ ++ + =+= Mạch tương đương ĐCKĐB ba pha khi bỏ qua nhánh từ hoá: () 2 ' rs 2 ' r s ' r 2 s s co XX s R R s R U3 1 M ++ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ω = R s s I & jX s s U & ' r I & ' r R jX’ r Mạch tương đương động cơ KĐB ' r R s s1 − R Fe jX m m I & Fe I & R s s I & jX s R m m I & s U & jX m ' r I & ' r R jX’ r Mạch tương đương của động cơ KĐB ' r R s s1 − R t jX t t U & t I & s R ' r jX’ r Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator R s jX s s U & ' r I & s R ' r jX’ r Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T © B 31/08/2010 8 Độ trượt tới hạn: s p ứng với T max 0 ds dT = , hay 0 dn dT = () 2 ' rs 2 s ' r p XXR R s ++ = () 2 ' rs 2 ss 2 s s max XXRR U 2 3 1 T +++ = ω ()() 2 ' rs 2 ' rs ' r 2 s s st XXRR RU3 1 T +++ = ω s s s s 2 T T p p max + = 0 ω ω đm M kđ M max M cơ ω s ω p M đm T L A T Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 31/08/2010 9 Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC) II.1.1: Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC a) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC: Kích từ độc lập: Φ − = Φ =ω k IRU k E uu ⇒ n~~E ω () co 2 u M k R k U Φ − Φ =ω uco IkM Φ= Φ đm I kt Φ 0 I, M cơ ω 0 ω olt ω o ω đm I đm I 0 U R ư I u E I kt R kt U kt ω Φ kt . TRANG Bài giảng TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DC & AC Biên soạn: ThS. Trần Công Binh THÁNG 8 NĂM 2010 Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 31/08/2010 1 TRUYỀN. động cơ DC  Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC  Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC  Điều khiển moment động cơ DC  Điều khi ển vị trí động cơ DC