Giáo trình Truyền động điện (Dùng cho hệ TCCN): Phần 1

Phần 1 Giáo trình Truyền động điện gồm nội dung các bài học: Các đặc tính cơ và các trạng thái làm việc của động cơ điện, điều chỉnh tốc độ truyền động điện, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Tham khảo nội dung giáo trình để nắm bắt nội dung chi tiết.

UBND TỈNH NAM ĐỊNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NAM ĐỊNH Chỉnh sửa: Giảng viên Trịnh Văn Tuấn GIÁO TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN (Dùng cho hệ TCCN) NĂM 2013-2014 Trường cao đẳng nghề Nam Định Bài 1: CÁC ĐẶC TÍNH CƠ VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN * Mục tiêu: Sinh viên nắm sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động điện, đặc tính động điện, trạng thái xáy q trình hệ thống làm việc * Tóm tắt nội dung: Cung cấp cho sinh viên kiến thức đặc tính cơ, đặc tính điện cách xây dựng đặc tính trên; Khởi động tính điện trở khởi động; Các trạng thái hãm bốn loại động cơ: ­ Động điện chiểu kích từ độc lập ­ Động điện chiểu kích từ nối tiếp ­ Động khơng đồng ­ Động đồng 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Như chương nêu, quan hệ tốc độ mơmen động gọi đặc tính động cơ:  = f(M) n = f(M) Quan hệ tốc độ mômen máy sản xuất gọi đặc tính máy sản xuất c = f(Mc) nc = f(Mc) Các đặc tính biểu diễn dạng hàm thuận hàm ngược, ví dụ M = f() hay n = f(M) Ngồi đặc tính cơ, động chiều người ta sử dụng đặc tính điện Đặc tính điện biểu diễn quan hệ tốc độ dòng điện mạch động cơ:  = f(I) n = f(M) Trong biểu thức trên: ­ : Tốc độ góc, rad/s ­ n: Tốc độ quay, v/ph ­ M: Mômen, Nm Trong nhiều trường hợp để đơn giản tính tốn dễ dàng so sánh, đánh giá chế độ làm việc truyền động điện, người ta dùng hệ đơn vị tương đối Muốn biểu diễn đại lượng dạng đơn vị tương đối ta lấy trị số chia cho trị số đại lượng Các đại lượng thường chọn: Uđm, Iđm, đm, Mđm, đm, Rcb Với đại lượng tương đối ta dùng ký hiệu “*” ví dụ điện áp tương đối U*, mômen tương đối M* M số thơng số tính hệ đơn vị tương đối sau: U*  U U 100% U * %  U dm U dm Tương tự thơng số: Giáo trình Truyền động điện Trường cao đẳng nghề Nam Định I*  I I dm ; M*  M  R   ; *  ; R*  ; *  ;*  M dm dm Rcb dm 0 Việc chọn đại lượng tùy ý, cho biểu thức tính tốn thuận tiện như: ­ Tốc độ động chiều kích từ độc lập kích từ hỗn hợp tốc độ khơng tải lý tưởng o, tốc độ động không đồng động đồng tốc độ đồng 1 Còn động kích từ nối tiếp tốc độ đm ­ Trị số điện trở Rcb Với động chiều : Rcb  U dm I dm Với động không đồng thông thường điện kháng định mức pha roto nhỏ so với tổng trở định mức nên ta coi gần là: R2cb = Trong đó: E2 nm 3.I dm ­ E2nm: Sức điện động ngắn mạch roto ­ I2đm: Dòng điện định mức pha roto Nếu mạch roto đấu tam giác điện trở định mức pha roto là: R2cb = R2cbY 1.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.2.1 Sơ đồ đặc điểm Khi nguồn điện chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi Rf Rf động kích từ song song Giáo trình Truyền động điện Trường cao đẳng nghề Nam Định Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nhau, lúc động gọi động chiều kích từ độc lập 1.2.2 Phương trình đặc tính 1.2.2.1 Phương trình cân điện áp Khi động làm việc, rôto mang cuộn dây phần ứng quay từ trường cuộn cảm nên cuộn ứng xuất sức điện động cảm ứng có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động Theo sơ đồ ngun lý hình 2.1 hình 2.2, viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng (rôto) sau: Uư = Eư + (Rư + Rp).Iư Trong đó: (2.1) ­ Uư : Điện áp phần ứng động cơ, (V) ­ Eư : Sức điện động phần ứng động (V) ­ Rư : Điện trở cuộn dây phần ứng () ­ Rp : Điện trở phụ mạch phần ứng () ­ Iư : Dòng điện phần ứng động (A) Rư = rư + rct + rcb + rcp (2.2) ­ rư: Điện trở cuộn dây phần ứng ­ rct : Điện trở tiếp xúc chổi than phiến góp ­ rcb : Điện trở cuộn bù ­ rcp : Điện trở cuộn phụ 1.2.2.2 Phương trình đặc tính điện, đặc tính Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay rôto: Eư = pN   K 2a (2.3) ­  : Từ thông qua cực từ (Wb) ­ p : Số đơi cực từ ­ N : Số dẫn tác dụng cuộn ứng ­ a : Số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng ­ : Tốc độ góc động (rad/s) K= pN 2a hệ số kết cấu động Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eư = Ke..n Và   Vì vậy: Eư = 2n n  60 9,55 pN n 60a Giáo trình Truyền động điện (2.4) (2.5) (2.6) Trường cao đẳng nghề Nam Định Ke = pN ­ Hệ số sức điện động động 60a Ke = K  0,155K 9,55 (2.7) Từ phương trình (2.1) phương trình (2.2) ta có:  U u Ru  R f  Iu K K (2.8) phương trình đặc tính điện động Mặt khác mômen điện từ Mđt động xác định bởi: Mđt = K..Iu Suy ra: Iư = M dt K Thay giá trị Iư vào (2.8) ta được:  U u Ru  R f  M dt K ( K ) (2.9) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mômen trục động mômen điện từ, ta ký hiệu M, nghĩa Mđt = Mcơ = M  U u Ru  R f  M K ( K ) (2.10) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Đồ thị chúng biểu diễn hình 2.3 đường thẳng   a b 0 0 đm đm Mnm Inm Mđm M Iđm I Hình 2.3 Đặc tính điện a) đặc tính b) ĐC chiều kích từ độc lập Theo đồ thị trên, Iư = M = ta có:  Uu  0 K (2.11) o gọi tốc độ khơng tải lý tưởng động Còn  = ta có: Iu  U  I nm Ru  R f Giáo trình Truyền động điện (2.12) Trường cao đẳng nghề Nam Định M = KInm = Mnm Inm Mnm gọi dòng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch Mặt khác phương trình đặc tính viết dạng:  Uu R  I u   o   K K (2.13)  R Uu  M   o   K ( K ) (2.14) Trong đó: R = Ru  R f ;     Uu K R R Iu  M K ( K )  gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trị M Ta biểu diễn đặc tính đặc tính điện hệ đơn vị tương đối, với điều kiện từ thông định mức ( = đm) Trong đó: I *  Rcb = I I dm ; M*  M  R   ; *  ; R*  ; *  ;*  M dm dm Rcb dm 0 U dm gọi điện trở I dm Ta viết đặc tính đặc tính điện đơn vị tương đối:  *   R * I * (2.15);  *   R * M * (2.16) 1.2.3 Ảnh hưởng thông số đặc tính Phương trình đặc tính (2.10) cho thấy, đường đặc tính bậc  = f(M) phụ thuộc vào hệ số phương trình, có chứa thơng số điện Uư, RƯ  Ta xét ảnh hưởng thông số Khi xét đến ảnh hưởng thông số người ta thường cho thông số biến thiên, thơng số khác giữ ngun 0 giá trị định mức 1 a) Ảnh hưởng điện áp phần ứng 2 Ta xét đến ảnh hưởng điện áp phần ứng 3 với thông số sau: ­ Uư = var ­  = đm ­ R = Rư = const 4  TN Uđm U1 U2 U3 U4 M, I Mc Hình 2.5: Các đặc tính giảm áp ĐC chiều kích từ độc lập Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm thơng số đặc tính sau: Giáo trình Truyền động điện Trường cao đẳng nghề Nam Định + Tốc độ không tải: ox  Ux  var Kdm + Độ cứng đặc tính cơ:    ( K ) Ru  const + Mômen ngắn mạch: Mnm = KIư , mômen ngắn mạch giảm dần ta giảm điện áp phần ứng Kết luận: Như thay đổi điện áp phần ứng đặt vào động ta họ đặc tính song song với đặc tính tự nhiên Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mơmen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch động giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động b) Ảnh hưởng điện trở phần ứng Ta xét ảnh hưởng điện trở phần ứng với thông số sau: ­ Uư = Uđm ­  = đm ­ R = Rư + Rf = var Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng Khi ảnh hưởng đến đặc tính động Cụ thể đến thông số đặc tính sau: + Tốc độ khơng tải lý tưởng: o  + Độ  cứng  U dm  const K dm ( K dm ) dM   d d Ru  R f dM đặc 0 TN Rf=0 tính Rf1 cơ: Rf2 Rf3 M (2.17) Khi Rf lớn,  nhỏ nghĩa đặc tính dốc, ứng với Rf = ta có đặc tính tự nhiên  TN   ( K dm ) Ru Mc Rf4 Hình 2.4 Các đặc tính ĐC chiều kích từ độc lập thay đổi (tăng) điện (2.18) TN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có đặc tính cứng tất đặc tính có điện trở phụ Giáo trình Truyền động điện Trường cao đẳng nghề Nam Định Kết luận: Như thay đổi điện trở phụ Rf ta có họ đặc tính biến trở có dạng hình 2.4 Ứng với phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ động giảm, đồng thời điện trở ngắn mạch mômen ngắn mạch giảm Người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện khởi động điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ c Ảnh hưởng từ thông Ta xét ảnh hưởng từ thông với thông số sau: Uư = Uđm ­ ­  = var ­ R = Rư = const Để thay đổi từ thông , ta phải thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc mạch kích từ động Vì tăng điện trở mạch kích từ nhờ Rkt nên từ thơng kích từ thay đổi phía giảm so với từ thơng định mức Các thơng số đặc tính thay đổi sau: + Tốc độ không tải:  ox  U đm  var K x + Độ cứng đặc tính cơ:    ( K x )  var Ru + Dòng điện ngắn mạch: Inm = U dm  const Ru + Mômen ngắn mạch: Mnm = KxInm=var Trường hợp này, tốc độ không tải lý tưởng độ dốc đặc tính thay đổi Kết luận: Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên từ thơng giảm xo tăng,  giảm Ta có họ đặc tính với xo tăng dần độ cứng đặc tính giảm dần giảm từ thông Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc động giảm từ thơng tốc độ động tăng lên  02 01 a  b 02 2 1 2 01 1 0 đm (TN) 0 đm (TN) Mc Inm I Mnm2 Mnm1 Mnm M Hình 2.6: Đặc tính điện (a) đặc tính (b) ĐC chiều kích từ độc lập giảm từ thơng Giáo trình Truyền động điện Trường cao đẳng nghề Nam Định 1.2.4 Cách dựng đặc tính a) Cách vẽ đặc tính tự nhiên Vì đặc tính động đường thẳng nên ta vẽ ta cần xác định hai điểm đường thẳng Ta thường chọn điểm không tải lý tưởng điểm định mức ­ Đặc tính điện tự nhiên: Điểm thứ nhất: Iư = 0,  = o o  U dm Kdm K dm  (2.19) U dm  I dm Ru (2.20)  dm Điểm thứ hai: Iư = Iđm,  = đm với  dm  ndm 9,55 ­ Đặc tính tự nhiên: Điểm thứ nhất: M = 0,  = o o  U dm ; Kdm Kdm  U dm  I dm Ru dm Điểm thứ hai: M = Mđm,  = đm Trong đó: M dm  Pdm dm , N.m (2.21) a   0 đm 0 đm Iđm b I Mđm M Hình 2.7: Cách vẽ đặc tính tự nhiên ĐC chiều kích từ độc lập a) - Đặc tính điện b) - Đặc tính b) Cách vẽ đặc tính nhân tạo Đặc tính biến trở: Các đặc tính biến trở bị qua điểm khơng tải lý tưởng o, vẽ đặc tính cần xác định điểm thứ Thường chọn điểm ứng với tải định mức Đối với đặc tính điện:  ứng với Iđm Đối với đặc tính cơ:  ứng với Mđm Từ phương trình đặc tính điện tự nhiên ta có: Giáo trình Truyền động điện Trường cao đẳng nghề Nam Định  dmtn  U dm  I dm Ru Kdm Và từ phương trình đặc tính biến trở tính được:  dmnt  Lập tỉ số : U dm  I dm ( Ru  R f ) (2.22) K dm  dmtn sau biến đổi ta được:  dmnt  dmnt   dmtn U dm  I dm ( Ru  R f ) (2.23) U dm  I dm Ru Từ số liệu biết ta vẽ đặc tính biến trở (hình 2.8)  0 đm  a TN TN btđm btđm b 0 đm Iđm I Mđm M Hình 2.8: Cách vẽ đặc tính biến trở (a) - Đặc tính điện (b) - Đặc tính Thơng thường giá trị điện trở phần ứng Rư không ghi nhãn máy Do lúc ta tính gần giá trị Rư Một phương pháp tính gần dựa vào giá trị hiệu suất định mức biết đm tính tổn thất máy điện chế độ định mức Coi gần tổn thất điện trở phần ứng gây nửa tổn thất Như ta tính gần giá trị điện trở phần ứng là: Rư = 0,5.(1 ­ đm) U dm (2.24) I dm c) Cách vẽ đặc tính giảm áp Đặc tính giảm áp họ đường thẳng song song với đường đặc tính tự nhiên nên để vẽ đặc tính giảm áp ta vẽ đặc tính tự nhiên sau xác định 0 Từ 0 vẽ đường thẳng song song với đặc tính tự nhiên 0x = Ux/(Kđm) Giáo trình Truyền động điện Trường cao đẳng nghề Nam Định B1 Uđk A1 K1 CB1 CB2 Ucb1 Ucb2 CB3 CB4 + CKT ­ K2 A2 Uđk Hình 4.20 B2 B1: Cung cấp điện áp cho động quay thuận B2: Cung cấp điện áp cho động quay ngược Nên nhớ yêu cầu quan trọng thiếu hệ thống truyền động điện hãm từ quay thuận sang quay ngược ngược lại phải hãm tốc độ động khơng sau khởi động theo chiều ngược lại Hãm kinh tế hãm tái sinh Vì sơ đồ nhiều, đa dạng q trình làm việc có nhiều điểm nên khơng cần phải phân tích toàn sơ đồ, ta chọn sơ đồ điển hình biến đổi hình cầu ba pha mắc song song ngược (hình b) 3.6.4.2 Hệ T – Đ đảo chiều điều khiển chung a) Sơ đồ tổng quát đặc điểm phương pháp điều khiển chung Đặc tính hệ T­ Đ đảo chiều phụ thuộc nhiều vào phương pháp điều khiển biến đổi Có hai phương pháp điều khiển: Điều khiển chung điều khiển riêng Khi điều khiển chung, xung điều khiển đưa tới cực điều khiển T hai Sơ đồ thay dòng, áp chiều (giả sử B1 làm việc chế độ chỉnh lưu – quay thuận, B2 làm việc chế độ chờ nghịch lưu) Giáo trình Truyền động điện 80 Trường cao đẳng nghề Nam Định B1 Rb1 Rb2 + B2 + Rd + Rư Ud2cl = Udo.cos1 Ud2nl = Udo.cos2 E = Kđm ­ Hình 4.21 ­ Khi động quay thuận, phát xung cho B1 mởi với góc 1 < π/2 → B1 làm việc chế độ chỉnh lưu cung cấp lượng chiều cho động quay thuận: Ud1cl = Udocosα1 > Đồng thời phát xung cho B2 mở với góc 1 > π/2 → B2 làm việc chế độ nghịch lưu chờ: Ud2nl = Udocosα2 < Dấu cực tính điện áp chiều hai ký hiệu hình vẽ Với cực tính điện áp chiều vậy, để khơng có dòng chiều chạy từ B1 sang B2 (B2 có áp khơng có khả sinh dòng chiều) phải phát xung cho B2 với góc α2 cho Ud2nl ≥ Ud1cl Nếu chọn Ud2nl = Ud1cl ta có phương trình điều khiển chung tuyến tính Từ sơ đồ ta viết phương trình cân áp: Ud2nl + Ud1cl = → Udo(cos α1 + cos α2) = → α1 + α2 = π = 180o α = β2 Vậy nội dung phươg pháp phối hợp tuyến tính mạch điều khiển phải giữ q trình làm việc tổng góc điều khiển: α1 + α2 = π = 180o Khi khơng có dòng cân chiều khép kín quan B1, B2: I cb  U R d 1cl b1  U d 2cl  Rb Nếu chọn Ud2nl > Ud1cl ta có phương pháp điều khiển chung phi tuyến Phương pháp có quan hệ góc điều khiển α1 + α2 = π + ξ ξ : gọi góc khơng phù hợp Phương pháp có nhiều nhược điểm nên thực tế dùng, ta khơng phân tích Từ giáo trình ĐTCS1a biết giá trị tức thời sức điện động B1, B2 khơng (mặc dù giá trị trung bình chúng nhau) ud1 + Giáo trình Truyền động điện 81 Trường cao đẳng nghề Nam Định ud2 > → u CB1 > → có dòng điện cân (icb) chảy từ nhóm katơt chung B1(K1) sang nhóm anơt chung B2(A2) Khi uCB2 > → có dòng điện cân chảy từ nhóm katot chung B2(K2) sang nhóm anot chung B1 Dòng cân tức thời khơng có lợi khơng sinh mơmen quay, sinh tổn thất phụ hai biến đổi tăng dòng chảy qua van dẫn , nên phải hạn chế (khơng triệt tiêu được) cách đưa thêm cuộn kháng cân vào (hình cầu bốn nửa cuộn kháng cân CB1, CB2, CB3, CB4, hình tia hai cuộn kháng cân CB1, CB2…) Thực tế icb ≤ 10% Iđm (It) Để minh họa ta vẽ uCB1, iCB1 cho trường hợp α1 = 30o, α2 = 150 o Ud 1 = 30o UK1 (đường đậm) UA2 (đường chấm gạch) t 2 =150o ucb icb uCB1 iCB1 t Hình 4.22 b) Đặc tính điều chỉnh, đặc tính điện (cơ) hệ T – Đ đảo chiều điều khiển chung (phối hợp tuyến tính) Giáo trình Truyền động điện 82 Trường cao đẳng nghề Nam Định 2max 1min 2 = π/2 π 2min 1min 1min 1 Π 2 2min 1 = π/2 I(M) 2min 1max Hình 4.23 c) Quá trình làm việc (đảo chiều) Khi có yêu cầu đảo chiều: phải điều khiển góc điều khiển α1 tăng → góc điều khiển α2 giảm : α1 + α2 = π Do α1 tăng, α2 giảm nên Ud1cl = Ud2nl giảm nhanh (bỏ qua QT2), sức điện động E động không giảm nhanh (không bỏ qua QT1) dẫn đến E > Ud1cl → I d  U cl  E R 0 Tức dòng qua động đảo chiều, B1 cho dòng điện qua nên dòng qua B2 (B2 làm việc chế độ chờ nghịch lưu, lúc nghịch lưu), động hãm tái sinh, tốc độ giảm Khi α1 tăng đến 90o, α2 giảm 90o điện áp Ud1 = ­Ud1 = U0.cosα = 0, trình hãm tái sinh (quá trình nghịch lưu kết thúc), động hãm động điểm Do quán tính học nên tốc độ động chưa giảm không, lúc α1 tăng lớn 90o, B1 làm việc chế độ nghịch lưu; α2 giảm nhỏ 90o , B2 làm việc chế độ chỉnh lưu, động hãm ngược tới tốc độ không khởi động theo chiều ngược lại, trình đảo chiều kết thúc B2 làm việc chế độ chỉnh lưu, B1 làm việc chế độ chờ nghịch lưu d) Ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng * Ưu điểm: ­ Thời gian tác động nhanh ­ Tuổi thọ cao sử dụng phần tử phi tiếp điểm * Nhược điểm: ­ Tồn dòng cân nên gây tổn hao phụ, có cuộn kháng cân để hạn chế dòng cân làm tăng kích thước, giá thành Giáo trình Truyền động điện 83 Trường cao đẳng nghề Nam Định ­ Phải tuân thủ nghiêm ngặt quan hệ α1 + α2 = 180 o * Phạm vi ứng dụng: Ứng dụng cho hệ T – Đ công suất lớn, lớn cần tác động nhanh, đảo chiều thường xuyên để tăng suất 3.6.4.3 Hệ thống truyền động T – Đ đảo chiều điều khiển riêng Đặc điểm phương pháp B1, B2 làm việc không đồng thời, B1 làm việc, B2 nghỉ ngược lại Như khơng có dòng điện cân chạy khép kín qua hai biến đổi (B1, B2) nên không cần cuộng kháng cân Sơ đồ mạch động lực gần tương tự phương pháp điều khiển chung, bỏ cuộn kháng cân Để loai trừ trường hợp hai chỉnh lưu hoạt động gây cố ngắn mạch, trình làm việc cần phải tuân theo quy trình chặt chẽ Khi thiết kế mạch điều khiển cân phải đảm bảo quy trình đưa ra: Ngắt xung điều khiển biến đổi cung cấp cho động quay thuận B1 (B1 quay thuận, B2 quay ngược) Do tải có tính chất điện cảm Tiristor phần tử bán điều khiển nên tiếp tục dẫn dòng ngắt xung điều khiển Dòng điện tải tồn lượng tích lũy phần tử có điện cảm (Lư, iba, Ld…) a) Khi dòng tải id = báo sensor đo dòng ( có dòng – mức logic 1; dòng khơng – mức logic 0) Thời gian tính từ thời điểm ngắt xung tới dòng id = : td b) Chờ khoảng thời gian cho B1 phục hồi tính chất khóa, khóa chắn, thời gian biết chọn van (toff) c) Khi t≥ to0f +td , quán tính tốc độ động quay theo chiều cũ, để hãm tốc độ không ta phải phát xung cho B2 làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc (α2 > 90o) Động hãm tốc độ khơng sau khởi động theo chiều ngược lại, B2 làm việc chế độ chỉnh lưu (α2 < 90o) Lưu ý: Tốc độ giảm góc α hãm khởi động phải khống chế cho dòng tải khơng vượt q trị số cho phép Ưu điểm, nhược điểm phạm vi ứng dụng: * Ưu điểm: ­ Khơng có dòng cân nên tiêu lượng tốt ­ Không dùng cuộn kháng cân kích thước giảm, giá thành hạ ­ Không phải đảm bảo quy luật α1 + α2 = 180o nên dễ thực * Nhược điểm: ­ Hệ thống mạch điều khiển phức tạp ­ Đặc tính tĩnh, đặc tính động khơng tốt ­ Thời gian tác động khơng nhanh Giáo trình Truyền động điện 84 Trường cao đẳng nghề Nam Định * Phạm vi ứng dụng: Hệ T­ Đ công suất lớn lớn khơng có u cầu độ tác động nhanh tần suất đảo chiều thấp 3.6.4.4 Ưu điểm, nhược điểm hệ T –Đ a) Ưu điểm ­ Tác động nhanh, tổn thất ít, giảm tiếng ồn, kích thước trọng lượng nhỏ, móng khơng phức tạp ­ Hệ số khuyêch đại lớn nên dễ thiết lập hệ thống tự động vòng kín để mở rộng phạm vi điều chỉnh D ­ Giá thàng rẻ… b) Nhược điểm ­ Khả linh hoạt chuyển đổi trạng thái làm việc không cao ­ Mạch điều khiển hệ đảo chiều phức tạp ­ Khả tải áp dòng ­ Sức điện động biến đổi có độ đập mạch lớn nên phải dùng cuộn kháng lọc, làm tăng kích thước, giá thành, giảm độ cứng đặc tính cơ, giảm tác động nhanh ­ Hệ số cosφ hệ nói chung thấp Mặc dù có nhược điểm nêu phần ưu điểm hệ T – Đ nhiều, có ý nghĩa định, ngày thay hoàn toàn hệ truyền động T – Đ cho hệ truyền động: ӘMY – Đ, KĐT – Đ, F – Đ… 3.6.5 Các hệ thống truyền động điện điều chỉnh xung áp – động điện chiều kích từ độc lập ( XA – Đ) 3.6.5.1 Hệ xung áp mạch đơn 1) Khái niệm chung Ngày hệ xung áp – động sử dụng rộng rãi, yếu tố độ tin cậy, dễ điều chỉnh, độ ổn định, kích thước trọng lượng đặt lên hàng đầu Có nhiều cách phân loại, giáo trình phân theo hệ xung áp mạch đơn (không đảo chiều), hệ xung áp đảo chiều Đối với biến đổi công suất nhỏ (vài KW) trung bình (hàng chục KW) người ta thường sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực IGBT Đối với công suất lớn (vài trăm KW) người ta thường dùng GTO, cao dùng Tiristor Ở giáo trình đề cập đến van điều khiển hồn tồn IGBT, GTO – chúng có ưu điểm mở khóa hồn tồn xung (điều khiển hồn tồn), khác với tiristor mở xung, khóa phải dùng mạch khóa (bán điều khiển) Nhược điểm van điều khiển hồn tồn cơng suất nhỏ tiristor 2) Hệ xung áp đơn Giáo trình Truyền động điện 85 Trường cao đẳng nghề Nam Định a) Sơ đồ nguyên lý Ing T Lư iT lư Ing iT iT U MK + Do CK§ E iDo U + Do E iDo ­ CKĐ ­ a) DDùng Tiristor b) Dùng GTO iD1 A Ing L2 T1 iT1 U iT D2 T2 i T2 E iD2 + CKĐ ­ B c) Sơ đồ sử dụng GTO, có hãm động năng, hãm tái sinh Hình 4.24 b) Phương trình, đồ thị dòng áp Từ sơ đồ nguyên lý a) b) ta có phương trình đồ thị van mở khóa sau: * Đồ thị: Giáo trình Truyền động điện 86 Trường cao đẳng nghề Nam Định UAB GTO mở GTO khóa t1 GTO mở GTO khóa t2 it t i1 i2 Trường hợp dòng liên tục t Trường hợp dòng biên liên t it TCK Trường hợp dòng gián đoạn t Hình 4.25 * Phương trình: U  E  Ru i1  Lu di1 ­ Trong khoảng t1 GTO mở dt  E  Ru i2  Lu Với TCK mở khóa nhỏ ( f  di2 ­ Trong khoảng t2 GTO khóa dt  200 – 400hz ) so với số thời gian TCK học hệ nên ta coi sức điện động động E ≈ const chu kỳ TCK Nghiệm phương trình có dạng: i1  I1  ( I bd  I1 )e  t / Tu i2  I  ( I bd  I )e t / Tu (**) Trong đó: + I1  U E U ; I2   : giá trị dòng điện xác lập dòng điện i1, i2 Ru Ru khoảng t1, t2 + Ibd1, Ibd2: gía trị ban đầu dòng điện i1, i2 : t = (Ibd1); t = t1 (Ibd2) + Tu  Lu : Hằng số thời gian điện từ mạch Ru Giáo trình Truyền động điện 87 Trường cao đẳng nghề Nam Định Q trình tăng giảm dòng điện đồ thị vẽ cho trường hợp hệ làm việc xác lập Như hệ xung áp – động chiều có ba chế độ dòng điện: liên tục, biên liên tục, gián đoạn 3.6.5.2 Đặc tính Như ta biết hệ xung áp – động chiều có ba chế độ dòng điện nên để xây dựng đặc tính cơ, tương tự hệ T – Đ ta phải xây dựng ba vùng sau ghép lại thành đặc tính hồn chỉnh 1) Vùng dòng liên tục a) Sơ đồ thay với giá trị trung bình (một chiều) Rư + Rb I=Iư Hình 4.26 E U Trong đó: + Utb = U: điện áp trung bình nguồn đặt vào động + t1 : độ rộng xung ( = ÷ 1) TCK b) Phương trình cân điện áp đặc tính điện, đặc tính * Phương trình cân điện áp (K2) U  E  IR → E  Kđm  U  IR * Đặc tính điện: Từ K2 ta có :  R U   I Kđm Kđm * Đặc tính cơ: Coi Mđt = Mcơ = M = KđmI, thay vào phương trình đặc tính điện ta có:  R U  M K đm ( K đm ) * Nhận xét: + 0'  +  XA   TN U tốc độ không tải lý tưởng giả tưởng (khơng có thật) Kđm XA   ( K đm )  const , R F Đ coi nguồn áp có Rb ≈   T Đ Giáo trình Truyền động điện 88 Trường cao đẳng nghề Nam Định + Khi  thay đổi từ (0­1) ta có họ đường đặc tính co song song với  XA  const Chế độ dòng biên liên tục Ở chế độ dòng biên liên tục ta có: i1(t=0)=i2(t2) = Để xác định dòng biên liên tục (IBLT) ta có số giả thiết sau: + Dòng điện i1(t), i2(t2) tăng, giảm tuyến tính TCK nhỏ (thực tế tăng giảm theo hàm mũ) + Khai triển hàm Taylor lấy hai số hạng đầu : - e t1 / Tu   + V ì Tu >> Tck n ên t1 TCK 2Tu 2T 2T   → u    u TCK TCK TCK Theo tài liệu ta xác định được: I BLT   BLT  I  (1   ) U (1   ) TCK  nm TCK R.2Tu 2Tu R U   I BLT K đm K đm Trong Inm = U/R Với hệ Xung áp – Đ biết từ hệ phương trình cho ta thiết lập quan hệ sau:   I BLT  BLT  M BLT  K đm I BLT   I BLT  BLT  M BLT  K đm I BLT  n  I BLTn  BLTn  M BLTn  K đm I BLTn Trong n điểm có ba điểm đặc biệt    I BLT1     I BLT1    0,5  I BLT  I BLT max Vậy  thay đổi từ (0 ÷1) điểm B(BLT, IBLT) di chuyển cung elip biểu diễn nét đứt hình vẽ 2) Chế độ dòng gián đoạn Tương tự hệ T – Đ, hệ xung áp – động chiều để dựng đặc tính vùng gián đoạn ta cần hai điểm, điểm nằm đường biên liên tục, điểm lại xác định sau: Giáo trình Truyền động điện 89 Trường cao đẳng nghề Nam Định 0  Kdm LimE  I 0 U không phụ thuộc vào độ rộng xung () trừ  = Kdm Đến ta xây dựng hồn chỉnh đặc tính hệ xung áp – động chiều a) Xung áp đơn sơ đồ b b) Xung áp đơn sơ đồ c (hãm tái sinh, hãm động năng)  0 Dòng biên liên tục ’ Dòng gián đoạn  1 = B BLT 1 = Dòng liên tục  = 0,5  = 0,5 MBLT M(I) M(I) 0 = 0 = Hình 4.27 3.6.5.3 Hệ truyền động xung áp – đảo chiều Sơ đồ nguyên lý Để đảo chiều quay động có nhiều sơ đồ, thơng dụng ta có sơ đồ sau: + T1 D1 T3 it U A B Rt T4 Lt E D4 T2 D2 ­ Trong đó: + T1 → T4: van điều khiển hoàn toàn (GTO IGBT) + D1 → D4: Điốt để trả lượng từ tải nguồn + Co: Kho điện để nhận lượng giữ điện áp không đổi, nguồn ắcquy khơng cần Co Giáo trình Truyền động điện 90 Trường cao đẳng nghề Nam Định + Rt, Lt : Điện trở, điện cảm động cuộn kháng lọc có + E = Kđm: Sức điện động động chiều kích từ độc lập 2) Nguyên lý đảo chiều Để đảo chiều quay động có nhiều phương pháp: Phương pháp 1: Từ – t1 cho T1, T2 mở UAB = Ud Từ t1 – t2 cho T3, T4 mở UAB = ­Ud U tb  Trong đó: t1  t U TCK t1  t1  t  t  t1 Nếu t1  t   U tb  ­ Động quay thuận t1  t   U tb  ­ Động quay ngược t1  t   U tb  ­ Hãm động Phương pháp 2: (phương pháp điều khiển không đối xứng) Động quay thuận: T1, T4 ngược pha chu kỳ T3, T2 ngược pha chu kỳ T3 khóa chu kỳ T2 mở chu kỳ Động quay ngược (phương pháp điều khiển không đối xứng) T3, T2 ngược pha chu kỳ T1, T4 ngược pha chu kỳ T1 ln khóa T4 ln mở chu kỳ Đồ thị điện áp phương pháp 1, phương pháp mô tả sau: Phương pháp 1: Giáo trình Truyền động điện 91 Trường cao đẳng nghề Nam Định UAB U t1 t2 t3 t4 t ­U t1 t1 Hình 4.28 TCK Phương pháp 2: + Trường hợp quay thuận+ Trường hợp quay ngược UAB TCK U t1 t t t1 t1 t2 t3 t1 t1 t2 t3 t t1 U UAB TCK Hình 4.29 3) Đặc tính a) Phương pháp 1: t t t  t 1 1 U tb  Udt  Udt  U   TCK TCK TCK vì:   t1  t  TCK  t1 nên TCK U tb  U t1  t t  T  t1  U CK  (2  1)U TCK TCK I BLT  I nm Giáo trình Truyền động điện  (1   ) 2Tu TCK 92 Trường cao đẳng nghề Nam Định  BLT   (2    (1   ) 2Tu TCK ) Kết hợp lại ta có phương trình đặc tính điện đặc tính cơ:  BLT  R (2  1)U   I Kđm K đm  BLT  R (2  1)U  M K đm ( K đm ) Khi  thay đổi tốc độ thay đổi mà dấu thay đổi Thực vậy: Khi 0,5 <   tốc độ o’ = (2 ­ 1) o > Khi   < 0,5 tốc độ o’ = (2 ­ 1) o  24 =