Tài liệu Các hệ truyền động điều chỉnh thông dụng pdf

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 1 Chương 4 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH THÔNG DỤNG 4.1 Hệ thống máy phát - động cơ một chiều (F-Đ) 4.2 Hệ chỉnh lưu điều khiển-động cơ một chiều (CL-Đ) 4.3 Hệ điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (ĐAX-Đ) 4.4 Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng điện trở xung trong mạch rôto 4.5 Hệ điều chỉnh pha Tiristo-động cơ không đồng bộ 4.6 Hệ biến tần - động cơ không đồng bộ, điều khiển vectơ 4.7 Các sơ đồ nối tầng của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn 4.1 Hệ thống máy phát - động cơ một chiều (F-Đ) 4.1.1 Sơ đồ nguyên lý CFĐ: cuộn dây cực từ phụ. 4.1.2 Các chức năng chủ yếu của hệ a) Điều chỉnh tốc độ động cơ Thay đổi U đk = var ⇒ U kF = U d = var ⇒ I kF var, φ F var ⇒ E f = var ⇒ U ưĐ = var ⇒ ω var. Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 2 b) Hạn chế dòng điện và mômen động cơ Nhờ khâu phản hồi có ngắt ⇒ dòng điện, mômen được hạn chế dưới giá trị cho phép trong các trương hợp khởi động, hãm, đảo chiều, quá tải lớn và ngắn mạch. c) Cưỡng bức quá trình quá độ “khởi động cưỡng bức” d) Đảo chiều quay động cơ ⇒ đảo chiều điện áp kích từ U kF ⇒ i kt đảo chiều ⇒ φ đảo chiều ⇒ đảo chiều quay động cơ. Hệ F-Đ cho phép làm việc trên cả 4 góc phần tư của mặt phẳng tọa độ [M, ω ]: Nếu cho kt máy phát theo chiều thuận để có E f1 >0 ⇒ đường 1, trạng thái động cơ, góc 1. Nếu giảm U kF để sđđ F giảm xuống E f3 ⇒ đường 3 (góc 2) ⇒ hãm tái sinh. return Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 3 4.2 Hệ chỉnh lưu điều khiển-động cơ một chiều (CL-Đ) 4.2.1 Hệ chỉnh lưu điều khiển-Động cơ không đảo chiều a) Sơ đồ nguyên lý Nếu i u liên tục: U d = U do .cosα Nếu số lần đập mạch trong một chu kỳ điện áp lưới m≥2: do 2 u 2 m U sin 2.U K .U m π = = π với K u là hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu. Ví dụ: Sơ đồ CL 1 pha 2 nửa chu kỳ, và CL cầu một pha m = 2, K u = 0,9; Sơ đồ CL tia 3 pha m = 3, K u = 1,17; cầu 3 pha m = 6, K u = 2,34. Như vậy khi U đk = var ⇒ α = var ⇒ U d = var ⇒ ω = var. - Để hạn chế sự đập mạch của dòng điện ⇒ thiết kế cuộn kháng lọc các thành phần sóng hài có trong điện áp chỉnh lưu. Trị số điện cảm cần thiết để lọc được tính: dn.max L * 1 d.®m U .100 L 2K.m. .I %.I = ω , H I d.đm : dòng điện định mức của bộ chỉnh lưu K: bội số sóng hài, K = 1, 2, 3… m: số lần đập mạch trong một chu kỳ. I 1 * % : trị hiệu dụng của dòng điện sóng cơ bản lấy tỷ số theo dòng điện định mức của chỉnh lưu. Cho phép I 1 * % < 10%. U dn.max : biên độ của thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu: 2 2 2 dn.max do 2 2 2.cos U U . 1 K .m .tg K .m 1 α = + α − , V U do : điện áp chỉnh lưu cực đại. Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 4 Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc: L CKL = L L - L ư - L BA trong đó: L ư : điện cảm phần ứng động cơ được tính gần đúng: ®m − d ®m ®m 30U L K . I .n .p = π K d =0,5-0,6: đối với động cơ không có cuộn bù K d = 0,1-0,25: đối với động cơ có cuộn bù. L BA : điện cảm của máy biến áp, tính gần đúng: n 2f BA 2f u %.U L 2 , H .I .100 = ω , ω = 2 π f, tần số góc nguồn - Để hạn chế dòng điện gián đoạn ⇒ thiết kế cuộn kháng hạn chế dòng điện gián đoạn: Trị số điện cảm cần thiết để hạn chế dòng điện gián đoạn: do g® gh BA dgh U 1 L .k x I   = −   ω     , ω = 2 π f.m: tần số góc dòng điện chỉnh lưu gh k 1 cot g .sin m m π π   = − α     I dgh : dòng điện giới hạn nhỏ nhất, chọn I dgh ≤ 0,05I đm . b) Sơ đồ thay thế của hệ Cl-Đ không đảo chiều E d = U do .cos α = K CL .U đk trong đó: K CL = U do /U đk - hệ số khuếch đại bộ chỉnh lưu R CL = R BA + R KL + R cm R BA = R 2 + R 1 ' = R 2 + R 1 /K 2 BA R KL ≈ 0 điện trở cuộn kháng lọc R cm = (m/2 π ).X BA điện trở đẳng trị xét đến phần sụt áp do hiện tượng chuyển mạch giữa các tiristo. X BA = X 2 + X 1 ' = X 2 + X 1 /K 2 BA hoặc xác định theo catalog: dm1 2 BA dm1d dm2 dm2d BA IK U . 100 %P I U . 100 %P R ∆ = ∆ = dm1 2 BA dm1nm dm2 dm2nm BA IK U . 100 %U I U . 100 %U X == K BA ≈ dm2 dm1 dm2 dm1 U U E U ≈ hệ số biến áp Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 5 c) Đặc tính cơ của hệ ở trạng thái dòng điện liên tục "dòng điện liên tục" ( ) M. k R k E I. k R k E 2 utd u utd φ − φ = φ − φ =ω R ut = R u + R CL : tổng điện trở mạch điện phần ứng ( ) M. k R cos k U I. k R cos k U 2 utdo u utdo φ −α φ = φ −α φ =ω ( ) M. k R U k K I. k R U k K 2 ut dk CL u ut dk CL φ − φ = φ − φ =ω Nhận xét: - Tốc độ không tải lí tưởng: dk CLdo 0 U. k K cos k U φ =α φ =ω ω U dkmax ; α =0; +U do ω omax ω oi - ω omax -U dkmax 0 U dk =0; α = π /2; E d =0 HN ĐN TS TS M Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 6 U dk = +U dkmax ÷ 0 ÷ -U dkmax ⇒ α = 0 ÷ π /2 ÷ π ⇒ E d = +U do ÷ 0 ÷ -U do ⇒ ω o = + ω 0max ÷ 0 ÷ - ω 0max - Độ cứng ĐTC ( ) const RR k CLu 2 DCL = + φ =β − thường R CL ≈ 3R u . - Trong vùng I c , M c nhỏ ⇒ ”trạng thái dòng điện gián đoạn” d) Các trạng thái hãm, trạng thái tái sinh của động cơ và trạng thái nghịch lưu của bộ chỉnh lưu Xem hình trên. “trạng thái động cơ” ⇔ “trạng thái chỉnh lưu” “trạng thái hãm tái sinh” ⇔ “trạng thái nghịch lưu” tuỳ trị số U đk mà có thể xảy ra hãm - Hãm ngược. - Hãm động năng. - Hãm tái sinh. Chỉnh lưu Động cơ Trạng thái α E d Tr.thái ω E Tr.Thái I u Sơ đồ thay thế Động cơ α < π /2 E d >0 Ch.lưu ω >0 E>0 Động cơ (E d -E)/ R ut Hãm ngược α < π /2 E d >0 Ch.lưu ω <0 E<0 Hãm ngược (Ed+E)/ R ut Hãm động năng α = π /2 E d =0 Vai trò điện trở ω <0 E<0 Hãm động năng E/ R ut Hãm tái sinh α > π /2 E d <0 Nghịch lưu ω <0 E<0 Hãm tái sinh (E-E d )/ R ut Để có E d <0 ⇒ α > π /2, cos α <0 Hay E d =U do cos α <0 E I u E d R ut ω E I u E d R ut ω E I u E d R ut ω E I u E d R ut ω Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 7 Ví dụ: Lập sơ đồ thay thế cho hệ CL-Đ và xác định phạm vi điều chỉnh góc mở van α để điều chỉnh tốc độ động cơ trong dải D=10:1. Động cơ 13,5kW; 220V; 1050vg/ph; 73A; R u = 0,12 Ω . Chỉnh lưu Tiristo cầu 3 pha, có máy biến áp chuyên dùng 20kVA,nối Y/Y, U 1 =380/220V; U 2 =220/127V; điện trở ngắn mạch R nm =0,15 Ω ; điện kháng ngắn mạch X nm =0,87 Ω (khi ngắn mạch thứ cấp). Giải - Điện áp chỉnh lưu lớn nhất: do 2 m 6 U sin 2.U sin . 2.127 297V m 6 π π = = = π π - Sức điện động của chỉnh lưu: E d = U do .cos α = 297.cos α - Hệ số biến áp 73,1 127 220 U U K F2 f1 BA === - Điện trở máy biến áp: Ω===+= 05,0 73,1 15,0 K R RRR 22 BA nm ' 12BA - Điện kháng máy biến áp: Ω===+= 29,0 73,1 87,0 K X XXX 22 BA nm ' 12BA - Điện trở trong mạch chỉnh lưu (bỏ qua điện trở trong cuộn kháng và sụt áp trên Tiristo): Ω= π += π +=+= 33,029,0 2 6 05,0X 2 m RRRR BABAcmBACL - Tốc độ lớn nhất trong dải điều chỉnh 0,33Ω ΩΩ Ω Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 8 s/rad110 55,9 1050 55,9 n dm dmmax ===ω=ω - Tốc độ nhỏ nhất trong dải điều chỉnh s/rad11 10 110 D max min == ω =ω - Sdd của bộ chỉnh lưu tương ứng với tốc độ lớn nhất E d.max = U do cos α min = k φ đm . ω max +(R CL +R u )I dm Wb92,1 110 12,0.73220 RIU k dm udmdm dm = − = ω − =φ 0 min do maxd min 5,33;837,0 297 7,247 U E cos =α===α ⇒ E dmax = 247V - Sdd của bộ chỉnh lưu tương ứng với tốc độ nhỏ nhất E d.min = U do cos α max = k φ đm . ω min +(R CL +R u )I dm = 56,7V 297 7,56 U E cos do mind max ==α = 0,194; α max = 78,8 0 . 4.2.2 Hệ chỉnh lưu điều khiển-Động cơ đảo chiều Để động cơ có thể làm việc được ở cả 4 góc ¼ của mặt phẳng [M, ω ] thì ta phải sử dụng hệ CL-Đ đảo chiều. a) Các phương pháp đảo chiều quay động cơ trong hệ CL-Đ - Đảo chiều dòng kích từ - Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng tiếp điểm - Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng bộ chỉnh lưu thuận nghịch Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 9 b) Sơ đồ nguyên lý hệ CL-Đ đảo chiều dùng cho bộ chỉnh lưu thuận nghịch - Sơ đồ nối song song-ngược - Sơ đồ hình chữ thập c) Các nguyên tắc điều khiển bộ chỉnh lưu thuận nghịch trong hệ CL-Đ đảo chiều - Điều khiển riêng hai nhóm. - Điều khiển chung: “trạng thái đợi” α 1 + α 2 = 180 0 . “vấn đề dòng điện cân bằng” V 1 Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 10 4.2.3 Hệ chỉnh lưu điều khiển-động cơ tự động a) Hệ dùng bộ khuếch đại tổng trong đó: o1 − − 1 1 S . R 1 T p = + ; T ư = L ư /R ư o2 k 1 S . J p φ = § § o1 o2 c − K S S .S T p.(1 T p) = = + ; K Đ =1/k φ ; T c =J/ β . khi tính đến E động cơ: § § 2 c − c K S T .T p T p 1 = + + R ∑ S 01 (p) S 02 (p) K I K ω I ω Đ U đ - - U pi.ng U p ω BĐ U ư U đk E M c I ng I nm I,M NG β hở ω [...]... i n tr cu n dây roto c a ng cơ  s th nt  − 1   s th  ⇒ R mc = 2R f = 2R 2   - i u ch nh t c b ng cách thay R mctb = R 1 (1 − γ ) GV: Hà Xuân Hòa i γ: γ: r ng xung i n tr γ=td/TCK December 12, 2006 14 Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) 4.2.2 Các c tính gi i h n và bi u di n c a các quá trình quá có vùng i u ch nh r ng (t c , mômen) ngư i ta thư ng t o ra hai ư ng c tính gi i h n: ư... t n - ψrc = cst ωc ng cơ không i u ch nh t thông Rψ Rn ng b , i u khi n vectơ i u ch nh Chuy n dòng i n t a usdc isdc Ri usqc isqc i u ch nh t c isd isq θs ψr RFE ω C u trúc sơ b h T GV: Hà Xuân Hòa dq αβ dq αβ i usαc usβc i sα isβ Ư c lư ng t thông rôto ta SVM tb tc VSI αβ abc IM ng cơ K B i u khi n hư ng trư ng December 12, 2006 19 Môn h c: i u khi n 4.7 Các sơ ng cơ i n (Truy n n i t ng c a ng i... m làm vi c s ch y v ư ng 2 Tuy nhiên, nh m ch có i n c m l n (X2 và XCK) nên dòng roto không th t bi n, do ó ng cơ s tăng t c theo ư ng g n sóng ( ư ng 3) B ng cách i u khi n T, thay i t , γ c a Rmc ta có th xê d ch ư c mômen và gia t c trong các QTQ 4.4.3 H i u khi n i n tr xung t tương t h AXGV: Hà Xuân Hòa ng December 12, 2006 15 Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) Ví d 4-2: Ch n R0 và... Id và I2 var ⇒ thay 4.7.4 c tính cơ c a ng cơ trong sơ a) Các bi u th c liên quan n TC Xét sơ t ng i n: - Momen ng cơ: GV: Hà Xuân Hòa i ư c mômen và t c n i t ng December 12, 2006 21 Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) N u coi dòng i n rôto là hình sin, ta quy i công su t trư t trong m ch m t chi u v d ng sơ n i i n tr ph ba pha thông thư ng có i n tr ng tr R2 t, thì mômen ng cơ: 3I 2 R2®t... trư ng h p MBA làm vi c n ng nh t, ta l y s = 1 và β = βmin: E 2nm U 2.ba = cos βmin GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 22 Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n) Thông thư ng ngư i ta l y βmin = 200, b ng t ng c a góc chuy n m ch các van (γ = 150) và góc khóa van an toàn (δ = 50), khi ó: 1 U 2ba = E 2nm ≈ 1, 06.E 2nm cos 20 0 - Quan h gi a trư t s và dòng i n I2: Phương trình s = f(I2) chính là... n n i t ng c a ng i n) ng cơ không ng b rôto dây qu n 4.7.1 Vi c s d ng công su t trư t trong sơ n i t ng P12 = Mdt.ω0 công su t i n t ∆Ps = P12.s công su t trư t chuy n t m ch stato vào rôto, (trong các h th ng T bình thư ng, ∆Ps tiêu tán trên i n tr rôto) ⇒ P12 = Pcơ + ∆Ps t n d ng năng lư ng i n ∆Ps khi ta i u ch nh sâu, ta s d ng sơ n i t ng Lư i Lư i P1≈P12 ng cơ P1≈P12 Máy sx Pcơ ng cơ ∆Ps TB... cơ i n (Truy n 4.5 H i u ch nh pha Tiristo- 4.5.1 B ng i n) ng cơ không ng b (FT- K B) i u ch nh i n áp dùng tiristo α : góc m Tiristo; ϕ: góc pha c a ng cơ tgϕ = ΩL d X d t = Rd Rd ư ng U1=f(Ωt) ch a các thành ph n sóng hài, trong ó có hài b c 1 (50Hz) là thành ph n sinh công: ν1 = U1 = f (α, ϕ) giá tr tương U i c a U1 Ul i n áp hi u d ng c a i n áp pha lư i GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 17 Môn... cosβ+I d (2R ba.2 + ngh ch lưu Eb và i n m X ba.2 ) 2π trong ó: Rba.2, Xba.2 i n tr và i n kháng c a MBA qui i v phía th c p ⇒ i n tr ng tr : 0, 957U 2ba cosβ R2®t = R2 + R ba.2 + 0, 48X ba.2 + I2 bi u th các lo i t n th t ph n tr v lư i trư t không t i lí tư ng so (tương ng v i t c không t i ωkt = ωo(1-so) ư c xác nh khi dòng i n Id = 0, t c I2 = 0 và M = 0 T sơ nguyên lý: Id = 0 khi s c a b ch nh lưu...Môn h c: i u khi n b) H i u ch nh ng cơ i n (Truy n c l p các t a ng i n) ki u n i ti p βkín ω βh U i.max = Kpi.Icp ⇒ khi kh i ng Iu.max = Ik = Icp Icp I, M E U ω U Rω Upω U i Upi k Ri B Uư S01(p) Mc I S02(p) ω KI Kω return 4.3 H i u ch nh xung áp - 4.3.1 Nguyên . Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện) GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 1 Chương 4 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH THÔNG DỤNG 4.1 Hệ thống. - động cơ một chiều (F-Đ) 4.2 Hệ chỉnh lưu điều khiển -động cơ một chiều (CL-Đ) 4.3 Hệ điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (ĐAX-Đ) 4.4 Điều khiển động