Hệ thống kích từ bằng điện cho Rotor

Chương 2 : HỆ THỐNG ẮC QUY TRÊN XE RENAULT ZOE

3.2 Động cơ điện trên xe Renault ZOE

3.2.3 Hệ thống kích từ bằng điện cho Rotor

Hệ thống kích từ phải cung cấp cơng suất dịng điện DC là Pf đối với kích từ của Rotor. Tùy thuộc vào kích thước của động cơ kích từ bằng điện, tỷ lệ này bằng từ khoảng 0,5% (động cơ cỡ lớn trong dải MW) đến 3% (động cơ cỡ nhỏ trong dải kW) so công suất định mức của động cơ điện đồng bộ là PN. Pf được tính bằng cơng thức sau:

Pf U Iff  3.2

- Khi vận hành chế độ “Phụ thuộc”, điện áp các cực của động cơ điện được xác định bởi sự thay đổi bên trong của động cơ điện. Việc tiêu thụ công suất phản kháng được điều khiển thơng qua dịng điện kích từ If .

- Khi vận hành chế độ “độc lập”, điện áp các cực được duy trì khơng đổi thơng qua dịng điện kích từ.

Điều này thay đổi khi tải và dòng điện của Stator thay đổi, đặc biệt là do sụt áp ở điện trở kháng đồng bộ, trong đó sự thay đổi điện áp ở dịng điện phản kháng là cực đại.

Dịng điện kích từ IfN , điều quan trọng đối với hoạt động ở điều kiện danh định (ví dụ: UN, IN , cosN 0.8).

UfN R IffN  3.3

3.2.3.1 Kích từ tốc độ cao

Để tạo ra từ trường càng nhanh càng tốt, dịng điện kích từ được tăng nhanh từ giá trị ban đầu là If1 đến giá trị cuối cùng If2 bằng điện áp trần thu được sau thời gian t12.

Hệ thống kích từ phải có điện áp dự trữ đủ lớn để cho phép dòng điện thay đổi một cách nhanh chóng ở điều kiện tải thay đổi. Điện áp cực đại Ufmax của

63 hệ thống kích từ được gọi là "Điện áp trần". Nó có chỉ định tiêu chuẩn UEp. Nếu bắt đầu từ hoạt động với dòng điện ban đầu là If1 đến giá trị mới If2 càng lớn và càng nhanh càng tốt, thì dịng điện thốt ra được tăng lên bằng điện áp ra lớn nhất theo như (Hình 3.11), cho đến khi đạt được giá trị If2 mong muốn (Kích từ tốc độ cao). Khi đó, điện áp giảm xuống cịn Uf2  Rf2.If2.

Hình 3.11: Kích từ tốc độ cao

Do độ tự cảm Lf và điện trở Rf của cuộn dây Rotor, dịng điện kích từ tăng trễ bởi từ trường không tải Tf không đổi. Ở chế độ máy phát điện không tải (cuộn dây Stator ở dịng điện bằng khơng), hằng số thời gian này là:

f f f L T R   3.4

Nói chung, dịng điện thốt tối đa có thể có là max max

f f f U I R  lớn hơn dịng điện

64 3.2.3.2 Khử kích từ tốc độ cao * 1 ff f v fv f LT T R RR R    3.5

Nếu động cơ EESM có dịng điện trên Stator thay đổi đột ngột. Do sự nhiễu loạn trong nguồn điện cung cấp, do đó cần ngắt kết nối khỏi nguồn điện, cơng tắc nguồn mở và dòng điện Stator lúc này bằng không. Điện áp các cực tăng lên đến giá trị của điện áp không tải. Lúc này động cơ ở trạng thái kích từ liên tục và hoạt động quá mức, điện áp này lớn hơn điện áp danh định đến 30%. Để tránh điều này xảy ra, dịng điện kích từ phải giảm đi một cách nhanh chóng ("Khử kích từ tốc độ cao"). Vì hằng số từ trường thay đổi theo thời gian, do đó nó tương đối lớn. Vì vậy, nó phải được giảm bởi một điện trở bên ngồi làRv.

Ví dụ: Tại thời điểm Rv 9Rf lúc này T sẽ giảm xuống còn * 10

f f

T

T .

Hình 3.12:Khử kích từ của Rotor. a) Điện trở khử kích từ tốc độ cao (kết nối chính), b) Giảm dòng điện từ trường , khơng có và có điện trở khử kích từ tốc độ cao

65

3.2.3.3 Hệ thống kích từ:

 Kích từ bằng bộ chỉnh lưu:

Hình 3.13: Bộ kích từ chỉnh lưu với điện trở giúp khử kích từ tốc độ cao.

Bộ chỉnh lưu có điều khiển cung cấp dịng điện kích từ If cho Rotor qua vòng trượt và chổi than với điện áp một chiều thay đổi được. Bộ điều khiển kích từ dạng này hiện đang được sử dụng cho Renault ZOE 2020.

Nói chung, điện áp đường dây ba pha được chỉnh lưu thông qua một cầu chỉnh lưu có điều khiển (B6C-Connection) để thu được điện áp một chiều có biên độ thay đổi (Hình 3.13), được cung cấp cho Rotor thơng qua vịng trượt và chổi than. Hệ thống kích từ như vậy thay đổi điện áp kích từ rất nhanh. Nó đã được chỉ ra rằng độ gợn sóng điện áp Uf  t của cầu B6C chứa sáu đỉnh trên mỗi chu kỳ dịng. Điều này tương ứng với sóng hài điện áp thứ 6 và thứ 12 (6th và 12 th), do đó 300Hz, 600Hz ,.. ở dịng 50Hz. Độ tự cảm lớn của cuộn dây trường Lf làm mượt dịng điện If  t , do đó thu được dòng điện một chiều gần như lý tưởng.

 Các biện pháp bảo vệ vận hành khi có nhiễu:

Ví dụ: Trong cuộn dây Stator xảy ra ngắn mạch đột ngột, biên độ dòng điện Stator

66 thay đổi của từ trường quay, nó gây ra hiện tượng quá điện áp trong cuộn dây Rotor. Bộ chuyển đổi phải được bảo vệ chống lại các hiện tượng quá áp này thông qua một mạch bảo vệ bên ngồi (Ví dụ: Biến trở).

 Kích từ bằng máy phát điện một chiều:

Hình 3.14: Máy kích từ chính và phụ dùng để kích từ động cơ điện đồng bộ

Do đặc tính chủ động tuyệt vời của “Kích từ bằng chỉnh lưu”, các bộ kích từ này ngày nay đã hồn tồn thay thế phương pháp kích từ thơng qua máy phát điện. Phương pháp này trước đây thường được sử dụng để kích từ bao gồm một máy phát điện chính và

máy phát điện phụ một chiều được ghép nối cơ khí với động cơ điện đồng bộ như (Hình 3.14). Dịng điện phần ứng của máy phát điện phụ là dòng điện từ trường của máy

phát điện chính, bản thân dịng điện phần ứng là dịng điện kích từ của cuộn dây. Do sự phân tầng này, ta thu được độ khuếch đại cao giữa dòng điện từ trường của máy kích từ phụ If,auxvà dịng điện kích từ If của máy điện đồng bộ.

Cuộn dây từ trường của máy phát điện phụ được nối song song với cuộn dây phần ứng của nó. Vì vậy, nó tự kích từ theo ngun lý sức điện động. Do đó, có thể chạy trực tiếp từ máy phát điện bởi đường dây tổng mà không cần cấp điện áp bổ sung. Ngày nay, điều này thường được đảm bảo với các máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu nhỏ

67 được ghép nối với động cơ điện đồng bộ. Một hạn chế đáng kể của kích từ bằng máy phát điện là tính linh hoạt kém. Hằng số thời gian của cuộn dây từ trường Tf* bằng tổng hằng

số thời gian của hai máy phát điện DC cộng với hằng số thời gian của cuộn dây Rotor của động cơ đồng bộ.