CHƯƠNG 4 : ĐỘNGCƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
4.2 Sơ lược về các phương pháp điều khiển tốc độ độngcơ DC
Từ cơng thức (4.5) biểu diễn quan hệ giữa tốc độ–moment động cơ, cĩ thể thấy rằng tốc độ động cơ cĩ thể được điều khiển bằng các phương pháp sau:
+ Điều khiển từ thơng
+ Điều khiển điện áp phần ứng
4.2.1 Điều khiển từ thơng
- Điều khiển từ thơng được sử dụng khi cần tăng tốc độ làm việc của động cơ cao hơn tốc độ định mức. Cĩ thể thấy điều đĩ qua cơng thức (4.5):
( )K M R K U ư 2 F - F = w
- Đặc tính tĩnh của động cơ kích từ độc lập và kích từ nối tiếp khi điều khiển từ thơng được biểu diễn lần lượt trên hình 4.4 (a) và (b) bằng các đường nét đứt. Lưu ý là độ cứng đặc tính cơ giảm nhanh khi giảm từ thơng.
- Tốc độ cao của động cơ đạt được khi giảm từ thơng bị hạn chế bởi:
+ Sự khơng ổn định của động cơ gây ra bởi ảnh hưởng của phản ứng phần ứng
+ Giới hạn về mặt cơ khí của động cơ: các động cơ thơng thường cho phép tốc độ đạt đến 1,5 - 2 lần tốc độ định mức. Một số động cơ chế tạo đặc biệt cho phép tốc độ cao nhất đạt tới 6 lần định mức.
- Đối với động cơ DC kích từ độc lập và song song, cơng suất cực đại cho phép của động cơ gần như khơng đổi với mọi tốc độ khi điều khiển từ thơng (xem hình 4.5). Cĩ thể thấy điều này nếu giả thiết là dịng cực đại cho phép, Iư của động cơ khơng thay đổi khi điều chỉnh từ thơng và điện áp cung cấp cho phần ứng, U là định mức, khơng đổi. Khi đĩ , ta cĩ: Eư = U - RưIư = const
è P = EưIư = const ( vì Iư = const )
Vậy cơng suất động cơ khơng thay đổi khi điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi từ
thơng . Do đĩ moment cực đại cho phép của động cơ sẽ biến thiên tỉ lệ nghịch với tốc độ ,vì M =
w
P
Lưu ý: Trong thực tế, giả thiết dịng phần ứng cực đại cho phép I khơng thay đổi khi giảm từ
thơng chỉ là gần đúng. Tác động của phản ứng phần ứng càng lớn khi từ thơng càng giảm, do đĩ, dịng phần ứng cực đại cho phép cần giảm xuống để khơng sinh ra tia lửa điện quá mức trên cổ gĩp. Điều này dẫn đến việc giá trị thực tế của I sẽ giảm xuống khi tốc độ tăng cao.
- Với động cơ DC kích từ độc lập , việc điều khiển kích từ được thực hiện bằng cách thay đổi điện áp kích từ với bộ chỉnh lưu cĩ điều khiển hoặc bộ chopper, tuỳ theo nguồn cung cấp được sử dụng là AC hoặc DC. Với động cơ cơng suất nhỏ, cũng cĩ thể nối tiếp biến trở vào mạch kích từ để điều khiển từ thơng.
- Với động cơ DC kích từ nối tiếp, việc điều khiển từ thơng được thực hiện bằng cách thay đổi điện trở song song với cuộn kích từ. Một số động cơ kích từ nối tiếp cĩ cuộn kích từ nhiều đầu ra, và do đĩ cĩ thể thay đổi từ thơng bằng cách thay đổi số vịng dây cuộn kích từ
4.2.2 Điều khiển điện áp phần ứng
- Với động cơ một chiều kích từ độc lập, nếu điện áp kích từ được duy trì khơng đổi, hoặc động cơ kích từ dùng nam châm vĩnh cửu cĩ thể giả thiết rằng từ thơng động cơ khơng đổi khi momen động cơ thay đổi.
Khi đĩ: KF = const
- Vậy để thay đổi tốc độ động cơ ta thay đổi điện áp phần ứng. Bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, động cơ cĩ thể làm việc tại bất kì tốc độ, moment nào.
- Tính chất quan trọng của phương pháp này là độ cứng đặc tính cơ khơng thay đổi khi tốc độ động cơ được điều chỉnh. Điều này khiến hệ cĩ khả năng đáp ứng với tải cĩ moment hằng số vì dịng phần ứng cực đại cho phép Iưmax- tương ứng với nĩ là moment tải cực đại cho phép của động cơ khơng đổi với mọi tốc độ.
- Điện áp phần ứng động cơ cĩ thể đươc điều khiển bằng cách sử dụng: + Máy phát DC (Hệ Máy phát- Động cơ)
+ Bộ chỉnh lưu cĩ điều khiển ( biến đổi AC® DC ) + Bộ Chopper (Bộ biến đổi xung áp) : DC® DC .
Hình 4.4: Điều khiển bằng thay đổi điện áp phần ứng , từ thơng.
4.2.3 Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thơng kích từ
- Phương pháp này được sử dụng khi cần thiết điều chỉnh tốc độ động cơ trong một dải rộng trên và dưới tốc độ định mức. Tốc độ dưới tốc độ định mức được điều khiển bằng cách thay đổi điện áp phần ứng trong khi giữ kích từ ở giá trị định mức. Tốc độ trên định mức được điều khiển bằng cách thay đổi điện áp kích từ.
Hình 4.5: Moment và cơng suất ra khi điều khiển hỗn hợp: điện áp phần ứng và từ thơng
- Hình 4.6 biểu diễn đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập và nối tiếp khi điều khiển
tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào phần ứng.
- Khuyết điểm chính của phương pháp này là cĩ hiệu suất của hệ thống rất kém và độ cứng đặc tính cơ thấp, nhất là khi hoạt động ở tốc độ thấp. Do đĩ, phương pháp này hiện nay ít được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ, trừ các trường hợp:
+ Khởi động động cơ
+ Thay đổi tốc độ động cơ trong một thời gian ngắn trong chế độ ngắn hạn hoặc chế độ ngắn hạn lặp lại.
Hình 4.6 : Đặc tính động cơ DC khi thêm điện trở phụ vào phần ứng