Chương 4 Điều chỉnh tốc độ ĐCMC

CHƯƠNG 4 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU* Mục tiêu: Sinh viên phải tiếp nhận được các vấn đề: - Điều chỉnh tốc độ là một yêu cầu không thể thiếu được của hệ thống truyền động đi

CHƯƠNG 4 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

* Mục tiêu:

Sinh viên phải tiếp nhận được các vấn đề:

- Điều chỉnh tốc độ là một yêu cầu không thể thiếu được của hệ thống truyền động điên điều chỉnh Để điều chỉnh tốc độ phải tác động vào các thông số của đặc tính cơ

- Nguyên lí, đặc điểm, các chỉ tiêu kỹ thuật – kinh tế khi điều chỉnh tốc độ hệ: F- Đ, T– Đ, xung áp – Đ

- Sự giống nhau khác nhau khi xây dựng đặc tính cơ của hệ F- Đ, T – Đ, xung áp – Đ,

từ đó nêu ra ưu nhược điểm của từng hệ

* Tóm tắt nội dung:

Sinh viên cần nắm được các vấn đề:

- Nguyên lý, các chỉ tiêu kỹ thuật – kinh tế khi điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng điện áp, điện trở, từ thông

- Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ thay thế các đặc tính cơ điện, đặc tính cơ, quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện điển hình: F- Đ, T – Đ, xung áp – Đ

- Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các phương pháp điều chỉnh

4.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn sovới loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúcmạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trongdải điều chỉnh tốc độ rộng

Thực tế, có các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều như sau:

- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

- Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiềubao giờ cũng cần có bộ biến đổi Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động cơ hoặcmạch kích từ động cơ Cho đến nay, trong công nghiệp sử dụng các loại bộ biến đổi chính:

- Bộ biến đổi máy điện

- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: chỉnh lưu thiristơ (CLT)

- Bộ biến đổi xung áp một chiều: tiristơ hoặc tranzito (BBĐXA)

Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như:

- Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ)

- Hệ truyền động chỉnh lưu tiristơ - động cơ (T - Đ)

- Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA - Đ)

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ mộtchiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự động) và loạiđiều khiển mạch hở (hệ truyền động điều khiển "hở") Hệ điều chỉnh tự động truyền độngđiện có cấu trúc phức tạp, nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn

so với hệ truyền động "hở" Ngoài ra, các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ mộtchiều còn được phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay.Đồng thời, tuỳ thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ởmột góc phần tư, hai góc phần tư và bốn góc phần tư

Trong phạm vi chương này, chúng ta nghiên cứu các tính chất tổng quát, cũng nhưtính chất riêng của từng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

4.2 NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máyphát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển… Các thiết bị nguồn này

có chức năng biến lưới điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnhđược nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các

bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không

Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:

K

R + R

Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi,còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của hệ thống,

do đó, có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để

Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặnbởi đặc tính cơ cơ bản là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũngđược giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu vềsai số tốc độ và về momen khởi động Khi momen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất vànhỏ nhất của tốc độ là:

β - ω ω

β - ω ω

m

® min

0 min

m

® max 0 max

Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải cómomen ngắn mạch là:

Mnmmin = Mcmax = KM.MđmTrong đó KM là hệ số quá tải về momen Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng songsong nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:

ωmin = (Mnmmin - Mđm) β

1

= M® m( KM - 1 ) β

D =

1 K

1 M

.

= / M ) 1 K

m

® M

m

® max 0

β ω

-β -

β - ω

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ωmin, Mđm, KM là xác định Vì vậy phạm viđiều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng β

Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điệntrở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do đó, có thể tính

sơ bộ được: ωmax.β/Mđm ≤ 10

Vì thế, với tải có đặc tính momen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũngkhông vượt quá 10 Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác duytrì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở như trên là không thoả mãn được Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền động mộtchiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng đặc tính

cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó, sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tạiđặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh Nói cách khác, nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải

Mđm Mnm min

M,I0

điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽlàm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh Sai số tươngđối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:

s =

min 0 min

0

min min

ω

− ω

; s =

min 0

m

®.

M ω

Vì các giá trị Mđm, ω0min, scp là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu của độcứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép Để làm việc này, trong đa

số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu vòng kín

Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng phù hợp với tải Mc = hằng số ; Pc = Mcω vìtrong phạm vi điều chỉnh mômen cho phép của động cơ Mcp = KΦđmIđm = Mđm

Phạm vi điều chỉnh tốc độ và momen nằm trong hình chữ nhật bao bởi các đườngthẳng ω = ωđm, M = Mđm và các trục toạ độ Tổn hao năng lượng chính là tổn hao trongmạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ

Eb = Eư + Iư(Rb +Rưđ)

IưEb = IưEư + I2

ư(Rb +Rưđ)Nếu đặt Rb + Rưđ = R thì hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ sẽ là:

ηư =

2 m

MR +

= R I + E I

E I

Φ ω

ω

; ηư = * * * *

R M

+ ω ω

Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có momen do động cơ sinh ra đúng bằng Mtải trêntrục: M* = M*

c và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là M*

c = (ω*)xthì:

*) ( ω −+

Hình vẽ mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trường hợp momentải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh

Cũng thấy rằng không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng, vì như vậy sẽlàm giảm đáng kể hiệu suất của hệ

4.3 NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH PHẦN ỨNG

Sơ đồ nguyên lý nối dây như hình 3.6 Khi tăng điện trở phần ứng, đặc tính cơ dốchơn nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trởmạch phần ứng như hình 3.6

Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạchphần ứng:

- Điện trở mạch phần ứng càng tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càngmềm và độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn

- Phương pháp chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm (do chỉ có thểtăng thêm điện trở)

- Vỡ điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng cho nên tổn hao côngsuất dưới dạng nhiệt trên điện trở càng lớn

- Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số mômen tải Tải càng nhỏ (M1) thỡ dải điều chỉnh

D1 càng nhỏ Nói chung, phương pháp này cho dải điều chỉnh: D ≈ 5:1

- Về nguyên tắc, phương pháp này cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi điện trở nhưng vỡdũng là dòng mạch lực nên việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn Thực tế thường sử dụngcho hệ thống công suất nhỏ hoặc điều chỉnh có cấp với hệ thống công suất lớn, đối với hệthống công suất lớn muốn điều chỉnh trơn giá trị điện trở mạch phần ứng có thể dùngphương pháp xung điện trở mạch phần ứng

Phương pháp này phù hợp với tải Mc = hằng số(giữ Iư = hằng số thì M = KΦIư = h.số)

4.4 NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH TỪ THÔNG ĐỘNG CƠ

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh momen điện

từ của động cơ M = KΦIư và sức điện động quay của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệđiều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến:

ik = r e r k d dt

k b

k +ω φ

Trong đó: rk - điện trở dây quấn kích thích

rb - điện trở của nguồn điện áp kích thích

ωk- số vòng dây của dây quấn kích thích

Trong chế độ xác lập ta có quan hệ: ik =

k b

kr r

e

+ ; φ = f(ik)

Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trịđịnh mức, do đó, đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính cơbản (đôi khi chính là đặc tính cơ tự nhiên của động cơ) Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh

từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện Khi giảm từ thông để tăngtốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vìvậy, để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứngcho phép, kết quả là momen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh Ngay cả khi giữnguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thôngkích thích:

βφ =

2

)(

có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu củamáy điện:

k b

e r r

EF = KF ΦF.ωF = KF.ωF.C.iKF (4 - 5)Trong đó: KF là hệ số kết cấu của máy phát

Sức điện động của máy phát trong trường hợp này sẽ tỷ lệ với điện áp kích thích bởi

hệ số hằng KF, như vậy có thể coi gần đúng máy phát điện một chiều kích từ độc lập là một

bộ khuếch đại tuyến tính:

Nếu đặt R = RưF + RưĐ thì có thể viết được p.trình các đặc tính của hệ F - Đ như sau:

ω =

Φ Φ

−

K

RI U

Φ Φ

ω = ω0(UKF, UKĐ) -

) U (

M

§ Kβ Các biểu thức (4 - 7) chứng tỏ rằng, khi điều chỉnh dòng điện kích thích của máyphát thì điều chỉnh được tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ thì giữnguyên

Cũng có thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải điều chỉnh tốc độ rộng hơn

- 5a động cơ chấp hành Đ có thể làm việc ở chế độ điều chỉnh được cả hai phía: kích thíchmáy phát F và kích thích động cơ Đ, đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích thíchmáy phát, hãm động năng khi dòng kích thích máy phát bằng không, hãm tái sinh khi giảmtốc độ hoặc đảo chiều dòng kích từ, hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiềuhoặc khi làm việc ổn định với momen tải có tính chất thế năng…

Hệ F - Đ có các đặc tính điền đầy cả bốn góc phần tư của mặt phẳng toạ độ [ω, M]

Ở góc phần tư thứ I và thứ III tốc độ quay và momen quay của động cơ luôn cùng chiềunhau, sức điện động máy phát và động cơ có chiều xung đối nhau và EF > E ,

I R

(b)

Các biểu thức này nói lên rằng năng lượng được vận chuyển thuận chiều từ nguồn

→ máy phát → động cơ → tải

Vùng hãm tái sinh nằm ở góc phần tư thứ II và thứ IV, lúc này do ω > ω0 nênE

EF > , mặc dầu E, EF mắc xung đối nhưng dòng phần ứng lại chảy ngược từ động cơ vềmáy phát làm cho mômen quay ngược chiều tốc độ quay

Công suất điện từ của máy phát, công suất điện từ và công suất cơ học của ĐC là:

I

R

Mω

M ω

Hình 4.6: Đặc tính cơ hệ F-Đ a) Trong chế độ ĐC; b) Trong chế độ hãm tái

sinh

I

M ω

I

M

ω M ω

Hình 4.7: Đặc tính cơ hệ F-Đ trong chế độ hãm ngược

Chỉ do dòng điện đổi chiều mà các bất đẳng thức (4 - 9) trở nên ngược với các bấtđẳng thức tương ứng (4 - 8), năng lượng được vận chuyển theo chiều từ tải → động cơ →

máy phát → nguồn, máy phát F và động cơ Đ đổi chức năng cho nhau Hãm tái sinh trong

hệ F - Đ được khai thác triệt để khi giảm tốc độ, khi hãm để đảo chiều quay và khi làm việc

ổn định với tải có tính chất thế năng

Vùng hãm ngược của động cơ trong hệ F - Đ được giới hạn bởi đặc tính hãm độngnăng và trục momen Sức điện động E của động cơ trở nên cùng chiều sđđ máy phát hoặc

do rôto bị kéo quay ngược bởi ngoại lực của tải thế năng, hoặc do chính sđđ máy phát đảodấu

Biểu thức tính công suất sẽ là: PF = EF.I > 0

PĐ = E.I > 0

Pcơ= M.ω < 0Hai nguồn sức điện động E và EF cùng chiều và cùng cung cấp cho điện trở mạchphần ứng tạo nhiệt năng tiêu tán trên đó

Để có hình ảnh mô tả tất cả các trạng thái làm việc của hệ F - Đ, xét một ví dụ phụ tải

có dạng momen ma sát, tức là khi chiều chuyển động đảo dấu thì momen cũng đảo dấu(H.4 - 8) Trong quá trình xét

ta bỏ qua quá trình quá độ

điện từ của mạch

Giả thiết hệ đang làm

việc tại điểm A có MA = MC;

EF = EFA và ω = ωA Khi sang

điểm B, từ B, nếu giữ tốc độ

giảm EF thích hợp với quán

tính của hệ thì có thể giữ cho

momen điện từ của động cơ

AB

CD

E'

D'

a)

Hình 4.8

là hằng số, do đó, tốc độ sẽ giảm tuyến tính theo thời gian Tại điểm C kết thúc quá trìnhhãm tái sinh, với năng lượng tái sinh là:

∆ωts = t∫c ω

t

dt t M0

) (

Đoạn CD là đoạn hãm ngược vì EF đã đổi dấu mà E = KΦω chưa đổi dấu

Tại D tốc độ động cơ bằng không nhưng do vẫn tồn tại momen hãm nên động cơđược khởi động ngược lại Đoạn DA của quá trình động cơ có tốc độ và momen cùngchiều, trong đó ở đoạn EA momen động cơ giảm dần, tốc độ biến thiên theo luật hàm mũ.Quá trình chuyển trạng thái từ A' đến A xảy ra tương tự

4.6 HỆ THỐNG CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN DÙNG TIRISTOR - ĐỘNG

CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP (HỆ T - Đ)

4.6.1 Hệ thống truyền động điện T - Đ đặc trưng

4.6.1.1 Khái niệm chung

Bộ biến đổi (BB Đ) xoay chiều - một chiều điều khiển dùng tiristor có công suất lớnnhất, do vậy nó được ứng dụng rộng rãi không những cho hệ truyền động điện công suấtlớn và rất lớn mà còn cho nhiều lĩnh vực khác như: mạ điện, điện phân Nhưng ở giáotrình này chúng tôi chỉ đề cập tới việc ứng dụng bộ biến đổi xoay chiều - một chiều làmnguồn cho động cơ một chiều Do bộ biến đổi xoay chiều - một chiều đã được giảng dạy ởphần điện tử công suất 1a (ĐTCS1a), nên giáo trình này không đề cập lại nữa mà chỉ sửdụng những kiến thức, kết quả của môn học đó đưa vào nội dung bài giảng:

* Tải của bộ biến đổi xoay chiều - một chiều:

- Động cơ một chiều kích từ độc lập (E, R, L)

- Nguồn kích từ cho động cơ hoặc máy phát một chiều (R, L)

* Phân loại bộ biến đổi có nhiều cách nhưng cách sau đây thường được được sử dụng:

- Sơ đồ mắc + số pha + van mắc trong mạch

Ví dụ: + Hình cầu một pha bán điều khiển (2T + 2 Đ)

+ Hình cầu một pha điều khiển hoàn toàn (4T)

- Chế độ dòng tải: liên tục, biên liên tục, gián đoạn

Vì bộ biến đổi xoay chiều - một chiều rất nhiều và đa dạng nên không thể phân tíchtoàn bộ hệ T – Đ được mà phải chọn ra một sơ đồ đặc trưng, kết quả phân tích sẽ được ápdụng cho các hệ T - Đ còn lại

4.6.1.2 Hệ thống truyền động điện T - Đ đặc trưng

Từ phân tích ở trên chúng ta chọn bộ biến đổi T - Đ đặc trưng là bộ biến đổi xoaychiều - một chiều hình tia ba pha, động cơ điện một chiều kích từ độc lập như hình vẽ:

Từ sơ đồ a ta quy đổi sang phía thứ cấp máy biến áp để phân tích quá trình làm việccủa sơ đồ b

Trong đó:

- u2a, u2b, u2c điện áp tức thời các pha a,b,c

- i2a, i2b, i2c dòng điện tức thời các pha a,b,c

- Rba = R2 + R1

2 1

2)(

2)(

w

w

Tổng điện cảm máy biến áp đã quy đổi

- ud, id:điện áp, dòng điện tức thời của tải

- Rd, Ld: điện trở, điện cảm cuộn kháng

- E: sức điện động quay của động cơ có trị số E = Kφω

- T1, T2, T3: các Tiristor làm nhiệm vụ chỉnh lưu

- CKĐ: cuộn kích từ động cơ

4.6.2 Các chế độ làm việc và các quá trình xảy ra trong hệ T - Đ

Để phân tích quá trình làm việc của hệ thống, ta nêu lại một số khái niệm, kết quả củamôn học Điện Tử Công Suất 1a áp dụng vào hệ T - Đ

- Hình tia một pha, hình cầu một pha góc α được tính từ thơì điểm uAK =

ung = 0 tới thời điểm phát xung (UAK > 0)

- Hình tia ba pha, hình cầu ba pha góc α được tính từ điểm giao nhauđiện áp giữa các pha

* Chế độ năng lượng: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, đóng vai trò cung cấp

năng lượng cho tải Ngược lại bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc.Lúc này bộ biến đổi nhận năng lượng từ tải trả về lưới điện

* Quá trình chuyển mạch: Do điện cảm của biến áp nguồn luôn luôn tồn tại và có trị

số đáng kể nên trong quá trình chuyển mạch (van đang dẫn - ngừng dẫn, van chưa dẫn - bắtđầu dẫn) phải tuân theo luật đóng mở iL(-0) = iL(+0) Tức là lúc này hai van đều dẫn (trùngdẫn), điều này dẫn tới điện áp ra trung bình tức thời và điện áp ra một chiều đều nhỏ đi: →

γ

Trong đó:

- u1: Điện áp tức thời của van bắt đầu ngừng dẫn

- u2: Điện áp tức thơì của van bắt đầu dẫn

- ∆Uγ: sụt áp một chiều do chuyển mạch, nó phụ thuộc vào sơ đồ

- XCM(RCM): Điện trở chuyển mạch phụ thuộc vào sơ đồ và điện khángcủa máy biến áp

* Chế độ nghịch lưu phụ thuộc

Khi hệ T - Đ làm việc với phụ tải mang tính chất thế năng hoặc điều chỉnh tốc độ từcao xuống thấp, sức điện động quay E của động cơ có thể trả năng lượng về nguồn qua bộbiến đổi - chế độ nghịch lưu phụ thuộc (bộ biến đổi làm việc phụ thuộc vào nguồn xoaychiều - phụ thuộc vào nguồn này) Trong thực tế có hai phương pháp thực hiện:

Phương pháp thứ nhất: Giữ nguyên chiều dòng điện chạy qua phần ứng động cơ.

Khi giữ nguyên chiều dòng điện phải có hai điều kiện:

+ Điều kiện 1: sức điện động quay E đổi chiều: E.Id > 0 - Nguồn

+ Điều kiện 2: điện áp bộ biến đổi đổi chiều :

Ud.Id < 0 → Tải → α > π/2

Phương pháp thứ hai: Đổi chiều dòng điện qua động cơ

Đổi chiều dòng điện chạy qua động cơ bằng cách dùng hai bộ biến đổi mắc song songngược

B1: Làm việc ở chế độ chỉnh lưu Ud1cl > 0

B2: Làm việc ở chế độ nghịch lưu Ud2nl < 0

Trong quá trình làm việc nếu E >U d2nl dòng qua động cơ sẽ đảo chiều và đi qua bộ

biến đổi hai (B2 được nghịch lưu), năng lượng của động cơ được trả về nguồn (nghịch lưuphụ thuộc)

* Chế độ dòng của hệ T - Đ

- Phụ thuộc vào điện cảm trong mạch, góc điều khiển α, phụ tải hệ T - Đ có ba chế

độ dòng điện: chế độ dòng liên tục, biên liên tục, gián đoạn Các biểu thức tính dòng điện,điện áp ra của bộ biến đổi tham khảo (TL4,6) Đồ thị tức thời minh họa bằng hình vẽ sau:

+ λ: Góc dẫn của dòng điện

+ p: Số lần điện áp ra ra lặp lại trong một chu kỳ

* Đến đây ta có thể thay thế hệ T - Đ đặc trưng nói riêng và hệ T - Đ nói chung bằng

sơ đồ điện tương đương với các đại lượng một chiều như sau:

Trong đó:

+ ∆Uv = Uo + rd.Id : Điện áp rơi trên van

→ Uo, rd tra cứu theo van chọn, chúng có thể bỏ qua vì có giá trị nhỏ

Hình 4.12 Sơ đồ a: Sơ đồ thay thế

tương đương tổng quát

+ E = Kφdmω: Sức điện động quay của động cơ

Từ sơ đồ trên ta có thể rút ra đường đặc tính ngoài Ud = f(Id) như sau:

U d =U docosα −∆U v −R∑I d

nó là hàm tuyến tính theo Id khi giữ góc điều khiển α không đổi

Chúng ta sẽ dùng sơ đồ (b) để phân tích quá trình làm việc và xây dựng đường đặctính cơ điện, đặc tính cơ hệ T - Đ

4.6.3 Đặc tính cơ của hệ thống truyền động điện T - Đ

Chế độ dòng của hệ T - Đ khác hẳn với hệ F - Đ cho nên việc xây dựng đặc tính cơcũng có nhiều điểm khác nhau Với hệ T - Đ đã cho - nghĩa là các thông số của bộ biếnđổi, của động cơ, của cuộn kháng lọc đã biết… nên ta có thể tính được các giá trị : Udo,

RΣ Để xây dựng đặc tính cơ ta đi xây dựng cho từng chế độ của bộ biến đổi sau đó ghéplại thành đặc tính cơ hoàn chỉnh

U

dm dm

φφ

αω

φ

=

Thế vào phương trình đặc tính cơ điện ta nhận được:

M K

R K

U

dm dm

do

2

)(

cos

φφ

K

U

φ

α

ω' = cos : Tốc độ không tải lý tưởng giả tưởng (không có thật)

+ ω = f(I) = f(M): chỉ tồn tại ở ½ mặt phẳng vì bộ biến đổi chỉ cho dòng đi qua mộtchiều

Vì RΣ T- Đ > RΣ F- Đ cùng công suất do có RCM nên βT−D > β F−D

+ ω = f(M) = f(I) tồn tại ở ba vùng

+ Ở vùng dòng liên tục ứng với mỗi giá trị α cho ta một đường đặc tính cơ tĩnh vì vậy

n giá trị α cho ta n đường đặc tính cơ tĩnh, chúng song song với nhau do βT−D =const

e) Cách dựng đặc tính cơ điện và đặc tính cơ

Lấy giới hạn biểu thức ω với

blt Lim π

λω

(

sin

0

p g

p L

U d

blt

ππ

d

K

R K

U

φφ

Kết luận: khi thay đổi giá trị góc điều khiển α điểm B sẽ dịch chuyển trên nửa đườngelip như hình vẽ bằng nét đứt dưới đây.

3) Chế độ dòng gián đoạn

Qua chế độ liên tục sẽ đến vùng gián đoạn Vùng dòng gián đoạn ở hệ T - Đ luôn luôntồn tại, khi thiết kế người ta chỉ có thể hạn chế vùng gián đoạn lại mà không thể triệt tiêuđược nó (điều này đã biết ở phần điện tử công suất 1a)

- Dòng gián đoạn có dạng xung nên chứa thành phần xoay chiều rất lớn,điều này gây tổn thất nhiệt rất nhiều

- Trong thực tế vùng này không phải là vùng làm việc thường xuyên, lâudài của hệ T - Đ

- Do vậy để xây dựng đặc tính cơ điện, đặc tính cơ ở vùng này ta chỉ cầnxác định hai điểm:

Đ1: (ωblt, Iblt); (ωblt, Mblt)

Đ2: (ω0, 0)

Để xác định điểm 2 ta cần xác định giá trị ω0 Giá trị ω0 được xác định bằng cách lấygiới hạn của sức điện động E của động cơ khi Iư → 0 Rõ ràng khi E tiến tới giá trị lớnnhất của sức điện động nguồn U2m thì Iư → 0, điều này minh họa bằng các hình vẽ sau:

U

p

U LimE LimE

m

m

παλ

Hình 4.13 (a) Trường hợp α < π/p

ω t

U2

E 0

iư

α

U2m2π/p

(b) Trường hợp α > π/p

ω t

Từ đó ta xác định được tốc độ không tải lý tưởng ω0:

K U

p K

U LimE K

dm m dm m

Iu

φ

παφφ

ω

);

cos(

;1

2

2

0 0

Vậy tốc độ không tải thực tế ω0 lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng giả tưởng ω0’.Thực vậy, đối với hệ T - Đ đặc trưng, ta đang xét bộ biến đổi hình tia ba pha với gócđiều khiển α như nhau:

do

U K

U

φ

αφ

α

- Tốc độ không tải lý tưởng thực tế:

dm dm

m o

K

U K

U

φφ

- Tốc độ không tải lý tưởng thực tế:

0)6090

Tương tự như trên ta có thể kiểm nghiệm cho các hệ T - Đ còn lại

Khi hệ T - Đ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, người ta thường dùng gócnghịch lưu, ký hiệu β, nó được tính:

β = π - α → cosβ = - cosα

Sức điện động của bộ biến đổi trong trường hợp này là:

Udnl = Ud0cosβ = -Ud0cosα