ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DCCác phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC Điều khiển điện áp phần ứng Điều khiển từ thông Điều khiển điện trở phần ứng Điều khiển hỗn hợp điện áp p
Trang 1CHƯƠNG 2
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC
Trang 2CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ DC THÔNG DỤNG
+ -
+ -
Động cơ DC kích từ độc lập
Trang 3SƠ ĐỒ TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ CÁC HỆ THỨC
CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ DC
+ - V
iư+
-E
R ư
Mạch tương đương động cơ DC kích từ độc lập
ở chế độ xác lập
Trang 4• : Từ thông trên mỗi cực (Wb)
• K : hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ
• Iư (A), V (V) : dòng điện và điện áp phần ứng
• R : điện trở phần ứng ()
• M : momen xoắn do động cơ sinh ra (Nm)
• : tốc độ góc của động cơ (rad/s)
Trang 5ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Phuơng trình đặc tính cơ của động cơ DC:
u u
R V
M
Trang 6ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ NỐI TIẾP
Nếu động cơ làm việc trong vùng tuyến tính của đặc tính từ hoá:
Trang 7ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC
Điều khiển điện áp phần ứng
Điều khiển từ thông
Điều khiển điện trở phần ứng
Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông
Trang 8ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG
Vd = thay đổi và V d V dm , từ thông dm
Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho phần
Trang 9ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG
Điều khiển tốc độ bằng thay
đổi điện áp phần ứng
Các đặc tính của động cơ
DC kích từ độc lập khi thay đổi điện áp phần ứng
Trang 10ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG
Điện áp phần ứng động cơ có thể được điều khiển bằng cách sử dụng:
Hệ thống máy phát – Động cơ (Hệ F-Đ)
Bộ chỉnh lưu có điều khiển (AC-DC)
Bộ Chopper (DC-DC)
Trang 11ĐIỀU KHIỂN TỪ THÔNG
Vd = Vđm, từ thông thay đổi bằng cách giảm điện áp kích từ
Phương trình đặc tính cơ lúc này:
Từ thông giảm độ cứng đặc tính cơ giảm
Thường dùng phối hợp với phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ thống
Trang 12ĐIỀU KHIỂN TỪ THÔNG
Đặc tính cơ của động cơ DC kích
từ độc lập khi giảm từ thông
Trang 13ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TRỞ PHẦN ỨNG
V d = V đm , từ thông dm
Thay đổi điện trở phụ bằng cách thêm Rp vào mạch phần ứng
Phương trình đặc tính cơ lúc này:
Trang 14ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TRỞ PHẦN ỨNG
Điều khiển tốc độ bằng thay
đổi điện trở phần ứng
Các đặc tính của động cơ DC kích từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ
phần ứng
Trang 15ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TRỞ PHẦN ỨNG
Phương pháp này có hiệu suất thấp, độ cứng đặc tính cơ thấp khi hoạt động ở tốc độ thấp
Thường chỉ dùng với động cơ có công suất nhỏ hoặc điều chỉnh tốc độ trong một thời gian ngắn
Trang 16CHẾ ĐỘ KHỞI ĐỘNG
Nếu khởi động bằng cách đóng trực tiếp vào nguồn điện => dòng khởi động rất lớn => phát sinh tia lửa điện làm hư cổ góp và phát nhiệt trong cuộn day phần ứng.
Cách khắc phục:
+ Dùng bộ biến đổi để hạn chế dòng khởi động
+ Dùng bộ biến trở khởi động gắn thêm vào mạch phần ứng
Trang 17CÁC CHẾ ĐỘ HÃM
Khi động cơ hoạt động ở chế độ máy phát
Hãm tái sinh: động cơ nhận năng lượng từ tải, biến thành
điện năng và trả về lưới điện
Hãm động năng: động cơ nhận năng lượng từ tải rồi tiêu
tán trên điện trở phần ứng
Hãm ngược: động cơ nhận năng lượng từ tải và nguồn rồi
tiêu tán trên điện trở phần ứng
Trang 18ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Thông thường, động cơ DC cho phép dòng quá tải bằng 2Iđm Đặc biệt có thể đạt tới 3,5 lần
tiếp lên phần ứng sẽ làm phát sinh dòng điện lớn
=> làm hư động cơ
+ Điều chỉnh điện áp nguồn
+ Thay đổi điện trở phụ phần ứng
Trang 19ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
a)Thay đổi điện áp phần b)Thay đổi điện trở
Trang 20ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Hãm tái sinh: Xảy ra khi E > Uư.
Động cơ nhận năng lượng từ tải, biến thành điện năng và trả về lưới điện
Hãm tái sinh ở động cơ DC kích
Trang 21ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Điều kiện để xảy ra hãm tái sinh là: nguồn phải có
khả năng nhận năng lượng
Có 2 khả năng hãm tái sinh:
+ Điều khiển giảm vận tốc động cơ (giảm điện áp cung cấp cho phần ứng)
+ Khi tải thế năng làm tốc độ động cơ tăng lớn hơn giá trị tốc độ lúc không tải (Uư = const)
Trang 22ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Trang 23ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Hãm động năng: Xảy ra khi phần ứng động cơ được ngắt ra khỏi nguồn và chuyển sang mắc nối tiếp với điện trở phụ.
Trang 24ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Phương trình mô tả:
Trang 25ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Hãm ngược: xuất hiện khi
+ Đảo chiều điện áp phần ứng
+ Có tải thế năng ngược chiều vận tốc không tải của đặc tính cơ
Trang 26ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Trang 27ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC
Điều khiển điện áp phần ứng
Điều khiển từ thông
Điều khiển điện trở phần ứng
Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông
Trang 28HỆ THỐNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ DC
Trang 29HỆ THỐNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ DC
+ -
Trang 30HỆ THỐNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ DC
Trang 32HỆ THỐNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ DC
+ -
Trang 34ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG
Các thông số đặc trưng ảnh hưởng của hệ lên nguồn cung cấp:
1 Hệ số công suất (HSCS) ngõ vào BBĐ (nếu điện áp ngõ vào hình sin):
P HSCS
I
I I THD
Lưu ý: Dùng phân tích Fourier, dòng điện i có thể phân tích thành:
thành phần trung bình và các hài từ bậc 1 trở lên:
Trang 35ĐIỆN ÁP NGÕ RA BỘ CHỈNH LƯU
Giả thiết bộ chỉnh lưu ở chế độ dòng liên tục
Vd: điện áp trung bình ngõ ra bộ chỉnh lưu
Vs: trị hiệu dụng áp pha nguồn xoay chiều cung
cấp cho bộ chỉnh lưu
: góc kích
Trang 36ĐIỆN ÁP NGÕ RA BỘ CHỈNH LƯU
Chỉnh lưu 1 pha, bán sóng:
2
(1 cos ) 2
Trang 37ĐIỆN ÁP NGÕ RA BỘ CHỈNH LƯU
Chỉnh lưu 3 pha tia:
3 6
cos 2
Trang 38HỆ THỐNG BỘ CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ
Trang 39HỆ THỐNG BỘ CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ
Trang 40TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
BỘ CHOPPER – ĐỘNG CƠ DC
dòng)
Trang 42f L
Trang 45BỘ CHOPPER LỚP D
Điện áp trung bình ngõ ra:
V d = 2(-0.5)V
Trang 46BỘ CHOPPER LỚP E
E
I ư
Trang 47BỘ CHOPPER LỚP E
Hoạt động ở phần tư I và II: S2 = ON; S3 = OFF; S1 vàS4 đóng cắt ngược pha nhau Lúc này ta được bộchopper kiểu đảo dòng (lớp C)
Hoạt động ở phần tư III và IV: S2 = OFF; S3 = ON; S1 vàS4 đóng cắt ngược pha nhau Lúc này ta được bộchopper kiểu đảo dòng nhưng cực tính điện áp ra ngượclại
Khi đảo chiều động cơ I => III
o Giảm min
o Khi =0, S2=OFF và S3=ON đồng thời S1 và S4 đóng cắt ngược pha nhau với tương ứng với tốc độ cần thiết
Trang 48BỘ CHOPPER LỚP E
đóng cắt theo kiểu chopper lớp D
đóng cắt theo kiểu chopper lớp D
giảm tốc
cơ tăng tốc theo chiều ngược lại đến điểm làm việc ổn định
Trang 49BỘ CHOPPER LỚP E
Các mạch chopper hợp thành bởi (S1, S2) và (S3, S4) sẽ
được điều khiển đồng thời thay vì riêng rẽ như ở cách 2
cũng được kích ngược pha nhau
Trang 50HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÒNG KÍN ĐỘNG CƠ DC
-Giả thiết: kích từ động cơ được giữ không đổi trong
Trang 51HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC
Trang 52HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC
Vận tốc, momen xoắn và vị trí khi thực hiện
Trang 53HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC
Trong thực tế, nhiều trường hợp điều khiển cơ cấu chấphành đến một vị trí xác định còn điều khiển vận tốc chỉ có ýnghĩa phụ Với yêu cầu đòi hỏi quá trình chuyển từ vị trí nàysang vị trí khác được thực hiện nhanh nhất thì khi đó thựchiện điều khiển vị trí được mô tả như hình trên
Các ví dụ của quá trình điều khiển vị trí: điều khiển thangmáy trong quá trình hãm đến dừng lại, truyền động của cácmáy CNC, cơ cấu truyền động của robot, tay máy
