chương 6 HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ BA PHA(ĐB)

Khái niệm chung 6.2.Mô tả toán học động cơ đồng bộ ba pha 6.6 .Hệ truyền động động cơ đồng bộ với bộ biến đổi tần số nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên...  Ở dải công suất vừa và lớn, Đ

Trang 2

Trao đổi trực tuyến tại:

http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

Trang 3

Nội dung chính:

6.1 Khái niệm chung

6.2.Mô tả toán học động cơ đồng bộ ba pha

6.6 Hệ truyền động động cơ đồng bộ với bộ

biến đổi tần số nguồn dòng chuyển mạch

tự nhiên

Trang 4

6.1.1 Đặc tính của động cơ đồng bộ(ĐB)

- Khi cấp điện cho đb bằng điện lưới xoay chiều 3 pha

có tần số f1 không đổi thì đb sẽ làm việc với tốc độ không phụ thuộc vào tải

 0 = 2.f1 / p

Trang 5

- Như vậy đặc tính cơ của động cơ là:

- Khi M ≤ Mmax tốc độ động cơ là không đổi bằng tốc

độ đồng bộ Độ cứng đặc tính cơ(sự biến đổi của tốc độ do ảnh hưởng biến đổi momen) là vô cùng.

- Tuy nhiên khi M > Mmax thì tốc độ động cơ sẽ bị lệch khỏi tốc độ đồng bộ.

- Mômen

- U1: điện áp pha của lưới

- E: sức điện động pha stato

Trang 6

- Với X là điện kháng của phần mạch từ

- X1: là điện kháng của cuộn dây 1 pha.

- Khi  = /2 ta có biên độ cực đại của M là

- Mm đặc trưng cho khả năng quá dòng của đb

- Khi đó ta viết lại M = Mmaxsin  là pt biểu diễn sự phụ thuộc của momen cào góc lệch  giữa U1 và I

- Khi tải tăng góc lệch pha  cũng tăng

- Nếu tải tăng quá mức hay  > /2 thì M lại giảm

- Đb thường làm việc với  trong khoảng 200 – 25 0

- Hệ số tải của momen tương ứng là

s

X

EU M



Trang 7

6.1.2 Khái niệm chung

- ngày nay hệ truyền động điều chỉnh tốc độ đb được sử dụng rộng rãi với dải công suất từ vài trăm W đến hàng MW

- Ở giải công suất lớn và cực lớn thì nó hoàn

toàn chiếm ưu thế Tuy vậy ở công suất nhỏ và vừa nó phải cạnh tranh với truyền động động

cơ không đồng bộ và động cơ một chiều

- vì đb mang tính ưu việt của cả động cơ một

chiều và đk nên được chú ý nghiên cứu ứng dụng thay thế

Trang 8

6.1.2 Khái niệm chung

- Nguyên lí điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ xuất phát từ biểu thức

Trang 9

6.2.Mô tả toán học động cơ đồng bộ ba pha

- Giả thiết mạch từ động cơ chưa bão hòa các

cuộn dây stato là pha đối xứng các tham số

của đb không thay đổi, thì tất cả quá trình điện

từ cơ của động cơ được biểu diễn trên hệ trục tọa độ d,q (stato) và D,Q (rôto)

- Đối với mạch stato:

(6-2)

- Đối với mạch từ : (6-3)

Trang 10

- Đối với mạch cuộn dây khởi động :

Trang 11

Ld, Lq, Lkt, LD, LQlà điện cảm mô tả toàn phần theo các trục

LdD, Ldk, Lkd, LDd, LqQ, LQq, Lq, LDk:là hỗ cảm giữa các trục

Trang 12

6.3 Động cơ đồng bộ trong chế độ xác lập

 Từ hệ phương trình mô tả toán học (6-2) đến (6-7) , thay toán tử đạo hàm d/dt=0, đồng thời gần đúng , bỏ qua điện trở stato( Rs = 0), ta

nhận được các phương trình chế độ xác lập:

Trang 13

- Thành phần dòng phản kháng:

- trong đó θ là góc lệch giữa điện áp và sức điện động , còn gọi là phụ tải

 φ là góc lệch pha giữa dòng điện & điện áp

 Ψ là góc lệch pha giữa dòng điện và sức điện động (đối với máy cực ẩn Xd =Xq)

Trang 14

 Từ biểu thức cho thấy khi thay đổi dòng kích

từ (thay đổi giá trị sức điện động ),dòng phản

Trang 15

6.4 Phân loại hệ truyền động điều chỉnh tốc

độ động cơ đồng bộ

 Hệ truyền động điều chỉnh tốc độ ĐB rất

phong phú, có cấu trúc và đặc tính điều chỉnh

khác nhau tùy thuộc vào công suất ,tải & phạm

Trang 16

 Ở dải công suất rất nhỏ, ĐB có cấu tạo mạch kích từ là nam châm vĩnh cửu, thường dùng

cho cơ cấu truyền động có vùng điều chỉnh

rộng, độ chính xác cao, có tải

Mc = const, ở trường hợp này bộ biến đổi được dùng là biến tần tranzito, nguồn áp biến điệu bề rộng xung

 Ở dải công suất nhỏ và vừa, ĐB dùng cho phụ tải yêu cầu vùng điều chỉnhkhông rộng lắm ,lúc

đó bộ biến đổi được dùng là biến tần tiristo ,

nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên

6.4 Phân loại hệ truyền động đc tốc độ ĐB

Trang 17

 Ở dải công suất vừa và lớn, ĐB thường dùng cho các máy bơm, nén khí, máy nghiền và kéo tàu …với vùng điều chỉnh cỡ 10:1 trong các

trường hơp này bộ biến đổi được dùng có hai loại: biến tần tiristo nguồn dòng chuyển mạch

tự nhiên và biến tần trực tiếp tiristo

(cycloconvertor)

Trong phạm vi chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu kỹ hai loai truyền động động cơ đồng bộ : dùng biến tần nguồn áp và biến tần nguồn

dòng chuyển mạch tự nhiên

6.4 Phân loại hệ truyền động đc tốc độ ĐB

Trang 18

 Mạch nguyên lý

 Biến tần có 6 van (V1 – V6) (là tranzito

công suất hoặc tiristo GTO) và 6 diot ngược (D1 – D6)

6.5.Truyền động điều chỉnh tốc độ ĐB dùng biến tần nguồn áp

Trang 19

 Trong trường hợp góc dẫn các van là 180 0 , thì

dung kháng ) mà biến tần sẽ làm việc với chuyển mạch cưỡng bức hay chuyển mạch tự nhiên.

kích từ φ > 0): chuyển mạch cưỡng bức

 Khi ĐB quá kích từ dòng vượt trước điện áp φ < 0, các van thực hiện chuyển mạch tự nhiên Tuy vậy

để thực hiện chuyển mach tự nhiên, góc lêch pha

φ ≥ - ωttq (tq là tg phục hồi đặc tính khóa của van).

6.5.Điều chỉnh tốc độ ĐB dùng biến tần nguồn áp

Trang 20

Mô men động cơ, trong trường hợp này được tính bằng biểu thức quen thuộc:

 M: Momen trung bình

 p : số đôi cực

 Xđ:điện kháng dọc trục: Xđ = .Lđ

 E: sức điện động ĐB; E = CΦ(i) 

 U1: tp điều hòa bậc 1 điện áp: U1 = KoUo

 Khi điều chỉnh tốc độ ĐB ta có 2 trường hợp



 sin

3

1

U

E X

p M

đ



Trang 21

a) Điện áp U 0 = const

 Tỷ số E/Xd = const khi giữ kích từ không đổi

 Như vậy mô men động cơ được tính bằng

công thức: M = K.sinФ/

Trong trường hợp này , mô men động cơ chỉ phụ thuộc vào góc θ mà không phụ thuộc vào

 đặc tính cơ của hệ truyền động khi điều

chỉnh U /  = const

Trang 22

6.6 Hệ truyền động ĐB với bộ biến đổi tần

số nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên

 Mạch nguyên lý:

Trang 23

Mạch nguyên lý bao gồm:

- Chỉnh lưu Tirsisto (CL),

- Cuộn cảm lọc (Ld)

- Nghịch lưu tiristo (NL).Để đảm bảo NL làm

việc trong chế đọ chuyển mạch tự nhiên , động

cơ phải ở chế độ quá kích từ φ < 0.Lúc đó NL thực chất là chỉnh lưu làm việc trong chế độ

nghịch lưu bị động với điện áp động cơ, vì vậy trong mạch nghịch lưu không có các phần tử chuyển mạch

Trang 24

6.6.1.Qúa trình chuyển mạch

- Mạch nghịch lưu NL có hai nhóm van: Nhóm anot

chung (T1-T3-T5) và nhóm catot chung

(T4-T6-T2).Góc dẫn mỗi van điện 120 0 , thứ tự dẫn các van theo từng cặp ( T1-T2 ,T2 –T3, T3-T4, T4-T5, T5-T6, T6-T1) Trong một chu kì điện áp của động cơ 6 lần chuyển mạch

- Xét quá trình chuyển mach từ T5 sang T1 Trước

chuyển mạch cặp tiristo T5 –T6 đang dẫn dòng Id lúc đó ia= 0 ; ib = Id

(6-14)

ic = Id ; Um= Uc -Ub

Trang 25

 Cuối quá trình dẫn T5 –T6 cho xung mở T1 ,

điện áp UCa > 0, Ua < 0 nên T1 mở , lúc đó tạo thành mạch vòng ngắn mạch : T1 – pha a – pha

c –T5 –T1 Dòng điện i của mạch vòng cùng

chiều với dòng qua T1 và ngược chiều với dòng qua T5 (do UcA > 0) Dòng qua T1 có trị số tăng dần đến Id , dòng qua T5 giảm dần về 0, như

vậy dòng qua T5 sẽ chuyển sang T1; đồng thời

T5 cũng bị điện áp ngược (Uc > 0) đặt lên, nên

nó bị khóa

6.6.1.Qúa trình chuyển mạch

Trang 26

Trang 27

Phương trình dòng điện và điện áp khi chuyển mạch: ia = i

di

dt

di L

U dt

di L U

c a

c c

a a

t (

sin U

U

dt di

L a

Trang 28

Với đk đầu ia=0 thì giải (*) ta được

) -

t (

cos

(L2

U

) - (

2

L

2   X d X q

Trang 29

 Điện áp khi chuyển mạch:

 Góc lệch pha giữa dòng và áp điều hòa bậc 1 :

U

= U

Trang 30

 M của động cơ sinh ra do tác dụng của từ

trường Фr và từ trường phần ứng Фs Do trong một chu kỳ nghich lưu chuyển mạch 6 lần , từ trường phần ứng Фs sẽ quay tròn qua 6 điểm

cố định , kế tiếp nhau lần lượt theo thứ tự dẫn của các cặp tiristo

M động cơ trong một khoảng dẫn tiristo được tính bằng :

M = K Ф Фr Фs sin β1

β1 là góc lệc giữa Фr và Фs ; K là hệ số tỉ lệ

6.6.2 Mô men của động cơ

Trang 32

β1 = - ωtt + ψ +2. /3 0 < ωtt <  /3

 φ là góc lệch giữa is và sức điện động E

 Gía trị trung bình của M được tính :

 Như vậy mô men trung bình của động cơ sẽ thay đổi theo góc ψ

Trang 33

 Chuyển mạc tự nhiên của mạch nghịch lưu là chuyển mạch theo điện áp tải Nhờ điện áp

của mạch vòng chuyển mạch để mở và khóa các tiristo ĐB ở tốc độ thấp việc chuyển mạch

tự nhiên khó khăn hơn, đến một giá trị nào đó thì chuyển mạch tự nhiên sẽ không thực hiện được, đó là giới hạn của chuyển mạch tự

nhiên

6.6.3 Giới hạn của chuyển mạch tự nhiên

và vấn đề khởi động

Trang 34

 Giới hạn chuyển mạch tự nhiên ở khoảng 5- 10% tốc độ định mức động cơ Điều này dẫn đến vấn đề khởi động động cơ từ tốc độ 0 đến khoảng ( 5 – 10% ) tốc độ định mức

 Tùy theo loại phụ tải, cấu tạo của động cơ và công suất động cơ ta có các biện pháp khởi

động thích hợp

- Làm việc của nghịch lưu chuyển mạch cưỡng bức giống như trong chuyển động điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

Trang 35

- Biện pháp khởi động này dùng cho mọi loại

động cơ, ở các dải công suất khac nhau

b Khởi động dùng phương pháp dòng gián

đoạn.

- Phương pháp này dựa vào tín hiệu đồng hồ

(vị trí roto), ta xác định được điểm chuyển mạch Tại thời điểm góc đó góc mở chỉnh lưu

CL được tăng α1>900, dòng I d giảm về 0, lúc

này cho ta xung mở tiristo nghịch lưu để tiến hành chuyển mạch Mặc dù lúc đó điện áp

thấp nhưng dòng I d đã về 0, nên chuyển

mạch đã thực hiện được

Trang 36

 Phương pháp khởi động này thường thực hiện

ở công suất lớn

c Khởi độg bằng phương pháp khởi động

không đồng bộ

- Phương pháp này giống như khởi động động

cơ đồng bộ ta thường gặp Nhưng nó chỉ ứng dụng với động cơ có cuộn dây khởi động hoặc roto có lồng sóc khởi động và động cơ vận

hành với lưới điện áp xoay chiều

Trang 37

 Đối với truyền động động cơ đồng bộ dùng

bộ biến đổi dòng điện chuyển mạch tự nhiên, mômen động cơ phụ thuộc vào ba đại lượng

 Ta thấy:

- Iđ quyết định giá trị từ thông phần ứng Φs ;

- Ikt dòng kích từ quyết định giá trị từ thông Φr ;

- Góc lệch β, góc lệch Ψ

Là các giá trị quyết định gtrị của M

6.6.4 Quy luật điều khiển.



 3 K .cos

Trang 38

Trường hợp đơn giản nhất ta có quy luật điều khiển từ thông cực từ không đổi và góc lệch φ không đổi:

- Từ thông roto Φr ~E/ωt, nếu giữ dòng kích từ không đổi ta có quan hệ E/ωt=const

và Φr =const

- Góc lệch giữa dòng điện và sức điện động Ψ

được giữ nguyên không đổi Như vậy ta có

 M=CI d Trong đó C = const

6.6.4 Quy luật điều khiển.

Trang 39

 Trong phần này sẽ giới thiệu những mẫu

thông dụng trong thực tế ở dải công suất

trung bình và lớn

 Sơ đồ nguyên lý gồm các khâu:

- Mạch lực gồm có bộ chỉnh lưu tiristo CL I

cuộn cảm lọc một chiều Ld, nghịch lưu tiristo

NL II, mạch kích từ dùng chỉnh lưu tiristo CL II

Trang 40

Khuếch đại xung.

6.7 Cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ truyền

ĐB dùng biến tần nguồn dòng.

Trang 41

 Mômen dộng cơ có thể viết dưới dạng:

 Nếu đảm bảo điều kiện Ikt= hằng số, thì tỷ số

E/ sẽ là hằng số Đồng thời với việc đặt

trước góc ψ = const, ta có : M = CIs =C I I d

 Như vậy mômen trung bình của động cơ đồng

bộ sẽ được điều khiển tương tự như mômen

Trang 42

Vấn đề Khởi động hệ truyền động: ở đây sử

dụng phương pháp khởi động không đồng bộ, nối trực tiếp với lưới để tốc độ đạt đến (10 -15

%) tốc độ định mức sau đó đưa bộ biến đổi tần

số vào làm việc đảm bảo điều kiện chuyển

Trang 43

6.7

Trang 44

Truyền động thực hiện hãm tái sinh: lúc đó bộ

chỉnh lưu CLI có góc điều khiển αI > 900 điện áp chỉnh lưu Ud < 0, bộ nghịch lưu NLII có góc điều khiển αII =1800 –β < 900 lúc đó sẽ có

Trang 45

Trang 46

 Thì mômen động cơ được tính

Nếu ta giữ φ = const và thì M sẽ tỉ

lệ với Id M = C2Id

Trang 47

Hệ truyền động ĐB cấp từ nguồn dòng chuyển sang mạch tự nhiên, điều dùng vi xử lý số

Phần mạch lực gồm: chỉnh lưu thyristor nguồn dòng; nghịch lưu thyristor chuyển mạch tự

nhiên; Động cơ đồng bộ và nguồn chỉnh lưu

cấp cho cuộn kích từ

 Phần mạch điều khiển gồm: điều khiển

nghịch lưu; điều khiển chỉnh lưu; các bộ điều chỉnh tốc độ, dòng điện, kích từ và điều khiển

góc vượt trước Ψ được thực hiện bởi vi xử lý

8 bit

6.8 hệ truyền động ĐB điều khiển số.

Trang 48

Cấu trúc mạch phát xung nhiều kênh 6.8.1 điều khiển chỉnh lưu dùng mạch số

Trang 49

Mỗi xung đặt vào RS- trigơ tạo ra xung điều

khiển bộ đếm từ đầu cổng AND Người ta ghi trước mã YM vào bộ đếm do đó khi bắt đầu đếm thì dung lượng bộ đếm giảm, đầu ra của

nó so sánh với mã điều khiển Yđk do vi xử lý

phát ra ( đầu ra bộ điều chỉnh dòng điện) khi dung lượng bộ đếm bằng mã Yđk bộ so sánh cho ra một xung tạo xung điều khiển

Việc chọn mã YM liên quan tới độ chính xác

điều khiển δα góc điều khiển α thay đổi

α=0–1800 khi chọn dung lượng bộ đếm là n bit thì ta có:

6.8.1 điều khiển chỉnh lưu dùng mạch số

Trang 50

Yđk| α=/2 = 0,5YM

Chọn quy luật điều khiển ud= KcL α

M

0

0 180 2

Trang 51

Hàm truyền gián đoạn của bộ chỉnh lưu :

Trong đó To = 3,33 ms

Trang 52

 Điều khiển nghịch lưu có 2 nhiệm vụ :tạo tín hiệu đồng pha và tạo góc vượt trước ψ Mạch tạo tín hiệu đồng pha để tạo các xung trùng với pha sức điện động động cơ, tín hiệu này phụ

thuộc vào vị trí rôto được lấy từ cơ cấu đo

Để tạo tín hiệu điều khiển nghịch lưu ta có sơ

đồ cấu trúc hvẽ Gồm:mạch đo và sửa xung,

mạch dịch pha, mạch phân phối xung và

khuếch đại xung Mạch dịch pha được nối với

cổng của máy tính để đặt góc ψ (cổng 3) còn

mạch logic và phân phối xung nối với máy tính

để tiếp nhận tín hiệu điều khiển khởi động đảo chiều v.v ( cổng 1 và cổng 2)

6.8.2 Điều khiển nghịch lưu dùng mạch số

Trang 54

Mạch đo và sửa xung

Trang 55

Mạch dịch pha

Trang 56

Mạch dịch pha: tạo nên tín hiệu điều khiển

tiristo nghịch lưu với góc lệch ψ giữa E và I

Mạch dịch pha với dung lượng bộ đếm dặt

trước trong 6 bit b1- b6 các tín hiệu sức điện

động động cơ được đưa vào và đếm đầy so

với lượng đặt trước này thì sẽ phát xung Fa, FB,

Fc điều khiển tiristo các pha vượt trước so với tín hiệu đồng pha

Trang 57

a) Mô tả toán học ĐB và bộ biến tần nguồn

dòng

 Để đơn giản hóa ta giả thiết :

- Mạch từ động cơ chưa bão hòa

- Dòng điện kích từ không đổi

- Sức điện động động cơ là hình sin

- Việc đóng cắt tiristo nghịch lưu là lý tưởng

- Góc lệch φ (E,I) không đổi

 Với giả thiết đó ta có sơ đồ quy đổi ĐB

6.8.3 Tổng hợp hệ điều khiển

Trang 58

d u

d

d u

u

iR

+dt

diL

u

iR+

dt

diL

+E

Trang 59

Ld, Rd – điện cảm, điện trở cuộn kháng lọc một chiều;

Lư, Rư – điện cảm, điện trở động cơ quy đổi từ động cơ sang mạch một chiều, Lư = 2L=S, Rư = 2RS;

E – sức điện động động cơ đã quy đổi sang

+ M

=

Trang 61

.

Trang 62

Các hàm truyền cơ bản khi Mc = 0

Trang 65

Xác định hàm điều chỉnh DI(z)

Ta chọn DI(z) = α(z) /z) /) /ε1(z) =kR + ki

= kdTrong đó :

Kd = kRi + kiTi ; Zd =

} )

1 1

(

) 1

)(

1

( k

k z{k (z)

G

2 2

1

1 m2 cl

I

p k

k p

p T

Trang 66

T

Trang 67

W3(p) =

D(z)- hàm truyền bộ điều chỉnh tốc độ;

W (z)- hàm truyền bộ đo tốc độ;

FKI- hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện;

 Hàm truyền đo tốc độ gần đúng lấy bằng k , mạch đo tốc độ là khâu biến đổi xung thành số

Chọn chu kì đếm với tần số 50Hz, T  = 20ms Hàm truyền mạch đo tốc độ:

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	1,02 MB