Máy DC kích t ừ độ c l ậ p tt Giả sử bộ đổi chiều lý tưởng giữ cho dòng điện phần ứng luôn luôn dọc theo trục β: Quan hệ điện áp có thể được xác định từ Số hạng thứ nhất và thứ hai lần l
Trang 11 Bài giảng 2
Bài gi ả ng
Đ i ề u Khi ể n Máy Đ i ệ n Nâng Cao
Mô hình và điề u khi ể n máy đ i ệ n DC
TS Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php
nqnam@hcmut.edu.vn
Sơ đồ bao gồm dây quấn kích từ, dây quấn phần ứng, dây quấn bù, và bộ đổi chiều
Máy DC kích t ừ độ c l ậ p
Trang 23 Bài giảng 2
Vì có mặt dây quấn bù, có thể coi phản ứng phần ứng bị
triệt tiêu, nghĩa là từ thông kích từ (phần cảm) chỉ hướng
dọc trục α
Điện kháng tản của dây quấn phần ứng sẽ tạo ra một thành phần từ thông dọc trục β, và không thể bị khử bởi dây
quấn bù
Quan hệ giữa từ thông và dòng kích từ thường là phi
tuyến
Máy dùng NCVC có kích thước nhỏ hơn, nhưng mất khả
năng điều chỉnh từ thông kích từ
Máy DC kích t ừ độ c l ậ p (tt)
Giả sử bộ đổi chiều lý tưởng (giữ cho dòng điện phần
ứng luôn luôn dọc theo trục β):
Quan hệ điện áp có thể được xác định từ
Số hạng thứ nhất và thứ hai lần lượt là công suất tức thời đi vào bộ đổi chiều từ phía stato và từ phía rôto
Kết hợp hai phương trình trên dẫn đến
Mô hình ký hi ệ u c ủ a máy DC
θ
j a
xy
a jI e
I r = −
{ ( ) * } 0
a
xy a a
u
r r
{ xy jθ}
a
u = − Im r
Trang 35 Bài giảng 2
Ta có mô hình IRTF của máy DC thể hiện các quá trình chuyển đổi như dưới đây
Với mô hình này, công suất điện ở phía stato và rôto
được quy ước là dương khi hướng đến và đi khỏi mô hình,
một cách tương ứng
Mô hình IRTF c ủ a máy DC (tt)
Hệ phương trình mô tả mô hình ký hiệu này của máy DC cho bởi
Mô hình ký hi ệ u c ủ a máy DC (tt)
xy a a
xy a xy
dt
d u
r
r r
−
xy a a
xy m
xy
r r
r
−
= ψ
ψ
( f a ) m f f m
ψ α = α α − α = α =
( − ) = 0
β
ψm Lm if ia
Trang 47 Bài giảng 2
Hệ phương trình kết quả
với số hạng ψfe-j θ chính là từ thông từ hóa trong hệ quy
chiếu quay
Chú ý: ở trạng thái xác lập, tất cả các biến trong hệ quy chiếu quay xy đều là hàm hình sin
Mô hình ký hi ệ u c ủ a máy DC (tt)
xy a a
xy a xy
dt
d u
r
r r
−
xy a a
j f
xy
r r
−
= ψ − θ
ψ
Từ 2 pt trên, ta rút ra được mô hình tổng quát dưới đây
Mô hình t ổ ng quát c ủ a máy DC
Trang 59 Bài giảng 2
Trong mô hình vừa rồi, các vectơ không gian dòng điện,
điện áp, và từ thông móc vòng ở phía phần ứng được xác
định dựa vào một hệ quy chiếu gắn vào trục máy
Trong phần này, phép biến đổi định hướng từ trường sẽ được giới thiệu (và là phép biến đổi quan trọng trong các bộ
truyền động AC ba pha)
Trọng tâm của khái niệm là việc đặt một mặt phẳng phức
gồm một trục dọc Rdq và một trục ngang Idq thẳng hàng
vectơ từ thông , như trong slide tiếp theo
Mô hình đị nh h ướ ng tr ườ ng
xy m
ψ r
θ
ψ
ψ xy j
m
dq
r
dq
ψ r =
Mô hình đị nh h ướ ng tr ườ ng (tt)
dq a m
dq a a
dq a dq
dt
d
r r
−
−
=
dq a a f
dq
r r
−
= ψ
ψ
dq a f
T
r r
×
= ψ
Trang 611 Bài giảng 2
Mô hình đị nh h ướ ng tr ườ ng (tt)
f m
a a a
a a
dt
di L i
R
a f
T = ψ
Áp dụng quy tắc tính ua ở slide 4, và
Thành phần dọc trục của ua có thể xác định là bằng 0, do
đó mô hình có thể xây dựng dựa trên trục ngang
a
dq
i r =
Mô hình đị nh h ướ ng tr ườ ng (tt)
Mô hình vừa được xây dựng cho thấy có thể điều khiển mômen bằng cách thay đổi dòng điện phần ứng và/hoặc từ
thông kích từ
Tuy nhiên, do hằng số thời gian của mạch kích từ thường
lớn hơn nhiều so với mạch phần ứng, nên phương pháp
điều chỉnh mômen bằng dòng phần ứng thường được dùng
Phương pháp điều khiển dòng điện cũng có hiệu suất cao
hơn so với một máy điện được điều khiển bằng điện áp
Trang 713 Bài giảng 2
Đ i ề u khi ể n độ ng c ơ DC kích t ừ độ c l ậ p
Thuật ngữ “điều khiển” thường liên quan đến việc đạt
được một đáp ứng động được đặt ra đối với mômen và kích
từ
Cách tiếp cận cơ bản là nghịch đảo mô hình động định
hướng từ trường của nguồn dòng với mục đích tạo ra dòng tham chiếu đối với một giá trị mômen cho trước
Mục tiêu thứ hai là tích hợp khái niệm điều khiển dòng
với một máy được cấp nguồn áp
Ngoài ra, cũng cần xem xét hoạt động tối ưu của mạch trong điều kiện ràng buộc về nguồn, khả năng tải dòng của máy và linh kiện công suất
Khái ni ệ m b ộ điề u khi ể n
Việc điều khiển bộ truyền động điện DC có thể được thực
hiện bằng cách xem mômen yêu cầu là một ngõ vào, và tính
ra dòng điện phần ứng yêu cầu đối với bộ điều khiển dòng
Với các máy DC dùng NCVC, từ thông kích từ ψf là hằng
số, do đó dòng điện phần ứng là biến điều khiển duy nhất
để điều khiển mômen
Trang 815 Bài giảng 2
Khái ni ệ m b ộ điề u khi ể n (tt)
Tuy nhiên, dòng điện phần ứng cần được giới hạn, để
đảm bảo không vượt quá khả năng chịu đựng của máy hay
của bộ biến đổi
Nếu mạch được kích từ bằng một nguồn điện, bộ điều khiển sẽ có thêm một bậc tự do, và có thể được khai thác
tốt khi cần vận hành máy ở tốc độ cao
Ở điều kiện bình thường, từ thông được đặt bằng giá trị
cực đại (cho phép), để cực tiểu hóa dòng điện phần ứng Ở
tốc độ cao, có thể cần giảm từ thông để cho phép đạt được
tốc độ đó, trong điều kiện điện áp nguồn bị giới hạn
Khái ni ệ m b ộ điề u khi ể n (tt)
Từ đó, dẫn đến cấu trúc điều khiển dưới đây, nhằm tối ưu hóa sự vận hành của máy DC trong các giới hạn vận hành xác lập của nó
Các biến điều khiển và có thể bị chặn dựa vào các
giới hạn vận hành của máy
c a
i ψ c f
Trang 917 Bài giảng 2
Các gi ớ i h ạ n v ậ n hành
Các gi ớ i h ạ n v ậ n hành (tt)
Tồn tại giới hạn dòng điện phần ứng (MA), thể hiện bởi vòng tròn màu đỏ
Cũng tồn tại giới hạn từ thông cực đại (MF), thể hiện bởi vòng tròn màu xanh (có bán kính tỷ lệ nghịch với tốc độ và
điện cảm phần ứng, và tỷ lệ thuận với điện áp phần ứng) Ngoài ra, với quan điểm tận dụng khả năng tạo mômen
đối với dòng phần ứng đã cho, có thể rút ra luật điều khiển sau:
0
=
ad i
max
i = → ±
Trang 1019 Bài giảng 2
Các gi ớ i h ạ n v ậ n hành (tt)
Ở chế độ làm yếu từ trường (tốc độ cao hơn tốc độ nền)
Các gi ớ i h ạ n v ậ n hành (tt)
Các vùng làm việc khi có sử dụng làm yếu từ trường Ở
vùng C, từ thông ở giá trị cực tiểu để tránh phóng điện bộ
đổi chiều quá mức
Trang 1121 Bài giảng 2
H ệ truy ề n độ ng mô hình IRTF v ớ i ngu ồ n dòng
H ệ truy ề n độ ng mô hình IRTF v ớ i ngu ồ n áp
Tham khảo tài liệu