Điều khiển động cơ đồng bộ 3 pha

Truyền động điện điều khiển động cơ điện, là một nhánh trong nhóm chuyên môn về điện tử công suất và điều khiển tự động Mục tiêu khoá của truyền động điện là điều khiển moment, tốc độ và

Trang 1

Nội dung

Giới thiệu

Điều khiển động cơ một chiều

Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha

Điều khiển động cơ đồng bộ 3 pha

Giới thiệu

Truyền động điện là gì?

Truyền động điện (điều khiển động cơ điện), là một nhánh trong nhóm chuyên môn

về điện tử công suất và điều khiển tự động

Mục tiêu khoá của truyền động điện là điều khiển (moment, tốc độ và vị trí) của động

cơ điện

Trang web tham khảo

www.siemens.com/motioncontrol

www.abb.com/drives

www.emersonindustrial.com

Trang 2

Giới thiệu

Các lĩnh vực liên quan đến truyền động điện

 Máy điện

 Điện tử công suất

 Lý thuyết điều khiển tự động

Giới thiệu

Trang 3

Giới thiệu

Phương trình chuyển động của một động cơ điện (bỏ qua tổn hao)

𝑀 = 𝑀𝑐 + 𝐽𝑑𝑑𝑡

trong đó

◦ M: mômen điện từ;

◦ Mc: mômen tải;

◦ J: mômen quán tính;

◦ : vận tốc của động cơ

Nhận xét:

Trang 4

Giới thiệu

Hình Bốn miền làm việc

iư= +; M = +

vư= +;  = +

iư= +; M = +

vư= ;  =

-iư= ; M =

-vư= -;  = - ivưư= -; M = -= +;  = +

Giới thiệu

Đểthiết kế tốt một bộ

truyền động điệnchúng

ta phải biết đặc tính tải

(công suất, mômen, tốc

độ)

Bảng chỉ ra cácđặc tính

tải khác nhau

Trang 5

Giới thiệu

VD 1: Một động cơ điện có đáp ứng tải như vẽ Biết mômen quán tính có giá trị 0.001

kg.m2

a) Bỏ qua các tổn hao, tìm mômen điện từ của động cơ

b) Vẽ đồ thị của mômen điện từ động cơ (trục tung là mômen và trục hoành là thời

gian)

a Đáp ứng vận tốc b Đáp ứng mômen tải

Đáp ứng tải

ω (rad/s)

t (s)

150

0

100 50

T L (N.m)

t (s)

20

0

Giới thiệu

VD 2: Một động cơ điện có đáp ứng tải như vẽ Biết mômen quán tính có giá trị0.001

kg.m2

a) Bỏ qua các tổn hao, tìm mômen điện từ của động cơ

b) Vẽ đồ thị của mômen điện từ động cơ (trục tung là mômen và trục hoành là thời

gian)

ω (rad/s)

t (s)

50

0

M C (N.m)

t (s)

20

0

a Đáp ứng vận tốc b Đáp ứng mômen tải

Đáp ứng tải

Trang 6

Điều khiển vận tốc động cơ một

chiều (vòng hở)

Các phương trình cơ bản của động cơ một chiều

𝐸 = 𝐾∅𝜔 = 𝐾𝑣𝜔 với 𝐾𝑣= 𝐾∅

𝑉 = 𝐸 + 𝑅ư𝐼ư

𝑀 = 𝐾𝑣𝐼ư

Từ 3 phương trình trên suy ra

𝜔 =𝐾𝑉

𝑣

−𝑅ư

𝐾𝑣𝐼ư

𝜔 =𝐾𝑉

𝐾𝑣 𝑀

Vận tốc của động cơ một chiều phụ thuộc vào: điện áp phần ứng, từ thông, điện trở

phần ứng và mômen (dòng điện phần ứng)

VD 3: Một động cơ một chiều có Vđm= 240 V, Rư=0.6 , hệ số Kv = 1,8 V.s/rad Tính vận

tốc của động cơ khi điện áp cấp vào động cơ có giá trị 120 V, mômen đông cơ là 10 N.m

VD 4: Một động cơ một chiều có Vđm= 240 V, Rư=0.6 , hệ số Kv= 1,8 V.s/rad Tính điện

áp cấp vào động cơ khi động cơ đang quay với vận tốc 2000 vòng/phút, mômen đông cơ là

10 N.m

VD 5: Một động cơ một chiều có Vđm= 240 V, Rư=0.6 , hệ số Kv= 1,8 V.s/rad Tính vận

tốc của động cơ, sức điện động phần ứng và dòng điện phần ứng biết mômen của động có

giá trị M=5 N.m và điện áp cấp vào động cơ thay đổi từ 0 đến định mức (tức là áp mỗi lần

thay đổi 20 V)

VD 6: Một động cơ một chiều có Vđm= 240 V, Rư=0.6 , hệ số Kv= 1,8 V.s/rad Vẽ đặc tính

cơ (vận tốc là hàm số của mômen) Vẽ đồ thị vận tốc theo dòng điện phần ứng (vận tốc là

trục tung, dòng điện phần ứng là trục hoành)

Trong thực tế để điều khiển vận tốc của động cơ một chiều, người ta điều khiểnđiện áp

phần ứng (tức là điều khiển V) Điều khiển V sử dụng điện tử công suất là giải pháp

hiệu quả nhất.

Trang 7

Chỉnh lưu bán kỳ 1 pha điều khiển Chỉnh lưu hình tia 3 pha điều khiển

𝑉𝑑= 2𝑉𝑠

2𝜋 𝑐𝑜𝑠𝛼 Chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển toàn phầnChỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển toàn phần

𝑉𝑑=2 2𝑉𝑠

𝜋 𝑐𝑜𝑠𝛼 vớiVs: điện áp pha hiệu dụng; Vd: điện áp chỉnh lưu

Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển toàn phần

Trang 8

VD 7: Một động cơ một chiều có điện áp định mức Vđm= 240 V, Rư=0.6 , hệ số Kv=

1,8 V.s/rad, mômen đông cơ là M = 20 N.m Tính vận tốc của động cơ, sức điện động

phần ứng và dòng điện phần ứng trong hai trường hợp sau:

i) Điện áp cấp vào mạch điện phần ứng là một điện áp chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển

toàn phần có điện áp pha hiệu dụng Vs= 110V, góc kích α = 300

ii) Điện áp cấp vào mạch điện phần ứng là một điện áp chỉnh lưu 3 pha cầu điều

khiển toàn phần có điện áp pha hiệu dụng Vs= 110V, góc kích α = 300

1,8 V.s/rad, mômen đông cơ là M = 20 N.m Tính vận tốc của động cơ, sức điện động

phần ứng và dòng điện phần ứng biết điện áp cấp vào mạch điện phần ứng là một

điện áp chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển toàn phần có điện áp pha hiệu dụng Vs=

110V, góc kích α =0 đến 900mỗi bước thay đổi góc kích là 100

Trang 9

1,8 V.s/rad, mômen đông cơ là M = 15 N.m Biết điện áp cấp vào mạch điện phần ứng

là một điện áp chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển toàn phần có điện áp pha hiệu dụng Vs

= 110V, góc kích α = 0 đến 90 mỗi bước thay đổi góc kích là 100

a) Tính vận tốc của động cơ

b) Tính sức điện động phần ứng

c) Tính dòng điện phần ứng

d) Vẽ đồ thị vận tốc theo góc kích (vận tốc là trục tung, góc kích là trục hoành)

e) Vẽ đồ thị vận tốc theo dòng điện phần ứng (vận tốc là trục tung, dòng điện phần

ứng là trục hoành)

VD 10: Một động cơ một chiều có Rư=0.6 , hệ số Kv= 1,8 V.s/rad Biết điện áp cấp

vào mạch điện phần ứng là một điện áp chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển toàn phần có

điện áp pha hiệu dụng Vs= 110V

a) Vẽ đặc tính cơ

b) Vẽ đồ thị vận tốc theo dòng điện phần ứng (vận tốc là trục tung, dòng điện phần

ứng là trục hoành)

Trang 10

Nhắc lạibộ biến đổi DC/DC

Bộ chopper kiểu giảm áp

𝑉𝑑= 𝑉

Bộ chopper kiểu tăng áp

𝑉𝑑=1−𝑉

trong đó

◦ : hệ số điều chỉnh

VD 11: Một động cơ một chiều có điện áp định mức Vđm= 240 V, Rư=0.6 , hệ số Kv

= 1,8 V.s/rad, mômen đông cơ là M = 30 N.m Điện áp cấp vào mạch điện phần ứng là

bộ biến đổi công suất gồm một điện áp chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển toàn phần có

điện áp pha hiệu dụng Vs= 220V, góc kích α = 450và một bộ chopper kiểu giảm áp 

=0,5

a) Tính vận tốc của động cơ

b) Tính sức điện động phần ứng

c) Tính dòng điện phần ứng

VD 12: Một động cơ một chiều có điện áp định mức Vđm= 240 V, Rư=0.6 , hệ số Kv

= 1,8 V.s/rad, mômen đông cơ là M = 25 N.m Bộ chopper kiểu tăng áp  =0,75, V = 48

V Tính vận tốc của động cơ, sức điện động phần ứng và dòng điện phần ứng

Trang 11

Điều khiển động cơ một chiều

(vòng kín)

Các phương trình toán học mô tả động cơ một chiều

𝑣 𝑡 = 𝑒 𝑡 + 𝑅ư𝑖ư(𝑡) + 𝐿ư𝑑𝑖ư (𝑡)

𝑣𝑘𝑡𝑡 =𝑅𝑘𝑡𝑖𝑘𝑡 t + 𝐿𝑘𝑡𝑑𝑖𝑘𝑡 (𝑡)

𝑑𝑡 𝑉𝑘𝑡(𝑠) = 𝑅𝑘𝑡𝐼𝑘𝑡(s) + 𝑠𝐿𝑘𝑡𝐼𝑘𝑡(𝑠)

(vòng kín)

trong đó

◦ J: mômen quán tính;

◦ mc: mômen cản

Trang 12

(vòng kín)

VD 13: Từ các phương trình động cơ trong miền tần số, tìm công thức

a) Dòng điện kích từ

b) Dòng điện phần ứng

c) Vận tốc

VD 14: Xây dựng mô hình động cơ (gợi ýáp dụng các phương trình VD 13)

(vòng kín)

Trang 13

(vòng kín)

Thiết lập giải thuật điều khiển dựa vào các phương trình toán học của động cơ một

chiều

𝑣 𝑡 = 𝑒 𝑡 + 𝑅ư𝑖ư(𝑡) + 𝐿ư𝑑𝑖ư (𝑡)

𝑑𝑡 chỉ ra điều khiển dòng điện

VD 15: Vẽ sơ đồ điều khiển mômen động cơ một chiều

VD 16: Vẽ sơ đồ điều khiển vận tốc động cơ một chiều

VD 17: Vẽ sơ đồ điều khiển vị trí động cơ một chiều

(vòng kín)

Thực thi giải thuật điều khiển trong thực tế

VD 18: Viết công thức toán học của bộ điều khiển PI trong

a) Miền thời gian

b) Miềns(thực thi analog)

c) Miềnz (thực thi digital) với1𝑠=𝑇𝑠 (𝑧+1)

2(𝑧−1)

Tham khảo

Siemens DC Drive (SIMOREG 6RA70)

Đầu ra

P

D

Σ

Tín hiệu sai số

I



d dt

Trang 14

(vòng kín)

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	1,15 MB