Các hệ truyền động điều chỉnh thông dụng
Các hệ truyền động điều chỉnh thông dụng - Hệ thống máy phát - động cơ điện một chiều
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
Chương 4
CÁC H TRUY N NG I U CH NH THÔNG D NG
4.1 H th ng máy phát - ng cơ m t chi u (F- )
4.2 H ch nh lưu i u khi n- ng cơ m t chi u (CL- )
4.3 H i u ch nh xung áp - ng cơ m t chi u ( AX- )
4.4 i u khi n ng cơ không ng b b ng i n tr xung trong m ch rôto
4.5 H i u ch nh pha Tiristo- ng cơ không ng b
4.6 H bi n t n - ng cơ không ng b , i u khi n vectơ
4.7 Các sơ n i t ng c a ng cơ không ng b rôto dây qu n
4.1 H th ng máy phát - ng cơ m t chi u (F- )
4.1.1 Sơ nguyên lý
CF : cu n dây c c t ph .
4.1.2 Các ch c năng ch y u c a h
a) i u ch nh t c ng cơ
Thay i U k = var ⇒ UkF = Ud = var ⇒ IkF var, φF var ⇒ Ef = var ⇒ Uư = var ⇒ ω var.
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 1
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
b) H n ch dòng i n và mômen ng cơ
Nh khâu ph n h i có ng t ⇒ dòng i n, mômen ư c h n ch dư i giá tr cho phép trong các
trương h p kh i ng, hãm, o chi u, quá t i l n và ng n m ch.
c) Cư ng b c quá trình quá
“kh i ng cư ng b c”
d) o chi u quay ng cơ
⇒ o chi u i n áp kích t UkF ⇒ ikt o chi u ⇒ φ o chi u ⇒ o chi u quay ng cơ.
H F- cho phép làm vi c trên c 4 góc ph n tư c a m t ph ng t a [M,ω]:
N u cho kt máy phát theo chi u thu n có Ef1>0 ⇒ ư ng 1, tr ng thái ng cơ, góc 1.
N u gi m UkF s F gi m xu ng Ef3 ⇒ ư ng 3 (góc 2) ⇒ hãm tái sinh.
return
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 2
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
4.2 H ch nh lưu i u khi n- ng cơ m t chi u (CL- )
4.2.1 H ch nh lưu i u khi n- ng cơ không o chi u
a) Sơ nguyên lý
N u iu liên t c:
Ud = Udo.cosα
N u s l n p m ch trong m t chu kỳ i n áp lư i m≥2:
m π
U do = sin 2.U 2 = K u .U 2
π m
v i Ku là h s ph thu c sơ ch nh lưu.
Ví d : Sơ CL 1 pha 2 n a chu kỳ, và CL c u m t pha m = 2, Ku= 0,9; Sơ CL tia 3 pha m =
3, Ku = 1,17; c u 3 pha m = 6, Ku = 2,34.
Như v y khi U k = var ⇒ α = var ⇒ Ud = var ⇒ ω = var.
- h n ch s p m ch c a dòng i n ⇒ thi t k cu n kháng l c các thành ph n sóng hài có
trong i n áp ch nh lưu. Tr s i n c m c n thi t l c ư c tính:
U dn.max .100
LL = ,H
*
2K.m.ω.I1 %.I d.®m
Id. m: dòng i n nh m c c a b ch nh lưu
K: b i s sóng hài, K = 1, 2, 3…
m: s l n p m ch trong m t chu kỳ.
I1*% : tr hi u d ng c a dòng i n sóng cơ b n l y t s theo dòng i n nh m c c a ch nh lưu.
Cho phép I1*% < 10%.
Udn.max: biên c a thành ph n sóng hài c a i n áp ch nh lưu:
2.cos α
U dn.max = U do . 1 + K 2 .m2 .tg2 α , V
2 2
K .m − 1
Udo: i n áp ch nh lưu c c i.
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 3
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
Tr s i n c m c a cu n kháng l c:
LCKL= LL - Lư - LBA
trong ó: Lư: i n c m ph n ng ng cơ ư c tính g n úng:
30U ®m
L− = Kd .
πI ®m .n ®m .p
Kd=0,5-0,6: i v i ng cơ không có cu n bù
Kd = 0,1-0,25: i v i ng cơ có cu n bù.
LBA: i n c m c a máy bi n áp, tính g n úng:
u %.U 2f
L BA = 2 n , H , ω = 2πf, t n s góc ngu n
ω.I2f .100
- h n ch dòng i n gián o n ⇒ thi t k cu n kháng h n ch dòng i n gián o n:
Tr s i n c m c n thi t h n ch dòng i n gián o n:
1 U
L g® = do .k gh − x BA , ω = 2πf.m: t n s góc dòng i n ch nh lưu
ω I dgh
π π
k gh = 1 − cot g .sin α
m m
Idgh: dòng i n gi i h n nh nh t, ch n Idgh≤ 0,05I m.
b) Sơ thay th c a h Cl- không o chi u
Ed = Udo.cosα = KCL.U k
trong ó:
KCL = Udo/U k- h s khu ch i b ch nh lưu
RCL = RBA + RKL + Rcm
RBA = R2 + R1' = R2 + R1/K2BA
RKL ≈ 0 i n tr cu n kháng l c
Rcm = (m/2π).XBA i n tr ng tr xét n ph n s t áp do hi n tư ng chuy n m ch gi a
các tiristo.
XBA = X2 + X1' = X2 + X1/K2BA
ho c xác nh theo catalog:
∆Pd % U 2 dm ∆Pd % U1dm
R BA = . = .
100 I 2 dm 100 K 2 I1dm
BA
U % U U % U
X BA = nm . 2 dm = nm . 2 1dm
100 I 2 dm 100 K BA I1dm
U1dm U1dm
KBA ≈ ≈ h s bi n áp
E 2 dm U 2 dm
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 4
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
c) c tính cơ c a h tr ng thái dòng i n liên t c
"dòng i n liên t c"
E d R ut E R
ω= − .I u = d − ut 2 .M
kφ kφ kφ (kφ)
Rut = Ru + RCL: t ng i n tr m ch i n ph n ng
U do R U R
ω= cos α − ut .I u = do cos α − ut 2 .M
kφ kφ kφ (kφ)
K CL R K R
ω= U dk − ut .I u = CL U dk − ut 2 .M
kφ kφ kφ (kφ)
ω
ωomax
Udkmax; α=0; +Udo
ωoi
0
M
HN
Udk=0; α=π/2; Ed=0
N
TS
TS
-ωomax
-Udkmax
Nh n xét:
- T c không t i lí tư ng:
U do K
ω0 = cos α = CL .U dk
kφ kφ
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 5
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
Udk = +Udkmax ÷ 0 ÷ -Udkmax ⇒ α = 0 ÷ π/2 ÷ π
⇒ Ed= +Udo ÷ 0 ÷ -Udo
⇒ ωo = +ω0max ÷ 0 ÷ -ω0max
- c ng TC
β CL −D =
(kφ)2 = const thư ng RCL ≈ 3Ru.
R u + R CL
- Trong vùng Ic, Mc nh ⇒ ”tr ng thái dòng i n gián o n”
d) Các tr ng thái hãm, tr ng thái tái sinh c a ng cơ và tr ng thái ngh ch lưu c a b ch nh
lưu
Xem hình trên.
“tr ng thái ng cơ” ⇔ “tr ng thái ch nh lưu”
“tr ng thái hãm tái sinh” ⇔ “tr ng thái ngh ch lưu”
tuỳ tr s U k mà có th x y ra hãm
- Hãm ngư c.
- Hãm ng năng.
- Hãm tái sinh.
Tr ng Ch nh lưu ng cơ Sơ thay th
thái α Ed Tr.thái ω E Tr.Thái Iu
ng (Ed-E)/ Ed Rut ω
cơ α0 Ch.lưu ω>0 E>0 ng Rut E
cơ Iu
Hãm (Ed+E)/ Ed Rut
Hãm α0 Ch.lưu ωMôn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
Ví d : L p sơ thay th cho h CL- và xác nh ph m vi i u ch nh góc m van α i u
ch nh t c ng cơ trong d i D=10:1. ng cơ 13,5kW; 220V; 1050vg/ph; 73A; Ru = 0,12Ω.
Ch nh lưu Tiristo c u 3 pha, có máy bi n áp chuyên dùng 20kVA,n i Y/Y, U1=380/220V;
U2=220/127V; i n tr ng n m ch Rnm=0,15Ω; i n kháng ng n m ch Xnm=0,87Ω (khi ng n
m ch th c p).
Gi i
Ω
0,33Ω
- i n áp ch nh lưu l n nh t:
m π 6 π
U do = sin 2.U 2 = sin . 2.127 = 297V
π m π 6
- S c i n ng c a ch nh lưu: Ed = Udo.cosα = 297.cosα
U1f 220
- H s bi n áp K BA = = = 1,73
U 2 F 127
- i n tr máy bi n áp:
R nm 0,15
R BA = R 2 + R 1 =
'
= = 0,05Ω
K2BA 1,732
- i n kháng máy bi n áp:
X nm 0,87
X BA = X 2 + X1 =
'
= = 0,29Ω
K2BA 1,732
- i n tr trong m ch ch nh lưu (b qua i n tr trong cu n kháng và s t áp trên Tiristo):
m 6
R CL = R BA + R cm = R BA + X BA = 0,05 + 0,29 = 0,33Ω
2π 2π
-T c l n nh t trong d i i u ch nh
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 7
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
n dm 1050
ωmax = ωdm = = = 110rad / s
9,55 9,55
-T c nh nh t trong d i i u ch nh
ωmax 110
ωmin = = = 11rad / s
D 10
- Sdd c a b ch nh lưu tương ng v i t c l n nh t
Ed.max = Udocosαmin = kφ m.ωmax+(RCL+Ru)Idm
U dm − I dm R u 220 − 73.0,12
kφ dm = = = 1,92Wb
ωdm 110
E 247,7
cos α min = d max = = 0,837; α min = 33,50
U do 297
⇒ Edmax = 247V
- Sdd c a b ch nh lưu tương ng v i t c nh nh t
Ed.min = Udocosαmax = kφ m.ωmin+(RCL+Ru)Idm = 56,7V
E d min 56,7
cos α max = = = 0,194; αmax = 78,80.
U do 297
4.2.2 H ch nh lưu i u khi n- ng cơ o chi u
ng cơ có th làm vi c ư c c 4 góc ¼ c a m t ph ng [M,ω] thì ta ph i s d ng h CL-
o chi u.
a) Các phương pháp o chi u quay ng cơ trong h CL-
- o chi u dòng kích t
- o chi u dòng i n ph n ng b ng ti p i m
- o chi u dòng i n ph n ng b ng b ch nh lưu thu n ngh ch
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 8
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
V1
b) Sơ nguyên lý h CL- o chi u dùng cho b ch nh lưu thu n ngh ch
- Sơ n i song song-ngư c
- Sơ hình ch th p
c) Các nguyên t c i u khi n b ch nh lưu thu n ngh ch trong h CL- o chi u
- i u khi n riêng hai nhóm.
- i u khi n chung: “tr ng thái i”
α1 + α2 = 1800.
“v n dòng i n cân b ng”
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 9
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
4.2.3 H ch nh lưu i u khi n- ng cơ t ng
a) H dùng b khu ch i t ng
E Mc
U U k Uư ω
I
R∑ B S01(p) S02(p)
- -
Upω KI
Upi.ng
Kω
trong ó:
1 1
S o1 = . ; Tư = Lư/Rư
R − 1 + T− p
kφ 1 ω NG
S o2 = .
J p βh
K§
S § = S o1 .S o2 = ; K =1/kφ; Tc=J/β.
Tc p.(1 + T− p)
khi tính n E ng cơ:
K§
S§ =
Tc .T− p 2 + Tc p + 1
Ing Inm I,M
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 10
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
b) H i u ch nh c l p các t a ki u n i ti p
ω βkín
βh
U i.max = Kpi.Icp ⇒ khi kh i ng Iu.max = Ik = Icp
Icp I, M
E Mc
U ω U i U k Uư ω
Rω I
Ri B S01(p) S02(p)
- -
Upω Upi
KI
Kω
return
4.3 H i u ch nh xung áp - ng cơ m t chi u ( AX- )
4.3.1 Nguyên lý làm vi c c a h AX-
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 11
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
td
E b = U tb = U = γ.U γ: h s chu kỳ, r ng xung
TCK
E b − E γ.U − kφω
I u = I tb = =
Ru Ru
γ.U R u γ.U R M
ω= − .I u = − u 2 .M = ω0 −
kφ kφ kφ (kφ) βb
U
ω0.c = ω0 max =
kφ
(xem mô ph ng)
4.3.2 Phương pháp i u khi n h AX-
- Thay i td, gi TCK (fx = 500Hz÷10kHz).
- Thay i TCK (fx) gi td,.
- Phương pháp h n h p
4.3.3 Sơ h AX- dùng khóa tiristo
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 12
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 13
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
4.4 i u khi n ng cơ không ng b b ng i n tr xung trong m ch rôto
4.4.1 Sơ nguyên lý
Rmc = 2Rf
R '2
- trư t t i h n t nhiên s th =
X nm
R '2 t R '2 + R 'f
- trư t t i h n nhân t o s th .nt = =
X nm X nm
s th .nt
⇒ Rf = R2
− 1
R2 i n tr cu n dây roto c a ng cơ
s th
s th .nt
⇒ R mc = 2R f = 2R 2
− 1
s th
- i u ch nh t c b ng cách thay i γ:
R mctb = R 1 (1 − γ ) γ: r ng xung i n tr γ=td/TCK
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 14
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
4.2.2 Các c tính gi i h n và bi u di n c a các quá trình quá
có vùng i u ch nh r ng (t c , mômen) ngư i ta thư ng t o ra hai ư ng c tính gi i h n:
ư ng 1-gi i h n ngoài và ư ng 2- gi i h n trong.
- ư ng gi i h n ngoài nh m m c ích h th p ư ng TC t nhiên, thành TC nhân t o có
trư t t i h n sth1 l n, nh ó m b o cho vùng t c th p có kh năng i u ch nh mômen
r ng, nh t là vùng hãm ngư c. có ư c TC này, ta n i c nh m t i n tr R0 ≈
(0,15÷0,2)Rdm; Rdm=E2nmf/I2dm.
Như v y:
ư ng 1: ư ng gi i h n ngoài (khi Tiristo luôn m Rmcmin = R0).
ư ng 2: ư ng gi i h n trong (khi Tiristo luôn m Rmcmax = R0+R1).
- ng v i ư ng gi i h n ngoài:
R
sth1 = sth 0 + 1
2R2
- ư ng gi i h n trong ng v i trư ng h p T luôn khóa: Rmc = Ro + R1 = Rmc.max
U d max
thư ng ch n: R mc max = ⇒ R1 = Rmcmax – R0
I d.cp
Id.cp ≈ 1,226I2.cp
Udmax i n áp ch nh lưu l n nh t ng v i khi ng cơ ng n m ch.
- M t quá trình quá (kh i ng, o chi u quay) s di n ra theo ư ng dích d c qua l i gi a 2
c tính gi i h n trên: Khi T d n, i m làm vi c có xu hư ng ch y v ư ng 1; Khi T khoá, i m
làm vi c s ch y v ư ng 2. Tuy nhiên, nh m ch có i n c m l n (X2 và XCK) nên dòng roto
không th t bi n, do ó ng cơ s tăng t c theo ư ng g n sóng ( ư ng 3). B ng cách i u
khi n T, thay i t , γ c a Rmc ta có th xê d ch ư c mômen và gia t c trong các QTQ .
4.4.3 H i u khi n i n tr xung t ng
tương t h AX-
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 15
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
Ví d 4-2: Ch n R0 và R1 trong m ch m t chi u c a sơ i u khi n i n tr xung m ch rôto
sao cho có th m r ng vùng i u ch nh mômen và t c ng cơ c trong tr ng thái ng cơ và
hãm ngư c. ng cơ roto dây qu n 30kW, 380/220V, 970vg/ph, λ = 2,8;
I1dm = 70,5A; R1 = 0,125Ω; X1 = 0,23Ω; E2nm = 259V; I2dm = 72A; R2=0,055Ω; X2 = 0,225Ω; Ke
= 1,4.
Gi i
n 0 − n dm 1000 − 970
- trư t nh m c s dm = = = 0,03
n0 1000
- trư t t i h n c a c tính cơ t nhiên
R '2 R '2 K e
2
s th = = = 0,158
R + (X1 + X 2 ) R + (X1 + X 2 K )
2 ' 2 2 2 2
1 1 e
⇒v ư c DTC t nhiên qua 3 i m:
[M*=0;s=0] [1; 0,03] [2,8; 0,158]
Ta ch n R0=0,2Rdm = 0,2.259/( 3 .72) = 0,41Ω
- i n tr ph 3 pha ng tr cho R0: Rf0 = R0/2 = 0,205Ω
- trư t t i h n c a c tính cơ gi i h n có i n tr c nh R0:
R 0,205
s th1 = s th 0 + 1 = 0,158
2R + 1 = 0,747
2 2.0,055
⇒ m b o vùng i u ch nh mômen r ng cho c tr ng thái hãm ngư c (góc ph n tư
th 4) và kh i ng.
- i n áp ch nh lưu l n nh t, ng v i trư ng h p ng cơ ng n m ch:
259
U d max = 2,34E 2 nmf = 2,34 = 350,3V
3
- Ch n m c h n ch dòng i n roto I2.max = 2I2dm, tương ương v i dòng i n trong m ch m t
chi u:
Idcp = Idmax = 1,226I2max = 1,226.2.72 = 176,5A
- i n tr i u ch nh R1:
U d max 350,3
R1 = − R0 = − 0,41 = 1,574Ω
I dcp 176,5
- trư t t i h n c a c tính cơ gi i h n trong ( ng v i Rmc = R0+R1 = 1,98Ω)
R 1,98
s th 2 = s th mc + 1 = 0,158
2R + 1 = 3
2 2.0,055
return
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 16
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
4.5 H i u ch nh pha Tiristo- ng cơ không ng b (FT- K B)
4.5.1 B i u ch nh i n áp dùng tiristo
α : góc m Tiristo;
ϕ: góc pha c a ng cơ
ΩL d X d
tgϕ = = t
Rd Rd
ư ng U1=f(Ωt) ch a các thành ph n sóng hài, trong ó có hài b c 1 (50Hz) là thành ph n sinh
công:
U1
ν1 = = f (α, ϕ) giá tr tương i c a U1
U
Ul i n áp hi u d ng c a i n áp pha lư i
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 17
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
Có dây trung tính Không có dây trung tính
4.5.2 Sơ nguyên lý c a m t h “ i u ch nh pha tiristo- ng cơ” t ng
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 18
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
return
4.6 H bi n t n - ng cơ không ng b , i u khi n vectơ
i u ch nh i u ch nh Chuy n i
t thông dòng i n t a
ψrc = cst isdc usdc usαc ta
Rψ dq
Ri usqc SVM tb VSI
ωc isqc usβc tc
Rn αβ
i u ch nh
t c
isd i sα
dq αβ
isq isβ
αβ abc
θs
Ư c lư ng
ψr RFE t thông IM
rôto
ω
C u trúc sơ b h T ng cơ K B i u khi n hư ng trư ng
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 19
Môn h c: i u khi n ng cơ i n (Truy n ng i n)
4.7 Các sơ n i t ng c a ng cơ không ng b rôto dây qu n
4.7.1 Vi c s d ng công su t trư t trong sơ n i t ng
P12 = Mdt.ω0 công su t i n t
∆Ps = P12.s công su t trư t chuy n t m ch stato vào rôto, (trong các h th ng T
bình thư ng, ∆Ps tiêu tán trên i n tr rôto).
⇒ P12 = Pcơ + ∆Ps
t n d ng năng lư ng i n ∆Ps khi ta i u ch nh sâu, ta s d ng sơ n i t ng.
Lư i Lư i
P1≈P12 P1≈P12
ng cơ Pcơ Máy sx ng cơ Pcơ Máy sx
∆Ps ∆Ps
∆P i n
∆P’cơ
TB bi n i TB bi n i
n i t ng i n cơ n i t ng i n
4.7.2 Phân lo i sơ n i t ng
- Sơ n i t ng i n cơ
Pcơ.t = Pcơ + ∆P’cơ = Pcơ + ∆Ps = P12 = M tω0 = const
⇒ n i t ng có công su t không i khi i u ch nh t c .
- Sơ t ng i n
Pcơ = P12 - ∆Ps = M mω0 – M m.ω0.s = M m.ω0(1-s)
Pco M dm ω0 (1 − s )
M cp = = = M dm = const
ω ω
⇒ n i t ng có mômen không i
4.7.3 Sơ nguyên lý c a t ng i n cơ và t ng i n
a) T ng i n cơ
E2d = KuE2 = KuE2nmf.s
Eb = kφω = k.a.Ikt.ω
Iu = Id ~ I2:
E 2 d − E bd
Id = K i I2 = Rt = RCL+Rb
Rt
Ikt var ⇒ Eb var ⇒ I2 var ⇒ mômen ng cơ var ⇒ t c ω var.
GV: Hà Xuân Hòa December 12, 2006 20
