Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 7: Điều khiển động cơ một chiều và xoay chiều dùng bán dẫn

Slides ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 2/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Chương VII: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU VÀ XOAY CHIỀU VII.1 CÁC QUAN HỆ CĂN BẢN CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN: DÙNG BÁN DẪN 1. Các khái niệm căn bản: ω M c 1. Các quan hệ căn bản của truyền động điện: - Truyền động điện: M ωo - hệ thống (HT) biến đổi điện năng A 2. Sơ đồ điều khiển động cơ một chiều 0 thành cơ năng 3. Sơ đồ điều khiển động cơ bước - cung cấp sức kéo (truyền động) 4. Điều khiển động cơ xoay chiều dùng biến tần bằng điện (electric drive). B II I 5. Điều khiển động cơ một chiều không cổ góp - nối trục bằng điện (dẫn động) M theo sơ đồ sau: 0 Đọc thêm 6 tiết, bài tập 2 1 IV III Cơ (nguồn) -> [Máy phát điện] -> Điện -> -> [dây dẫn] -> [Đcơ điện] -> Cơ (tải) s - Đặc tính cơ: quan hệ Momen M và tốc độ ω: M(ω) - Mặt phẳng đặc tính cơ: là mặt phẳng pha M, ω chia làm 4 phần tư I .. IV. - Điểm làm việc: một điểm (M,ω) trên đặc tính cơ, cho biết quan hệ giữa hai thông số này ở một thời điểm. 3/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 4/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi - Phương trình căn bản TĐĐ và chuyển động: Hệ thống chỉ có khối quán - Đặc tính cơ một số phụ tải thông dụng: tính và không đàn hồi (phương trình 2 Newton cho chuyển động quay): n Có thể biểu diển đặc tính các tải thông dụng dưới dạng MC = k.w dw ω MMMJđC=− = M k là hằng số, w là tốc độ quay, n là c dt M ωo thông số phụ thuộc vào loại tải: Mđ : momen động A 0 n = 0: Moment tải là hằng số J: momen quán tính n = 1: Tải dạng máy phát điện dω /dt : gia tốc chuyển động. B n ≥ 1: máy bơm ly tâm, các loại II I M quạt thông gió. 0 M > MC: đcơ tăng tốc, 1 Có hai nhóm tải: tải phản kháng IV III M < MC: đcơ giảm tốc và tải thế năng. M = MC: làm việc xác lập. Ví dụ: xác định phụ tải của máy nâng (cần trục) hay thang máy s Điểm làm việc xác lập này được gọi là ổn định (tĩnh) hay cân bằng (bền)khi: MC: Momen tải (cản) M /Δω < 0. đ Ví dụ trường hợp động cơ không đồng bộ 5/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 6/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 2. Hàm truyền động cơ DC và BBĐ: Trong chế độ xác lập, dòng trung bình không đổi, suy ra: 1 11M - Hàm truyền động cơ: Khi dòng điện tải là liên tục: wURI=−⋅() hay wURIUR=−⋅=−()() Ce k...φ kkφφ dI R UERIL=+⋅+ +ε Đây là phương trình đặc tính cơ động cơ một chiều. L dt U Cke = .φ E Ví dụ: tính thông số động cơ một chiều kích từ độc lập từ các số liệu sau: MCIk=⋅=⋅e .φ I Uđm = 220V, Iđm = 50A, Pđm = 9.1kW, tốc độ định mức 1500 vòng/phút, giả EC=⋅ω e sử tổn hao điện trở phần ứng bằng ½ tổn hao công suất tổng cộng. Trong đó: R: điện trở thể hiện sụt áp trên phần ứng, L: tự cảm mạch điện phần ứng, K Hs()= K . e−TBD  BD T = L/R gọi là hằng số thời gian điện từ, bằng 0 nếu dòng tải gián đoạn. - Hàm truyền BBĐ: BD đt 1+ sTBD ε: Phản ứng phần ứng của động cơ, thường được bỏ qua. trong đó: C : Hằng số điện từ của động cơ một chiều, tỉ lệ (hệ số k) từ thông φ e KBĐ là tỉ số trung bình áp ra VO trên áp điều khiển UĐK M: momen động cơ, ở chế độ xác lập bằng momen cản Mc trên trục. TBĐ là hằng số thời gian, tính bằng chu kỳ phát xung điều khiển (trung bình ω: tốc độ, tính bằng rad/giây. của thời gian của hai xung liên tiếp). 7/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 8/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi hãm động năng (dynamic braking) 3. Chế độ hãm của TĐĐ: Io < 0 a. Khái niệm về chế độ hãm: + Io + Io Kéo: momen M cùng chiều tốc độ ω, P = M.ω > 0 U U U Hãm: momen M ngược chiều tốc độ ω, P = M.ω < 0, _ _ Động cơ Ỉ máy phát: Cơ năng --> điện năng Hãm tái sinh Hãm ngược Hãm động năng Các chế độ hãm: 11M wURIUR=−⋅=−()() b. Chế độ hãm tái sinh của hệ thống truyền động BBĐ động cơ: k...φ kkφφ w + D1 ω A - Khi w > wO ( wO = U/Ce: tốc độ w1 S1 hãm tái sinh không tải lý tưởng): io w U o hãm tái sinh (regenerative braking) Uo D2 hãm động cơ _ S2 động năng - Khi w < 0 , (E = Ce .w < 0) M II I M động cơ đảo chiều quay: hãm ngược. Mc hãm III IV ngược - Khi U = 0 , (I = – Ce .w/R) - Ứng dụng chế độ hãm: hai trường hợp: 9/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 10/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi * Hãm dừng động cơ đang quay hay giảm tốc độ (tiêu tán động năng) theo thời gian: * Hãm động cơ bị kéo do một ngoại lực (hạ tải thế năng) =>ĐK cùng lúc vị trí và tốc độ theo t. 4. Các bài toán của TĐĐ: + 1 - 1 Sum1 - Điều khiển momen: kiểm soát quá trình tăng, giảm tốc, hạn chế momen Khảo sát mô Hiệu ch hình điều trong chế độ xác lập. + 1 khiển vị trí - 2 Sum2 Hiệu chỉn - Điều khiển tốc độ: ổn định và điều chỉnh tốc độ, nhằm đãm bảo năng hiệu chỉnh 3 suất, chất lượng. vòng với tín + 2. hiệu đặt hàm Đặt 5.u(t) - 1 Sum3 - Điều khiển vị trí: Hai bài toán quan trọng: Hiệu chỉ nấc. * Tác động nhanh. * Dừng chính xác và hạn chế vọt lo. phương pháp giải quyết: ■ chọn sơ đồ điều khiển thích hợp ■ tín hiệu đặt theo quỹ đạo pha chuyển động tối ưu. Momen, tốc độ, vị trí là ba biến trạng thái của hệ thống điều khiển vị trí => có thể sử dụng HT điều khiển tọa đo (nhiều vòng) - Điều khiển tùy động: là dạng điều khiển vị trí với vị trí đặt thay đổi 11/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 12/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Phương pháp: - Tín hiệu đặt là hàm dốc - Điều khiển tốc độ/ momen theo dạng đường cong cho trước Ví dụ đồ thị tốc độ của truyền động nâng hạ buồng thang máy: v(t) t 5. Quá trình khởi động/ dừng: VII.2 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: Các bài toán: 1. Hệ thống Chỉnh lưu SCR – động cơ một chiều: - Giới hạn dòng khởi động ở giá trị cho phép. - Giới hạn gia tốc - hạn chế ứng suất trong các phần tử chuyển động - Đặt trước thời gian khởi động hay tăng tốc (acceleration)/ giảm tốc (deceleration). Cao cấp hơn: điều khiển theo đường cong cho trước. 13/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 14/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi - Vòng dòng điện: 1. Sơ đồ khối: CL Diod CL SCR ĐC hay SCR - Bộ chỉnh lưu cung cấp áp phần Lưới Cảm biến dòng: Điện trở shunt, Biến dòng DC, AC ứng và dòng kích từ. α Điện áp Mạch kích Điều khiển R 2 - Động cơ kích từ độc lập Đồng bộ Khối BBĐ 2 R Uđk phát xung 300/5 A 4 - loại BBĐ: điều khiển hoàn toàn/ kích SCR 4 Phản hồi phản hồi TI 2 không hoàn toàn Hiệu 300/5 A 3 chỉnh dòng 3 POT Nguyên lý ĐK: TI 1 1 Đặt tốc độ 1 Điều Khiển dòng - dưới tốc độ cơ bản: đk áp Bộ điều khiển Mạch hạn dòng đơn giản Cách lấy phản hồi ở dòng điên lớn - trên tốc độ cơ bản: đk kích từ 2. Sơ đồ điều khiển HT chỉnh lưu - Đcơ: - Vòng tốc độ: - Điều khiển tốc độ: hai vòng tốc độ, dòng điện Cảm biến tốc độ: Máy phát tốc DC, AC ( tacho generator), xung (pulse 15/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 16/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi tacho generator) Dùng BBĐ áp DC có thể dùng để điều khiển động cơ DC trong các PHÁT TỐC Quay thuân Quay ngược trường hợp: 12334 21 XUNG - Truyền động động cơ chấp hành A - Nguồn điện một chiều có sẵn B 1234556 77 6 4 321 Truyền động chấp hành (SERVO DRIVE): Phản hồi điện áp - Làm ngỏ ra, bộ phận chấp hành của HT điều khiển tự động Nguyên tắc phản hồi âm áp, dương dòng (cầu tốc độ) - là HT điều khiển vị trí: cho phép đão chiều, có momen lớn ở tốc độ thấp Nguyên tắc bù theo tải: phản hồi dương dòng - Có quán tính nhỏ, tác động nhanh - Ufh Ifh MẠCH R7 Phản hồi dòng R8 D2 D3 ĐỘNG LƯC C1 Phản hồi áp Việc thiết kế BBĐ có các điểm cần lưu ý sau: - - Ufh C2 R9 Phản hồi áp D4 R10 VCC R11 R12 C3 - Sơ đồ đk giống như bộ nguồn DC hay chỉnh lưu điều khiển pha. 11 + VCC R13 C4 Tạo hàm dốc 2 U1A M1 Đến mạch Q4 RUN / STOP1 1 6 U1B U1C - Để hạn chế dòng điện, mạch lái có bộ phận hạn dòng tức thời bên cạnh 3 7 9 phát xung R15 5 8 kích SCR Q5 POT R16 R17 10 shunt 4 việc sử dụng vòng điều khiển dòng điện, C5 - VCC R18 Phản hồi dòng Điều khiển áp Điều khiển dòng - Việc chọn sơ đồ động lực và điều khiển cần đề ý đến khả năng hãm Ifh II của BBĐ. 2. Điều khiển động cơ 1 chiều dùng BBĐ áp DC: VII.3 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC: 17/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 18/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 1. Nguyên lý hoạt động, phân loại: Cuộn dây 1a 1000100010001 - Quay từng góc xác định khi kích 1 xung vào cuộn dây thích hợp Cuộn dây 1b 0010001000100 - làm phần tử chấp hành trong các hệ thống tự động chỉ cần điều khiển Cuộn dây 2a 0100010001000 vòng hở và dùng kỹ thuật số. Cuộn dây 2b 0001000100010 - công suất bé. thời gian ---> Có ba loại động cơ bước: - Động cơ bước loại từ trở (reluctance type) Cuộn dây 1a 1100110011001 Cuộn dây 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 Cuộn dây 1b 0011001100110 Cuộn dây 2 0 1 0 0 1 0 0 1 0 Cuộn dây 2a 0110011001100 Cuộn dây 3 0 0 1 0 0 1 0 0 1 Cuộn dây 2b 1001100110011 Cực từ X Y X Y X Y X Y X thời gian ---> Cuộn dây 1 2 3 1 2 3 1 2 3 (a) thời gian ---> - momen giữ (holding torque) khi 1 và 2 cuộn dây có điện – điều khiển ½ bước - Động cơ bước loại nam châm vĩnh cửu: lực mạnh hơn - Động cơ bước hỗn hợp: là loại thông dụng nhất 19/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 20/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Động cơ bước 5 pha: có momen lớn, quay nhanh hơn. 2. Mạch lái cuộn dây động 24V R1 Terminal 1 ++++-----+++++-----+ cơ bước: Terminal 2 ---+++++-----+++++-- ĐK1 R2 Q1 - Mạch lái cuộn dây 1 cực D1 12V Terminal 3 ++-----+++++-----+++ tính để tạo dạng dòng có momen Terminal 4 -+++++-----+++++---- lớn nhất Tín hiệu điều khiển R3 Terminal 5 -----+++++-----+++++ - Mạch ổn định dòng điện và ĐK1 time ---> nguyên tắc vi bước (microstep) - Mạch động lực gồm 5 nửa cầu (10 ngắt điện) ĐK2 Q2 Dòng qua - Thứ tự 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1 (hình 3.17) cho một chiều quay và ngược R4 cuộn dây lại cho chiều ngược. ĐK2 R5 Tần số làm việc cực đại của động cơ bước (tốc độ quay tối đa): - nguyên nhân làm momen giảm khi tăng tần số xung - cách khắc phục: Dùng mạch lái hai nguồn Điều khiển gia / giảm tốc 21/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 22/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi VII.4 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU DÙNG BIẾN TẦN: 2. Đặc tính cơ động cơ KĐB và điều khiển tốc độ: 1. So sánh động cơ AC và DC: Động cơ AC gồm có: Hai mô hình dùng để khảo sát động cơ KĐB: - động cơ đồng bộ (ĐB ) dùng khi công suất rất lớn (hàng MW) - Mạch tương đương: khảo sát trạng thái xác lập hay quá độ điện cơ. - động cơ không đồng bộ (KĐB) dùng rộng rãi - Biểu diễn dạng ma trận hay trạng thái: chính xác nhưng phức tạp. So sánh động cơ một chiều và KĐB: a. Mạch tương đương động cơ KĐB và đặc tính cơ: w Động cơ DC Động cơ KĐB o - Xtator tạo ra từ trường quay (TTQ) tốc độ: w r Cấu tạo phức tạp, giá thành cao Cấu tạo đơn giản, giá thành hạ 60⋅ f Từ trường wf= 2.π . (rad/s) hay no = (RPM) trong đó quay o p Hiệu suất thấp, sụt tốc theo tải lớn Hiệu suất cao, sụt tốc theo tải bé wwor− Yêu cầu bảo trì thường xuyên Gần như không phải bảo trì f là tần số , p là số đôi cực , độ trượt: s = , wo Rotor Momen khởi động, khả năng quá tải Momen khởi động, khả năng quá tải (momen) lớn (momen) bé wr : tốc độ rotor Dòng khởi động lớn và không thể khỡi Dòng khởi động lớn và cho phép khỡi TTQuay (thay đổi) Ỉ dòng cảm ứng rotor động trực tiếp động trực tiếp Từ trường dòng rotor + TTQ Ỉ Momen quay Điều khiển tốc độ chất lượng cao bằng Điều khiển tốc độ chất lượng cao bằng => khi w Ỉ wO : dòng rotor, M Ỉ 0 : nên gọi là động cơ KĐB cách thay đổi áp phần ứng cách thay đổi tần số nguồn (biến tần). Điều khiển tần số động cơ KĐB đang được sử dụng rộng rãi. 23/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 24/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Xu: điện kháng từ jX1 R1 jX'2 jXnm hóa; Suy ra biểu thức của momen : ROTOR 2.Mt Ro: tổn hao trong XTATOR qui đổi về R'2/s jXu R'2/s M = U s s , U xtator + t mạch từ xtator. Ro jXu st s X’2 và R’2: điện 3.U 2 kháng, điện trở rotor (a) chính xác (b) gần đúng Momen tới hạn Mt = , 2.wxonm quy đổi về xtator. X1 + X’2 = Xnm R' ss==±2 Từ mạch tương đương gần đúng, dòng điện rotor quy đổi về xtator: Độ trượt tới hạn t xnm ' U U: điện áp pha I2 = 2 ' ' 2 ⎛⎞ R2 ' 2 R2 PIMw==3 Xnm + ⎜⎟=> công suất điện từ đt()2 o ⎝⎠s s Hình IV.1.2. Đặc tính cơ động cơ KĐB khi thay đổi áp xtator và (a) là đặc tính phụ tải quạt gió. 2 ΔΔ=P  PRIsPMws3.'' . = . = . Tổn hao của động cơ: 222( ) đt o Hai quan hệ cần lưu ý: => công suất cơ : P ==−Δ=−MPP.1ω ( sP) ođtđt Pđt= Mw. o và ΔPsMw= ..o 25/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 26/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi b. mô hình động động cơ KĐB và biểu thức momen: Mạch tương đương cho biết quan hệ momen theo dòng hiệu dụng: => không xét quán tính điện từ Nhận xét: Khi xét tác dụng tức thời của dòng điện (xét ảnh hưởng L): mô hình động - Khi s bé, momen M, dòng rotor quy đổi I’2 tỉ lệ với độ trượt s: Momen này tỉ lệ với tích vector của dòng điện rotor và từ thông khe hở: UUs. 2Mt ' 33^^ ^ ^ Ms I2 =  ' 2 Mp=×=..ψ mm Irr .. pψδ . I .sin , ' R2 st 2 ⎛⎞R2 22 Xnm + ⎜⎟ ⎝⎠s p: số đôi cực ^ => Momen tỉ lệ dòng rotor ψ m : vector từ thông xuyên (móc vòng) khe hở xtator-rotor (cũng là TTQ) ^ - Dòng điện khởi động từ 5.. 7 lần dòng định mức . I r : vector sức từ động (MMF) rotor - M bằng không ở tốc độ đồng bộ, δ : góc lệch giữa vector sức từ động rotor và vector từ thông khe hở, hệ số 3/2 - động cơ hãm (tương ứng chế độ máy phát) khi tốc độ lớn hơn tốc độ xuất hiện do các tính toán 3 pha. đồng bộ Khi phân tích dòng xtator thành hai thành phần dq: - không có ổn định tĩnh với tải mômen hằng số khi s > st hay s < - st . 3 ψ vàψ : từ thông móc vòng của khe hở, - Độ trượt ở momen định mức từ 3 .. 5 % => sụt tốc theo tải khá bé dm qm M =−pi(.ψψdm qs qm .) i ds 2 ids và iqs : dòng rotor trong hệ tọa độ quay. - Δ=PsMw..o không phụ thuộc phương án điều chỉnh tốc độ. 27/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 28/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Khi ta giữ hai vector từ thông và dòng rotor luôn thẳng góc,biểu 3. Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ: thức momen được viết lại: a. Các PP điều khiển tốc độ động cơ KĐB: 33 - Điều khiển năng lượng trượt: M =−=pi(.ψψ .) i pi ..ψ ψ qm.0i ds = => dm qs qm ds dm qs 22 - Không thay đổi tốc độ TTQ, Nếu ta giữ thông ψdm có biên độ không đổi, và vì từ thông móc vòng - thay đổi tốc độ động cơ bằng cách tăng sụt tốc (hay độ trượt). ψdm do dòng ids tạo ra: - Δ=P Msw.. o tăng theo độ trượt, => M =K.ids.iqs - độ trượt s cần phải bé hơn st => phạm vi hẹp. => biểu thức momen M có dạng như ở động cơ DC. - Điều khiển tốc độ TTQ: nhiều ưu điểm ĐÂY LÀ CƠ SỞ CỦA CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN VEC TƠ HAY TỰA TỪ THÔNG, là các PP hiện đại, cho phép động cơ AC thay thế DC - Thay đổi số đôi cực p: ưu: đơn giản; nhược: có nấc (thường là 2), động trong các truyền động chất lượng cao. cơ có kích thước, trọng lượng tăng cao. - Điều khiển tần số: điều chỉnh vô cấp, hiệu suất cao, có thể sử dụng vòng hở, chất lượng cao Ỉ rất cao khi ĐK vectơ từ thông ĐK tần số cũng là nguyên lý chung để ĐK tốc độ tất cả động cơ AC 29/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 30/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi b. Biến tần điều khiển động cơ KĐB: c. Các sơ đồ điều khiển HT biến tần – động cơ KĐB: Lưới - Có hai loại biến tần bán dẫn(thường được gọi là INVERTER): Có hai nhóm: - Điều khiển V/F Đặt U LướiL Tải - Điều khiển trực tiếp momen hay điều khiển Biến tần NL (Nghịch lưu) Đặt f A T1 T2 T3 33ND vector hay tựa từ thông. i L B o Điều khiển V/F : Hai thông số đk: U và f Tải C KCB v LướiL NL Tải - Nguyên lý cơ bản U / f = hằng số o R U/Uđm C Dùng bộ tạo hàm T4 T5 T6 33NA N - Biến tần trực tiếp (Cycloconverter) - chức năng Torque boost hay Load Compensation - Biến tần có trung gian một chiều: (c) (d) Dùng nghịch lưu nguồn dòng (NLND) (b) Đặc tính U / f: theo lý thuyết (a), thực tế (b), khi f Dùng nghịch lưu nguồn áp (NLNA). cần momen lớn (c) hay nhỏ (d). (a) Bài toán hạn chế bảo hòa từ ( B không đổi) U = k.S.B.N.f => U/f = hằng số : biến tần VF 31/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 32/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Sơ đồ điều khiển biến tần cổ điển (F/ V): + Vòng tốc độ thực tế: sai lệch tốc độ sau khi + + Biến tần: điều khiển chỉnh lưu + nghịch lưu + truyền động đcơ KĐB Đặt w s ĐK s ĐK tần số a. Sơ đồ điều khiển biến tần Lưới xử lý được xem là độ rotor trượt s: _ + nguồn áp vòng hở: w Bù sụt V r tốc ĐK điện áp - khi s bé momen tỉ tệ độ - Bù tải (bù sụt tốc) + f Phản hồi w + Biến tần trượt, ngỏ ra ĐK w rotor - tần số tối thiểu = 3 Hz ĐK s là bộ hiệu chỉnh PI có bảo hòa chính là giá trị momen Đặt tần ĐK tần số - hãm động năng, hãm tái sinh số f * động cơ b. Sơ đồ điều khiển biến tần cần thiết phù hợp nguyên lý điều khiển TĐĐ nguồn áp có phản hồi tốc độ: Động cơ - Khi ĐK w có dạng PI có bảo hòa, độ trượt được giới hạn, tránh trường hợp + Điều khiển 2 vòng thông thường: tần số đặt tăng quá cao. - điều khiển bằng sai V ĐK điện áp lệch tốc độ, ĐK w f có dạng PI. + + - Phản hồi âm dòng ĐK w ĐK I ĐK tần số Đặt w _ _ có ngắt Phản hồi w Phản hồi dòng ĐK ngắt dòng 33/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 34/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Sơ đồ điều khiển vecto HT biến tần động cơ KĐB: VII.5 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CỔ GÓP Biến tần có mođun tính toán thông số hoạt động của động cơ KĐB để: 1. Nguyên lý hoạt động động cơ một chiều không cổ góp: Có dòng xtato sao cho: Động cơ Đồng bộ 3 pha + bộ nghịch lưu đóng ngắt theo vị trí của rotor vector từ thông và dòng rotor luôn thẳng góc => bộ nghịch lưu làm nhiệm vụ của cổ góp động cơ một chiều => M =K.ids.iqs vector từ thông và dòng rotor luôn thẳng góc VDC C Bộ tổng hợp dòng điện hình sin ba pha iα ia M ~ i d (d,q) (α,β) i Bộ nghịch b PWM lưu điện áp i β ic Ψ ~ iq (α,β) (a,b,c) cos w t sin w t w e e chuẩn vector cơ hệ Ψ α Ψ β ^ Cảm biến |Ψ | Tính biên độ từ thông m từ thông Nguyên lý ĐK vectơ động cơ KĐB có dùng cảm biến từ thông khe hở 35/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 36/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Có nhiều dạng động cơ một chiều không cổ góp: 2. Sơ đồ điều khiển: - Động cơ chấp hành xoay chiều (AC servo motor) (thường đi kèm bộ Để điều khiển động cơ một chiều không cổ góp, cần các bộ phận sau: điều khiển - servo driver) có momen rất lớn. - Bộ nghịch lưu ba pha dùng transistor hay SCR ở công suất rất lớn. - Động cơ từ trở đóng ngắt (Switched Reluctance Motor) công suất bé - Cảm biến vị trí rotor (bộ phận này có thể bị thay thế bằng việc quan sát áp (dòng) qua cuộn dây. - Mạch phát xung, xử lý tín hiệu vị trí rotor để điều khiển bộ nghịch lưu. Sơ đồ phát xung điều khiển BBĐ: - In put: cảm biến từ trường đặt giữa cuộn dây - output: đóng ngắt sao cho dòng pha sớm 90O từ trường (cùng pha áp cảm ứng) sơ đồ khối cảm biến từ trường - Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet dùng hiệu ứng Hall Synchronous Motor – PM Motor) dùng chung biến tần với động cơ KĐB - Động cơ một chiều không cổ góp công suất rất lớn (MW) dùng với nghịch lưu SCR chuyển mạch lưới 37/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 38/38 ch7-8 ĐK ĐCơ /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Quay thuận: Tr1 = (–H2) . H3 Tr4 = H2 . (–H3) Quay ngược: Tr4 = (–H2) . H3 Tr1 = H2 . (–H3) (a) Dòng bắt đầu chạy từ C qua A (b) Dòng bắt đầu chạy từ C qua B NGUYÊN LÝ ĐK ĐIỆN ÁP (để ĐK tốc độ): Điều rộng xung nhóm 1, 2, 3 Hệ thống điều khiển vòng kín: - hoàn toàn giống như ở động cơ một chiều - vòng dòng điện, tốc độ, vị trí tính từ trong ra ngoài.