Giới thiệu chung
Khối động cơ DC một pha chỉnh lưu hai góc phần tư (DC1) là một phần của bộ truyền động hai góc phần tư, hoạt động trên nền tảng một pha và sử dụng hệ thyristor đối xứng.
- Bộ này có tính năng kiểm soát tốc độ vòng kín với hoạt động hai góc phần tư
Thông số động cơ
Các thông số dưới đây được lấy từ mô hình MATLAB
Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Điện áp phần ứng Va 240 V
Dòng điện phần ứng Ia 18 A
Công suất P 3.728 kW Điện trở phần ứng Ra 0.78 Ω Điện cảm phần ứng La 0.016 H Điện trở kích từ Rf 150 Ω Điện cảm kích từ Lf 112.5 H
Bảng giá trị các thông số ban đầu
Mô hình mạch và mô hình toán
Mô hình toán
- Phương trình cho mạch phần ứng
- Phương trình cho mạch kích từ
Sơ đồ khối
ẢNH HƯỞNG CỦA R A ,V A , Φ ĐẾN ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ
Ảnh hưởng của R tới đặc tính cơ
- Tác động của R phụ đến các thông số động cơ kích từ độc lập
2 Giảm mô men mở máy
3 Tốc độ không tải không đổi
4 Độ cứng đường đặc tính cơ mềm hơn
5 Ảnh hưởng tốc độ định mức của động cơ
2 Mô men mở máy: KΦ*Imm= 378.47 (Nm)
3 Tốc độ không tải: Va/KΦ= 195.12 (rad/s)
4 Độ cứng đặc tính cơ: -( KΦ)*( KΦ)/Ra= -1.939
5 Tốc độ định mức: (Va – Ia*Ra)/ KΦ= 183.7 (rad/s)
1 I mở máy: Va/(Ra+Rp)= 121.21 (A)
2 Mô men mở máy: KΦ*Imm= 149.09 (Nm)
3 Tốc độ không tải: Va/ KΦ= 195.12 (rad/s)
4 Độ cứng đặc tính cơ: -( KΦ)*( KΦ)/(Ra+Rp)= -0.764
5 Tốc độ làm việc: (Va – Ia*(Ra+Rp))/ KΦ= 166.14 (rad/s)
1 I mở máy: Va/(Ra+Rp)= 75.47 (A)
2 Mô men mở máy: KΦ*Imm= 92.83 (Nm)
3 Tốc độ không tải: Va/ KΦ= 195.12 (rad/s)
4 Độ cứng đặc tính cơ: -( KΦ)*( KΦ)/(Ra+Rp)= -0.476
5 Tốc độ làm việc: (Va – Ia*(Ra+Rp))/ KΦ= 148.58 (rad/s)
1 I mở máy: Va/(Ra+Rp)= 54.79 (A)
2 Mô men mở máy: KΦ*Imm= 67.39 (Nm)
3 Tốc độ không tải: Va/ KΦ= 195.12 (rad/s)
4 Độ cứng đặc tính cơ: -( KΦ)*( KΦ)/(Ra+Rp)= -0.345
5 Tốc độ làm việc: (Va – Ia*(Ra+Rp))/ KΦ= 131.02 (rad/s)
1 I mở máy: Va/(Ra+Rp)= 43.01 (A)
2 Mô men mở máy: KΦ*Imm= 52.9 (Nm)
3 Tốc độ không tải: Va/ KΦ= 195.12 (rad/s)
4 Độ cứng đặc tính cơ: -( KΦ)*( KΦ)/(Ra+Rp)= -0.271
5 Tốc độ làm việc: (Va – Ia*(Ra+Rp))/ KΦ= 113.46 (rad/s)
1 Từ các tính toán lý thuyết, ta thấy tác động của Rp với các thông số của động cơ đúng như đã nêu ra ở trên
2 Từ đó ta thu được nhận xét: Rp càng lớn thì đặc tính cơ càng mềm tức càng nhỏ
3 Đặc tính cơ càng mềm thì mô men khởi động và I khởi động càng nhỏ
4 Mômen mở máy khi Rp= 4,8 ohm là 53, xấp xỉ 2,3 lần mômen định mức giúp động cơ làm việc an toàn, ổn định
Dùng matlab mô phỏng lại động cơ và workspace để lấy dữ liệu và vẽ đồ thị
Kết quả thu được rất gần với lý thuyết, chứng tỏ các kết luận thu được từ lý thuyết là chính xác.
Ảnh hưởng của Va tới đặc tính cơ
Các công thức liên quan:
Phương trình đặc tính cơ :
• Độ cứng của đặc tính cơ:
• Tốc độ không tải lí tưởng:
Giả thiết rằng R và KՓ không đổi, ta thay đổi điện áp phần ứng Va Từ những công thức trên ta suy ra được:
+) Độ cứng đặc tính cơ không thay đổi
+) Tốc độ của động cơ thay đổi, trong đó tốc độ không tải lí tưởng sẽ tỉ lệ với
+) Mô men và dòng động khởi động tỉ lệ với Va
Thay đổi Va dưới mức định mức ta có đồ thị: Ảnh hưởng Va tới đặc tính cơ lý thuyết
2.2.2 Mô phỏng bằng Matlab simulink:
- Sử dụng matlab để mô phỏng lại động cơ
- Thay đổi Va nhận các giá trị lần lượt là 200V, 150V, 100V
- Lấy thông số sang workspace để vẽ đồ thị
Nhận xét kết quả mô phỏng:
- Kết quả gần với lý thuyết, đúng với những kết quả đã suy ra ở trên
- Đường đặc tính cơ mềm hơn so với đặc tính cơ tự nhiên.
Ảnh hưởng từ thông ϕ tới đặc tính cơ
Khi giữ điện áp phần ứng không đổi (Uư = Uđm = const) và không nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng (Rf = 0, Rư = const), việc thay đổi dòng kích từ sẽ dẫn đến sự thay đổi của từ thông.
- Tốc độ không tải lí tưởng tỉ lệ nghịch với từ thông:
- Độ cứng đặc tính cơ tỉ lệ với bình phương từ thông:
- I mở máy: Imm= Va/ Ra= 307.7 (A)
- Momen mở máy: Mmm=KΦ* Imm= 378.47(Nm)
- Tốc độ định mức: (Va – Ia*Ra)/ KΦ= 183.7 (rad/s)
Khi giảm từ thông, đặc tính cơ mềm hơn và được biểu diễn dưới sơ đồ sau: Ảnh hưởng từ thông tới đặc tính cơ lý thuyết
- Dùng matlab mô phỏng động cơ và vẽ đồ thị:
+ Kết quả mô phỏng gần đúng so với lí thuyết
+Mô men kởi động giảm theo từ thông
+Tốc độ không tải tỉ lệ nghịch với từ thông.
KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
Các vấn đề khi khởi động động cơ trực tiếp
- Các vấn đề khi khởi động trực tiếp :
= + (thường lớn hơn Iđm từ 8-10 lần ) dẫn tới nóng máy, có hại cho động cơ
- Độ giật lớn gây ảnh hưởng đến kết cấu cơ khí, nguy hiểm với các phụ tải nâng hạ như cầu trục,thang máy
- Do đó cần phải hạ dòng khởi động bằng cách :
+ Dùng thêm điện trở phụ
+ Tăng dần dần điện áp phần ứng
- Yêu cầu : Dòng khi bắt đầu mở máy Ikđ ≤ 2.5Iđm
Quá trình khởi động trực tiếp
- Dòng điện khời động tính toán theo công thức: st t ar a a f
Ra - Điện trở phần ứng
Rf -Điện trở phụ =∑ Ri
- Không sử dụng điện trở phụ :
Dòng khởi động trực tiếp
Khởi động sử dụng 3 cấp điện trở phụ
Sơ đồ mạch Mô tả quá trình
3.3.2.Tính toán các điện trở phụ
- Lúc này cắt điện trở R1, dòng điện sẽ tăng lên theo công thức :
- Tương tự như trên, sẽ tính ra các giá trị R1=3 Ω, R2=1.5 Ω, R3=0.72 Ω
- Thời điểm cắt 3 điện trở tại Ia =I2 A
Do đó ta lấy được 3 thời điểm cắt điện trở lần lượt là :2.05s, 3.13s, 3.73s
3.3.3.Mô phỏng quá trình khởi động với 3 cấp điện trở
CÁC QUÁ TRÌNH HÃM CỦA ĐỘNG CƠ
Khái niệm về trạng thái hãm động cơ
Khi đề cập đến máy điện quay, đặc biệt là động cơ điện, hãm là quá trình điều chỉnh tốc độ của động cơ, chủ yếu là nhằm giảm tốc độ.
Trạng thái hãm của động cơ được hiểu là tình huống mà moment điện từ cung cấp cho động cơ hoạt động như một moment cản, ngược chiều với chiều quay của động cơ Điều này tương tự như tác dụng của moment điện từ trong máy phát điện, đặc biệt là ở động cơ một chiều, nơi các trạng thái hãm được xem như chế độ hoạt động của máy phát.
Các trạng thái hãm thường được chia thành ba loại lớn: hãm tái sinh, hãm động năng và hãm ngược.
Hãm tái sinh
4.2.1 Khái niệm hãm tái sinh
Hãm tái sinh là trạng thái hãm của động cơ điện, trong đó một phần năng lượng động năng được chuyển từ động cơ trở lại nguồn điện, thay vì bị thất thoát ra môi trường dưới dạng hao phí, chủ yếu là nhiệt.
4.2.2 Điều kiện xảy ra hãm tái sinh Động cơ điện làm việc ở trạng thái hãm tái sinh khi thỏa mãn các điều kiện sau:
- Tốc độ làm việc lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng, hay sức điện động phần ứng (Ea) lớn hơn điện áp phần ứng (Va)
- Sử dụng bộ biến đổi công suất có khả năng đưa năng lượng dưới dạng điện năng trở lại nguồn cung cấp (acquy hoặc lưới điện) a) b)
Minh họa động cơ điện một chiều với điểm làm việc trạng thái động cơ B, B’ và điểm làm việc trạng thái hãm tái sinh A, A1, A2, A3
4.2.3 Phương pháp hãm tái sinh Điều kiện bắt buộc để động cơ điện có thể làm việc ở chế độ hãm tái sinh là sử dụng bộ biến đổi công suất có khả năng đưa năng lượng dưới dạng điện năng trở lại nguồn
Để tăng tốc độ làm việc vượt quá tốc độ không tải lý tưởng, ngoài việc tận dụng các quá trình tự nhiên như hạ tải và xuông dốc, có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau Đối với động cơ điện một chiều hoạt động ở 4 góc phần tư, ta có thể giảm đột ngột điện áp phần ứng hoặc kết hợp với hãm ngược, cho phép động cơ khởi động theo chiều quay ngược và đạt đến trạng thái hãm tái sinh Trong khi đó, động cơ điện một chiều chỉ hoạt động ở 2 góc phần tư có những giới hạn riêng trong khả năng điều khiển.
Trong động cơ DC, việc giảm điện áp để chuyển điểm làm việc sang góc phần tư II là không khả thi Tuy nhiên, chúng ta có thể thực hiện điều này để di chuyển điểm làm việc sang góc phần tư IV.
Tại điểm làm việc ban đầu (điểm B), điện áp phần ứng được giảm liên tục bằng cách tăng góc mở α của các thyristor Khi điểm làm việc chuyển đến đường đặc tính Vi (điểm C), điện áp phần ứng Va đổi dấu tại góc mở α 90 độ, khiến bộ chỉnh lưu hoạt động ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc Từ đây, động cơ hoạt động trong trạng thái hãm tái sinh với tốc độ quay lớn hơn tốc độ quay không tải lý tưởng (|ω ‘ | > |ω0 ‘|, ω ‘ < 0, ω0 ‘
