ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
IV. CÁC TRẠNG THÁI HÃM
Trong chế độ hãm, động cơ hoạt động ở chế độ máy phát: nhận năng lượng tải và biến thành điện năng. Tuỳ theo cách tiêu tán năng lượng này, ta có phương pháp hãm khác nhau:
1. Hãm tái sinh 2. Hãm động năng 3. Hãm ngược
1. Hãm tái sinh(regenerative braking)
Trong chế độ hãm tái sinh, động cơ nhận năng lượng từ tải, biến thành điện năng và trả về lưới. Đây là phương pháp hãm có hiệu suất cao nhất.
Động cơ DC kích từ độc lập:
Mạch tương đương và đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập trrong chế độ hãm tái sinh được biểu diễn trên hình 4.7
Trong chế độ hãm tái sinh, suất điện động E cần phải lớn hơn nguồn cung cấp V và dòng qua động cơ chảy theo hướng ngược lại so với chế độ động cơ. Khi sử dụng chế độ biến đổi bán dẫn, cần lưu ý là ở chế độ hãm tái sinh, hệ thống Bộ
|E| > |V|
V +
- +
- E
Iử
(a)Mạch tương đương
II I
Giảm V φ = const Giảm φ V = const
(b) Đặc tính cơ Hình 4.7 :Hãm tái sinh động cơ kích từ độc lập Rử
biến đổi(BBĐ)–Động cơ phải có khả năng tải dòng theo cả hai chiều hoặc phải đảo chiều được điện áp ra. Để thực hiện được điều này, BBĐ phải có cấu hình và quy luật điều khiển thích hợp.
Bằng cách điều khiển điện áp phần ứng, dòng phần ứng và tương ứng là momen hãm có thể được điều khiển theo yêu cầu truyền động.
Động cơ DC kích từ nối tiếp:
Động cơ kích từ nối tiếp không thể dùng ở chế độ hãm tái sinh bằng cách nối mạch đơn giản như động cơ DC kích từ độc lập.
Phương pháp thường sử dụng cho động cơ kích từ nối tiếp trong chế độ hãm tái sinh là nối động cơ như một động cơ kích từ song song. Cuộn kích từ này được nối tiếp với điện trở phụ hạn chế dòng kích từ trong một phạm vi an toàn. Một phương pháp khác là sử dụng bộ biến đổi chopper với cấu hình thích hợp và đấu nối lại cuộn kích từ để động cơ hoạt động tương tự như một động cơ kích từ độc lập.
2. Hãm động năng(Dynamic braking)
Việc hãm động năng với động cơ DC được thực hiện bằng cách ngắt nguồn cung cấp ra khỏi động cơ và nối phần ứng động cơ qua một điện trở thích hợp. Động cơ lúc này hoạt động như một máy phát tạo ra momen hãm.
Sơ đồ đấu dây của động cơ DC khi hãm động năng trình bày ở hình 4.8 cho động cơ kích từ độc lập và hình 4.9 cho động cơ kích từ nối tiếp.
Ikt F1
F2
+ - -
+
V E
A1
A2
(a) : Chế độ động cơ
Iử F1 Ikt
F2
+ - E
A1
A2
(b) : Hãm động năng kích từ độc lập Iử
+ -
Trong trường hợp hãm động năng kích từ độc lập, đặc tính cơ của động cơ khi hãm có thể tính toán bằng công thức (4-5 ) với V=0 và giá trị thích hợp của Rư (kể đến điện trở hãm trong mạch phần ứng).
Trong trường hợp hãm động năng tự kích từ, việc tính toán đặc tính cơ cần kể đến đặc tính từ hoá của động cơ vì đoạn bảo hoà của đặc tính từ hoá có ảnh hưởng đến đặc tính cơ khi hãm.
Hỡnh 4.10(a) biểu diễn đặc tớnh cơ của động cơ kớch từ đụùc lập khi hóm động năng với các giá trị điện trở hãm khác nhau. Lưu ý là trong trường hợp giảm động năng tự kích từ, ứng với một giá trị của điện trở hãm sẽ có một giá trị tới hạn (critical) của tốc độ ωth , với tốc độ thấp hơn giá trị tới hạn này chế độ máy phát điện của động cơ sẽ không xảy ra vì điều kiện tự kích không thỏa (ω , trên
A1 Ikt F1
Iử
(c) : Hãm động năng tự kích từ A2
+ - E
F2
Hình 4.8 : Sơ đồ đấu dây khi hãm động năng động cơ kích từ độc lập
E A1
A2 +
-
S1 S2
Iử
+ -
(a) : Chế độ động cơ
Rh
S1 S2
A1
A2 +
-
(b) : Chế độ hãm động năng tự kích từ E
Hình 4.9 : Sơ đồ đấu dây khi hãm động năng động cơ kích từ nối tiếp V
hình 4.10). Do đó, với tốc độ nhỏ hơn tốc độ giới hạn đã nói, momen hãm bằng zero và năng lượng chỉ được tiêu hao bằng ma sát trong hệ truyền động.
Với động cơ kích từ nối tiếp, khi hãm động năng cần đảo chiều cuộn kích từ hoặc phần ứng để tránh việc dòng qua động cơ đảo chiều gây khử từ động cơ. Sơ đồ đấu dây như hình 4.9. Đặc tính động cơ khi hãm động năng biểu diễn trên hình 4.10 (b). Đặc tính này có thể tính toán từ công thức (4-4) và (4-5) bằng cách thay giá trị V=0 và Rư là tổng của điện trở phần ứng và điện trở hãm, đồng thời có tính đến đặc tính từ hóa của động cơ.
Theo công thức (4-10), trong vùng tuyến tính của đặc tính từ hóa, tốc độ trở nên độc lập với momen động cơ và cho bởi công thức:
kt th KKử
= R
ω (4-11)
Đây cũng là tốc độ tới hạn trên đặc tính hãm của động cơ, dưới tốc độ này momen hãm bằng zero.
3. Hãm ngược
Đối với động cơ DC kích từ độc lập(hoặc kích từ song song), chế độ hãm ngược xảy ra khi cực tính nguồn hoặc phần ứng động cơ đổi chiều khi động cơ đang hoạt động. Dòng qua động cơ sẽ có chiều ngược với chiều của dòng điện ở chế độ động cơ và sinh ra momen hãm ngược như hình 4.11(a). Đối với động cơ kích từ nối tiếp, việc hãm ngược thực hiện bằng cách đảo cực tính phần ứng hoặc cuộn kích từ nhử hỡnh 4.11(b).
ω
ωth1 ωth2
M Rh2 Rh1
Rh1>Rh2
(a) : Động cơ kích từ độc lập
:Kích từ độc lập :Tự kích từ
ω
ωth1 ωth2 M Rh2 Rh1
Rh1>Rh2
(b) : Động cơ kích từ nối tiếp Hình 4.11: Đặc tính cơ của động cơ DC khi hãm động năng
Thông thường, cần thêm điện trở vào mạch phần ứng để hạn chế dòng hãm ở giá trị cho phép.
Đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập và kích từ nối tiếp khi hãm ngược biểu diễn trên hình 4.12. Các đặc tính cơ này nhận được bằng cách thay V bằng –V trong các công thức (4-5) hoặc (4-10). Momen hãm ≠ zero khi tốc độ là zero. Khi hãm ngược được dùng để hãm dừng động cơ, cần ngắt nguồn cung cấp khi tốc độ gần bằng zero, nếu không động cơ sẽ gia tốc theo chiều ngược lại.
Hãm ngược là phương pháp cho hiệu suất thấp, vì năng lượng của tải và nguồn đều tiêu hao hết trên điện trở phần ứng và điện trở hãm.
V . HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CÓ HÃM Phần lớn các hệ truyền động có hãm (multiquarant drive) với các bộ biến đổi bán dẫn thường sử dụng chế độ hãm tái sinh.
Hình 4.13 cho thấy cực tính của nguồn V, sức điện động cơ E và chiều dòng phần ứng Iư trong các phần tư làm việc khác nhau. Các đại lượng V, E và Iư được xem là dương khi động cơ hoạt động trong phần tư I (chế độ động cơ).
E Rh
+ -
Iử A1
A2 F1
F2
+ -
(a) : Động cơ DC kích từ độc lập
+ -
S1 S2 A2
A1 + V -
Iử
(b) : Động cơ DC kích từ nối tiếp Hình 4.11 : Hãm ngược động cơ DC
E +
-
M Kích từ ω
Độc lập
Kích từ Noái tieáp
Hình 4.12 : Đặc tính cơ động cơ DC khi hãm ngược
Khảo sát trên cho thấy rằng để hệ thống hoạt động được ở chế độ động cơ và hãm tái sinh theo chiều thuận(phần tư I và II), bộ biến đổi cần cung cấp điện áp dương và có khả năng dẫn dòng theo cả hai chiều. Để hệ thống hoạt động được ở chế độ động cơ theo chiều thuận và hãm tái sinh theo chiều ngược (phần tư I và III), bộ biến đổi cần có khả năng cung cấp điện áp theo cả hai chiều mà không cần khả năng đảo chiều dòng. Để hệ thống hoạt động được ở cả 4 phần tư, bộ biến đổi cần có khả năng đảo chiều dòng và áp.
+ - E V>E
+ - V
Iử
Chế độ động cơ theo chiều thuận +
- E V<E
+ - V
Iử
Chế độ hãm theo chiều thuận
+ - E
|V|<|E|
+ - V
Chế độ hãm theo chiều ngược +
- E
|V|>|E|
+ - V
Chế độ động cơ theo chiều ngược
Momen Tốc độ
Hình 4.13 : Dấu của V ,E và chiều Iư trong các chế độ làm việc khác nhau
Rử Rử
Rử Rử
CHệễNG V