DC_Motor_Lesson1.pdf

TRUYỀN ĐỘNG MỘT CHIỀU
Nhóm Truyền Động Điện
Viện Điện - Bộ Môn Tự Động Hóa Công Nghiệp
Đc: C9-104, Đại Học Bách Khoa Hà Nội

NỘI DUNG BÀI GIẢNG
• 2.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động
• 2.2 Mô hình hóa động cơ DC
• 2.3 Đặc tính cơ và các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ
• 2.4 Khởi động động cơ DC
• 2.5 Các chế độ phanh hãm
• 2.6 Các phương pháp điều khiển tốc độ
• 2.7 Hệ DC 4 góc phần tư
• 2.8 Điều khiển vòng kín hệ DC
2

2.1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
3

4
Hình 2.1. Cấu tạo động cơ DC

5
❖ Quá trình chuyển mạch:
o Lực điện từ:
𝐹 = 𝐵𝑙𝐼
o Sức điện động:
𝑒 = 𝐵𝑙𝑣
o Từ cảm:
𝐵 =
𝜇0𝑁𝐼
𝑔
Hình 2.2. Quá trình chuyển mạch và dạng mô men điện từ

6
❖ Để giảm độ đập mạch mô men, cần nhiều cuộn dây.
Hình 2.3. Cấu trúc nhiều thanh dẫn để giảm mô men đập mạch

7
❖ Phản ứng phần ứng.
Hình 2.4. Đường sức từ của động cơ DC khi bỏ qua phản ứng phần ứng

8
❖ Phản ứng phần ứng
❑Chú ý: chổi than luôn đặt ở đường trung tính vật lý.
Hình 2.5. Đường sức từ của động cơ DC khi có phản ứng phần ứng

9
❖ Cực từ phụ:
o Bù phản ứng phần ứng.
o Mắc nối tiếp với phần ứng.
Hình 2.6. Động cơ DC với cực từ phụ

2.2. MÔ HÌNH HÓA
10
❖ Phương trình động học
o
Hình 2.7. Sơ đồ tương đương của động cơ DC

2.2. MÔ HÌNH HÓA
11
o Điện áp phần ứng:
𝑉
𝑎 = 𝑅𝑎𝐼𝑎 + 𝐿𝑎
𝑑𝑖𝑎
𝑑𝑡
+ 𝑒𝑎
o Sức phản điện động (Back Electromotive Force – back EMF)
𝑒𝑎 = 𝐾𝑇Φ𝑓𝜔𝑚
o Mô men điện từ:
𝑇𝑒 = 𝐾𝑒Φ𝑓𝐼𝑎
o Phương trình chuyển động:
𝑇𝑒 = 𝐽
𝑑𝜔𝑚
𝑑𝑡
+ 𝐵𝜔𝑚 + 𝑇𝐿
o Điện áp kích từ
𝑈𝑓 = 𝑅𝑓𝐼𝑓 + 𝐿
𝑑𝐼𝑓
𝑑𝑡
❑ Thực tế: 𝐾𝑇 = 𝐾𝑒 = 𝐾

2.2. MÔ HÌNH HÓA
12
Hình 2.8. Mô tả động cơ DC kích từ độc lập
Hình 2.9. Đáp ứng tốc độ của động cơ DC

2.3. ĐẶC TÍNH CƠ
13
❖ Trạng thái xác lập:
൞
𝑉
𝑎 = 𝑅𝑎𝐼𝑎 + 𝐸𝑎
𝐸𝑎 = 𝐾Φ𝑓𝜔𝑚
𝑇𝑒 = 𝐾Φ𝑓𝐼𝑎
❖ Phương trình đặc tính cơ điện:
𝜔𝑚 =
𝑉
𝑎
𝐾Φ𝑓
−
𝑅𝑎
𝐾Φ𝑓
𝐼𝑎
❖ Phương trình đặc tính cơ:
𝜔𝑚 =
𝑉
𝑎
𝐾Φ𝑓
−
𝑅𝑎
𝐾Φ𝑓
2 𝑇𝑒
❖ Độ cứng đặc tính cơ:
𝛽 =
𝑑𝑇𝑒
𝑑𝜔𝑚
= −
𝐾Φ𝑓
2
𝑅𝑎

14
❖ Độ sụt tốc độ:
Δ𝜔𝑚 =
𝑅𝑎
𝐾Φ𝑓
2 𝑇𝑒 =
𝑅𝑎
𝐾Φ𝑓
𝐼𝑎
❖ Tốc độ không tải lý tưởng:
𝜔0 =
𝑉
𝑎
𝐾Φ𝑓
𝑇 [𝑁. 𝑚]
𝜔
[𝑟𝑎𝑑/𝑠]
𝜔0, 0
Δ𝜔
𝜔𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
𝑇𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 𝐼[𝐴]
𝜔
[𝑟𝑎𝑑/𝑠]
𝜔0, 0
𝐼𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
Hình 2.10. Đặc tính cơ động cơ DC Hình 2.11. Đặc tính cơ-điện động cơ DC

15
❖ Dòng khởi động (Locked Rotor Current)
𝐼start =
𝑉
𝑎
𝑅𝑎
≈ 8 ÷ 10 𝐼𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
❖ Mô men khởi động (Locked Rotor Torque)
𝑇𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 𝐾Φ𝑓
𝑉
𝑎
𝑅𝑎
Hình 2.12. Mô men khởi động (LRT) Hình 2.13. Dòng khởi động (LRC)
𝑇 [𝑁. 𝑚]
𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠]
𝜔0, 0
𝑇𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 𝑇𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 𝐼 [𝐴]
𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠]
𝜔0, 0
𝐼𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 𝐼𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡

16
❖ Ảnh hưởng của điện áp phần ứng
o Giả thiết:
𝑅𝑎 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡
Φ𝑓 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡
o Độ cứng đặc tính cơ:
𝛽 =
𝑑𝑇𝑒
𝑑𝜔𝑚
= −
𝐾Φ𝑓
2
𝑅𝑎
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡
o Tốc độ không tải lý tưởng tỉ lệ với 𝑉
𝑎:
𝜔0 =
𝑉
𝑎
𝐾Φ𝑓
o Mô men và dòng khởi động tỉ lệ với 𝑉
𝑎 :
𝑉
𝑎
𝑅𝑎

17
❖ Ảnh hưởng của điện áp phần ứng
Hình 2.14. Đặc tính cơ điều chỉnh điện áp phần ứng
𝑇𝐿 𝑇
𝜔
[𝑟𝑎𝑑/𝑠]
𝜔0
𝑉𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
𝜔01
𝑉𝑎1
𝜔02
𝑉𝑎2
𝜔03
𝑉𝑎3
𝜔04
𝑉𝑎4
𝑉𝑎_𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 > 𝑉𝑎1 > 𝑉𝑎2 > 𝑉𝑎3 > 𝑉𝑎4

18
❖ Ảnh hưởng của từ thông kích từ
o Giả thiết:
𝑅𝑎 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡
𝑉
𝑎 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡
Φ𝑓 𝑘ℎô𝑛𝑔 𝑏ị 𝑏ã𝑜 ℎò𝑎
o Độ cứng đặc tính cơ giảm theo từ thông:
𝛽 =
𝑑𝑇𝑒
𝑑𝜔𝑚
= −
𝐾Φ𝑓
2
𝑅𝑎
o Tốc độ không tải lý tưởng tỉ lệ nghịch
với từ thông:
𝜔0 =
𝑉
𝑎
𝐾Φ𝑓
o Mô men khởi động giảm theo từ thông :
𝑉
𝑎
𝑅𝑎
o Dòng khởi động không thay đổi:
𝐼𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 =
𝑉
𝑎
𝑅𝑎
𝜙𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 > 𝜙1 > 𝜙2
𝜔02
𝑇𝑚2
𝜙2
𝜔01
𝑇𝑚1
𝜙1
𝑇
𝜔
[𝑟𝑎𝑑/𝑠]
𝜔0
𝑇𝑚
𝜙𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
𝜙𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 > 𝜙1 > 𝜙2
𝜔02
𝜙2
𝜔01
𝜙1
𝐼
𝜔
[𝑟𝑎𝑑/𝑠]
𝜔0
𝐼𝑚
𝜙𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
Hình 2.15. Đặc tính cơ dưới
ảnh hưởng của từ thông

❖ Ảnh hưởng của điện trở phần ứng
oGiả thiết:
𝑉
𝑎 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡
Φ𝑓 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡
o Độ cứng đặc tính cơ giảm khi tăng
điện trở:
𝛽 =
𝑑𝑇𝑒
𝑑𝜔𝑚
= −
𝐾Φ𝑓
2
𝑅𝑎 + 𝑅𝑎𝑑
o Tốc độ không tải lý tưởng không đổi
𝜔0 =
𝑉
𝑎
𝐾Φ𝑓
o Mô men và dòng khởi động giảm khi
điện trở tăng:
𝑉
𝑎
𝑅𝑎
; 𝐼𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 =
𝑉
𝑎
𝑅𝑎
Hình 2.16. Ảnh hưởng của điện trở phần ứng
𝑇𝐿 𝑇
𝜔
[𝑟𝑎𝑑/𝑠]
𝜔0
𝑅𝑎𝑑𝑗1
𝑅𝑎𝑑𝑗2
𝑅𝑎𝑑𝑗3
𝑅𝑎𝑑𝑗4
𝑇𝑁
19

2.4. KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
❖ Trình tự khởi động:
o Cấp nguồn kích từ.
o Cấp nguồn phần ứng.
❑ Chú ý: động cơ DC luôn có bảo vệ mất kích từ.
❖ Các vấn đề khi khởi động trực tiếp:
o Dòng khởi động rất lớn:
𝑉
𝑎
𝑅𝑎
≈ 8 ÷ 10 𝐼𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
o Độ giật lớn gây ảnh hưởng đến kết cấu cơ khí.
o Đặc biệt nguy hiểm đối với phụ tải nâng hạ như cầu trục, thang máy.
❖ Biện pháp khắc phục:
o Nối thêm điện trở phần ứng.
o Tăng dần điện áp phần ứng.
20

❖ Hạn chế dòng khởi động bằng điện trở phần ứng
o Thời điểm khởi động:
𝑉
𝑎
𝑅∑
≤ 2.5𝐼𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
o Khi động cơ đã quay:
𝐼𝑠𝑤 =
𝑉
𝑎 − 𝑒𝑎
𝑅∑𝑖
+
-
𝑅𝑎
𝐿𝑎
𝐿𝑓 𝑅𝑓
𝑣𝑓
𝑒𝑎
+
-
𝑖𝑓
𝑖𝑎
𝑣𝑎
+
-
𝑅1 𝑅2 𝑅3
Hình 2.17. Hạn chế dòng khởi động bằng điện trở
21

22
𝐼
𝜔
[𝑟𝑎𝑑/𝑠]
𝜔0
𝐼𝐿
𝜔𝑚
𝑎
𝑏
𝑑
𝑓
𝑐
𝑒
𝑔
ℎ
𝐼𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡
𝑖
Δ𝜔𝑇𝑁
Δ𝜔𝑁𝑇
Hình 2.18. Họ đặc tính cơ quá trình khởi động
22

❑ Nhược điểm:
o Kích thước thiết bị lớn.
o Phát nhiệt mạnh.
o Quá trình chuyển mạch gây xung động dòng điện và mô men lớn.
o Ngày nay hầu như không sử dụng trong thực tế.
23

24
❖ Bài tập:
o Tìm một động cơ DC bất kỳ trong catalog của hãng ABB hoặc
Siemens.
o Mô tả lại động cơ bằng phần mềm Matlab Simulink.
o So sánh với động cơ có sẵn trong thư viện của Simulink
o Khảo sát đặc tính quá độ của động cơ ở chế độ không tải và đầy tải (đo
mô men điện từ hoặc dòng điện phần ứng, tốc độ)
o Tính chọn điện trở phần ứng để khởi động động cơ với 3 cấp. Khảo sát
đặc tính khởi động (đo dòng điện phần ứng, tốc độ trong quá trình khởi
động).
❑ Cộng trực tiếp 2 điểm vào bài thi cho 5 bạn hoàn thành đầu tiên. Các
bạn còn lại được cộng 1 điểm.
❑ Chú ý:
oTham số động cơ các bạn phải khác nhau.
o Bài tập nộp bản mềm gồm báo cáo bằng word và file mô phỏng.

DC_Motor_Lesson1.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to DC_Motor_Lesson1.pdf

Similar to DC_Motor_Lesson1.pdf (20)

DC_Motor_Lesson1.pdf