Bài giảng Truyền động điện - Chương 2: Điều khiển tốc độ động cơ DC (Phần 2)

ình ngõ ra chỉnh lưu khi tính đến hiện tượng chuyển mạch: 
d d cmV V Vα = − Δ 
S t á t bì h d h ể hụ p rung n o c uy n mạc :
• Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần: s ucm X IV πΔ = 
• Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần: 2 s ucm X IV πΔ = 
• Chỉnh lưu 3 pha tia: 3
2
s u
cm
X IV πΔ = 
40
• Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển bán phần: 3 s ucm X IV πΔ = 
• Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển toàn phần: u3 scm X IV πΔ = 
Trong đó: 2s sX fLπ= 
8/31/2014
21
Ảnh huởng của hiện tuợng chuyển mạch
Góc chuyển mạch μ tính từ công thức: 
( )cos cos( )
2
do
cm
VV α α μΔ = − + 
V điệ á ự đ i ủ bộ hỉ h lư ( 0 )• do: n p ra c c ạ c a c n u α =
Góc kích tối đa của bộ chỉnh lưu khi kể tới chuyển mạch: 
max maxα π μ δ= − − 
• δ : góc tắt của SCR (tương ứng với thời gian tắt toff của SCR) 
41
Ảnh huởng của hiện tuợng chuyển mạch
lên góc kích tối đa của chỉnh lưu 
42
8/31/2014
22
Đảo chiều dòng phần ứng
T N
TN
43
Một số ví dụ tính toán và bài tập
Bộ chỉnh lưu – Động cơ DC
44
8/31/2014
23
Ví dụ tính toán
Ví dụ 2.2: Động cơ DC kích từ độc lập có thông số: Rư = 0.25Ω, KΦđm = 
0.896V.s/rad, cung cấp từ một cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển bán phần. Điện 
áp AC cung cấp cho cầu chỉnh lưu có trị hiệu dụng 208V, tần số 60Hz. 
ế ể ầ ểGiả thi t điện cảm trong mạch đủ lớn đ dòng ph n ứng có th coi là liên tục 
và phẳng. 
Kích từ được giữ không đổi và bằng định mức. 
Bỏ qua tổn hao do ma sát và tổn hao không tải. 
Động cơ làm việc với tải có M = 45Nm tại tốc độ n = 1000v/ph. Tính: 
45
1. Góc kích α cần thiết của bộ chỉnh lưu. 
2. Hệ số công suất ngõ vào của bộ chỉnh lưu khi đó. 
Ví dụ tính toán
-500
0
500
vs
-100
0
100
-500
0
500
is
vd E
46
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
0
50
100
iu
8/31/2014
24
Ví dụ tính toán
Ví dụ 2.3: Động cơ DC kích từ độc lập có thông số: Rư = 0.25Ω, KΦđm = 
3.164V.s/rad, cung cấp từ một cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển toàn phần. 
Điện áp AC cung cấp cho cầu chỉnh lưu có trị hiệu dụng 208V, tần số 60Hz. 
Giả thiết điện cảm trong mạch đủ lớn để dòng phần ứng có thể coi là liên 
tục và phẳng. 
Kích từ được giữ không đổi và bằng định mức. 
Bỏ qua tổn hao do ma sát và tổn hao không tải. 
1. Nếu dòng động cơ là Iư = 45A và góc kích α = 60o, tính: 
47
a. Momen trên trục động cơ
b. Tốc độ động cơ 
c. Hệ số công suất ngõ vào bộ chỉnh lưu 
Ví dụ tính toán
-1000
0
1000
vs
-100
0
100
-1000
0
1000
is
vd
E
48
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
0
50
100
iu
8/31/2014
25
Ví dụ tính toán (t-t)
2. Giả thiết động cơ đang hoạt động như câu 1 thì sức điện động của động 
cơ được đảo chiều (Ví dụ: đảo chiều điện áp phần ứng bằng tiếp điểm 
ề ể ể ếcontactor). Động cơ được đi u khi n đ làm việc ở ch độ hãm tái sinh. 
Tính: 
 a. Góc kích α để dòng qua động cơ vẫn là 45A ở thời điểm đổi chiều 
 sức điện động. 
 b. Công suất trả về lưới khi đó. 
49
Ví dụ tính toán
-1000
0
1000
100
-100
0
-1000
0
1000
50
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
0
50
100
8/31/2014
26
Ví dụ tính toán 
Ví dụ 2.4: Động cơ DC kích từ nối tiếp có Pđm = 15kW, Vđm = 230V, nđm = 
900v/ph, Rư + Rkt = 0.15Ω. 
Động cơ được cấp điện bởi một cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển bán phần, điện 
ấ ầ ầ ố ầáp AC cung c p cho c u có trị hiệu dụng 260V, t n s 50Hz. Dòng ph n ứng 
có thể xem là liên tục và phẳng. 
Giả thiết mạch từ động cơ là tuyến tính và từ thông động cơ cho bởi công
thức: kt uK K K IΦ = ⋅ ⋅ , trong đó: K.Kkt = 0.03Nm/A2. 
Nếu góc kích của bộ chỉnh lưu là 30o và tốc độ động cơ là n = nđm, hãy tính: 
51
1. Momen động cơ, dòng phần ứng và hệ số công suất ngõ vào bộ chỉnh lưu. 
2. Tính các giá trị trên nếu bộ chỉnh lưu bây giờ là cầu chỉnh lưu 1 pha điều 
khiển toàn phần. 
Ví dụ tính toán 
Ví dụ 2.6: Động cơ DC kích từ độc lập có: E = 200V, Rư = 3Ω, cung cấp từ 
một cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển toàn phần. Điện áp xoay chiều cung cấp 
cho cầu chỉnh lưu có trị hiệu dụng 220V tần số 50Hz điện cảm nguồn , , 
Ls=1mH. 
Giả thiết điện cảm trong mạch phần ứng đủ lớn để dòng phần ứng có thể coi 
là liên tục và phẳng. 
Với góc kích α=120o, xác định giá trị Iư và góc chuyển mạch μ. 
52
8/31/2014
27
Ví dụ tính toán
Ví dụ 2.7: Bộ chỉnh lưu tia 3 pha được cung cấp bởi nguồn xoay chiều 3 
pha có điện áp pha 150V, tần số 50Hz. Bộ chỉnh lưu này cấp nguồn cho một
động cơ DC kích từ độc lập có Rư=2.5Ω hoạt động ở chế độ hãm tái sinh 
với E = -250V. Giả thiết điện kháng phần ứng đủ lớn để dòng Iư có thể coi 
là liên tục và phẳng. 
Nếu điện cảm trên mỗi pha nguồn là Ls=3mH, tính góc kích cần thiết để 
dòng phần ứng lúc này là 64.9A. 
Góc chuyển mạch khi đó là bao nhiêu
53
 .
Bài tập 
Bài 1: Động cơ DC kích từ độc lập có thông số: Vđm = 230V, nđm = 500v/ph, 
Iđm = 40A, Rư = 0.478Ω. Động cơ được cấp điện từ một cầu chỉnh lưu 1 pha 
điều khiển hoàn toàn. Điện áp lưới 230V/50Hz cấp cho cầu chỉnh lưu qua biến 
áp một pha. 
Giả thiết mạch phần ứng có điện kháng đủ lớn để dòng qua động cơ là liên tục 
với momen tải ≥ 0.5Mđm. Bỏ qua trở kháng của nguồn và biến áp. 
Dòng kích từ động cơ giữ không đổi và bằng định mức trong suốt quá trình 
điều khiển. 
1 Độ ầ đ ấ điệ á đị h ứ khi đầ tải Hã h biế á
54
. ng cơ c n ược cung c p n p n m c y . y c ọn n p 
thích hợp nhất trong ba biến áp sau: 
a. 230/260V b. 230/210V c. 230/400V 
8/31/2014
28
Bài tập 
Bài 1: (t-t) 
2. Với biến áp đã chọn ở trên, hãy tính: 
 a. Góc kích để động cơ làm việc với momen định mức ở 50% tốc độ định 
mức. 
 b. Phần ứng lúc này được đảo chiều để động cơ hoạt động ở chế độ hãm 
tái sinh. Tính góc kích cần thiết để momen động cơ là định mức ở 300v/ph. 
Bỏ qua ma sát trên trục động cơ. 
55
Bài tập 
Bài 2: Động cơ DC kích từ độc lập có thông số: Vđm = 230V, nđm = 500v/ph, 
Iđm = 40A, Rư = 0.478Ω. Động cơ được cấp điện từ một cầu chỉnh lưu 1 pha 
điều khiển bán phần. Điện áp lưới 230V/50Hz cấp cho cầu chỉnh lưu qua biến 
áp một pha. 
Giả thiết mạch phần ứng có điện kháng đủ lớn để dòng qua động cơ là liên tục 
với momen tải ≥ 0.5Mđm. Bỏ qua trở kháng của nguồn và biến áp. 
Dòng kích từ động cơ giữ không đổi và bằng định mức trong suốt quá trình 
điều khiển. 
1 Động cơ cần được cung cấp điện áp định mức khi đầy tải Hãy chọn biến áp
56
. . 
thích hợp nhất trong ba biến áp sau: 
a. 230/260V b. 230/210V c. 230/400V 
2. Với biến áp đã chọn ở trên, hãy tính góc kích để động cơ làm việc với 
momen định mức ở 50% tốc độ định mức. 
8/31/2014
29
Bài tập 
Bài 3: Động cơ DC kích từ độc lập được cung cấp bởi một cầu chỉnh lưu một pha điều khiển 
bán phần. Cuộn kích từ của động cơ cũng được cung cấp từ một cầu chỉnh lưu một pha điều 
khiển bán phần khác. Điện áp kích từ giữ ở mức cực đại. Nguồn ac có điện áp 208V. Động 
ó R 0 478Ω R 220Ω Hệ ố K 1 055V/A d/ (L ý ) Độcơ c ư = . , kt = . s kt= . -ra s ưu : kt ktK K IΦ = ⋅ . ng cơ 
làm việc với momen tải là 75Nm tại 700v/ph. 
Bỏ qua tổn hao do ma sát và quạt gió trên trục động cơ. Dòng kích từ và dòng phần ứng có 
thể xem là liên tục và phẳng. Tính: 
a. Dòng kích từ. 
b. Góc kích cần thiết của bộ chỉnh lưu cung cấp cho phần ứng. 
57
c. Hệ số công suất ngõ vào bộ chỉnh lưu. 
Bài tập 
Bài 4: Động cơ DC kích từ độc lập được cung cấp bởi một cầu chỉnh lưu một pha điều khiển 
toànn phần. Cuộn kích từ của động cơ cũng được cung cấp từ một cầu chỉnh lưu một pha 
điều khiển tòa phần khác. Điện áp kích từ giữ ở mức cực đại. Nguồn ac có điện áp 208V. 
ốĐộng cơ có Rư = 0.5Ω, Rkt = 345Ω. Hệ s Kkt=0.71V/A-rad/s (Lưu ý: kt ktK K IΦ = ⋅ ). Động 
cơ làm việc với góc kích cho bộ chỉnh lưu cung cấp cho phần ứng là 45o , dòng phần ứng là 
55A. 
Bỏ qua tổn hao do ma sát và quạt gió trên trục động cơ. Dòng kích từ và dòng phần ứng có 
thể xem là liên tục và phẳng. Tính: 
a. Momen động cơ sinh ra. 
58
b. Tốc độ động cơ. 
c. Hệ số công suất ngõ vào bộ chỉnh lưu. 
d. Góc lệch pha giữa áp lưới và hài bậc 1 của dòng lưới. 
8/31/2014
30
Bài tập 
Bài 5: Nếu cực tính của động cơ đang hoạt động như ở câu b. bài 4 được đảo chiều (ví dụ: 
dùng bộ contactor đảo chiều điện áp cung cấp cho phần ứng động cơ), hãy tính: 
a. Góc kích cần thiết của bộ chỉnh lưu cung cấp cho phần ứng để dòng Iư tại thời điểm đảo 
chiều là 55A. 
b. Công suất động cơ trả về lưới khi đó. 
Giả thiết kích từ được giữ nguyên như bài 4. 
59
Bài tập 
Bài 9: Động cơ DC kích từ nối tiếp có Vđm = 600V, Rư+Rkt = 0.16Ω. Dòng qua động cơ là 
210A khi hoạt động với điện áp định mức và tốc độ 600v/ph. 
Động cơ mang tải có momen biến thiên theo tốc độ: 2cM Aω= . 
ấ ầ ề ể ầ ế ểĐộng cơ được cung c p bởi một c u chỉnh lưu 3 pha đi u khi n toàn ph n. Giả thi t có th 
xem mạch từ động cơ là tuyến tính và dòng động cơ là liên tục và phẳng. Hãy tính: 
a. Giá trị của A nếu động cơ hoạt động với tốc độ 600v/ph và dòng phần ứng là 210A. 
b. Điện áp pha của nguồn xoay chiều cần cung cấp cho cầu chỉnh lưu nếu muốn động cơ hoạt 
động với tốc độ 600v/ph tại góc kích α= 0. 
c. Dải điều chỉnh góc kích α để tốc độ động cơ có thể thay đổi từ 0Æ 600v/ph. 
60
8/31/2014
31
Bài tập 
Động cơ DC kích từ độc lập có thông số: Vđm = 440V, nđm = 1000v/ph, Rư = 
0.5Ω, KΦđm= 3V.s/rad. 
Phần ứng của động cơ được cung cấp từ một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển 
toàn phần Nguồn 3 pha xoay chiều cung cấp cho cầu chỉnh lưu có điện áp dây V . L 
= 380V, f=50Hz, điện cảm nguồn Ls = 2mH. 
Với tốc độ nhỏ hơn nđm, động cơ được điều khiển bằng cách thay đổi điện áp phần 
ứng và giữ từ thông động cơ bằng định mức. Với tốc độ lớn hơn nđm, động cơ 
được điều khiển bằng cách giảm từ thông động cơ trong khi điện áp phần ứng 
được duy trì ở định mức. Giả thiết dòng phần ứng liên tục và phẳng. 
Động cơ hoạt động với momen tải không đổi và bằng 150Nm. 
1. Góc kích của bộ chỉnh lưu cần thay đổi trong phạm vi nào để tốc độ động cơ 
61
thay đổi từ 100v/ph đến 1000v/ph với tải nêu trên. 
2. Nếu muốn động cơ hoạt động với tốc độ 1500v/ph với tải nêu trên, kích từ 
động cơ cần thay đổi bao nhiêu phần trăm so với kích từ định mức.