Bài giảng Truyền động điện - Chương 2: Điều khiển tốc độ động cơ DC (Phần 3)

9/13/2014
1
Chương 2
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
1
Tổng quan về hệ thống
Bộ Chopper – Động cơ DC
2
9/13/2014
2
Bộ chopper lớp A
E
3
Iư
Điện áp trung bình ngõ ra: 
dV Vγ= 
Bộ chopper lớp A
4
9/13/2014
3
Bộ chopper lớp A
5
Bộ chopper lớp A
Nếu tỉ số uT τ rất bé, nghĩa là uT τ , hay 1u sw
u
L f
R
 , độ dợn sóng dòng 
điện uiΔ có thể tính gần đúng theo công thức:
2 1 (1 )
2 2
u u
u
sw u
I I Vi
f L
γ γ−Δ = = − 
Độ dợn sóng dòng điện đạt cực đại tại 0.5γ = , khi đó: 
,max 8u
Vi
f L
Δ = 
6
sw u
9/13/2014
4
Nguyên lý mạch PWM cho bộ chopper
7
Bộ chopper lớp B
E
8
Iư
Điện áp trung bình ngõ ra: 
(1 )dV Vγ= − 
9/13/2014
5
Bộ chopper lớp B
9
Bộ chopper lớp B
10
9/13/2014
6
Bộ chopper lớp C 
iS E
+
- +
iư
vd
V
S1
S2 E,
Rư,
L
Iư
11
-
Chopper lớp C
ư
Điện áp trung bình ngõ ra: 
dV Vγ= 
Bộ chopper lớp C
0
0.5
1
1.5
0
0.5
1
1.5
S 1
S
2
0
100
200
300
0
10
20
20
i ư
v d
12
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10
-3
0
10
Đáp ứng của hệ thống 
Chopper lớp C + động cơ DC kích từ độc lập
(Lư = 10mH, Rư = 0.25 , fsw = 1000Hz
= 0.47, V = 240V, E = 110V)
Trường hợp: Iư > 0
i S
Time (ms)
9/13/2014
7
Bộ chopper lớp C
S
2
S
1
0
0.5
1
1.5
0
0.5
1
1.5
i ư
v d
0
100
200
300
-20
-10
0
0
13
i S
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10
-3
-20
-10
Bộ chopper lớp C
0
0.5
1
1.5
0 5
1
1.5
S 2
S 1
0
.
0
100
200
300
-50
0
50
50
i ư
v d
14
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
-50
0
Đáp ứng của hệ thống 
Chopper lớp C + động cơ DC kích từ độc lập
(Lư = 10mH, Rư = 0.25 , fsw = 100Hz
= 0.44, V = 240V, E = 110V)
Iư > 0
i S
Time (s)
9/13/2014
8
Bộ chopper lớp D
E
+
Iư
15
Điện áp trung bình ngõ ra: 
2( 0.5)dV Vγ= − 
Bộ chopper lớp D
0
1
2
1
2
S 2
S
1
0
0
100
200
300
0
10
20
20
i ư
v d
16
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10
-3
0
10i S
9/13/2014
9
Bộ chopper lớp D
0
1
2
1
2
S
2
S
1
2 T T 2TT+2 T
0
-300
-200
-100
0
0
10
20
0
i ư
v d
T2 T 2TT+2 T
17
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10-3
-20
-10
Đáp ứng của hệ thống 
Chopper lớp D + động cơ DC kích từ độc lập
(Lư = 10mH, Rư = 0.25 , fsw = 1000Hz
= 0.3, V = 240V, E = -110V)
Chế độ hãm tái sinh (
Time (ms)
i S
Bộ chopper lớp E
E
+
Iư
18
9/13/2014
10
Bộ chopper lớp E
Cách 1: Hoạt động như chopper kiểu đảo dòng (lớp C) 
ƒ Hoạt động ở phần tư I và II: S2 = ON; S3 = OFF; S1 và S4 đóng cắt ngược 
pha nhau. 
ƒ Hoạt động ở phần tư III và IV: S2 = OFF; S3 = ON; S1 và S4 đóng cắt ngược 
h hp a n au. 
19
+
Bộ chopper lớp E
Cách 2: Hoạt động như chopper kiểu đảo áp (lớp D) 
ƒ Hoạt động ở phần tư I và IV: S3 = OFF; S4 = OFF; S1 và S2 đóng cắt theo 
kiểu chopper lớp D. 
ƒ Hoạt động ở phần tư III và II: S1 = OFF; S2 = OFF; S3 và S4 đóng cắt theo 
kiể h lớ Du c opper p . 
20
+
9/13/2014
11
Bộ chopper lớp E
Cách 3: gần giống như cách 2 với một số thay đổi: 
ƒ Các mạch chopper hợp thành bởi (S1, S2) và (S3, S4) sẽ được điều khiển 
đồng thời thay vì điều khiển riêng rẽ như ở cách 2. 
ƒ S1 và S4 được kích ngược pha nhau. Tương tự, S2 và S3 được kích ngược pha 
Điện áp trung bình ngõ ra: 
nhau. 
21
+ 2( 0.5)dV Vγ= − 
Bộ chopper lớp E (kích theo cách 3)
S 1
S 2
0
1
0
1
1
T 2 T 2T T+2 T
v d
i ư
S
3
S
4
0
0
1
0
200
0
20 T 2 T 2T T+2 T
22
Đáp ứng của hệ thống 
Chopper lớp E + động cơ DC kích từ độc lập
(Lư = 10mH, Rư = 0.25 , fsw = 500Hz
= 0.74, V = 240V, E = 110V)
E > 0, Iư > 0
i S
Time (ms)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10
-3
0
20
9/13/2014
12
Bộ chopper lớp E (kích theo cách 3)
S
1
S
2
0
1
0
1
1S
3
S
4
v d
i ư
0
0
1
0
200
-20
0
23
i S
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10
-3
-20
0
Bộ chopper lớp E (kích theo cách 3)
S 1
S
2
0
1
0
1
1
S 3
S
4
v d
i ư
0
0
1
-200
0
-20
0
24
i S
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10-3
0
20
9/13/2014
13
Bộ chopper lớp E (kích theo cách 3)
S 1
S
2
0
1
0
1
1
T 2 T 2T T+2 T
S 3
S 4
v d
i ư
0
0
1
-200
0
0
20 T 2 T 2T T+2 T
25
Đáp ứng của hệ thống 
Chopper lớp E + động cơ DC kích từ độc lập
(Lư = 10mH, Rư = 0.25 , fsw = 500Hz
= 0.28, V = 240V, E = -110V)
E 0
i S
Time (ms)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10
-3
-20
0
Một số ví dụ tính toán và bài tập
Bộ Chopper – Động cơ DC
26
9/13/2014
14
Ví dụ tính toán
Ví dụ 2.9: Động cơ DC kích từ độc lập có Vđm = 250V, Iđm = 20A, nđm = 
600v/ph, Rư = 2.5Ω, được cung cấp bởi một bộ chopper kiểu giảm áp 
(chopper lớp A). Bộ chopper có V = 250V, tần số làm việc 400Hz. Giả thiết từ 
thông động cơ được giữ không đổi và bằng định mức trong suốt quá trình hoạt 
động. Tính: 
1. Hệ số điều chỉnh γ cần thiết để tốc độ giảm xuống còn 400v/ph với tải là
định mức. 
2. Tính giá trị điện cảm nhỏ nhất của mạch phần ứng để đảm bảo dợn sóng
27
dòng phần ứng nhỏ hơn 10% Iđm. 
Ví dụ tính toán
28
9/13/2014
15
Ví dụ tính toán
Ví dụ 2.10: Động cơ DC kích từ nối tiếp có Vđm = 220V, Iđm = 100A, điện trở 
phần ứng Rư =0.06Ω, điện cảm phần ứng 2mH, điện trở cuộn kích từ 
Rkt=0.04Ω, điện cảm cuộn kích từ 18mH. Đặc tính từ hóa của động cơ đo ở n 
= 700v/ph cho ở bảng sau: 
Ikt(A) 25 50 75 100 125 150 175 
E(V) 66.5 124 158.5 181 198.5 211 221.5 
Động cơ được cung cấp từ một bộ chopper lớp A tần số 400Hz, điện áp nguồn 
220VDC. 
29
Tính tốc độ động cơ khi 0.7γ = và momen tải bằng 150%Mđm. 
Ví dụ tính toán
Ví dụ 2.11: Động cơ DC kích từ độc lập có Vđm = 230V, Iđm = 90A, nđm = 
500v/ph, Rư = 0.115Ω và Lư = 11mH, được cung cấp bởi một bộ chopper kiểu 
đảo dòng (chopper lớp C). Bộ chopper có V = 230V, tần số làm việc 400Hz. 
Giả thiết từ thông động cơ được giữ không đổi và bằng định mức trong suốt 
quá trình hoạt động. 
1. Tính tốc độ động cơ khi hoạt động ở chế độ động cơ với 0.5γ = và M = 
0.5Mđm. 
2 Tí h ố độ độ khi h độ ở hế độ hã ái i h ới 0 5 à M
30
. n t c ng cơ oạt ng c m t s n v .γ = v = 
Mđm. 
9/13/2014
16
Ví dụ tính toán
iS
S
+
- +
iư
vd
V
1
S2 E,
Rư,
L
31
-
Chopper lớp C
ư
Ví dụ tính toán
Ví dụ 2.12: Động cơ DC kích từ độc lập có Vđm = 230V, Iđm = 90A, nđm = 
500v/ph, Rư = 0.115Ω và Lư = 11mH, được cung cấp bởi một bộ chopper lớp 
ề ể ầ ốE đi u khi n theo cách 3. Bộ chopper có V = 230V, t n s làm việc 400Hz. 
Giả thiết từ thông động cơ được giữ không đổi và bằng định mức trong suốt 
quá trình hoạt động. 
1. Tính hệ số điều chỉnh γ nếu muốn động cơ hoạt động ở phần tư II với 
M=Mđm và n = 300v/ph. 
32
2. Tính hệ số điều chỉnh γ nếu muốn động cơ hoạt động ở phần tư III với 
M=0.5Mđm và n = 400v/ph. 
9/13/2014
17
Bài tập
Động cơ DC kích từ độc lập có thông số như sau: dmKΦ =3.96V.s/rad , nđm = 
1000v/ph, Iđm = 50A, Rư = 0.5Ω. Phần ứng của động cơ được cung cấp từ một bộ 
chopper lớp C như hình, điện áp cung cấp V = 500V. Tốc độ động cơ được điều 
khiển bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông động cơ bằng định 
mức. 
1. Hãy ghi chú trên hình tên các linh kiện bán dẫn ở trạng thái dẫn trong từng 
khoảng thời gian tương ứng . 
2 Tí h hệ ố T ế độ h độ ở hế độ hã á h ới ố độ
33
. n s on
T
γ = n u ng cơ oạt ng c m t i sin v t c n = 
0.5nđm và Iư = Iđm. 
Bài tập
34