Đề tài Mô hình Dynamo Meter ứng dụng card PCL-818l

uyeån sang moät beân, ñieän theá ôû moät cuoän thöù caáp ñöôïc gheùp chaët vaø coù giaù trò lôùn hôn cuoän coøn laïi. Trò tuyeät ñoái cuûa ñieän aùp Va-b coù lieân heä vôùi söï dòch chuyeån cuûa loûi töø keå töø vò trí khoâng. Khi loûi töø dòch chuyeån cuøng khoaûng caùch nhöng ôû hai beân khaùc nhau cuûa vò trí khoâng, thì ñieän aùp AC taïi a vaø b laø: Va-b vaø –Va-b. Hay noùi caùch khaùc, trò tuyeät ñoái cuûa aùp Va-b theå hieän ñoä lôùn dòch chuyeån vaø daáu theå hieän chieàu dòch chuyeån keå töø vò trí khoâng. Caûm bieán vò trí söû duïng selsyn (Synchro Systems) Selsyn laø boä phaän chuyeån ñoåi chuyeån ñoäng quay thaønh(dòch chuyeån goùc) thaønh moät ñieän aùp AC, hay ngöôïc laïi chuyeån ñoåi ñieän aùp AC thaønh chuyeån ñoäng quay. Coù ba loaïi selsyn khaùc nhau ñöôïc söû duïng trong chuyeån ñoåi dòch chuyeån goùc laø: boä ñieàu khieån phaùt, boä ñieàu khieån bieán aùp vaø boä ñieàu khieån vi sai. Caûm bieán vò trí duøng selsyn söû duïng nhoùm hai hay ba boä phaän treân ñeå ño löôøng dòch chuyeån goùc. Ví duï moät boä phaùt ñieàu khieån vaø bieán aùp ñieàu khieån töø moät heä thoáng hai thieát bò ôû hình 2.7 ñeå ño löôøng dòch chuyeån goùc giöõa hai loûi quay. ~ AC CX CT S1 R1 S2 S2 S3 eOUT R2 (a):q = 00 eOUT t ~ AC CX CT S1 R1 S2 S2 S3 R2 (b):q = 900 eOUT eOUT t ~ AC CX CT S1 R1 S2 S2 S3 eOUT R2 (c):q = 1800 eOUT t Hình2.7 : Selsyn hai thieát bò(boä ñieàu khieån phaùt vaø boä ñieàu khieån bieán aùp) ño löôøng söï khaùc pha giöõa hai loûi quay Söï ño löôøng dòch chuyeån döïa vaøo söï sai leäch tín hieäu ñoàng boä cuûa hai loûi. Ta coù theå theâm vaøo moät boä ñieàu khieån vi sai taïo moät selsyn ba thieát bò nhö hình 2.7 ñeå hieäu chænh quan heä goùc cuûa hai loûi trong khi hoaït ñoäng. Xeùt selsyn hai thieát bò, ñöôïc bieåu dieãn ôû hình 2.8 . Boä ñieàu khieån phaùt laø cuoän CX vaø boä bieán aùp ñieàu khieån laø cuoän CT. Caû hai boä phaùt vaø bieán aùp coù moät loûi Rotor hình chöû H vôùi moät cuoän daây ñôn noái ñeán cuoän Rotor xuyeân qua voøng tröôït treân loûi, stator cuûa moãi boä coù ba cuoän daây ñaáu hình sao. Moät ñieän aùp AC cung caáp cho cuoän Rotor cuûa boä ñieàu khieån phaùt, taïo ra moät ñieän aùp AC ôû ba cuoän Stator, vaø ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh vò trí goùc cuûa Rotor. Ñieän aùp Stator naøy taïo ra moät ñieän aùp ôû cuoän Rotor cuûa boä bieán theá vaø ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh quan heä vò trí cuûa hai Rotor. Bieân ñoä ñieän aùp Rotor cuûa boä bieán aùp eOUT ñaït cöïc ñaïi khi goùc dòch chuyeån cuûa hai Rotor laø ±1800 vaø 00, vaø baèng khoâng khi goùc dòch chuyeån laø ±900. ~ Eout q Vò trí Rotor cuûa boä phaùt Vò trí Rotor cuûa boä bieán aùp Ñieåm laøm vieäc q = 900 Taàm laøm vieäc [Emcosq] Goùc dòch chuyeån q Hình 2.8 : Bieân ñoä cuûa Eout bieán ñoåi theo goùc dòch chuyeån giöõa hai loûi theo haøm cosin Hình 2.8 bieåu dieãn quan heä bieân ñoä cuûa ñieän aùp ngoõ ra eout vôùi goùc dòch chuyeån q : . (2.19) Vôùi Em : Bieân ñoä cöïc ñaïi . θ : Goùc dòch chuyeån . ω: Taàn soá goùc cuûa ñieän aùp AC cung caáp cho Rotor boä phaùt. Daáu vaø bieân ñoä cuûa Emcosq ñöôïc xaùc ñònh bôûi söï dòch chuyeån cuûa goùc q vaø höôùng dòch chuyeån. Moät boä ñieàu khieån vi sai coù theå theâm vaøo heä thoáng treân (hình 2.8), ñeå ñieàu chænh ñieåm hoaït ñoäng(ñieåm khoâng :Emcosq =0) (hình 2.8). Boä ñieàu khieån vi sai coù Rotor ba cöïc vôùi ba cuoän daây ñaáu hình sao. Boä ñieàu khieån vi sai ñöôïc noái giöõa boä ñieàu khieån phaùt vaø boä ñieàu khieån bieán aùp, ñieän aùp ngoû ra baây giôø laø : (2.20) Vôùi qd laø goùc quan heä dòch chuyeån cuûa rotor khaùc(vi sai). Khi qd=0, heä thoáng selsyn ba thieát bò khoâng khaùc vôùi heä thoáng selsyn hai thieát bò treân. Khi qd¹0, thì boä ñieàu khieån vi sai ñieàu khieån ñieåm hoaït ñoäng cuûa heä thoáng trôû neân ñôn giaûn khi hai rotor cuûa boä ñieàu khieån phaùt vaø boä ñieàu khieån bieán aùp dòch chuyeån khaùc nhau. CX CT S2 S2 S1 Boä phaùt ~ S3 eout S3 S2 S3 S1 S1 CR Boä vi sai Boä bieán aùp qd qd=0 Hình 2.9: Heä thoáng selsyn 3 thieát bò coù hieäu chænh ñieåm laøm vieäc Boä giaûi goùc (boä giaûi vectô : resolvers) Boää giaûûi goùc laø moät thieát bò chuyeån ñoåi chuyeån ñoäng quay thaønh moät tín hieäu ôû ngoõ ra laø moät haøm cuûa vò trí Rotor. Hình 2.10 theå hieän vò trí cuûa caùc cuoän daây trong boä giaûi goùc. Hai cuoän rotor ñaët caùch nhau 900, hai cuoän Stator ñaët caùch nhau 900. Moåi caëp cuoän daây coù theå xem nhö laø cuoän sô caáp vaø cuoän coøn laïi laø cuoän thöù caáp. Coâng thöùc sau ñònh nghóa ñieän aùp thöù caáp quan heä vôùi ñieän aùp sô caáp khi cuoän rotor ñöôïc söû duïng nhö laø cuoän sô caáp : E1 E3 E2 E4 q Hình 2.10: Boä giaûi goùc, moät loaïi caûm bieán maø tín hieäu ngoõ ra cuûa noù laø moät haøm löôïng giaùc cuûa vò trí truïc rotor q. Hai rotor cuoän ñaët caùch nhau 900 , hai cuoän Stator cuõng ñaët caùch nhau 900. Khi boä giaûi goùc ñöôïc söû duïng nhö laø caûm bieán vò trí, thì moät cuoän rotor ñöôïc noái taét(hình 2.11). Neáu E4 ñöôïc noái taéc thì coâng thöùc (2.21) vaø (2.22) ñôn giaûn thaønh: Coâng thöùc (2.23) vaø (2.24) ñònh nghóa ngoõ ra cuûa boä giaûi goùc hình 2.11. Ñieän aùp ngoõ vaøo: E3 = Asin(wt), ñieän aùp ngoõ ra E1 laø ñieän aùp daïng sin coù bieân ñoä ñoåi theo sin cuûa goùc dòch chuyeån vò trí rotor, töông töï ngoõ ra E2 cuõng laø daïng sin coù bieân ñoä thay ñoåi theo haøm sin cuûa goùc dòch chuyeån vò trí rotor. E1=KE3cosq E3=Asinwt E2=KE3sinq q Hình 2.11: Boä giaûi goùc söû duïng nhö caûm bieán, coù moät cuoän daây rotor ñöôïc ngaén maïch. Töø boä giaûi goùc ñeán encoder soá Caûm bieán vò trí söû duïng boä giaûi goùc, yeâu caàu moät maïch söû lyù tín hieäu ñeå chuyeån ñoåi hai ñieän aùp E1, E2 thaønh tín hieäu ñieän theá coù lieân heä vôùi goùc dòch chuyeån rotor q. Neáu yeâu caàu tín hieäu ngoõ ra cuûa caûm bieán laø tín hieäu soá, thì maïch söû lyù tín hieäu cuõng phaûi chuyeån ñoåi tín hieäu töø daïng analog sang daïng soá , vaäy caûm bieán thöïc hieän hai chöùc naêng laø boä giaûi goùc vaø chuyeån ñoåi tín hieäu sang daïng soá. Caùc loaïi caûm bieán vò trí coù ngoõ ra laø soá Boä chuyeån ñoåi soá Boä maõ hoùa soá tröïc tieáp Theo lyù töôûng, boä bieán ñoåi coù theå ño moät ñaïi löôïng vaät lyù töï nhieân vaø chuyeån thaønh soá Binary hay soá BCD. Boä bieán ñoåi loaïi naøy raát ít, thöïc teá thì boä maõ hoùa soá haàu nhö chæ laø phaàn caên baûn cuûa boä bieán ñoåi soá. Veà caên baûn boä bieán ñoåi soá ño söï thay ñoåi cuûa ñaïi löôïng. Tuy nhieân noù coù theå duøng ñeå xaùc ñònh löïc, aùp suaát, möïc chaát loûng baèng caùch duøng thieát bò ño chuyeån ñoäng cô hoïc (analog mechanical motion translators). Xung nhòp thôøi gian cuõng thuoäc loaïi naøy, noù tröïc tieáp taïo tín hieäu soá ôû ngoõ ra. Boä bieán ñoåi loaïi naøy giao tieáp chính xaùc vôùi maùy tính vaø bieåu thò thoâng tin cuûa ñaïi löôïng töông ñoàng tröïc tieáp döôùi daïng soá. Boä chuyeån ñoåi Bieán ñoåi tröïc tieáp Ngoõ ra soá Nhieät ñoä,doøng chaûy, aùp suaát, doøng ñieän, ñieän aùp v…v Maùy tính (ngoõ vaøo soá) Hình 2.12: Sô ñoà khoái boä maõ hoùa soá tröïc tieáp Boä maõ hoùa xung ,taàn soá vaø thôøi gian Boä maõ hoùa loaïi naøy taïo ra moät chuoåi xung soá öùng vôùi moät hieän töôïng vaät lyù. ÔÛ ñaây giaù trò cuûa ñaïi löôïng caàn ño ñöôïc maõ hoùa thaønh ñoä roäng xung hoaëc taàn soá cuûa xung. Moät vaøi boä gia coâng soá yeâu caàu phaûi coù moät thôøi gian hoaëc taàn soá maãu chính xaùc ñeå so saùnh vôùi xung cuûa ñaïi löôïng vaät lyù ñöôïc ño. Taàn soá vaø chu kyø ñöôïc lieân heä bôûi coâng thöùc : Taàn soá = 1/(chu kyø). Thoâng tin töø boä bieán ñoåi soá loaïi naøy töông thích vôùi maùy tính, maùy tính phaûi ñeám ñöôïc ñoä roäng xung hoaëc xung clock ñeå laáy ñöôïc thoâng tin cuûa ñaïi löôïng beân ngoaøi. Boä chuyeån ñoåi Toác ñoä, doøng chaûy, v…v Ngoõ ra soá Boä ñeám Xung Xöû lyù soá Maùy tính(ngoõ vaøo soá) Hình 2.13: Sô ñoà khoái boä maõ hoùa xung, taàn soá, thôøi gian Boä maõ hoùa töông töï sang soá ÔÛ ñaây tín hieäu töông töï (thay ñoåi ñieän trôû, öùng suaát) ñöôïc gheùp vôùi moät maïch ñieän ñeå taïo ra taàn soá hoaëc moät chuoåi xung. Ngoõ ra soá Ñieän trôû, öùng suaát Nhieät ñoä, aùp suaát, khoái löôïngv…v Boä ñeám Xöû lyù soá Khueách ñaïi xung Hình 2.14 : Sô ñoà khoái boä maõ hoùa töông töï sang soá Boä chuyeån ñoåi A/D Tín hieäu töông töï töø boä bieán ñoåi coù theå ñöôïc ñöa vaøo trong maùy tính thoâng qua boä chuyeån ñoåi A/D. Xöû lyù soá Nhieät ñoä, doøng chaûy, v…v Ngoõ ra soá Khueách ñaïi Xöû lyù töông töï Chuyeån ñoåi A/D hay V/F Hình 2.15 :Sô ñoà khoái boä chuyeån ñoåi Analog to Digital Encoder soá Moãi boä encoder soá bao goàm moät ñóa troøn vôùi caùc vaïch keû maãu ôû treân ñoù. Caùc vaïch maãu naøy ñöôïc ñoïc bôûi ñaàu caûm bieán. Ñóa naøy thöôøng ñi keøm vôùi truïc cuûa noù vaø truïïc naøy laøm quay nhöõng maãu khaùc phaùt ra tín hieäu cho moãi vò trí nhaän ñöôïc. Caùch ghi caùc maõ treân ñóa phuï thuoäc vaøo caùc vaïch maãu treân noù . Coù 3 loaïi encoder chính: encoder tieáp xuùc, encoder töø tröôøng vaø encoder quang. Encoder tieáp xuùc Ñieåm tieáp xuùc thöïc teá cuûa loaïi encoder naøy laø giöõa ñóa vaø ñaàu ñoïc thoâng qua ‘choåi than’. Loaïi naøy coù caùc nhöôïc ñieåm laø taïo ra ma saùt, hao moøn, buïi baån, ñieän trôû tieáp xuùc vaø rung ñoäng v…v laøm giaûm ñoä chính xaùc vaø tuoåi thoï. Ñoä phaân giaûi cuûa encoder phuï thuoäc vaøo ñöôøng raõnh vaø ñoä chính xaùc nhoû nhaát cuûa moät raõnh coù theå coù ñöôïc treân ñóa, ñoä phaân giaûi coù theå ñaït ñeán 10 raõnh treân ñóa. Ñoä phaân giaûi coù theå taêng leân baèng caùch nhieàu taàn ñóa hoaëc duøng boä ñeám leân/xuoángcoù dung löôïng boä ñeám cao. Encoder töø tröôøng Encoder töø tröôøng yeâu caàu ñóa phaûi ñöôïc traùng moät lôùp vaät lieäu töø, trong ñoù nhöõng vaïch maãu khoâng ñöôïc phuû. Caùc veát töø coù theå ñoïc baèng moät ñaàu ñoïc laøm baèng nam chaâm. Encoder töø tröôøng coù tuoåi thoï cao hôn encoder tieáp xuùc. Encoder quang Encoder quang laø loaïi thoâng duïng nhaát nhôø vaøo ñoä chính xaùc cao vaø duøng aùnh saùng cuûa baùn daãn (Leds). Moät encoder quang coù boán phaàn chính: nguoàn quang, ñóa maõ, caûm bieán quang vaø maïch xöû lyù tín hieäu. Encoder quang coù theå ñöôïc phaân thaønh hai loaïi: Encoder taêng daàn vaø Encoder tuyeät ñoái. Encoder quang töông ñoái: taïo ra xung töø moät hay nhieàu track taäp trung treân ñóa maõ. Xung ñöôïc taïo ra khi maø tia saùng xuyeân qua loã treân ñóa maõ. Do Encoder töông ñoái coù ba track thì seõ coù ba nguoàn saùng vaø ba caûm bieán quang. Hình 2.16 bieåu dieãn moät Encoder quang taêng daàn vôùi 3 track. Treân track trong chæ coù moät loå; hai track coøn laïi coù moät chuoåi caùc loå caùch ñieàu nhau taïo thaønh voøng troøn quanh ñóa maõ. Caùc loå ôû track giöõa leäch so vôùi caùc loå treân track beân ngoaøi moät khoaûng baèng moät nöûa ñoä roäng cuûa moät loå. Muïc ñích cuûa ñoä leäch naøy laø taïo ra thoâng tin veà höôùng quay. Sô ñoà xung do track phaùt ra (hình 2.16 ) khi ñóa quay treân moät boä ñeám ñoä roääng xung clock coù höôùng. Chuù yù raèng xung phaùt töø track ngoaøi taïo söï nhanh pha hôn xung phaùt ra track beân trong moät khoaûng baèng ½ beà roäng cuûa xung. Neáu höôùng quay ngöôïc laïi, thì xung clock phaùt ra töø track trong nhanh pha hôn xung clock track ngoaøi moät khoaõng baèng ½ beà roäng xung. Ñóa maõ 3 caûm bieán quang 3 tia saùng 3 nguoàn saùng Time 0 Track ngoaøi Track giöõa Track trong PW ½ PW Hình 2.16:Encoder taêng daàn vôùi 3 track, track trong taïo moät xung chuaån khi truïc quay ñeán vò trí ban ñaàu, track giöõa cung caáp thoâng tin veà höôùng quay. Moät höôùng, xung do track naøy phaùt ra chaäm pha hôn track ngoaøi; höôùng khaùc, track naøy phaùt xung nhanh pha hôn track ngoaøi Chöùc naêng cô baûn cuûa maïch xöû lyù tín hieäu soá cuûa encoder taêng daàn laø xaùc ñònh höôùng quay vaø soá xung phaùt ra ñeå xaùc ñònh goùc dòch chuyeån cuûa ñóa maõ. Soá xung phaùt ra laø tín hieäu soá, do ñoù boä Chuyeån ñoåi ADC laø khoâng caàn thieát cho encoder loaïi naøy. Encoder taêng daàn coù theå ño löôøng dòch chuyeån thaúng baèng caùch gheùp encoder vôùi moät truïc cuûa baùnh xe nhö hình 2.17. Baùnh xe seõ laên treân beà maët cuûa vaät ñöôïc ño, maïch xöû lyù tín hieäu seõ ñeám soá xung. Toång khoaûng dòch chuyeån coù theå ñöôïc ño löôøng bò giôùi haïn bôûi dung löôïng boä ñeám cuûa maïch xöû lyù tín hieäu. Khoaûng dòch chuyeån coù theå ñöôïc ño töø toång soá xung phaùt ra bôûi coâng thöùc: (2.25) Trong ñoù : x(m) : Khoaûng dòch chuyeån. d(m) : Ñöôøng kính cuûa truïc baùnh xe. NT : Toång soá xung ñeám ñöôïc. NR : laø soá xung treân moät ñoä phaân giaûi cuûa encoder. Baùnh xe Xung ñeám ñeán maïch xöû lyù tín hieäu Encoder taêng daàn Hình 2.17 :Söû duïng encoder taêng daàn ño löôøng dòch vò thaúng Encoder tuyeät ñoái: Taïo ra maõ soá nhò phaân cho moåi vò trí treân ñóa maõ. Encoder tuyeät ñoái coù 6 ñeán 20 track, moãi track taïo ra moät bit soá nhò phaân theo maõ maø noù taïo neân bôûi caùc loã treân ñóa maõ (maõ hoùa). Hình 2.18 bieåu dieãn moät encoder tuyeät ñoái vôùi 7 track maõ hoùa theo maõ soá nhò phaân töï nhieân.Vaäy seõ coù 128 ñôn vò vò trí treân ñóa maõ, soá nhò phaân ñaïi dieän cho töøng ñôn vò vò trí treân ñóa maõ quan heä vôùi soá bit cuûa encoder (soá track treân ñóa maõ) taïo neân ñoä phaân giaõi cuûa encoder theo coâng thöùc sau Soá vò trí ñöôïc maõ hoùa =2N, Ñoä phaân giaûi =1phaàn /2N Vôùi N laø soá track =soá bit cuûa caûm bieán. Soá nhò phaân ñöôïc söû duïng cho encoder coù theå ñöôïc maõ hoùa theo caùc loaïi maõ phoå bieán sau: Maõ nhò phaân töï nhieân, maõ Gray vaø maõ BCD. Trong ñoù maõ Gray ñöôïc duøng nhieàu nhaát vì boä ñeám duøng trong maïch xöû lyù tín hieäu cuûa caûm bieán chæ coù moät bit thay ñoåi moåi laàn soá ñeám taêng leân moät. Ñóa maõ Truïc caûm bieán Nguoàn saùng Caûm bieán quang Ñöôøng ñoïc Hình 2.18:Encoder tuyeát ñoái 7 bit CHÖÔNG 3 SÔ LÖÔÏC CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ DC Ñoäng cô moät chieàu (coøn goïi laø ñoäng cô DC) thöôøng ñöôïc söû duïng roäng raõi trong caùc heä truyeàn ñoäng caàn thay ñoåi toác ñoä khôûi ñoäng, haõm vaø ñaûo chieàu. moät soá öùng duïng cuûa ñoäng cô moät chieàu nhö chuyeàn ñoäng cho xe ñieän, maùy coâng cuï, maùy vaän chuyeån, maùy caùn, maùy nghieàn (trong coâng nghieäp giaáy) … Ñaëc tính cô tónh cuûa ñoäng cô moät chieàu Hình 3.1 giôùi thieäu caùc loaïi ñoäng cô DC thoâng duïng, bao goàm ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp, kích töø song song, kích töø noái tieáp, kích töø toång hôïp. Vôùi ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp, doøng phaàn öùng vaø doøng kích töø coù theå ñieàu khieån ñoäc laäp vôùi nhau. Vôùi ñoäng cô kích töø song song, phaàn öùng vaø cuoän kích töø ñöôïc ñaáu vôùi nguoàn cung caáp. Vì vaäy, vôùi loaïi ñoäng cô naøy, doøng phaàn öùng hoaëc doøng kích töø chæ coù theå ñieàu khieån ñoäc laäp baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï trong maïch phaàn öùng hoaëc maïch kích töø. Tuy nhieân, ñaây laø caùch ñieàu khieån coù hieäu suaát thaáp. Vôùi ñoäng cô kích töø noái tieáp, doøng phaàn öùng cuõng laø doøng kích töø, vaø do ñoù, töø thoâng ñoäng cô laø moät haøm cuûa doøng phaàn öùng. Vôùi ñoäng cô kích töø hoån hôïp, caàn ñaáu noái sao cho söùc töø ñoäng cuûa cuoän noái tieáp cuøng chieàu vôùi söùc töø ñoäng cuûa cuoän song song. Iö + - - + A1 A2 + - F1 F2 Ikt (b) Kích töø song song Vkt V Iö + - - + A1 A2 + - F1 F2 Ikt (a) Kích töø ñoäc laäp (c) Kích töø noái tieáp - + A1 A2 V Iö + - S1 S2 F2 F1 (d) Kích töø hoån hôïp - A2 V + - A1 Iö S1 S2 + Hình 3.1: Caùc loaïi ñoäng cô moät chieàu thoâng duïng Maïch töông ñöông ôû cheá ñoä tónh cuûa ñoäng cô moät chieàu ñöôïc trình baøy ôû hình 3.2, ñieän trôû Rö bieåu thò ñieän trôû phaàn öùng. Ñoái vôùi ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp hoaëc song song, ñieän trôû naøy laø ñieän trôû phaàn öùng. Ñoái vôùi ñoäng cô kích töø noái tieáp hoaëc ñoäng cô kích töø hoån hôïp, Rö laø toång ñieän trôû cuûa cuoän phaàn öùng vaø cuoän kích töø noái tieáp. Hình 3.2: Maïch töông ñöông cheá ñoä tónh cuûa ñoäng cô DC - + V Iö + -- E = kf.w Rö Phöông trình cô baûn cuûa ñoäng cô moät chieàu laø: E = KFw (3.1) V= E + RÖIÖ (3.2) M = KFIÖ (3.3) Trong ñoù: F: töø thoâng treân moãi cöïc (Wb) Iö: doøng phaàn öùng (A) V: ñieän aùp phaàn öùng (V) RÖ: Ñieän trôû phaàn öùng (W) ω: toác ñoä ñoäng cô (rad/s) M : momen do ñoäng cô sinh ra (Nm) K : haèng soá, phuï thuoäc caáu truùc ñoäng cô Töø coâng thöùc (3.1) - (3.3), ta coù: (3.4) Hoaëc: (3.5) Löu yù laø caùc coâng thöùc (3.1) ñeán (3.5) coù theå aùp duïng cho taát caû caùc loaïi ñoäng cô moät chieàu ñaõ keå ôû treân. Vôùi ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp, neáu ñieän aùp kích töø ñöôïc duy trì khoâng ñoåi, coù theå giaû thieát raèng töø thoâng ñoäng cô khoâng ñoåi khi momen ñoäng cô thay ñoåi. Khi ñoù ta coù: KF = constant (3.6) Nhö vaäy theo (3.5), ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp laø moät ñöôøng thaúng, nhö veõ treân hình 3.3. Toác ñoä khoâng taûi cuûa ñoäng cô xaùc ñònh bôûi ñieän aùp cung caáp V vaø töø thoâng kích töø KF. Toác ñoä ñoäng cô suy giaûm khi momen taûi taêng vaø ñoä oån ñònh toác ñoä phuï thuoäc vaøo ñieän trôû phaàn öùng Rö. Trong thöïc teá, do phaûn öùng phaàn öùng, töø thoâng ñoäng cô giaûm khi momen taêng, daãn ñeán toác ñoä ñoäng cô suy giaûm ít hôn laø tính toaùn theo coâng thöùc (3.5). Vôùi momen lôùn, töø thoâng coù theå suy giaûm ñeán möùc ñoä doác ñaët tính cô trôû neân döông daãn ñeán hoaït ñoäng khoâng oån ñònh. Vì vaäy, cuoän buø thöôøng hay ñöôïc söû duïng ñeå laøm giaûm hieäu öùng khöû töø cuûa phaûn öùng phaàn öùng. Vôùi ñoäng cô coâng suaát trung bình, ñoä suït toác khi taûi ñònh möùc so vôùi khi khoâng taûi khoaûng 50%. Vôùi ñoäng cô moät chieàu kích töø noái tieáp, töø thoâng F laø moät haøm cuûa doøng phaàn öùng. Neáu giaû thieát ñoäng cô hoaït ñoäng trong vuøng tuyeán tính cuûa ñaëc tính töø hoùa, coù theå xem laø töø thoâng tyû leä baäc nhaát vôùi doøng phaàn öùng, nghóa laø : F = KktI (3.7) Thay (3.7) vaøo (3.1),(3.4) vaø (3.5), ta ñöôïc : M = KKktI2ö (3.8) (3.9) (a) (b) (c) Hình 3.3: Ñaëc tính cô caùc loaïi ñoäng cô DC M(%Mñm) 100 100 w (%wñm) Ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp Ñoäng cô DC kích töø noái tieáp Ñoäng cô DC kích töø hoãn hôïp (3.10) Löu yù laø Rö luùc naøy laø toång cuûa ñieän trôû maïch phaàn öùng vaø ñieän trôû cuoän kích töø. Ñaëc tính cô ñoäng cô moät chieàu kích töø noái tieáp ñöôïc veõ treân hình 3.3. Coù theå thaáy raèng toác ñoä ñoäng cô suy giaûm nhieàu theo momen taûi. Tuy nhieân trong thöïc teá, caùc ñoäng cô tieâu chuaån thöôøng ñöôïc thieát keá laøm vieäc taïi caùc caùnh choû (knee-point) cuûa ñaët tính töø hoùa khi mang taûi ñònh möùc. Vôùi taûi treân ñònh möùc, maïch töø ñoäng cô baõo hoøa, khi ñoù töø thoâng F khoâng thay ñoåi nhieàu theo doøng taûi Iö daãn ñeán ñaët tính cô tieäm caän vôùi ñöôøng thaúng. Ñoäng cô moät chieàu kích töø noái tieáp thích hôïp cho caùc öùng duïng ñoøi hoûi momen khôûi ñoäng cao vaø coù theå quaù taûi naëng. Vôùi momen taûi taêng, töø thoâng ñoäng cô cuõng taêng theo. Nhö vaäy vôùi cuøng moät löôïng gia taêngcuûa momen nhö nhau, doøng phaàn öùng Iö cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø noái tieáp seõ taêng ít hôn so vôùi ñoäng cô kích töø ñoäc laäp. Do ñoù, trong ñieàu kieän quaù taûi naëng, söï quaù taûi cuûa nguoàn cung caáp vaø söï quaù nhieät cuûa ñoäng cô cuõng ít hôn so vôùi ñoäng cô kích töø ñoäc laäp. Theo coâng thöùc (3.10) , toác ñoä ñoäng cô kích töø noái tieáp tyû leä nghòch vôùi caên baäc hai cuûa momen. Vì vaäy toác ñoäng cô khi khoâng taûi coù theå taêng leân raát cao, chæ bò haïn cheá bôûi töø dö cuûa ñoäng cô vaø coù theå gaáp haøng chuïc laàn toác ñoä ñònh möùc. Ñieàu naøy laø khoâng cho pheùp vôùi maùy ñieän–thöôøng chæ cho pheùp hoaït ñoäng gaáp 2 laàn toác ñoä ñònh möùc. Do ñoù, ñoäng cô kích töø noái tieáp khoâng ñöôïc duøng vôùi caùc öùng duïng trong ñoù momen taûi coù theå nhoû ñeán möùc laøm toác ñoä ñoäng cô vöôït quaù möùc giôùi haïn cho pheùp. Ñaëc tính cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø hoãn hôïp coù daïng nhö bieåu dieãn treân hình 3.3. Toác ñoä khoâng taûi cuûa ñoäng cô phuï thuoäc vaøo doøng kích töø qua cuoän song song, trong khi ñoä doác ñaëc tính cô phuï thuoäc vaøo söï phoái hôïp giöõa cuoän song song vaø cuoän noái tieáp. Ñoäng cô kích töø hoãn hôïp ñöôïc söû duïng trong nhöõng öùng duïng caàn coù ñaëc tính cô töông töï ñoäng cô kích töø noái tieáp ñoàng thôøi caàn haïn cheá toác ñoä khoâng taûi ôû moät giaù trò giôùi haïn thích hôïp. Cuõng caàn löu yù caùc ñaëc tính cô ñeà caäp treân hình 3.3 laø ñaëc tính cô töï nhieân cuûa ñoäng cô, nghóa laø caùc ñaëc tính naøy nhaän ñöôïc khi ñoäng cô hoaït ñoäng vôùi ñieän aùp cung caáp vaø töø thoâng ñònh möùc, vaø khoâng coù ñieän trôû phuï naøo trong maïch phaàn öùng hoaëc kích töø. Sô löôïc caùc phöông phaùp ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô DC Töø coâng thöùc (3.5) bieåu dieãn quan heä giöõa toác ñoä–momen ñoäng cô, coù theå thaáy raèng toác ñoä ñoäng cô coù theå ñöôïc ñieàu khieån baèng ba phöông phaùp sau: Ñieàu khieån ñieän aùp phaàn öùng Ñieàu khieån töø thoâng Ñieàu khieån ñieän trôû phaàn öùng Ñieàu khieån ñieän aùp phaàn öùng Ñaëc tính cô tónh cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp vaø kích töø noái tieáp khi ñieàu chænh ñieän aùp cung caáp cho phaàn öùng ñoäng cô ñöôïc veõ treân hình 3.4(a) vaø (b). Caùc ñaëc tính naøy suy ra töø coâng thöùc (3.5) vôùi ñieän aùp V thay ñoåi. Baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp phaàn öùng, ñoäng cô coù theå laøm vieäc taïi baát kì toác ñoä, momen naøo naèm giöõa ñöôøng ñaëc tính cô töï nhieân vaø truïc momen. Vì ñieän aùp phaàn öùng chæ coù theå ñieàu chænh döôùi ñònh möùc, phöông phaùp naøy chæ duøng ñeå ñieàu chænh ñoäng cô hoaït ñoäng vôùi caùc ñaëc tính thaáp hôn ñaëc tính cô töï nhieân. Giaûm f V=const Giaûm V f=const Ñaëc tính cô töï nhieân Giaûm f V=const Giaûm V f=const (a)Ñoäng cô kích töø ñoäc laäp (b) Ñoäng cô kích töø noái tieáp Hình 3.4 : Caùc ñaëc tính cô khi ñieàu khieån ñieän aùp phaàn öùng cuûa ñoäng cô DC Tính chaát quan troïng cuûa phöông phaùp naøy laø ñoä cöùng ñaëc tính cô khoâng thay ñoåi khi toác ñoä ñoäng cô ñöôïc ñieàu chænh. Ñieàu naøy khieán heä coù khaû naêng ñaùp öùng vôùi taûi coù momen haèng soá vì doøng phaàn öùng cöïc ñaïi cho pheùp Iömax töông öùng vôùi noù laø momen taûi cöïc ñaïi cho pheùp cuûa ñoäng cô khoâng ñoåi vôùi moïi toác ñoä. Ñieän aùp phaàn öùng ñoäng cô coù theå ñöôc ñieàu khieån baèng caùch söû duïng: Maùy phaùt DC (Heä Maùy phaùt- Ñoäng cô) Boä chænh löu coù ñieàu khieån (AC® DC) Boä chopper (boä bieán ñoåi xung aùp) (DC® DC) Ñieàu khieån töø thoâng Ñieàu khieån töø thoâng ñöôïc söû duïng khi caàn taêng toác ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng cô cao hôn toác ñoä ñònh möùc. Coù theå thaáy ñieàu ñoù qua coâng thöùc (3.5). Ñaëc tính tónh cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp vaø kích töø noái tieáp khi ñieàu khieån töø thoâng ñöôïc bieåu dieãn laàn löôït treân hình 3.4 (a) vaø (b) baèng caùc ñöôøng neùt ñöùt. Löu yù laø ñoä cöùng ñaëc tính cô giaûm nhanh khi giaûm töø thoâng. Toác ñoä cao cuûa ñoäng cô ñaït ñöôïc khi giaûm töø thoâng bò haïn cheá bôûi: Söï khoâng oån ñònh cuûa ñoäng cô gaây ra bôûi aûnh höôûng cuûa phaûn öùng phaàn öùng Giôùi haïn veà maët cô khí cuûa ñoäng cô: caùc ñoäng cô thoâng thöôøng cho pheùp toác ñoä ñaït ñeán 1,5 – 2 laàn toác ñoä ñònh möùc. Moät soá ñoäng cô cheá taïo ñaëc bieät cho pheùp toác ñoä cao nhaát ñaït tôùi 6 laàn ñònh möùc. Ñoái vôùi ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp vaø song song, coâng suaát cöïc ñaïi cho pheùp cuûa ñoäng cô gaàn nhö khoâng ñoåi vôùi moïi toác ñoä khi ñieàu khieån töø thoâng (xem hình 3.5 ). Coù theå thaáy ñieàu naøy neáu giaû thieát laø doøng cöïc ñaïi cho pheùp cuûa ñoäng cô khoâng thay ñoåi khi ñieàu chænh töø thoâng vaø ñieän aùp cung caáp cho phaàn öùng, V laø ñònh möùc. Khi ñoù, söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô, E = V – RI laø haèng soá. Vì vaäy coâng suaát ñieän töø cöïc ñaïi cho pheùp cuûa ñoäng cô laø EI, seõ laø haèng soá, vaø momen cöïc ñaïi cho pheùp cuûa ñoäng cô seõ bieán thieân tæ leä nghòch vôùi toác ñoä. Löu yù laø trong thöïc teá, giaû thieát doøng phaàn öùng cöïc ñaïi cho pheùp khoâng thay ñoåi khi giaûm töø thoâng chæ laø gaàn ñuùng. Taùc ñoäng cuûa phaûn öùng phaàn öùng caøng lôùn khi töø thoâng caøng giaûm, do ñoù, doøng phaàn öùng cöïc ñaïi cho pheùp caàn giaûm xuoáng ñeå khoâng sinh ra tia löûa ñieän quaù möùc treân coå goùp. Ñieàu naøy daãn ñeán vieäc giaù trò thöïc teá cuûa I seõ giaûm xuoáng khi toác ñoä taêng cao. Vôùi ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp, vieäc ñieàu khieån kích töø ñöôïc thöïc hieän baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp kích töø vôùi boä chænh löu coù ñieàu khieån hoaëc boä chopper, tuyø theo nguoàn cung caáp ñöôïc söû duïng laø AC hoaëc DC. Vôùi ñoäng cô coâng suaát nhoû, cuõng coù theå noái tieáp bieán trôû vaøo maïch kích töø ñeå ñieàu khieån töø thoâng. Vôùi ñoäng cô DC kích töø noái tieáp, vieäc ñieàu khieån töø thoâng ñöôïc thö