Đề tài Switched Reluctance Motor (Động cơ từ trở chuyển mạch số)

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 12/2/2013 ‹#› TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM Khoa :điện-điện tử BÀI BÁO CÁO MÔN:MÁY ĐIỆN ĐẶT BIỆT GVHD: ths TRẦN ĐỨC LỢI SVTH(nhóm 6): TRỊNH HOÀNG LINH NGUYỄN ĐĂNG THÔNG BÙI VĂN HOÀNG 39.19 Switched Reluctance Motor (Động cơ từ trở chuyển mạch số) The swiched reluctance (SR) motor operates on the same basic principle as a variable reluctance stepper motor (Art 39.4). Động cơ từ trở chuyển mạch số (SR) có nguyên lý hoạt động cơ bản tương tự như động cơ bước từ trở biến thiên . a) Contruction (cấu tạo) Unlike a conventional synchronous motor, both the rotor and stator of a SR motor have salient poles as shown in Fig. 39.22. This doubly-salient arrangement is very effective for electromagnetic energy conversion. Khác với động cơ đồng bộ thông thường, cả rotor và stator của động cơ SR đều có cực lồi như hình 39.22. cấu tạo lồi kép như thế này rất hiệu quả trong việc chuyển đổi năng lượng điện từ. The stator carries coils on each pole, the coils on opposite poles being connected in series. The eight coils shown in Figure are grouped to form four phase which are independently energized from a four-phase converter. The laminated rotor has no windings or magnets and is, therefore cheap to manufacture and extremely robust. The motor show in Fig. 39.22 has eight stator poles and six rotor poles which is a widely-used arrangement althought orther pole combinations (like 6/4 poles ) are used to suit different applications. Trên mỗi cực của stator đều có 1 cuộn dây, các cuộn dây trên các cực đối diện nhau được nối nối tiếp với nhau. 8 cuộn dây được trong hình được nhóm lại tạo thành 4 góc pha khi có một sự chuyển đổi việc cấp điện độc lập cho 4 pha . Rotor gồm nhiều lớp ép lại với nhau mà không có cuộn dây hoặc nam châm, vì vậy mà giá thành sản xuất rẻ hơn và mạnh mẽ hơn. Động cơ thể hiện trong hình 39.22 có stator 8 cực và rotor 6 cực, đây là cấu tạo được sử dụng rộng rãi tuy nhiên tổ hợp máy với cấu tạo số cực khác (như 6/4 cực) được sử dụng để đáp ứng các ứng dụng khác. b) Working (nguyên lý hoạt động) Điều khiển vòng kín: Usual arrangement is to energize stator coils with a singel pulse of current at high speed. However, at starting and low speed, a current-chopper type control is used to limit the coil current. Cấu tạo thông thường thì cuộn dây stator được cấp điện liên tục với 1 xung duy nhất của dòng điện ở tốc độ cao. Tuy nhiên, lúc khởi động và tốc độ thấp, một bộ điều khiển băm dòng được sử dụng để giới hạn dòng qua cuộn dây. The motor rotates in the anticlockwise direction when the stator phase are energized in the sequence 1, 2, 3, 4 and in clockwise direction when energized in the sequence 1, 4, 3, 2. When the stator coils are energized, the nearest pair of rotor poles is pulled into alidnment with the appropriate stator poles by reluctance torque. Động cơ quay theo hướng ngược chiều kim đồng hồ khi stator được cấp điện theo thứ tự pha là 1, 2, 3, 4 và quay theo hướng cùng chiều kim đồng hồ khi stator được cấp điện theo thứ tự pha 1, 4, 3, 2. Khi cuộn dây stator được cấp điện, đôi cực rotor gần nhất sẽ được kéo vào liên kết với cực stator tương ứng bởi lực quay từ trở. Close-loop control is essential to optimize the switching angles of the applied coil voltages. The stator phases are switched by signals derived from a shaft-mounted rotor position detectors such as Hall-effect devices or optical sensors Fig. (39.23). this causes the behaviour of the SR motor to resemble that of a dc motor. Điều khiển vòng kín là điều cần thiết để tối ưu hóa góc chuyển mạch của điện áp đặt vào cuộn dây. Các pha stator được chuyển đổi bằng tín hiệu tạo ra từ một trục định vị vị trí rotor như các thiết bị có sử dụng cảm biến Hall hoặc các cảm biến quang học như hình 39.23. Điều này làm cho sự hoạt động của động cơ SR giống như một động cơ DC. c) .Advantages and Disadvantages (ưu và nhược điểm) Although the newest arrival on the drives scene, the SR motor offers the following advantages: Mặc dù mới xuất hiện trên phương diện truyền động, động cơ SR cho thấy những ưu điểm sau: i) Higher efficiency : Hiệu suất cao hơn ii) More power per unit weight and volume : Cùng một khối lượng và thể tích nhưng mạnh hơn . iii) Very robust because rotor has no windings or slip rings: Rất mạnh mẽ bởi vì rotor không có cuộn dây hoặc vành trượt. iV) Can run at very high speed (upto 30,000 rpm) in hazardous c: có thể chạy ở tốc độ rất cao (lên đến 30.000 rpm) trong môi trường bất lợi . V) Has versatile and flexible drive features: đa năng và đặc tính truyền động linh hoạt. Vi) Four-quadrant operation is possible with appropriate drive circuitry: hoạt động bốn góc phần tư có thể kết hợp mạch điện điều khiển tương thích. However, the drawback are that it is: tuy nhiên, nhược điểm của nó là: (i) Relatively unproven. : lý thuyết tương đối (ii) Noisy: ồn (iii) Not well-suited for smooth torque production: không phải là công cụ tốt cho việc tạo ra momem mịn .  d) Applications: ứng dụng Even though the SR technology is still in its infancy, it has been successfully applied to a wide range of applications such as: mặt dù công nghệ SR vẫn còn rất mới nhưng nó đã được áp dụng thành công trong nhiều ứng dụng như:     General purpose industrial drive:Thông dụng trong điều khiển công nghiệp . Traction: Lực kéo. Domestic appliances like food processors, vacuum cleaners and washing etc., : Thiết bị gia dụng như chế biến thực phẩm, máy hút bụi và giặt, vv. Office and business eqipment: Trong văn phòng và các máy thương mại. VR Stepper Motor SR Motor It rotates in steps. quay từng bước It is designed first and foremost for open-loop operation. là thiết kế đầu tiên và hang đầu về điều khiển vòng hơ Its rotor poles are made of ferromagnetic material. Các cực của rotor được làm bằng vật liệu sắt từ It is capable of half-step operation and microstepping. Nó có khả năng hoạt động nửa bước và vi bước. Has low power rating. Có công suất thấp.   Has lower efficiency. Có hiệu suất thấp . It is meant for continuos rotation. quay liên tục Closed-loop control is essential for its optimal working. Điều khiển vòng kín là điều cần thiết để hoạt động tối ưu nhất   Its rotor poles are also made of ferromagnetic material. Các cực của rotor cũng được làm bằng vật liệu sắt từ It is not designed for this purpose. Nó không được thiết kế với mục đích này   Has power ratings upto 75kW (100hp). có công suât lên đến 75kW (100hp) Has higher overall efficiency. Có tổng hiệu suất cao. 39.20. Comparison between VR stepper Motor and SR Motor: so sánh giữa động cơ bước VR và động cơ SR 39.21. The Resolver In many ways, it is similar to a synchro but differs from it in the following respects : Electrical displacement between stator windings is 90º and not 120º It has two stator windings and two rotor windings (Fig. 39.24) Its input can be either to the stator or to the rotor They are usually not used as followers because their output voltage is put to further use. 3.21 Máy đo góc Trong nhiều trường hợp,máy đo góc tương tự như máy điện đồng bộ nhưng nó khác nhau ở một số điểm sau: i) 2 cuộn dây stator được đặt lệch 90⁰ không là 120⁰ ii) Có 2 cuộn dây ở stator và rotor cũng có 2 cuộn dây tương tự iii) có thể cấp nguồn vào stator hoăc rotor thường thì chúng không được sử dụng điện áp đầu ra của nhau để cấp điện áp cho đầu vào của cuộn kia,vì đầu ra chúng còn được sử dụng tiếp tục (a) Construction The main constructional features and the symbol for a resolver are shown in Fig. 39.24. There are two stator windings which are wound 90º apart. In most applications, only one stator winding is used, the other being short-circuited. The two rotor winding connections are brought out through slip rings and brushes.   Cấu tạo Cấu tạo chức năng mạch điện và kí hiệu của bộ thiết bị đo góc được hiển thị trên hình 39.24 2 cuộn dây stator cắt nhau 90⁰ Trong hầu hết các ứng dụng chỉ có một cuộn dây stator được sử dụng, còn các cuộn dây khác được nối ngắn mạch,hai đầu cuộn dây rotor được đưa ra ngoài và kết nối với vành trượt và chổi than. b) Applications Resolvers find many applications in navigation and height determination as shown in Fig. 39.25 (a) and (c) where Fig. 39.25 (b) provides the key. ứng dụng Bộ đo góc được tìm thấy trong nhiều ứng dụng để điều hướng và xác định độ cao như trong hình 39.25a/c tại hình 39.25 b ta thấy nó rõ ràng hơn. (i) Navigation Application As shown in Fig. 39.25 (a), the purpose is to determine the distance D to the destination. Suppose the range R to a base station as found by a radar ranging device is 369 km. The angle θ is also determined directly. If the amplifier scale is 4.5 V per 100 km, the range would be represented by 369 × (4.5 / 100) = 16.6 V. Further suppose that angle θ is found to be 52.5º. Now, set the resolver at 52.5º and apply 16.6 V to rotor terminals R3 R4. The voltage which appears at terminals S1 S2 represents D. If we assume K = stator turns / rotor turns = 1, the voltage available at S1 S2 will be = 16.6 / cos 52.5º = 16.6 / 0.6088 = 27.3 V. Since 4.5 V represents 100 km, 27.3 V represents 27.3 × 100 / 4.5 =607 km. i)ứng dụng chuyển hướng hình 39.25 mục đích là để xác định từ khoảng cách D đến đích, Giả sử trong phạm vi R trạm gốc tìm thấy một thiết bằng radar với khoảng cách đo được là 369km.Góc ϴ được xác định trực tiếp. Nếu phạm vi của bộ khuếch đại là 4.5 V ứng với 100km,thì khoảng cách này sẽ được quy đổi là : 369x(4.5/100)=16.6 V. Tiếp tục giả sử góc ϴ được tìm thấy là 52,5 ⁰.bây giờ, thiết lập phân tích tại 52,5 ⁰ và đặt 16,6 V tới đầu rotor R ₃ R ₄. điện áp xuất hiện ở đầu S ₁ S ₂ tương ứng cho D. nếu chúng ta giả sử K = vòng stator / rotor vòng = 1, điện áp tại S ₁ S ₂ sẽ bằng 16.6/cos52.5 ⁰ = 16.6/0.6088 = 27,3 V 4.5v tương ứng cho 100 km, vậy 27.3v tương ứng là 27,3 x 100/4.5 = 607 km. (ii) Height Determination Suppose the height H of a building is to be found. First of all, the oblique distance D to the top of the building is found by a range finder. Let D = 210 m and the scale of the amplifier to the resolver stator be 9 V per 100 m. The equivalent voltage is 9 × 210 / 100 = 18.9 V. This voltage is applied to stator terminals is S1 S2 of the resolver. Suppose the angle θ read from the resolver scale is 61.3º. The height of the building is given in the form of voltage which appears across the rotor terminals R1 R2. Assuming stator / rotor turn ratio as unity and the same amplifier ratio for the rotor output, the voltage across R1 R2 = 18.9 × sin 61.3º = 16.6 V. Hence, H = 16.6 × 100 / 9 = 184 m. It would be seen that in using the resolver, there is no need to go through trigonometric calculations because the answers come out directly. i) Xác định Chiều cao Giả sử ta có chiều cao của một tòa nhà là H.đầu tiên, xác định độ dài D của đường xiên lên đỉnh tòa nhà bằng một công cụ đo khoảng cách. Cho D = 210 m và độ của lớn các bộ khuếch đại đầu vào stato phân giải được 9 V trên 100 m.Điện áp tương đương là 9x210/100 = 18,9 V. điện áp này được áp dụng cho đầu vào stato là S ₁S ₂ của bộ đo góc .giả sử góc ϴ có độ lớn từ bộ đo góc là 61,3.chiều cao của tòa nhà được xác định bằng giá trị điện áp trên thiết bị đầu cuối rôto R ₁R ₂. Giả sử số vòng stato / rôto có tỷ lệ duy nhất và cùng tỷ lệ khuếch đại đầu ra rotor ,điện áp trên R ₁ ₂ R = 18,9 x sin61.3 = 16.6V. Do đó , H = 16.6x100 / 9 = 184m. Điều đó cho thấy việc sử dụng bộ đo góc, không có cần phải thực hiện các phép tính lượng giác vì kết quả sẽ nhánh chống xác định.