Tài liệu Công nghệ sản xuất xi măng P2 ppt

Sức điện động EƯ của phần ứng động cơ ta được phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều như sau: ω = φ K Uu - φ K Rf Ru+ .Iư Đây cũng là phương trình quan hệ giữa tốc độ ω và dòng

Chương II:

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

2-1 : Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều (ĐM)

2-1-1 :Phương trình đặc tính cơ:

Hình 2-1: Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

CKĐ : cuộn dây kích từ (Ω)

Uư : dòng điện đưa vào động cơ (V)

Iư : dòng điện phần ứng (A)

E : S đ đ (V)

Rư : điện trở dây quấn phần ứng (Ω)

Rf : điện trở phụ: (Ω)

Theo sơ đồ hình 2-1 ta viết được phương trình cân bằng điện áp phần ứng có dạng:

Uư = E +Iư ( Rư + Rf)

Sức điện động Eư của phần ứng của động cơ được xác định theo biểu thức:

Eư =

a

PN

π

2 φω = Kφω

Trong đó: P : là số đôi cực từ chính

R ¦

E

U ¦

Ukt CK§

+

N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a : số đối mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

φ : từ thông dưới một cực từ

ω : tốc độ góc Rad/s

K =

a

PN

π

2 hệ số cấu tạo của động cơ

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng / phút)

Ta có: Eư = Keφn

ω =

60

2 nπ =

55 , 9

n

vì vậy Eư =

a

PN

60 Φn

Trong đó Ke =

a

PN

60 : hệ số sức điện động của động cơ:

Ke =

55

,

9

K ≈ 0,105 K

Từ phương trình cân bằng điện áp phần ứng động cơ ta kết hợp với biểu thức xác định Sức điện động EƯ của phần ứng động cơ ta được phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều như sau:

ω =

φ

K

Uu -

φ

K

Rf

Ru+ Iư Đây cũng là phương trình quan hệ giữa tốc độ (ω) và dòng điện Phần ứng của động cơ (Iư) hay là phương trình tốc độ

Mặt khác mô men điện từ Mđt gồm mômen cơ học và mô men ma sát:

Mđt = Kφ Iư

Mđt = M + ΔM

Trong đó: ΔM là lực ma sát

Giả thiết nếu bỏ qua ΔM ≈ 0 thì M= Mđt

Suy ra: Iư =

φ

K M

Thay Iư vào phương trình đặc tính cơ điện ta được phương trình đặc tính

cơ như sau:

ω =

φ

K

Uu - 2

) (Kφ

Rf

Ru+ M Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đử, từ thông φ = const thì phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ là phương trình tuyến tính Hình 2-2 và hình 2-3 là đặc tính của chúng

Hình2-2: đặc tính cơ của động cơ Hình2-3: đặc tính cơ của

điện một chiều kích từ độc lập động cơ điện kích từ độc lập

Theo đồ thị trên thì khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có :

φ

K

Uu = ω0

ω0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng khi ω = 0 ta có:

I ư =

Rf

Ru

U

+ = Imn

M= KφImn = Mmn

Imn, Mmn được gọi là dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch

ωđm

ω0

ω

Iđm

Im

I

ωđm

ω0

ω

Mđm

Mmn

I

2-1-2: Xét ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ điện một chiều a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng

Giả sử : Uư = Uđm = const và φ = φđ = const muốn thay đổi điện trở phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng

Tốc độ không tải lý tưởng là

ω0 =

dm

dm

K

U

φ = const

độ tính đặc tính cơ

β=

ω

Δ

ΔM =

Rf Ru

K dm

+

φ =var

Khi Rf càng lớn,β càng nhỏ nghĩa là đường đặc tính cơ càng dốc ứng với Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên

βTN =- ( ) 2

Ru

dm

Kφ

Hình 2-4 các đặc tính cơ của

động cơ 1 chiều kích từ

độc lập khi thay đổi

điện trở phụ mạch phần ứng

(Rf3 > Rf2 > Rf1)

Như vậy khi thay đổi điện trở phụ Rf ta được một họ đặc tính cơ biến trở ứng với một phụ tải Mc nào đó, nếu Mc càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm Người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

b) ảnh hưởng của điện áp phần ứng

Giả sử khi từ thông φ = φđm = const

TN

Rf1

Rf2

Rf3

ω0

Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm ta có tốc độ không tải

lý tưởng: ω0 =

dm K

U

φ = var

Độ cứng của đặc tính cơ:

Ru

K ) 2

( φ

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đường đặc tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên Như hình vẽ 2-5 ta thấy rằng:

ω0 ≠ ω 1 ≠ ω 2 ≠ ω 3

Hình 2-5: các đặc tính cơ của động cơ 1 chiều kích từ độc lập

khi giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ (U 3 <U 2 <U 1 <U đm )

Khi thay đổi điện áp (giảm áp ) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với phụ tải nhất định Dó đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

c) ảnh hưởng của từ thông:

Giả sử Uư = Uđm = const

Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt của động cơ Tốc độ không tải lý tưởng:

Uđm TN

ω0

ω1

ω2

ω3

U2

U1

M

φ

ω

K

U dm

=

0

Độ cứng đặc tính cơ:

Ru

K ) 2

( φ

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông nên khi từ thông giảm thì ω0 sẽ tăng, còn β sẽ giảm ta có một họ đường đặc tính cơ ở hình vẽ 2-6 với ω0 tăng dần và độ cứng của đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông

Hình 2-6: đặc tính cơ điện (a), đặt tính cơ (b) của động cơ

một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông

Ta thấy rằng khi thay đổi từ thông thì:

Dòng điện ngắn mạch: Imn =

u

dm

R

U

= const

Mô men ngắn mạch: Mmn = Kφ I mn = var

Với dạng mô men phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ khi giảm từ thông thì tốc độ động cơ tăng lên ( Hình 2-6b)

2-2 : Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ

ω02

ω01

ω0

φ2

φ1

φđm

ω02

ω01

ω0

φ2

φ1

φđm TN

Mnm Mnm1 Mnm

M ω

Hình 2-7: Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập

Eb : là S đ đ của bộ biến đổi

Rb : điện trở bộ biến đổi

Rư : điện trở động cơ

Eư : S đ đ của động cơ

Để điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng của động

cơ thì từ thông φ = φdm nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của hệ thống do đó có thể nói phương pháp này là triệt để

Hình 2-8 Xác định phạm vi điều chỉnh

ω0max

ωmax

ω0min

ωmin

Mđm

Mnm min

Eb3

Eb2

Eb1

Ebđm

ω

M,I

Lk

U®k

~

E ¦

U Eb

Để xác định phạm vi điều chỉnh tốc độ ta thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mô men khởi động khi mô men tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất là:

ωmax =ω0max

-βdm

M

ωmin =ω0min

-βdm

M

Phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh dưới cơ bản hay dưới định mức (điều chỉnh từ dưới ω0min đến Mđm)

+ Sai số tốc độ:

Khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh

S% =

min

0

min min

0

ω

ω

ω

.100% =

min 0

ω

ω

Δ 100%

+ Tính mô men cho phép Mcf:

Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được giữ nguyên không đổ do đó mô men tải cho phép của hệ sẽ là không đổi

Mcf = Kφdm.I dm =M dm = hằng số không phụ thuộc vào ω

Vậy Mcf (ω) = const

Mcf (ω) = Mc(ω)

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thích hợp với tải có mô men không đổi trong toàn dải điều chỉnh

2-3 : Hệ thống truyền động điện chỉnh lưu- động cơ

Trong hệ thống truyền động điện chỉnh lưu điều khiển - Động cơ một chiều(CL - Đ), bộ biến đổi điện là mạch chỉnh lưu điều khiển có Sđđ Ed phụ thuộc vào giá trị pha xung điều khiển (góc điều khiển) chỉnh lưu có thể là nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động

cơ

Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và vào các tính chất của tải, trong truyền động điện tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích từ (L-R) hoặc là mạch phần ứng động cơ (L- R- E)

a) Chế độ dòng liên tục: Khi dòng điện chỉnh lưu nếu là liên tục thì sức

điện động chỉnh lưu là những đoạn hình sin nối tiếp nhau, giá trị trung bình của sức điện động chỉnh lưu sơ đồ chỉnh lưu 3 pha được

tính như sau:

Ed = ∫π ω

π

2

0

2

1

t

e d = U td t

D

D

ω ω

2

3

2 4

2

∫

⇒Ed = Ed0 cosα =

π

2

6

3 U2 cosα = 1,17 U2cosα

Công thức trên đúng với sơ đồ chỉnh lưu hình tia với sơ đồ hình cầu 3 pha thì điện áp chỉnh lưu không tải là Ed0 =

π

6

3 U2.

⇒ Ed = 2,34 U2 cosα

Với sơ đồ cầu một pha điện áp chỉnh lưu không tải được tính là:

Ed0

π

2

2 U2= 0,9U2

b) Chế độ dòng gián đoạn:

Hiện tượng gián đoạn dòng điện chỉnh lưu xẩy ra do năng lượng điện từ tích luỹ trong mạch khi dòng điện không đủ duy trì tính chất liên tục của dòng điện khi nó giảm Lúc này góc dẫn của van trở lên nhỏ hơn 2π/p

dòng điện này qua van trở về 0 trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn trong khoảng dẫn của van thì S.đ.đ chỉnh lưu bằng S.đ.đ của động cơ điện

ed =UL, 0≤ θ ≤ α 0+ α

Khi dòng điện bằng 0 , S.đ.đ chỉnh lưu bằng S.đ.đ của động cơ điện

ed = E, α 0+ α < θ ≤ 2π /p

c) Hiện tượng chuyển mach:

Khi phát xung nhằm để mở một hoặc hai van thì điện áp anôt của pha đó phải dương hơn điện áp của pha có van trong đang dẫn (điện áp nguồn không đổi dấu), do đó mà dòng điện của nhóm van đang dẫn giảm dầnvề 0, còn dòng điện của van kế tiếp sẽ tăng dần lên do có điện cảm trong mạch,

mà quá trình xẩy ra từ từ Cùng tại một thời điểm có cả các van đều dẫn dòng và chuyển mạch giưa các van (hiện tượng trùng dẫn) do có quá trình chuyển mạch nên điện áp chỉnh lưu nó không được đẹp như trước nữa mà

nó thay đổi dạng điện áp (bị méo đi) dẫn đến điện áp chỉnh lưu bị suy giảm một lượng là ΔUγ trị số điện áp trung bình được tính cho sơ đồ tia 3 pha:

ΔUγ =

π

2

3 XaId

Xa = ωLa = 2πf La

Sơ đồ cầu 3 pha: ΔUγ =

π

2

6 XaId

Sơ đồ cầu 1 pha: ΔUγ =

π

2

2 XaId

Vậy sau khi có hiện tượng chuyển mạch thì điện áp chỉnh lưu được tính tổng quát theo công thức:

Ed = Ed0 cosα - Δ Uγ

2-4: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha

U2

Hình 2-9: sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu điều khiển cầu một pha

a) Nguyên lý làm việc:

Ở nửa chu kỳ đầu của điện áp nguồn U2 xoay chiều thì (+) ở A và ở (-)

B, Thyristơ có điều kiện để dẫn dòng Tại thời điểm θ =θ1 cho xung điều khiển vào cực G của T1, T3 lúc này T1, T3 dẫn dòng, dòng điện được khép kín từ (+) A →T3 → Ld → Zt →T1 →(-) B ở nửa chu kỳ sau thì điện áp nguồn đổi dấu (+) ở B, (-) ở A Hai Thyristơ này tự nhiên bị khoá lại vì

UL =0 và Thyristơ T2, T4 có thể dẫn Tại thời điểm θ =π+α ta cho xung điều khiển mở vào cực G của T2, T4 dẫn đến T2,T4 mở cho dòng điện chạy qua, dòng điện được đi từ +B →T2 →Ld →Zt →T4 →-A kỳ sau thì nguyên lý lại ngược lại được lặp lại như ban đầu Tuỳ theo tính chất của tải mà dòng

Id có thể là liên tục hoặc gián đoạn

b) Tải thuần trở R

Hình 2-10: Đồ thị điện áp, dòng điện chỉnh lưu cầu 1 pha khi tải là R

Giá trị trung bình của điện áp tải

Ud =

π L

U

2

Giá trị trung bình của dòng tải

Id =

2

d

I

Khi θ = θ1 cho xung điều khiển T1,T3 :Ud = UL hai Tiristơ này sẽ tự nhiên bị khoá lại khi UL = 0 , Khi θ = π+α cho xung điều khiển mở T2

và T4 : Ud = UL

Dòng tải Id là dòng gián đoạn vì Id có khoảng thời gian bằng không

c) Tải trở cảm (R + L)

Ud

π+α π

θ1

θ 2π

π

θ1

id

iT1,3

iT2,3

2π π+α

θ

Dòng tải qua T1 ,T3 ở thời điểm (π+π) là chưa giảm về 0 khi hai van này khoá lại vì do tính điện cảm của mạch

Như vậy dòng tải sẽ tiếp tục tồn tạivà chuyển sang hai van vừa mở ra

T2,T4 vì thế ta có chế độ dòng điện liên tục vì với mọi thời điểm đều có

Id > 0

Phương trình mạch tải

L

U

2 sin θd θ= Rid + x

θ

d did

∫+α

π

α

π 2 sin

1

L

U θdθ= ∫+ + Id∫

Id

d d x did i

R

π

θ π

α π α

⇒giá trị trung bình điện áp tải là

Ud =

π

α cos

2

U 2

2

giá trị trung bình của van

ITB =

2

Id

Ta có đồ thị dạng điện áp dòng điện ở hình (2-11)

π α

2π

Ud

θ

iT1,3

id

iT2,4

π+π

θ1

π+α 2π

θ1

θ

θ

Hình 2-11: đồ thị điện áp, dòng điện chỉnh lưu cầu 1 pha khi tải là (R - L)

d) Hiện tượng chuyển mạch:

giả thiết khi T1,T3 đang mở cho dòng điện chảy qua , iT1,3 = Id khi θ = θ2 cho xung điều khiển mở T2, T4 vì sự có mặt của Ld nên dòng TT1,3 không thể giảm đột ngột từ Id xuống 0, mà dòng iT2,4 cũng không thể tăng đột ngột từ 0 đến Is

Lúc này thì cả 4 Tiristơ cũng mở cho dòng chảy qua gọi là hiện tượng chuyển mạch (trùng dẫn), phụ tải bị ngắn mạch, Ud = 0 nguồn eLcũng bị sinh ra dòng ngắn mạch ic

Ta có phương trình:

D L

d

dic Xc

U sin θ =

2

Nếu chuyển góc toạ độ từ 0 sang θ2 ta có

θ

= α + θ

d

dic Xc U

2 2sin( )

ic = [cosα−cos(θ+α)]

Xc

U

2 2

đặt ic = ic1+ ic2 với ic1= ic2= ic2

ic1 làm tăng dòng trong T4 và làm giảm dòng trong T3

ic2 làm tăng dòng trong T2 và làm giảm dòng trong T1

i =I - 2U L[cos α − cos( θ + α )]

do hiện tượng chuyển mạch nên điện áp chỉnh lưu bị suy giảm 1 lượng ΔUγ

ΔUγ =

π

Id Xc.

2

khi Ld ≠ 0, giá trị trung bình của điện áp tải sẽ là:

U’d = Ud -

π

Id

Xc.

.U2 2 2

Hình 2-12a: sơ đồ nguyên lý trường hợp trùng dẫn

Hình 2-12b: đồ thị điện áp, dòng điện trường hợp trùng dẫn

θ α

U2

θ2 θ3

Ud

0

γ

iT 1

θ α

id

0 Ld

Zt

T 3

T 4

T 2

U L

T 1

i c1 i c2