Giáo trình Cơ sở truyền dòng điện - dhgtvt

§2.1 – Đặc tính của động cơ 1 chiều kích từ độc lập và kích từ song song Đặc điểm cơ bản của loại động cơ này là từ thông của động cơ điện không thay đổi khi tải thay đổi điều này được

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay việc ứng dụng động cơ điện cho truyền động các máy móc sản suất rất phổ biến và đa dạng góp phần nâng cao năng suất và hoàn thiện sản phẩm, đặc biệt

là việc ứng dụng các kỹ thuật hiện đại để điều khiển các quá trình sản xuất và công nghệ

Để đáp ứng được nhu cầu tài liệu, giáo trình cho sinh viên chuyên nghành điện và

tự động hóa trong trường cũng như nhu cầu tham khảo của các kỹ sư, kỹ thuật viên chuyên nghành điện và tự động hóa ngoài sản xuất, chúng tôi mạnh dạn biên sọan giáo trình “Cơ sở truyền động điện” Giáo trình “Cơ sở truyền động điện” nhằm mục đích trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về điều khiển động cơ điện, phần ứng dụng kỹ thuật để điều khiển động cơ và các quá trình công nghệ sẽ được biên sọan trong giáo trình “ Kỹ thuật điều khiển động cơ điện”

Giáo trình được chia thành tám chương với các nội dung ngắn gọn dễ đọc dễ hiểu sau mỗi chương đều đưa ra các câu hỏi gợi ý và bài tập giúp sinh viên tự đọc và tự

ôn luyện Giáo trình bao gồm các chương sau:

Chương I giới thiệu chung, những khái niệm cơ bản của hệ truyền động điện Chương II giới thiệu về các đặc tính tĩnh, các trạng thái làm việc xác lập và điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều Chương III giới thiệu về các đặc tính tĩnh, các trạng thái làm việc xác lập và điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ Chương IV giới thiệu về vấn đề ổn định tốc độ cho động cơ điện Chương V trình bày các quá trình nhiệt trong động cơ điện trên cơ sở đó đưa ra các phương pháp tính chọn công suất cho động cơ điện Chương VI trình bày các quá trình kiểm nghiệm động cơ điện theo các điều kiện phát nhiệt cũng như các điều kiện riêng khác Chương VII giới thiệu các nguyên tắc cơ bản để điều khiển tự động hệ truyền động điện Chương VIII giới thiệu nguyên tắc thiết kế và phân tích hệ điều khiển truyền động điện, giới thiệu một số hệ điều khiển trong thực tế

Nội dung của giáo trình “Cơ sở truyền động điện” đã được hội đồng khoa học chuyên nghành khoa Điện –Điện tử viễn thông Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thnh Phố Hồ Chí Minh xét duyệt và được tiến sỹ Lê Quang Đức hiệu đính Tác giả xin chân thành cảm ơn sự đóng góp quí giá đó

Do còn hạn chế nhiều về thông tin cũng như kiến thức, hơn nữa lần đầu sách ra mắt bạn đọc nên chắc chắn còn nhiều khiếm khuyết rất mong nhận được sự đóng góp

ý kiến của bạn đọc gần xa Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Điện – Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh số 2 đường D3, Văn Thánh Bắc, Phường 25, Quận Bình Thạnh, T/P Hồ Chí Minh, điện thọai: 08.8996858 Tác giả xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

Trang

§ 1.4 – Trạng thái làm việc xác lập của truyền động điện 7

§ 1.5 – Qui đổi các khâu cơ khí của truyền động điện 10

§ 1.6 - Phương trình động học của truyền động điện 10

§ 1.7 - Điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện 11

Chương II: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU 13

§2.1 – Đặc tính của động cơ 1 chiều kích từ độc lập và kích từ song song 14

§2.2 – Khởi động động cơ kích từ độc lập và kích từ song song 22

§2.3 – Đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ nối tiếp 26

§2.4 – Khởi động động cơ kích từ nối tiếp 29

§2.5 – Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp 30

§2.6 – Các trạng thái hãm của động cơ một chiều 31

§2.7 – Khái quát chung về điều chỉnh tốc độ động cơ điện 37

§2.8 – Nguyên lý điều chỉnh điện trở phần ứng động cơ một chiều 37

§2.9 – Nguyên lý diều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều 40

§2.10 – Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ một chiều 47

§2.11 – Nguyên lý điều chỉnh rẽ mạch phần ứng động cơ một chiều 49

Chương III: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU 53

§ 3.1 – Đặc tính cơ động cơ không đồng bộ 3 pha 53

§ 3.2 – Khởi động và xác định điện trở khởi động của động cơ dị bộ 60

§ 3.3 – Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ 62

§ 3.4 – Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rotor 66

§ 3.5 – Phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi số cặp cực 67

§ 3.6 – Phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn 70

§ 3.7 – Phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi tần số – điện áp 73

Chương IV: ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 78

§ 4.2 On định tốc độ động cơ điện một chiều dùng phản hồi dương dòng tải 80

§ 4.3 On định tốc độ động cơ một chiều dùng phản hồi âm điện áp 81

§ 4.4 On định tốc độ động cơ một chiều dùng phản hồi âm tốc độ 83

Câu hỏi ôn tập chương 4 86 Chương V: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ CHO

§ 5.2 – Các chế độ làm việc của truyền động điện 88

§ 5.3 – Đồ thị phụ tải của truyền động điện 90

§ 5.4 – Chọn động cơ điện làm việc dài hạn cho TĐĐ không điều chỉnh 91

§ 5.5 – Chọn động cơ điện làm việc ngắn hạn cho TĐĐ không điều chỉnh 92

§ 5.6– Chọn động cơ điện ngắn hạn lặp lại cho TĐĐ không điều chỉnh 94

§ 5.7 – Chọn động cơ điện cho truyền động điện có điều chỉnh 96

§ 6.1 – Nghiệm động cơ theo điều kiện phát nhiệt 99

§ 6.2 – Nghiệm động cơ theo các điều kiện khác 102

Chương VII: CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN

§ 7.2 - Nguyên tắc điều khiển theo thời gian 105

§ 7.3 - Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ 109

§ 7.4 - Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 114

Chương 8: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 119

§8.2 – Bảo vệ hệ thống điều khiển truyền động điện 120

§8.3 – Một số hệ thống điều khiển truyền động điện 121

Chương I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

§ 1.1 – Khái quát chung;

1.1.1, Khái niệm:

Truyền động điện là một nghành khoa học nghiên cứu về lĩnh vực cơ điện hoặc một quá trình biến đổi năng lượng điện thành cơ năng Hệ thống truyền động điện bao gồm nhiều thiết bị điện và cơ cùng các hệ thống điều khiển

Sơ đồ khối của một hệ truyền động điện được mô tả trên hình 1-1

Hình 1-1

Trong đó: BĐ là bộ biến đổi dùng để biến đổi điện năng từ lưới điện cung cấp cho động cơ điện ĐC

ĐC: động cơ điện là phần tử trung tâm của hệ truyền động điện có thể là động

cơ điện một chiều hoặc xoay chiều

ĐK là bộ điều khiển dùng để nhận lệnh điều khiển từ yêu cầu điều khiển hoặc

từ người điều khiển đó là một tổ hợp các thiết bị đo, cảm biến, xử lý tín hiệu … BTĐ: bộ truyền động dùng để truyền cơ năng từ động cơ điện sang máy sản xuất

MSX: là các máy móc thiết bị của các quá trình công nghệ

1.1.2, Phân lọai:

Việc phân loại hệ truyền động điện có thể dựa theo nhiều tiêu chí khác nhau sau đây là một số phương pháp phân loại:

+ Dựa theo loại động cơ điện chia thành:

- Truyền động điện động cơ điện một chiều

- Truyền động điện động cơ điện xoay chiều trong đó có truyền động điện động cơ điện không đồng bộ và truyền động điện động cơ điện đồng bộ + Dựa theo sự tương ứng giữa động cơ điện và máy sản xuất chia thành:

- Truyền động điện nhóm là dùng 1 hệ truyền động điện cho nhiều máy sản xuất

- Truyền động điện đơn là dùng 1 hệ truyền động điện cho một máy sản xuất

- Truyền động điện nhiều động cơ là dùng nhiều hệ truyền động điện cho một nhóm máy sản xuất

ĐK

+ Dựa theo mức độ tự động hóa chia thành:

- Truyền động điện không điều chỉnh: động cơ chỉ làm việc ở 1 tốc độ đặt

- Truyền động điện điều chỉnh: động cơ làm việc ở nhiều cấp tốc độ

- Truyền động điện bán tự động: làm việc theo nguyên tắc điều khiển vòng hở

- Truyền động điện tự động: làm việc theo nguyên tắc điều khiển vòng kín

1.1.3, Ưu điểm:

So với các loại truyền động khác truyền động điện có nhiều ưu điểm hơn hẳn do đó

nó đã được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ Sau đây là mộtsố ưu điểm nổi bật của truyền động điện:

+ Khả năng tự động hoá cao

+ Khả năng phân phối năng lượng dễ dàng thuận tiện

+ Khả năng truyền đạt năng lượng tốt

+ Độ tin cậy cao

§ 1.2 – Đặc tính cơ của động cơ điện:

1.2.1, Khái niệm:

- Đặc tính cơ của động cơ điện là mối quan hệ giữa tốc độ quay của rotor và moment của động cơ M= f() Có 2 loại đặc tính cơ là đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo:

- Đặc tính cơ tự nhiên là đặc tính cơ ứng với chế độ làm việc với các thông

số nguồn và các tham số của động cơ là trị số định mức của động cơ (điện

Độ cứng đặc tính cơ: kí hiệu là  là một thông

số được dùng để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ

với nhau Độ cứng của đặc tính cơ được tính:

(2), ngược lại  càng nhỏ thì đặc tính cơ càng mềm

(1) Khi  =  thì đặc tính cơ cứng tuyệt đối (3) Đường đặc tính cơ càng cứng thì tốc độ động cơ

càng ít thay đổi khi tải thay đổi Ngược lại đường đặc

tính cơ càng mềm thì tốc độ động cơ thay đổi nhiều

khi tải thay đổi

§ 1.3 – Đặc tính cơ của máy sản xuất:

Đặc tính cơ của máy sản xuất cũng là mối quan hệ giữa tốc độ quay của máy sản suất và moment cản của máy sản xuất MC = f() Máy sản xuất rất đa dạng, do

đó đặc tính cơ của máy sản xuất cũng rất đa dạng tuy vậy phần lớn nó đựoc biểu diễn dưới dạng biểu thức tổng quát sau:





))(

(

dm CO đm

CO

M    (1.2)

trong đó:

Mco: moment ứng với tốc độ  = 0

Mđm : moment ứng với tốc độ định mức đm

Mc : moment ứng với tốc độ ,

Từ phương trình tổng quát trên ta có các trường hợp thường gặp sau:

-  = 0, Mc = Mđm và không đổi chúng bao gồm các cơ cấu nâng hạ, băng tải

cơ cấu ăn giao máy cắt gọt thuộc lọai này (đường 1, hình 1 – 3, a)

-  =1, moment tỷlệ bậc nhất với tốc độ, thực tế rất ít gặp, về lọai này có thể lấy VD máy phát một chiều tải thuần trở ( đường 2, hình 1 – 3,a)

-  = 2, momen tỷ lệ bậc 2 với tốc độ là đặc tính của các bơm, quạt gió (đường 3, Hình 1 - 3, a)

Ngòai ra, một số cơ cấu của các máy có đặc tính khác, ví dụ:

- Momen phụ thụôc vào góc quay Mc = f ( ) hoặc moment phụ thuộc vào đường đi Mc = f(S), trong thực tế các máy công tác có piston, các máy trục không có cáp cân bằng có đặc tính thuộc lọai này

- Moment phụ thuộc vào vòng quay và đường đi Mc = f (, s) như các lọai

xe điện

- Moment cản phụ thuộc vào thời gian Mc=f(t), vd như máy nghiền đá, quặng (hình 1-3,d)

- Moment cản thế năng như trong các cơ cấu nâng hạ tải trọng (có đặc tính

Mc = const và khhông phụ thuộc vào chiều quay – Hình 1-3,c)

- Moment phản kháng luôn luôn chống lại chiều quay như moment ma sát, moment cơ cấu ăn dao máy cắt gọi kim lọai (hình 1-3, b)

§ 1.4 – Trạng thái làm việc xác lập của truyền động điện

1.4.1, Khái niệm chung:

Trạng thái làm việc xác lập của truyền động điện là trạng thái làm việc cân bằng ổn định nghĩa là mô men quay do động cơ điện sinh ra cân bằng với mômen cản của tải;

M - Mc = Mđ = 0  0

dt

d 

hay tốc độ động cơ không thay đổi

Vì mô men quay của động cơ điện là một hàm của tốc độ do đó để thỏa mãn điều kiện cân bằng về mô men thì mô men cản cũng

phải là một hàm số của tốc độ Cho nên các loại

phụ tải không phụ thuộc vào tốc độ sẽ không

thể tạo được chế độ xác lập

Đặc tình cơ của động cơ và đặc tính cơ của

máy sản xuất được trình bày trên hình 1-4

Trong đó giao điểm A

của đặc tính cơ của động cơ và đặc tính cơ của

máy sản xuất là điểm làm việc xác lập của hệ

1.4.2, Trạng thái động cơ và trạng thái hãm:

Trong hệ thống truyền động điện bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện–cơ Các quá trình biến đổi năng lượng này quyết định trạng thái làm việc của truyền động điện

1.4.2.1, Các qui ước:

- Công suất điện Pđ dương: là công suất có chiều truyền từ nguồn điện tới động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ; Pcơ = M cấp cho máy sản xuất Công suất cơ có giá trị dương nếu như moment động cơ sinh ra có cùng chiều với tốc độ quay

- Công suất điện Pđ âm: là công suất có chiều truyền từ máy sản xuất về động

cơ và về nguồn Công suất cơ có giá trị âm khi moment động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay

- Moment của máy sản suất được gọi là moment cản âm khi nó ngược chiều với tốc độ của động cơ

- Moment của máy sản suất được gọi là moment cản dương khi nó cùng chiều với tốc độ của động cơ

- Phương trình cân bằng công suất củahệ truyền động là :

Pđ = Pc +P

Với: Pđ: công suất điện

Pc : công suất cơ

Trạng thái hãm là trạng thái mà mô men động cơ sinh ra ngược chiều với tốc

độ của động cơ điện Mô men hãm được sinh ra do quá trình biến đổi ngược cơ năng

từ máy sản xuất thành điện năng, động cơ điện làm việc như máy phát do đó trạng thái hãm còn gọi là trạng thái máy phát Trên hệ trục tọa độ (M, ) thì đó là các điểm làm việc nằm trong góc phần tư thứ II và thứ IV

Trạng thái hãm bao gồm hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng

§ 1.5 – Qui đổi các khâu cơ khí của truyền động điện

Một hệ truyền động điện tổng quát có thể được mô tả như hình vẽ 1- 6

Ở đó: ĐC là động cơ điện thông qua cơ cấu truyền động BTĐ để kéo một tải trọng G Trong đó mỗi một cơ cấu của truyền động đều có các đại lượng như tốc

độ quay, mô men lực, mô men quán tính … Để thuận lợi trong việc nghiên cứu, tính tóan hệ thống, chúng ta sẽ qui đổi tất cả các đại lượng đó về trục động cơ nhưng vẫn đảm bảo năng lượng của hệ thống không thay đổi Chúng ta cũng chỉ xét các phần tử được coi là cứng tuyệt đối, không biến dạng, không đàn hồi…

1.5.1, Tính qui đổi mô men cản về trục động:

Giả sử có moment tại trống tời là Mtr.

i tr cqd t

tr tr d cqd

i M M

M M

Theo nguyên tắc không đổi công suất ta có:

cqd d

tr i

tr tr

1.5.3, Tính qui đổi moment quán tính:

Các cặp bánh răng có moment quán tính Ji… Jk, moment quán tính tang trống J, khối lượng quán tính m và moment quán tính động cơ Jđ đều có ảnh hưởng đến tính chất động học của hệ truyền động

Nếu sét điểm khảo sát là đầu trục động cơ và quán tính chung của hệ truyền động tải điểm này ta gọi là Jqđ Lúc đó phương trình động năng của hệ là:

2 2

) 2

2

( 2 2

2 2

2 2

1 1

2 2

mV J

J J

J

tr k k d

d d

(1- 5)

2 2 2 2

2 1

k

d i





 Gọi là tỷ số truyền của bộ truyền động

Rtr : Bán kính của trống tời

§ 1.6: Phương trình động học của truyền động điện

Phương trình cân bằng năng lượng của hệ truyền động điện:

W= Wc+W (1- 7) trong đó W là năng lượng đưa vào động cơ

Wc – năng lượng tiêu thụ của máy truyền động

W – mức chênh năng lượng giữa năng lượng đưa vào và năng lượng đưa vào chính là động năng của hệ:

( 2



j dt

d dt

dW dt



 (1- 9) Chia 2 vế cho  ta có:

) ( 2

dW dt

d j

Phương trình (1-14) mô tả quá trình quá độ về cơ của hệ tuyền động điện Có thể giải nó bằng phương pháp giải tích, đồ thị hoặc số tùy theo đặc tính M() và Mc()

§ 1.7: Điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện:

Như ở phần 1 –6 đã nêu, khi M = Mc thì hệ truyền động làm việc ổn định Điểm làm việc ổn định là giao điểm của hai đặc tính cơ của động cơ M và của máy sản xuất Mc Tuy nhiên không phải với bất kỳ động cơ nào cũng có thể làm việc với các lọai tải mà nó phải có điểm giao nhau đó thõa mãn điều kiện ổn định, người ta gọi là ổn định tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ và tải

Tiêu chuẩn ổn định tĩnh được phát biểu như sau:

Điều kiện cần và đủ để một trạng thái xác lập của truyền động điện ổn định là tỷ

số giữa mô men động và gia số tốc độ có giá trị âm Có nghĩa là:

 0

 d

Ở tại điểm khảo sát ta xét thấy 3 điểm A,B,C là điểm làm việc ổn định, còn điểm

D là điểm làm việc không ổn định

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu1, Đặc tính cơ và độ cứng của đặc tính cơ của động cơ điện

Câu 2, Đặc tính cơ của máy sản xuất, phân tích một số dạng đặc tính cơ cơ bản của máy sản xuất

Câu 3, Các trạng thái động cơ và trạng thái hãm của động cơ điện

Câu 4, Phương pháp tính qui đổi lực và mô men về trục động cơ

Câu 5, Phương trình chuyển động của truyền động điện

Chương II: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU

§2.1 – Đặc tính của động cơ 1 chiều kích từ độc lập và kích từ song song

Đặc điểm cơ bản của loại động cơ này là từ thông của động cơ điện không thay đổi khi tải thay đổi điều này được thỏa mãn với 2 loại sau:

- Khi nguồn điện một chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì dòng kích từ song song với mạch phản ứng gần như không thay đổi khi tải thay đổi thì gọi là động cơ một chiều kích từ song song

- Khi nguồn điện một chiều công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng

và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập

Với đặc điểm từ thông không đổi khi tải thay đổi cho nên các đặc tính và trạng thái làm việc của chúng cũng giống như nhau Cho nên chúng ta nghiên cứu các đặc tính và trạng thái làm việc của 2 loại động cơ này trên cùng một hệ Sơ đồ nối dây của 2 loại động cơ được thể hiện trên hình 2-1; a: động cơ kích từ song song, b; động cơ kích từ độc lập

U   (  ) (2.1) Trong đó:

U u: : điện áp phần ứng, V

Ru : Điện trở của mạch phần ứng 

Rf : Điện trở phụ trong mạch phần ứng 

Iu : Dòng điện mạch phần ứng, A

Với: R u r u r cf r ir ct (Ru điện trở tổng phần ứng, ru điện trở cuận dây phần ứng,

rcf điện trở cuận dây phu, ri điện trở cuận dây bù, rct điện trở tiếp xúc của chổi than) Sức điện động Eu của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức

- p: Số đôi cực từ chính

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

- a: số mạch nhánh song song của của dây phần ứng

-  Từ thông kích từ dưới một cựa từ , Wb

- : Tốc độ góc, rad\s

-

a

pN k



2

 : hệ số cấu tạo của động cơ

Thay (2.2) vào (2.1) và biến đổi ta có:

I

k

R R k





   (2.3) Đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Mặt khác ta có:

M    (2.4) Thay (2.4) vào (2.3) ta được:

M

k

R R k

2

) ( 



   (2.5) Đây là chính là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Viết ở hệ đơn vị tương đối ta được:

Khi  = 0 ta có:

nm

f u

I R R

Inm, Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và moment ngắn mạch

2.1.2, Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ:

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ :

từ thông động cơ , điện áp phần ứng U và điện trở phần ứng Rf động cơ Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó:

2.1.2.1, Ảnh hưởng của điện áp:

Giả thiết từ thông  = dm = const, điện trở phần ứng Ru = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Udm, ta có:

  không thay đổi khi diện áp giảm

Dòng điện ngắn mạch :

u nm

R

U

I  sẽ giảm khi điện áp giảm

Mô men ngắn mạch: M nm k  I nm cũng sẽ giảm khi điện áp giảm

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên như hình 2-3

2.1.2.2, Ảnh hưởng của điện trở mạch phần ứng:

Giả sử có U = Udm = const và  = dm = const

Khi thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng ta có:

 sẽ giảm khi đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc Ứng với

Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có

độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ

Dòng điện ngắn mạch :

f u nm

R R

U I

Như vậy khi thay đổi điện trở phụ phần ứng ta được một họ đặc tính biến trở

có dạng như hình 2-4 Ứng với phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ động

cơ điện càng giảm , đồng thời dòng điện ngắn mạch và moment ngắn hạn cũng giảm

2.1.2.3, Ảnh hưởng của từ thông:

Giả thiết rằng điện áp phần ứng Uu = Udm = const Điện trở phần ứng Ru = count Khi thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt của động cơ, lưu ý rằng do cấu tao mạch từ của động cơ điện nên chỉ thay đổi từ thông theo chiều giảm) khi đó ta có:

Tốc độ không tải:



 k

  sẽ giảm khi giảm từ thông Khi  càng nhỏ, thì  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc

Dòng điện ngắn mạch :

u nm

R

U

I  không thay đổi vì nó không phụ thuộc vào

từ thông

Mô men ngắn mạch: M nm k  I nm cũng sẽ giảm khi giảm từ thông

Ta có một họ đặc tính cơ với  giảm dần và độ cứng của đặc tính cơ cũng giảm như hình 2-5 Ứng với phụ tải Mc nào đó, nếu  càng giảm thì trong phạm vi tải đủ nhỏ và dạng mô men cản phù hợp thì tốc độ động cơ điện sẽ tăng và moment ngắn hạn cũng giảm

2.1.3, Cách dựng đặc tính cơ của động cơ:

Để dựng đặc tính cơ cuả động cơ kích từ độc lập ta dựa vào các thông số mà nhà chế tạo đã cho sẵn như : Pđm, Uđm, Iđm, nđm, Rư,  dm… trên cơ sở đó ta có cách dựng các đặc tính cơ như sau:

2.1.3.1, Cách dựng đặc tính cơ tự nhiên:

Đặc tính cơ tự nhiên như đã biết là đường đặc tính cơ ứng với các thông số định mức Vì đặc tính động cơ một chiều kích từ song song và độc lập là đường thẳng nên khi vẽ ta chỉ cần xác định hai điểm của đường đặc tính cơ là được Ta có thể chọn điểm không tải lý tưởng và điểm định mức cánh xác định như sau:

Điểm thứ nhất - điểm không tải lý tưởng: M= 0 (Iư = 0) và 0

 ; ở đây từ thông được tính toán ở chế độ định mức khi

đó chúng ta có thể tính theo biểu thức sau:

dm

u dm dm dm

R I U K

dm dm

P M

2.1.3.2.1, Cách dựng đặc tính khi thay đổi điện trở phần ứng:

Như đã biết các đặc tính khi thay đổi điện trở phần ứng đều đi qua điểm không

tải lý tưởng 0, vì vậy khi vẽ các đặc tính này chỉ cần xác định điểm thứ hai đó có

thể là điểm định mức hoặc điểm ngắn mạch ở đây ta chọn điểm ứng với tải định

K

R I U

K

R R I U

f u dm dm tndm ntdm

R I U

R R I U

Trong trường hợp không biết giá trị của điện trở phần ứng R u thì có thể tính gần đúng giá trị R u nếu biết giá trị hiệu suất định mức theo biểu thức như sau:

dm

dm dm u

I

U

R  0 5 ( 1  ) (2-14)

2.1.3.2.2, Cách dựng đặc tính khi thay đổi điện điện áp:

Việc dựng đặc tính khi thay đổi điện áp phần ứng cũng tương tự như dựng đặc tính biến trở nghĩa là chúng ta cũng chỉ xác định một điểm ứng với giá trị moment hoặc dòng điện định mức sau đó kẻ đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên ta sẽ có các đường đặc tính cơ nhân tạo

Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) khi thay đổi điện áp được vẽ trên hình 2 –

8

2.1.3.2.3, Cách dựng đặc tính khi thay đổi từ thông:

Để dựng đặc tính khi thay đổi từ thông ta cũng xác định hai điểm là điểm không tải lý tưởng và điểm ứng với moment hay dòng điện định mức

Điểm thứ nhất - điểm không tải lý tưởng: M= 0 (Iư = 0) và 0

(khi mạch từ chưa bão hòa)

Điểm thứ hai - điểm ứng với moment (dòng điện) định mức: : M= Mđm (I =

Iđm) và   ntdm

Từ

dm

u dm dm

tndm

K

R I U

K

R I U

dm tndm ntdm

R

U

I  (2-15) Điện trở Ru thường có giá trị khá nhỏ, nên giá trị dòng điện khởi động rất lớn, có thể tăng lên đến 20 – 25 lần đòng điện định mức Điều đó sẽ rất nguy hiểm cho động cơ , các thiết bị điều khiển và lưới điện đặc biệt là những hệ thống cần khởi động, hãm máy nhiều lần trong quá trình hoạt động vì vậy cần thiết phải sử dụng các phương pháp khởi động để giảm dòng điện khởi động

Trong khi giảm dòng khởi động thì moment khởi động cũng sẽ giảm do đó yêu cầu đặt ra là khi khởi động là:

- Dòng điện khởi động phải đủ nhỏ (Ikđ = 2,5 – 3 Iđm)

- Moment khởi động phải đủ lớn để đảm bảo khởi động động cơ điện –lớn hơn moment cản

- Thời gian khởi động càng nhỏ càng tốt

Từ phương trình dòng điện khởi động

u

dm kd

R

U

I  để giảm dòng điện ta có 2 phương pháp sau:

- Phương pháp giảm điện áp nguồn đặt vào phần ứng động cơ điện, phương

pháp này có thể thực hiện bằng hệ thống máy phát - động cơ, các bộ chỉnh

lưu có điều khiển dùng SCR hoặc các bộ băm điện áp 1 chiều

- Phương pháp đưa thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng

Ở đây ta chỉ khảo sát phương pháp khởi động dùng các điện trở phụ mắc nối

tiếp vào mạch phần ứng

Sơ đồ nối dây của động cơ trình bày trên hình 2 –10

2.2.2, Phương pháp xác định điện trở khởi động:

Tổng giá trị điện trở khởi động phải được tính toán sao cho khi khởi động dòng

điện khởi động đạt giá trị là: Ikđ = (2 – 2,5) Iđm , để đảm bảo thời gian khởi động nhỏ

thì trong quá trình khởi động khi dòng điện giảm đến giá trị nào đó chúng ta loại bớt

điện trở để tăng moment khởi động cho đến khi toàn bộ điện trở phụ được ngắt ra

khỏi phần ứng, động cơ điện sẽ gia tốc đến khi tới điểm xác lập Có 2 phương pháp

xác định điện trở khởi động đó là phương pháp giải tích và phương pháp đồ thị, sau

đây ta sẽ nghiên cứu từng phương pháp cụ thể như sau

2.2.2.1, Phương pháp giải tích

Nội dung phương pháp như sau:

Giả thiết động cơ được khởi động với m cấp điện trở, tương ứng với các điện trở

phụ mắc vào mạch phần ứng là r1, r2, ……, rm, như trên hình 2 – 10 và đặc tính cơ

trên hình 2 – 11 khi đó điện trở tổng của mạch động lực tương ứng với từng nấc khởi

động là:

E U

I1   (Em là SĐĐ tại điểm chuyển mạch- điểm g,f hoặc e,d)

1 2

R

E U I

do đó ta có:

1 1

Tính toán với tất cả các điểm giao giữa đặc tính cơ và đường I1, I2 ta có biểu thức tổng quát sau:

m

R

R R

R R

R R

R I

1 2 2

1 1

1

2 (2-17)

Trong đó  được gọi là bội số dòng điện khởi động khi đó ta có:

m  (2-19) Sau đó ta tính điện trở khởi động theo các công thức (2-16) và(2-18)

Nếu biết số cấp khởi động m, Rm, Ru ta tính được  như sau:

Sau đó ta cũng tính điện trở khởi động theo các công thức (2-16) và(2-18)

Lưu ý rằng có thể tính Rm như sau:

Nội dung phương pháp được tiến hành như sau:

- Dựa vào các thông số của động cơ dựng đặc tính cơ tự nhiên

- Chọn dòng điện giới hạn trên và dưới [I2 = (2-2,5)Idm, I1 = (1,1-1,3)Idm]

- Kẻ các đương thẳng từ I1, I2 song song với trục tung cắt đặc tính cơ tự

nhiên tại các điểm a,b Tại b (giao với đường I2) kẻ song song với trục

hoành cắt đường I1 tại c Nối c với điểm o cắt I2 tại d đó chính là đường

đặc tính ưng với cấp điện trở phụ thứ nhất – đường số 1

- Quá trình thực hiện cứ tiếp tục cho đến khi kết thúc mà thỏa mãn 02 điều

kiện sau:

+ Số cấp điện trở đúng với yêu cầu

+ Đường đặc tính cuối cùng cắt trục hoành tại I2

- Nếu không thỏa mãn 2 điều kiện đó thì chọn lại các giá tri I1, I2 và tiến

hành làm lại như trên cho đến khi thoả mãn là được (hình 2-11b)

- Vẽ đường thẳng song song với trục hoành qua điểm o

- Tính toán giá trị các nấc điện trở khởi động như sau:

K

R I K

R K

U K

U kb

dm u dm

u dm dm dm

dm b

K

r R I K

r R K

U K

U kd

dm u dm

u dm dm dm

dm d

R kd

kb u

đó tính theo các biểu thức (2-23), (2-24), (2-25)

§2.3 – Đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ nối tiếp

u f u u

f u u

U  (  )  (  ) (2.26)

M k  I u (2.27) Thay vào ta có:

I

k

R R k

2

) ( 



   (2.29) Giả sử động cơ làm việc trong đoạn mạch từ tuyến tính khi đó ta có:

B

M

A kc

R R M C

Điều đặc biệt của phương trình trên là khi M = 0 thì 0  có nghĩa là đặc tính cơ của động cơ điện không cắt trục tung, dạng của đặc tính cơ như trên hình 2-13

2.3.2 Phương pháp dựng đặc tính cơ:

Đối với động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp

mối quan hệ giữa từ thông và dòng điện là phi

tuyến nên để dựng được đặc tính cơ chúng ta

dùng phương pháp đồ thị dựa trên các đặc

đưòng đặc tính vạn năng

Đặc tính vạn năng là mối quan hệ giữa tốc độ

với dòng điện và dòng điện với mô men ở hệ

đơn vị tương đối (*  f(I*),M * f(I*)) và

chúng hầu như không thay đổi đối với các động

cơ điện một chiều Các đặc tính vạn năng được

xác định bằng thực nghiệm và được cho bởi các

hãng sản xuất máy điện như trên hình 2-14

2.3.2.1, Phương pháp dựng đặc tính tự nhiên;

Trước hết để dựng đặc tính cơ chúng ta phải có đặc tính vạn năng như trên hình

2-14, thực hiện việc đựng đặc tính cơ theo các bước sau:

- Dựa vào đặc tính vạn năng ứng với mỗi giá trị tùy ý của dòng điện ta xác định được các giá trị của tốc độ và mô men ở hệ đơn vị tương đối

- Dựa vào các giá trị định mức đã cho của động cơ điện ta xác định được các giá trị I, M, dạng tuyệt đối, (lập bảng kết quả tính toán cho tiện sử dụng)

- Dựa vào kết quả tính toán dựng đặc tính cơ theo dạng điểm và nối các

điểm lại ta được đường đặc tính cơ tự nhiên (Dttn) như trên hình 2-15

f u u dm tn nt

R I U

R R I U

dòng điện, ta xác định được một giá trị tốc độ ở đặc tính cơ tự nhiên và dựa vào công

thức (2-33) ta tính được giá trị tốc độ ứng với đặc tính biến trở, nối các điểm đã xác

định ta được đặc tính biến trở Đặc tính biến trở (Dtbt) được dựng như trên hình

2-15

§2.4 – Khởi động động cơ kích từ nối tiếp

2.4.1 Phương pháp khởi động:

Để khởi động động cơ kích từ nối tiếp ta dùng phương pháp đưa thêm điện trở phụ

vào mạch phần ứng các quá trình khởi động cũng giống như động cơ điện kích từ

song song Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ được mô tả trên hình 2-16 và

2-17

2.4.2 Phương pháp tính toán điện trở khởi động:

Dựa vào đặc tính cơ trên hình 2-17 nếu nối các điểm của giao điểm của các đường đặc tính cơ với các đường giới hạn dòng điện và kéo dài chúng ta sẽ nhận thấy chúng gặp nhau tại một điểm Điều này có chứng minh được bằng cách lập các tỷ số các khoảng cách trên các đường I1 và I2 ta thấy các tỷ số này không đổi điều đó chứng tỏ các đường thẳng trên đồng qui tại một điểm Các đưòng thẳng này chính là các đường thẳng tuyến tính hóa của đặc tính cơ của động cơ điện một chiều Dựa vào đặc tính cơ được tuyến tính hóa ta có thể tính toán được điện trở, số cấp điện trở theo trình tự sau:

- Dựa vào các đặc tính vạn năng và các thông số của động cơ dựng đặc tính

cơ tự nhiên

- Chọn các giới hạn trên và dưới (I2, I1) dựng các đường I2 , I1 ta được các giao điểm của các đường I1, I2 với đặc tính cơ tự nhiên (các điểm a,b) và điểm khởi động h

- Tính tốc độ tại I1 (điểm g) ứng với đường đặc tính cơ thấp nhất và đặc tính

cơ tự nhiên theo biểu thức:  

u dm

m u dm

tn nt

R I U

R R I U

1

1

- Từ A dựng họ đặc tính cơ giống như động cơ điện kích từ độc lập

- Tính toán các giá trị điện trở phụ giống như đối với động cơ điện kích từ độc lập bằng phương pháp đồ thị

§2.5 – Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp 2.5.1 Đặc tính cơ:

Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp là động cơ điện có cả cuận kích từ song song

và nối tiếp do đó nó sẽ mang cả đặc tính của loại động cơ kích từ song song và kích

từ nối tiếp Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện được mô tả trên hình 2-18

Từ thông của động cơ điện do 2 cuận kích từ sinh ra là:

  ss  nt vì từ thông do cuận nối tiếp sinh ra phụ thuộc vào dòng phần ứng nên từ thông tổng cũng phụ thuộc vào dòng phần ứng (tức là phụ thuộc vào tải) Đặc tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp là tổng hợp của đặc tính cơ của động cơ kích từ song song và động cơ kích từ nối tiếp, vì có cuận song song nên khi không tải vẫn có từ thông do quận kích từ song song tạo nên do đó đặc tính cơ cũng cắt trục tung tại điểm o

Dạng của đặc tính cơ được trình bày trên hình 2-19

2.5.2 Phương pháp dựng đặc tính cơ:

2.5.2.1, Phương pháp dựng đặc tính tự nhiên;

Để dựng đặc tính cơ tự nhiên chúng ta cũng dựa vào các đặc tính vạn năng và cách dựng giống như đối với động cơ kích từ nối tiếp nhưng lưu ý rằng đặc tính cơ của động cơ điện kích từ hỗn hợp cắt trục tung tại 0 khi đó giá trị từ thông chính là từ thông của cuận kích từ song song

2.5.2.1, Phương pháp dựng đặc tính biến trở;

Dựa vào đặc tính cơ tự nhiên và các phương trình 2-31, 2-32 và 2-33 chúng ta tính toán tốc độ nhân tạo bằng cách ứng với mỗi dòng điện phần ứng và điện trở khởi động dựa vào đặc tính cơ tự nhiên ta tính được tốc độ nhân tạo tương ứng sau đó dựng các đặc tính biến trở như đối với động cơ kích từ nối tiếp

§2.6 – Các trạng thái hãm của động cơ một chiều

Trạng thái hãm là trạng động cơ điện làm việc như máy phát góc làm việc là góc phần tư thứ II và góc phần tư thứ IV Có 3 trạng thái hãm động cơ điện là hãm tái sinh, hãm động năng và hãm ngược, sau đây chúng ta sẽ xem xét cụ thể từng phương pháp

2.6.1 Hãm tái sinh:

Hãm tái sinh là trạng thái hãm mà động cơ điện biến cơ năng trên trục động cơ thành điện năng trả về nguồn vì vậy còn gọi là hãm trả năng lượng về nguồn Vì động cơ điện kích từ nối tiếp không có tốc độ không tải lý tưởng nên không xảy ra hãm tái sinh hay hãm tái sinh chỉ xảy ra đối với động cơ điện kích từ độc lập, song song và hỗn hợp

Từ phương trình cân bằng điện áp ta thấy nếu > o thì dòng điện sẽ âm:

   0  0

R

k k

R

E U

(2-35)

Do đó M h k  I h 0 (2-36) Trong thực tế hãm tái sinh xảy ra trong hai trường hợp sau:

2.6.1.1, Hãm tái sinh khi chuyển từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp;

Hãm tái sinh khi chuyển từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp xảy ra khi thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Ngay tại thời điểm đầu khi chuyển đổi tốc độ thì động cơ lập tức chuyển sang làm việc ở đường đặc tính cơ mới song do quán tính tốc độ thay đổi liên tục nên trong đoạn BC luôn có > o mà mô men âm do đó động cơ làm việc ở chế độ hãm Đặc tính

cơ cuả quá trình hãm được mô tả trên hình 2-20

2.6.1.2, Hãm tái sinh khi tải thế năng;

Hãm tái sinh khi tải thế năng xảy ra khi hạ hàng, đây chính là chế độ hãm làm việc với cơ cấu nâng hạ tải trọng Khi hạ tải trọng dưới tác dụng của tải trọng tốc độ của động cơ điện sẽ tăng lên lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng động cơ chuyển sang làm việc ở góc phần tư thứ IV Đoạn BC luôn có 0 > > o , mô men của động cơ điện dương do đó động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh Đặc tính cơ cuả quá trình hãm được mô tả trên hình 2-21

2.6.2 Hãm động năng:

Hãm động năng là trạng thái hãm mà động cơ điện biến cơ năng trên trục động cơ thành điện năng tiêu tán trên điện trở hãm hoặc phần ứng của động cơ điện Hãm động năng có thể xảy ra đối với các loại động cơ điện một chiều Trong thực tế hãm động năng xảy ra trong hai trường hợp sau:

2.6.2.1, Hãm động năng tự kích;

Quá trình hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ điện đang quay ta ngắt động

cơ (cả phần ứng và kích từ) khỏi lưới rồi đóng cả phần ứng và kích từ qua điện trở hãm, dưới tác dụng của quán tính rotor động cơ vẫn quay và cung cấp năng lượng tạo ra mô men hãm Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của hệ được mô tả trên hình 2-22 (a,b) Trong đđó (1) là đường ứng với giá trị điện trở hãm Rh nhỏ, (2) là đường ứng với giá trị điện trở hãm Rh lớn Nếu tải là tải phản kháng thì sau quá trình hãm động cơ điện sẽ dừng lại còn nếu là tải thế năng thì động cơ điện sẽ gia tốc theo chiều ngược lại (đường nét đứt) và xác lập tại điểm mới

Từ sơ đồ nguyên lý ta có:

I u I hI kt (2-37)

kt h

kt h u kt h

h kt u u

R R

R R R K R

R

R R R

E I

I K

R R

R R R

R R R

kt h

kt h u

2

) ( 





 (2-40)

Ta nhận thấy trong quá trình hãm do tốc độ động cơ điện giảm dần nên sức điện

động cũng giảm dần do đó dòng kích từ cũng giảm nên mô men hãm cũng giảm dần

theo tốc độ cho nên đặc tính cơ của động cơ điện không phải là đường thẳng mà là

đường cong như trên hình vẽ

Đối với động cơ một chiều kích từ nối tiếp và hỗn hợp quá trình hãm động năng

cũng xảy ra tương tự

2.6.2.2, Hãm động năng kích từ độc lập;

Quá trình hãm động năng kích từ độc lập xảy ra khi động cơ điện đang quay ta

ngắt phần ứng của động cơ khỏi lưới rồi đóng qua điện trở hãm, dưới tác dụng của

quán tính rotor động cơ vẫn quay và cung cấp năng lượng tạo ra mô men hãm Sơ đồ

nguyên lý và đặc tính cơ của hệ được mô tả trên hình 2-23 (a,b)

Nhìn vào sơ đồ nguyên lý ta có:

E  k  (2-41)

h u h

u

h h

R R

k R

R

E I

R R

   (2-44)

Độ cứng của đặc tính cơ hãm phụ thuộc vào điện trở hãm, Rh càng nhỏ đặc tính cơ

càng cứng nhưng khi tính toán Rh phải đảm bảo sao cho dòng hãm nằm trong giới

hạn cho phép

Nếu tải là tải phản kháng thì sau quá trình hãm động cơ điện sẽ dừng lại còn nếu

là tải thế năng thì động cơ điện sẽ gia tốc theo chiều ngược lại (đường nét đứt) và

xác lập tại điểm mới

Quá trình hãm động năng kích từ độc lập của động cơ một chiều kích từ nối tiếp

và hỗn hợp cũng xảy ra tương tự

2.6.3 Hãm nối ngược:

Quá trình hãm ngược xảy ra khi phần ứng động cơ điện đang quay ta đóng điện

áp ngược chiều hoặc dưới tác dụng của tải thế năng tạo ra mô men hãm

Quá trình hãm ngược xảy ra trong hai trường hợp sau:

2.6.3.1, Hãm ngược khi đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng;

Giả sử động cơ điện đang làm việc theo chiều quay thuận (góc phần tư thứ I) đảo

chiều điện áp vào phần ứng thì ngay tại thời điểm đầu tốc độ động cơ không đổi

nhưng dòng điện đảo chiều nên mô men đổi chiều động cơ điện chuyển sang làm

việc ở trạng thái hãm

Tù sơ đồ nguyên lý ta có:

h u

h u h

u

h u h

R R

E U R

R

E U I

2)( 



   (2-46) Đặc tính hãm nối ngược khi đảo chiều điện áp phần ứng được trình bày trên hình

2-24(a, hãm ngược đảo chiều điện áp động cơ điện kích từ độc lập, b, hãm ngược

đảo chiều điện áp động cơ điện kích từ hỗn hợp)

2.6.3.2, Hãm ngược khi tải là tải thế năng;

Hãm nối ngược cũng xảy ra với tải là tải thế năng khi đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng đặc tính cơ của hệ được trình bày trên hình 2-25 Khi đưa thêm điện trở vào mạch phần ứng mô men của động cơ điện giảm đến giá trị nhỏ hơn mô men cản thế năng khi đó thế năng của tải sẽ tạo ra mô men hãm để đưa động cơ điện đến điểm xác lập mới

h u h u

h h

R R

K U R R

E U I

2

) ( 



    (2-48) Đặc tính hãm nối ngược khi tải thế năng được trình bày trên hình 2-25 (a, hãm ngược với tải thế năng động cơ điện kích từ độc lập, b, hãm ngược với tải thế năng động cơ điện kích từ hỗn hợp)

Các qúa trình hãm ngược của động cơ một chiều kích từ nối tiếp cũng xảy ra tương

tự

§2.7 – Khái quát chung về điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện nhằm tạo ra các tốc độ phù hợp đáp ứng được các yêu cầu của cơ cấu, máy sản xuất đó là vấn đề đặc biệt quan trọng trong diều khiển truyền động điện

Các quá trình dùng các phương pháp điện tac động lên hệ thống truyền động điện

để thay đổi tốc độ của động cơ điện được gọi là điều chỉnh tốc độ động cơ điện Có rất nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện song tùy thuộc vào loại động

cơ điện và yêu cầu của phụ tải mà lựa chọn phương pháp hợp lý Người ta có thể chia phương pháp điều chỉnh tốc độ thành nhiều loại theo nhiều tiêu chí khác nhau như:

- Theo nguyên lý điều chỉnh gồm: điều chỉnh thông số nguồn, điều chỉnh thông số động cơ điện, điều chỉnh đặc biệt

- Theo mức độ tự động gồm: hệ thống điều chỉnh vòng hở, hệ thống điều chỉnh vòng kín

Trong quá trình làmviệc đa số các động cơ điện đều phải làm việc với các phụ tải thay đổi do đó tốc độ của động cơ điện cũng thay đổi theo do đó trong nhiều trường hợp cần thiết phải ổn định tốc độ cho động cơ điện Các hệ thống như vậy gọi là các

hệ thống truyền động điện tự động, trong đó người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để ổn định tốc độ cho động cơ điện Để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện người ta căn cứ vào một số các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật sau đây:

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ được giải thích như sau;

Giả sử động cơ điện đang làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ có Rf = 0 với tốc độc 1khi đưa thêm điện trở vào phần ứng thì động cơ chuyển sang làm việc ở đặc tính cơ

có Rf1 nhưng ngay tại thời điểm đầu tốc độ động cơ điện không thay đổi và dòng

điện thì đã giảm nên mô men của động cơ điện nhỏ hơn mô men cản do đó tốc độ động cơ giảm dần và xác lập tại điểm ổn định mới với tốc độc 2

Việc tính toán các điện trở điều chỉnh tốc độ cũng tương tự như tính toán điện trở khởi động chỉ lưu ý rằng điện trở điều chỉnh tốc độ phải là loại điện trở làm việc ở chế độ dài hạn

2.8.2, Đặc điểm của phương pháp:

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng có các đặc điểm sau:

- Chỉ điều chỉnh tốc độ theo chiều giảm

- Độ cứng của đặc tính cơ giảm khi đưa thêm điện trở phụ

- Dải điều chỉnh hẹp

Ứng dụng cho những điều chỉnh không đòi hỏi cao về sự chính xác khi điều chỉnh tốc độ

2.8.3, Phương pháp điều chỉnh điện trở:

2.8.3.1, Điều chỉnh điện trở thông thường:

Sử dụng các điện trở có giá trị cố định được tính toán ứng với các tố đọ cần thiết theo yêu cầu điều khiển và các contactor hoặc tay khống chế để thay đổi các giá trị điện trở theo truyền thống ta có được hệ điều khiển

2.8.3.2, Điều chỉnh xung điện trở:

Điều chỉnh xung điện trở là phương pháp sử dụng các loại khóa điện tử và bán dẫn

để thay đổi trị số điện trở Phương pháp này sẽ khắc phục được một số nhược điểm của điều chỉnh điện trở thông thường Sơ đồ nguyên lý của phương pháp được trình bày trên hình 2-27

Giá trị tương đương của điện trở xung có thể tính như sau:

Rtd = Rf(1-) (2-49) Trong đó:

tck : thời gian chu kỳ

Muốn thay đổi trị số điện trở tương đương ta có thể thay đổi độ rỗng xung bằng cách thay đổi hoặc thời gian đóng hoặc thời gian chu kỳ hoặc thay đổi cả hai

Để thực hiện điều khiển xung điện trở người ta sử dụng các khóa triristor hoặc sử dụng IGBT như hình 2-28b (việc điều khiển SCR hay IGBT đã được xem xét trong môn học điện tử công suất)

§2.9 – Nguyên lý diều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều 2.9.1, Nguyên lý điều chỉnh:

Để điều chỉnh điện áp nguồn cấp cho động cơ điện một chiều chúng ta sử dụng các bộ biến đổi điện áp hoặc sử dụng hệ máy phát động cơ F – D Sơ đồ khối

và sơ đồ thay thế hệ thống được mô tả trên hình 2-29 a,b

Trên sơ đồ thay thế ta có sức điện động Eb là do bộ biến đổi sinh ra và nó phụ thuộc vào điện áp điều khiển Udk , Rb là điện trở trong của bộ nguồn Từ sơ đồ thay thế ta

có thể viết phương trình đặc tính của hệ như sau:

E b E u I u(R b R u) (2-50)

b b u I u

K

R R K

2

) ( 



   (2-52)

Dạng đặc tính cơ là những đường thẳng song

song nhau và được biểu diễn trên hình 2-30

2.9.2, Đặc điểm của phương pháp:

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách

thay đổi điện áp phần ứng có các đặc điểm sau:

- Chỉ điều chỉnh tốc độ theo chiều

giảm

- Độ cứng của đặc tính cơ hầu như không đổi so với đặc tính cơ tự nhiên

- Dải điều chỉnh rộng

- Độ láng điều chỉnh tốt hơn

Ứng dụng cho những điều chỉnh có đòi hỏi cao về sự chính xác khi điều chỉnh tốc

độ, tốt nhất cho các tải dạng thế năng

2.9.3, Các phương pháp điều chỉnh điện áp:

2.9.3.1, Hệ thống máy phát động cơ (F-D);

Hệ thống máy phát động cơ là một hệ thống truyền động điện mà ở đó người ta sử dụng bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều Máy phát một chiều có thể được lai bởi động cơ không đồng bộ 3 pha hoặc cũng có thể được lai bởi động cơ diesl Sơ

đồ nguyên lý hệ thống F-D được mô tả trên hình 2-31 Trên thực tế người ta thường

sử dụng các máy phát nhiều mạch để cung cấp nguồn cho một nhóm động cơ điện và các mạch này được điều khiển độc lập nhau đặc biệt là trong các hệ thống truyền động điện thiết bị nâng hạ hàng Dựa vào sơ đồ nguyên lý ta có thể viết được phương trình đặc tính cơ của hệ như sau:

f f u I u

K

R R K

2

) ( 



   (2-55)

Để điều chỉnh tốc độ động cơ ta sẽ thay đổi điện áp kích từ của máy phát bằng cách thay đổi biến trở điều chỉnh Rkt hoặc sử dụng các bộ biến đổi dùng SCR Để đảo chiều động cơ ta sẽ đảo chiều điện áp kích từ của máy phát bằng các contactor

 mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên do có điện trở của phần ứng của máy phát

Hệ thống máy phát động cơ có nhiều ưu điểm như hệ biến đổi điện áp và rất linh hoạt trong chuyển đổi chế độ làm việc từ chế độ động cơ sang các chế độ hãm động năng, hãm tái sinh…

Nhưng hệ thống cũng có nhược điểm là dùng nhiều máy điện quay do đó gây ồn ào

và cồng kềnh

2.9.3.2, Hệ thống chỉnh lưu có điều khiển - động cơ một chiều;

Ở chương này chúng ta chỉ xét hệ thống trên sơ đồ mạch động lực còn việc điều khiển hệ thống được nghiên cứu kỹ ở phần kỹ thuật điều khiển động cơ điện

2.9.3.2.1, Truyền động triristor không đảo chiều;

Sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu triristor động cơ một chiều không đảo chiều được mô tả trên hình 2-33 (a, là sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia, b, là sơ đồ chỉnh lưu

3 pha hình cầu) và sơ đồ thay thế tương đương được mô tả trên hình 2-33c

Như trong phần điện tử công suất chúng ta đã biết sức điện động của bộ chỉnh lưu được tính như sau:

2

/ 2

p m



(2-54) Trong đó:

p t

2 0

0

sin

) 2 (

: tần số góc của điện áp xoay chiều

: góc mở triristor tính từ khi chuyển mạch tự nhiên

0: góc điều khiển triristor tính từ khi điện áp xoay chiều dương

p : số xung đập mạch trong một chu kỳ điện áp xoay chiều

Từ đó ta có thể viết được phương trình đặc tính cơ của hệ thống như sau:

d b u I u

K

R R K

2 0

) (

Trong đó: a là đặc tính cơ của hệ chỉnh hình tia

b là đặc tính cơ của hệ chỉnh hình cầu

Nhìn vào đặc tính cơ ta có các nhận xét sau:

- Đặc tính cơ có 2 vùng khác nhau đó là các vùng ứng với chế độ dòng điện của bộ chỉnh lưu là liên tục (đoạn đặc tính cơ thẳng và cứng) và vùng ứng với chế độ dòng điện của bộ chỉnh lưu là gián đoạn (đoạn đặc tính cơ mền và cong) ngoài ra các