Giáo trình truyền động điện

Chương 4: Chọn công suất động cơ điện Với điều kiện từ thông ø› không đổi; hệ số công suất eosø; là hằng số Công thức tính moment đẳng trị được suy ra từ biểu thức 4.35 như sau: iv Kié

Trang 1

N q — ah Poh (CX Yo new Corr

TAI LIEU THAM KHAO

ae ok oe ck ok ok oe ak ok ok

1/ KY THUAT DIEN _ PTS Đặng Van Dao, PTS Luong Ngoc Hai, PTS Huynh Ngoc

Dương, PTS Vũ Tiến Cảnh, PTS Nguyễn Mạnh Duy _ Nhà Xuất Bản Đại Học và Trung Học

Chuyên Nghiệp _ 1977

2/ CAC DAC TINH CUA DONG CƠ TRONG TRUYEN BONG BIEN _ Ts Sergei Nikolaievitch Versenevskii _ Bản dịch tiếng Việt của PT%S Bùi Đình Tiểu, PTS Lê Tong _ Nha Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật _ 1979

3/ GIÁO TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG _ Tập 1 _ PTS Neuyén Du Xing

~ Bộ môn Điện Công Nghiệp _ Khoa Điện _ Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM _

1989

4/ TRUYEN ĐỘNG ĐIỆN _ 7S Bài Quốc Khánh, PTS.Nguyễn Văn Lién, PTS.Nguyén

Thị Hiền _ Nhà Xuất Bản Khoa Hoc Kỹ Thuật _ 1994

5/ TRANG BỊ ĐIỆN CHO MAY XÂY DỰNG _ PT7S.Nguyễn Văn Thanh, PTS Trương Tri Ngộ _ Nhà Xuất Bản Xây Dựng _ 1998

6/ TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP _ PGS TS Vã Quang Hồi _ Nhà

Xuất Bản Giáo Dục _ 2003

7¡ CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN _ PGS 7S Nguyễn Văn Nhờ _ Khoa Điện-Điện tử

_ÐH Bách Khoa Tp.HCM _ Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp.HCM _ 2004

8/ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN _(Tập 1, 2)_ PGS TSKH Trần Quang Khánh _ Nhà Xuất

Bản Khoa Học Kỹ Thuật _ 2004

% % % % % % % %b % %

Trang 2

Chương 4: Chọn công suất động cơ điện

CAU HOI ON TAP CHƯƠNG 4

1) Các quan hệ nhiệt sai của động cơ theo thời gian 7z =f(Ð được sử dụng nhằm mục đích gì?

Nhịp độ tăng giảm nhiệt sai của động cơ điện khi đóng tải hoặc cắt tải phụ thuộc vào những

thông số nào? Nêu ý nghĩa của hằng số thời gian phát nóng Tạ,

2) Trình bày định nghĩa đồ thị phụ tải, phân tích và so sánh sự giống và khác nhau giữa đồ thị phụ tải tĩnh và đồ thị phụ tái toàn phần Vai trò của từng loại đồ thị phụ tải trong bài toán tính chọn công suất động cơ điện?

3) Phân tích các chế độ làm việc của động cơ điện và đặc điểm làm việc của động cơ trong

từng chế độ làm việc Đô thị phụ tải ứng với từng chế độ làm việc của động cơ điện được đặc

trưng bời những thông số nào?

4) Viết công thức tính toán và kiểm nghiệm điều kiện phát nóng của động cơ điện bằng phương pháp nhiệt sai, tổn thất công suất trung bình, các đại lượng đẳng trị Công dụng và ưu nhược điểm của từng phương pháp đối với bài toán chọn công suất động cơ?

3) Trình bầy các bước tính toán và lựa chọn công suất động cơ điện làm việc Ở các chế độ dài

hạn và ngắn hạn lặp lại

6) Tính toán và lựa chọn động cơ điện truyền động chính cho một cơ cấu sản xuất khởi động

ở trạng thái không đóng tải, tốc độ quay định mức: nạ„ = 1460v/p, phụ tải biến thiên công suất

theo từng chu kỳ: Po-P1—P2—P3—P4-Ps~—P5—P7—P s—P oP 1, lap di lap lai liên tục, biết rằng: Po

= OKW, Pi= SKW, P) = 7,5KW; P; =10KW; P= 12,5KW; P; = ISKW; Po = 17,5KW; P7 = 20KW, Ps= 22,5KW; Po= 25KW; Pig = OKW va cac khoảng thời gian tương ứng là: /¿= 3s ; 7,

=ÓS;f2= 9s;ƒfs = 12s; tạ = l5s; t; = 18s; ts = 21s; t7 = 24S ; tạ = 27%; to = 30%; tạ = 3s Thông

số các động cơ phục vụ cho việc tính toán và lựa chọn được tham khảo ở các bảng thống kê

cho trong các ví dụ 1 và 2 đã trình bày phần trên

Trang 3

Chuong 4: Chon công suất động cơ điện

14,175 KW < Pan < 17,01 KW Tra bảng thống kê, chọn động cơ không đồng bộ rotor léng sóc kiểu AB—85~4 có thông số:

Pan = 14,5KW, nam = 1460 v/p, A = 2,2

Như vậy điều kiện phát nóng theo công suất của động cơ chọn xem như được thỏa mãn

Với tốc độ truyền động yêu câu: nz„ yêu câu = 1460 +5% v/p = (1460 +73) v/p = (1387 +1533)

v/p

Nén t6c 46 dinh mtic nam = 1460 v⁄p của động cơ chọn là chấp nhận được

Do khởi động không tải nên bồ qua việc kiểm tra điều kiện khởi động

Kiểm tra điều kiện quá tải của động cơ như sau:

Động cơ chọn thỏa điều kiện quá tải khi va chi khi: 2.Mam > Minox pt

Moment định mức của động cơ chọn:

14,5

P Man = 9550 —-@ = 9550 = 94,85N.m

Moment lớn nhất của phụ tải:

P Max pt = 9550 —— = 9550 1o2 Nim = 107,93N.m Ny 1460

Do: A Mam = 2,2 x 94,85 = 208,67 N.m

Như vậy: A Mam = 208,67 > Max pt = 107,93

Điều kiện quá tải là thỏa mãn

Kết luận: Để chọn động cơ theo yêu cầu truyền động đề ra, trong số các động cơ trên, chọn động cơ KĐB rotor lồng sóc kiểu AB-85-4 có Pam = 14,5KW, nan = 1460 v/p, A = 2,2 là phù hợp

Trang 4

khởi động là không tải, tốc độ quay định mức của cơ cấu 1a: Nan = 1460 25% v/p Hay tinh

toán và chọn động cơ điện truyền động chính cho cơ cấu đó

Các trị số công suất tương ứng của phụ tải cho trên hình vẽ nhự sau: P; = 16,5 KW; P) = 1,45

KW; P3= 9 KW: P, = 15 KW; Ps= 15,55 KW tương ứng với các khoảng thời gian; tr= 18s;

Bang thong ké một số động cơ dùng để tham khảo cho việc chọn lựa:

MÃ BONG Co CONG SUAT BINH MUC TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC HE SO QUA TAY

Trang 5

Pam = 6KW, nam = 1450 v/p, A = 2 Nhu vay diéu kiện phát nóng theo công suất của động cơ chọn xem như được thỏa mãn

Với tốc độ truyền động yêu cau: nam yêu câu = 1440 «5% v/p = (1440 +72) v/p = (1368 +1512) v/p

Nên tốc độ dinh mite nam = 1450 v/p clia động cơ chon là chấp nhận được

Do khởi động không tải nên bỏ qua việc kiểm tra điều kiện khởi động

Kiểm tra điều kiện quá tải của động cơ như sau:

Động cơ chọn thỏa điều kiện quá tải khi và chỉ khi: 4.Äz„ > Monax p

Moment định mức của động cơ chọn:

P Mz„= 9550 —”h = 9550 = = 39,52N.m

Như vậy: 4.Mz„ = 79,04 > Muzxp, = 72,4

Điều kiện quá tải là thỏa mãn

Kết luân: Để chọn động cơ phù hợp với yêu cầu truyền động để ra, thì nên chọn động cơ KBB rotor lổng sóc kiểu AE-52-4 có Pam = 6KW, nạ„ = 1450 v⁄p, Â = 2 là phù hợp nhất

Trang 6

A MM, dm 2M, max

Với: 4 là hệ số quá tải về moment của động cơ

ii) Kiểm nghiệm vé moment khéi động:

Muốn động cơ khởi động được thì moment khởi động Ä⁄¿z của động cơ phải lớn hon moment cẩn 1 của phụ tải khi khởi động, ta có điều kiện kiểm nghiệm về moment khởi động của

động cơ là:

Mia > Me thi khối động

Ví dụ 1:

Cho một cơ cấu máy sản xuất trong công nghiệp có đồ thị phụ tải biểu diễn trên hình vẽ sau,

biết rằng tốc độ quay định mức của cơ cấu là: Nam = 1440 25% víph, chế độ khởi động là không tải Hãy tính toán và chọn động cơ điện truyền động chính cho cơ cấu máy sản xuất đó

Các trị số công suất tương ứng của phụ tải cho trên hình vẽ như sau: ?,= 10,9 KW; Ð; = 0,55

KW, P;= 6,55 KW; P¿= 0,55 KW tương ứng với các khoảng thời gian: 7;= 17s ;Ía= Ố§ ;ƒay= 10s ; tạ = 25s

Trang 7

Với điều kiện từ thông ø› không đổi; hệ số công suất eosø; là hằng số

Công thức tính moment đẳng trị được suy ra từ biểu thức (4.35) như sau:

iv) Kiém nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp công suất đẳng trị:

Đối với các hệ thống truyển động có tốc độ ít thay đổi thì công suất P tỷ lệ với moment M, vi vậy có thể dùng đại lượng công suất đẳng trị để kiểm nghiệm phát nóng

Công suất đẳng trị được xác định theo biểu thức sau:

tty + +8, Động co được kiểm nghiệm theo điều kiện:

Pam > Pa (4.39)

Đây là phương pháp có phạm vi ứng dụng hạn chế và chỉ dùng được trong trường hợp động cơ

làm việc trên đặc tính cơ khá cứng Khi động cơ làm việc với tốc độ thay đổi nhiễu, đặc tính

cơ có độ dốc lớn, phương pháp này không còn chính xác

b Kiểm nghiệm qua tdi vé moment va kiém nghiệm moment khởi động:

¡) Kiểm nghiệm quad tai vé moment:

Điều kiện kiểm nghiệm quá tải về moment đối với động cơ nói chung là:

Mam > Mnax

Trong d6 Mmaz la moment 16n nhat cia phu tải, được xác định từ đồ thi phu tai

* Đối với động cơ điện một chiều, có thể kiểm nghiệm theo tỷ số dòng điện:

Với: - !„„„ là trị số lớn nhất của dòng điện xác định trên đồ thị phụ tải

4; là hệ số quá tải cho phép về đòng điện

Trong trường hợp động cơ điện một chiều kết cấu bình thường thì: 4; = 2 + 2,5

* Đối với động cơ không đồng bộ, ta có thể kiểm nghiệm quá tải về moment cho phép theo biểu thức:

Trang 8

Với: #z„ là dòng điện định mức của động cơ

?„ là dòng điện đẳng trị được xác dinh dua vao dé thi i = f(t)

Trong trường hợp đồ thị là đường cong ¿= ƒ (7) biến thiên liên tục như hình (4.8), ta xác định

dòng điện đẳng trị /„ bằng cách phân chia đường cong /= ƒ (7) thành các đường bậc thang và

Hình 4.6: Phân đoạn đường cong ¡ = ƒ(t) để xác định đồng điện đẳng trị

lii) Kiểm nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp momemt đẳng trị:

Việc kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo phương pháp moment đẳng trị được suy ra từ phương pháp dòng điện đẳng trị khi moment động cơ tỷ lệ với đòng điện:

Trang 9

?z„ : Hiệu suất định mức của động cơ

Đối với các động cơ có gắn cánh quạt trên trục rotor để tự làm mái, thì trong biểu thức (4.28)

khi tính toán cần phải tính đến sự suy giảm truyền nhiệt khi động cơ đừng, khi khởi động vàhãm dừng

Ta có thể tính giá trị tốn thất công suất trung bình theo công thức sau:

Trong đó:

* ø: Hệ số suy giảm truyền nhiệt khi khởi động và hãm động cơ

œ = 0.75 đối với động cơ điện một chiều

œ = 0.5_ đối với động cơ điện xoay chiều

*7„: Thời gian khởi động hay hãm dừng

* 8: Hệ số suy giảm truyền nhiệt khi dừng động cơ

8=0.5_ đối với động cơ điện một chiều

8 = 0.25 đối với động cơ điện không đồng bộ

*/„: Thời gian nghỉ

*?w„: “Thời gian làm việc

ii) Kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo đại lượng dòng điện đẳng trị (lạ) :

Biểu thức tính tổn thất công suất của động cơ:

Trang 10

Căn cứ vào đồ thị phụ tải P= ƒ(/), xác định tổn thất công suất AP; trong ting khoảng thời gian

¡¡ ứng với phụ tải Ð; theo công thức:

Hình 4.7- Cách xác định ? dựa vào tương quan giữa đường cong hiệu suất và đồ thị phụ tải

(4) Đường cong hiệu suất của động cơ (b) Đồ thị phụ tải Sau đó tính tổn thất công suất trung bình theo biểu thức:

Thi động cơ thoả mãn điều kiện phát nóng

Trong đó tổn thất công suất định mức của động cơ được xác định theo biểu thức:

Trang 11

4.2.3 Chọn công suốt động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại:

Trong phần này chỉ tính toán và chọn công suất cho các động cơ chuyên dụng được chế tạo

chi để làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Các động cơ này được thiết kế với độ bến cơ học

cao, quán tính nhỏ để thích ứng với điều kiện mở máy và hãm đừng thường xuyên, có khả

năng chịu quá tải lớn (cho phép từ 2,5 +3,5 lần), thời gian đóng điện tương đối tiêu chuẩn

£%„ là 15%, 25%, 40% và 60%

Động cơ được chọn cần phải thỏa mãn điều kiện sau:

Pam > Pw (4.24)

Trong đó: P„= P khi phụ tải ngắn hạn lặp lại là không đổi

P„ = P„ khi phụ tải ngắn hạn lặp lại là biến đổi Công suất dang tri Pa được tính theo công thức (4.22)

Tỷ số 2%, phải phù hợp với e% làm việc thực tế Trường hợp Z%„ không phù hợp với z%

làm việc thực tế với sai lệch ít nhất, ta cần hiệu chỉnh lại công suất định mức của động cơ

theo phương án sau:

4.2.4 Kiểm nghiệm công suất động cơ:

Việc tính toán và chọn công suất động cơ trên đây là giai đoạn chọn sơ bộ bước đầu Giai

đoạn kế tiếp là cần phải kiểm nghiệm lại động cơ đã được chọn dựa trên 3 tiêu chuẩn sau: Kiểm nghiệm về tình trạng phát nóng động cơ

Kiểm nghiệm khả năng quá tải về moment

Kiểm nghiệm khả năng khởi động (và khởi động lại) của động cơ

Nếu quá trình kiểm nghiệm lại, cho ra các số liệu không thỏa mãn được các điểu kiện yêu cầu cụ thể cho từng trường hợp và từng chế độ làm việc của động cơ như đã chỉ ra trên đây, việc chọn động cơ xem như không đạt và phải tiến hành chọn lại động cơ khác

a Kiểm nghiệm phát nóng động cơ:

Công suất động cơ được lựa chọn phải thỏa mãn yêu cầu:

Với: z„ là nhiệt sai cho phép đối với động cơ

Việc tính toán phát nóng của động cơ rất khó thực hiện một cách chính xác Tuy vậy có thé

thực hiện kiếm nghiệm phát nóng một cách gián tiếp thông qua các đại lượng điện

¡) Kiểm nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp tính tốn thất công suất trung bình:

Trang 12

a Phụ tải ngắn hạn không đổi:

Trong trường hợp này, động cơ được chọn cần phải thỏa điều kiện:

Mam = (1,1 + 1,3) M (4.18)

Và thời gian làm việc tiêu chuẩn („) của động cơ phải bằng hoặc đủ lớn hơn thời gian làm

Việc (7„) của phụ tải, thông thường chọn:

b Phụ tải ngắn hạn biến đổi:

Làm việc với phụ tải ngăn hạn có trị số biến đối, ta cần phải tính toán các giá trị đăng trị của phụ tải để làm cơ sở chọn công suât động cơ

Moment dang tri và công suất đẳng trị được tính như sau:

Trang 13

Việc kiểm nghiệm động cơ trong trường hợp này chỉ cần quan tâm đến điều kiện khởi động

và điều kiện phát nóng mà không cần kiển nghiệm khả năng quá tdi vé moment

c Phụ tải dài hạn biến đổi:

Với trường hợp phụ tải dài hạn biến đổi, căn cứ vào dạng đồ thị phụ tải (hình 4.5(b)), ta có thể tính toán trị số trung bình của moment cẩn hoặc công suất như sau:

Đồng thời tốc độ øz„ (hay nz„) phải phù hợp (bằng) với tốc độ yêu cầu (ø„)

Công suật động cơ sau khi được chọn bắt buộc phải kiểm nghiệm các điêu kiện khởi động,

điều kiện phát nóng và kiểm tra cả khả năng quá tải về moment

4.2.2 Chọn công suất động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn:

Trong phần này chỉ xét chọn công suất động cơ chuyên dụng để làm việc ở chế độ ngắn hạn

Thời gian làm việc của loại động cơ này được tiêu chuẩn hóa là 15, 30, 60, 90 phút

Các dạng đồ thị phụ tải ngắn hạn không đổi vàbiến đổi tổng quát được biểu diễn trên hình 4.6

Trang 14

(a) Không đổi (b) Biến đổi

b Phụ tải dài hạn không đổi:

Dựa vào đạng đồ thị phụ tải dài hạn không đổi đã quy đối về trục động cơ (hình 4.5(a)), tra số tay kỹ thuật ta có thể chọn được một động cơ điện có công suất định mức và tốc độ định mức tương ứng thỏa mãn điều kiện:

Trang 15

Chương 4: Chon công suất động cơ điện

chưa kịp giảm xuống đến giá trị ban đầu thì lại có phụ tải, nhiệt sai lại tăng lên Quá trình tang-gidm nhiệt sai liên tục lặp đi lặp lại, và cuối cùng nhiệt sai động cơ đao động xung quanh một giá trị nhiệt sai trung bình 7, nao đó giỮa 7y Và Gnin -

Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại được đặc trưng bằng thdi gian đóng điện rương đối Hệ số thời gian đóng điện tương đối (hay hệ số tiếp điện tương đối) z % là tỷ số phần trăm của thời gian lầm việc (/,„) và thời gian của một chu kỳ làm việc („¿) :

Với ío là thời gian nghỉ (thời gian mất phụ tải) của động cơ

Trị số tiêu chuẩn của hệ số thời gian đóng điện tương đối e % của các động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại là: 15%, 25%, 40%, 60%

Hinh 4.4: Đô thị phụ tải và nhiệt sai trong chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại của động cơ

4.2 Chọn công suất động cơ cho những truyền động không điều chỉnh tốc độ:

Đề chọn công suất động cơ, chúng ta cần phải biết đồ thị phu tdi M.(t) va P.(t) đã được quy đổi về trục động cơ và trị số tốc độ yêu cầu (@ye)

Dựa vào đồ thị phụ tải, ta tính toán sơ bộ và chọn động cơ theo công suất

4.2.1 Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn:

a Các dạng đồ thị phụ tải tổng quát:

+ Chế độ làm việc dài hạn: Phụ tải không đổi hay thay đối đều có tính duy trì liên tục trong thời gian dài, do đó đồ thị phụ tải là một đường thẳng hoặc đường cong liên tục, hoặc là đường bao gồm các đoạn thẳng, gấp khúc, liển nhau và kéo đài

+ Chế độ làm việc ngắn hạn: Do phụ tải chỉ duy trì trong những khoảng thời gian ngắn, do đó

đồ thị phụ tải là các đoạn gấp khúc ngắn

Trang 16

Là chế độ động cơ làm việc vừa mới có phụ tải trong một thời gian ngắn, nhiệt sai của động

cơ chưa đạt tới giá trị ổn định thì bị mất phụ tải Trong khi đó thời gian nghỉ của động cơ đài

đến nỗi đủ để nhiệt sai của động cơ giầm xuống đến giá trị của nhiệt sai ban đầu (bằng nhiệt

độ môi trường xung quanh) Ví dụ các động cơ trong cơ cấu nâng-hạ, trong các máy cắt gọt

kim loại cỡ lớn (máy tiện đứng, máy phay giường, máy bào giường), động cơ trong cơ cấu

truyền động đóng-mở cửa đập nước, đều làm việc ở chế độ ngắn hạn

Đồ thị phụ tải và đường cong nhiệt sai của động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn được biểu diễn như hình 4.3:

Là chế độ động cơ làm việc trong điều kiện thời gian có phụ tải và thời gian nghỉ (mất phụ

tai) xen kế nhau Các khoảng thời gian này thường là tương đối ngắn, vì vậy trong thời gian làm việc, khi mà nhiệt sai của động cơ chưa gia tăng đến trị số ổn định thì bị mất phụ tải,

khiến nhiệt sai bị suy giảm xuống Ngược lại, trong thời gian nghí, khi nhiệt sai của động cơ

Trang 17

—íỉ

(4.10) được gọi là phương trình biểu diễn đường cong nguội lạnh của động cơ

Ta cần chú ý rằng giá trị nhiệt sai ban đâu ø¿ của quá trình nguội lạnh cũng chính là nhiệt sai

ổn định ø¿ của quá trình phát nóng động cơ

Về mặt lý thuyết, khi z =œ thì nhiệt sai của động cơ mới đạt đến trị số ổn định 7z Nhưng thực tế quá trình tăng nhiệt của động cơ kết thúc khi nhiệt sai của nó là: z = (0,95 + 0,98) 7

và thời gian tăng nhiệt sai của động cơ là: /= (3 +4).Ø

Đồ thị biểu diễn các đường cong phát nóng và nguội lạnh của động cơ theo thời gian có dạng như hình vẽ sau đây:

Hình 4.1: (a) Đường cong phát nóng của động cơ

(b) Đường cong nguội lạnh của động cơ

4.1.2 Các chế độ làm việc của động cơ điện:

Dựa vào đặc tính phát nóng và nguội lạnh, người ta phân biệt chế độ làm việc của động cơ

điện theo 3 hình thức: Dài hạn, Ngắn hạn và Ngắn hạn lặp lại

a Chế độ làm việc đài hạn:

Là chế độ động cơ làm việc dưới điểu kiện duy trì phụ tải trong một thời gian dài, vì vậy

nhiệt độ của động cơ có đú thời gian để gia tăng và đạt đến trị số ổn định Ví dụ như trường hợp của các động cơ máy quạt gió, máy bơm , động cơ kéo băng tải trong các dây chuyền sản

xuất lớn ở các xí nghiệp, nhà máy,

Đường đặc tính phụ tải theo thời gian và đường cong nhiệt sai theo thời gian được biểu điễn

trên hình 4.2 sau:

Trang 18

Chương 4; Chọn công suất động cơ điện

Với các giả thiết như trên, nếu gọi:

*C là nhiệt dung của động cơ, tức là nhiệt lượng sinh ra cần thiết để nhiệt độ của động cơ tăng lên thêm 1°C_ (7⁄°C)

*A là hệ số tổa nhiệt của động cơ, tức là nhiệt lượng mà động cơ tỏa Ta TnÔI trường xung

quanh trong một đơn vị thời gian khi chênh lệch nhiệt độ giữa động cơ và môi trường là 1C

(I/ s °C) HE sé nay phụ thuộc vào điều kiện làm mát của động cơ (khi điều kiện làm mát

càng tốt thì hệ số tỏa nhiệt càng lớn)

*@ là nhiệt lượng do động cơ sinh ra trong một đơn vị thời gian, đơn vị tính bằng (2⁄4)

* 7 là nhiệt sai của động cơ, tức nhiệt độ chênh lệch giữa động cơ và môi trường, đơn vị ( C)

* 7 là thời gian khảo sát, đơn vị tính bằng giây (s)

Phương trình cân bằng nhiệt giữa động cơ và môi trường xung quanh được viết như sau:

Q.dt =Cdr + A tải (4.7)

Trong đó: Q.dt : Nhiệt lượng động cơ sinh ra trong thời gian đi

C.dz : Phần nhiệt lượng dùng để làm gia tăng nhiệt độ của động cơ

A.zdi : Phần nhiệt lượng từ động cơ tỏa ra môi trường trong thời gian dt

Nếu đặt z„z= A : Nhiệt sai ôn định của động cơ, tức là nhiệt sai tng voi lic t= co

a=£;

A : Hằng số thời gian phát nóng, tức thời gian cần thiết để đưa nhiệt sai của động cơ từ 0 đến nhiệt sai ổn định khi động cơ không tổa nhiệt ra môi trường xung quanh

Giải phương trình (4.7) với điều kiện ban đầu: £= 0, z = ø„

Ta có phương trình nhiệt sai của động cơ là:

Khi øz= 0, tức ở thời điểm z = 0, nhiệt độ của động cơ bằng nhiệt độ của môi trường, ta có:

~t

(4.8) va (4.9) la cdc phuong trinh biéu dién đường cong phát nóng của động cơ

Khi động cơ đang làm việc với một nhiệt sai nào đó, nếu bị cắt ra khỏi nguồn điện, động cơ sẽ nguội dần Tác nhân sinh nhiệt của động cơ lúc này chỉ còn là phần năng lượng tổn hao do ma

sát và có trị số rất nhỏ Ta có thể xem như động cơ không sinh nhiệt (Q =0) vàkhi đó phương

trình (4.8) chỉ còn lại thành phần:

Trang 19

Nếu gọi: P¿ là công suất điện mà động cơ nhận vào từ lưới cung cấp

P là công suất cơ sinh ra trên trục động cơ

Tổn hao công suất 4P có giá trị:

cơ với môi trường xung quanh, và vì thế nhiệt lượng của động cơ tỏa ra môi trường xung quanh với một tốc độ tăng tỷ lệ thuận với sự tăng nhiệt độ của động cơ Sau một khoảng thời gian làm việc nào đó, nhiệt độ động cơ không tăng nữa và đạt đến trị số ổn định Ở trị số nhiệt độ ổn định này, toàn bộ nhiệt lượng sinh ra trong động cơ trong một đơn vị thời gian sẽ tỏa hết ra môi trường xung quanh trong cùng thời gian đó Trạng thái này được gọi là trạng thái cân bằng nhiệt của động cơ

b Phương trình cân bằng nhiệt của động cơ:

Do động cơ được cấu tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau và mỗi loại vật liệu đó có thể có cấu tạo không đồng nhất, nên trong quá trình vận hành, nhiệt độ sinh ra trong động cơ tại nhiều vị trí là không giống nhau Để đơn giản hóa cho việc tìm ra quy luật chung cho sự phát

nóng, ta cần có các giả thiết:

+ Động cơ là một vật thể có cấu tạo đồng nhất và có nhiệt độ giống nhau tại mọi điểm

+ Hệ số dẫn nhiệt của động cơ là vô cùng lớn

+ Môi trường xung quanh có nhiệt dung vô cùng lớn, nên trong quá trình phát nóng của

động cơ, xem như nhiệt độ môi trường không đổi

Trang 20

CHƯƠNG 4

CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN

4.1 Khái niệm chung:

Việc chọn công suất động cơ điện có ý nghĩa rất quan trọng Nếu công suất động cơ được chọn nhỏ hơn công suất phụ tải yêu cầu thì khi đưa vào vận hành cơ cấu truyễn động cho phụ

tải, động cơ sẽ luôn luôn bị làm việc ở trạng thái quá tải, có thể bị phát nóng quá mức quy định (quá nhiệt), dẫn đến sự cố làm cháy dây quấn hoặc giảm tuổi thọ làm việc của động cơ

Ngược lại, nếu chọn công suất động cơ lớn hơn công suất phụ tải yêu câu sẽ làm tăng vốn đầu

tư không cần thiết, đồng thời động cơ có thể luôn phải làm việc ở trạng thái non tải, hiệu suất thấp, ngoài ra, đối với động cơ không đồng bộ thì khi làm việc non tải sẽ dẫn đến hiện tượng giảm hệ số công suat cose, gay ra các ảnh hưởng xấu đến lưới điện cung cấp

Để chọn công suất động cơ, cân phải tính toán phụ tai trong cả 2 trạng thái làm việc: gud dé

và ổn định Do vậy cần phải thiết lập các đồ thị phụ tải mô tả các quan hệ giữa moment quay

1, công suất P và dòng điện ¿ theo thời gian:

M= f(t); P= f,(i); i= f;(t)

Công suất chọn cho động cơ phải có giá trị tương ứng với đồ thị phụ tải đã cho, nghĩa là động

cơ phải được đảm bảo là luôn luôn vận hành đây tải mà không bị phát nóng quá mức giới hạn cho phép, chịu được trạng thái quá tải về dòng điện trong thời gian nhất định, có moment mở

máy đủ lớn để đảm bảo khởi động tốt một cơ cấu truyền động phù hợp với công suất đã chọn 4.1.1 Hiện tượng phát nóng và nguội lạnh động cơ điện:

a Nguyên nhân phái nóng:

Khi động cơ điện thực hiện quá trình biến đổi điện năng thành cơ năng, có một phần năng

lượng bị tổn hao là:

0

Trong đó 44P là công suất tốn hao trong động cơ

Công suất tốn hao bao gồm 3 thành phần :

* Tén hao dưới dạng nhiệt do ma sát trên các ổ bi làm điểm tựa cho trục rotor, ma sát giữa

rotor với không khí khi rotor quay

* Tén hao sắt từ phụ thuộc vào chất lượng của lõi sắt từ Hai thành phần tổn hao trên đây không phụ thuộc vào phụ tải nên không thay đổi theo phụ tải và được gọi chung là Zổn hao

không đổi

* Tén hao trong các bộ dây quấn (gọi là tốn hao đồng) Tổn hao này phụ thuộc vào phụ tải nên được gọi là £ổn hao biến đổi (theo phí tái) Tôn hao này chiếm tỉ lệ rất lớn trong tổng tổn hao công suất chung của động cơ

Trang 21

Chương 3: Điều chỉnh tốc độ truyền động điện

CÂU HỎI ÔN TAP CHUONG 3

1) Có những chỉ tiêu chất lượng nào dùng trong việc đánh giá các phương pháp điều khiển động cơ ? Trình bày và phân tích ý nghĩa của từng chỉ tiêu

2) Phân tích ý nghĩa của việc điều chỉnh tốc độ và dòng điện (hoặc moment) động cơ Trình bày những yêu cầu thực tế của việc diéu chỉnh từng thông số, những chỉ tiêu cần đạt được của mỗi thông số

3).Từ biểu thức nào có thể rút ra nhận xét chung về các phương pháp điều khiển động cơ điện

một chiều và động cơ điện không đồng bộ ?Mỗi loại động cơ có bao nhiêu phương pháp điều khiển và những phương pháp nào được xem là có hiệu quả nhất ?

4) Trong điều khiển động cơ điện một chiều, những phương pháp nào dùng để điểu chỉnh tốc

độ, những phương pháp nào dùng dé diéu chinh dong dién va moment?

5) Trình bày sơ đồ nguyên lý cấu trúc cơ bản của hệ truyền động Máy phát-Động cơ điển

hình (FE-Ð) Nêu các đặc điểm và các phương thức vận hành của các khâu chức năng trong hệ, biểu diễn các phương trình đặc tính làm việc của hệ F-Ð, phân tích các ưu nhược điểm chính

của hệ F-ĐÐ

6) Trình bày nguyên lý điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động Chỉnh lưu-Động cơ (CL-ĐÐ) Vẽ

các sơ đồ nguyên lý cấu tạo và sơ đồ đơn tuyến tương ứng để biểu diễn các trạng thái điều khiển đảo chiêu quay, điều khiển thay đối tốc độ cho một hệ CL-Ð Nêu và so sánh và phân

tích các ưu nhược điểm nổi bật của hệ CL-Ð với một hệ F-Ð

7) Trình bày nguyên lý điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động Xung áp-Động cơ (XA-Đ) Vẽ

các sơ đồ khối dạng đơn tuyến biểu diễn các trạng thái điều khiển đảo chiều quay, điều khiển

thay đổi tốc độ trong một hệ XA-Ð Nêu, phân tích và so sánh các ưu nhược điểm của hệ XA-

Ở các giá trị đưới và trên định mức?

10) Trình bày có phân tích các nguyên tắc và các phương pháp điều khiển tần số động cơ không đồng bộ Ưu và nhược điểm của các phương pháp điều khiển tân số động cơ không đồng bộ? Vì sao nói có thể so sánh phương pháp điều khiển tần số động cơ không đồng bộ với

phương pháp điều khiển điện áp phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập?

11) Mô tả chỉ tiết một quá trình điều khiển mở máy gồm hai giai đoạn của một động cơ đồng

bộ thông dụng Trong những trường hợp nào, một động cơ đồng bộ có thể trở thành một máy

bù đồng bộ?

Trang 22

- Phải có bộ nguồn có điện áp Ù; tần số ƒ thay đối, khiến giá thành bộ điều chỉnh cao Nếu

dùng bộ nguồn bằng máy điện quay điều khiển đơn giản nhưng hiệu suất kém Hiện nay các

bộ biến tần dùng thyristor được sử dụng phổ biến, nhờ đáp ứng được tốc độ tác động nhanh,

độ chính xác và hiệu suất cao nhưng mạch điều khiển phức tạp

3.7.5 Điều chỉnh công suất trượt:

Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ KĐB rotor dây quấn Khi điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đối điện trở phụ mach rotor, công suất trượt 4P, = s P„ được tiêu tán trên điện trở phụ mạch rotor Đối với các hệ thống truyền động điện công suất lớn, tổn hao này rất đáng kể Do đó, với mục đích vừa điểu chỉnh tốc độ động cơ, vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng các sơ đồ điều chỉnh công suất trượt, gọi là các sơ đỗ nối tầng Trong

các sơ đồ này, bộ biến đổi công suất có nhiệm vụ trả năng lượng trượt về nguồn điện lưới xoay chiều Có nhiều sơ đồ nối tang, sau day là một sơ đồ nguyên lý nối tầng của bộ biến đổi

gồm bộ Chỉnh lưu - Nghịch lưu phụ thuộc dùng thyristor, hình 3.20

Hình 3.20 Hệ thống nối tầng sử dụng van điện

Trên sơ đồ hình 3.20, sức điện động rotor của động cơ có tần số ƒ, nhỏ hơn tần số lưới điện cung cap (f, = 50 H,> fs) sé được chỉnh lưu thành điện áp một chiểu qua một điện kháng lọc

L cấp cho bộ nghịch lưu phụ thuộc biến đổi thành nguồn điện xoay chiểu có giá trị điện ap va tần số bằng với giá trị điện áp và tần số của lưới điện thông qua biến áp trả năng lượng trượt

về lưới điện Khi điều chỉnh góc mở @ của các thyristor trong bộ nghịch lưu, tốc độ động cơ

sẽ thay đổi tương ứng

Trang 23

k= 8z?(Ly + 11) 3p (3.20)

Từ (3.19), khi điều chỉnh tần số theo nguyên lý U không đổi với các điều kiện đã thiết lập,

các đường đặc tính sẽ có moment cực đại không đối

Khi động cơ hoạt động ở tần số thấp, điện trở R, không thể bỏ qua so với trở kháng (x, +x,’), nên moment cực đại M,„ bị suy giẩm ở tấn số thấp Để duy trì khả năng quá tải của động cơ làm việc ở tân số thấp, có thể giảm điện áp Ú, với mức độ ít hơn so với mức độ giảm tân số ƒ

sao cho X⁄„ „ không bị suy giảm

Khi điều chỉnh tốc độ động cơ lớn hơn định mức , điện áp U, sé duy tri không đổi và bằng định mức (Ú; = zy„), còn tần số f được điều chỉnh tăng lên lớn hơn định mức (ƒ > ƒ„„) Khi

đó, từ thông trong động cơ giảm, động cơ làm việc ở chế độ non kích từ Cho nên Ä⁄,„ SẼ

bị suy giảm, để tránh hiện tượng động cơ quá tải, moment động cơ sẽ được điều chỉnh theo nguyên lý công suất không đổi

Tóm lại, khi điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp biến đổi tần số phải thực biện

2 cách điều chỉnh tốc độ, cách này tiếp theo cách kia:

a Điều chỉnh với moment không đổi Ä⁄ = hằng số hoặc từ thông không đổi Ø = hằng số

b Điều chỉnh với công suất không đổi P = hằng số khi từ thông Ø suy giảm

¿=hằngsố U, <Us,

M =hang so fam > £, > £, > f,

M

Hình 3.19 Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi điều chỉnh tân số

Nhận xét phương pháp điều chỉnh tần số nguồn điện:

- Tốc độ động cơ được điều chỉnh vô cấp với phạm vi điều chỉnh rộng mà các phương pháp khác không thể thực hiện được

Trang 24

Nếu thay đổi tần số ƒ của nguôn điện cung cấp cho động cơ, tốc độ động cơ có thể được điểu chỉnh vô cấp Đối với động cơ KĐB rotor lổng sóc chỉ có điều chỉnh tần số mới thực hiện điều chỉnh tốc độ vô cấp trong đải rộng

Đối với động cơ KĐB, nếu bỏ qua điện trở và điện cảm của dây quấn stator, phương trình điện áp đây quấn stator là:

tăng, hệ số quá tải động cơ ( Â ua ava ) giảm , tốn hao thép tăng làm động cơ phát nóng

Để tránh hiện tượng trên, điện áp stator Ứ; cần được thay đổi cùng với ƒ sao cho từ thông không đổi và bằng giá trị từ thông định mức

Gi bin hằng số fk, (3.17)

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện theo công thức (3.17) là nguyên lý

điều chỉnh từ thông không đổi trở thành nguyên lý điều khiển 7 = hãng số

Biểu thức moment tới hạn (moment cực đại) của động cơ KĐB

Moy = ee 2@ (x, +x,)° 4af 2af(L, +) BP 1 (3.18)

+;' : điện kháng dây quấn rotor quy vỀ stator

Trang 25

< ——

Hình 3.18 Đổi nối A /YY theo tỉ lệ 2 :1 va cdc dc tính cơ tương ứng

4) Siator có pị = 4 b) Slator có p;= 2 — c) Các đặc tính cơ tương ứng

Nhận xét về ưu và nhược điểm của phương pháp điều chỉnh này:

Ưu: - Việc điều chỉnh tốc độ khá đơn giản

- Đạt yêu cầu kinh tế, không tiêu hao năng lượng phụ

- Độ cứng đặc tính cơ được giữ nguyên khi điều chỉnh

Nhược: - Phạm vi điều chỉnh tốc độ rất hạn chế

- Độ nhảy cấp tốc độ khá lớn khi thay đổi tốc độ theo cấp

Phương pháp này sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ trong các máy không cần độ chính

xác cao như quạt gió, máy nâng, thang máy

3.7.4 Điều chỉnh tần số nguồn điện cung cấp cho động cơ:

Từ biểu thức tốc độ của động cơ không đồng bộ:

Trang 26

Hình 3.16 Các đường đặc tính cơ khi thay đối Hình 3.17 Điều chỉnh xung điện Irở rotor

b) Sơ đồ nguyên lý c) Các đặc tính cơ khi thay đổi 6

3.7.3 Điều chỉnh số đôi cực của dây quấn stator:

Phương pháp này được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ rotor lồng sóc Nguyên lý điều chỉnh xuất phát từ biểu thức:

sử dụng cho động cơ rotor lồng sóc

Ví dụ: Hình 3.18 trình bày sơ đồ nguyên lý chuyển đổi cuộn day stator có số đôi cực ?; = 4 sang p¿ = 2 hoặc ngược lại (mạch Dahlander) Tỉ lệ đổi 2:1 Đây là cách đối nối A/ YY (tam giác /sao kép) Phương pháp đấu đổi cực trong trường hợp này đảm bảo moment quay động

cơ không đổi

Trang 27

- Phân đoạn các điện trở phụ ®„ bằng các bằng các tiếp điểm contactor

- Khi khóa K ngất, điện trở phụ trong mach R, = Ro

- Khi khóa K thông, điện trở phụ trong mạch R, = 0

Trị số trung bình của điện trở tương đương trong mạch một chiều (xem hình 3.17b)

Khóa điện tử K làm nhiệm vụ thay đổi ổ, khi ổ thay đổi, giá trị điện trở trung bình cũng thay đổi Nhận xét phương pháp điều chỉnh điện trở (R,) cla mach dién rotor

- Chỉ cho phép thay đối tốc độ về phía giảm so với tốc độ định mức

- Tốc độ càng giảm, độ ổn định tốc độ càng kém

- Dải điều chỉnh phụ thuộc vị trí moment tai Moment tdi càng nhỏ, dải điều chỉnh càng hẹp

- Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ), độ trượt động cơ tăng và tổn hao năng lượng khi điều chỉnh

Re fut tet ter oe

° Hatt ‘a t~# te i (a) _ t

Trang 28

Chuong 3: Diéu chinh t6c dé truyén động điện

cho điện trở mạch rotor có trị số lớn nhờ điện trở phụ nhằm làm giãn phạm vi điều chỉnh Mặt khác các tốn thất do moment phụ gây ra bởi các sóng hài bậc cao của điện áp đặt động cơ

không bị tích tụ lại trong động cơ mà thoát ra ngoài trên điện trở phụ dưới dạng nhiệt, khiến

động cơ không phát nóng quá mức nhưng hiệu suất điểu chỉnh lại giảm xuống nhiều

Nhận xét phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ để thay đổi tốc độ:

- Điện áp chỉ thay đối được về phía giảm dưới giá trị định mức

- Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ KĐB thường có độ trượt tới hạn nhỏ nên phương pháp điều

chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp thường được thực hiện cùng với việc tăng điện trợ phụ ở mạch rotor để tăng độ trượt tới hạn, do đó tăng được dải điều chỉnh

- Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, tốc độ giảm thì độ cứng đặc tính cơ giảm, độ ổn định tốc

Hình 3.15 Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ

(a) Sơ đồ nguyên lý (b) va ( c) Đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp

3.7.2 Điều chỉnh điện trở của mạch rotor:

Phương pháp này chỉ áp dụng đối với động cơ KĐB rotor dây quấn Việc thay đổi điện trở

phụ #®„ có thể thực hiện bằng cách sử dụng một trong các phương pháp sau :

Trang 29

Nguyên tắc thay đổi tốc độ động cơ trong hệ truyền động Xung áp - Động cơ là thay đổi điện

áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều Điện áp này là điện áp ra của bộ xung áp tính theo gái trị trung bình Vậy, muốn điều chỉnh tốc độ động cơ chỉ cần thay đổi hệ số ở lấp day xung

của bộ xung áp Hệ số này có thể thay đổi bằng 3 phương pháp: thay đối /„ 7 hoặc cả hai

(như đã đề cập ở trên)

Vì phụ tải là động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập và do „ = ð Ù nên phương trình đặc tính

cơ của động cơ khi sử dụng bộ điều chỉnh xung áp một chiều nối tiếp là:

3.7 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:

Trong công nghiệp thường sử dụng các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB sau đây:

* Điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ

* Điều chỉnh điện trở của mạch dién rotor

* Điều chỉnh số đôi cực của đây quấn stator

* Điều chỉnh tần số của nguồn cung cấp

* Điều chỉnh công suất trượt

3.7.1 Điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ:

Moment quay của động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào dây quấn

stator, đo đó có thể điều chỉnh moment quay # và tốc độ quay œ của động cơ bằng phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ Phương pháp này thực hiện được với điểu kiện giữ tần số nguồn điện không đổi Việc điều chỉnh điện áp có thể thực hiện bằng cách điều chỉnh biến trở R„ nối giữa động cơ và nguồn điện hoặc điều chỉnh điện áp thứ cấp của một máy biến áp tự ngẫu 3 pha

Điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ theo các cách trên sẽ làm tiêu hao năng lượng trên phần

tử điều chỉnh Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường sử dụng bộ điểu chỉnh điện áp

xoay chiều bằng thyristor Trên hình là sơ đồ của một bộ điều chỉnh điện áp ba pha dùng ba

cặp thyristor đấu song song ngược nối vào bộ dây quấn stator động cơ không đồng bộ ba pha

Việc điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ được thực hiện khi thay đổi góc mở các thyristor

Điều chỉnh tốc độ động co KDB rotor lổng sóc bằng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiểu

thyristor có ưu điểm là tiết kiệm năng lượng nhưng điện áp đặt vào động cơ bị hãm nhỏ và có dạng rất phức tạp, ngoài thành phần sóng điện áp cơ bản tạo ra moment quay cho động cơ, còn chứa nhiều thành phần sóng hài bậc cao Các sóng hài bậc cao này tạo ra các moment phụ làm phát nóng động cơ Để tránh cho động cơ bị phát nóng quá mức cho phép, bộ điều

chỉnh điện áp xoay chiều trên thường sử dụng đối với động cơ KĐB rotor dây quấn, đảm bảo

Trang 30

trong mạch điện một chiều có thể làm việc như một bộ đóng cắt mạch không tiếp điểm và tùy

theo nhịp độ đóng - cắt mà có thể điều chỉnh được công suất nguồn cấp cho tải

Nếu thời gian đóng là tđ, thời gian cắt là ¿ theo hình 3.13 chu kỳ đóng - cắt là:

Điện áp cấp cho phụ tải sẽ không liên tục mà có dạng một chuỗi xung điện áp hình chữ nhật

Do đó bộ khóa điện tử còn có tên gọi là bộ điều chỉnh xung điện áp (xung áp) một chiều hay

bộ hãm điện áp một chiều hoặc bộ điều chỉnh một chiều - một chiểu

Giá trị trung bình của điện áp cấp cho phụ tải sẽ là:

Và gọi là hệ số lấp đầy xung thì: Up = ở Ung (3.12)

Từ (3.11) và (3.12) có thể điều chỉnh được điện áp cấp cho tấi bằng 3 phương pháp:

- Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung : thay đổi /¿ nhưng vẫn giữ nguyên 7, /„ tăng thì Ur tăng Khi /¿ = 7 (đóng liên tục) thì U, = Ứng

- Phương pháp điều chỉnh tan số xuất hiện xung áp: thay đổi 7 nhưng vẫn giữ nguyên /„ Œc, thay đổi còn z¿ không đổi), 7 tăng thì , giảm

- Phương pháp điều chỉnh thời gian xung: thay đổi cả z¿ và 7, do đó ở thay đổi, ö tang thi U, tang

Tân số đóng - cắt của các bộ khóa điện tử có thể dat vai kHz

Mỗi phương pháp điều chỉnh có một mạch điều khiển riêng Khi thay đối được điện áp trung bình cấp cho tải sẽ điều chỉnh được công suất tải Nếu tải là động cơ thì tốc độ sẽ thay đổi

Sơ đồ hệ truyền động Xung áp - Động cơ mạch đơn (chỉ sử dụng 1 bộ khóa điện tử) được biểu thị trên hình 3.14

Hinh 3.14 Hé truyén động Xung dp - Động cơ mạch điện

a) Nối tiếp b) Song song

Trang 31

điều chỉnh xung áp (điện áp) một chiều hoặc bộ băm điện áp một chiều Bộ phận chính của

bộ biến đổi này là một bộ khóa điện tử

Bộ khóa điện tử là thiết bị điện tử cho phép dưới tác động của l tín hiệu điện (tín hiệu điều

khiển ) sẽ đóng hoặc ngắt một mạch điện công suất (thông - ngắt mạch lực)

Bộ khóa điện tử có loại dùng thyristor hoặc transistor Ký hiệu sơ đồ khối bộ khóa sử dụng

Hình 3.13 Giản đồ điện áp của tải khi được điều chỉnh bởi khóa điện

Khi đặt tín hiệu điều khiển vào Gc (ON), khóa điện tử thông, tải được cấp điện Khi tín hiệu điều khiển đặt vào Gp (OFF), khóa điện tử ngắt, tải bị cắt điện.Bộ khóa điện tử chỉ dẫn dòng điện theo một chiều còn gọi là bộ khóa điện tử một hướng Các bộ khóa điện tử một hướng

Trang 32

Chuong 3: Diéu chinh t6c dé truyén động điện

thyristor một pha Tuy nhiên phương pháp đảo chiều quay bằng cách đảo chiều quay từ thông

có một số hạn chế do cuộn cẩm có hệ số tự cảm lớn, làm tăng thời gian đảo chiều Ngoài

ra, có thể thực hiện đảo chiều quay động cơ bằng phương pháp đảo chiều dòng điện phần ứng, như sơ đồ khối hình 3.11

Hình 3.11 Hệ T - Ð đảo chiều quay nhờ đảo chiều dòng điện phan ting

Hệ thống Thyristor - Dong co (T — D) có một số đặc điểm chính sau đây:

- Ưu: _ - Bộ chỉnh lưu sử dụng cdc thyristor có kích thước gọn, nhẹ, không gây tiếng ồn, tốn

hao năng lượng thấp, quán tính nhỏ, tốc độ tác động cao và chính xác

- Có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh tốc độ rất rộng Ð = 102 : 103

- Độ tin cậy của hệ thống cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn, không gây ôn, không

chiếm nhiều diện tích đặt máy

- Hệ điều chỉnh khá đơn giản

- Nhược: - Hệ số cos ø tương đối thấp trong trường hợp điều chỉnh sâu

- Dong điện chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao, gây ra tốn hao phụ trong động cơ và

có thể làm xấu đi dạng điện áp nguồn

- Phụ thuộc hoàn toàn vào hệ điều khiển (khi góc kích thyristor không phù hợp, các thyristor ngưng dẫn, hệ thống có thể bị đình trệ hoạt động)

3.6 Điều chỉnh tốc độ động cơ trong hệ thống Xung áp - Động cơ (XA-Đ):

Muốn biến đổi một giá trị điện áp một chiều thành một giá trị điện áp một chiều khác (giá trị trung bình) để cấp cho tải, người ta dùng bộ biến đổi một chiều - một chiểu hay còn gọi là bộ

Trang 33

thường sử dụng bằng các thyristor vì ưu điểm của chúng là gọn, nhẹ, tổn hao năng lượng thấp,

quán tính nhỏ, tốc độ tác động nhanh, chính xác,

Hệ truyền động Chỉnh lưu điều khiển - Động cơ điện một chiều (CL — Ð) là hệ truyền động trong đó động cơ truyền động chính là động cơ điện một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc

độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần

cảm của động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lưu sử dụng thyristor, do đó hệ truyền động

này còn được gọi là hệ truyển động Thyrisior - Động cơ (T - Ð ) Hình 3.10 biểu diễn sơ đồ khối của một hệ truyền động T - Ð sử dụng nguồn điện xoay chiều 3 pha

Trong sơ đồ khối hình 3.10, mạch phần cảm có hai bộ chỉnh iưu điển khiển ba pha để thực hiện việc đảo chiều quay động cơ

CL2

Hinh 3.10 Sơ đồ khối của một hệ truyền động T - Ð

Tốc độ động cơ điện được điều chỉnh qua 2 vùng:

- Vàng đưới tốc độ cơ bản : Nhỡ thay đối điện áp đặt vào phần ứng động cơ qua bộ chỉnh lưu

điều khiển 3 pha C11 (khi quay thuận) hay C12 (khi quay ngược) Trong trường hợp này, điện

áp thay đổi luôn nhỏ hơn giá trị định mức „„ còn từ thông vẫn giữ định mức đz„

- Vàng trên tốc độ cơ bản : Nhờ thay đổi dòng điện kích từ (tức thay đổi từ thông) xuống dưới

giá trị định mức qua bộ chỉnh lưu điều khiển C14

Hệ T - Ð thực hiện đảo chiều quay động cơ kích từ độc lập bằng cách đảo chiều dòng điện kích từ /„ qua hai bộ chỉnh lưu ba pha có điều khiển C11 và C12 bằng các bộ chỉnh lưu

Trang 34

băm Giảm

Pr

Hinh 3.9 Ho các đường đặc tính điều chỉnh tốc độ của hệ thống F — Ð

3.4.3 Ưu, nhược điểm hệ thống Máy Phái - Động Cơ (F - Ð):

Uu: - Phạm vi điều chỉnh tương đối tốc độ khá lớn (D = 30:1)

- Có khả năng điều chỉnh tốc độ liên tục và dễ đàng theo 2 hướng trên và dưới tốc d6 co ban (@ > @,, VÀ @< @,„)

- Tổn hao điện năng không quá lớn vì việc điều chỉnh tốc độ chỉ tiến hành trên các

mạch kích từ với cường độ đồng điện nhỏ

- Có thể thực hiện các quá trình hãm điện

Nhược: - Công suất đặt của hệ thống máy điện tương đối lớn, chiếm nhiều diện tích đặt máy,

gây nhiều tiếng ổn (do nhiễu máy điện đồng thời làm việc)

- Vốn đầu tư ban đầu cao, quán tính hệ thống lớn, hiệu suất thấp (h < 75%)

- Điều chỉnh tốc độ nhỏ bị hạn chế (aấu 14 = 0 sức điện động do từ dư của máy phát tạo ra cũng vào khoảng (3 + 6)% trị số sức điện động định mức, nên giới hạn dưới

đốt với tốc độ của hệ F~ Ð là œ thường bị hạn chế)

- Độ tin cậy của hệ thống tương đối thấp vì có nhiều máy điện vận hành đồng thời 3.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ trong hệ thống truyền động Chỉnh lưu điều khiển - Động

cơ điện một chiều (CL — D):

Tốc độ động cơ điện một chiểu có thể được điều chỉnh trong phạm vi rộng và bằng phẳng nhờ các bộ chỉnh lưu điều khiển được Hiện nay, các van điểu khiển trong bộ chỉnh lưu

Trang 35

Trong đó: + E,: sức điện động nguồn điện 1 chiều do máy phát F tạo ra

+7: điện áp đặt vào phần ứng động cơ Ð

+ R„ R„„: điện trở phần ứng máy phát F và động cơ Ð

+7„: dòng điện phân ứng động cơ cũng là dòng điện phân ứng máy phát F

d Điều chỉnh tốc độ động cơ Ð trong hệ thống F-Ð:

Hệ thống F-Ð có thể điển chỉnh theo 2 hướng nhỏ hơn hoặc lớn hơn so với tốc độ cơ bản: + Tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ cơ bản (@, < @,,), thay đổi điện áp U đặt vào động cơ

(U< U„„) bằng cách tăng R„„, làm dòng kích từ 7„„ giảm và điện ấp phát ra từ máy phát F

đặt vào phần ứng động cơ , giảm theo, dẫn đến tốc độ động cơ _ø, giảm

+ Tốc độ điểu chỉnh lớn hơn tốc độ cơ bản (ø, > øœ„ ) ta điều chỉnh giảm từ thông ¢, cia

phần cảm động cơ Ð (Ø <ø„„) bằng cách tăng #,„ làm dòng điện kích từ động cơ ?„„ giảm kéo

theo đ, giảm khiến tốc độ động co a, tăng

3.42 Đặc tính cơ của hệ Máy Phái - Động Cơ (F - Ð):

Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ của hệ E - Ð là đặc tính ứng với điện áp phan ứng định

mức (U,= „) và điện áp kích từ định mức ( U,„„ = ,„„), nghĩa là từ thông định mức

Vay pham vi diéu chỉnh tốc độ chung của hệ thống thường không vượt quá giới hạn:

Trang 36

-Máy phát điện một chiều kích từ độc lập Œ) cung cấp điện năng cho phần ứng động cơ Ð Biến trở R„„ dùng để điều chỉnh dòng kích từ cho máy phát F, do đó thay đổi được điện áp

phát ra của F đặt vào phần ứng động cơ Ð

-Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (Ð) kéo cơ cấu sản xuất, là đối tượng cần điều chỉnh tốc độ, dòng kích từ động cơ thay đổi được nhờ biến trở Rxp

-Hệ thống tiếp điểm của các contactor K,, K, có nhiệm vụ điều khiển đảo chiều quay động cơ

c Phương trình đặc tính cơ của hé F — D:

Từ phương trình của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

a= >I 7 —® Ty

Kó, Kó,

Biểu thức điện áp Ù là: U=E,-1,.R,

Thay vào pt trên, ta có: 0= — EEL

Trang 37

Chương 3: Điêu chỉnh tốc độ truyền động điện

- Chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ về phía cao hơn tốc độ định mức

- Tốc độ điễu chỉnh càng lớn („¿ càng nhỏ) đặc tính cơ tương ứng mềm hơn, động cơ làm việc kém ổn định hơn

sỸÿ

Hình 3.7 (a) Sơ đồ nguyên lý mạch điện — (b) Họ đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ

đông cơ môi chiều kích từ nối tiếp bằne phương pháp phân mach phân cảm

3.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ trong hệ thống Máy phát - Động cơ một chiều (F - Ð) 3.4.1 Giới thiệu hệ thống Máy phát - Động co (F - B):

a Giới thiệu:

Hệ thống Máy phát - Động cơ (F - BD) do Joseph Ward va Gasper Leonhardt nghiên cứu lân

đầu tiên vào năm 1957 nên còn gọi là hệ Ward-Leonhardt, là hệ truyền động điện có bộ biến đổi năng lượng điện là một máy phát điện một chiều kích từ độc lập cung cấp năng lượng đầu vào (điện năng) cho phần ứng động cơ truyền động chính

b Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý một hệ F - Ð như hình 3.8

-Động cơ sơ cấp (ĐSC) dùng để kéo máy phát điện tự kích từ K và máy phát kích từ độc lập

F, thong thường, người ta dùng động cơ không đồng bộ làm động cơ sơ cấp

-Máy phát điện một chiều tự kích từ (K) làm nhiệm vụ cung cấp dòng điện kích từ cho động

cơ Ð và máy phát F Biến trở R„„ dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ, tức là điều chỉnh điện

áp phát ra cấp cho các cuộn kích từ của máy phát X,„ và cuộn kích từ động cơ K„

Trang 38

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý mạch điện (a,b,c) và họ đặc tinh co (d) khi điều chỉnh tốc độ

động cơ điện 1 chiêu kích từ nối tiếp bằng phương pháp phân mạch phân ứng

3.3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp phân mạch phần cẩm:

Sơ đồ nguyên lý mạch điện như hình 3.7

Dòng điện kính từ của động cơ quan hệ với dòng điện phần ứng theo biểu thức

Ros

Néu Ros = © (Rps >> Ry): Mic nay theo (3.6) :1„ = 1„ động cơ làm việc trên đặc tính tự nhiên Khi điều chỉnh R„, giảm dẫn 7k cũng giẩm theo, do đó điện trổ tương đương (R,,,/ Rig) cang nhỏ làm từ thông động cơ giảm dẫn đến tăng tốc độ quay của động cơ

Nếu điều chỉnh R,s càng nhỏ, dòng điện phân mạch qua R„, càng lớn, điện áp đặt lên cuộn kích từ càng nhỏ, từ thông động cơ càng giảm Do vậy, đường đặc tính cơ nhân tạo phân bố

ở phía trên đường đặc tính cơ tự nhiên (khi Rys = &)

Phương pháp điều chỉnh tốc độ này có các đặc điểm sau:

Trang 39

Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp:

- Tốc độ chỉ thay đổi về phía đưới định mức, vì chỉ phải thêm điện trở phụ nên phương pháp

này chỉ cho các đặc tính điều chỉnh nằm dưới đặc tính cơ tự nhiên

- Tổn hao năng lượng sẽ tăng lên nếu như muốn tốc độ càng nhỏ vì điện trở phụ phải càng lớn

- Ở những tốc độ nhỏ, đặc tính cơ đốc nhiều (độ cứng mêm hơn) nên độ ổn định tốc độ kém

- Dai điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào vị trí phụ tải

3.3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp phân mạch phần ting:

Sơ đồ nguyên lý mạch điện như các hình ( 3.6) Các đường đặc tính cơ tương ứng với các giá

trị khác nhau của điện trở phân mạch R, như hình (3.64)

Khi R, =0và Ros = œ, ta có đường đặc tính cơ tự nhiên (1)

Khi giảm R„ bằng một giá trị không đổi nào đó ( R, = hằng số # 0) và giảm Â& các đường đặc tính cơ chuyển dịch sang trái trục tọa độ, từ góc phần tư thứ I sang góc phân tư thứ II và

độ cứng tăng lên Các đường đặc tính cơ này có các điểm tốc độ không tải lý tưởng (vì các

đường đặc tính cơ cắt trục tung) và có đoạn hãm tái sinh (nằm ở góc phần tư II) Điểm không

tải lý tưởng với dòng điện 7„ = 0, đó là lúc giảm Rk, sao cho ls R,, = E Khi do, 7, = 0 va

dong dién qua Này (như hình 3.6b ) qua cuộn kích từ KTĐ và điện trở phụ R, (= 14)

Khi @ > @, , sức điện động # sẽ tạo ra dòng điện phần ứng 7„ khép kín qua R,, (hinh 3.5), lúc này động cơ sinh ra moment hãm Tốc độ càng lớn, đòng điện ngược ?„ càng tăng và moment hãm càng lớn Từ một giá trị nào đó của ø sụt áp trên 8„; đủ lớn dẫn đến từ thông ø

bị giảm và moment âm cũng đạt giá trị cực đại, sau đó giảm theo sự tăng ø (đoạn đường cong

phía trên bên trái cũng là đặc tính điều chỉnh)

Trường hop R, = 0 va &„; z0, đặc tính cơ cứng hơn (đường 5)

Nhận xét phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách phân mạch phần ứng

- Cho phép điều chỉnh tốc độ về phía giảm

- Có thể có được các trị số tốc độ rất nhỏ trên các đường đặc tính cơ cứng hơn

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	5,7 MB