Đề cương bài giảng Trang bị điện - Trường CĐ Kinh tế - Kỹ thuật Vinatex TP. HCM

(NB) Đề cương bài giảng Trang bị điện gồm có 8 chương với những nội dung sau: chương 1 đặc điểm của truyền động điện; chương 2 hệ thống điều chỉnh tốc độ của truyền động điện; chương 3 xác định công suất truyền động điện; chương 4 : các mạch cơ bản của hệ thống điều khiển truyền động điện; chương 5 trang bị điện trên cầu trục; chương 6 trang bị điện - điện tử băng tải; chương 7 trang bị điện trong lò nấu thép; chương 8 trang bị điện trong nồi hơi công nghiệp. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm nội dung chi tiết.

TRƯỜNG CAO KINH TẾ - KỸ THUẬT VINATEX TP.HCM

Đề cương bài giảng

TRANG BỊ ĐIỆN

(Lưu hành nội bộ)

Thành Phố Hồ Chí Minh – 2019

Chương 1 ĐẶC ĐIỂM CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

A.Truyền động bằng ĐCKĐB ba pha:

1 Đặc tính cơ của ĐCKĐB ba pha:

Ta có phương trình đặc tính cơ của ĐCKĐB ba pha là:

' 2 2

1 3

nm

ph

X s

R R s

R U M



(1.1)

trong đó Xnm = X1 + X2’ là điện kháng ngắn mạch

Có thể biểu diễn đường đặc tính cơ dưới dạng s = f(M),  = f(M) hay n = f(M) Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K Tại điểm đó:  0

' 2

nm

th

X R

R s

2 1

2

3

nm

ph th

X R R

U M

Vì ta đang xét trong giới hạn 0 s  1 nên giá trị sth và Mth trên chỉ ứng với dấu (+)

Hình 1.1 Đặc tính cơ của ĐCKĐB ba pha

Ta nhận thấy , đặc tính cơ của ĐCKĐB là một đường cong phức tạp và có hai đoạn AK và KB , phân giới bởi điểm tới hạn K

Đoạn đặc tính AK gần thẳng và cứng Trên đoạn này, mômen động cơ tăng thì tốc độ động cơ giảm  Động cơ làm việc trên đoạn đặc tính này sẽ ổn định

Đoạn KB cong với độ dốc dương Trên đoạn này, động cơ làm việc không ổn định

2 Aûnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ:

Phương trình (1.1) cho thấy đường đặc tính cơ của ĐCKĐB ba pha chịu ảnh

hưởng của nhiều thông số điện : điện áp lưới U1ph , điện trở mạch rotor R2’ , điện trở

R1 và điện kháng X1 ở mạch stator , tần số lưới f 1, số đôi cực p của động cơ

Khi các thông số điện này thay đổi sẽ gây ra biến động các đại lượng :

- Tốc độ đồng bộ : 0 =

p

f1

2

- Độ trược tới hạn :

2 2 1

' 2

nm

th

X R

R s

2 1

2

3

nm

ph th

X R R

U M









a Trường hợp thay đổi điện áp U 1ph :

Điện áp U1ph đặc vào stator động cơ chỉ có

thể thay đổi về phía giảm Khi U1ph giảm thì

mômen tới hạn sẽ giảm rất nhanh theo bình phương

của U1ph , còn tốc độ đồng bộ 1 và độ trượt tới hạn

sth không thay đổi Các đặc tính cơ khi giảm điện

áp U1ph như hình 1.2

b Trường hợp thay đổi R 2 ’ :

Trường hợp này chỉ có đối với động cơ rotor dây quấn vì mạch rotor có thể nối với điện trở ngoài qua hệ vòng trượt – chổi than Động cơ rotor lồng sóc không thể thay đổi được điện trở mạch rotor

Ta thấy, việc thay đổi điện trở mạch rotor chỉ có thể thực hiện về phía tăng điện trở R2’ Khi tăng R2’ thì độ trượt tới hạn sth tăng lên, còn tốc độ không tải 1 và mômen tới hạn Mth giữ nguyên

Các đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở mạch rotor được biểu diễn trên hình

1.3 Điện trở mạch rotor càng lớn thì đặc tính

càng dốc

c Trường hợp thay đổi điện trở R 1 , điện

kháng X 1 ở mạch stator :

Trường hợp này cũng chỉ thay đổi về phía

tăng R1 hoặc X1 Sơ đồ nối dây như hình 1.4a

HÌNH 1.2

HÌNH 1.3

Khi nối thêm vào mạch stator R1 hoặc X1 thì 0 không đổi , còn sth và Mth đều giảm (hình 1.4b) Các đặc tính được vẽ trong trường hợp có cùng mômen mở máy (Mmm) Đặc tính tăng X1 (đường 2) cứng hơn đặc tính tăng R1 (đường 3) và đặc tính tăng R1 cứng hơn đặc tính giảm điện áp (đường 4)

d Trường hợp thay đổi số đôi cực p:

Khi số đôi cực thay đổi thì tốc độ đồng bộ 0 bị thay đổi Thông thường, động

cơ loại này được chế tạo với cuộn cảm stator có nhiều đầu dây ra để có thể đổi cách đấu dây tương ứng với số đôi cực nào đó Tùy theo khả năng đổi nối mà động cơ KĐB được gọi là động cơ có 2,3,4 … cấp tốc độ

Do số đôi cực thay đổi nhờ đổi nối cuộn cảm stator nên các thông số U1ph đặt vào cuộn pha, trở kháng R1 và cảm kháng X1 có thể bị thay đổi Từ đó, độ trượt tới hạn sth và mômen tới hạn Mth có thể khác đi

Ta không xét kỹ trường hợp này nhưng có thể minh họa các đặc tính cơ nhân tạo khi đổi số đôi cực p nhờ đổi nối cuộn dây stator với việc giữ Mth = const (hình 1.5a) hoặc giữ sth = const (hình 1.5b )

e Trường hợp thay đổi tần số f 1 của

nguồn điện cấp:

Khi thay đổi f1 thì tốc độ đồng bộ 0

sẽ thay đổi đồng thời X1,X2 cũng thay đổi

(vì X= 2fL) , kéo theo sự thay đổi của độ

trượt tới hạn sth và mômen tới hạn Mth

Hình 1.6 biểu thị các đặc tính cơ nhân tạo

khi thay đổi tần số

Trục tung biểu thị tốc độ tương đối

0





so với tốc độ 0 ở tần số f1đm Trục

hoành biểu thị mômen tương đối

dm

M

M

Qua đó, ta thấy quan hệ độ trượt tới hạn

theo tần số sth = f(f1) và mômen tới hạn

HÌNH 1.4

HÌNH 1.5

theo tần số M = f(f1) là phức tạp nhưng do vì 0 và X1 phụ thuộc tỉ lệ với f1 nên có thể

Khi tần số nguồn f1 giảm , độ trược sth và Mth đều tăng nhưng Mth tăng nhanh

hơn Do vậy, độ cứng của đặc tính cơ tăng lên

Cần chú ý là khi giảm tần số f1 xuống dưới tần số định mức thì tổng trở của các cuộn dây giảm nên nếu giữ nguyên điện áp cấp cho động cơ sẽ dẫn đến dòng điện động cơ tăng mạnh Vì thế, khi giảm tần số nguồn xuống dưới trị số định mức cần phải đồng thời giảm điện áp cấp cho động cơ theo quan hệ : const

Ở vùng f1 > f1đm thì không được tăng điện áp nguồn cấp mà giữ U1 = const Mômen tới hạn Mth sẽ giảm tỉ lệ nghịch với bình phương tần số

3 Khởi động động cơ KĐB:

Khi đóng điện lưới trực tiếp vào động cơ KĐB để mở máy thì lúc đầu do rotor

chưa quay, độ trượt lớn (s = 1) nên sức điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn:

Imm = (5 8) Iđm Dòng điện này có trị số đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và lớn,

tạo ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ Tuy dòng điện lớn

nhưng mômen mở máy lại nhỏ :

Mmm = ( 0,5  1,5 ) Mđm

Do vậy , cần có biện pháp mở máy

Trường hợp động cơ

có công suất nhỏ thì có thể

mở máy trực tiếp Động cơ

mở máy theo đặc tính tự

nhiên với mômen mở máy

nhỏ

Những động cơ không

mở máy trực tiếp thì có thể

thực hiện một trong các

phương pháp mở máy gián

tiếp sau

a.Phương pháp dùng điện

trở mở máy ở mạch rotor :

HÌNH 1.6

HÌNH 1.7

Phương pháp này chỉ sử dụng cho động cơ rotor dây quấn vì điện trở mở máy ở mạch ngoài mắc nối tiếp với cuộn dây rotor

Hình 1.8a trình bày một sơ đồ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ R1,R2 và R3 ở cả

3 pha rotor Đây là sơ đồ mở máy với các điện trở rotor đối xứng

Lúc bắt đầu mở máy, các tiếp điểm công tắc tơ K1, K2, K3 đều mở, cuộn dây rotor được nối với cả 3 điện trở phụ ( R1 + R2 + R3 ) nên đặc tính cơ là đường 1 Động

cơ đựơc mở máy với mômen Mmm = M1 và bắt đầu tăng tốc từ điểm a trên đặc tính 1 Tới điểm b, tốc độ động cơ đạt b và mômen giảm còn M2, các tiếp điểm K1 đóng lại, cắt các điện trở phụ R1 ra khỏi mạch rotor Động cơ được tiếp tục mở máy với điện trở phụ (R2+r3) trong mạch rotor và chuyển sang làm việc tại điểm c trên đặc tính 2 ít dốc hơn Mômen tăng từ M2 lên M1 và tốc độ động cơ lại tiếp tục tăng Động

cơ làm việc trên đường đặc tính 2 từ c đến d Lúc này các tiếp điểm K2 đóng lại, nối tắt các điện trở R2 Động cơ chuyển sang mở máy với điện trở R3 trong mạch rotor trên đặc tính 3 tại điểm e và tiếp tục tăng tốc tới điểm f Lúc này các tiếp điểm K3

đóng lại, địên trở R3 trong mạch rotor bị loại Động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính tự nhiên tại g và tăng tốc tới điểm làm việc A ứng với mômen cản MC Quá trình mở máy kết thúc

Để đảm bảo quá trình mở máy như đã xét sao cho các điểm chuyển đặc tính ứng với cùng một mômen M2, M1 thì các điện trở phụ tham gia vào mạch rotor lúc mở máy phải được tính chọn cẩn thận theo phương pháp riêng

b Phương pháp mở máy với điện trở hoặc điện kháng nối tiếp trong mạch stator:

Phương pháp này dùng điện trở hoặc điện kháng mắc nối

tiếp với mạch stator lúc mở máy, có thể áp dụng cho cả động cơ

rotor lồng sóc lẫn động cơ rotor dây quấn Do có điện trở hoặc

điện kháng nối tiếp nên dòng mở máy của dộng cơ giảm đi, nằm

trong giá trị cho phép Mômen mở máy của động cơ cũng giảm

Thoạt đầu của quá trình mở máy, các tiếp điểm K2 đóng

lại (các tiếp điểm K1 mở) để điện trở (hình 1.9a) hoặc điện

kháng (hình 1.9b) tham gia vào mạch stator nhằm hạn chế dòng

HÌNH 1.8

HÌNH 1.9

điện mở máy Khi tốc độ động cơ đã tăng đến một mức nào đó (tùy hệ truyền động ) thì các tiếp điểm K1 đóng lại (K2 mở ra) để loại điện trở hoặc điện kháng ra khỏi mạch stator Động cơ tăng tốc đến tốc độ làm việc Qúa trình mở máy kết thúc

Hình 1.9 là sơ đồ mở máy với 1 cấp điện trở hoặc điện kháng ở mạch stator Có thể mở máy với nhiều cấp điện trở hoặc điện kháng khi công suất động cơ lớn Hình 1.10 trình bày cách mở máy đơn giản theo phương pháp điện trở không đối xứng ở mạch stator

Lúc mới đóng điện thì tiếp điểm K mở để động cơ mở máy qua điện trở R ở một pha Sau đó K đóng để động cơ làm việc bình thường Đây là trường hợp cần giảm mômen mở máy cho động cơ công suất nhỏ và trung bình mà không cần hạn chế dòng điện mở máy Phương pháp này đơn giản , rẻ mà vẫn đáp ứng được yêu cầu cần thiết Nếu có yêu cầu hạn chế dòng điện mở máy thì dùng phương pháp mở máy qua điện trở hoặc điện kháng đối xứng

c Phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu :

Phương pháp này được sử dụng để đặt một điện áp thấp cho động cơ khi mở máy Do vậy, dòng điện của động cơ lúc mở máy giảm đi (hình 1.11)

Các tiếp điểm K’ đóng, K mở lúc mở máy Khi K’ mở, K đóng thì qúa trình mở máy kết thúc

Ph/pháp mở máy dùng cuộn kháng X và biến áp tự ngẫu thích hợp cho việc mở máy các đ/cơ cao áp

d Phương pháp đổi nối Y -  khi mở máy:

ĐCKĐB làm việc bình thường ở sơ đồ mắc  các cuộn stator thì khi mở máy có thể mắc theo sơ đồ

Y Thực chất của phương pháp là giảm điện áp đặt vào cuộn dây stator khi đổi nối vì Uph = Ud khi mắc , còn khi mắc Y thì điện áp giảm 3 lần: Uph = Ud/3

4 Hãm động cơ KĐB:

Trạng thái hãm điện của động cơ là

trạng thái động cơ sinh ra mômen điện từ

ngược với chiều quay mà rotor đang có

Có 3 trạng thái hãm điện : Hãm tái

sinh, hãm ngược và hãm động năng

a Hãm tái sinh:

Trạng thái hãm tái sinh của động

cơ là trạng thái xảy ra khi tốc độ quay của

động cơ lớn hơn tốc độ đồng bộ

Ví dụ: ĐCKĐB ở chế độ hãm tái sinh khi

tốc độ động cơ vượt quá tốc độ 0 Hình

HÌNH 1.11

HÌNH 1.12

1.12 cho dạng đặc tính hãm tái sinh khi động cơ làm việc ở chế độ máy phát

Ở chế độ máy phát, ta có:

2 2 1

' 2

nm

th

X R

R s

2 1

2

3

nm

ph th

X R R

U M

Qua đó, ta thấy ở chế độ máy phát, độ trượt tới hạn sthF đảo dấu so với động

cơ, còn mômen tới hạn có trị số lớn hơn trị số mômen tới hạn ở chế độ động cơ

sthF  = sthĐ ;  MthF  > MthĐ

Chế độ hãm tái sinh của động cơ xoay chiều KĐB được thiết kế trên đọan NK’

b Hãm ngược:

Trạng thái hãm ngược của động cơ là trạng thái đổi nối mạch động cơ để tạo

ra mômen điện từ có chiều ngược với chiều quay mà động cơ đang có

Hãm ngược có thể xảy ra trong 2 trường hợp:

* Hãm ngược nhờ đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng :

Ví dụ: ĐCKĐB rotor dây quấn truyền động cho cơ cấu nâng – hạ của một cầu

trục, đang làm việc nâng tải tại điểm A trên đặc tính cơ 1 ở góc phần tư thứ I (hình

1.13) với mômen cản MC và tốc độ nâng A (các tiếp điểm K đóng)

Để dừng vật và hạ vật xuống ,

ta đưa điện trở phụ RP đủ lớn vào

mạch phần ứng ( các tiếp điểm K mở

ra), động cơ chuyển sang làm việc tại

điểm B trên đặc tính có điện trở 2 với

cùng tốc độ A Mômen của động cơ

giảm xuống ( MB < MC ) nên tốc độ

động cơ giảm Lúc này vật P vẫn được

nâng lên nhưng với tốc độ nâng nhỏ

dần Tới điểm D thì  =0 và vật dừng

lại nhưng vì mômen động cơ nhỏ hơn

mômen cản ( MD < MC ) nên vật bắt

đầu tụt xuống Chiều quay  đảo lại (

 < 0 ) Động cơ bắt đầu làm việc ở

trạng thái hãm ngược (tốc độ âm đi

xuống, mômen dương có xu hướng kéo

vật P lên)

Đặt tính hãm ngược nằm ở góc

phần tư thứ IV Điểm làm việc hãm

của động cơ chuyển theo đặc tính hãm từ D đến E Tại đây MĐ = ME =MC, động cơ

quay đều, hãm ghìm vật để hạ vật xuống đều với tốc độ E

* Hãm nhược nhờ đảo chiều quay:

HÌNH 1.13

Ví dụ: Động cơ điện KĐB rotor dây quấn đang làm việc với tải có mômen cản

phản kháng tại điểm A trên đường đặc tính cơ 1 (hình 1.14a) Sơ đồ nối dây như hình 1.14b Để hãm máy, ta đổi thứ tự hai pha bất kì trong ba pha cấp cho stator để đảo chiều quay ngược lại (hình 1.14c) Động cơ chuyển điểm làm việc từ A trên đặc tính

1 sang điểm B’ trên đặc tính 2 Do quán tính của hệ cơ, động cơ coi như giữ nguyên tốc độ A khi chuyển đặc tính Qúa trình hãm ngược bắt đầu Khi tốc độ động cơ giảm theo đặc tính hãm 2 tới điểm D’ thì  =0 Lúc này, nếu cắt điện thì động cơ sẽ dừng Đọan hãm ngược là B’D’ Nếu không cắt điện thì như trường hợp ở hình 1.14a, động cơ có MD’ > MC nên động cơ bắt đầu tăng tốc ,mở máy chạy ngược theo đặc tính cơ 2 và làm việc ổn định tại điểm E’ với tốc độ E’ theo chiều ngược

Khi động cơ hãm ngược theo đặc tính 2, điểm B’ có mômen (âm) nhỏ nên tác dụng hãm không hiệu quả Thực tế phải tăng cường mômen hãm ban đầu (Mhãm  2,5 Mđm) nhờ vừa đảo chiều từ trường quay của stator, vừa đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rotor (hình 1.14d) Động cơ sẽ hãm ngược theo đặc tính 3 (đọan BD) Tới D mà cắt điện thì động cơ sẽ dừng Nếu không cắt điện, động cơ sẽ tăng tốc theo chiều ngược và làm việc tại điểm E với tốc độ E < E’ Nếu lúc này lại cắt điện trở phụ RP thì động cơ sẽ chuyển sang làm việc trên đặc tính 2 tại điểm F vàtăng tốc tới điểm E’

c Hãm động năng:

Trạng thái hãm động năng của động cơ là

trạng thái mà động năng của hệ TĐ tích lũy được

trong quá trình làm việc biến đổi thành điện năng

thông qua động cơ (làm việc ở chế độ máy phát)

Điện năng này được tiêu thụ dưới dạng nhiệt trên

điện trở hãm

HÌNH 1.14

Tùy phương pháp kích từ mà hãm động năng chia ra 2 phương pháp :

- Hãm động năng kích từ độc lập : kích từ do nguồn ngoài

- Hãm động năng tự kích từ : kích từ do chính dòng điện cảm ứng của động cơ khi hãm

Ví dụ4: Hãm động năng kích từ độc lập ĐCKĐB ba pha

Để hãm động năng một động cơ điện KĐB đang làm việc ở chế độ động cơ, ta phải cắt stator ra khỏi lưới điện xoay chiều (mở các tiếp điểm K ở mạch động lực, hình 1.15) rồi cấp vào stator dòng điện một chiều để kích từ ( đóng các tiếp điểm H ) Thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt

Vì cuộn dây của stator của động cơ là ba pha nên khi cấp kích từ một chiều phải tiến hành đổi nối và có thể thực hiện theo

một trong các sơ đồ ở hình 1.16

Do động năng tích lũy, rotor tiếp tục quay

theo chiều cũ trong từ trường một chiều vừa

được tạo ra Trong cuộn dây phần ứng xuất

hiện một dòng điện cảm ứng Lực từ trường

tác dụng vào dòng điện cảm ứng trong cuộn

dây phần ứng sẽ tạo ra mômen hãm và rotor quay chậm dần Động cơ điện xoay chiều khi hãm động năng sẽ làm việc như một máy phát điện có tốc độ (do có tần số) giảm dần Động năng (tức cơ năng của hệ TĐ) qua động cơ sẽ biến đổi thành điện năng tiêu thụ trên điện trở ở mạch rotor

Nếu trước khi hãm, động cơ làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 (hình 1.17)

HÌNH 1.15

HÌNH 1.16

HÌNH 1.17

thì khi hãm động năng, động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính hãm động năng 2 ở góc phần tư thứ II Đặc tính hãm động năng cuả ĐCKĐB ba pha có dạng như ở hình 1.17 Tốc độ động cơ giảm dần theo đặc tính về O trên đoạn hãm đặc tính động năng BO Tại điểm O, động cơ sẽ dừng nếu tải là phản kháng Nếu tải có tính chất thế năng thì tải sẽ kéo động cơ quay ngược ổn định tại điểm D ( góc phần

Các đặc tính hãm 3 và 4 có dòng kích từ nhỏ hơn đặc tính hãm 1 và 2 (Ikt3 = Ikt4

< Ikt1) và ứng với điện trở hãm khác nhau trong mạch rotor (Rh3 < Rh4)

Các đặc tính hãm 1 và 3 ứng với các dòng kích từ khác nhau (Ikt1 > Ikt3) nhưng cùng một giá trị điện trở hãm trong mạch rotor (Rh1 = Rh3)

5 Thay đổi tốc độ động cơ KĐB:

a Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rotor:

Phương pháp này chỉ sử dụng được đối với động cơ rotor dây quấn và được ứng dụng rất rộng rãi do tính đơn giản của phương pháp Sơ đồ nguyên lí như hình 1.20a Các đặc tính cơ khi thay đổi

điện trở phần ứng như hình 1.20b

* Nhận xét :

 Phương pháp này chỉ cho điều

chỉnh tốc độ về phía giảm

 Tốc độ càng giảm, đặc tính cơ

càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn

định trước sự lên xuống của mômen tải

 Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số

mômen tải Mômen tải càng nhỏ, dải

điều chỉnh càng hẹp

 Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ) thì

độ trượt động cơ tăng và tổn hao năng

lượng khi điều chỉnh càng lớn

 Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nên thường được điều chỉnh theo cấp

b Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stator:

Thực hiện phương pháp này với điều kiện giữ không đổi tần số Điện áp cấp cho động cơ lấy từ một bộ biến đổi điện áp xoay chiều (BĐĐA) Bộ BĐĐA có thể là một máy biến áp tự ngẫu hoặc một bộ biến đổi điện áp bán dẫn Hình 1.21 trình bày

sơ đồ nối dây và các đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần cảm

* Nhận xét :

HÌNH 1.20

 Thay đổi điện áp chỉ thực hiện được về phía giảm dưới giá trị định mức nên kéo theo mômen tới hạn giảm nhanh theo bình phương của điện áp

 Đặc tính cơ tự nhiên của ĐCKĐB thường có sth nhỏ nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp thường được thực hiện cùng với việc tăng điện trở phụ

ở mạch rotor để tăng độ trượt tới hạn do đó tăng được dải điều chỉnh lớn hơn

 Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, mômen tới hạn của các đặc tính cơ giảm, trong khi tốc độ tốc độ đồng bộ giữ nguyên nên khi giảm tốc độ thì độ cứng đặc tính cơ giảm, độ ổn định tốc độ kém đi

c.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều:

Thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ đồng bộ nên thay đổi được đặc tính cơ Tần số càng cao , tốc độ động cơ càng lớn

Khi điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ thì các thông số điện liên quan đến tần số như cảm kháng, do đó, dòng điện, từ thông… của động cơ đều bị thay đổi theo và cuối cùng các đại lượng như độ trượt tới hạn, mômen tới hạn cũng thay đổi Chính vì vậy, điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB bằng phương pháp thay đổi tần số thường kéo theo điều chỉnh điện áp, dòng điện hoặc từ thông của stator

Đặc tính cơ khi thay đổi tần số nguồn được biểu diễn trên hình 1.6 Khi giảm tần số xuống dưới tần số định mức, cảm kháng của động cơ cũng giảm và dòng điện động cơ tăng lên Tần số càng giảm, dòng điện càng lớn, mômen tới hạn càng lớn Để tránh cho động cơ khỏi quá dòng, phải đồng thời tiến hành giảm điện áp sao cho

f

U

 const Đó là luật điều chỉnh tần số – điện áp Các đặc tính cơ tuân theo luật này được biểu thị trên hình 1.7 ( phần f < fđm ) Khi f > fđm, ta không thể tăng điện áp

U > Uđm được nên các đặc tính cơ không giữ được giá trị mômen tới hạn

Người ta cũng thường dùng cả luật điều chỉnh tần số – dòng điện

d Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ:

Đây là cách điều chỉnh tốc độ có cấp Đặc tính cơ thay đổi vì tốc độ đồng bộ (0 =

p

f



2

) thay đổi theo số đôi cực

Động cơ thay đổi được số đôi cực là động cơ được chế tạo đặc biệt để cuộn dây stator có thể thay đổi được cách nối tương ứng với các số đôi cực khác nhau Các đầu dây để đổi nối được đưa ra các hộp đấu dây ở vỏ động cơ Số đôi cực của cuộn dây rotor cũng phải thay đổi như cuộn dây stator Điều này khó thực hiện được đối với động cơ rotor dây quấn, còn đối với rotor lồng sóc thì nó lại có khả năng tự thay đổi số đôi cực tương ứng

HÌNH 1.21

với stator Do vậy, phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho động cơ rotor lồng sóc Các động cơ chế tạo sẵn các cuộn dây stator có thể đổi nối để thay đổi số đôi cực đều có rotor lồng sóc Tỷ lệ chuyển đổi số đôi cực có thể là 2:1; 3:1; 4:1; hay tới 8:1

Ví dụ: Hình 1.22 cho sơ đồ nguyên lý chuyển đổi cuộn dây stator có số đôi cực p1 = 4 (hình a) sang số đôi cực p2 = 2 (hình b) hoặc ngược lại Tỷ lệ đổi là 2:1

Đó là cách đổi nối Y/YY ( sao/ sao kép ) Khi đổi số đôi cực, mômen tới hạn được giữ nguyên ( hình c)

Các đầu dây stator được đưa ra hộp đấu dây như hình 1.23a

Khi cần nối cố định Y để có số đôi cực p2 = 4, các thanh nối được nối như hình 1.23b Khi cần nối cố định YY để có số đôi cực p1 =2, các thanh nối được nối như hình 1.23c Trường hợp đổi nối thì các đầu dây phải được nối qua các tiếp điểm của các công tắc tơ như hình 1.23d

K1 đóng, K2 và K3 mở : nối Y với p2 = 4

K1 mở, K2 và K3 đóng : nối YY với p1 =2

HÌNH 1.22

HÌNH 1.23

B TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:

Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (hình 1.24)

Nếu cuộn kích từ và cuộn ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn điện thì động cơ là loại kích từ song song (hình 1.25) Trường hợp này mà nguồn điện có công suất rất lớn

so với công suất động cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự như động cơ kích từ độc lập

1 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích song song:

Ta có phương trình đặc tính cơ là:

R k



k

U

(1.5) Tốc độ 0 là tốc độ ứng với Mc = 0, nghĩa là: khi không có lực cản nào cả Đó là tốc độ lớn nhất của động cơ mà không thể đạt được ở chế độ động cơ vì không bao giờ xảy ra Mc = 0 ( do lực ma sát luôn tồn tại khi động cơ quay ) Tốc độ 0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng

Khi toàn bộ các thông số điện của động cơ là

định mức như thiết kế (được ghi trên nhãn động cơ)

và không mắc thêm điện trở phụ vào mạch động cơ

thì Rư = Rư và phương trình đặc tính cơ sẽ là :

 =

k  M

R k

U

dm

u dm

dm

2



Đường đặc tính cơ lúc này gọi là đường đặc

tính cơ tự nhiên Đường biểu diễn đặc tính cơ tự

nhiên như trên hình 1.27

Khi phụ tải tăng dần từ Mc = 0 đến Mđm (Mc = Mđm  0) thì tốc độ động cơ giảm dần từ o xuống đm( = o  đm) Điểm A (Mđm , đm) gọi là điểm làm việc định mức

Rõ ràng , đường thẳng đặc tính cơ có thể vẽ được nhờ 2 điểm o và A Cũng có thể dùng 1 trong 2 điểm đó kết hợp với điểm khác thứ 3 là điểm cắt của đặc tính

cơ với trục hoành OM Điểm này có tung độ  = 0 và hoành độ suy từ (1.6)

HÌNH 1.26

Mômen Mnm và dòng điện

Inm gọi là mômen ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch Đó là giá trị mômen lớn nhất và dòng điện lớn nhất của động cơ khi được cấp điện đầy đủ mà tốc độ bằng

0 Trường hợp này xảy ra khi bắt đầu mở máy và khi động cơ đang chạy mà bị dừng lại vì bị kẹt hoặc tải quá lớn không kéo được Dòng điện Inm này lớn và thường bằng :

2 Aûnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ :

Phương trình (1.4) cho thấy , đường đặc tính cơ bậc nhất  = f(M) phụ thuộc vào các hệ số của phương trình , trong đó có chứa các thông số điện U, Rư và  Ta xét ảnh hưởng của từng thông số này

a Trường hợp thay đổi điện áp phần ứng:

U = var ; Rư = const ;  = const

Vì điện áp đặt vào phần ứng không thể vượt quá giá trị định mức nên ta chỉ có thể thay đổi về phía giảm Trường hợp này, độ dốc (hay độ cứng) của đặc tính cơ không thay đổi còn tốc độ không tải lý tưởng o thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp

HÌNH 1.27

HÌNH 1.28

Như vậy, khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng, ta được một họ các đường đặc tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên và thấp hơn đường đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.28) Các đường đặc tình cơ này gọi là các đường đặc tính cơ nhân tạo

b Trường hợp thay đổi điện trở mạch phần ứng:

Rư = var ; U = const ;  = const

Vì Rư = Rư + Rp nên điện trở mạch phần ứng chỉ có thể thay đổi về phía tăng

Rp Lúc này, 0 giữ nguyên còn độ dốc thay đổi tỷ lệ thuận theo Rư

Như vậy, khi tăng điện trở Rp trong mạch phần ứng, ta được một họ các đường đặc tính cơ nhân tạo cùng đi qua điểm ( 0, 0 ) (hình 1.29)

c.Trường hợp thay đổi từ thông kích từ:

 = var ; Rư = const ; U = const Để thay đổi từ thông , phải thay đổi Ikích tưøø nhờ biến trở Rkt mắc ở mạch cuộn cảm (hình 1.30a) Vì chỉ có thể tăng Rkt nên từ thông kích từ chỉ có thể thay đổi về phía giảm Trường hợp này, cả tốc độ không tải lý tưởng và độ dốc đặc tính cơ đều thay đổi

Khi giảm từ thông, 0 tăng, còn độ dốc thì giảm mạnh Họ đặc tính cơ nhân tạo thu được như hình (1.30b)

3 Khởi động động cơ 1 chiều kích

từ độc lập:

Lúc bắt đầu đóng điện cho động

cơ, tốc độ động cơ còn bằng 0 nên dòng

điện động cơ Inm rất lớn, tạo ra Mnm và

có thể gây ra các hậu quả xấu

 Dòng điện lúc mở máy:

Đối với động cơ có công suất

càng lớn thì Rư thường có giá trị càng

HÌNH 1.29

HÌNH 1.30

nhỏ và dòng Inm càng lớn Điều này làm xấu chế độ chuyển mạch trong động cơ, đốt nóng mạnh động cơ và gây sụt áp lưới điện Tình trạng càng xấu hơn nếu hệ TĐĐ thường phải mở máy, đảo chiều, hãm điện thường xuyên như ở máy trục, máy cán đảo chiều, thang máy lên xuống v.v…

 Mômen mở máy quá lớn sẽ tạo ra các xung lực động làm hệ TĐ bị giật, lắc, không tốt về mặt cơ học, hại máy và có thể gây nguy hiểm như : gãy trục, vỡ bánh răng, đứt cáp, đứt xích v.v…

u

dm

I R

U R R

U

)5,25,1



Công suất động cơ lớn thì chọn Imm nhỏ

Trong quá trình mở máy, tốc độ động cơ  tăng dần, sức điện động của động cơ

E = k cũng tăng dần và dòng điện động cơ bị giảm:

p

R

E U I





 , do đó mômen động cơ cũng giảm Động cơ mở máy theo mũi tên trên đường đặc tính cơ 1 (hình 1.31b) Nếu cứ giữ nguyên Rp tronh mạch phần ứng thì tốc độ tăng theo đặc tính 1 tới điểm B, mômen động cơ giảm từ Mmm xuống bằng mômen cản Mc , động cơ sẽ quay ổn định với tốc độ thấp b Do vậy, khi mômen giảm đi một mức nào đó (chẳng hạn MD) thì phải cắt điện trở phụ Rp trong mạch phần ứng nhờ đóng tiếp điểm K để động cơ trở về làm việc (hay tiếp tục mở máy) trên đặc tính tự nhiên tại điểm E Lúc này mômen động cơ ME lại lớn hơn nhiều mômen tải Mc nên động cơ tiếp tục tăng tốc nhanh Tới điểm A thì Mđ = Mc và động cơ sẽ chạy ổn định với tốc độ A trên đường đặc tính cơ tự nhiên

Lưu ý, khi đóng tiếp điểm K để cắt điện trở phụ Rp ra khỏi mạch rotor thì ngay lập tức, động cơ chuyển từ điểm làm việc D trên đặc tính cơ nhân tạo 1 sang làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên 2 Do quán tính cơ, khi chuyển đặc tính, tốc độ động cơ không kịp thay đổi trong một thời gian quá ngắn nên đoạn chuyển đổi DE là nằm ngang

Sơ đồ hình 1.31a là sơ đồ mở máy động cơ qua 1 cấp điện trở

Thực tế, để giảm bớt sự biến động mômen và thời gian lúc mở máy, động cơ thường được mở máy qua vài cấp điện trở phụ Hình 1.32 là sơ đồ mở máy qua 3 cấp điện trở với các đặc tính cơ tương ứng Các điện trở phụ được tính chọn sao cho các đặc tính cơ mở máy có các điểm chuyển đổi ứng với các mômen :

M1  (2  2,5) Mđm

M2  ( 1,1  1,3 ) Mđm

Tóm lại, để hạn chế dòng điện quá lớn lúc mở máy phải thêm điện trở vào mạch phần ứng Trong quá trình động cơ tăng tốc, phải loại bỏ dần các điện trở mở máy ra khỏi mạch phần ứng

4 Hãm động cơ một chiều kích từ song song:

a Hãm tái sinh:

Trạng thái hãm tái sinh của động cơ là

trạng thái xảy ra khi tốc độ quay của động cơ

lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng

Xét trường hợp hãm tái sinh của một

động cơ một chiều kích từ độc lập

Ta có dòng điện ở trạng thái động cơ :

u u

k R

k k

R

E

U

(1.9) Rõ ràng, khi  > o (E >U) thì Iư < 0

nghĩa là dòng điện phần ứng đảo chiều, trả lại

lưới điện Lúc này mômen động cơ theo cũng

đảo dấu : M = kIư < 0

nên có tác dụng hãm chuyển động của động cơ

Năng lượng trả về lưới điện được biến

đổi từ cơ năng của hệ (như một động cơ sơ cấp ) Cơ năng này kéo động cơ (như một máy phát điện) quay nhanh hơn tốc độ không tải lý tưởng

Hình 1.33 biểu diễn đường đặc tính hãm tái sinh là đoạn kéo dài của đặc tính

cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập (hay kích từ song song) nằm ở góc phần

tư thứ II (khi động cơ quay thuận) và ở góc phần tư thứ IV (khi động cơ quay ngược) Tại các góc phần tư này, đặc tính hãm tái sinh có tốc độ    >  0  và momen MĐ

ngược dấu với tốc độ  của động cơ

Ví dụ 1: Động cơ (kích từ độc lập) đang

làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 có tốc độ không tải lý tưởng o1 ở góc phần tư thứ I (hình 1.34) với mômen cản MC và tốc độ

A

HÌNH 1.33

HÌNH 1.34

Để giảm tốc độ động cơ, ta dùng phương pháp hạ điện áp cấp cho phần ứng Động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính cơ 2 thấp hơn, có tốc độ không tải lý tưởng o2 < o1 Vì tốc độ động cơ, do quán tính cơ, không thể thay đổi tức thời, nên khi điện áp giảm, động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm A trên đặc tính cơ 1 ngang sang điểm B trên đặc tính cơ 2 (với cùng tốc độ A)

Do A >o2 nên động cơ chuyển sang chế độ hãm tái sinh với mômen hãm cực đại Mmax < 0 Tốc độ động cơ giảm nhanh theo đọan BC trên đoạn đặc tính hãm tái sinh ở góc phần tư II Cùng với quá trình giảm tốc, mômen hãm cũng giảm Tới điểm

C, mômen hãm bằng 0 và do mômen cản MC nên động cơ tiếp tục giảm tốc xuống dưới tốc độ không tải o2 theo đặc tính cơ 2 và làm việc ở chế độ động cơ Tới điểm

D, mômen động cơ tăng bằng mômen cản MC Động cơ chạy ổn định tại điểm làm việc mới D trên đường đặc tính cơ 2 với tốc độ thấp hơn ( D <A )

b Hãm ngược : Hãm ngược nhờ đảo chiều quay:

Ví dụ : Động cơ điện một chiều kích từ song song đang làm việc với tải có mômen

phản kháng tại điểm A trên đặc tính cơ 1 ở góc phần tư thứ I (hình 1.35)

Để hãm máy, ta đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng động cơ Động cơ sinh

ra mômen điện từ có chiều ngược lại nhưng do quán tính, hệ thống vẫn làm quay rotor theo chiều cũ Do vậy, mômen động cơ sẽ là mômen hãm

Ngay khi đảo cực tính phần ứng, động cơ chuyển sang làm việc tại điểm A’ trên đặc tính cơ 4 Vì đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập tương đối cứng nên nếu

chỉ đảo cực tính đơn thuần thì mômen hãm rất lớn ( MA’  rất lớn ) Dòng điện hãm tỉ lệ với MA’ cũng rất lớn, có hại cho động cơ Do vậy, phải hạn chế mômen hãm sao cho không quá 2,5 Mđm Thực tế, việc đảo cực tính phần ứng để hãm ngược được kết hợp với thêm điện trở phụ RP vào mạch phần ứng để có đặc tính dốc ( đường 2) Do đó, động cơ chuyển sang làm việc ở chế độ hãm tại điểm B trên đặc tính cơ 2 với mômen hãm ban đầu : MB  2,5 Mđm

HÌNH 1.35

Tốc độ động cơ giảm dần theo đặc tính cơ 2 Tới điểm D thì  =0 và động cơ có mômen MD < MC nên dừng lại Động cơ không thể mở máy theo chiều ngược

Nếu RP thêm vào mạch phần ứng không đủ lớn, đặc tính cơ đảo chiều không đủ dốc (đường 3) thì khi hãm, động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B’, giảm tốc và dừng ( = 0) tại điểm D’ Do MD’ > MC nên động cơ sẽ tăng tốc, mở máy chạy ngược và làm việc ổn định với tốc độ E tại điểm E trên đặc tính cơ 3

c Hãm động năng:

* Hãm động năng kích từ độc lập :

Ví dụ: Động cơ điện một chiều kích từ song song truyền động cơ cấu nâng – hạ của

một cầu trục đang làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 (hình 1.36c) Vật được cẩu lên với tốc độ A Sơ đồ nối dây của động cơ như hình 1.36a

Để hãm động năng, kích từ động cơ được giữ nguyên (hãm động năng kích từ độc lập), còn cuộn ứng được cắt rời khỏi lưới điện và nối kín với một điện trở hãm Rh

(hình 1.36b) Do động năng đã tích lũy, rotor tiếp tục quay trong từ trường của cuộn cảm và trong cuộn dây phần ứng sẽ xuất hiện một sức điện động : E = k

Sức điện động này tạo ra dòng điện khép kín qua điện trở hãm :

Ih =

h u h

k R

Khi hãm động năng, động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính hãm 2 tại điểm B Mômen âm nên tốc độ động cơ giảm theo đường 2 Điểm làm việc dịch về gốc tọa độ Vật cẩu vẫn được nâng lên nhưng với tốc độ giảm dần Khi điểm làm việc của động cơ dịch tới điểm O trên đặc tính hãm thì vật dừng lại ( =0) Lúc này, mômen của động cơ cũng bằng 0

Dưới tác dụng của tải thế năng, động cơ bị kéo quay ngược, vật cẩu tụt xuống Điểm làm việc tiếp tục dịch theo đặc tính hãm 2 Tới điểm D thì mômen hãm do động cơ sinh ra sẽ cân bằng với mômen tải và vật sẽ được hạ xuống đều, ổn định với tốc độ D Động cơ hãm động năng để ghìm vật xuống đều

Phương trình đặc tính cơ khi hãm (1.12) cho thấy : hệ số góc (độ dốc) của đặc tính phụ thuộc điện trở hãm Điện trở hãm Rh càng nhỏ thì độ dốc nhỏ, đặc tính càng

ít dốc (đường 3 hình 1.36c) và mômen hãm động năng ban đầu MB’ sẽ lớn hơn ( MB’

> MB) Trường hợp này dòng điện hãm Ih cũng sẽ lớn hơn và tốc độ hạ tải sẽ nhỏ hơn ( D’  < D )

Điện trở hãm thường được chọn để dòng điện hãm nằm trong giới hạn :

Ih  ( 2  2,5 ) Iđm (1.13)

* Hãm động năng tự kích từ :

Hãm động năng tự kích từ động cơ 1 chiều kích từ độc lập

Hình 1.37 trình bày sơ đồ nguyên lý nối dây từ chế độ động cơ (a) sang chế độ hãm động năng tự kích từ (b)

HÌNH 1.36

Động năng tích lũy tiếp tục làm quay rotor theo chiều cũ Sức điện động cảm ứng E sẽ tạo ra dòng cảm ứng khép kín qua điện trở hãm Rh, đồng thời tự cấp dòng kích từ cho cuộn kích từ KT

Dòng điện phần ứng đảo chiều trong từ trường kích từ như cũ sẽsinh ra mômen hãm làm tốc độ động cơ giảm dần Sự suy giảm tốc độ kéo theo sức điện động giảm, từ trường kích từ và từ lực giảm, do đó mômen hãm giảm nhanh Đặc tính hãm có dạng đường cong như hình 1.37c (ở góc phần tư thứ II)

Phương pháp hãm động năng tự kích từ không có hiệu quả bằng phương pháp hãm động năng kích từ độc lập, song lại có lợi thế là không cần nguồn điện một chiều bên ngoài cấp cho cuộn kích từ và có thể tiến hành hãm khi mất điện Muốn vậy, chỉ cần tạo mạch hãm bằng các tiếp điểm thường đóng để khi mất điện, động cơ luôn được hãm động năng tự kích từ

Điện trở hãm Rh ảnh hưởng tới đặc tính hãm, do đó ảnh hưởng tới mômen hãm ban đầu Điện trở hãm nhỏ sẽ cho mômen hãm ban đầu lớn (đường 3 có MB’ > 

5 Thay đổi tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song):

a Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng :

Sơ đồ nguyên lý nối dây như trên hình 1.38a Từ thông động cơ được giữ không đổi Điện áp phần ứng được cấp từ một bộ biến đổi

HÌNH 1.37

Khi thay đổi điện áp cấp

cho cuộn dây phần ứng, ta có họ

các đặc tính cơ ứng với các tốc

độ không tải khác nhau, song

song nhau như ở hình 1.38b

Điện áp U chỉ có thể thay

đổi về phía giảm ( U  Uđm )

nên phương pháp này chỉ cho

phép điều chỉnh giảm tốc độ

Trên hình (1.39); giả sử

động cơ đang làm việc tại điểm

A trên đặc tính cơ 1 ứng với điện

áp U1 trên phần ứng Khi giảm

điện áp từ U1 xuống U2, động cơ

thay đổi điểm làm việc từ điểm A có tốc độ lớn A trên đường 1 xuống điểm D có tốc độ nhỏ hơn ( D < A ) trên đường 2 (ứng với điện áp U2)

Trong khi giảm tốc độ theo cách giảm điện áp phần ứng, nếu giảm mạnh điện áp nghĩa là chuyển nhanh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp thì cùng với quá trình giảm tốc có thể xảy ra quá trình hãm tái sinh Chẳng hạn, cũng trên hình 1.39, động cơ đang làm việc tại điểm A với tốc độ lớn A trên đặc tính cơ 1 ứng với điện áp U1 Ta giảm mạnh điện áp phần ứng từ U1 xuống U3 Lúc này động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm A trên đường 1 sang điểm E trên đường 3 (chuyển ngang với tốc độ A = E ) Vì

E lớn hơn tốc độ 03 của đặc tính cơ 3 nên động cơ sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh trên đoạn EC của đặc tính 3 Quá trình hãm giúp động cơ giảm tốc nhanh Khi tốc độ xuống thấp hơn 03 thì động cơ lại làm việc ở trạng thái động cơ Lúc này, do mômen Đ =0 nên động cơ tiếp tục giảm tốc cho tới điểm làm việc mới F vì tại F, động

cơ sinh mômen cân bằng với mômen tải MC Động cơ chạy ổn định tại F với tốc độ F

<A

Khi tăng tốc, diễn biến của quá trình được giải thích tương tự Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm I có tốc độ I nhỏ trên đặc tính cơ 5 , ứng với điện áp U5 trên phần ứng Tăng điện áp U5 lên U4 Động cơ chuyển điểm làm việc từ I trên đặc tính

5 sang điểm G trên đặc tính 4 Do mômen MG lớn hơn mômen tải MC nên động cơ tăng tốc theo đường 4 (đọan GH) Đồng thời với quá trình tăng tốc, mômen động cơ

bị giảm và quá trình tăng tốc chậm dần Tới điểm H thì mômen động cơ cân bằng với mômen tải ( MH = MC ) và động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểm H với tốc độ H > I

Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng biện pháp thay đổi điện áp phần ứng có các đặc điểm :

HÌNH 1.38

- Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ

- Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh

- Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh

- Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau Độ sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh Do vậy, sai số tốc độ tương đối ( sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất không được vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh

- Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể: D ~ 10:1

- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi với Uư  Uđm )

- Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra

b.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông:

Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từ của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích tư ø(hình 1.40a) Phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nghĩa là chỉ có thể giảm dòng điện kích từ (Ikt  Iktđm) do đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thông Khi giảm từ thông, đặc tính dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn Họ đặc tính cơ khi giảm từ thông như hình 1.40b

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông có đặc điểm:

- Từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lí tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn

- Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông

- Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh: D  3:1

- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía tăng theo phương pháp này

- Do độ dốc đặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các đặc tính sẽ cắt nhau và

do vậy, với tải không lớn (M1) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm, còn ở vùng tải lớn (M2) tốc độ có thể tăng hoặc giảm tùy theo tải Thực tế, phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn so với định mức

- Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ là (110)% dòng định mức của phần ứng Tổn hao điều chỉnh thấp

HÌNH 1.40

c Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng:

Sơ đồ nguyên lý nối dây như hình 1.41a Khi tăng điện trở mạch phần ứng, đặc tính cơ dốc hơn nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng như hình 1.41b

càng nhỏ Nói chung, phương pháp này cho: D  5:1

- Về nguyên tắc, phương pháp này cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi đều điện trở nhưng vì dòng điện rotor lớn nên việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn Thực tế thường sử dụng chuyển đổi theo từng cấp điện trở

HÌNH 1.41

Chương 2 HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1 Hệ thống máy phát- động cơ thông thường (hệ F –Đ hay hệ Ward – Leonard):

a Nguyên lý làm việc:

Động cơ Đ truyền động máy sản xuất MSX được cấp điện phần ứng từ máy phát F Động cơ ĐK cũng kéo luôn máy phát tự kích từ K để cấp điện kích từ cho động cơ Đ và máy phát F Biến trở Rkk dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát tự kích K nghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuộn kích từ máy phát KTF và cuộn kích từ động cơ KTĐ Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F do đó điều chỉnh điện áp phát ra của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ Biến trở RFĐ dùng để điều chỉnh dòng kích từ động cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi từ thông

b Phương trình đặt tính cơ của hệ F – Đ :

Ta có :  = u

D uD D

I k

R k

U



  Khi thay : U = EF – IưRưF

Ta có :

D uD D

u uF

k

R k

I R E

k

R R k

U : Điện áp đặt vào phần ứng động cơ, V;

RưF , RưĐ : Điện trở phần ứng máy phát và động cơ, ;

Iư : Dòng điện phần ứng động cơ, cũng là dòng điện phần ứng máy phát, A Thay Iư =

E

D

uF uD D

F

2

)( 





 (2.2)

c.Các đặc tính cơ của hệ F – Đ :

Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức (UĐ=UĐđm) và điện áp kích từ định mức (UKTĐ = UKTĐđm) nghĩa là từ thông định mức (Đ = Đđm) Đặc tính cơ tự nhiên của hệ F –Đ là đường nét đậm trên hình 2.2 Để điều chỉnh tốc độ động cơ ở vùng dưới đường đặc tính tự nhiên, ta giữ từ thông động cơ là định mức (Đ = Đđm) và điều chỉnh giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ (UĐ giảm).Trường hợp này, tốc độ o thay đổi (giảm) còn độ cứng đặc tính

cơ giữ nguyên Các đặc tính cơ song song nhau Thực hiện điều đó nhờ điều chỉnh

HÌNH 2.1

tăng điện trở RKF ở mạch kích từ của máy phát F, do đó thay đổi (giảm) s.đ.đ.EF của máy phát và điện áp đặt vào động cơ

Để điều chỉnh tốc độ động cơ ở

vùng trên đường đặc tính tự nhiên, ta

không thể tăng điện áp đặt vào phần

ứng động cơ cao hơn giá trị định mức

UĐđm vì sẽ làm cháy động cơ Do vậy,

lúc này phải giữ nguyên điện áp là

định mức và tiến hành điều chỉnh tăng

điện trở RKĐ ở mạch kích từ động cơ để

thay đổi giảm từ thông Đ của động cơ

Trường hợp này, tốc độ không tải lý

tưởng o tăng lên còn độ cứng đặc tính

cơ giảm đi Đặc tính cơ có tốc độ o

càng lớn thì càng mềm

Khi điều chỉnh tốc độ động cơ từ

định mức xuống thấp nhờ giảm sức

điện động máy phát EF qua việc giảm

kích từ máy phát ( tăng RKF ) thì trên

thực tế, hệ F – Đ không cho được những tốc độ quá thấp Vì muốn có tốc độ nhỏ thì điện áp đặt vào động cơ phải nhỏ nghĩa là điện áp máy phát hay từ thông kích từ máy phát phải nhỏ Về nguyên tắc, tăng RKF thì dòng điện kích từ sẽ nhỏ nhưng từ trường

F không thể yếu hơn trường từ dư của máy phát được Ngay cả khi IKF = 0 thì sức điện động do từ dư của máy phát tạo ra cũng đã đạt khoảng (3  6)% trị số sức điện động định mức Do vậy, giới hạn dưới min của tốc độ hệ F – Đ bị hạn chế

Ngoài ra, lúc từ thông kích từ yếu, tác dụng của phản ứng phần ứng sẽ rõ rệt, điện áp rơi ở mặt tiếp xúc giữa chổi than và vành góp tăng lên, điện trở mạch lực trở nên có ý nghĩa nên cũng không thể giảm quá thấp EF

Vì thế, phạm vi điều chỉnh tốc độ theo cách thay đổi điện áp phần ứng động cơ không quá: DU =

min



dm = 10 : 1 Khi điều chỉnh tốc độ động cơ từ định mức lên cao hơn nhờ giảm từ thông Đ từ định mức xuống thấp cũng chỉ giới hạn trong phạm vi:

D =

dm



max = 3 : 1 Dãy điều chỉnh D bị hạn chế là do điều kiện đảo chiều quay của động cơ (nếu phương pháp đảo chiều quay động cơ là nhờ đảo chiều từ trường kích từ của động cơ

…) và do điều kiện về độ bền cơ học của kết cấu rotor

Kết quả, phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ F – Đ thường không quá:

HÌNH 2.2

đảo chiều (đảo cực tính) điện áp của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ thông qua việc đảo chiều dòng điện kích từ của máy phát Đảo chiều dòng điện kích từ của máy phát nhờ đóng các tiếp điểm K1 hoặc K2, cũng có thể dùng cầu dao đảo chiều

d Hãm hệ thống F – Đ :

Ở chế độ động cơ quay thuận và quay ngược, các đặc tính cơ của hệ F – Đ nằm ở góc phần tư thứ I và thứ III (hình 2.3).Năng lượng nguồn lưới chuyển qua động

cơ sơ cấp ĐK, chuyển qua máy phát F tới động cơ Đ rồi ra phụ tải của động cơ Sức điện động của máy phát và động cơ luôn ngược chiều nhau với EF > EĐ

Ở chế độ hãm điện, đặc tính cơ của hệ nằm ở góc phần tư thứ II và thứ IV Khi hệ F – Đ hãm tái sinh (hình 2.4), vì  > 0 nên động cơ làm việc như một máy phát với EĐ > EF, phát trả năng lượng về nguồn Hãm tái sinh còn có thể xảy ra khi giảm tốc độ S.đ.đ EF và EĐ khi hãm tái sinh là ngược chiều nhau

HÌNH 2.3

HÌNH 2.4

Hãm động năng trong hệ F – Đ (hình 2.5) xảy ra khi cắt kích từ máy phát nhưng vẫn giữ kích từ động cơ Lúc này EF  0 nên ta có phương trình đặc tính cơ khi hãm động năng là :

k

R R

D

uF uD

2

)( 



  Iưh = -

uF uD

D

R R

e Đặcđiểm của hệ thống F – Đ :

 Ưu điểm :

- Phạm vi điều chỉnh tăng lên (cở 30 : 1)

- Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh

- Việc điều chỉnh tiến hành trên các mạch kích từ nên tổn hao nhỏ

- Hệ điều chỉnh đơn giản

- Trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá tải lớn

HÌNH 2.5

HÌNH 2.6

- Có thể thực hiện hãm điện

 Nhược điểm :

- Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp (không quá 75%), cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt, gây ồn lớn

- Công suất đặt máy lớn

- Vốn đầu tư ban đầu cao

- Điều chỉnh sâu (tốc độ rất nhỏ) bị hạn chế

2 Hệ thống máy phát – động cơ có máy khuếch đại từ trường ngang:

a Nguyên lý làm việc của máy khuếch đại từ trường ngang:

Máy điện khuếch đại từ trường ngang (MKĐN) về thực chất cũng là một máy phát điện một chiều nhưng có cấu tạo đặc biệt (hình 2.7):

- Stator có nhiều cuộn kích từ trong đó có cuộn chủ đạo, các cuộn phản hồi và luôn có cuộn bù

- Rotor có 4 chổi than trong đó cặp chổi than 1 và 2 nối ngắn mạch với nhau, gọi là cặp chổi than ngang trục Cặp chổi than 3 và 4 gọi là cặp chổi than dọc trục, cấp điện áp ra của máy điện khuếch đại từ trường ngang

Nguyên lý làm việc: Khi cuộn

kích từ chính được cấp điện một chiều

thì một từ trường F được tạo ra Các

dây dẫn rotor được kéo quay với tốc độ

F trong từ trường F sẽ cảm ứng một

sức điện động ngang trục E1 và trong

cuộn dây phần ứng sẽ có dòng điện I1

được tạo ra, khép kín mạch qua cặp

chổi than ngắn mạch 1-2 Chiều dòng I1

được xác định theo qui tắc bàn tay phải

Vì điện trở ngắn mạch giữa 2 chổi

than 1-2 rất nhỏ nên I1 khá lớn và hệ số

khuếch đại lần thứ nhất k1 của máy lớn

Dòng I1 chạy trong cuộn dây phần

ứng sẽ sinh ra từ trường ngang trục n

và từ trường này làm xuất hiện trong

cuộn dây phần ứng quay của nó một sức

điện động dọc trục E2 lớn hơn E1 nhiều

Nếu MKĐN được nối với tải bên ngoài

Rt qua 2 chổi than 3-4 thì trong cuộn

dây phần ứng sẽ có dòng điện phụ tải I2 xác định theo qui tắc bàn tay phải Đây là tầng khuếch đại thứ hai của MKĐN với hệ số khuếch đại k2

Về nguyên lý có thể xem MKĐN tương đương với 2 máy phát điện nối tầng với nhau Hệ số khuếch đại của MKĐN là : k = k1.k2 và có thể đạt tới hàng vạn

HÌNH 2.7

Do có hệ số khuếch đại lớn, MKĐN được dùng nhiều trong các hệ truyền động để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều trong một phạm vi rộng với độ ổn định tốc độ cao và quán tính điện từ nhỏ

b Mạch ứng dụng :

Hệ máy điện khuếch đại từ trường ngang – động cơ (hình 2.8) dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ Đ qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Kích từ cho MKĐN gồm có 4 cuộn:

CK1 : cuộn chủ đạo hay cuộn điều khiển;

CK2 : cuộn phản hồi dương dòng điện;

CK3 : cuộn phản hồi âm điện áp;

CK4 : cuộn phản hồi mềm hay cuộn ổn định

Sức từ động tổng kích từ MKĐN khi hệ thống làm việc là:

F = F1 + F2 + (-F3) + (F4) Điện áp phát ra của MKĐN quyết định tốc độ động cơ sẽ được đặt bởi chiết áp

R1, nghĩa là bởi trị số sức từ động chủ đạo F1

Cuộn phản hồi âm điện áp

CK3 có tác dụng cưỡng bức kích

từ máy phát MKĐN lúc ban đầu

( UMKĐN = 0, F3 = 0 nên F lớn ),

sau đó lại hạn chế sự cưỡng bức

(vì F bị giảm do F3 tăng theo

UMKĐN) và cuối cùng kết thúc

quá trình cưỡng bức kích từ

Cuộn phản hồi âm điện áp

CK3 còn cùng với cuộn phản hồi

dương dòng điện CK2 để ổn định

tốc độ động cơ

Cuộn ổn định CK4 liên hệ

với điện áp phát ra của MKĐN

qua biến áp ổn định BA Nếu

điện áp UMKĐN ổn định thì máy

biến áp không làm việc và sức từ động của CK4 = 0 Khi điện áp UMKĐN lên xuống thì từ thông trong lõi từ biến áp biến thiên và cuộn thứ cấp BA có điện áp Sức từ động cuộn CK4 sẽ làm giảm F (khi UMKĐN tăng) và tăng F (khi UMKĐN giảm)

Cuộn ổn định CK4 còn có tác dụng hạn chế hiện tượng quá điều chỉnh khi có tín hiệu vào tức là hiện tượng do hệ số khuếch đại quá lớn dẫn đến trị số điện áp ra

UMKĐN tăng, giảm quá mức

HÌNH 2.8

Cuộn bù CB dùng để hạn chế hoặc khử từ trường d Để điều chỉnh được từ trường bù b theo tải, cuộn CB được nối song song với một biến trở phân mạch Rc

3 Hệ thống khuếch đại từ – động cơ :

a Nguyên lý làm việc của bộ khuếch đại từ (hình 2.9):

Phần chủ yếu của bộ khuếch đại từ là khung từ (1) làm bằng thép tấm và các cuộn dây quấn trên khung từ

Trong các cuộn dây có 2 cuộn chính:

- Cuộn (2) là cuộn công tác, được lắp với nguồn điện xoay chiều U qua phụ tải Rf

- Cuộn (3) là cuộn khống chế (cuộn từ hóa) được mắc với nguồn điện 1 chiều U= Ngoài ra còn các cuộn (4), (5) hay nhiều hơn nữa lắp với các mạch phản hồi để

khống chế quá trình điều khiển của hệ thống

Nguyên lý làm việc chủ yếu của bộ khuếch đại từ là khi thay đổi dòng điện

1 chiều trong cuộn (3) sẽ làm thay đổi mức độ bão hòa của mạch từ Do đó, thay đổi được điện cảm của cuộn dây công tác và thay đổi được cường độ dòng điện

I cung cấp cho phụ tải

Hình 2.9.Bộ khuếch đại từ

Ưu điểm của bộ khuếch đại từ là hiệu suất và độ ổn định cao, có khả năng khuếch đại những tín hiệu điện 1 chiều bé, có thể tổng hợp nhiều tín hiệu ra, thời gian phục vụ dài

b Mạch ứng dụng:

Đối với động cơ điện

1 chiều kích từ độc lập,

không yêu cầu đảo

chiều quay, ta dùng hệ

thống khuếch đại từ –

động cơ như sau:

Hệ thống trên sử dụng

bộ khuếch đại từ một

pha không có mạch phản

hồi, không có chuyển

dịch Phần ứng của động

HÌNH 2.10

cơ điện 1 chiều Đ được mắc vào 1 pha của lưới điện xoay chiều, nối tiếp với cuộn dây công tác W qua cầu chỉnh lưu CL

4 Hệ thống chỉnh lưu động cơ:

Xét hệ thống C – Đ dùng thyristor: đây là hệ truyền động động cơ điện 1 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 chỉnh lưu dùng thyristor (hình 2.10)

Hệ có thể thay đổi tốc độ và đảo

chiều quay của động cơ Việc đảo chiều

quay được thực hiện bằng cách đảo chiều

dòng điện kích từ qua 2 bộ chỉnh lưu ba

pha có điều khiển CL1 và CL2 được nối

theo sơ đồ hình tia hay hình cầu Cũng có

thể dùng một bộ chỉnh lưu có điều khiển

với các phương pháp đảo cực tính đầu ra

thay cho 2 bộ chỉnh lưu

Khi công suất kích từ nhỏ, có thể

thay các bộ chỉnh lưu 3 pha CL1 và CL2

bằng các bộ chỉnh lưu thyristor một pha

Phương pháp đảo chiều quay bằng

từ thông có một số hạn chế do cuộn cảm

có hệ số tự cảm lớn, làm tăng thời gian đảo chiều … Khi dùng phương pháp đảo chiều quay nhờ đảo chiều dòng điện phần ứng thì sơ đồ khối như hình 2.11

Hệ thống C – Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng (D = 102103) Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn, không gây ồn

Nhược điểm của hệ C – Đ là trị số cos thấp, nhất là khi điều chỉnh sâu Dòng điện chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao, gây ra tổn hao phụ trong động cơ và có thể làm xấu dạng điện áp nguồn

5 Hệ thống trục điện:

a Hệ thống trục điện dùng máy cân bằng (hình 2.12):

Hai động cơ giống nhau cần chạy đồng tốc là Đ1 và Đ2 Hai máy cân bằng là CB1 và CB2 thực chất là 2 ĐCKĐB rotor dây quấn giống nhau Các rotor được nối

HÌNH 2.11

HÌNH 2.12

với nhau về điện qua các vòng trượt Các động cơ và máy cân bằng cùng nhóm thì được nối cứng trục với nhau và nối với máy sản xuất

Khi momen cản trên hai trục động cơ như nhau, tốc độ quay của 2 động cơ như nhau thì dòng điện trong rotor 2 máy cân bằng sẽ bằng 0 và các sức điện động rotor bằng nhau, trái chiều Lúc này các máy cân bằng không sinh ra momen Việc kéo tải

do các động cơ Đ1 và Đ2 đảm nhiệm

Khi momen cản trên 2 trục động cơ khác nhau (giả sử Mc2 > Mc1) thì tốc độ quay của 2 động cơ khác nhau (2 < 1) Độ trượt của động cơ Đ2 lớn hơn của động

cơ Đ1 (s2 > s1) nên sức điện động rotor của máy cân bằng CB2 lớn hơn sức điện động rotor của máy cân bằng CB1 (E2 > E1) Kết quả, dòng điện rotor của CB2 sẽ dương tạo thêm momen giúp động cơ Đ2 khắc phục phụ tải, tăng tốc Dòng điện rotor của CB1 sẽ âm, sinh momen hãm làm tăng phụ tải của động cơ Đ1, giảm tốc

Hai động cơ sẽ được đưa về trạng thái đồng tốc

Công suất của máy phụ cân bằng thường bằng (10  15)% công suất của động

cơ nối cùng trục

b Hệ thống trục điện dùng máy biến tần quay:

Máy biến tần quay không đồng bộ thực chất là 1 ĐCKĐB có tần số dòng điện rotor tỉ lệ với độ trượt, cũng là tỉ lệ với tốc độ quay của rotor Khi rotor có tốc độ quay khác nhau, tốc độ trượt khác nhau thì tần số dòng điện rotor sẽ khác nhau

Hai động cơ cần chạy tốc độ là Đ1 và Đ2 (hình 2.13) Một trong hai động cơ (Đ1) sẽ nối cứng trục với máy biến tần quay BT Máy sản xuất MSX1, động cơ Đ1 và máy biến tần quay BT luôn quay cùng một tốc độ Máy sản xuất MSX2 được quay bởi động cơ Đ2 là động cơ hai nguồn cung cấp (nguồn phía stator và nguồn phía rotor) Động cơ Đ2 quay đồng bộ với máy biến tần BT nên cũng là đồng tốc với Đ1 Tốc độ quay của hệ do động cơ Đ1 quyết định

HÌNH 2.13

HÌNH 2.14

Vì động cơ Đ1 kéo máy sản xuất MSX1 và cả máy biến tần BT mà máy BT lại cung cấp nguồn cho động cơ Đ2 kéo máy sản xuất MSX2 nên công suất của động

cơ Đ1 được coi là công suất của hệ thống

Chương 3

XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

I Khái niệm chung:

Tiêu chuẩn động cơ đủ công suất truyền động sẽ được đảm bảo nếu tính chọn đúng công suất động cơ Việc này có một ý nghĩa lớn đối với một hệ thống truyền động điện

Nâng cao công suất động cơ chọn so với phụ tải thì động cơ sẽ kéo tải dễ dàng nhưng giá thành đầu tư cao, hiệu suất kém và làm tụt hệ số công suất cos của lưới điện do động cơ chạy non tải

Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn công suất tải yêu cầu thì động cơ có thể hoặc không kéo nổi tải hay kéo tải một cách nặng nề  các cuộn dây bị phát nóng quá mức, làm giảm tuổi thọ động cơ hoặc làm động cơ bị cháy hỏng nhanh chóng Việc tính công suất động cơ cho một HTTĐĐ phải dựa vào sự phát nóng của các phần trong động cơ, đặc biệt là các cuộn dây Muốn vậy, tính công suất động cơ phải dựa vào đặc tính phụ tải và các quy luật phân bố phụ tải theo thời gian Động cơ được chọn đúng công suất thì khi làm việc bình thường hoặc khi quá tải ở mức cho phép, nhiệt độ động cơ không được tăng quá trị số giới hạn cho phép cp

II Tổn thất năng lượng trong động cơ :

1 Phát nóng và nguội lạnh của động cơ :

Trong quá trình làm việc, động cơ lấy năng lượng P1 từ lưới điện, biến thành

cơ năng P2 và một phần bị tổn hao chủ yếu dưới dạng nhiệt làm nóng cuộn dây : P = P1  P2 (3.1)

Vì P2 = P2

nên : P = ( 1   ).P1 (3.2) hoặc : P =





1

P2đm (3.4) Công suất tổn hao bao gồm 3 phần :

 Tổn hao do ma sát ở các ổ bi và do rotor quay trong không khí

 Tổn hao trong sắt ( tổn hao từ ) tùy thuộc chất lượng của lõi sắt từ

 Tổn hao trong các cuộn dây ( tổn hao đồng ) do cuộn dây bị đốt nóng bởi hiệu ứng Joule

Tổn hao đồng tỷ lệ với bình phương dòng điện nên thay đổi theo phụ tải Tổn hao đồng thường rất lớn Đó là tổn hao biến đổi ( theo phụ tải )

Hai loại tổn hao đầu gần như không thay đổi theo phụ tải nên gọi là tổn hao không biến đổi

P = Pkđ + Pbđ (3.5) trong đó : Pkđ = const, tổn hao không đổi;

Pbđ = BI 2, tổn hao biến đổi, B: thông số phụ thuộc cấu tạo của động cơ

Do tổn haoP mà động cơ nóng lên

* Nhiệt độ nóng cho phép của động cơ:

Khi động cơ làm việc thì nóng lên Nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ môi trường xung quanh thì động cơ bắt đầu tỏa nhiệt vào môi trường Chênh lệch giữa nhiệt độ động cơ đc và nhiệt độ môi trường mt càng lớn :

 = đc  mt (3.6) thì quá trình tỏa nhiệt vào môi trường càng diễn ra mạnh và sự tăng nhiệt độ của động cơ sẽ chậm dần Tới một nhiệt độ chênh lệch  nào đó, nhiệt độ của động cơ không tăng được nữa mà đạt một giá trị ổn định ôđ Lúc này, nhiệt lượng sinh ra ở động cơ trong một đơn vị thời gian bằng nhiệt lượng từ động cơ tỏa ra môi trường xung quanh Đó là trạng thái cân bằng động về nhiệt của động cơ

Ứng với mỗi mômen tải, động cơ làm việc ổn định với một giá trị nhiệt độ Khi tải là định mức, động cơ sẽ có nhiệt độ ổn định định mức

Đối với mỗi động cơ, có một giá trị nhiệt độ cao nhất cho phép mà khi động cơ làm việc, không được để nhiệt độ động cơ tăng cao hơn nhiệt độ đó Nhiệt độ nóng cho phép cp của động cơ phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu cách điện dùng trong động

cơ Nếu nhiệt độ động cơ cao hơn nhiệt độ cho phép thì vật liệu sẽ dòn, giảm tuổi thọ, rạn nứt , cách điện kém hơn và có thể cháy, vỡ dẫn đến chập mạch động cơ

 Phương pháp tổn thất trung bình:

Tổn hao trung bình trong một chu kỳ được tính:

n

i i

T T

t P P

1 1

1

(3.19) với : Pi :Tổn hao công suất trong

khoảng thời gian thứ i (W);

ti : Khoảng thời gian thứ i (s);

n : Số khoảng thời gian trong chu kỳ

Điều kiện kiểm tra động cơ theo sự

tăng nhiệt cho phép là :

Ptb  Pđm (3.20) Phương pháp tổn hao trung bình có

thể áp dụng cho mọi loại động cơ

Nếu gặp khó khăn khi xác định hiệu suất

theo phụ tải do đó khó khăn khi tính Pi thì

có thể dùng phương pháp các đại lượng

đẳng trị

 Phương pháp các đại lượng đặng trị:

+ Phương pháp dòng điện đẳng trị:

HÌNH 3.1