Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp Bài giảng Truyền động điện 1A

Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp Bài giảng Truyền động điện 1a

1.6.Ph ơng trình chuyển động c a truyền động điện 21-23 1.7.Điều kiện n định tĩnh c a truyền động điện 23-25

Các đ c tính vƠ các tr ng thái lƠm vi c c a đ ng c đi n

2.2.Đặc tính cơ c a động cơ điện một chiều kích từ độc lập 28

a.Ph ơng trình cân bằng điện áp

b.Ph ơng trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ

2.2.3 nh h ng c a các thông số đến đặc tính 36-41 2.2.4 Cách dựng đặc tính

2.2.5.Kh i động và tính điện tr kh i động:

a.Yêu cầu, đặc điểm, sơ đ kh i động

b.Các ph ơng pháp tính toán điện tr kh i động

- Ph ơng pháp đ thị

- Ph ơng pháp gi i tích

2.2.6.Đặc tính cơ trong các tr 00ng thái hãm

a Hãm tái sinh

b Hưm ng ợc

c Hưm động năng

2.3.Đặc tính cơ c a động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

2.3.1.Sơ đ nguyên lý và ph ơng trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ

2.3.2.Cách dựng đặc tính cơ điện, đặc tính cơ tự nhiên, nhân t o

2.4.2 nh h ng c a các thông số tới đặc tính cơ

a nh h ng c a suy gi m điện áp tới đặc tính cơ

b nh h ng c a điển tr điện kháng phụ m ch stato

c nh h ng c a số đôi cực

d nh h ng c a tần số l ới điện cung cấp cho động cơ

e nh h ng c a điện tr m ch rôto đối với động cơ không đ ng bộ

rôto dây quấn

2.4.3.Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ biến tr

a.Đặc tính cơ tự nhiên

b.Đặc tính cơ biến tr đối với động cơ rôto dây quấn

Đi u ch nh t c đ truy n đ ng đi n

3.1.Khái niệm chung về điều chỉnh tốc độ

3.2.Các chỉ tiêu chất l ợng c a hệ thống truyền động điện

Đi u ch nh t c đ đ ng c đi n m t chi u

4.1.Khái niệm chung

4.2.Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ng

4.3 Nguyên lý điều chỉnh điện tr m ch phần ng

4.4.Nguyên lý điều chỉnh từ thông

4.5.Hệ thống truyền động điện máy phát - động cơ điện một chiều

4.6.4.Hệ thống truyền động điện T-Đ một chiều đ o chiều quay

4.6.4.1 Khái niệm chung

4.6.4.2 Hệ thống truyền động điện T – Đ đ o chiều điều khiển chung

4.6.4.3 Hệ thống truyền động điện T– Đ đ o chiều điều khiển riêng

5.1.Khái niệm chung

5.2.Điều chỉnh điện áp động cơ

5.3.Điều chỉnh xung điện tr m ch rôto

5.4.Điều chỉnh công suất tr ợt

5.5.Điều chỉnh số đôi cực

5.6.Điều chỉnh tần số

Ch ng VI

Ch n công su t đ ng c

6.1.Khái niệm chung

6.2.Ph ơng trình phát nóng và nguội l nh c a động cơ

6.3.Các chế độ làm việc c a động cơ trong hệ thống truyền động điện

6.4.Chọn công suất động cơ cho hệ thống truyền động điện không điều

Đ C NG CHI TI T H C PH N TRUY N Đ NG ĐI N 1a

- Lý thuyết : 3 tiết/tuần x 13 tuần= 39 tiết= 39 tiết chuẩn

- Bài tập, th o luận : 1 tiết/tuần x 13 tuần= 13 tiết = 6,5 tiết chuẩn

T ng số : 39 tiết chuẩn + 6,5 tiết chuẩn = 45,5 tiết chuẩn

Số tiết sinh viên tự học : 6 tiết/tuần

2 Đánh giá

Điểm th nhất : 20% Kiểm tra viết giữa học kỳ

Điểm th hai : 10% Thí nghiệm

Học phần song hành: TĐĐ1, Lý thuyết điều khiển 2, Lý thuyết m ch 2

4 M c tiêu c a h c ph n

Trang bị cho sinh viên những kiến th c cơ b n về đặc tính cơ, các tr ng thái hưm, quá trình kh i động, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, xoay chiều sử dụng trong các hệ thống truyền động điện cơ b n, hệ thống truyền động điện hiện

đ i

5 Mô t tóm tắt h c ph n

- Những khái niệm cơ b n về hệ thống truyền động điện

- Đặc tính cơ, các tr ng thái hưm, quá trình kh i động c a động cơ điện một chiều, xoay chiều

- Những chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật khi điều chỉnh tốc độ truyền động điện

- Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, xoay chiều

- Chọn công suất động cơ cho truyền động điện

Quá trình quá độ trong truyền động điện

6 TƠi li u h c t p

1 Giáo trình Truyền động điện

2.Bùi Đình Tiếu, Ph m Duy Nhi, Cơ s truyền động điện, Hà Nội 1983

3.Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện,

Hà Nội 2000

4.Võ Minh Chính, Ph m Quốc H i, Trần Trọng Minh, Điện Tử công suất Hà

Nội 2004

5.Nguyễn Bính, Điện Tử Công suất, Hà Nội 2004

6.Võ Quang L p – Trần Xuân Minh, Kỹ Thuật biến đ i, Đ i học kỹ thuật

Nhà giáo đư tốt nghiệp từ th c sĩ tr lên có kinh nghiệm trong gi ng d y đ ợc

bộ môn phân công

KS Nguyễn Thị Tuyết Chinh

1

Ch ng I

Nh ng khái ni m c b n v h th ng truy n đ ng đi n

1.1.Cấu trúc và phân lo i:

1.2 Khái niệm chung về đặc tính cơ c a động cơ điện

1.3.Đặc tính cơ c a máy s n xuất

Gi ng

1,2,3

1.4.Các tr ng thái làm việc c a động cơ điện sử dụng trong hệ

thống TĐĐ

1.5.Tính toán quy đ i các khâu cơ khí c a hệ thống truyền

động điện

1.5.1.Quy đ i mômen c n Mc, lực c n Fcvề trục động cơ

1.5.2.Tính toán mômen quán tính về trục động cơ

1.6.Ph ơng trình chuyển động c a truyền động điện

1.7.Điều kiện n định tĩnh c a truyền động điện

1.8.Ph ơng trình chuyển động c a khớp nối mềm

2

Ch ng II

Các đ c tính vƠ các tr ng thái lƠm vi c c a đ ng c đi n

2.1.Khái niệm chung

2.2.Đặc tính cơ c a động cơ điện một chiều kích từ độc lập

2.2.1.Sơ đ và đặc điểm

2.2.2.Ph ơng trình đặc tính cơ

a.Ph ơng trình cân bằng điện áp

b.Ph ơng trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ

2.2.3 nh h ng c a các thông số đến đặc tính

2.2.4 Cách dựng đặc tính

2.2.5.Kh i động và tính điện tr kh i động:

a.Yêu cầu, đặc điểm, sơ đ kh i động

b.Các ph ơng pháp tính toán điện tr kh i động

2.3.Đặc tính cơ c a động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

2.3.1.Sơ đ nguyên lý và ph ơng trình đặc tính cơ điện, đặc

2.4.2 nh h ng c a các thông số tới đặc tính cơ

a nh h ng c a suy gi m điện áp tới đặc tính cơ

b nh h ng c a điển tr điện kháng phụ m ch stato

c nh h ng c a số đôi cực

d nh h ng c a tần số l ới điện cung cấp cho động

cơ

e nh h ng c a điện tr m ch rôto đối với động cơ

không đ ng bộ rôto dây quấn

2.4.3.Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ biến tr

a.Đặc tính cơ tự nhiên

b.Đặc tính cơ biến tr đối với động cơ rôto dây quấn

3.1.Khái niệm chung về điều chỉnh tốc độ

3.2.Các chỉ tiêu chất l ợng c a hệ thống truyền động điện

Đi u ch nh t c đ đ ng c đi n m t chi u

4.1.Khái niệm chung

4.2.Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ng

4.3 Nguyên lý điều chỉnh điện tr m ch phần ng

4.4.Nguyên lý điều chỉnh từ thông

4.5.Hệ thống truyền động điện máy phát - động cơ điện một

4.6.3.Đặc tính cơ c a hệ thống truyền động điện Tiristor động

cơ điện 1 chiều

4.6.4.1 Khái niệm chung

4.6.4.2 Hệ thống truyền động điện T - Đ đ o chiều

điều khiển chung

4.6.4.3 Hệ thống truyền động điện T-Đ đ o chiều điều

khiển riêng

4.6.4.4 u điểm, nh ợc điểm c a hệ T-Đ

12

4.6.5.Các hệ thống truyền động điện điều chỉnh xung áp động

cơ điện một chiều

5.1.Khái niệm chung

5.2.Điều chỉnh điện áp động cơ

5.3.Điều chỉnh xung điện tr m ch rôto

5.4.Điều chỉnh công suất tr ợt

6.1.Khái niệm chung

6.2.Ph ơng trình phát nóng và nguội l nh c a động cơ

6.3.Các chế độ làm việc c a động cơ trong hệ thống truyền

* Tóm tắt nội dung:

Nêu các định nghĩa, các khái niệm về các lo i đặc tính, việc tính toán quy đ i các đ i l ợng trong truyền động điện; ph ơng trình chuyển động, cũng nh điều kiện n định tĩnh c a truyền động điện

1.1.C U TRÚC VÀ PHỂN LO I

1.1.1.C u trúc

* Khái niệm về hệ thống truyền động điện:

Hệ thống truyền động điện là tập hợp các thiết bị nh : Thiết bị điện, thiết bị từ, thiết bị điện tử phục vụ cho việc biến đ i năng l ợng điện - cơ cũng nh gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đ i năng l ợng đó

* Cấu trúc chung của một hệ thống truyền động điện

Hình 1.1 Cấu trúc chung c a một hệ thống truyền động điện

Tuy nhiên trong thực tế không ph i hệ thống truyền động điện nào cũng có đầy

đ cấu trúc nh hình 1.1

- Trong hệ thống truyền động điện g m có 2 phần điện và phần cơ khí

a Phần điện:

+ BBĐ: Là bộ biến đ i biến điện năng từ l ới công nghiệp có tần số và điện áp

cố định thành d ng (điện) cần thiết với những thông số yêu cầu để cấp cho động cơ

Th ng là bộ biến đ i máy điện (Máy phát 1 chiều, xoay chiều), bộ biến đ i điện từ (Khuếch đ i từ, cuộn kháng bưo hoà), bộ biến đ i điện tử (chỉnh l u thyristor, biến tần tranzitor)

+ Đ: Là động cơ điện là phần tử trung tâm không thể thiếu c a truyền động điện nó có thể là:

Động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, động cơ điện một chiều kích từ song song, động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

Động cơ điện xoay chiều: Động cơ không đ ng bộ, động cơ đ ng bộ

Ngoài ra còn có thể sử dụng một số lo i động cơ đặc biệt khác

+ ĐK: Là bộ điều khiển G m các cơ cấu đo l ng, các bộ điều chỉnh tham số

và công nghệ, ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển đóng, cắt phục vụ công nghệ

L nh đ t

L i

ĐK

và cho ng i vận hành Một số hệ điều khiển tự động có m nh ghép nối với các thiết bị tự động khác trong dây truyền s n xuất

a Phân lo i theo lo i động cơ sử dụng trong hệ

- Truyền động một chiều: sử dụng động cơ một chiều

- Truyền động xoay chiều: có 2 lo i

+ Truyền động đ ng bộ: sử dụng động cơ đ ng bộ

+ Truyền động không đ ng bộ: sử dụng động cơ không đ ng bộ

- Truyền động b ớc: sử dụng động cơ b ớc

- Truyền động đặc biệt: sử dụng các lo i động cơ đặc biệt khác

b Phân lo i dựa vào múc độ tự động hoá:

- Truyền động không điều chỉnh: Động cơ chỉ làm việc một cấp tốc độ đặt

- Truyền động điều chỉnh: Động cơ làm việc nhiều cấp tốc độ khác nhau

- Truyền động bán tự động ng dụng nguyên tắc điều khiển vòng h

- Truyền động tự động: ng dụng các ph ơng pháp điều khiển vòng kín

c Phân lo i theo chiều quay của động cơ

- Hệ truyền động đ o chiều: Khi động cơ làm việc c hai chiều quay

- Hệ truyền động không đ o chiều: Khi động cơ chỉ quay đ ợc một chiều

1.2 KHÁI NI M CHUNG V Đ C TệNH C C A Đ NG C ĐI N

1.2.1 Khái ni m

- Đặc tính cơ của động cơ điện: là quan hệ giữa tốc độ quay trên trục động cơ

và mô men trên trục động cơ

 = f(M) Hay M = ()

- Đặc tính cơ điện của động cơ: là quan hệ giữa tốc độ quay trên trục động cơ

với dòng điện trong m ch động lực ( dòng điện này tỷ lệ với phụ t i, khi t i thay đ i thì dòng cũng thay đ i) Nó cho phép ta biết đ ợc các giá trị dòng điện trong quá trình làm việc c a hệ thống từ đó tính toán đ ợc các thiết bị đo l ng, b o vệ

+ Xác định điều kiện đầu (b ) c a quá trình quá độ

- Đặc tính cơ động:  = f(M) những tr ng thái không xác lập c a hệ thống truyền động điện

Mục đích: Đánh giá chất l ợng động c a hệ thống

- Đặc tính cơ tự nhiên:  = f(M) với điều kiện:

+ Điện áp l ới, tần số định m c

+ Sơ đ đấu dây bình th ng

+ Không thêm vào hoặc bớt đi điện tr và điện kháng

dMcc



  độ c ng đặc tính cơ c a máy s n xuất

Vậy khi phụ t i thay đ i trong ph m vi cho

phép nếu tốc độ  thay đ i ít thì ng i ta nói rằng

đặc tính cơ đó có độ c ng lớn Ng ợc l i thì

ng i ta gọi đặc tính cơ đó mềm

Hệ thống truyền động điện trong ph m vi

làm việc mong muốn đ ng đặc tính cơ  lớn

(c ng)

b Cách xác định

Để xác định độ c ng đặc tính cơ có 2 cách:

Cách 1: Bằng đ thị

Cách 2: Gi i tích khi có ph ơng trình đặc tính cơ

Ta đi vào ph ơng pháp cụ thể là xác định độ c ng đặc tính cơ bằng đ thị:

T i điểm A bất kỳ kẻ tiếp tuyến với điểm đó, tiếp tuyến kéo dài cắt trục tung(trục tốc độ) t o thành góc  với quy ớc chiều d ơng ng ợc chiều kim đ ng

Đối với động cơ không đ ng bộ đặc tính cơ có d ng nh hình (4) ta thấy 

biến đ i c về dấu và trị số Theo dấu c a  ng i ta chia ra thành hai đo n cơ b n:

đo n ab có  âm gọi là đo n làm việc, và đo n bc có  d ơng gọi là đo n không làm việc

1.3 Đ C TệNH C C A MÁY S N XU T

1.3.1 Công th c t ng quát c a đ c tính c c a máy s n xu t

Đặc tính cơ c a máy s n xuất rất đa d ng nh ng phần lớn chúng đều có thể biểu diễn bằng biểu th c t ng quát sau:

MC: Momen c n trên trục c a máy s n xuất ng với tốc độ C

MC0: Mômen c n c a máy s n xuất khi không quay (C = 0)

MCđm: Mômen c n định m c là mômen trên trục c a máy s n xuất ng với tốc

(2) ng với: x = 1 Mô men tỷ lệ

bậc nhất với tốc độ c = const > 0 Trog

thực tế rất ít gặp

+Là mô men c n trên trục c a máy

phát điện một chiều kích từ độc lập khi

làm việc với phụ t i thuần tr

+Mômen c n do ma sát tr ợt sinh

ra

(3) ng với: x = 2, MCtỷ lệ bậc hai với tốc độ, C biến đ i và d ơng, mômen phụ t i c a qu t gió c a máy bơm ly tâm

(4) ng với x = -1, MCtỷ lệ nghịch với tốc độ, C biến đ i và âm

+Mômen c a truyền động chính c a máy tiện, phay, khoan

+Mômen c n do ma sát nhớt sinh ra

TRONG H TH NG TRUY N Đ NG ĐI N

Trong hệ thống truyền động điện bao gi cũng có quá trình biến đ i năng

l ợng điện - cơ Chính quá trình biến đ i năng l ợng này quyết định tr ng thái

làm việc c a truyền động điện Ta định nghĩa dòng công suất điện có giá trị d ơng nếu nh có chiều truyền từ ngu n đến động cơ và từ động cơ biến đ i công suất điện thành công suất cơ Pcơ=M. cấp cho máy s n xuất

Công suất cơ này có giá trị d ơng nếu nh mô men động cơ sinh ra có chiều cùng chiều với tốc độ quay

Ng ợc l i công suất có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về ngu n, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy s n xuất về động cơ và mô men sinh ra

ng ợc chiều với tốc độ quay

Mômen c a máy s n suất đ ợc gọi là mômen phụ t i hay môme c n Nó đ ợc định nghĩa dấu (-) và dấu (+) ng ợc l i với dấu mômen

c a động cơ

Ph ơng trình cân bằng công suất c a hệ truyền động là

PĐ= PC + P Trong đó:

PĐ: Công suất điện

PC: Công suất cơ

P: T n thất công suất

Tuỳ thuộc vào biến đ i năng l ợng trong hệ mà ta có tr ng thái làm việc c a động cơ g m: Tr ng thá động cơ và tr ng thá hãm

- Tr ng thái động cơ bao g m chế độ có t i và không t i

- Tr ng thái hưm bao g m tr ng thái hưm không t i, hưm tái sinh, hưm ng ợc,

và hưm động năng

+ Hãm tái sinh: PĐ < 0; PC<0 Cơ năng biến thành điện năng tr về l ới

+ Hưm ng ợc: PĐ = 0; PC< 0; Năng l ợng biến thành công suất t n thất P

= 0 < 0 = PC Hãm không t i

< 0 < 0 = PC -PĐ Hãm tái sinh

1.4.1 Khái ni m v tr ng thái lƠm vi c xác l p

- Từ ph ơng trình: MĐ - MC = J

dt

d ω

Thì hệ thống sẽ làm việc xác lập khi MĐ - MC = 0ddt 0  = xl = const

Quá trình này có thể bị phá vỡ do nhiều nguyên nhân Ul ới, các thông số c a hệ thống truyền động điện biến thiên, khi gia công kim lo i gặp một chất liệu c ng hơn

- Theo quy ớc về dấu c a các mômen trong ph ơng trình chuyển động thì mômen động cơ cùng chiều với tốc độ còn mômen c n ng ợc chiều với tốc độ vì vậy ta có thể biểu diễn trên cùng một hệ trục tọa độ

- Nếu M = f() ; MC = f(C) thì 2 ph ơng trình sẽ cắt nhau t i 1 điểm xác lập Mc = f() ; M = f() tựa xác lập

1.4.2 Tr ng thái đ ng c vƠ tr ng thái máy phát

a Tr ng thái động cơ:

Tr ng thái mômen c a động cơ cùng chiều với tốc độ nghĩa là M. > 0

tr ng thái này điện năng từ l ới qua động cơ sẽ biến thành cơ năng đ a ra trục động

Tr ng thái máy phát c a động cơ là tr ng thái mà mômen quay c a động cơ

ng ợc chiều với tốc độ nghĩa là M  < 0

tr ng thái này động cơ sẽ làm việc nh một máy phát, mômen hưm sinh ra

do quá trình biến đ i năng l ợng từ cơ ra điện và đóng vai trò là mômen hưm Mhãm

Biểu diễn trên đ thị góc phần t th II và th V

(4)(3)

J qt , M qt

t, 

- Thay thế toàn bộ các khâu cơ khí bằng mẫu cơ

học đơn khối nh :

+ MCqđ: Mômen c n qui đ i về trục động cơ

+ Jqđ: Mômen quán tính qui đ i về trục động cơ

+ Mđ, đ: Mômen quán tính và tốc độ quay c a

động cơ

* Mục đích của việc tính quy đổi:

Trong sơ đ động học trên ta thấy: động cơ, các bánh răng, tang quay có chuyển động quay với các tốc độ khác nhau, có mômen quán tính J khác nhau, có mômen quay khác nhau

Các mômen và các lực tác dụng vào hệ thống cơ những điểm đặt khác nhau

Vì vậy muốn tính chọn đ ợc công suất c a động cơ: viết ph ơng trình cân bằng lực hay cân bằng mômen c a toàn hệ: kh o sát sự chuyển động, các tr ng thái làm việc c a hệ trên các phần cơ khí c a động cơ thì ta ph i tính quy đ i tất c các

đ i l ợng cơ học nh mômen, lực, mômen quán tính J, khối quán tính m c a các phần tử cơ khí khác về trục động cơ

1.5.1 Qui đ i mômen c n M C , l c c n F C v tr c đ ng c

Nguyên tắc c a tính toán qui đ i là đ m b o năng l ợng c a hệ tr ớc và sau khi qui đ i không thay đ i hay công suất không đ i

a Quy đổi mô men c n M C về trục động cơ

Gi thiết tang quay có mômen là Mt, tốc độ góc t, hộp tốc độ có hiệu suất ,

tỉ số truyền i, động cơ có tốc độ góc đ

Pt =t.Mt; PC = MC.đ.

Theo định luật b o toàn năng l ợng:

Mt.t = MC.đ.  .

C d



  là tỉ số truyền

t C

b Qui đổi lực c n ạ C về trục động cơ

Gi thiết trọng t i G dinh ra lực FCvà vận tốc chuyển động tịnh tiến là v Tính qui đ i FCvề trục động cơ

Điều kiện là giữ công suất c a t i trọng không thay đ i:

Từ: Pt = FC.vt và PC = MCđ.  . .

C d

1.5.2 Tính qui đ i t t c mômen quán tính v tr c đ ng c

Gi sử: Động cơ có mômen quán tính Jđ, hộp biến tốc có K bánh răng mỗi bánh răng c a nó có mômen quán tính J1, J2, J3 Jk và mỗi bánh răng quay với tốc

+ Tốc độ chuyển động v

+ Th i gian chuyển động t

Bốn thông số này liên quan với nhau trong ph ơng trình chuyển động c a hệ thống truyền động điện, đó là những ph ơng trình cân bằng lực hoặc cân bằng mômen c a toàn hệ

Pđ: Công suất gây chuyển động c a động cơ

Pc: Công suất động đặc tr ng cho sự thay đ i động năng c a hệ

Do đó chuyển động quay có mô men quán tính J = const

MC: Mô men c a cơ cấu chuyển đông quay

Mđ: Mô men động cơ

N hận xét:

-Dấu c a Mđ đ ợc xác định: Chọn chiều quay c a động cơ và gọi đó là chiều quay thuận c a động cơ Nếu MĐcùng chiều với chiều quay thuận thì ph ơng trình

tr ớc nó có dấu d ơng, ng ợc l i thì có dấu âm

-Dấu c a MC đ ợc xác định: Nếu ng ợc chiều với chiều quay thuận thì lấy dấu d ơng, ng ợc l i nếu cùng chiều với chiều quay thuận thì lấy dấu âm

-Căn c vào ph ơng trình chuyển động cơ b n ta đánh giá tr ng thái làm việc c a hệ thống

ta chia ra quá trình mất n định làm 2 lo i:

+ Lo i th nhất có m c độ diễn biến nhanh nên bắt buộc ph i xét đến quán tính điện từ và cơ học c a hệ Độ n định t ơng ng với lo i này gọi là n định động

+ Lo i th 2: Có m c độ diễn biến chậm đên m c có thể bỏ qua quán tính điện

từ và cơ học, nghĩa là chỉ cần quan tâm đến tr ng thái đầu và tr ng thái cuối c a quá trình Độ n định t ơng ng với lo i này gọi là độ n định tĩnh c a hệ thống truyền động điện

- Tiêu chuẩn n định tĩnh phát biểu:

Điều kiện cần và đ để một tr ng

thái xác lập c a hệ thống truyền động điện

n định là gia số tốc độ, đặc tr ng cho

hiện t ợng mất cân bằng và mômen động

xuất hiện khi đó ph i ng ợc dấu nhau:

+ Để xét n định tĩnh c a hệ thống truyền động điện ta có thể dựa vào đặc tính

cơ c a động cơ và đặc tính cơ c a phụ t i

Trên hình vẽ, A là điểm làm việc xác lập với xlA; t i B có xlB

 = B - Ađ nhỏ

 có thể coi đặc tính cơ c a động cơ và c a phụ t i là thẳng nghĩa là thay các đặc tính cơ bằng các tiếp tuyến c a chúng t i điểm xác lập Các tiếp tuyến này t o với trục  theo chiều d ơng các góc 

Với gi thiết trên ta có : Mđ = .; Mc = .; Mđg = ( - c).

Và M2 = C(1 -2 ) +K2 (1- 2)

Trong đó: k1, k2, k3là hệ số tắt doa động

1, 2: là hệ số góc xoắn C: là hệ số đàn h i

Chương 2 Các đặc tính cơ vμ các trạng thái lμm việc của động cơ điện

- Động cơ điện một chiểu kớch từ độc lập

- Động cơ điện một chiểu kớch từ nối tiếp

- Động cơ khụng đ ng bộ

- Động cơ đ ng bộ

Trong các biểu th c trên: - : Tốc độ góc, rad/s

- n: Tốc độ quay, v/ph

- M: Mômen, Nm Trong nhiều tr ng hợp để đơn gi n trong tính toán hoặc dễ dàng so sánh, đánh giá chế độ làm việc c a truyền động điện, ng i ta có thể dùng hệ đơn vị t ơng đối Muốn biểu diễn một đ i l ợng nào đó d ới d ng đơn vị t ơng đối ta lấy trị số

c a nó chia cho trị số cơ b n c a đ i l ợng đó Các đ i l ợng cơ b n th ng đ ợc chọn: Uđm, Iđm, đm, Mđm, đm, Rcb

Với đ i l ợng t ơng đối ta dùng ký hiệu “*” ví dụ điện áp t ơng đối là U*,

mômen t ơng đối là M* M số thông số có thể tính đ ợc trong hệ đơn vị t ơng đối

I

U

Với các động cơ không đ ng bộ thông th ng điện kháng định m c mỗi pha

c a roto rất nhỏ so với t ng tr định m c nên ta có thể coi gần đúng là:

- I2đm: Dòng điện định m c mỗi pha roto Nếu m ch roto đấu tam giác thì điện tr định m c mỗi pha c a roto là:

Khi ngu n điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đ i thì

m ch kích từ th ng mắc song song với m ch phần ng, lúc này động cơ đ ợc gọi

là động cơ kích từ song song

Khi ngu n điện một chiều có công suất không đ lớn thì m ch điện phần ng và

m ch kích từ mắc vào hai ngu n một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ đ ợc gọi

- R : Điện tr cuộn dây phần ng ()

- Rp: Điện tr phụ m ch phần ng ()

- I : Dòng điện phần ng động cơ (A)

R = r + rct + rcb + rcp (2.2)

- rứ: Điện tr cuộn dây phần ng

- rct: Điện tr tiếp xúc giữa ch i than và phiến góp

f u u

I K

R R K

U





là ph ơng trình đặc tính cơ điện c a động cơ

Mặt khác mômen điện từ Mđtc a động cơ đ ợc xác định b i: Mđt = K..Iu

dt f u u

M K

R R K

U

2

) ( 

R R K

2

) ( 



Đây là ph ơng trình đặc tính cơ c a động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đ thị c a chúng đ ợc biểu diễn trên hình 2.3 là những đ ng thẳng

Theo các đ thị trên, khi I = 0 hoặc M = 0 ta có:

R R

Inm và Mnmđ ợc gọi là dòng điện ngắn m ch và mômen ngắn m ch

Mặt khác ph ơng trình đặc tính cũng có thể đ ợc viết d ới d ng:

R K

R K

f

u  ; 

M K

R I

K

R

) ( 

Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ và đặc tính cơ điện trong hệ đơn vị t ơng đối, với điều kiện từ thông là định m c ( = đm)

đ ợc gọi là điện tr cơ b n

Ta viết đặc tính cơ và đặc tính cơ điện đơn vị t ơng đối:

R và  Ta lần l ợt xét nh h ng c a từng thông số này Khi xét đến nh h ng

c a các thông số ng i ta th ng chỉ cho một thông số biến thiên, còn các thông số khác giữ nguyên giá trị định m c

Khi thay đ i điện áp theo h ớng gi m so với

Uđmcác thông số đặc tính cơ nh sau:

+ Tốc độ không t i:   var

dm

x ox



+ Mômen ngắn m ch: Mnm = KI , mômen ngắn m ch gi m dần khi ta gi m điện áp phần ng

Kết luận: Như vậy khi thay đổi điện áp phần ng đặt vào động cơ ta được một

họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên

Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch c a động cơ cũng giảm ng với một phụ tải nhất định Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

R R K

dM

d d

R

K )2( 

TNcó giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên

có đặc tính cơ c ng hơn tất c các đặc tính cơ có

điện tr phụ

Kết luận: Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R f

ta có họ đặc tính biến trở có dạng như hình 2.4

ng với phụ tải M c nào đó, nếu R f càng lớn tốc độ

động cơ càng giảm, đồng thời điện trở ngắn mạch

và mômen ngắn mạch càng giảm

Người ta thường sử dụng phương pháp này để

hạn chế dòng điện khởi động và điều chỉnh tốc độ

động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

Để thay đ i từ thông , ta ph i thay đ i dòng điện kích từ nh biến tr Rkt mắc

m ch kích từ c a động cơ Vì chỉ có thể tăng điện tr m ch kích từ nh Rkt nên từ

Rf4

thông kích từ chỉ có thể thay đ i về phía gi m so với từ thông định m c Các thông

số đặc tính cơ thay đ i nh sau:

Tr ng hợp này, c tốc độ không t i lý t ng và độ dốc đặc tính cơ đều thay

đ i

Kết luận: Do cấu tạo c a động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ

thông Nên khi từ thông giảm thì xo tăng, còn sẽ giảm Ta có một họ đặc tính cơ với xo tăng dần và độ c ng c a đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông

Với dạng mômen phụ tải M c thích hợp với chế độ làm việc c a động cơ thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên

R I U

Hình 2.6: Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) c a ĐC một chiều kích từ độc lập

khi giảm từ thông

Điểm th hai: I = Iđm,  = đmvới

55 , 9

dm dm

R I U K

P M



b) Cách vẽ đặc tính cơ nhân t o

Đặc tính biến tr : Các đặc tính biến tr đều bị đi qua điểm không t i lý t ng

o, vì vậy khi vẽ các đặc tính này chỉ cần xác định điểm th 2 Th ng chọn là điểm ng với t i định m c

Đối với đặc tính cơ điện:  ng với Iđm

Đối với đặc tính cơ:  ng với Mđm

Từ ph ơng trình đặc tính cơ điện tự nhiên ta có:

dm

u dm dm

dm tn

K

R I U

dm nt

K

R R I U



) ( 

f u dm dm

dm tn

dm nt

R I U

R R I U

.

) (

Từ các số liệu đư biết trên ta vẽ đ ợc các đặc tính biến tr (hình 2.8)

Thông th ng giá trị điện tr phần ng R không ghi trên nhưn máy Do vậy lúc

đó ta có thể tính gần đúng giá trị R Một trong các ph ơng pháp tính gần đúng là dựa vào giá trị hiệu suất định m c đư biết đm và tính đ ợc t n thất c a máy điện chế độ định m c Coi gần đúng t n thất do điện tr phần ng gây ra bằng một nửa

t n thất Nh vậy ta tính gần đúng giá trị điện tr phần ng là:

Đặc tính cơ điện

Khi gi m từ thông tốc độ không t i lý

t ng c a động cơ tăng tỉ lệ với độ gi m từ

thông Còn dòng điện ngắn m ch Inm không

đ i Vì vậy khi vẽ đặc tính cơ điện ta cần xác

định hai điểm: Điểm không t i lý t ng ng

với giá trị suy gi m từ thông và điểm còn l i

t ơng tự nh đặc tính cơ điện nh ng thay giá

trị Inm không đ i đặc tính cơ điện bằng giá

trị mômen ngắn m ch thay đ i



nm dm nm

M

2.2.5 Kh i đ ng vƠ tính toán đi n tr kh i đ ng

2.2.5 1 Yêu c u, s đ vƠ đ c đi m khi kh i đ ng

a) Yêu cầu:

Nếu kh i động động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng ph ơng pháp đóng trực tiếp thì ban đầu tốc độ động cơ còn bằng 0 nên dòng kh i động ban đầu rất lớn (Inm = Uđm/Rứả 20-25Iđm)

Nh vậy nó đốt nóng động cơ và gây sụt áp l ới điện Hoặc làm cho sự chuyển

m ch khó khăn, hoặc mômen m máy quá lớn sẽ t o ra các xung lực động làm hệ truyền động bị giật, lắc, không tốt về mặt cơ học, h i máy và có thể gây nguy hiểm

Muốn thế, ng i ta th ng đ a thêm điện tr phụ vào m ch phần ng ngay khi bắt đầu kh i động, và sau đó thì lo i dần chúng ra để đ a tốc độ động cơ lên xác lập

b) Sơ đồ:

c) Đặc điểm

Trị số c a điện tr phụ t ng mắc trong m ch kh i động đ ợc chọn sao cho khi

kh i động ( = 0) thì dòng điện kh i động không v ợt quá 2,5Iđm để đ m b o an toàn cho động cơ và các cơ cấu truyền động Ngoài ra Inmcũng không nên quá nhỏ khiến Mnmcũng nhỏ đi so với mômen c n Thông th ng:

dm f

u

dm

R R

dm

R R

K U

độ dốc gi m dần t ơng ng với việc cắt dần các điện tr phụ t i các điểm g,e,c

Cuối cùng động cơ tăng tốc độ trên đặc tính tự nhiên và làm việc n định t i điểm

a

b c

e g

- Cho động cơ và các thông số động cơ

- Dựa vào yêu cầu kh i động

- Biết rằng khi làm việc động cơ t n t i hai lo i quán tính là quán tính cơ học và quán tính điện

* Các b ớc xác định điện tr kh i động

- Dựa vào các thông số c a động cơ vẽ đặc tính cơ tự nhiên

- Chọn hai giới h n chuyển dòng điện kh i động động cơ

I1 22,5 Iđm; I2 1,11,3 Iđm

- Lấy giá trị I1, I2 trên trục hoành, từ I1, I2 kẻ hai đ ng dóng song song với trục tung cắt đ ng đặc tính tự nhiên t i a và b, nối o với h (I1) ta đ ợc đặc tính kh i động đầu tiên Đặc tính này cắt đ ng dóng I2 t i g T i g ta cắt bớt điện tr phụ

Do quán tính điện vô cùng nhỏ, và quán tính cơ lớn nên điểm làm việc chuyển sang điểm f (f là giao điểm c a đ ng đ ng song song với trục hoành cắt đ ng dóng

I1) Nối o với f ta đ ợc đ ng đặc tính kh i động th hai…c tiếp tục nh vậy tới khi từ c kẻ đ ng song song với trục hoành sẽ gặp điểm b Nếu điều kiện này không thỏa mưn ta ph i chọn l i I1,I2 r i vẽ l i cho đến khi đ t đ ợc Ngoài ra đặc tính

TN NT

ib

bd R ib

ib id

T ơng tự nh vậy:

u u

ib

df R ib

id if

ib

fh R ib

if ih

b) Ph ơng pháp gi i tích

* Các điều kiện ban đầu:

- Cho động cơ và các thông số động cơ

- Cho số cấp điện tr phụ

- Dựa vào yêu cầu kh i động

- Biết rằng khi làm việc động cơ t n t i hai lo i quán tính là quán tính cơ học và quán tính điện

R

E U

R

E U

Trong đó Em là s c điện độngc a động cơ ng với m, lập tỉ số I1/I2 ta có:

1 2

T ơng tự với các cấp tiếp theo ta đ ợc:

m

R

R R

R R

R I

2 1 1

m -

dm m

-m

IR

UR

1 1

11

IRlglg

R

Rlgm

*

* -

*

* - -

m

1 1

11

(2.38 d) Trị số từng cấp điện tr kh i động đ ợc tính nh sau:

+ Xác định các trị số điện tr kh i động theo biểu th c (2.38 e).: Rf1, Rf2,

- Khi cho trước số cấp điện trở khởi động m, chế độ khởi động bình thường

+ Chọn giới h n dòng điện chuyển khi kh i động: I2 = (1,11,3)Iđm

+ Xác định  từ (2.38 b) hoặc (2.38 c) bằng cách thay I1 = I2

1 2

+ Xác định trị số các điện tr kh i động theo biểu th c (2.38 e)

- Khi cần xác định số cấp khởi động m và trị số các điện trở khởi động theo các điều kiện khởi động cho trước

+ Dựa vào các yêu cầu c a truyền động và yêu cầu kh i động chọn các giá trị I1,

I2, M1, M2

+ Tính  dựa vào biểu th c (238b)