Cơ sở truyền động điện

Hệ truyền động điện là tổ hợp của nhiều thiết bị và phần tử điệncơ dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng (và ngược lại) cung cấp cho cơ cấu công tác trên các máy sản xuất, đồng thời có thể điều khiển dòng năng lượng đó tuỳ theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất.

Đề cương ôn tập

I động cơ điện một chiều

Câu 1, Trình bày các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều(hãm tái sinh)? cho

ví dụ về hãm tái sinh và phân tích

Trạng thái hãm là trạng động cơ điện làm việc như máy phát góc làm việc là góc

phần tư thứ II và góc phần tư thứ IV Có 3 trạng thái hãm động cơ điện là hãm tái

sinh, hãm động năng và hãm ngược, sau đây chúng ta sẽ xem xét cụ thể từng phươngpháp

+) Hãm tái sinh:

Hãm tái sinh là trạng thái hãm mà động cơ điện biến cơ năng trên trục động cơ

thành điện năng trả về nguồn vì vậy còn gọi là hãm trả năng lượng về nguồn Vì

động cơ điện kích từ nối tiếp không có tốc độ không tải lý tưởng nên không xảy ra

hãm tái sinh hay hãm tái sinh chỉ xảy ra đối với động cơ điện kích từ độc lập, song

song và hỗn hợp

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

Trong thực tế hãm tái sinh xảy ra trong hai trường hợp sau:

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

Hãm tái sinh khi chuyển từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp xảy ra khi thay đổi tốc độ

bằng cách thay đổi điện áp

Ngay tại thời điểm đầu khi chuyển đổi tốc độ thì động cơ lập tức chuyển sang làm

việc ở đường đặc tính cơ mới song do quán tính tốc độ thay đổi liên tục nên trong

đoạn BC luôn có > o mà mô men âm do đó động cơ làm việc ở chế độ hãm Đặc tính

cơ cuả quá trình hãm được mô tả trên hình

- Hãm tái sinh khi tải thế năng;

Hãm tái sinh khi tải thế năng xảy ra khi hạ hàng, đây chính là chế độ hãm làm việc

với cơ cấu nâng hạ tải trọng Khi hạ tải trọng dưới tác dụng của tải trọng tốc độ củađộng cơ điện sẽ tăng lên lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng động cơ chuyển sang làmviệc ở góc phần tư thứ IV Đoạn BC luôn có 0 > > o , mô men của động cơ điện

dương do đó động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh Đặc tính cơ cuả quá trình hãmđược mô tả trên hình

Ví dụ

Câu 2 Trình bày các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều(hãm ngược)? cho

ví dụ về hãm ngược và phân tích.

Hãm nối ngược:

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

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

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

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

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

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

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

Hãm ngược khi tải là tải thế năng;

Hãm nối ngược cũng xảy ra với tải là tải thế năng khi đưa điện trở phụ vào mạch

phần ứng đặc tính cơ của hệ được trình bày trên hình Khi đưa thêm điện trở

vào mạch phần ứng mô men của động cơ điện giảm đến giá trị nhỏ hơn mô men cảnthế năng khi đó thế năng của tải sẽ tạo ra mô men hãm để đưa động cơ điện đến điểmxác lập mới

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

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

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

cơ (cả phần ứng và kích từ) khỏi lưới rồi đóng cả phần ứng và kích từ qua điện trởhãm, dưới tác dụng của quán tính rotor động cơ vẫn quay và cung cấp năng lượngtạo ra mô men hãm Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của hệ được mô tả trên hình 2-22(a,b) Trong đđó (1) là đường ứng với giá trị điện trở hãm Rh nhỏ, (2) là đường ứngvới giá trị điện trở hãm Rh lớn Nếu tải là tải phản kháng thì sau quá trình hãm

động cơ điện sẽ dừng lại còn nếu là tải thế năng thì động cơ điện sẽ gia tốc theochiều ngược lại (đường nét đứt) và xác lập tại điểm mới.

Đối với động cơ một chiều kích từ nối tiếp và hỗn hợp quá trình hãm động năngcũng xảy ra tương tự

Hãm động năng kích từ độc lập;

Quá trình hãm động năng kích từ độc lập xảy ra khi động cơ điện đang quay tangắt phần ứng của động cơ khỏi lưới rồi đóng qua điện trở hãm, dưới tác dụng củaquán tính rotor động cơ vẫn quay và cung cấp năng lượng tạo ra mô men hãm Sơ đồnguyên lý và đặc tính cơ của hệ được mô tả trên hình

Nhìn vào sơ đồ nguyên lý ta có:

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

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

hạn cho phép

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

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

xác lập tại điểm mới

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

và hỗn hợp cũng xảy ra tương tự

Ví dụ

Các động cơ máy trục máy kéo

Phân tích

Cấu tạo cầu trục gồm có Dầm chính: Dầm chính được thiết kế theo dạng hộp hoặc chữ I

Đây là phần chịu lực chính, là đương chạy của Palang hoặc xe con cầu trục.

II.động cơ điện không đồng bộ 3 pha

Câu 1 Trình bày các trạng thái hãm của động cơ điện không đồng bộ 3 pha(hãm tái sinh)? cho ví dụ về hãm tái sinh và phân tích

Hãm tái sinh:

Cũng giống như động cơ điện một chiều động cơ điện không đồng bộ cũng có các

trạng thái hãm tái sinh.

Hãm tái sinh động cơ điện không đồng bộ là trạng thái hãm xảy ra khi tốc độ động

cơ điện lớn hơn tốc độ từ rường quay o khi đó động cơ sẽ biến cơ năng trên trụcđộng cơ thành điện năng trả về nguồn

Khi hãm tái sinh thì sức điện động E1 và E2 ngược pha nhau vì khi   0 thì cácthanh dẫn cắt từ trường quay theo chiều ngược lại

Từ biểu thức tính dòng điện rotor:

ta nhận thấy rằng khi hãm tái sinh 0 thì s < 0 nên chỉ có thành phần tác dụng

là đổi chiều còn thành phần phản tác dụng thì vẫn không thay đổi Như vậy ở trạngthái này động cơ vẫn nhận công suất phản kháng để duy trì từ trường quay và trảcông suất tác dụng về lưới

Trạng thái hãm tái sinh của động cơ điện không đồng bộ xảy ra trong hai trườnghợp sau:

- Hãm tái sinh khi chuyển từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp : xảy ra khi thay đổi

tốc độ bằng phương pháp thay đổi tần số hoặc thay đổi số cặp cực Khi chuyển từ tốc

độ cao xuống tốc độ thấp thì tại thời điểm đầu tốc độ động cơ điện lớn hơn tốc độđồng bộ động cơ điện chuyển sang làm việc ở chế độ hãm trên đoạn đặc tính cơ từ Ađến B hoặc từ C đến D Đặc tính cơ của hệ được mô tả trên hình 3-9a

- Hãm tái sinh khi tải thế năng; xảy ra khi tải thế năng khi ứng với tải thế năng

ở chế độ hạ hàng thì tốc độ động cơ luôn luôn lớn hơn tốc độ đồng bộ động cơ điệnlàm việc ở chế độ hãm trên đoạn AB Đặc tính cơ của hệ được mô tả trên hình:

Câu 2 Trình bày các trạng thái hãm của động cơ điện không đồng bộ 3 pha (hãm ngược)? cho ví dụ về hãm ngược và phân tích.

Hãm nối ngược động cơ không đồng bộ cũng xảy ra trong 2 trường hợp:

- Khi động cơ đang làm việc ta đảo chiều động cơ bằng cách đảo 2 trong 3 pha điện áp đặtvào động cơ lúc đó động cơ điện chuyển sang làm việc trên đặc tính ngược, đoạn AB là đoạn hãm nối ngược Lưu ý rằng khi hãm ngược thì s > 1 nên dòng điện rotor có giá trị lớn, mặt khác mô men hãm nhỏ vì vậy để giảm dòng và tăng mô men hãm phải đưa thêm điện trở phụ vào mạch rotor Đặc tính cơ của hệ được mô tả trên hình

- Hãm ngược động cơ điện với tải thế năng khi đưa điện trở phụ vào rotor đủ lớn khi đó động cơ điện sẽ làm việc ổn định tại điểm làm việc là điểm hãm nối ngược, đoạn AB là đoạn hãm nối ngược Đặc tính cơ của hệ được mô tả trên hình trên

Hãm động năng xảy ra khi ngắt động cơ khỏi lưới điện và đóng cuận dây stator vào nguồnđiện một chiều Hãm động năng động cơ điện không đồng bộ cũng xảy ra trong hai

trường hợp là hãm động năng kích từ độc lập và hãm động năng tự kích

Trong đó đuờng số 1 và 2 là các đường đặc tính cơ có cùng giá trị điện trở hãm nhưng giátrị dòng một chiều hãm khác nhau còn đường đặc tính cơ số 2 và 3 là các đường đặc tính

cơ có cùng dòng điện điện một chiều nhưng giá trị điện trở hãm khác nhau So sánh đường 1 và đường 3 chính là các đường đặc tính cơ khi hãm động năng mà thay đổi cả điện trở hãm và dòng điện một chiều

Ví dụ :

Câu 4 Phân tích ảnh hưởng của các tham số đến đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.

Câu 5 Phân tích ảnh hưởng của điện áp stato, điện trở, điện kháng mạch stato, tần

số lưới đến đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều 3 pha.

Nhìn vào phương trình đặc tính cơ chúng ta thấy có các thông số ảnh hưởng đến

đặc tính cơ như sau:

- Anh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stator

- Anh hưởng của điện trở rotor

- Anh hưởng của điện áp lưới

- Anh hưởng của tần số lưới điện

- Anh hưởng của số cặp cực.

Sau đây chúng ta xem xét từng yếu tố cụ thể:

Anh hưởng của điện áp lưới đến đặc tính cơ.

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy khi điện áp lưới thay đổi (chỉ thay đổi theo chiều giảm) thì mô men sẽ giảm bình phương lần so với điện áp, trong khi tốc độ đồng bộ không phụ thuộc vào điện áp nên không thay đổi và độ trượt tới hạn cũng không thay đổi Dạng đặc tính cơ của hệ khi điện áp thay đổi được mô tả trên

Anh hưởng của điện trở, điện kháng stator

Sơ đồ nối dây của hệ thống được mô tả trên hình 3-4a Từ các phương trình đặc tính cơ trên chúng ta nhận thấy khi thay đổi điện trở, điện kháng mạch stator thì sth, Mth sẽ thay đổi và giảm đi, tốc độ đồng bộ không thay đổi; dạng đặc tính cơ của hệ thống được mô tả trên hình

Nhìn vào đặc tính cơ chúng ta thấy đặc tính cơ khi đưa điện kháng vào nếu cùng mô men khởi động thì đặc tính cơ khi đưa điện kháng vào mạch stator cứng hơn khi đưa thêm điệntrở.

Ảnh hưởng của tần số lưới điện.

Khi thay đổi tần số lưới điện thì tốc độ quay của động cơ điện sẽ thay đổi theo qui

luật như sau:

Như vậy khi tần số thay đổi thì mô men tới hạn tỷ lệ nghịch với bình phương tần số

Dạng đặc tính cơ của động cơ điện được mô tả trên hình 3-7a

Nhưng nếu chỉ thay đổi f theo chiều giảm thì khi đó phần điện kháng x trong động cơ sẽ giảm, mà trong động cơ điện thành phần điện kháng là chính do đó dòng điện sẽ tăng lên làm nóng động cơ do đó để điều khiển f người ta phải điều khiển theo qui luật U f = const

III bài tập câu 2

1.động cơ điện một chiều

Động cơ k động bộ 3 pha