Bài giảng cơ sở truyền động điện chương 3 1

Điều chỉnh không tự động và điều chỉnh tự động: •a Điều chỉnh không tự động: •Là việc thay đổi thông số đầu ra bằng cách tác động lên thông số đầu vào một cách rời rạc.. Khi động cơ làm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

C3-1 2

CHƯƠNG 3:

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ:

•3.1.1 Các định nghĩa:

• Hệ thống truyền động điện không chỉ làm nhiệm vụ biến đổiđiện năng thành cơ năng, mà còn điều khiển quá trình làm việccủa cơ cấu công tác theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất

đặt trước các thông số gia công cho tứng công đoạn, duy trì

mômen, gia tốc, ví trí của cơ cấu công tác v.v…), cưỡng bứcthay đổi các giá trị đó theo ý muốn, hạn chế giá trị của chúng

năng về độ bền, độ quá tải của máy

C3-1 3

CHƯƠNG 3:

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ:

•3.1.1 Các định nghĩa:

•a) Các thông số đầu ra hay còn gọi là thông số được điều chỉnh:

•Đó là mômen M, tốc độ  của động cơ, …

•Do M và  là 2 trục của mặt phẳng tọa độ đặc tính cơ [M, ],nên việc điều chỉnh chúng thường gọi là “điều chỉnh tọa độ”.

•b) Các thông số đầu vào hay còn gọi là thông số điều

chỉnh:

•+ Đối với động cơ điện một chiều, thông số đầu vào là điện trởphần ứng Rư (hoạc Rưf), từ thông  (hoặc điện áp kích từ Ukt;dòng điện kích từ Ikt) và điện áp phần ứng Uư

•+ Đối với động cơ đồng bộ, thông số đầu vào là tần số củadòng điện stato f1.

•c) Các phần tử điều khiển:

•Là các thiết bị hoặc dụng cụ làm thay đổi các thông số đầuvào

•Chú ý, người ta thường gọi việc điều chỉnh các thông số đầu ra

là “điều khiển động cơ điện”

C3-1 5

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ:

•3.1.2 Mục đích điều chỉnh các thông số đầu ra của đ/cơ:

•Tùy theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất, việc điều chỉnh

•+ Hạn chế thông số ở một mức độ cho phép, ví dụ hạn chếdòng điện khởi động Ikđ ≤ Icp

•+ Tạo ra một quy luật chuyển động cho cơ cấu công tác (tứccho trục động cơ) theo quy luật cho trước ở đầu vào với một độchính xác nào đó

C3-1 6

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ:

•3.1.3 Điều chỉnh không tự động và điều chỉnh tự động:

•a) Điều chỉnh không tự động:

•Là việc thay đổi thông số đầu ra bằng cách tác động lên thông

số đầu vào một cách rời rạc Mỗi lần tác động ta có một giá trị

đường đặc tính cơ (nhân tạo) Khi động cơ làm việc, các nhiễuloạn (như phụ tải thay đổi, điện áp nguồn dao động, …) sẽ tácđộng vào hệ, nhưng thông số đầu vào vẫn giữ không đổi nênđiểm làm việc của động cơ chỉ di chuyển trên một đường đặctính cơ

•Người ta gọi dạng điều chỉnh này là “điều chỉnh bằng tay” hay

“điều chỉnh không tự động” hoặc “điều chỉnh vòng hở” Phươngpháp điều chỉnh này đơn giản nên vẫn được dùng trong các hệtruyền động điện hiện đại, tuy nhiên nó không đảm bảo đượccác yêu cầu cao về chế độ công nghệ

C3-1 7

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ:

•3.1.3 Điều chỉnh không tự động và điều chỉnh tự động:

•b) Điều chỉnh tự động:

•Được thực hiện nhờ sự thay đổi liên tục của thông số đầu vàotheo mức độ sai lệch của thông số đầu ra so với giá trị địnhtrước, nhằm khắc phục độ sai lệch đó Như vậy khi có tác độngcủa nhiễu làm ảnh hưởng đến thống số đầu ra, thì thông số đầuvào sẽ thay đổi và động cơ sẽ có một đường đặc tính cơ khác,điểm làm việc của động cơ sẽ dịch chuyển từ đường đặc tính

đường đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động

•Vì vậy có thể định nghĩa: “đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tựđộng là quỹ tích của các điểm làm việc của động cơ trên vô sốcác đặc tính cơ của hệ điều chỉnh vòng hở” Hay còn gọi là “quỹđạo pha trên tọa độ đặc tính cơ”

C3-1 8

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ:

•3.1.3 Điều chỉnh không tự động và điều chỉnh tự động:

•b) Điều chỉnh tự động:

•Việc thay đổi tự động thông số đầu vào được thực hiện nhờmạch phản hồi, mạch này lấy tín hiệu từ thông số đầu ra hoặcmột thông số nào đó liên quan đến đầu ra, đưa trở lại gây tácđộng lên thông số đầu vào, tạo thành một hệ có liên hệ kín giữađầu ra và đầu vào Vì vậy người ta gọi hệ này là hệ “điều chỉnhvòng kín” Hệ điều chỉnh tự động tuy phức tạp nhưng đảm bảocác chỉ tiêu chất lượng cao

C3-1 9

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ:

•3.1.3 Điều chỉnh không tự động và điều chỉnh tự động:

•c) Nhiễu của các thông số đầu ra:

•Đối với các hệ truyền động và động cơ điện, có hai thông sốđầu ra chủ yếu là mômen và tốc độ Có nhiều loại nhiễu gây tácđộng lên các thông số này như điện áp nguồn, tần số lưới điện,nhiệt độ môi trường, hệ số tự cảm của cuộn dây, … nhưng taquan tâm đến các tác động nhiễu loạn chủ yếu

•Khi điều chỉnh tốc độ, thông số được điều chỉnh là , thông sốđiều chỉnh là một trong các thông số tạo ra đặc tính nhân tạo,còn chủ yếu là phụ tải biểu thị bằng mômen cản Mc, hoặc dòngtải Ic

•Ngược lại, khi điều chỉnh mômen hoặc dòng điện, thông sốđược điều chỉnh là M hoặc I, thì nhiễu loạn chủ yếu lại là tốc độ

hiện bằng đường đặc tính cơ và phương trình của nó

C3-1 10

CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

3.2 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG:

•3.2.1 Chỉ tiêu chất lượng động (chế độ quá độ):

•* Độ quá điều chỉnh max (max  40% hoặc có thể nhỏ hơn)

•* Thời gian quá độ Tqđ (Tqđ càng nhỏ càng tốt)

% 100

% s

•  - tốc độ làm việc thực của động cơ

• 0 - tốc độ không tải của động cơ

• c - độ sụt tốc độ khi mômen tải thay đổi Mc = 0  Mđm

• Sai số này càng nhỏ, điều chỉnh càng chính xác, và lí tưởng

ta có hệ điều chỉnh tuyệt đối chính xác khi S% = 0

• Thực tế người ta phải thiết kế các hệ truyền động diều chỉnh

có độ chính xác đáp ứng yêu cầu công nghệ của máy sản

xuất, như truyền động chính của máy cắt gọt kim loại yêu cầu S% ≤ 10%, hay tryuền động ăn dao : S% ≤ 5%, …

học của động cơ, bởi

điều kiện chuyển mạch

omax

D

c

omin

(3-3)

• Giả thiết các đặc tính cơ là tuyến tính, có độ cứng không đổi

1 và 2 = 1, mômen tải không đổi Mc, sai số tốc độ tươngứng sẽ là:

% 100

.

M

% s

;

% 100

.

M

% s

2 o2

c 2

1 o1 c

% s

hay

;

% 100

K

1

% s

2 o

min 2

2 nm

2 min

K

M s 1

* min

* tn min

max

1

1 D

• Trong đó: min = Kqt.Mđm / o ; ; Kqt = Mnm.min / Mđm

• Qua (3-6) ta thấy được quan hệ giữa D, s%,  và Knm

• Theo khả năng quá tải, ta có thể xác định phạm vi điều chỉnh:

C3-1 16

• 3.2.3 Độ trơn (độ tinh) điều chỉnh tốc độ  :

• Là sự chênh lệch giữa 2 cấp tốc độ liền nhau:

C3-1 17

• 3.2.5 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải:

• Với các động cơ thì chế độ làm việc tối ưu thường là chế độđịnh mức của động cơ Để sử dụng tốt động cơ khi điều chỉnhtốc độ cần lưu ý đến các chỉ tiêu như: dòng điện động cơ

yêu cầu về ổn định tĩnh khi có nhiễu v.v trong toàn giải điềuchỉnh

• Vì vậy khi thiết kế hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ, người

chỉnh, sao cho đặc tính điều chỉnh của hệ bám sát yêu cầuđặc tính của tải Nếu đảm bảo được điều kiện này thì tổn thấttrong quá trình điều chỉnh sẽ nhỏ nhất

• 3.2.6 Mức độ hiện đại hóa:

3.2 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG:

C3-1 18

• 3.2.7 Chỉ tiêu kinh tế:

• Nhiều trường hợp, chỉ tiêu kinh tế là chỉ tiêu quyết định sự lựachọn phương án truyền động Hệ truyền động điện điều chỉnhtốc độ cần đạt có vốn đầu tư thấp, giá thành hạ, chi phí vậnhành, bảo quản, sửa chữa ít, đặc biệt là tổn thất năng lượngkhi điều chỉnh và vận hành nhỏ Năng suất của máy sản xuất

do hệ điều chỉnh mang lại

• Tổn thất năng lượng bao gồm tổn thất nhiệt và tổn thất cơ:

0 ) d M ( ) dt (

C3-1 19

thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:

• + Phương trình đặc tính cơ điều chỉnh:

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

M)

K(

R+

RK

• Ta thấy rằng khi thay đổi Rưf

thì  thay đổi, còn o = const,

vì vậy  sẽ thay đổi

K(

R+

RK

C3-1 21

thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:

• + Đặc tính điều chỉnh:

Hình 3-3: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi R ưf .

b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi R ưf .

• Như vậy: 0 < Rưf1 < Rưf2 < thì đm > 1 > 2 > ,

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

C3-1 23

• 3.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:

• + Nhận xét:

• - Ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền

• - Nhược: điều chỉnh không triệt để

• Nếu ta tăng Rưf đến một giá trị nào đó

thì sẽ làm cho M  Mc và như thế động

cơ sẽ không quay được và động cơ

làm việc ở chế độ ngắn mạch,  = 0

Từ lúc này, ta có thay đổi Rưf thì tốc độ

vẫn bằng không, nghĩa là không điều

chỉnh tốc độ động cơ được nữa.

C3-1 24

thay đổi từ thông kích từ của động cơ:

• + Phương trình đặc tính cơ điều chỉnh:

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

M)

K(

RK

• Ta thấy rằng khi thay đổi  thì

o và  đều thay đổi, vì vậy

K(

R+

RK

C3-1 26

• 3.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ:

• + Đặc tính điều chỉnh:

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

Hình 3-4: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi .

b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi .

C3-1 28

thay đổi từ thông kích từ của động cơ:

• + Nhận xét:

• - Ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền

• - Nhược: điều chỉnh không triệt để

• Nếu giảm  quá nhỏ thì có thể làm cho tốc độ động cơ lớnquá giới hạn cho phép, hoặc làm cho điều kiện chuyển mạch

bị xấu đi do dòng phần ứng tăng cao,

• Hoặc để đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phảigiảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho mômen chophép trên trục động cơ giảm, dẫn đến động cơ bị quá tải

• + Ứng dụng: dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ trong các

máy không yêu cầu phạm vi điều chỉnh rộng, không đòi hỏi độ tác động nhanh cao

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

C3-1 29

• 3.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách

thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:

• + Phương trình đặc tính cơ điều chỉnh:

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

M )

K (

R K

• Trong phương trình có Uư thay đổi được

• Nhưng muốn thay đổi Uư thì phải có bộ nguồn một chiều thayđổi được điện áp ra, thường dùng các bộ biến đổi (hình 3-5)

• Các bộ biến đổi: MFMC, MFXC, MĐKĐ, KĐT, CL, BĐA1C,

dùng tiristor, transistor, …

• Ta thấy rằng khi thay đổi Uư thì

o thay đổi, còn  = const, vì vậy  sẽ thay đổi

K(

R+

RK

Hình 3-5: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi U ư .

b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi U ư .

C3-1 32

• 3.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:

• + Các chỉ tiêu chất lượng:

• S% <,

• D > ,

•   1, (vô cấp)

•  < đm (khi thay đổi Uư) ,

•  > đm (khi thay đổi ) ,

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

• + Ứng dụng: dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ trong các

máy cần phạm vi điều chỉnh rộng, sai số nhỏ,

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

C3-1 34

• 1 Có những chỉ tiêu chất lượng nào dùng để đánh giá các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ? Nêu định nghĩa và trình bày ý nghĩa của từng chỉ tiêu

• 2 Phân tích ý nghĩa của việc điều chỉnh tốc độ và điều chỉnh dòng điện (hoặc mômen), nêu yêu cầu thực tế của việc điều chỉnh từng thông số ? Những chỉ tiêu cần đạt được của việc điều chỉnh mỗi thông số là gì ?

• 3 Trình bầy nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập (ĐMđl) bằng cách thay đổi từ thông kích

từ Nêu các chỉ tiêu chất lượng của phương pháp

• 4 Trình bầy nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập (ĐMđl) bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Nêu các chỉ tiêu chất lượng của phương pháp

CÂU HỎI ÔN TẬP (Chương 3)