Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm tron
SƠ LƯỢC VỀ ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG
Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ song song
1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor) a Phần tĩnh (stator)
Gồm các phần chính sau:
Cực từ là bộ phận tạo ra từ trường, bao gồm lõi sắt và dây quấn kích từ bên ngoài Lõi sắt được làm từ các lá thép kỹ thuật điện và được gắn chắc chắn vào vỏ bằng bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng có lớp cách điện.
Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều
Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy
- Cơ cấu chổi than b Phần quay (rotor)
Gồm các bộ phận sau:
Lõi sắt phần ứng là bộ phận quan trọng trong việc dẫn từ, thường được chế tạo từ lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm với lớp cách điện ở hai đầu Sau khi ép chặt các lá thép, chúng sẽ được dập hình dạng rãnh để thuận tiện cho việc đặt dây quấn vào bên trong.
Dây quấn phần ứng là bộ phận tạo ra sức điện động và cho phép dòng điện lưu thông, thường được làm từ dây đồng bọc cách điện Trong các máy điện nhỏ, dây quấn thường có tiết diện tròn, trong khi máy điện vừa và lớn sử dụng dây có tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện hoàn toàn với rãnh của lõi thép.
Cổ góp, hay còn gọi là vành góp hoặc vành đổi chiều, là thiết bị dùng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Cấu tạo của cổ góp bao gồm nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn, được cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm, tạo thành hình trụ tròn Đuôi của vành góp được thiết kế cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp.
- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy
- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường làm bằng thép Cacbon tốt
8 c Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều
Khi điện áp một chiều U được áp dụng vào hai chổi than A và B trong dây quấn phần ứng, dòng điện I chạy qua các thanh dẫn ab, cd sẽ chịu lực điện từ Fđt, khiến rotor quay Chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab, cd sẽ đổi chỗ do phiến góp thay đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi và đảm bảo động cơ quay theo một chiều Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư, chiều của s.đ.đ được xác định theo quy tắc bàn tay phải Trong động cơ điện một chiều, sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư, do đó Eư còn được gọi là sức phản điện động.
Phương trình cân bằng điện áp: U = Eư + Rư.Iư
Trong đó: R ư : điện trở phần ứng
Iư: dòng điện phần ứng ; Eư: sức điện động
1.1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình sau:
Tốc độ n của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào từ thông 𝜃, điện trở phần ứng R và điện áp phần ứng U Để điều chỉnh tốc độ của động cơ, có ba phương án, trong đó một phương án là thay đổi từ thông ∅ Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều minh họa mối quan hệ này.
Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều cho thấy sự thay đổi của tốc độ n0 khi từ thông giảm, với ∆n tăng nhanh hơn Điều này dẫn đến độ dốc khác nhau giữa các đường đặc tính cơ, hội tụ tại điểm trên trục hoành tương ứng với dòng điện lớn Iư = U/Rư Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ vượt quá tốc độ định mức, với giới hạn điều chỉnh tốc độ quay là 1:2, 1:5 và 1:8.
Mặc dù phương pháp này mang lại nhiều lợi ích, nhưng nó cũng có nhược điểm là yêu cầu thực hiện các biện pháp khống chế đặc biệt Điều này dẫn đến cấu trúc và công nghệ chế tạo phức tạp, làm tăng giá thành máy.
10 b Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ R f trên mạch phần ứng
Từ thông không đổi dẫn đến n0 không thay đổi, chỉ có ∆𝑛 thay đổi Điều này cho thấy rằng chúng ta chỉ có thể tăng Rf mà không thể giảm Rư, do đó chỉ có thể điều chỉnh tốc độ xuống dưới mức định mức.
Khi giá trị Rf tăng, đặc tính cơ của hệ thống trở nên mềm hơn, dẫn đến việc tốc độ thay đổi nhiều hơn khi tải thay đổi Đồ thị cho thấy rằng, khi dòng I biến thiên trong cùng một dải, đường đặc tính cơ mềm hơn sẽ có sự thay đổi tốc độ lớn hơn.
Tuy nhiên phương pháp này làm tăng công suất giảm hiệu suất
Hình 1.3 Đồ thị đặc tính khi điện trở thay đổi c Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
Hình 1.4 Đồ thị đặc tính khi điện áp thay đổi
Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ của thiết bị cả ở mức định mức và dưới định mức Tuy nhiên, do cách điện của thiết bị thường chỉ được tính toán cho điện áp định mức, nên khi điện áp U giảm, tốc độ n cũng giảm theo Điều này dẫn đến việc tốc độ thường chỉ được điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ định mức, và nếu điều chỉnh lớn hơn, chỉ có thể thực hiện trong một phạm vi rất nhỏ Một đặc điểm quan trọng của phương pháp này là khi điều chỉnh tốc độ, moomen vẫn không đổi, vì từ thông và dòng điện phần ứng không thay đổi (M = CM.𝜃.Iư).
Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ trong giới hạn 1:10, thậm chí cao hơn có thể đến 1:25
Phương pháp chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song song làm việc ở chế độ kích từ độc lập
Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ song song
Phương pháp đấu dây thông dụng của động cơ DC kích từ song song được minh họa như hình dưới
Hình 1.5 Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ song song
Các phương trình khi động cơ làm việc xác lập:
- Phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng:
- Sức điện động phần ứng:
- Mối quan hệ giữa vận tốc góc và tốc độ quay:
Iu: dòng điện qua mạch phần ứng
R: điện trở tổng qua mạch phần ứng Bao gồm nội trở mạch phần ứng Ru và điện trở phụ Rp gắn thêm vào mạch phần ứng u u cf b ct
13 ru: điện trở cuộn dây phần ứng rcf: điện trở cuộn cực từ phụ rb: điện trở cuộn bù rct: điện trở tiếp xúc của chổi than
K: hệ số cấu trúc, phụ thuộc vào đặc điểm thiết kế của động cơ p: số đôi cực từ chính a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
N: số cạnh tác dụng của cuộn dây phần ứng
: Từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)
- Thế E từ phương trình (1.2) vào phương trình (1.1) ta được phương trình: u
Trong biểu thức (1.4) là một hàm dòng điện trong mạch phần ứng Mối quan hệ ( ) u
Đặc tính cơ điện hay đặc tính tốc độ của động cơ, thường được gọi là I, thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ và moment của động cơ Để xác định phương trình đặc tính cơ, cần tìm hiểu cách tốc độ của động cơ liên quan đến moment của nó Bằng cách suy ra Iu từ phương trình (1.3) và thay thế vào phương trình (1.4), ta có thể xây dựng được phương trình đặc tính cơ.
Từ phương trình (1.5) ta thay M k I u và rút gọn ta sẽ được phương trình đặc tính cơ điện của động cơ DC kích từ song song:
Hệ số k trong động cơ kích từ song song với cuộn bù được giữ không đổi và độc lập với tải Khi phản ứng phần ứng được bù đủ, hệ số k có thể coi là hằng số, dẫn đến đặc tính cơ của động cơ trở nên tuyến tính.
Khi thay đổi các thông số U, , R thì đặc tính cơ vẫn tuyến tính
Hình bên dưới minh họa cho sự ảnh hưởng của các thông số điện trở R đến tốc độ của động cơ khi động cơ kéo tải không đổi
Hình 1.6 Ảnh hưởng của các thông số điện trở R đến tốc độ động cơ
Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ song song được thể hiện trong hình 1.6, với các giá trị điện trở khác nhau được thêm vào mạch phần ứng Theo phương trình (1.5), khi M = 0, tất cả các đường đặc tính cơ đều giao nhau tại một điểm trên trục tung, tại đó tốc độ của động cơ có giá trị xác định và không phụ thuộc vào điện trở của mạch phần ứng Tốc độ này thường được gọi là tốc độ không tải lý tưởng (ω₀) và được xác định bằng một biểu thức cụ thể.
Trong chế độ không tải lý tưởng, khi dòng điện qua phần ứng Iu = 0, sức phản điện động của phần ứng sẽ bằng và có dấu trái ngược với điện áp đặt vào phần ứng.
Từ phương trình (1.5) cho thấy độ giảm tốc độ đối với tốc độ không tải lý tưởng là:
Vì vậy, biểu thức tính tốc độ của động cơ cần được viết dưới dạng:
Đường đặc tính cơ tự nhiên là đường đặc tính cơ được xác định khi động cơ hoạt động ở chế độ định mức, với điện áp định mức Udm và không có điện trở phụ trong mạch phần ứng Độ cứng của đặc tính cơ phụ thuộc vào điện trở bên trong của mạch phần ứng (Rarm), bao gồm điện trở của dây quấn phần ứng, điện trở tiếp xúc giữa các cực từ, điện trở của dây quấn cực từ phụ và điện trở của chổi quét Trong trường hợp này, ta xem Rarm = Ru, và độ giảm tốc độ đối với đặc tính cơ tự nhiên được xác định từ đó.
Bằng cách áp dụng biểu thức (1.7), chúng ta có thể xác định mức độ giảm tốc độ của bất kỳ đặc tính cơ nào trong hình Chẳng hạn, khi thêm biến trở Rp vào mạch phần ứng, độ giảm tốc độ sẽ được tính toán.
(1.9) Độ dốc của đặc tính cơ hay còn gọi là độ cứng của đặc tính cơ được xác định theo biểu thức:
Cách vẽ đặc tính cơ của động cơ DC kích từ song song
Để xây dựng đặc tính cơ của động cơ DC kích từ song song, cần xác định hai điểm bất kỳ trên đặc tính cơ, vì theo lý thuyết, đặc tính này là những đường thẳng, bao gồm cả đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo.
1.3.1 Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên
Để vẽ đặc tính cơ tự nhiên, chúng ta thường chọn điểm làm việc không tải lý tưởng (M = 0 và n = 0) cùng với điểm định mức của động cơ (M = Mđm, n = n dm) Tốc độ định mức có thể lấy từ nhãn của động cơ, trong khi moment điện từ định mức được tính toán theo biểu thức: dm E udm.
Tốc độ không tải lý tưởng có thể xác định từ biểu thức (1.6) bằng cách nhân tử và mẫu số cho dm và sử dụng mối quan hệ:
Do bảng thông số và catalog của động cơ thường không cung cấp giá trị điện trở của phần ứng (Ru), ta có thể xác định gần đúng bằng cách giả định rằng một nửa tổn hao của động cơ là do điện trở của dây quấn phần ứng Từ đó, ta có thể viết: I udm² R u ≈ 0,5(1 - η dm) I udm U Kết quả là: u 0,5(1 dm) dm udm.
Thay dm dm dm udm
U I vào (1.12) ta được biểu thức: u 0,5( dm 2 dm dm ) udm
1.3.2 Vẽ đặc tính cơ nhân tạo
Dựa vào đặc tính tự nhiên, chúng ta có thể xây dựng đặc tính cơ nhân tạo cho bất kỳ giá trị điện trở nào thêm vào mạch phần ứng Đặc tính cơ nhân tạo này được xác định qua hai điểm quan trọng: điểm làm việc không tải lý tưởng (M = 0 và ω = 0) và điểm định mức của động cơ (M = Mđm, ω = ωdm) Tốc độ ổn định của động cơ khi kéo tải định mức cũng là một yếu tố cần lưu ý.
dm được xác định từ biểu thức: dm 0 1 I udm ( R u R p
Đặc tính cơ của hệ thống có thể được xây dựng dựa trên hai điểm quan trọng: điểm làm việc không tải lý tưởng và điểm ngắn mạch Điểm làm việc không tải lý tưởng được xác định theo biểu thức (1.11), trong khi điểm ngắn mạch được xác định từ các biểu thức liên quan đến M nm và ω = 0.
Với Inm là dòng điện ngắn mạch (có được khi mở máy) được tính bằng công thức: nm
Tổng trở của mạch phần ứng R sẽ thay đổi khi giá trị của Rp được điều chỉnh, dẫn đến sự thay đổi của moment ngắn mạch Mnm và dòng điện ngắn mạch Inm.
Moment ngắn mạch sẽ đạt giá trị lớn nhất ở đặc tính cơ tự nhiên bởi vì điện trở phụ
Rp = 0 và dòng điện ngắn mạch Inm chỉ bị cản trở bởi điện trở bên trong mạch phần ứng và dây quấn
Từ các biểu thức trên ta thấy rằng phương trình đặc tính cơ có thể viết dưới dạng sau:
(1.15) Theo biểu thức (1.14) khi M = 0, tốc độ 0 và khi M = Mnm thì 0
1.3.3 Vẽ đặc tính cơ điện Để vẽ đặc tính cơ điện ta xác định hai điểm:
*Điểm thứ hai: (I = Idm, dm )
Phương trình đặc tính cơ điện còn được viết lại dưới dạng sau:
Mở máy động cơ DC kích từ song song
Từ phương trình đặc tính cơ điện:
Với đặc tính cơ tự nhiên (R = Ru) khi khởi động động cơ, ta thấy dòng điện khởi động ban đầu là: dm nm u
Trong các động cơ có công suất trung bình và lớn, giá trị của Ru thường khá nhỏ, dẫn đến dòng điện khởi động ban đầu rất lớn, được gọi là dòng ngắn mạch, với công thức tính là Inm = (20 – 25)Idm.
Giá trị dòng khởi động lớn có thể gây ra vấn đề về chuyển mạch, phát nóng động cơ và sụt áp trên lưới điện, đặc biệt nghiêm trọng trong các hệ thống cần khởi động và hãm máy nhiều lần Để hạn chế dòng điện khởi động, có thể giảm điện áp nguồn cấp cho phần ứng động cơ hoặc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng Phương pháp giảm điện áp thường áp dụng cho các hệ thống có bộ biến đổi điện áp, trong khi phương pháp thêm điện trở thường được sử dụng khi động cơ nhận điện áp cố định.
Hình 1.7 Đồ thị quá trình mở máy động cơ trực tiếp
Hình 1.8 Đồ thị quá trình mở máy động cơ qua 3 cấp điện trở phụ
Sau đây ta sẽ khảo sát phương pháp dùng điện trở phụ gắn vào mạch phần ứng để khởi động động cơ
Sơ đồ nối dây của động cơ DC kích từ song song được mô tả trong hình bên dưới, với 3 điện trở phụ được kết nối nối tiếp với động cơ nhằm mục đích khởi động máy.
Hình 1.9 Sơ đồ nối dây động cơ DC kích từ song song
1.4.2 Vẽ đặc tính cơ điện tự nhiên
Phương pháp xác định đặc tính cơ điện tự nhiên của động cơ DC kích từ song song đã được trình bày trong phần 1.3 Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào hai điểm quan trọng: điểm không tải lý tưởng và điểm làm việc định mức.
Hình 1.10 Đồ thị đặc tính cơ tự nhiên động cơ DC kích từ song song
1.4.3 Xác định các thông số udm dm ktdm
1.4.4 Chọn giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của dòng điện trong quá trình mở máy động cơ
Trị số của điện trở phụ tổng (R1 + R2 + R3) được xác định để đảm bảo rằng dòng điện khởi động Inm không vượt quá 2Idm, nhằm bảo vệ động cơ và cơ cấu truyền động Đồng thời, Inm cũng cần được duy trì ở mức không quá thấp để không làm giảm Mnm so với moment cản Do đó, hai giới hạn cho dòng điện khởi động động cơ được chọn là I1 và I2.
Với: I1 là dòng điện lớn nhất cho phép trong quá trình mở máy
I2 là dòng điện nhỏ nhất cho phép trong quá trình mở máy
Lấy giá trị I1, I2 trên trục hoành (trục I) Từ I1, I2 kẻ hai đường thẳng song song với trục tung cắt đặc tính tự nhiên tại hai điểm g, h
+ Gọi a là điểm có tọa độ (I1,0) nằm trên trục hoành Nối a với n0 ta được đặc tính khởi động đầu tiên; đặc tính này cắt đường thẳng (2) tại điểm b
Từ điểm b, vẽ đường thẳng song song với trục hoành cắt đường (1) tại điểm c Kết nối c với n0 và cắt đường (2) tại điểm d Từ điểm d, tiếp tục vẽ đường thẳng song song với trục hoành và cắt đường (1) tại điểm e Kết nối e với n0 và cắt đường (2) tại điểm f Cuối cùng, từ điểm f, vẽ đường thẳng song song với trục hoành và đi qua điểm g.
Nếu điều kiện không được thỏa mãn, cần phải điều chỉnh các giá trị I1 và I2 và vẽ lại cho đến khi đạt yêu cầu Bên cạnh đó, số cấp khởi động cũng cần phải đảm bảo theo yêu cầu đã đề ra.
1.4.5 Tính toán điện trở phụ cần thiết
Trong quá trình tính toán điện trở phụ, có thể bỏ qua giá trị của điện trở tiếp xúc của chổi than, điện trở cuộn bù, điện trở cuộn cực từ phụ và điện trở cuộn dây phần ứng Do đó, tổng trở của động cơ chỉ còn lại Ru.
Phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên:
(1.16) Phương trình đặc tính cơ điện nhân tạo (khi có thêm điện trở phụ vào mạch rotor):
23 nTN: độ giảm tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên (vòng/phút) nNT: độ giảm tốc độ của đặc tính cơ nhân tạo (vòng/phút)
Chia 2 vế của biểu thức (1.16) và (1.17) ta được:
. pI u u pII u u pIII u u p pI p pII pI p pIII pII
Các chế độ hãm của động cơ DC kích từ song song
Trong các hệ thống truyền động hiện đại, việc dừng động cơ nhanh chóng và chính xác, cũng như đảo chiều động cơ, là yêu cầu thiết yếu và thường xuyên Tốc độ và độ chính xác trong những tình huống này ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất.
Đặc tính cơ của động cơ được thể hiện rõ ràng trong đồ thị, với chế độ động cơ nằm trong góc phần tư thứ I và chế độ hãm phân bố ở góc phần tư thứ II và IV Chế độ hãm thường được chia thành ba loại khác nhau.
Hãm tái sinh xảy ra khi động cơ quay với tốc độ vượt quá tốc độ không tải lý tưởng Khi điều kiện hãm tái sinh Eu lớn hơn V, động cơ hoạt động như một máy phát điện kết nối song song với lưới điện.
So với chế độ động cơ, dòng điện và moment hãm đã đổi chiều và được xác định theo biểu thức:
Vì sơ đồ đấu dây của động cơ không thay đổi nên phương trình đặc tính cơ của động cơ không thay đổi nhưng moment mang giá trị âm
Trong quá trình hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất trả về lưới điện được tính bằng công thức P = (E – U).Iu Phương pháp này là hãm kinh tế nhất vì động cơ tạo ra điện năng hữu ích Có hai khả năng hãm tái sinh.
Điện áp U điều chỉnh được cho phép điều khiển xung kích của bộ biến đổi công suất thông qua bộ chỉnh lưu, giúp giảm điện áp cung cấp cho phần ứng Chế độ hãm tái sinh được áp dụng để điều khiển giảm vận tốc hoặc dừng động cơ Đặc tính cơ của chế độ hãm tái sinh với điện áp U thay đổi được thể hiện qua đồ thị, trong đó động cơ hoạt động ổn định tại vị trí 1, và khi giảm điện áp nguồn từ U1 xuống U2, U3, U4, tọa độ điểm làm việc của động cơ sẽ dịch chuyển theo các đoạn thẳng 1-2, 2-3, 3-4.
4, 4-5, 5-6, 6-7 Tại vị trí 7, vận tốc động cơ đạt giá trị xác lập với moment kéo bằng moment cản của tải
Hãm tái sinh xảy ra khi điện áp U không thay đổi, dẫn đến tốc độ động cơ vượt quá tốc độ không tải do tác dụng của tải thế năng Chế độ hãm này không dừng động cơ mà chỉ giới hạn vận tốc động cơ không vượt quá một giá trị nhất định Khi đối trọng P tác động, động cơ chạy vượt tốc độ không tải 0 và hoạt động ở chế độ hãm tái sinh, với moment hãm tăng dần để kiểm soát sự gia tăng vận tốc Tại vị trí 1, moment của động cơ cân bằng với tác dụng của đối trọng, giúp vận tốc động cơ đạt trạng thái ổn định.
Hình 1.12 Đồ thị miêu tả quá trình hãm tái sinh
Hãm động năng được thực hiện bằng cách ngắt phần ứng động cơ khỏi nguồn cung cấp và kết nối điện trở hãm Rh vào mạch Trong quá trình này, cuộn kích từ cần phải được cấp nguồn liên tục để đảm bảo hoạt động ổn định.
Trong hãm động năng, động cơ hoạt động như một máy phát, chuyển đổi năng lượng cơ năng trong rotor thành năng lượng điện Tuy nhiên, khác với hãm tái sinh, năng lượng này không được trả về nguồn mà bị tiêu tán qua điện trở hãm Rh.
Trường hợp nguồn DC đổi dấu:
Để thực hiện quá trình hãm động cơ, cần đảo vị trí đấu dây nguồn DC vào mạch phần ứng mà không thay đổi chiều cuộn kích từ, giúp tạo ra sức điện động E và nguồn DC cùng dấy, từ đó sinh ra dòng điện hãm lớn Để hạn chế dòng điện và moment hãm, nên lắp thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng trước khi kết nối lại với nguồn Quá trình hãm dừng động cơ được thể hiện qua đặc tính cơ, trong đó động cơ chịu moment hãm ngược trong giai đoạn 2-3.
Hình 1.13 Đồ thị mô tả quá trình hãm động năng
Trường hợp nguồn DC không đổi dấu:
Hãm ngược xảy ra khi thả tải trọng (tải thế năng) và vận tốc động cơ ngược chiều với vận tốc không tải Để đảm bảo hiệu suất, cần lắp điện trở phụ vào mạch phần ứng Hình 1.13 cho thấy đặc tính hãm ngược diễn ra trong khoảng 4-5, với vận tốc động cơ được xác lập tại vị trí 5 Điện trở phụ phần ứng phải được tính toán sao cho moment hãm động cơ đủ lớn để duy trì thăng bằng với tải trọng.
Quá trình hãm ngược có hiệu suất thấp và năng lượng từ nguồn chuyển sang dạng nhiệt tiêu hao trên các điện trở phụ
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG ĐỘNG
Cho một động cơ một chiều kích từ song song với các số liệu định mức như sau:
Tính 𝐑𝐏 bằng phương pháp đồ thị
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý khi mở máy bằng điện trở phụ
Ta có dòng điện phần ứng:
I ưđm = I đm − I ktđm = 525 − 5,2 = 519.8 (𝐴) Điện trở phần ứng:
Mà K E Φ đm = U đm −I ưđm R ư n đm = 205−519.8.0.023
620 = 0,32 Tốc độ không tải lý tưởng: n 0 = U đm
0,32 = 640 (vòng/phút) Đường đặc tính cơ tự nhiên đi qua 2 điểm:
Điểm không tải lý tưởng (0; 640)
Điểm làm việc định mức (519.8; 620)
Ta tiến hành dựng hệ trục tọa độ và vẽ đường đặc tính cơ của động cơ
- Ta vẽ được đường đặc tính cơ như sau:
Hình 2.2 Đồ thị đặc tính cơ khi nối thêm điện trở phụ
Từ đồ thị trên ta tính trực tiếp R P như sau: Độ sụt tốc trên đường đặc tính cơ tự nhiên:
K E Φ đm I ư Độ sụt tốc trên đường đặc tính cơ nhân tạo:
R PI = R ư ( jd − jb jb ) = R ư ( bd jb ) = 0.023 74,5
R PII = R ư ( jf − jb jb ) = R ư ( bf jb ) = 0.023 225,2
R PIII = R ư ( jh − jb jb ) = R ư ( bh jb ) = 0.023 565.5
64,3 = 0,114 (Ω) Điện trở khởi động trong từng cấp là:
Các biện pháp để nâng tải lên với tốc độ làm việc khác nhau
2.2.1 Thêm điện trở vào mạch phần ứng
Ta có: M đm = 9,55 P đm n đm = 9,55 95000
Phương trình đặc tính cơ: n = U đm
Vậy để nâng tải với tốc độ bằng 1/2 n đm thì ta phải đóng vào mạch phần ứng một điện trở phục có giá trị R P1 = 0,21 (Ω)
1316 − 0,018 = 0,326 (Ω) Vậy để nâng tải với tốc độ bằng 1/4 n đm thì ta phải đóng vào mạch phần ứng một điện trở phụ có giá trị R P2 = 0,326 (Ω)
Hình 2.3 Đồ thị đặc tính cơ khi nâng tải bằng cách thêm điện trở phần ứng
2.2.2 Giảm điện áp đặt vào mạch phần ứng
Ta có: M đm = 9,55 P đm n đm = 9,55 95000
Phương trình đặc tính cơ: n = U đm
Gỉa sử: I KT = I KTđm = const Φ = Φ đm = const
R p = 0 Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với U đm ta có: n = U đm
Hình 2.4 Đồ thị đặc tính cơ khi nâng tải bằng cách giảm điện áp phần ứng.
Các biện pháp hạ tải với tốc độ làm việc khác nhau
2.3.1 Hãm tái sinh (hãm trả năng lượng về lưới)
Ta có: M đm = 9,55 P đm n đm = 9,55 95000
Phương trình đặc tính cơ: n = U đm
Gỉa sử: I KT = I KTđm = const Φ = Φ đm = const
Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với U đm ta có: n = U đm
Hình 2.5 Đồ thị đặc tính cơ khi hãm tái sinh
2.3.2 Hãm ngược bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng
Ta có: M đm = 9,55 P đm n đm = 9,55 95000
Phương trình đặc tính cơ: n = U đm
Khi hạ tải với tốc độ bằng 1/2 n đm thì động cơ chuyển xuống làm việc tại điểm B (1302;-320) nên tọa độ điểm B thỏa mãn phương trình đặc tính cơ: n 1 = U đm
1316 − 0,018 = 0,67(Ω) Vậy để hạ tải với tốc độ bằng 1/2 n đm thì ta phải thêm điện trở phụ R f1 = 0,67 (Ω)
Khi hạ tải với tốc độ bằng 1/4 n đm thì động cơ chuyển xuống làm việc tại điểm C (1316;-165) nên tọa độ điểm C thỏa mãn phương trình đặc tính cơ: n 2 = U đm
1316 − 0,018 = 0,56 (Ω) Vậy để hạ tải với tốc độ bằng 1/4 n đm thì ta phải thêm điện trở phụ R f2 = 0.56 (Ω)
Khi hạ tải với tốc độ bằng 2 n đm thì động cơ chuyển xuống làm việc tại điểm D (1316;-1320) nên tọa độ điểm D thỏa mãn phương trình đặc tính cơ: n 3 = U đm
1316 − 0.023 = 1,33 (Ω) Vậy để hạ tải với tốc độ bằng 2 n đm thì ta phải thêm điện trở phụ R f3 = 1,33 (Ω)
Hình 2.6 Đồ thị khi hạ tải bằng cách hãm ngược
2.3.3 Hãm động năng kích từ độc lập n = − (R ư +R HĐN ).M
Hình 2.7 Đồ thị đặc tính cơ khi hạ tải bằng cách hãm động năng
Sơ đồ động lực điều khiển động cơ mở máy qua ba cấp điện trở và nâng hạ tải với nhiều cấp tốc độ
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch lực điều khiển động cơ mở máy qua ba cấp điện trở phụ và nâng hạ tải theo nhiều mức
