Đề cương môn Kỹ thuật điều kiện chấp hành

Câu 1: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (ĐMnt): Nguồn một chiều cấp chung cho phần ứng nối tiếp với kích từ. Hình 1.1: a) sơ đồ nối dây ĐMnt b) Đặc tính từ hóa của ĐMnt Từ sơ đồ trên ta thấy dòng kích từ chính là dòng phần ứng, nên từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng và phụ tải của động cơ. Theo sơ đồ hình 1.1a, có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: U = E + R.Iư = k + R.Iư (1) Trong đó: U là điện áp nguồn, (V) R = Rư + Rkt + Rưf (2) Trong này: Rư là điện trở phần ứng động cơ. Rkt là điện trở cuộn dây kích từ Rưf là điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng Tương tự ĐMđl, từ các phương trình trên ta rút ra: (3) = (4) Từ thông ( phụ thuộc vào dòng kích từ Ikt theo đặc tính từ hoá như đường ( trên hình 210b. Đó là quan hệ giữa từ thông ( với sức từ động kích từ Fkt của động cơ. mà: Fkt = Ikt.Wkt . Khi cho dòng kích từ bằng định mức thì từ thông động cơ sẽ đạt định mức. Để đơn giản hoá khi thành lập phương trình đặc tính cơ ĐMnt, ta coi mạch từ của động cơ là chưa bảo hoà, quan hệ giữa từ thông với dòng kích từ là tuyến tính đường trên hình 210b: = C.Ikt ; (C hệ số tỉ lệ) (5) Nếu bỏ qua phản ứng phần ứng, ta có: = C.Ikt = C.Iư = C.I (6) Kết hợp (6) với (1) ta được phương trình đặc tính cơ điện của ĐMnt: (7) Với: A1 =Ġ = const ; B =Ġ = const ; Mặt khác: M = k.ϕ.I = k.C.I2 (8) Nên: ĉ (9) Thay (9) vào (7) ta có phương trình đặc tính cơ ĐMnt: (10)

Câu 1: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (ĐMnt): Nguồn một chiều cấp chung

cho phần ứng nối tiếp với kích từ

Hình 1.1:

a) sơ đồ nối dây ĐM nt

b) Đặc tính từ hóa của ĐM nt

Từ sơ đồ trên ta thấy dòng kích từ chính là dòng phần ứng, nên từ thông của

động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng và phụ tải của động cơ

Theo sơ đồ hình 1.1a, có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch

phần ứng như sau:

U = E + R.Iư = k + R.Iư (1)

Trong đó: U là điện áp nguồn, (V)

R = Rư + Rkt + Rưf (2)

Trong này: Rư là điện trở phần ứng động cơ

Rkt là điện trở cuộn dây kích từ

Rưf là điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng

Tương tự ĐMđl, từ các phương trình trên ta rút ra:

Từ thông ( phụ thuộc vào dòng kích từ Ikt theo đặc tính từ hoá như đường

( trên hình 2-10b Đó là quan hệ giữa từ thông ( với sức từ động kích từ Fkt của

động cơ mà: Fkt = Ikt.Wkt Khi cho dòng kích từ bằng định mức thì từ thông

động cơ sẽ đạt định mức

Để đơn giản hoá khi thành lập phương trình đặc tính cơ ĐMnt, ta coi mạch từ

của động cơ là chưa bảo hoà, quan hệ giữa từ thông với dòng kích từ là tuyến

tính đường trên hình 2-10b:

= C.Ikt ; (C - hệ số tỉ lệ) (5)

Nếu bỏ qua phản ứng phần ứng, ta có:

= C.Ikt = C.Iư = C.I (6)

Kết hợp (6) với (1) ta được phương trình đặc tính cơ điện của ĐMnt:

(7)

Với: A1 =Ġ = const ; B =Ġ = const ;

Mặt khác:

M = k.ϕ.I = k.C.I2 (8)

Nên: ĉ (9)

Thay (9) vào (7) ta có phương trình đặc tính cơ ĐMnt:

(10)

Trong đó:

A2=a1 =const

Qua phương trình (7) và (10) ta thấy đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của ĐMnt

có dạng hypecbol và rất mềm như hình 2.11a, b và tốc độ không tải lý tưởng

bằng vô cùng Thực tế không có tốc độ không tải lý tưởng đối với động cơ điện

một chiều kích từ nối tiếp

 Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của ĐMnt :

 Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của ĐMnt :

Như vậy đặc tính cơ điện của ĐMnt có dạng đường hypebol và rất mềm Nó có

hai đường tiệm cận (hình 2-12a):

+ Khi I ( 0, ( ( ( : Tiệm cận trục tung

+ Khi ( ( -B, M ( ( : Tiệm cận đường ( = -B = - (Rư()/K.C

Tương tự, đối với đặc tính cơ của ĐMnt cũng có hai đường tiệm cận (hình

2-+ Khi M ( 0, ( ( ( : Tiệm cận trục tung.

+ Khi ( ( -B, M ( ( : Tiệm cận đường ( = -B = - (Rư()/K.C

Với đặc tính cơ tự nhiên thì Rưf = 0, nên ta có hai đường tiệm cận ứng với:

+ Khi M ( 0, ( ( ( : Tiệm cận trục tung

+ Khi ( ( B(tn), M ( ( : đặc tính cơ sẽ tiệm cận với đường thẳng ( = B(nt) =

-(Rư)/K.C

Câu 2:Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Các giả thiết:

Động cơ không đồng bộ (ĐK) như hình 2-21, được sử dụng rộng rãi trong thực

tế Ưu điểm nỗi bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư

ít, giá thành hạ, trọng lượng, kích thước nhỏ hơn khi cùng công suất định mức

so với động cơ một chiều Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha …

Hình 2.1:

Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn

hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng khởi động

lớn, mômen khởi động nhỏ)

Để đơn giản cho việc khảo sát, nghiên cứu, ta giả thiết:

+ Ba pha của động cơ là đối xứng

+ Các thông số của mạch không thay đổi nghĩa là không phụ thuộc nhiệt độ, tần

số, mạch từ không bảo hoà nên điện trở, điện kháng, không thay đổi

+ Tổng dẫn của mạch vòng từ hoá không thay đổi, dòng từ hoá không phụ thuộc

tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato

+ Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép

+ Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng

Sơ đồ thay thế

Hình 2.2: sơ đồ thay thế ĐKdq

U1f là trị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V)

I1, I, I’2 là các dòng stato, mạch từ hóa, rôto đã quy đổi về stato (A)

X1, X, X’2 là điện kháng stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato R1, R, R’2 là

điện trở stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato

R’2f là điện trở phụ (nếu có) ở mỗi pha rôto đã quy đổi về stato

s là hệ số trượt của động cơ:

(1) Trong đó:

1 = 0 là tốc độ của từ trường quay ở stato động cơ, còn gọi là tốc độ)

(2)

là tốc độ góc của rôto động cơ (rad/s)

Trong đó: f1 là tần số của điện áp nguồn đặt vào stato (Hz),

p là số đôi cực của động cơ,

 Phương trình và đặc tính cơ:

Từ sơ đồ thay thế hình 2-2,ta tính được dòng stato:

Hình 2-1

Trong đó: R’2= R’2 + R’2f là điện trở tổng mạch rôto

Xnm = X1 + X’2 là điện kháng ngắn mạch

Từ phương trình đặc tính dòng stato (2-1) ta thấy:

Khi = 0, s = 1, ta có: I1 = I1nm: dòng ngắn mạch của stato

Khi = 0, s = 0, ta có:Ġ

Nghĩa là ở tốc độ đồng bộ, động cơ vẫn tiêu thụ dòng điện từ hoá để tạo ta từ

trường quay

Trị số hiệu dụng của dòng rôto đã quy đổi về stato:

(2-2) Phương trình (2-2) là quan hệ giữa dòng rôto I’2 với hệ số trượt s hay giữa I’2 với tốc độ ( nên gọi là đặc tính điện-cơ của động cơ ĐK) (hình 2.1)

Qua (2-2)ta thấy: Khi = 0, s = 0, ta có: I’2 = 0

Khi = 0, s = 1, ta có:Ġ

Trong đó: I’2nm là dòng ngắn mạch của rôto hay dòng khởi động

Hình 2.3: Đặc tính cơ ĐK dq

Để tìm phương trình đặc tính cơ của ĐK, ta xuất phát từ điều kiện cân bằng

công suất trong động cơ: công suất điện chuyển từ stato sang rôto:

P12 = Mđt.(0 (2-62)

Mđt là mômen điện từ của động cơ, nếu bỏ qua các tổn thất phụ:

Mđt = Mcơ = M (2-63)

Và: P12 = Pcơ + P2 (2-64)

Trong đó: Pcơ = M ( là công suất cơ trên trục động cơ)

(P2 = 3I’22.R’2( là tổn hao công suất đồng trong rôtoThay (3-4) vào (3-8) và

biến đổi ta có :

Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ có ĐK

Các thông số có ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ như:

Rs, Rr, Xs, Xr, UL, fL,…

 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi khởi động

Nếu khởi động động cơ không đồng bộ bằng phương pháp đóng trực tiếp thì

dòng khởi động ban đầu rất lớn.như vậy ta đưa điện trở phụ vào mạch roto động

cơ không đồng bộ có roto dây quấn để hạn chế dòng khởi độngvà sau đó loại

dần ra để đưa tốc độ động cơ lên xác lập

 Đặc tính động cơ khi hãm động cơ cơ không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ cũng có 3 trạng thái hãm hãm tái sinh ngược và

hãm động năng

- Hãm tái sinh gồm có:

+ Hãm tái sinh khi máy sản xuất trở thành nguồn động lực

+Hãm tái sinh khi giảm tốc bằng cách tăng số đôi cực

+Hãm tái sinh khi đảo chiều từ trường stato động cơ

-Hãm ngược động cơ:

+Hãm ngược bằng cách đưa điện trở phụ lớn vào mạch roto

+Hãm ngược bằng cách đảo chiều từ trường stato

- Hãm động năng động cơ

+Hãm động năng kích từ độc lập

+Hãm động năng tự kích từ

Câu 3: Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ

Khi đóng stato của động cơ đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f1

không đổi,động cơ sẽ làm việc với tốc độ đồng bộ không phụ thuộc vào tải

=

Như vậy đặc tính cơ của động cơ đồng bộ này trong phạm vi momen cho phép

MMmax là đường thẳng song song với trục hoành

Tuy nhiên khi momen vượt quá trị số cực đại cho phép M > Mmax thì tốc độ

động cơ sẽ lệch khỏi tốc độ đồng bộ

Câu 4:Đặc điểm ứng dụng của động cơ bước

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với

đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ

dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp

nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả

năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết

Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ:

ĐỘng cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ

Ứng dụng

Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp

hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới

dạng số

Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành tự động hóa, chúng được ứng

dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác

Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển

định vị trong các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài

quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các

cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay

Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng,

ổ đĩa mềm, máy in

Câu 5: Đặc điểm ứng dụng của động cơ servo

Đặc điểm

Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra

của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị

trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản

chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt

được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt

được điểm chính xác

Ứng dụng:

-Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiếu

máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy

bay và xe hơi Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng

loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi

-Động cơ servo có thể đạt góc quay chính xác từ 90 điều đó giúp động

cơ servo ứng dụng trong robot,máy lên xuống,quay cảm biến để quét khắp

phòng

- Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra

của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị

trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản

chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt

được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt

được điểm chính xá

Câu 6: Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ theo phương

pháp điều chỉnh công suất trượt.

-Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB bằng phương pháp làm

mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt

được tiêu tán trên điện trở mạch roto.vì vậy để điều chỉnh tốc độ

truyền động vừa tận dụng được công suất trượt,ta sử dụng sơ đồ điều chỉnh công

suất trượt

- Ví dụ phương pháp nối tầng điện dùng thyristor

1 Khảo sát sơ đồ điều chỉnh công suất trượt dùng THYRISTOR

a)

Hình 5-1:Hệ thống nối tầng van điện

a) Sơ đồ nguyên lý

b) Giản đồ năng lượng

Trên hình 5-1,năng lượng trượt từ roto động cơ không đồng bộ sau khi đã

chỉnh lưu thành một chiều được biến thành xoay chiều nhờ bộ chỉnh lưu và trả

về lưới điện nhờ biến áp BA.sức điện động phụ đưa vào mạch roto của động cơ

không đồng bộ là sức điện động của bộ nghịch lưu.Trị số của nó được điều

chỉnh bằng cách thay đổi góc mở của các van thyristor trong bộ nghịch lưu

Điện áp xoay chiều của bộ nghịch lưu có biên độ và tần số không đổi do được

xã định bởi điện áp và tần số của lưới điện.Bộ nghịch lưu làm việc với góc điều

khiển thay đổi từ 90 phần còn lại dành cho chuyển mạch

Độ lớn dòng điện roto phụ thuộc vào momen tải của động cơ mà không phụ

thuộc vào góc điều khiển nghịch lưu

D1 D6 qua điện kháng lọc cấp cho nghịch lưu và phụ thuộc vào nghịch lưu

Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu và nghịch lưu là:Ud = Udn

-Sai lệch về giá trị tức thời điện áp giữa chỉnh lưu và nghịch lưu chính là

điện áp trên điện kháng lọc L

-Ta giả thiết bỏ qua điện trở và điện kháng tản của mạch stato và xem động cơ

có số vàng dây stato và roto là như nhau,thì giá trị trung bình của điện áp chỉnh

lưu khi Id =0 là:

Ud =

-Trong trường hợp có tải trọng Id thì điện áp này giảm xuống do sự sụp

áp chuyển mạch giữa các van trong cầu chỉnh lưu và sụt áp do dây quấn roto

2 Nhận xét

Các sơ đồ nối tầng có ưu điểm so với các sơ đồ nối điện trở phụ vào mạch roto

hoặc tthay đổi các thông số của động cơ Trong các hệ thông số nội tầng,công

suất trượt được đặc trả về lưới điện hoặc đưa lên trục động cơ làm tăng công

suất kéo của nó

Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng hệ thống nối tầng có khả

năng điều chỉnh bằng phẳng Đặc tính điều chỉnh có độ cứng cao, phạm vi điều

chỉnh tốc độ phụ thuộc vào công suất cảu máy MC và FĐ

Tuy vậy,hệ thống phải sử dụng thêm máy một chiều MC và FĐ làm cho hệ

thống đắt tiền và không kinh tế lắm

Phương pháp này được dùng nhiều trong các truyền động động cơ điện không

đồng bộ dây quấn có công suất lớn

Câu 7: Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ theo

phương pháp điều chỉnh điện áp động cơ

Hình 3-1:sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Từ hình 3-1,ta thấy:

Nếu bỏ qua tổng trở của nguồn và không dùng điện phụ trong mạch roto khi

điện áp của bộ biến đổi U2 thì ta được họ đặc tính điều chỉnh như hình 3-1

Khi đó:

Độ số trược tới hạn giữ nguyên giá trị:

( 3-1) + momen tới hạn tỉ lệ với bình phương điện áp U2

(3-2)

Trong đó:

Mtu:là momen tới hạn của động cơ ứng với điện áp điều chỉnh

U2: là điện áp ra của bộ biến đổi

Hình 3-2: Dạng đặc tính điều chỉnh khi không dùng điện trở phụ trong mạch

roto

Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát sóng của động

cơ.khi dùng động cơ không đồng bộ roto dây quấn,ta nối thêm một điện trở phụ

vào mạch roto như hình 3-2 khi đó:

Nếu giá trị điện áp đặt vào stato là định mức (U2=U1) thì ta được đặc tính mềm

hơn đặc tính tự nhiên và ta gọi là đặc tính giới hạn (đtgh)

Nếu giá trị điện áp đặt vào stato khác với giá trị định mức thì momen tới hạn

lúc điều chỉnh điện áp Mtu sẽ thay đổi tỉ lệ với bình phương điện áp,cản độ trượt

tới hạn thì không đổi,nghĩa là:

Khi xét đến tổng trở của bộ biến đổi thì việc xác định đặc tính giới hạn có phức

tạp

Khi đó ta xem điện trở Rb và điện kháng Xb của bộ biến đổi cố định phụ thuộc

vào điện áp U2 Lúc đó:

Ta được phương trình đặc tính cơ:

Dạng đặc tính điều chỉnh trong trường hợp này như hình 3-2:

Câu 8:Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ theo phương

pháp điều chỉnh điện trở mạch roto.

1)Nguyên lý điều chỉnh điện trở roto

Đây là phương pháp điều chỉnh tốc độ đơn giản và được sử dụng nhiều trong

thực tế nhất là đối với các động cơ không đồng bộ roto quấn dây

a) Sơ đồ nguyên lý

b) Đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh điện trở phụ

Khi động cơ đang làm việc ở trạng thái xác lập với tốc độ n.Muốn điều c

điều chỉnh tốc độ của động cơ ,ta đóng điện trở phụ vào cả ba pha của

roto.tại thời điểm bắt đầu đóng điện trở phụ vào tốc độ động cơ chưa kịp

thay đổi,lúc này dòng và momen giảm nên tốc độ động cơ giảm.nhưng khi

tốc độ giảm thì độ trượt sẽ tăng nên sức điện động cảm ứng trên roto E2

tăng,do đó dòng ở mạch roto và tăng làm cho tốc độ của động cơ tăng

Khi đưa điện trở phụ vào mạch roto thì hệ số trượt ứng với momen cực đại

là:

(2-1)

Do đó,khi thay đổi điện trở rf trong mạch roto thì hệ số trượt Stf sẽ thay đổi

làm cho tốc độ động cơ thay đổi

Từ các đường đặc tính trên hinh (2-1),ta thấy với trị số phụ tải không đổi rf

càng lớn thì động cơ làm việc với tốc độ càng thấp

r f1< r f2 <r f3

n cb> n 1 >n 2 >n 3

khi Mc bằng hằng số thì động cơ làm việc xác lập tương ứng với các điểm

a,b,c,d

Tốc độ của động cơ càng thấp thì tổn hao càng lớn,dộ cứng của đường đặc

cơ bị giảm.khi cho điện trở phụ vào lớn thì phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ

thuộc vào trị số phụ tải và phụ tải àng lớn thì phạm vi điều chỉnh càng hẹp

Câu 9: Vẽ mạch điện khởi động,đảo chiều động cơ xoay chiều 3 pha