Tryền động điện trên phương tiện đoàn tàu

Một số hệ điều khiển truyền động điện kéo 1 chiều sử dụng phổ biến trên các đoàn tàu trên thế giới .... Sự ra đời của các thiết bị điện tử bán dẫn- diode, Thyristo, GTO GateTurn Off, IGB

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRÊN PHƯƠNG TIỆN ĐOÀN TÀU

HÀ NỘI Tháng 07 năm 2016

MỤC LỤC

CHƯƠNG I- KHÁI QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRÊN CÁC PHƯƠNG TIỆN GIAO

THÔNG ĐIỆN 6

1.1 Khái quát chung cấu trúc hệ truyền động điện trên các phương tiện giao thông điện 6

1 Khái quát chung 6

2 Lịch sử ứng dụng và phát triển các hệ truyền động điện- ĐK 7

3 Các yêu cầu cơ bản đối với trang thiết bị điện kéo 8

1.2 Đặc tính sức kéo trên các phương tiện giao thông điện sử dụng động cơ điện kéo một chiều 8

1 Đặc tính cơ điện dẫn ra trục truyền động của động cơ điện kéo 1 chiều 8

2 Đặc trưng cơ- điện dẫn ra vành của bánh xe chuyển động 10

3 Đặc tính kéo các phương tiện giao thông sử dụng động cơ điện 1 chiều 12 1.3 Trạng thái làm việc của đoàn tàu 13

1.4 Chế độ tải của ĐCĐK xoay chiều không đồng bộ 3 pha 17

1 Đối với đoàn tàu chuyên trở hàng: vđm = 5—54km/h; Fđm= 60-65kN 18

2 Các đoàn tàu trở khách với vmax= 150-160- km/h thì tỉ số vmax/vđm= 1,4-1,6 18

3 Đối với đoàn tàu metro có yêu cầu riêng về công suất 19

4 Phương trình chuyển động của đoàn tàu 19

5 Đồ thị chạy tàu và chế độ điều khiển: 21

CHƯƠNG II HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐOÀN TÀU SỬ DỤNG ĐCĐK 1 CHIỀU 24

2.1 Khái quát hệ truyền động điện đoàn tàu sử dụng ĐC ĐK 1 chiều 24

1 Đoàn tàu sử dụng lưới điện kéo 1 chiều: 660, 750, 1500, 3000V 24

2 Đoàn tàu sử dụng lưới điện kéo xoay chiều: 1-15kV, 162/3hz; 25kv,50hz 25

2.2 Khởi động và điều chỉnh vận tốc đoàn tàu 25

2.3 Điều chỉnh điện áp nhờ dùng các MBA đặt trên đầu máy điện 29

2 | P a g e

2.4 Điều khiển vận tốc của động cơ bằng cách thay đổi từ trường do cuộn dây

kích từ sinh ra 35

1 Phương pháp bớt số vòng cuộn kích từ (điều chỉnh số vòng dây cuộn dây kích từ) 37

2 Mắc cuộn dây song song với cuộn kích từ nối tiếp (Phân dòng cho cuộn dây kích từ) 38

3 Phương pháp điều khiển đong điện ở cuộn kích từ nối tiếp hoặc song song đối với động cơ điện 1 chiều có cuộn kích từ nối hỗn hợp 39

4 Phương pháp dùng bộ kích từ chuyên nghành 40

2.5 Сấu trúc truyền động điện động cơ điện kéo 1 chiều sử dụng các chỉnh lưu bán điều khiển 43

1 Khái quát chung: 43

2 Mạch chuyển động dùng bộ chỉnh lưu bán điều khiển 43

2.6 Hệ truyền động sử dụng biến áp 2 cấp 46

1 Sơ đồ nguyên lý: 46

2.7 Sử dụng bộ chỉnh lưu cộng áp 48

1 Sơ đồ nguyên lý: 48

2 Nguyên lý làm việc: 49

2.8 Sử dụng nhiều bộ chỉnh lưu nối tiếp 51

1 Sơ đồ nguyên lý: 51

2 Nguyên lý làm việc: 51

2.9 Sử dụng mạch truyền động băm xung 1 chiều kiến thức chung về bộ biến đổi xung áp 1 chiều điều chỉnh quá trình làm việc ĐC ĐK 54

1 Mục đích và ứng dụng: 54

2 Sơ đồ nguyên lý đơn giản: 54

2.10 Sơ đồ bộ biến đổi xung áp 1 chiều khóa bằng Thyristo 56

1 Bộ băm xung áp 1 chiều phương pháp thay đổi tần số đóng cắt (f= 1/T) và giữ tm= const 56

2 Bộ băm xung áp 1 chiều phương pháp điều chế độ rộng xung (thay đổi thời gian đóng, cắt khóa điện tử tm và giữ nguyên chu kỳ đóng cắt T) 57

3 Bộ băm xung áp 1 chiều hỗn hợp 2 phương pháp 58

2.11 Mạch truyền động băm xung 1 chiều trên PTGT điện 58

2.12 Một số hệ điều khiển truyền động điện kéo 1 chiều sử dụng phổ biến trên các đoàn tàu trên thế giới 61

1 Hệ truyền động điện kéo 1 chiều sử dụng trên toa tàu metro của Nga 61

2 Hệ truyền động điện kéo 1 chiều sử dụng trên toa tàu metro của Trung Quốc 62

CHƯƠNG III HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 65

3.1 Khái quát về hệ truyền động điện động cơ xoay chiều 3 pha

trên các phương tiện giao thông 65

1 Khái quát chung 65

2 Đối với mạng cung cấp nguồn xoay chiều (GT điện đường dài): 65

3 Đối với mạng cung cấp nguồn 1 chiều (GT điện thành phố) 66

3.2 Điều khiển chuyển động ĐCĐK không đồng bộ xoay chiều 3 pha 67

1 Điều khiển dựa theo nguyên tắc điều chế véctơ không gian 68

2 Nguyên tắc điều chế véctơ không gian thực hiện chuyển đổi DC/AC 70

3.3 Điều khiển dựa theo nguyên tắc điều biến độ rộng xung 71

3.4 Hệ truyền động ĐCKĐB 3 pha rôto lồng sóc từ lưới 1 chiều sử dụng bộ chuyển đổi DC/AC 74

1 Cấu trúc mạch truyền động 74

2 Nguyên lý điều khiển 76

3.5 Hệ truyền động ĐCKĐB từ lưới điện xoay chiều 77

1 Mạch truyền động sử dụng bộ chuyển đổi AC/DC/AC 2 mức 77

2 Mạch truyền động sử dụng bộ chuyển đổi 3 mức 78

3.6 Mạch truyền động sử dụng bộ chuyển đổi nhiều mức diode kẹp 81

1 Cấu trúc mạch truyền động: 81

3.7 Mạch truyền động sử dụng bộu chuyển đổi nhiều mức CASCADE 84

1 Sơ đồ cấu trúc mạch nguyên lý truyền động 84

2 Nguyên lý điều biến 85

3.8 Một số hệ truyền động điện sử dụng ĐCĐK dị bộ trên các loại tàu điện 90 1 Tàu điện Attiko Metro ở Hy Lạp 90

4 | P a g e

2 Tàu điện ở Ấn Độ 90

3 Tàu điện Line5 ở Bacelona-Tây Ban Nha 90

4 Đoàn tàu cao tốc Seria E4-Nhật Bản 90

Chương IV Hệ thống truyền động điện động cơ tuyến tính 100

4.1 Khái quát về hệ truyền động điện động cơ tuyến tính sử dụng trên các phương tiện giao thông điện 100

4.2 Các cấu trúc truyền động điện động cơ tuyến tính 102

1 Cấu trúc hệ truyền động điện động cơ tuyến tính stator dài 102

2 Cấu trúc mạch truyền động điện động cơ tuyến tính stator ngắn 104

4.3 Điều khiển truyền động động cơ điện tuyến tính 106

4.4 Ví dụ về hệ truyền động động cơ điện tuyến tính sử dụng trên các đoàn tàu hiện đại 107

Mục đích của môn học

Cung cấp các kiến thức cơ bản về điều khiển truyền động điện cho đầu máy điện hoặc đoàn tàu chạy điện Bao gồm các chế độ khởi động, điều chỉnh tốc độ, hãm đoàn tàu và tự động hóa điều khiển đoàn tàu

Giúp các bạn hiểu thêm về các sơ đồ cấu tạo hệ truyền chuyển động trên các đầu máy hoặc đoàn tàu hiện đại Từ đó, có thể áp dụng để tiếp thu công nghệ của nước ngoài vào Việt Nam khi xây dựng các tuyến tàu điện ngầm Metro (Underground train Metro) hay tuyến tàu điện mặt đất (Traimway)

1 Tài liệu

Truyền động điện đoàn tàu là một phần quan trọng trong nghành Giao thông điện Tuy nhiên ở nước ta, các loại sách về mảng này hầu như chưa có Vì vậy, đề nghị sinh viên chép bài đầy đủ

Giới thiệu về tài liệu:

“nghiên cứu lựa chọn công nghệ điện khí hóa đường sắt và điện giao thông thành phố đến năm 2025 ở Việt Nam”, mã số B2008-04-57 Phần 3:” nghiên cứu công nghệ tự động hóa truyền động điện trên các phương tiện đoàn tàu”, TS Lê Mạnh Việt, KS Trần Văn Khôi, Hà Nội 2009

Đoàn tàu Metro, ……… , Moscow-2003

Hệ thống điều khiển và báo lỗi đầu máy ……… Moscow-2009

Đoàn tàu sử dụng động cơ KĐB dị bộ, ……… Moscow-1991

Kỹ thuật điện tử và bộ biến đổi, ……… Moscow-1999

6 | P a g e

CHƯƠNG I- KHÁI QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRÊN CÁC PHƯƠNG TIỆN

GIAO THÔNG ĐIỆN

1.1 Khái quát chung cấu trúc hệ truyền động điện trên các phương tiện giao thông điện

1 Khái quát chung

Hiện nay do công nghệ điện tử ngày càng phát triển và hoàn thiện Sự ra đời của các thiết bị điện tử bán dẫn- diode, Thyristo, GTO (GateTurn Off), IGBT (Insulate Gate Bipolar Transitor), Transitor có cực điều khiển cách ly (1985- 1990) và các bộ vi xử lý, vi điều khiển được ứng dụng rộng rãi vào hệ truyền động điện trên các phương tiện giao thông điện Vì vậy có rất nhiều các phương pháp điều khiển tốc độ đoàn tàu hay đầu máy điện

Đối với đoàn tàu sử dụng động cơ điện một chiều:

Phương pháp 1: điều khiển nhằm điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ (điều chỉnh góc dẫn các bộ chỉnh lưu Thyristo hay điều chỉnh chu kỳ dẫn các bộ băm xung 1 chiều)

Phương pháp 2: điều khiển dòng kích từ nhằm điều khiển từ thông của động cơ

Đối với đoàn tàu sử dụng động cơ điện xoay chiều dị bộ- roto lống sóc: điều

khiển điện áp và tần số dòng điện cấp cho động cơ tuân theo luật U/f = const (Ф

= const) gọi là phương pháp VVVF (Variable Voltage Variable Frequency)

Phân loại hệ truyền động điện trên các phương tiện giao thông điện:

Theo khía cạnh thiết bị truyền chuyển động- động cơ điện kéo có thể

chia làm 3 dạng chính :

+ Hệ truyền động động cơ điện kéo 1 chiều

+ Hệ truyền động động cơ điện kéo xoay chiều không đồng bộ 3 pha

dị bộ - roto lồng sóc

+ Hệ truyền động động cơ điện kéo tuyến tính

Theo tổ hợp mạng tiếp xúc và đoàn tàu có thể phân làm 4 loại tổ hợp:

+ Mạng tiếp xúc 1 chiều- động cơ điện kéo 1 chiều (600, 750, 1500, 3000VDC)

+ Mạng tiếp xúc xoay chiều- động cơ điện kéo 1 chiều (25kV-50hz, 15kV-16⅔hz)

+ Mạng tiếp xúc 1 chiều- động cơ điện kéo xoay chiều (1500, 3000VDC)

+ Mạng tiếp xúc xoay chiều- động cơ điện kéo xoay chiều (25kV, 15kV)

2 Lịch sử ứng dụng và phát triển các hệ truyền động điện- ĐK

a Giai đoạn trước năm 1965

Sử dụng hệ truyền động điện 1 chiều với các chuyển mạch cơ khí (rơle, contacto, biến trở,…) để thực hiện quá trình thay đổi điện áp ( thay đồi điện trở nối với động cơ, chuyển đổi cách đấu nối động cơ) và từ thông cấp cho động cơ

để điều khiển vận tốc đoàn tàu

b Giai đoạn 65-80

Khi thiết bị bán dẫn ra đời (Diode, Transitor …) các chuyển mạch cơ khí được thay thế bởi các mạch điện tử (điều khiển chu kỳ dẫn của bộ băm xung 1 chiều) giúp điều khiển động cơ điện kéo 1 cách tiện lợi hơn

Sau đó với sự ra đời của GTO với việc khống chế chế độ đóng mở các van 1 cách hoàn toàn (trước kia đối với Thyristo chỉ điều khiển mở được - góc

mở, còn khóa là tự động) được ứng dụng trên phương tiện giao thông Hệ truyền động điện trên các phương tiện giao thông điện sử dụng các bộ băm xung 1 chiều cấu tạo từ các van Thyristo, GTO và nhân tố điều khiển là các bộ Vi xử

lý

c Giai đoạn 85-90

Công nghệ IGBT ra đời nó đã thể hiện được các ưu điểm vượt trội Đồng thời ứng dụng ĐCĐK xoay chiều vào giao thông và các bộ biến tần xuất hiện

3 Các yêu cầu cơ bản đối với trang thiết bị điện kéo

o Tăng độ bền dưới tác động bên ngoài: độ ẩm không khí, nhiệt độ…

o Độ tin cậy khi chuyển mạch điều khiển động cơ

o Độ tin cậy làm việc của các thiết bị khi thay đổi nhiệt độ

o Kích thước và khối lượng phải nhỏ, gọn

1.2 Đặc tính sức kéo trên các phương tiện giao thông điện sử dụng động cơ điện kéo một chiều

1 Đặc tính cơ điện dẫn ra trục truyền động của động cơ điện kéo 1 chiều

a Định nghĩa

Là sự phụ thuộc của tần số quay phần ứng (roto) động cơ với dòng điện:

hiệu suất động cơ điện kéo với dòng điện: η Đ = f(I Đ ) dưới điện áp định mức từ

lưới tiếp xúc (Umđm)

b Tính toán đặc tính cơ- điện dẫn ra trục truyền động động cơ điện kéo 1 chiều

Sức điện động cảm ứng ở cuộn dây phần ứng động cơ 1 chiều:

E= C’.Ф.n

Trong đó: + C’: hệ số thiết kế không đổi động cơ điện kéo C’= 𝑝.𝑀

2.𝜋.𝑎𝑛

+ Ф: từ thông phần ứng động cơ (W) + n: tần số quay phần ứng động cơ + [C Ф’] = V (vòng/phút)

+ N, a n: số vòng dây và số nhánh song song cuộn dây phần ứng

+ p: số cặp cực động cơ

Phương trình cân bằng điện:

+ r: điện trở trong mạch động cơ (Ω)

+ ∆U c : sụt áp dưới tác dụng của chổi than, ∆U c = 1-2V

trong đó: +∑∆𝑃= I2.r+∆Pc+∆Pt- tổn thất điện, cơ, từ trên động cơ

+ Pc: công suất cơ học có ích + Pđ: công suất điện học có ích

Lưu ý: các đặc trưng này thu được trên bảng thông số của động cơ trước khi xuất xưởng

10 | P a g e

Ví dụ: đặc tính cơ- điện của động cơ điện kéo 1 chiều sử dụng trên tàu Metro E: DK-108A, công suất dẫn ra trục chuyển động- 68KW; điện áp động cơ-375V; dòng điện-210A; tần số quay phần ứng - 2000 vòng/phút

2 Đặc trưng cơ- điện dẫn ra vành của bánh xe chuyển động

a Định nghĩa

Là sự phụ thuộc cận tốc chuyển động v, lực kéo F và hiệu duất động cơ η với dòng điện phần ứng Iđ cùng với tính toán tổn hao năng lượng trong quá trình truyền động

b Tính toán đặc tính cơ - điện dẫn ra vành của bánh xe chuyển động

- Công suất điện từ ĐCĐK: P đt = C.Ф.v.I (công suất điện có ích trừ đi

Công suất điện có ích ĐCĐK:

Ví dụ: động cơ điện kéo 1 chiều với cuộn kích từ nối tiếp:

I kt - dòng điện không tải (vì tổn thất – F= F đt - ∆F nên F đi qua I kt)

* Các sơ đồ kích từ của ĐC ĐK 1 chiều: cuộn kích từ có thể mắc nối tiếp hoặc song song, hỗn hợp và không phụ thuộc của cuộn kích từ với phần ứng (roto)

12 | P a g e

3 Đặc tính kéo các phương tiện giao thông sử dụng động cơ điện 1 chiều

a Định nghĩa

Mối liên hệ giữa lực kéo đoàn tàu và vận tốc của nó gọi là đặc tính kéo

Với z0 – số trục truyền động đoàn tàu (gắn động cơ)

b Đường đặc tính kéo đoàn tàu

F kbmax: lực kéo lớn nhất bị giới hạn độ bám của bánh xe- đường ray

F kbmax =1000.m b g.ψ.z 0

mb: khối lượng của đoàn tàu tính theo độ bám của bánh xe- đường ray

Ψ: hệ số bám đường: 0,22(metro)

ψ=0,18-Đặc trưng kéo của PTGT điện gọi là đặc tính cứng khi lực kéo thay

đổi 1 cách đột ngột cùng với sự tăng của vận tốc: dF/dV→∞ - ĐC ĐK có cuộn

kích từ mắc song song phần ứng

Đặc trưng kéo của PTGT điện gọi là đặc tính mềm khi vận tốc thay

đổi 1 cách đột ngột cùng với sự thay đổi của lực kéo: dF/dV→0- ĐC ĐK có

cuộn kích từ mắc nối tiếp

So sánh đặc trưng kéo của đoàn tàu sử dụng ĐC ĐK với cách mắc cuộn kích từ theo các sơ đồ khác nhau

ĐC Đk 1 chiều có cuộn kích từ mắc song song, hỗn hợp không phụ thuộc có đặc tính cứng cao hơn mắc nối tiếp

Chú ý:

+ Trong thực tế trên các đầu máy điện sử dụng ĐC ĐK 1 chiều có cuộn kích từ mắc nối tiếp và hỗn hợp vơi điều khiển chuyển mạch cơ khí- đặc tính kém mềm( đầu máy VL-80r)

+ Đối với đầu máy điện sử dụng ĐC ĐK chiều cuộn kích từ không phụ thuộc với động điều khiển bằng sơ đồ điện tử các thiết bị bán dẫn( bộ chỉnh lưu,

băm xung)- đặc tính kéo cứng- đầu máy VL-80 rh)

+ Hệ số sức kéo đối với đầu máy VL-80 rh lớn hơn 8,4% VL-80 r trong quá trình khởi động

1.3 Trạng thái làm việc của đoàn tàu

Các thông số trạng thái làm việc của doàn tàu sử dụng ĐCĐK di bộ được xác định bởi các định luật điều khiển động cơ ưu việt Để xác định định luật đó

một cách hiệu quả nhất, xem xét mối quan hệ mômen quay M (N.m) với các

thông số khác của ĐCĐK

𝑀 = 9,81.𝑝.𝑚1 𝑟2′.𝑠.𝑈12𝜋𝑓1[(𝑠.𝑟1+𝐶1.𝑟2′)2+(𝑥1+𝐶1.𝑥2′)2.𝑠2 (1)

Với: P, m 1 – Số cặp cực và số pha của cuộn dây stator

r 1, x 1 – điện trở, cảm kháng dây quấn stator

r 2 ’ ,x 2 ’ – điện trỏ, cảm kháng roto quy về stato

U 1 – điện áp pha stato

+ Sơ đồ thay thế:

14 | P a g e

f1∗ = f1

f1dm-Tần số tương đối dòng điện stato; f2∗ = f2

f1dm - Tần số tương đối dòng điện roto

x m - Điện kháng mạch từ; E 1 – Sức điện động cuộn dây pha stato

+ Khi tính toán để đơn giản ta bỏ qua độ sụt điện áp trên cuộn dây stato:

f

Để dảm bảo làm việc của ĐC di bộ trong tất cả các trường hợp 1 cách kinh tế nhất thì phải bảo toàn tổn hao công suất nhỏ nhất ở ĐCĐK

∆P c ,∆P m – tổn hao từ và cơ học của ĐC

U1đm – giá trị định mức điện áp pha : M và Mđm – giá trị momen quay ĐC

dị bộ theo thời gian và định mức

+ Vận tốc đoàn tàu sử dụng Đc dị bộ (roto lồng sóc):

𝑣 = 0,1885.𝐷𝑘 60 𝑓1

𝜇 𝑃1 (1 − 𝑠)

𝑓1 =𝑃1 𝜇 𝑉𝑚𝑎𝑥

3.6𝜋 𝐷𝑘Với s rất nhỏ: 𝑣 = 0.1885.𝐷𝑘 60.𝑓1

𝜇.𝑃1 = 𝐶1 𝑓1Lực kéo đoàn tàu : 𝐹 = 2𝑀

𝐷𝑘 𝜇 𝜂𝑏𝑟 = 𝐶2 𝑀2Với : Dk – đường kính bánh xe chuyển động m

µ - Hệ số truyền chuyển động của hộp số

ηbr – Hệ số truyền chuyển động bánh răng

Giá trị vđm va Fđm ~ U1đm và tần số dòng điện stato định mức f1đm

Trên hình 2 dẫn ra sự phụ thuộc tuân theo 2 định luật đặc trueng nhất điều khiển làm việc đoàn tàu (vđm - vận tốc đầu ra khi vào đường đặc trưng định mức) :

F = const và P = const

Xem xét chế độ kéo khi khởi động F=const (M=const ) Momen quay

ĐC dị bộ xác định theo mối quan hệ từ thông stato và dòng điện roto 𝐼2′ quy về stato với = const (𝑈

𝑓 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) thì điệu kiện M =const gọi là tính bất biến của dong 𝐼2′ ( (𝐼2′ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) Như vậy : 𝐼̅ = 𝐼1 ̅ + 𝐼𝜇 ̅ : 𝐼2′ ̅ - dòng điện từ hóa ( không 𝜇phải ) của ĐC Thì M=const I1=const Dòng ddienj stato ở quá trình khởi động không thay đởi, nếu cần đảm bảo điều kiện 𝐹

16 | P a g e

Để ổn định dòng điện I1=const trong quá trình khởi động và đảm bảo các chỉ

số tối ưu làm việc của ĐC ĐK, tăng điện áp đặt vào 2 đầu cuộn dây stato, tỉ lệ với vận tốc chuyển động đoàn tàu ( đến giá trị U1=U1dm) (sau khi ra đặc tính danh định của ĐC ĐK)

Từ đầu ra khi vào đặc trưng định mức của động cơ dị bộ (v≥vđm) xem xét trạng thái làm việc động cơ công suất không đổi: P= const

Khi đầu máy(đoàn tàu) làm việc với vận tốc không đổi (v=const), chú ý điều kiện tần số không đổi của điện áp cung cấp động cơ dị bộ tức là f 1 /f 1dm =1

dị bộ được thể hiện ở hình 3

Trên hình 1.6- định luật đặc trưng điều chỉnh lực kéo F(v) Như vậy vận tốc tỉ lệ với tần số điện áp cung cấp

Trong miền vận tốc: v= 0-vđm(chế độ khởi động) thì điện áp điều chỉnh tỉ

lệ với vận tốc khi đó, từ thông của đông cơ dị bộ không đổi (const), còn sức

điện động động cơ E 1 =C.f 1 Ф tăng tỉ lệ với v hay f1 Mômen hay lực kéo ở chế

độ khởi động = const

Khi kết thúc quá trình khởi động (v= v đm hay f 1 = f 1đm) chuyển sang chế độ

làm việc với công suất không đổi P= F.v= const khi đó lực kéo F tỉ lệ nghịch với vận tốc, tức là: F= f(1/v) để đảm bảo P=const điện áp cung cấp tăng √2

lần

Đường điện áp pha khi P = const trên hình 1.7 là đường gạch nét

Phương pháp điều chỉnh điện áp trong thực tế ít dùng

1.4 Chế độ tải của ĐCĐK xoay chiều không đồng bộ 3 pha

Chế độ tải của động cơ điện kéo xác định không chỉ bởi từng loại động cơ điện kéo mà còn bởi điều kiện làm việc đối với từng loại tàu cụ thể

18 | P a g e

1 Đối với đoàn tàu chuyên trở hàng: v đm = 5—54km/h; F đm = 60-65kN

Đặc trưng bới lực kéo lớn nhất Fmax khi khởi động (v=0- vđm) và tương ứng với nó là việc tăng công suất P tỉ lệ với vận tốc v Sau đó, bảo toàn công suất Pmax trong miền v= vđm – v1( với v1 tương ứng với lực Fk bắt đầu giảm đáng kể), khi đó F giảm Trong miền v1- vmax công suất P giảm tương ứng với hình dạng đặc trưng kéo trên đoạn đó Lực kéo giảm đáng kể

Đối với đầu máy điện kéo đoàng tàu trở hàng thì tỉ số: v max /v đm = 2 Công

suất của ĐC ĐK tương ứng với v max = (0,5-0,6)P đm (h1.8.a)

2 Các đoàn tàu trở khách với vmax= 150-160- km/h thì tỉ số vmax/vđm= 1,4-1,6

Do ảnh hưởng của trở kháng khí động lực học của đoàn tàu đến trở kháng chung của chuyển động thì cần thiết bảo toàn công suất trên miền vận tốc: vđm-vmax

Nếu vận tốc tối đa của đoàn tàu 200-25-km/h thì P(v), F(v) là đường đứt

gãy h1.8.b khi vận tốc lớn, trở kháng khí động học chiếm ưu thế so với các loại

trở kháng động học khác Khi đó công suất tăng đến khi v max và lực kéo bảo toàn trạng thái lớn nhất khi khởi động

Các đoàn tàu sử dụng động cơ dị bộ cung cấp điện từ bộ biến đổi thiết bị bán dẫn (thyristo) cần điều khiển đặc trưng hãn tái sinh Khi đó công suất hãm không lớn hơn công suất kéo đoàn tàu Đặc điểm và đường đặc trưng hãm giống đặc tính kéo

3 Đối với đoàn tàu metro có yêu cầu riêng về công suất

Đối với chế độ kéo, công suất khởi động bị giới hạn Pkd bởi các đặc tính thiết bị cung cấp điện (dòng điện lớn nhất vào cần tiếp điện 1 toa) Điều đó quy

định tỉ số v max /v đm = 2,5-3,5

Trong chế độ hãm không có giới hạn bởi các thiết bị cung cấp điện vì năng lượng hãm tái sinh trong 1 phân đoạn chạy tàu lớn được sử dụng bơi đoàn tàu chạy kế tiếp

Ngoài ra mong muốn đảm bảo cường độ phanh tại vận tốc cao cùng với giới hạn thời gian chạy tàu trên các phân đoạn công suất động cơ hãm lớn hơn

2 lần khi khởi động

1.5 Phương trình chuyển động và đồ thị chạy tàu

4 Phương trình chuyển động của đoàn tàu

Khi xem xét quá trình chuyển động của đoàn tàu, chúng ta coi rằng:

- Đoàn tàu là 1 chất điểm mà điểm đặt tại trọng tâm của đoàn tàu

- Chất điểm này chuyển động tịnh tiến dưới tác dụng của lực bằng tổng tất cả các lực tác dụng vào đoàn tàu Lực này có hướng theo 0chiều chuyển động của đoàn tàu.+ Động năng chuyển động của đoàn tàu với vận tốc v gồm động năng chuyển động tịnh tiến và dự trữ trong các phần quay của đoàn tàu

20 | P a g e

Jđ, wđ – momen quán tính và vận tốc góc cặp bánh xe được truyền chuyển động

từ ĐCĐK

JB, wB – momen quán tính và vận tốc góc cặp bánh xe của toa nối

Jp.w, wp.ư – momen quán tính và vận tóc góc phần ứng ĐCĐK

Mặt khác ta biểu diễn w qua vận tóc chuyển động tịnh tiến của đoàn tàu

Rk, RB – bánh kính bánh xe truyền động và của toa nối

µ - Hệ số truyền động của bộ truyền chuyển động, µ=4,65÷5,73 đối với metro

Theo công thức tính công có ích: dA= F.dl (3)

Từ (1) (2) và (3) ta suy ra được PT chuyển động của đoàn tàu v(1), v(t) :

𝑑𝑙 = 𝐹 (4)

𝑑𝑡 = 𝐹 (5) (4),(5) là PT thứ 1 và thứ 2 của chuyển động đoàn tàu

5 Đồ thị chạy tàu và chế độ điều khiển:

a) Đặc tính lực tác dụng vào đoàn tàu:

Khi đoàn tàu chuyển động chịu các lưc: Lực kéo F k , lực cản w, lực hãm

B

+ Lực kéo Fk – do ĐCĐK sinh ra

+ Lực cản: w = w 0 + w i + w c + w k

w0 – lực cản chính của đoàn tàu: lực ma sát ở các ổ trục, lực ma sat trượt

và lăn của bánh xe so với đường ray, cản của môi trường khi không có gió

Ví dụ đoàn tàu metro ở Nga chay khi co dòng điện ở tốc độ v:

𝑤0 = 1,1 + (0,09 + 0,022𝑛).𝑣

2

𝑚

n – Số toa, m – khối lượng đoàn tàu

wi – lực cản do đường cong, đối với đoạn đường có bán kính cong Rc thì đối với metro :

𝑅𝑐

wk – do các thành phần khác : gió, nhiệt độ, …

Lực hãm: Hãm điện và hãm cơ – có thể điều khiển được

Đồ thị lực tác dụng của đoàn tàu:

22 | P a g e

Quá trình chuyển động đoàn tàu gồm 3 trạng thái chuyển động chính Chế độ kéo ( dưới tác dụng dòng điện): F = Fk – w

- Chế độ chuyển động theo quán tính

- ĐCĐK bị ngắt khỏi nguồn cung cấp và đoàn tùa chuyển động theo quán tính: F= - w

Chế độ hãm : Lực hãm và lực cản tac dụng ngược hướng chuyển động của đoàn tàu: F = - (B + w)

b) Đồ thị chạy tàu:

Đ/n: Là sự phụ thuộc của vận tốc với quãng đường và vận tốc với thời gian chạy tàu: v = f(s) và v = f(t)

- Chế độ kéo: OA, OA’ – khởi động dưới sự điều khiển của người lái tàu

- AB, A’B’ – chuyển động theo đặc trưng kéo tự động

- Chế độ chạy theo quán tính: BC, B’C’

- Chế độ hãm: C’D’ vh - vận tốc hãm đoàn tàu,

- Lh – quãng đường hãm Đối với toa tàu metro của Nga – lh > 220m

24 | P a g e

CHƯƠNG II HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐOÀN TÀU SỬ DỤNG ĐCĐK

1 CHIỀU

2.1 Khái quát hệ truyền động điện đoàn tàu sử dụng ĐC ĐK 1 chiều

1 Đoàn tàu sử dụng lưới điện kéo 1 chiều: 660, 750, 1500, 3000V

Sơ đồ nguyên lý:

Nguồn điện: - lưới tiếp xúc 1 chiều có thể là lưới điện trên cao hoặc đường ray thứ 3

1 - Thiết bị đóng cắt nguồn: có thể là dao cắt ly hoặc thiết bị đóng cắt cao

áp có chức năng đóng hoặc cắt toàn bộ đoàn tàu khỏi lưới tiếp xúc cao áp Thiết

bị bảo vệ: là các rơle dòng điện bảo vệ động cơ khỏi làm việc ở điện áp thấp…

2 - Thiết bị bảo vệ: Là các role dòng điện bảo vệ ĐC khỏi hỏng hóc do tình trạng quá tải, các rơle điện áp bảo vệ ĐC khỏi làm việc ở điện áp thấp …

3 - Thiết bị hỗ trợ: thông thường là các bộ lọc giúp nâng cao chất lượng

và ổn định nguồn cung cấp cho động cơ; các mạng điện trở hỗ trợ khởi động, hãm đoàn tàu, mạng điện trở phục vụ cho điều chỉnh dòng kích từ

4 - Thiết bị chuyển mạch chấp hành: thường là các rơle, contacto, khởi động từ làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn điện cấp cho động cơ, thay đổi chiều dòng điện cấp cho động cơ, thực hiện việc đấu nối các nhóm động cơ sử dụng trên đầu máy Hoặc là các thiết bị bán dẫn điều chỉnh điện áp động cơ- van thyristo hay GTO, IGBT

Nguyên lý làm việc: dòng điện từ lưới cung cấp qua cần tiếp xúc, dòng điện được dẫn vào đầu máy, qua các thiết bị bảo vệ, thiết bị chuyển mạch chấp hành cấp cho ĐC ĐK 1 chiều thông qua cặp bánh răng làm quay trục bánh xe Khi đó dưới tác dụng của bánh xe và đường ray tạo sức kéo làm đoàn tàu chuyển động

Tuy nhiên, do tổn hao dẫn quá lớn, cho nên đối với đường sắt đường dài

sử dụng lưới điện kéo xoay chiều

2 Đoàn tàu sử dụng lưới điện kéo xoay chiều: 1-15kV, 162/3hz; 25kv,50hz

Sơ đồ nguyên lý:

Nguyên lý hoạt động: dòng điện xoay chiều từ lưới cung cấp điện áp cao được dẫn qua cần tiếp điện tới MBA Đầu ra thứ cấp MBA có định mức điện áp phù hợp, dòng điện xoay chiều từ thứ cấp thông qua bộ nắn công suất lớn( bộ biến đổi chỉnh lưu) để biến dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều cung cấp các động cơ điện kéo 1 chiều Khi động cơ quay sẽ sinh ra mômen quay bánh xe, đầu máy chuyển động

Quá trình biến đổi: điện năng xoay chiều- điện năng 1 chiều- cơ năng

2.2 Khởi động và điều chỉnh vận tốc đoàn tàu

Vận tốc của đoàn tàu xác định:

v = 𝑈đ𝑐−𝐼.(𝑟đ+𝑅𝑘𝑑)

𝐶.∅

26 | P a g e

Uđc= 𝑈𝑚

𝑛 nếu có n động cơ mắc nối tiếp

Uđc- điện áp đặt vào động cơ; rđ- điện trở cuộn dây mạch phần ứng động cơ; Rkd- biến trở khởi động động cơ; C- hằng số động cơ; Ф- từ thông do cuộn kích từ sinh ra

Điều khiển vận tốc (v), có thể điều chỉnh 1 trong 3 đại lượng sau: Uđc; Rkd; và từ thông kích từ Ф

1 Thay đổi điện áp đặt vào 2 đầu cực động cơ

Khi R kd = 0 ta đặt 1 điện áp U’d vào 2 đầu động cơ thì:

v’ = v 𝑈′đ −𝐼đ.𝑟

𝑈đ.đ𝑚−𝐼đ.𝑟

với Uđ.đm- điện áp định mức động cơ

V - vận tốc ứng với Uđ.đm

Các phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ:

- Phân áp trên các cấp điện trở khởi động nối tiếp với động cơ

- Sắp xếp đấu nối động cơ từ nối tiếp sang song song

- Thay đổi điện áp nhờ các MBA đặt trên đầu máy

- Sử dụng các bộ biến đổi chỉnh lưu (điều chỉnh góc dẫn các bộ chỉnh lưu) hoặc điều chỉnh chu kỳ( tần số) dẫn các bộ băm xung 1 chiều) 1.1 Phân áp trên các cấp điện trở khởi động nối tiếp với động cơ

Khi đóng điện từ lưới tiếp xúc cung cấp cho động cơ điện kéo, mắc nối tiếp cuộn dây phần ứng biến trở khởi động nhiều cấp nếu không có mặt của biển trởi này thì roto không chuyển động lúc đó dòng điện qua động cơ: I= Ud/rđ với rđ- điện trở cuộn dây động cơ Tuy nhiên trong thực tế rđ rất nhỏ (0,18Ω) thì dòng điện qua động cơ vượt qua giới hạn cho phép Dưới tác dụng của dòng điện này sẽ làm hư hỏng cuộn dây stato và chổi điện

Vì vậy phải mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng (roto) và cuộn kích từ biến trở khởi động rđ làm giảm dòng khởi động đến giá trị cho phép

Nguyên tắc khởi động dùng biến trở:

Khi bắt đầu khởi động: I0= 𝑈

𝑟đ+𝑅𝑘𝑑

Rôto bắt đầu quay, ở trong cuộn dây của nó bắt đầu sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải E có hướng ngược với hướng điện áp động cơ Dòng điện khởi động khi sử dụng biến trở khởi động:

Ikd = 𝑈−𝐸

𝑟đ+𝑅𝑘𝑑

Biến trở khởi động phải có nhiều cấp khi loại bỏ mỗi cấp điện trở sẽ tạo

ra bước nhảy với lực kéo Trong thời gian khởi động, loại bỏ dần các phân đoạn điện trở nhờ các bộ đóng cắt

Ví dụ: sơ đồ khởi động bằng biến trở 4 cấp:

28 | P a g e

Theo mức tăng của vận tốc quay động cơ, M và I giảm khi M và I giảm đến giá trị nhỏ nhất cho phép Imin, Mmin bắt đầu loại bỏ phần biến trở khởi động khi đó I và M rất nhanh đạt giá trị Imax, Mmax khi đó động cơ làm việc theo đường đặc trưng 2 Khi loại bỏ hết biến trở khởi động, động cơ làm việc theo đường đặc trưng 4 của nó hay gọi là đường đặc trưng tự động

1.2 Phương pháp sắp xếp đấu nối động cơ từ nối tiếp sang song song (phương pháp này đơn giản và đảm bảo tính kinh tế)

- Cách mắc động cơ bằng phương pháp đoản mạch

- Cách mắc động cơ bằng phương pháp song song

- Cách mắc động cơ theo phương pháp hình cầu

Tuy nhiên phương pháp thứ 3 là ưu điểm nhất- dễ thực hiện, tạo được đặc tính êm dịu khi khởi động, sơ đồ đơn giản, thời gian chuyển tiếp rất nhỏ 0,5-0,75s vì vậy nó được sử dụng rất rộng rãi trong các loại metro E, Em,…

Chúng ta xem xét nguyên lý hoạt động của loại hình này:

Sơ đồ nguyên lý phương pháp đấu nối động cơ hình cầu:

Nguyên lý hoạt động: M1 mắc nối tiếp M2 khi 1, 3 đóng; 2, 4, 5- mở Sau khi loại bỏ hết các biến trở khởi động R1, R2 thì 3 mở, 4 đóng Tại vị trí chuyển, đóng 2, 5 và ĐC ĐK M1, M2 mắc theo so đồ hình cầu mạch trở thành

Quá trình chuyển đấu nối kết thúc khi mở 4 và M1 mắc song song M2

Để đảm bảo tính êm dịu khi khởi động người ta dùng bộ khống chế để điều khiển cấp điện trở Bộ khống chế 1 chiều (chỉ điều khiển theo chiều nối tiếp với động cơ) và bộ khởi khống chế 2 chiều (theo chiều nối tiếp và song song với động cơ)

Sơ đô nguyên lý:

2.3 Điều chỉnh điện áp nhờ dùng các MBA đặt trên đầu máy điện

Xem xét bộ điều chỉnh điện áp trên đoàn tàu (PTGT) điện dòng điện xoay chiều sử dụng ĐC ĐK 1 chiều Ưu điểm của hệ thống điện kéo dòng xoay chiều: không giới hạn lý thuyết việc tăng cấp điện áp nhờ MBA- TT với hệ số biến đổi KT điều chỉnh điện áp cung cấp ĐC ĐK nhờ bộ điều chỉnh điện áp PH

có thể điều chỉnh nhiều bậc hay điều hòa

Ưu điểm: rất đơn giản; Nhược điểm: cần phải chuyển mạch dòng điện lớn, số phần của cuộn thứ cấp bị giới hạn do kích thước lớn của các đầu ra

Điều chỉnh điện áp theo hướng cao áp (điện áp cuộn sơ cấp) liên quan đến MBA giảm áp với KT= const điện áp thay đổi từ 0 đến điện áp mạng tiếp xúc Um nhờ máy biến áp tự ngẫu AT

Nhược điểm: so với điều chỉnh ở hạ áp MBA: khối lượng MBA kéo lớn

và giảm hệ số hiệu suất η và công suất biến đồi ở mức độ điều chỉnh điện áp ĐC

ĐK UT.M

Trong giai đoạn này chưa xuất hiện các ưu điểm làm việc của các bộ chỉnh lưu và thiết bị bán dẫn, nên đối với PTGT điện dòng xoay chiều sử dụng

ĐC ĐK 1 chiều sử dụng phương pháp điều chỉnh này

Trên các đầu máy điện УC4, УC8 điều chỉnh điện áp ở phía sơ cấp Cuộn đây MBA tự ngẫu có 33 đầu ra và điều chỉnh được 32 cấp điện áp Điện áp chỉnh lưu của đầu máy УC4 trong giới hạn 0 đến 1040V còn dòng điện trong cuộn dây MBA tự ngẫu 300-400A với công suất này theo giờ là 5100kW

Đối với điều khiển điện áp phía hạ áp( cuộn thứ cấp), dòng chuyển mạch cao hơn 30-40 lần so với điều chỉnh điện áp phía cao áp Trong thực tế không thể sử dụng số phân đoạn cuộn dây thứ cấp bằng số bậc điều khiển điện áp của

ĐC ĐK Để tăng số bậc điều chỉnh điện áp khi giảm phân đoạn cuộn thứ cấp sử dụng các sơ đồ khác nhau

Sơ đồ điều chỉnh điện áp phía thứ cấp MBA kéo sử dụng trên đầu máy ӘP9: sơ đồ cùng với các van chuyển tiếp và điều chỉnh không đối xứng điện áp theo nửa chu kỳ, đảm bảo gấp 2 số cấp điều chỉnh điện áp so với số phân đoạn cuộn dây MBA

Nguyên tắc điều chỉnh:

- Cấp 1: điều chỉnh điện áp ∆Uđ của 1 phân đoạn MBA nối với chỉnh lưu cầu qua điện trở Rd Vì vậy điện áp đặt lên ĐC ĐK nhỏ hơn ∆Ud của 1 phân đoạn cuộn dây MBA

32 | P a g e

- Cấp 2: đóng 9, điện áp tăng lên ∆Ud

- Cấp 3: đóng 2 mở 12, nhưng ngắn mạch phân đoạn 2 cuộn dây MBA

nối với diode ngược nhau, còn điện áp chỉnh lưu tăng 1,5Ud do xuất hiện trạng

thái không đối xứng của chỉnh lưu: cực “+” bên trái so với mạch điều chỉnh đặt

điện áp 2∆UT, còn “+” bên phải do công tắc 12 mở nên là ∆UT

- Cấp 4: đóng 12 thì trạng thái chỉnh lưu đối xứng 2∆Ud

- Cấp 5: 2, 3 và 12 đóng, chỉnh lưu không đối xứng

Ở các cấp thay đổi điện áp kế tiếp, quá trình làm việc của sơ đồ lặp lại

* Chú ý: khi mắc trực tiếp sơ đồ chỉnh lưu cầu với ĐC ĐK thì làm kém đi

tính chất chuyển mạch và gây nên tổn hao lớn vì vậy lắp vào mạch mắc 1 biến

trở Rs.0// với cuộn kích từ

Trên đầu máy VL-60 KИ sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp cung

cấp cho ĐC ĐK theo sơ đồ:

*Nguyên lý điều khiển:

Trên đầu máy sử dụng MBA điều chỉnh điện áp cuộn thứ cấp (TT) số câp

điện áp là 8

- Trong miền điều chỉnh điện áp (Ud) đầu ra chỉnh lưu ( cung cấp cho ĐC

ĐK) thu được khi đóng contactor K1, tăng Ud bằng cách điều chỉnh góc mở α

củ thyristo VS1 và VS từ 1800 về α0= 150

- Trong miền 2: khi đóng K2, VS1 và VS2 tiếp tục làm việc tại góc mở

α0, còn việc điều chỉnh Ud được thực hiện bằng các điều khiển góc mở VS3,

VS4 Khi đó điện áp 1 cấp đặt vào chỉnh lưu diode chỉ ở phần nửa chu kỳ đến

góc α là ∆U, sau đó là 2∆U

- Sau đó thuật toán lại lặp lại tương tự, ở miền điều khiển 3, R1 mở và K3

đóng, VS3 và VS4 làm viêch tại α0, còn điều chỉnh Ud bằng cách điều chỉnh góc

mở VS1 và VS2 từ α=1800 về α0

- Nhược điểm của sơ đồ này là giảm hệ số công suất λ: λ=kH.cosφ

Với kH- hệ số sai lệch dòng điện và điện áp do tồn tại sóng hài

Φ- lệch pha dòng điện và điện áp sóng hài đầu tiên

sự làm việc các chỉnh lưu hình cầu tiếp theo

Ứng dụng: trên đầu máy điện ở các nước Pháp, THụy ĐIển, đầu máy Sr1 của Phần Lan, VL84 của Nga Đối với sơ đồ gồm 3 chỉnh lưu hình cầu thì tỉ lệ điện áp trên các phân đoạn cuộn dây thứ cấp MBA sẽ là: 1:2:3 hay 1:2:4 có thể

có 6 hay 7 miền điều khiển điện áp cung cấp cho ĐC ĐK

Nhược điểm: do các chỉnh lưu mắc nối tiếp nên tăng tổn hao năng lượng trên các van chỉnh lưu

Điều đó có thể khắc phục đối với các loại đầu máy VL80r và VL85; VL65 và EP1 sử dụng sơ đồ cầu cách ly

2.4 Điều khiển vận tốc của động cơ bằng cách thay đổi từ trường do cuộn dây kích từ sinh ra

Quá trình khởi động của động cơ điện kéo của đoàn tàu chia làm 2 giai đoạn:

1 Điều chỉnh điện áp ĐC ĐK hoặc điều chỉnh biến trở khởi động động cơ

2 Giảm từ trường của cuộn dây kích từ khi Rn= 0

Mức độ thay đổi từ trường cuộn dây kích từ đối với ĐC ĐK có cuộn kích

từ nối tiếp đặc trưng bởi hệ số điều chỉnh cuộn dây α, nó là tỉ số của lực từ khi thay đổi cuộn dây kích từ với lực từ trong trường hợp ( đầy) toàn bộ từ trường cuộn dây (Фmax)

Tính toán vận tốc khi điều chỉnh cuộn kích từ:

V’ = 𝑈Đ𝑐 −𝐼Đ𝐶.𝑟′

𝐶.∅′ (1)

Với - r’ = α.rkt

C.Ф’- từ thông tại I’ĐC và lực từ ~ IĐC

Đặc tính kéo khi thay đổi cuộn dây kích từ F’= f(I ĐC) được xác định theo

36 | P a g e

Đối với ĐC ĐK làm việc trên toa tàu metro hay đoàn tàu đường dài với dòng điện qua cuộn dây kích từ Imax trạng thái khuếch đại từ trường cuộn dây kích từ còn trong trạng thái làm việc lâu dài Ikt chỉ đạt được 0,5Imax

- Với ĐC ĐK 1 chiều có cuộn kích từ mắc hỗn hợp với ưu điểm vượt trội của cuộn kích từ nối tiếp thực hiện giống ĐC ĐK có cuộn kích từ mắc nối tiếp

- Với ĐC ĐK 1 chiều có cuộn kích từ mắc hỗn hợp với ưu điểm vượt trội cuộn kích từ song song thực hiện thay đổi dòng kích từ Iω cuộn song song

- Tỉ lệ lực từ của cuộn dây song song và nối tiếp đặc trưng bởi tỉ lệ β F max cuộn kích từ song song (I ωmax ω ω ) với lực từ cuộn dây kích từ nối tiếp trong

trạng thái dòng điện định mức (theo thời gian) I đm (I đm ω c )

𝐼đ𝑚.𝜔𝑐

*Các phương pháp thay đổi từ trường cuộn dây kích từ:

- Sự mắc sun cuộn dây kích từ (Phân dòng cấp cho cuộn dây kích từ)

- Điều chỉnh số vòng dây cuộn kích từ

- Điều chỉnh cuộn kích từ với sự giúp đỡ của bộ kích từ

- Điều chỉnh xung cuộn kích từ

1 Phương pháp bớt số vòng cuộn kích từ (điều chỉnh số vòng dây cuộn dây kích từ)

𝐹(𝜙𝑚𝑎𝑥) = 𝐼.𝜔′

𝐼.𝜔

ω- số vòng dây cuộn kích từ

ω’- số vòng dây sau khi bớt đi ω’’ vòng dây cuộn kích từ (ω=ω’+ω’’)

Sơ đồ nguyên lý đơn gian nhất ( sơ đồ 14)

- Từ trường đầy đủ cuộn dây kích từ: 1 đóng, 2 mở

- Từ trường giảm: 1 mở, 2 đóng

Nếu 1 không mở khi 2 đóng thì trong trường hợp tăng giảm lớn dòng điện

ở ĐC ĐK tại cuộn dây ω’’ giống như cuộn thứ cấp MBA sẽ tạo ra sức điện động cảm ứng, gây nên dòng điện ω1 gây ra Vì vậy có thể gây nên ngọn lửa hồ quang trên ống góp động cơ

Có thể thay đổi số vòng dây cuộn kích từ nhiều cấp Sơ đồ nguyên lý giảm từ trường cuộn dây kích từ 2 cấp

Thay đổi số vòng dây cuộn dây kích từ 3 cấp:

Ưu điểm: đặc tính kéo ổn định ( α không phụ thuộc vào nhiệt độ)

Nhược điểm: ĐC ĐK cấu tạo phức tạp do tăng kích thước nên động cơ trở nên đắt hơn Vì vậy ít dùng phương pháp này

2 Mắc cuộn dây song song với cuộn kích từ nối tiếp (Phân dòng cho cuộn dây kích từ)

Α= 𝐼𝐵 𝜔 𝐼.𝜔= 𝐼𝐵

𝐼.

Với: IB- dòng điện qua cuộn dây kích từ nối tiếp

Uω- cuộn điện kháng mắc song song

cần tiếp điện) thì 1 phần lớn đong điện phần ứng qua điện trở rS mắc song song Như vậy OB sẽ chứa tính điện cảm lớn, vì thế tại thời điểm chuyển mạch xuất hiện dòng điện xung dẫn đến ngọn lửa hồ quang trên ống góp động cơ Để loại

bỏ hiện tượng này ta mắc 1 hay nhiều cuộn dây vào lõi thép động cơ

3 Phương pháp điều khiển đong điện ở cuộn kích từ nối tiếp hoặc song song đối với động cơ điện 1 chiều có cuộn kích từ nối hỗn hợp

- Đối với cuộn kích tù mắc nối tiếp- sử dụng cuộn dây song song

- Đối với cuộn kích từ mắc song song- sử dụng biến trở

Sức từ động: F = FB ± FS = IĐC.ωB ± IS.ωS

- Điều chỉnh từ trường kích từ có thể bằng cách tăng giảm biến trở RS

Ưu điểm: cấu tạo đơn giả, không cần dùng nhiều cuộn cảm

Nhược điểm: tổn hao năng lượng nhiều đặc tính kéo không ổn định