Khái quát về động cơ điên một chiều

 đợc gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của MTa có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơtrong hệ đơn vị tơng đối, với điều kiện từ thông là định Trong đó: cb * dm * RR ,M MM

chơng III khái quát về động cơ điện một chiều

3.1 Đặc tính động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và

điện áp không đổi thì mạch kích từ thơng mắc song songvới mạch phần ứng, lúc này động cơ đợc gọi là động cơ kích

từ song song

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớnthì mạch điện phần ứng và mạch điện phần ứng và mạchkích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau(H3.2) lúc này động cơ đợc gọi là động cơ kích từ độc lập

3.1.1.Phơng trình đặc tính cơ

Theo sơ đồ H.3.1 và H.3.2, có thể viết phơng trìnhcân bằng điện áp của mạch phần ứng nh sau:

+

lập

E

Trong đó:

P – Số đôi cực từ chính,

N – Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

 - số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phầnứng

Nếu biểu diễn sức điện động tốc độ quay n(vòng/phút) thì:

36

Và

55,9

n60

K

Từ (3-1) và (3-2) ta có:

u f u

K

RRK

Biểu thức (3-4) là phơng trình đặc tính cơ điện của

U

2 f u u

ơng trình đặc tính cơ (3-7) là tuyến tính Đồ thị củachúng đợc biểu diễn trên hình 3-3 và hình 2-4 là những đ-ờng thẳng

Theo các đồ thị trên, khi I = 0 hoặc M = 0 ta có:

RR

U

(3-12)

KU

K

RI

R

2 u

 đợc gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M

Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơtrong hệ đơn vị tơng đối, với điều kiện từ thông là định

Trong đó:

cb

* dm

*

RR

,M

MM

;I

II

3.2-1: Khái niệm chung

Về phơng diện điều chỉnh tốc độ động cơ điện mộtchiều có nhiều u việt hơn so với các loại động cơ khác,không những nó có khả năng điều chỉnh dễ dàng mà cấutrúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại

đạt chất lợng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độrộng

Thực tế có 2 phơng pháp cơ bản để điều chỉnh tốc

độ động cơ điện 1 chiều

- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơCấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc

độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến

đổi Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động cơ

hoặc mạch kích từ động cơ Cho đến nay thờng sử dụngbốn loại bộ biến đổi chỉnh.

- Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kép mátphát một chiều hoặc máy điện khuếch đại (KĐM)

- Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại (KDT)

- Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn: chỉnh lu tiristo )CLT)

- Bộ biến đổi xung áp một chiều: tiristo hoặc tranzito(BBĐXA)

Tơng ứng với các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền

- Hệ truyền động xung áp động cơ (XA-Đ)

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động,

điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có loại điềukhiển theo mạch kín (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự

động) và loại điều khiển mạch hở (hệ truyền động điềukhiển hở) Hệ điều chỉnh truyền động điện có cấu trúcphức tạp, nhng có chất lợng điều chỉnh cao và dải điềuchỉnh rộng hơn so với hệ truyền động hở

Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ độngcơ một chiều còn đợc phân loại theo truyền động có đảochiều quay và không đảo chiều quay Đồng thời tuỳ thuộcvào các phơng pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền độnglàm việc ở một góc phần t, hai góc phần t và bốn góc phần t

40

3.2.2 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều

cần có thiết bị nguồn nh máy phát điện một chiều kích từ

độc lập, các bộ chỉnh lu điều khiển… Các thiết bị nguồn

này có chức năng biến năng lợng điện xoay chiều thành một

I.K

RRK

E

dk 0

u dm

ud b

dm b

Vì từ thông của động cơ đợc giữ không đổi nên độ

tởng thì tùy thuộc vào gía trị điện áp điều khiển Uđk của hệthống, do đó có thể nói phơng án điều chỉnh này là triệt để.

Để xác định điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độlớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặctính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng

đợc giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điềuchỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômenkhởi động Khi mômen tải là định mức thì các giá trị lớnnhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

0 min

dm max

0 max

tính cơ là các đờng thẳng song song nhau, nên theo địnhnghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết

1M

M1K

MD

1KM1MM

M dm

max 0

dm M

dm max

0

M

dm dm

min nm min

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị 0max, Mđm, Km

là xác định Vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyếntính vào độ cứng  Khi điều chỉnh điện áp phần ứng

động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trởtổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng

động cơ Do đó có thể tính sơ bộ đợc

dm max

nh trên là không thoả mãn đợc

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tínhcơ tĩnh của chuyển động một chiều kích từ độc lập làtuyến tính kkhi điều chỉnh điện áp, phần ứng thì độ cứngcác đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là nh nhau, do

đó độ sụt tốc tơng đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tínhtấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vợt quágiá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc vớisai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều

chỉnh Sai số tơng đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhấtlà:

min 0 min

0

min min

dm

MS

Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứngthì từ thông kích từ đợc giữ nguyên, do đó mômen tải chophép của hệ số là không đổi

dm dm

dm cp

.

c K I M

Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mô men nằmg trong

các trục tọa độ Tổn hao năng lợng chính là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hâo không đổi trong hệ

2 u u u

u u u

K

MRR

IEI

EI

RM

Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mômen do động cơ

đáng kể hiệu suất của hệ

dt

dr

r

e

k b

k k

1

1Hình 3-3: Quan hệ giữa hiệu suất truyền động và

tốc độ với các loại tải khác nhau

rb - điện trở của nguồn điện áp kích thích

Trong chế độ xác lập ta có quan hệ:

k b

k

k r r

ei



Thờng khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng

đợc giữ nguyên bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơthấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặctính có điện áp phần ứng định mức, từ thông dịnh mức và

đợc gọi là đặc tính cơ bản (đôi khi chính là điều chỉnh

đặc tính tự nhiên của động cơ) Tốc độ lớn nhất của dải

điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạchcủa cổ góp điện Khi giảm từ thông để tăng tốc quay của

cổ góp điện Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của

động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch bình

ph-ơng thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kếtquả là mômen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh.Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng

đặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kíchthích

46

số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện:

k b

rr

Ci

Hình 3-4: Sơ đồ thay thế (a) đặc tính điều chỉnh khi

3.3: Hệ truyền động tiristo - động cơ một chiều

có đảo chiều quay

3.3.1 Khái niệm chung

Do chỉnh lu tiristo dẫn dòng theo một chiều và chỉ

điều khiển đợc khi mở, còn khoá theo điện áp lới cho nên truyền động van thực hiện đảo chiều khó khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát - động cơ Cấu trúc mạch lực

cũng nh mạch điều khiển hệ truyền động T- Đ đảo chiều cóyêu cầu an toàn và có logic điều khiển chặt chẽ

Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền

Trong thực tế các sơ đồ truyền động (T - Đ) đảo chiều

có nhiều song đều thực hiện theo một trong hai nguyên tắctrên và đợc phân ra năm loại sơ đồ chính (Hình III-51, b, c,

Hình 3-5b: Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho ứng động cơ và đảo chiều quay bằng công tắc chuyển mạch ở phần ứng (từ thông giữ không đổi)

b)

ld

Hình 3-5e: Truyền động dùng hai hai bộ biến đổi nối theo sơ

đồ chéo điều khiển chung

Hình 3-5c: Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho ứng

điều khiển riêng

Hình 3-5d: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song

điều khiển chung

d)

+

-e)

~

Đ

+

-c)

ld

Mỗi loại sơ đồ có u nhợc điểm riêng và thích hợp với từngloại tải và yêu cầu công nghệ:

Loại H.3-5a: dùng cho động cơ công suất lớn rất ít đảochiều

Loại H.3-5b: dùng cho động cơ công suất nhỏ, tần số

đảo chiều thấp,

Loại H.3-5c: Dùng cho động cơ mọi dải công suất có tần

số đảo chiều lớn

Loại H.3-5d; e: dùng cho động cơ giải công suất có tần

số đảo chiều cao, so với ba loại trên thì nó thực hiện đảochiều êm hơn, nhng lại có kích thớc cồng kềnh Vốn đầu t vàtổn thất lớn hơn

Về nguyên tắc mạch điều khiển, có thể chia làm hailoại chính: điều khiển riêng và điều khiển chung Các sơ

đồ H.3 5a, b, c có nguyên tắc mạhc điều khiển gần giốngnhau là phải khoá các bộ biến đổu mạch phần ứng để cắtdòng, sau sau đó tiến hành chuyển mạch, nh vậy khi d tồntại, một thời gian gián đoạn Sơ đồ H.3-5d, e dùng nguyên tắc

điều khiển liên tục Sau đây ta sẽ phân tích hai sơ đồ

đặc trng là H.3- 5c, d

3.3.2: Truyền động T - Đ đảo chiều

1 Truyền động T - Đ đảo chiều điều khiển riêng

Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng sẽnhau, tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển một bộbiến đổi còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển

động của các bộ phát xung này đợc quy định bởi các tín

bằng đồ thị thời gian Trong khoảng thời gian 0  t1, BĐ1 làm

thời gian trễ t 3 t2, BĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng điện

52

vợt quá giá trị cho phép, động cơ đợc hãm tái sinh, nếu nhịp

dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngợc không đổi,

điều này đợc thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự

il1, il2, là các tín hiệu logic Đầu vào b1, b2 là các tín hiệu logic

đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển

i1L (i2L) = 1 – có dòng điện chạy qua BĐ1 (BĐ2)

b1(b2) = 1 – khoá bộ phát xung FX1 (FX2),

Hệ truyền động vẫn đảm chiều điều khiển riêng có u

điểm là làm việc an toàn, không có dòng điện cân bằngchảy giữa các bộ biến đổi, song cần một khoảng thời giantrễ trong đó dòng điện động cơ bằng không

2 Truyền động (T - Đ) đảo chiều điều khiển chung

Trên hình 3-7 mô tả một ví dụ về hệ T - Đ đảo chiều

điều khiển chung tại một thời điểm cả hai bộ biến đổi

đều nhận đợc xung mở, nhng chỉ có một bộ biến đổi cấpdòng cho chỉnh lu, còn bộ biến đổi kia làm việc ở chế độ

đợi

2

, 2 >

2

 sao cho

cơ mà không thể chảy từ BĐ1 sang BĐ2 đợc Để đạt đợc trạngthái này thì các góc điều khiển phải thoả mãn điều kiện:

1   - 1 hay 2  1

trị lớn nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi đang làm việc ở chế độ nghịch lu đợi phải là:

max =  - (max + )

54

Nếu tính đến góc chuyển mạch  và góc khoá  thì giátrị lớn nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi đang làm việc ở chế độ chỉnh lu là:

min   + Nếu chọn Ed1 = Ed2 thì 1 + 2 =  và ta có phơngpháp điều khiển chung đối xứng khi sđđ tổng trong mạchvòng giữa hai bộ biến đổi số triệt tiêu và dòng điện trungbình chảy òng qua 2 bộ biến đổi cũng triệt tiêu

0R

EEI

cb

2 1

cb   Trong đó:

thực tế điều khiển thờng dùng phơng pháp điều khiểnchung không đối xứng, tức là 2 >  - 1 Khi đó Ed2 > Ed1

và không có dòng điện cân bằng

Trong các phơng pháp điều khiển chung, mặc dù đã

bình của dòng cân bằng, song giá trị tức thời của Sđđ các

hiện thành phần xoay chiều của dòng điện cân bằng Đểhạn chế biên độ dòng điện cân bằng thờng dùng các cuộn

(H.3-7) dòng điện cân bằng chảy trong hai vòng độc lập vòng I

và vòng II, mỗi vòng tạo thành một chỉnh lu 3 pha 3 phahình tia Trên các hình 3-7, 3-8 giới thiệu quá trình điện áp

áp Uđk1 và UdA2 đợc đo giữa các điểm Ku và A2 của củachỉnh lu đối với điểm trung tính của nguồn xoay chiều ba

56

pha, điện áp chỉnh lu Ed1 đợc đo giữa điểm 1 và trung tínhnguồn Trên hình 3-7 mô tả quá trình điều khiển chung đốixứng, có thể thấy rõ tác dụng giảm biên độ dòng cân bằngkhi điều khiển chung không đối xứng Dạng điện áp chỉnh

kháng cân bằng

Ed1 = Udkf - cb Udk1 Udk2

2

1U2

+ Nhợc điểm chủ yếu của hệ T - Đ là do các van bán dẫn

có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lu ta có biên độ đạpmạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền

động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn

thấp