Trang bị điện

Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện - cơ cũng như gia công truyền tín hi

Chơng1: cơ sở truyền động điện.

1.1 Cơ sở động học hệ truyền động điện.

1.1.1 Cấu trúc chung và phân loại

Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị nh: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết

bị điện tử, phục vụ cho việc biến đổi năng lợng điện - cơ cũng nh gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lợng đó

Cấu trúc của một hệ truyền động điện gồm 2 phần chính:

- Phần lực: là bộ biến đổi và động cơ truyền động Các bộ biến đổi thờng dùng là bộ biến

đổi máy điện (máy phát một chiều, xoay chiều), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hoà), bộ biến đổi điện tử (chỉnh lu tiristơ, biến tần tranzito, tiristơ) Động cơ

điện có các loại:động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ, không đồng bộ và các loại

động cơ điện đặc biệt khác …

- Phần điều khiển gồm các cơ cấu đo lờng, các bộ điều chỉnh công nghệ, ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển, đóng cắt phục vụ công nghệ và cho ngời vận hành Đồng thời một số hệ truyền động điện có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác trong một dây chuyền sản xuất

Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, không phải hệ truyền động điện nào cũng có đầy đủ cấu trúc nh vậy Cho nên có thể phân loại hệ truyền động điện nh sau:

- Truyền động không điều chỉnh:

thờng chỉ có động cơ nối trực tiếp với

lới điện, quay máy sản xuất với một

mô men, lực kéo và truyền động điều

chỉnh vị trí Trong cấu trúc hệ truyền

động có điều chỉnh có thể là truyền

động nhiều động cơ Ngoài ra, tuỳ

thuộc vào cấu trúc và tín hiệu điều

khiển ta có hệ truyền động điều khiển

số, tơng tự hoặc truyền động điều

Hình 1.1: Mô tả cấu trúc của hệ truyền động.

BBĐ- Bộ biến đổi; ĐC- Động cơ truyền động; MSX- Máy sản xuất; RT- Bộ đ.chỉnh công nghệ; KT- Các bộ

đóng cắt phục vụ công nghệ; R- Các bộ điều chỉnh truyền động; K- Các bộ đóng cắt phục vụ truyền

động; VH- Người vận hành; GN- Mạch ghép nối

1.1.2 Phơng trình động học của truyền động điện.

Phơng trình cân bằng năng lợng của hệ truyền động điện

Trong đó: W là năng lợng đa vào động cơ

Wc là năng lợng tiêu thụ của máy truyền động điện

∆W là mức chênh năng lợng giữa năng lợng đa vào và năng lợng tiêu thụ

1 ( dt

d 1 dt

dW 1 dt

dW

ω ω

=

ω là mô men cản.

M ) J 2

1 ( dt

dJ 2

1 dt

d J

Thông thờng dJ/dt = 0, vì vậy ta có phơng trình động học thờng dùng là:

c

M dt

d J

Phơng trình (1 - 14) mô tả quá trình quá độ về cơ của hệ truyền động điện Có thể giải

nó bằng phơng pháp giải tích, đồ thị hoặc số, tuỳ theo đặc tính M(ω) và Mc(ω)

1.1.3 Quy đổi mô men cản, lực cản và mô men quán tính, khối lợng quán tính.

Trên hình1.5 mô tả cấu trúc cơ học tổng quát của truyền động, mỗi một cơ cấu của truyền động điện đều có các đại lợng ω, Μ, ν, F và mô men quán tính J Để dễ dàng cho việc nghiên cứu và tính toán, ngời ta thờng quy đổi tất cả các đại lợng đó về trục động cơ Nguyên tắc tính toán quy đổi là đảm bảo năng lợng của hệ trớc và sau khi quy đổi không thay đổi

a Tính quy đổi mô men M c và lực cản F c về trục động cơ.

- Giả sử khi tính toán và thiết kế ngời ta cho giá trị của mô men tang trống Mt qua hộp giảm tốc có tỉ số truyền là i và hiệu suất là ηi Mô men này sẽ tác động lên trục động cơ có giá trị Mcqđ:

i

t t

đ cq

M

= M

1 M

= M

i t

i

.

V F

ω η

ρ η ω η η

1

F

=

V

F

=

t i

Jt,ωt, Mt

Hình 1.2: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ hàng.

1) Động cơ điện; 2) Hộp tốc độ; 3)Tang quay; 4) Tải trọng

Các cặp bánh răng có mô men quán tính J1…JK, mô men quán tính tang trống Jt, khối ợng quán tính động cơ Iđ đều có ảnh hởng đến tính chất động học của hệ truyền động.

l-Nếu xét điểm khảo sát là đầu trục động cơ và quán tính chung của hệ truyền động tại

điểm này ta gọi là Jqđ Lúc đó, phơng trình động năng của hệ là:

2

V m + 2 J + ) 2 J +

+ 2 J ( + 2 J

= 2

J

2 2

t t

2 k K

2 1 1

ω ω

Jqđ = Jđ 2 2

T

T K

1 2

K

ρ

m i

J ) i

J (

k

+ +

1.2 đặc tính cơ của truyền động điện.

1.2.1 Khái niệm chung về đặc tính cơ của động cơ điện

Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa mô men và tốc độ quay của động cơ Ta

có đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, nếu nh động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức không nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ) Trên đặc tính tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có giá trị Mđm, ωđm Đặc tính cơ nhân tạo của

động cơ là đặc tính khi ta thay đổi tham số nguồn hoặc nối thêm điện trở, điện kháng vào

cơ cứng, tốc độ ít thay đổi khi

mô men thay đổi lớn Truyền

ω ∆ω2 ∆ω1

21

Hình 1.3: Độ cứng đặc tính cơ.

1: đặc tính cơ cứng tuyệt đối; 2: đặc tính cơ cứng; 3:

đặc tính cơ mềm

1.2.2 Đặc tính cơ của máy sản xuất.

Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng Tuy vậy phần lớn nó đợc biểu diễn dới dạng biểu thức tổng quát:

ví dụ về máy phát một chiều tải thuần trở

+ α = 2, mô men tỉ lệ bậc hai với tốc độ là đặc tính của máy bơm, quạt gió

+ α = -1, mô men tỉ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu máy cuốn dây, máy cuốn giấy, các truyền động quay trục chính máy cắt gọt kim loại có đặc tính thuộc loại này

Ngoài ra, một số cơ cấu của máy có đặc tính khác, ví dụ:

- Mô men phụ thuộc vào góc quay Mc = f(ϕ) hoặc mô men phụ thuộc vào đờng đi Mc = f(s), trong thực tế các máy công tác có pittông, các máy trục không có cáp cân bằng có đặc tính thuộc loại này

- Mô men phụ thuộc vào số vòng quay và đờng đi Mc =f(ω,s) nh các loại xe điện

- Mô men phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t), ví dụ nh máy nghiền đá, quặng

M 0

Hình 1.4: a) Dạng đặc tính cơ của một số máy s.xuất.

α = 0 ; 2) α = 1 ; 3) α = 2 ; 4) α = -1b) Dạng đặc tính cơ có tính thế năng

- Mô men cản thế năng có đặc tính của mô men phản kháng và không phụ thuộc vào chiều quay.

- Mô men cản phản kháng luôn chống lại chiều quay nh mô men ma sát, mô men của cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại

1.2.3 Hệ đơn vị tơng đối

Để đơn giản trong tính toán hoặc để dễ dàng so sánh, đánh giá các chế độ làm việc của

đông cơ, trong nhiều trờng hợp, ngời ta sử dụng hệ đơn vị tơng đối

Để biểu diễn một đại lợng nào đó dới dạng tơng đối ta lấy trị số của nó chia cho trị số cơ bản của đại lợng đó Trị số cơ bản có thể chọn tuỳ ý sao cho việc tính toán đơn giản, thuận tiện Trong TĐĐ, thờng chọn các đại lợng cơ bản là các giá trị định mức: Uđm, Iđm, ωđm,

Mđm, Rcb,

Ví dụ:

Điện áp tơng đối là: U* = U/Uđm hoặc U*% = 100%U/Uđm

Mô men tơng đối là: M* = M/Mđm hoặc M*% = 100%M/Mđm

Lu ý:

- Tốc độ cơ bản của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ hỗn hợp thờng chọn

là tốc độ không tải lý tởng ω0 (ω*= ω/ω0), của động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ là tốc độ đồng bộ ω1 (ω*= ω/ω1), của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là tốc độ định mức ωđm

(ω*= ω/ωđm)

- Trị số điện trở cơ bản Rcb

+ Của động cơ một chiều thờng đợc tính qua công thức: Rcb = Uđm/Iđm

+ Của động cơ xoay chiều, thờng điện kháng định mức ở mỗi pha của rô to nhỏ hơn rất nhiều so với tổng trở định mức nên ta coi Rcb = Zcb

Khi mạch rô to đấu Y:

dm

nm cbY

I

E R

2

2

3

=

Khi mạch rô to đấu ∆: Rcb ∆= RcbY/2

Trong đó E2nm là sức điện động ngắn mạch của rô to

I2nm là dòng điện định mức ở mỗi pha của rô to

1.2.4 Trạng thái làm việc của truyền động điện.

Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lợng điện - cơ Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của truyền động điện

Định nghĩa: Dòng công suất điện Pđiện có giá trị dơng nếu nh nó có chiều truyền từ nguồn và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ Pcơ = M.ω cấp cho máy sản xuất Công suất cơ này có giá trị dơng nếu mô men động cơ sinh ra có chiều cùng chiều với

tốc độ quay Ngợc lại, công suất điện có giá trị nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mô men động cơ sinh ra ngợc chiều với tốc độ quay Mô men của máy sản xuất đợc gọi là phụ tải hay mô men cản

Nó cũng đợc định nghĩa dấu âm và dơng, ngợc lại với dấu mô men động cơ

Phơng trình cân bằng công suất của hệ truyền động điện là:

Trong đó: Pđ: công suất điện Pc: công suất cơ ∆P: tổn thất công suất

Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lợng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của động cơ gồm: Trạng thái động cơ và trạng thái hãm:

- Trạng thái động cơ gồm chế độ có tải và chế độ không tải

- Trạng thái hãm gồm: hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngợc và hãm động năng

Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0 cơ năng biến thành điện năng trả về lới

Hãm ngợc: Pđiện > 0, Pcơ < 0 điện năng và cơ năng chuyển thành tổn thất ∆P

Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0 cơ năng biến thành công suất tổn thất ∆P

Biểu đồ công suất Pđiện Pcơ ∆P Trạng tháilàm việc

4

< 0

< 0 =

= 0 < 0 =

c

P

Hãm động năng

Trạng thái hãm và trạng thái động cơ đợc phân bố trên đặc tính cơ ω(M) ở góc phần t

II, IV: trạng thái hãm, góc phần t I, III (Hình 1 4)

1.2.5 Điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện.

Khi M = Mc thì hệ truyền động điện làm việc ổn định Điểm làm việc ổn định là giao

điểm của đặc tính cơ của động cơ ωM và của máy sản xuất ωMc Tuy nhiên, không phải bất kỳ động cơ nào cũng có thể làm việc với các loại tải mà nó phải có điểm giao nhau

đó thoả mãn điều kiện ổn định, ngời ta gọi là ổn định tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa

động cơ với tải

Để xác định điểm làm việc ta dựa vào phơng trình động học của truyền động điện (1 - 14) tại giao điểm:

) ](

)

M ( )

M [(

Trạng thái động cơ

Trạng thái hãm

đωω

Trên H1.6a, b xét các điểm làm việc ổn định của hệ truyền động ở tại điểm khảo sát ta xét thấy 3 điểm A, B, C là điểm làm việc ổn định, còn điểm D là điểm làm việc không ổn

Động cơ một chiều kích từ độc lập là động cơ một chiều có mạch kích từ đợc cấp

điện từ nguồn một chiều độc lập với nguồn cấp cho mạch phần ứng

+ r [Ω]: Điện trở cuộn dây phần ứng

+ rcf [Ω]: Điện trở cuộn dây cực từ phụ

ωc

ω' c

M, MC

ω

MC2

M b

ω Φ

= ω Φ π

2 là hệ số cấu tạo của động cơ

N: số đôi thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng động cơ

P: số đôi cực từ chínha: số đôi mạch nhánh song song

Φ [Wb]: từ thông kích từ dới một cực từNếu biểu diễn sđđ theo tốc độ quay n [vòng/phút] thì:

pN

55 9

U

Φ

− Φ

=

Biểu thức (1.20) đợc gọi là đặc tính cơ điện của động cơ

Ta lại có mô men điện từ của động cơ:

R K

U

2

Φ

− Φ

=

) K (

R K

2

Φ

− Φ

với giả thiết bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép từ thi mô men điện từ bằng mô men cơ trên trục động cơ Biểu thức (1.22) chính là đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập

) K (

M R K

Từ phơng trình đặc tính cơ (1.27) ta thấy có ba tham số ảnh hởng đến đặc tính cơ, đó là: từ thông động cơ Φ, điện áp phần ứng U và điện trở phần ứng động cơ R Ta sẽ lần lợt xét

ảnh hởng của từng tham số:

a ảnh hởng của điện trở phần ứng

Giả thiết U = Uđm =const, Φ = Φđm = const Muốn

thay đổi điện trở phần ứng động cơ ta nối thêm điện trở

phụ Rf vào mạch phần ứng Khi đó:

) K (

- Đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớn nhất trong các đờng đặc tính có Rf

- ứng với một giá trị tải Mc, nếu Rf càng lớn thì độ dốc của đặc tính càng lớn, tốc độ càng giảm, dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch cũng giảm

ứng dụng:

Phơng pháp này thờng đợc sử dụng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dới tốc

độ cơ bản, thờng đợc ứng dụng trong các hệ TĐĐ công suất nhỏ và trung bình vì đối với các

hệ TĐĐ công suất lớn việc đa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng sẽ gây tổn thất năng ợng lớn

Mc

Hình 1.9 Các đặc tính cơ của ĐC một chiều kích từ độc lập khi thay

đổi (tăng) điện trở phụ

=const

Nhận xét:

- Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta

đợc một họ đặc tính song song với đặc tính cơ tự nhiên

- Khi giảm áp đặt vào động cơ ứng với một phụ tải

Mc nhất định thì tốc độ, mô men ngắn mạch, dòng điện

Nh vậy khi điều chỉnh từ thông thì đặc tính cơ điện và đặc tính cơ là không đồng nhất Khi giảm từ thông ta thu đợc một họ các đờng đặc tính cơ điện đi qua điểm (0,Inm) còn trên

đặc tính cơ ta có các giá trị mô men ngắn mạch tơng ứng với các giá trị của từ thông Tuỳ thuộc vào dạng mô men phụ tải mà tốc độ động cơ có thể tăng hay giảm khi giảm từ thông

ứng dụng: phơng pháp này dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ trên tốc độ cơ bản.

áp của lới điện Để hạn chế dòng điện khởi động ta

có thể giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ hoặc

đa thêm điện trở phụ Rf vào phần ứng ĐC Phơng

pháp giảm điện áp phần ứng chỉ thực hiện đợc với

các hệ TĐĐ có bộ biến đổi điện áp Phơng pháp đa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng

ĐC đợc sử dụng khi ĐC đợc nối vào nguồn có điện áp cố định Sau đây ta sẽ xét phơng pháp thứ hai, còn phơng pháp thứ nhất sẽ đợc nghiên cứu trong những phần sau

Sơ đồ đấu dây của ĐC nh hình 1.13:

Trị số điện trở tổng mắc trong mạch khởi động đợc chọn sao cho khi khởi động (ω = 0) thì dòng khởi động có trị số không vợt quá 2,5 lần Iđm để đảm bảo an toàn cho ĐC và hệ TĐĐ Ngoài ra Inm cũng không đợc nhỏ quá khiến cho Mnm nhỏ đi so với mô men cản Ngời

ta thờng tính toán điện trở khởi động sao cho:

K U

+

ω Φ

−

(2.19)Muốn cho quá trình tăng tốc độ đợc tiến hành

đều đặn và để cho ĐC làm việc ổn định ở tốc độ cao

a

b c

e g A

Hình 1.14 Đặc tính khởi động qua 3

cấp điện trở phụ

trên đặc tính tự nhiên ta phải cắt dần các điện trở phụ Việc cắt dần các điện trở phụ đợc thực hiện nhờ tiếp điểm của các công tắc tơ 1K, 2K, 3K.

Trong quá trình khởi động ĐC sẽ làm việc trên một họ các đặc tính cơ nhân tạo có độ dốc giảm dần ứng với việc cắt dần các điện trở phụ Cuối cùng ĐC tăng tốc độ trên đặc tính

tự nhiên và làm việc ổn định tại điểm làm việc A Tại đó dòng qua ĐC bằng dòng tải Iđ = Ic

a Hãm tái sinh (hãm trả năng lợng về lới)

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tởng ω0 Khi hãm tái sinh E > U, động cơ làm việc nh một máy phát điện song song với lới So với chế độ ĐC, dòng điện và mô men hãm đã đổi chiều và đợc xác định theo biểu thức:

0

<

ω Φ

− ω Φ

R

E U

Trong trạng thái hãm tái sinh,

dòng điện hãm đổi chiều và công suất đợc

đa trả lại lới điện có giá trị P = (E - U)I

Đây là phơng pháp hãm kinh tế nhất vì

động cơ sinh ra điện năng hữu ích

Trong thực tế, cơ cấu nâng hạ của

cần trục khi nâng tải ĐC đợc đấu vào

ω

M

McHạ tải

E

Hình 1.15 Đặc tính hãm tái sinh của ĐC một

chiều kích từ độc lập

nguồn theo cực tính thuận và làm việc trên đặc tính cơ nằm trong góc phần t thứ nhất Khi muốn hạ tỉa ta phải đảo chiều điện áp phần ứng ĐC Lúc này nếu mô men do tải trọng gây ra lớn hơnmô men ma sát trong các bộ phận chuyển động của cơ cấu, ĐC sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh Khi hạ tải để hạ chế dòng khởi động ta đóng thêm điện trở phụ vào phần ứng ĐC Tốc độ ĐC tăng dần đến khi đạt giá trị ωo ta cắt điện trở phụ, ĐC tăng tốc độ trên đ-ờng đặc tính tự nhiên Khi ω >ωo, mô men điện từ của ĐC đổi dấu trở thành mô men hãm

Đến điểm A thì Mh = Mc, tải trọng đợc hạ với tốc độ ổn định ωođ, trong trạng thái hãm tái sinh

- Đa điện trở phụ vào mạch phần ứng (hình 1.17):

Giả sử ĐC đang làm việc nâng tải với tốc độ xác

lập ứng với điểm a Ta đa một điện trở phụ đủ lớn vào

phần ứng, ĐC chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc

tính biến trở

Tại b do mô men ĐC nhỏ hơn mô men cản nên

ĐC giảm tốc độ nhng tải vẫn theo chiều nâng lên Đến c

tốc độ ĐC bằng 0 nhng mô men ĐC vẫn nhỏ hơn mô

men cản nên dới tác động của tải trọng ĐC quay theo

chiều ngợc lại Tải trọng đợc hạ xuống với tốc độ tăng

dần Đến điểm d mô men ĐC cân bằng với mô men cản,

hệ ổn định với tốc độ hạ không đổi ωođ Nh vậy cd là

đoạn đặc tính hãm ngợc Khi hãm ngợc tốc độ ĐC đổi

chiều, sđđ đổi chiều:

f

ư f

R

E U

I

+

ω Φ +

= +

+

Nh vậy ở đặc tính hãm ngợc sđđ E tác dụng cùng chiều với điện áp lới ĐC làm việc

nh một máy phát nối tiếp với lới điện biến điện năng nhận từ lới và cơ năng trên trục thành nhiệt năng đốt nóng tổng trở mạch phần ứng vì vậy tổn thất lớn

Nâng tải

ω

M

McHạ tải

Mc

d

Vì sơ đồ đấu dây của ĐC không thay đổi nên phơng trình đặc tính của ĐC trong trạng thái hãm ngợc là phơng trình đặc tính biến trở.

- Đảo chiều điện áp phần ứng:

Giả sử ĐC đang làm việc tại điểm ứng với điểm a trên đặc tính tự nhiên với tải Mc, ta

đảo chiều điện áp phần ứng và đa thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng Động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính biến trở, mô men động cơ đổi chiều chống lại chiều quay của ĐC nên tốc độ giảm theo đoạn bc Tại c tốc độ bằng 0, nếu ta cắt phần ứng ra khỏi lới thì động cơ sẽ dừng lại còn nếu giữ nguyên điện áp nguồn đặt vào động cơ thì động cơ tiếp tục quay theo chiều ngợc lại đến điểm d và làm việc ổn định tại điểm d Đoạn bc là đoạn

R

E U I

+

+

−

= +

−

−

Biểu thức (1.35) cho thấy dòng điện hãm có chiều ngợc với chiều làm việc ban đầu và

nó có trị số khá lớn vì vậy điện trở phụ đa vào phải có giá trị đủ lớn để hạn chế dòng điện hãm ban đầu Ihđ trong phạm vi cho phép (Ihđ ≥ (2 ữ 2,5)Iđm) và phơng trình đặc tính cơ có

) K (

R R K

c U

E I

d

ω

Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc nh một máy phát mà năng lợng cơ học của động cơ tích luỹ đợc trong quá trình làm việc trớc đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dới dạng nhiệt.

- Hãm động năng kích từ độc lập:

Khi động cơ đang quay, muốn thực hiện hãm động năng ta cắt động cơ ra khỏi lới

điện và đóng và một điện trở hãm, mạch kích từ giữ nguyên

Tại thời điểm ban đầu, tốc độ động cơ vẫ có giá trị ωhđ nên:

Dòng điện hãm ban đầu: Ihđ = - =

+

đ h

ư

h

R R

K +

ω

(1.39)

Tơng ứng có mô men hãm ban đầu: Mhđ = KΦIhđ < 0 (1.40)

Biểu thức (1.39) và (1.40) chứng tỏ dòng điện và mô men hãm ngợc chiều với tốc độ hãm ban đầu của động cơ Khi hãm động năng U = 0 nên ta có phơng trình dặc tính cơ:

ω = - ư h Iư

K

R R Φ

+

(1.41)

) K (

R R

Biểu thức (1.42) cho thấy:

Khi Φ = const thì độ cứng đặc tính cơ phụ thuộc vào Rh Rh càng nhỏ thì độ cứng đặc tính cơ càng lớn, mô men hãm càng lớn, hãm càng nhanh Tuy nhiên Rh càng nhỏ thì dòng hãm lại lớn Vì vậy cần chọn Rh sao cho Ih ≤ (2ữ2,5)Iđm

Dựa vào hình 1.19 ta thấy, nếu mô men cản Mc là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẳn, đặc tính hãm nằm trên đoạn b10 hoặc b20 Tuy nhiên, nếu Mc là thế năng thì động cơ sẽ quay theo chiều ngợc lại dới tác dụng của tải trọng đến làm việc ổn định tại điểm M = Mc,

kt h

R R R

E +

-kt h

kt h

R R R

K + +

ω Φ

Và các phơng trình đặc tính là:

ω =

-ư kt h

kt h

ư

I K

R R

R R R

Φ +

+

(1.43)

) K (

R R

R R R

h

kt h

ư

Φ +

Trong quá trình hãm tốc độ động cơ giảm dần, dòng kích từ giảm dần và do đó từ thông Φ giảm dần Do đó đặc tính hãm là đặc tính phi tuyến và có dạng giống nh đặc tính không tải của máy phát điện tự kích (hình 1.20b).

So với hãm ngợc, hiệu quả hãm của hãm động năng kém hơn nhng hãm động năng u việt hơn về mặt năng lợng đặc biệt là hãm động năng tự kích vì không tiêu thụ năng lợng từ lới vì thế phơng pháp này có khả năng hãm khi có sự cố mất điện lới

1.4 động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có cuộn dây kích từ nối nối tiếp với cuộn dây phần ứng nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, số vòng ít, chế tạo dễ dàng Tuy nhiên dòng kích từ cũng lại là dòng phần ứng nên từ thông động cơ biến đổi theo dòng phần ứng

Uư

- ư IưK

R

2

ư

Trong các phơng trình trên, từ thông Φ biến đổi phụ

thuộc dòng phần ứng theo đặc tính từ hoá (hình 1.22)

Để đơn giản khi thành lập phơng trình đặc tính, ta giả

thiết Φ phụ thuộc tuyến tính vào Ikt nh đờng (2) trên hình

Rư

= I

Φ

Φđm

2 1

Iktđm Ikt0

Hình 1.22 Đặc tính từ hoá của ĐC một chiều kích từ nối tiếp

Từ (1.49) và (1.50) ta vẽ đợc đặc tính cơ và cơ điện của động cơ có dạng Hyperbol nhhình 1.22 Đặc tính rất mềm ở phạm vi dòng điện nhỏ hơn dòng định mức ở vùng dòng

điện lớn, do mạch từ bão hoà nên từ thông hầu nh không đổi, do đó đặc tính có dạng gần tuyến tính

Giả thiết động cơ không tải (I = 0) hoặc (M = 0) thì tốc độ không tải lý tởng sẽ là vô cùng lớn Tuy nhiên, trong thực tế do có ma sát, các tổn thất phụ và do động cơ có từ d Φd = (2ữ10)Φđm nên khi không tải thì tốc độ không tải của động cơ vẫn có giá trị nhất định:

Nhìn vào đặc tính cơ và cấu tạo của động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta thấy:

- Đặc tính cơ của ĐC một chiều kích từ nối tiếp mềm và có độ cứng thay đổi theo phụ tải Do đó thông qua tốc độ động cơ ta có thể thấy đợc sự thay đổi của phụ tải Tuy nhiên không nên sử dụng động cơ này cho những truyền động có yêu cầu ổn định cao mà sử dụng cho những truyền động yêu cầu có tốc độ thay đổi theo phụ tải

- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mô men Nhờ cuộn kích từ nối tiếp nên ở vùng dòng điện phần ứng lớn hơn định mức thì từ thông động cơ cũng lớn hơn định mức do đó mô men của động cơ tăng nhanh hơn so với dòng điện Nh vậy với mức độ quá dòng điện nh nhau thì động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải

về mô men và khả năng khởi động tốt hơn động cơ kích từ độc lập Động cơ một chiều

ω

I 0

Hình 1.22 Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của ĐCMC kích từ nối tiếp

TN (Rf = 0) NT (Rf≠ 0)

ω

M 0

TN (Rf = 0) NT (Rf≠ 0)

kích từ nối tiếp rất thích hợp cho những truyền động làm việc thờng có quá tải lớn và yêu cầu mô men khởi động lớn nh các máy nâng vận chuyển, máy cán thép,

- Vì từ thông động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nên khả năng chịu tải của

động cơ không bị ảnh hởng bởi sự sụt áp của lới điện Do vậy, nó rất thích hợp cho những truyền động dùng trong ngành giao thông có đờng dây cung cấp điện dài

1.4.2 Khởi động

Để hạn chế dòng điện khởi động, ngời ta đa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng

động cơ Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động đợc biểu diễn trên hình 2.23

1.4.3 Trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp

Do động cơ một chiều kích từ nối tiếp có tốc độ không tải ωot rất lớn nên động cơ chỉ thực hiện hãm ngợc và hãm động năng chứ không có hãm tái sinh

Phơng pháp hãm ngợc và hãm động năng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp cũng giống nh ở động cơ kích từ độc lập

K U

+

ω Φ +

rf1 rf2 rf32K 3K

I

a

b d f h g

e c

Mcc

a b

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi hãm đợc biểu diễn trên hình 1.25 Khi thực hiện hãm, chiều của dòng kích từ phải đợc giữ nguyên Nời ta thờng sử dụng trạng thái hãm này

K U

+

ω Φ +

R R

2 f

Phơng trình đặc tính cơ khi hãm là:

) K

(

R R

2 m f

Hình1.25 Sơ đồ nguyên lý (a) và đặc tính hãm ngược (b) bằng đảo chiều điện áp

Mc

d

Điện trở hãm Rh đợc chọn sao cho dòng hãm ban đầu nằm trong giới hạn cho phép:

R R

b m

) K

(

R R

2 h

Hình 1.26 Sơ đồ nguyên lý (a) và đặc tính hãm động năng (b) kích từ độc lập của

động cơ một chiều kích từ nối tiếp

E CKT

U +

(b)

ωhđ

ωôđ

Hình1.27 Sơ đồ nguyên lý (a) và đặc tính hãm động năng (b) tự kích của động cơ

một chiều kích từ nối tiếp

(b)

ωhđ

ωôđ

Động cơ không đồng bộ (KĐB) đợc sử dụng rất rộng rãi trong thực tế do có các u điểm sau:

- Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ KĐB rô to lồng sóc

- Vận hành tin cậy, chắc chắn

- Giá thành hạ so với động cơ một chiều

Tuy nhiên, động cơ KĐB có nhợc điểm là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn Đối với động cơ rô to lồng sóc còn có nhợc điểm là các chỉ tiêu khởi

động xấu

Xét về mặt cấu tạo ngời ta chia động cơ KĐB ra thành hai loại: động cơ rô to dây quấn

và động cơ rô to lồng sóc (hay động cơ rô to ngắn mạch)

1.5.1 Phơng trình đặc tính cơ

Để thành lập phơng trình đặc tính cơ ta sử dụng sơ đồ thay thế Hình 2.28 biểu diễn sơ

đồ thay thế một pha của động cơ KĐB Khi nghiên cứu ta đa ra một số giả thiết sau:

- Ba pha của động cơ hoàn toàn đối xứng

- Các thông số của động cơ không đổi nghĩa

là không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở rô

to không phụ thuộc vào tần số dòng điện rô

to, mạch từ không bão hoà nên điện kháng

của động cơ X1, X2 không đổi

- Tổng dẫn mạch từ hoá không đổi, dòng

điện từ hoá không phụ thuộc tải mà chỉ phụ

thuộc điện áp đặt vào stato động cơ

- Bỏ qua tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép

- Điện áp lới hoàn toàn sin và đối

xứng

Với những giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế một pha động cơ nh hình 1.28, với:

Uf1: Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato

Ià, I1, I2: dòng điện từ hoá, dòng stato, dòng rô to quy đổi về stato

Xà, X1 δ, X’

2 σ: điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản Stato, điện kháng tản rô

to quy đổi về stato

ω

ω ω

' 2 1

1 f 2

2

1 f

X ) s

R R (

U X

R

U

+ +

+ + μ

Xnm = X1 δ + X’

2 σ là điện kháng ngắn mạch

Biểu thức (1.59) đợc gọi là phơng trình đặc tính dòng điện Stato của động cơ KĐB và

đợc biểu diễn trên hình 1.29a

Từ (1.59) ta thấy:

- Khi ω = 0 ⇔ s = 1 thì I1 = I1nm

- Khi ω = ω1 ⇔ s = 0 thì I1 = 2 f1 2

X R

Ià là dòng điện từ hoá, có tác dụng tạo ra từ

trờng quay khi động cơ quay với tốc độ đồng bộ

Ta cũng tính đợc dòng điện rôto quy đổi về

nm 2

' 2 1

1 f

X ) s

R R (

U +

' 2 1

1 f

X ) R R (

U +

Đặc tính dòng điện rô to đợc biể diễn trên hình 2.29b Để tìm phơng trình đặc tính cơ

ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất Công suất điện từ chuyển từ stato sang rô to:

P12 = Mđtω1

Mđt là mô men điện từ của động cơ

Nếu bỏ qua các tổn thất phụ: Mđt = Mcơ =M

Công suất đó gồm hai phần: Pcơ: công suất cơ đa ra trên trục động cơ

∆P2: công suất tổn thất đồng trong rôto

I 3

R I 3

1

' 2 2 ' 2

ω (1.65)Thay giá trị I’

2 đã tính đợc ở trên vào (2.68) và biến đổi ta có:

M =

s ] X ) s

R R [(

R U 3

2 nm 2

' 2 1 1

' 2

2 1 f

+ +

Biểu thức (1.66) là đặc tính cơ của động cơ KĐB và đợc biểu diễn trên hình 1.30

Để tìm cực trị của các đờng cong này ta giải phơng trình

ds

dM = 0 Kết quả là ta sẽ đ-

ợc trị số của M và s tại điểm cực trị gọi là mô men và độ trợt tới hạn ký hiệu là Mth, sth

Cụ thể là: sth = ± 2

nm

2 1

' 2

X R

R

Mth = ±

) X R R

( 2

U

2 nm

2 1 1

1

2 1 f

+

±

Trong các biểu thức trên dấu “+” ứng với trạng thái động cơ còn dấu trừ ứng với trạng thái máy phát Do đó MthF lớn hơn MthĐ.

Ngoài ra khi nghiên cứu các hệ truyền động sử dụng động cơ KĐB ngời ta quan tâm nhiều đến trạng thái làm việc của động cơ nên các đờng đặc tính cơ lúc này thờng biểu diễn trong khoảng tốc độ 0 ≤ s ≤ sth

Đặc tính cơ ứng với trạng thái này đợc biểu diễn

trên hình 1.31 ứng với dấu cộng trong phơng trình (1.67)

th

th th

s s

s s

s

) s 1 ( M 2

α + +

α +

s

M 2

th th

2 1 f

X 2

U 3

ΔM

=

ω Δ

Δ Δ

(2) (1)

Hình1.31 Đặc tính cơ ĐC KĐB

ω = f(M) trong chế độ động cơ

Với đặc tính tuyến tính hóa (đờng 1 trên hình 2.31):

ω Δ

Δs = -

1

1

ω Vậy: β = -

m 1

th

s

M 2

2 th th

1

th th

s

s M 2

Trong đoạn này β dơng và có giá trị biến đổi ĐC KĐB làm việc trên đoạn đặc tính này.1.5.2. ảnh hởng của các thông số đến đặc tính cơ

Từ phơng trình đặc tính cơ KĐB, có các thông số sau ảnh hởng đến đặc tính cơ:

- Điện trở, điện kháng mạch stato (nối thêm điện trở phụ R1f, điện kháng phụ X1f)

- Điện trở mạch rô to (nối thêm điện trở phụ R’

2f

vào rô to với động cơ KĐB rô to dây quấn)

- Điện áp lới cấp cho động cơ

- Tần số của lới điện

Ngoài ra sự thay đổi số đôi cực sẽ làm thay đổi

tốc độ đồng bộ và đặc tính cơ của động cơ (xảy ra đối

với động cơ có nhiều cấp tốc độ)

a ảnh hởng của điện áp lới cấp cho động cơ

Khi điện áp lới suy giảm, theo (2.67), mô men tới

hạn sẽ giảm bình phơng lần độ suy giảm của điện áp

Trong khi đó tốc độ đồng bộ ω1 giữ nguyên và độ trợt

tới hạn sth không đổi Ta có dạng đặc tính cơ khi giảm

điện áp lới trên hình 1.32 Đặc tính này phù hợp với tải là bơm và quạt gió, không thích hợp cho tải là hằng số

Ngoài ra, đối với động cơ công suất lớn làm việc với phụ tải bơm và quạt gió ta còn sử dụng phơng pháp tăng dần điện áp để hạn chế dòng khởi động

b ảnh hởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato

Ta thấy rằng khi nối thêm điện trở phụ R1f hoặc điện kháng phụ X1f vào mạch stato thì

ω1 = const, sth giảm, Mth giảm nên đặc tính cơ có dạng nh hình 1.33c

Ta thấy rằng khi cần tạo ra đặc tính có mô men khởi động Mnm thì với X1f trong mạch

MnmTN

U1

Mc2

Mnm1

Mnm2

Mnm3

U2U

3

Dựa vào tam giác tổng trở ngắn mạch (hình 1.34) có thể xác định đợc R1f hoặc X1f

trong mạch stato khi khởi động

Giả sử cần hạn chế dòng khởi động từ Inm ứng với đặc tính tự nhiên đến dòng Inm ứng với đặc tính có R1f hoặc X1f trong mạch stato:

Xnm

Z’ nm

X’ nm

Rnm

R1f

X1f

Z’ nm

Hình 1.34 Tam giác tổng trở ngắn mạch tự nhiên (a), khi thêm điện trử phụ R 1f (b),

khi thêm điện kháng X 1f (c)

ng khi thay đổi số đôi cực sẽ phải thay đổi cách đấu dây ở stato động cơ nên một số thông số

nh Uf, If, X1 có thể thay đổi và do đó tuỳ từng trờng hợp sẽ ảnh hởng đến mô men tới hạn Mth

của động cơ Hình 1.35a biểu diễn đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực với p2 = 1/2p1 và Mth = const

Hình 1.35b biểu diễn đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực p2 = 1/2p1

d ảnh hởng của điện trở mạch rô to

Đối với động cơ KĐB rô to dây quấn ngời ta thờng mắc thêm điện trở phụ vào mạch rô

to để hạn chế dòng khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ

Khi đa điện trở phụ R2f vào rô to thì:

ω1 = const; Mth = const

sth =

nm

f 2 2

X

' R '

R +

Hình 1.35 Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi thay đổi số đôi cực ứng với khi

M th = const (a) và khi p 1 = const (b)

R2f càng lớn sth càng lớn và theo (1.74) thì β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng mềm, khi đặc tính cơ nằm trong đoạn làm việc Đặc tính cơ đợc biểu diễn trên hình 1.36c.

Ta thấy khi Rf càng tăng thì dòng điện khởi

động càng giảm Các đặc tính cơ điện đợc biểu

diễn trên hình 1.36b Trong một phạm vi nhất định

việc tăng Rf sẽ làm Mkđ tăng lên còn sau đó Mkđ sẽ

giảm Vì thế phải căn cứ vào điều kiện khởi động

và đặc điểm của phụ tải mà chọn trị số Rf cho phù

hợp

e ảnh hởng của tần số lới điện f 1

Theo (1.77) ta thấy khi thay đổi tần số f1 sẽ

làm cho tốc độ từ trờng quay ω1 và tốc độ động cơ

2 f

f L 8

pU 3

định mức Đó là bài toán tìm quy luật tối u trong chế độ làm việc tĩnh của hệ truyền động

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động đợc biểu diễn trên hình 1.38

Để xác định trị số các cấp điện trở khởi động, ta có thế sử dụng sơ đồ các đặc tính đã

đợc tuyến tính hóa trong đoạn khởi động

1.5.4 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm

a Hãm tái sinh

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ động cơ ω lớn hơn tốc độ đồng bộ ω1

Khi đang làm việc ở trạng thái ĐC thì từ trờng quay cắt qua các thanh dẫn của cuộn dây stato và rô to theo chiều nh nhau nên sức điện động stato E1 và rô to E2 trùng pha nhau, còn khi hãm tái sinh E1 vẫn giữ nguyên chiều nh cũ còn E2 có chiều ngợc lại vì khi đó ω

>ω1, các thanh dẫn rô to cắt từ trờng quay theo chiều ngợc lại

Dòng điện trong cuộn dây rô to đợc tính nh sau:

Hình 2.38 Khởi động ĐC KĐB rô to dây quấn bằng cách đưa R f vào mạch rôto

(a) Sơ đồ nguyên lý; (b) Các đặc tính cơ khởi động

∼

ω0

ω s N

a

b d f

h

g

e c

I2 =

s jX R

E

2 2

s 2

sE

2 2

2

2 2

' 2

2 2

) s X ( R

s R E

2

2 2

2 2 2

) s X ( R

s X E

Ta thấy rằng khi chuyển sang hãm tái sinh s < 0, nh vậy chỉ có thành phần tác dụng của dòng điện rô to đổi chiều, do đó mô men đổi chiều, còn thành phần phản kháng vẫn giữ chiều nh cũ ở trạng thái hãm tái sinh ĐC làm việc nh một máy phát song song với lới, trả công suất tác dụng về lới còn vẫn tiêu thu công suất phản kháng để duy trì từ trờng quay

Những động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp tần số hoặc số đôi cực khi giảm tốc độ có thể thực hiện hãm tái sinh

Trên hình 1.39 đoạn đặc tính hãm tái sinh là đoạn bω12, b’ω13, ở đó ω > ω12 hoặc ω >ω13,

Với những động cơ KĐB đợc sử dụng trong các hệ truyền động có tải là thế năng có thể thực hiện hãm tái sinh hạ tải trọng với tốc độ ω > - ω1

Trên hình 1.40 đoạn hãm tái sinh khi hạ tải là đoạn -ω1b ứng với đờng đặc tính cơ này, từ trờng quay đã đổi chiều bằng cách đổi thứ tự 2 trong 3 pha điện áp đặt vào stato

Hình 1.39 Đặc tính cơ hãm tái sinh khi

giảm tốc độ bằng cách thay đổi tần số

Trạng thái hãm ngợc của động cơ KĐB có hai trờng hợp:

-Hãm ngợc xảy ra khi động cơ đang làm việc ta đa điện trở phụ đủ lớn vào mạch stato, với tải thế năng động cơ sẽ làm việc ổn định tại điểm d (trên hình 1.41) Đoạn cd là đoạn đặc tính hãm ngợc

-Hãm ngợc xảy ra khi động cơ đang làm việc, ta đổi thứ tự 2 trong 3 pha điện áp đặt vào stato; động cơ chuyển sang làm việc trên đoạn bc hoặc b’c’ (hình 1.42)

Nếu tải có tính thế năng động cơ sẽ làm việc ổn định tại d hoặc d’

Trong cả hai trờng hợp hãm ngợc vì

> 1nên dòng điện rô to có giá trị lớn Mặt khác vì tần số dòng điện rô to f2 = sf1 lớn, nên

điện kháng X’2 σ lớn, do đó mô men nhỏ Vì vậy để tăng cờng mô men hãm và hạn chế dòng

điện rô to cần đa thêm điện trở đủ lớn vào mạch rô to (đối với động cơ rô to dây quấn) Điện trở phụ này có xác định ứng với dòng điện hãm ban đầu tại b’ (hình 1.42)

c Hãm động năng

Trạng thái hãm động năng xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt stato ra khỏi nguồn

điện xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều

Ngời ta chia hãm động năng ĐC KĐB thành hai dạng: hãm động năng kích t độc lập

Khi cắt stato khỏi nguồn xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều thì dòng một chiều này sinh ra một từ trờng đứng yên so với stato, giả sử từ thông Φ có chiều nh mũi tên (hình 1.44) Rô to động cơ theo quán tính vẫn quay theo chiều cũ thể hiện nh trên hình vẽ và các thanh dẫn rô to cắt

từ trờng đứng yên nên xuất hiện trong nó một sức điện

động cảm ứng e2 với chiều đợc xác định theo quy tắc bàn tay phải Vì rô to kín mạch nên e2 lại sinh ra dòng điện

i2 cùng chiều và từ trờng đứng yên tạo ra sức từ động F có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái Lực F sinh ra mô men hãm có chiều ngợc với chiều quay của rô to làm cho rô to quay chậm lại và sức điện động e2 cũng giảm dần

Trong hãm động năng kích từ độc lập, từ thông

Φ có giá trị không đổi còn ở hãm động năng tự kích thì Φ có giá trị biến đổi Khi hãm động năng động cơ KĐB làm việc nh một máy phát điện đồng bộ cực từ ẩn có tốc độ và tần số thay đổi và phụ tải của máy phát này là điện trở mạch rô to

Để thành lập phơng trình đặc tính cơ của động cơ KĐB ở trạng thái hãm động năng ta thay thế một cách đẳng trị máy phát đồng bộ có tần số thay đổi bằng chế độ làm việc động cơ KĐB Nghĩa là cuộn dây stato thực tế đấu vào nguồn một chiều nhng ta coi nh đấu vào nguồn xoay chiều Điều kiện đẳng trị ở đây là sức từ động do dòng một chiều sinh ra và dòng điện xoay chiều đẳng trị

Hình 2.45 Một kiểu sơ đồ nối dây (a) và đồ thị véctơ sức

từ động một chiều của ĐC khi hãm động năng (b)

2 3

aw

= AImc (1.82)

Trong đó A, a là các hệ số phụ thuộc vào sơ đồ nối mạch stato khi hãm động năng

Ví dụ với sơ đồ nối dây và đồ thị véc tơ nh hình 1.45 ta có thể xác định đợc a, A nh sau:

Fmc = 2 Imcw1cos30o = 3w1Imc và a = 3, A =

3 6

Đối với các sơ đồ đấu dây khác nhau của mạch stato ta có thể xác định hệ số A theo bảng 1.1

Dựa vào sơ đồ thay thế một pha của động cơ trong chế độ hãm động năng (hình 1.46)

để xây dựng đặc tính cơ

ở chế độ động cơ KĐB thì điện áp đặt vào stato không đổi đó là nguồn áp, dòng từ hóa

Ià, từ thông Φ không đổi còn dòng điện stato I1, dòng điện rô to I2 biến đổi theo độ trợt s

-ở trạng thái hãm động năng kích từ độc lập vì dòng điện một chiều Imc không đổi nên dòng xoay chiều đẳng trị cũng không đổi Do đó nguồn cấp cho stato là nguồn dòng Mặt khác vì tổng trở mạch rô to khi hãm phụ thuộc vào tốc độ nên dòng rô to I2 và dòng từ hóa Ià

đều thay đổi dó đó từ thông Φ ở stato cũng thay đổi theo tốc độ

Trong chế độ làm việc của động cơ, độ trợt s là tốc độ cắt tơng đối của thanh dẫn rô to với từ trờng stato, ở trạng thái hãm động năng nó đợc thay thế bằng tốc độ tơng đối:

ϕ2

E' 2

I' 2

Ià ϕ2

I1

Hình 1.47 Đồ thị véc tơ dòng điện khi hãm động năng ĐC KĐB

I2 = 2

2 n

2

2

X )

R (

E

+ ω

I2 = ' * 2

2

2 2

* 2

) X ( R

E ω +

ω

và I2 =

2

* ' 2

2 2

*

) X ( R

X I

ω +

ω

μ μ

trong đó R2 = r2 + Rf2

Theo đồ thị véc tơ ta có:

2

1

I = (Ià + I’2sinϕ2)2 + (I’2cosϕ2)2

hay I12 = I2μ + I'22+ 2IàI’2sinϕ2 (1.83)

trong đó:

sinϕ2 = ' * 2

2 2

' 2

* ' 2

) X ( R

X

ω +

ω

(1.84)Thay I’2 và sinϕ vào (2.91) ta có:

2 2 2

) X ( R

X I

ω +

ω

μ μ

2 2

' 2

2 2 2

) ' X ( R

' X X I 2

ω +

ω

μ μ

(1.85)

từ đó rút ra:

ω* = R’2

2 ' 2 2 1 2 2

2 1

X ) I

I ( ) X ' X (

1 ) I

I (

μ μ

' 2

* 1

) X ' X ( R

X I

ω +

1.6 điều chỉnh tốc độ truyền động điện.

1.6.1 Khái niệm chung, các chỉ tiêu chất lợng của hệ truyền động có điều chỉnh

Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất Điều chỉnh tốc độ truyền động điện

là dùng các phơng pháp thuần tuý điện tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện (nguồn và động cơ điện) để thay đổi tốc độ quay của trục động cơ điện

Tốc độ làm việc của truyền động điện do công nghệ yêu cầu và đợc gọi là tốc độ đặt hay tốc độ mong muốn Trong quá trình làm việc, tốc độ động cơ thờng bị thay đổi do biến thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực so với tốc độ đặt Trong các hệ

truyền động điện tự động thờng dùng các phơng pháp khác nhau để ổn định tốc độ động cơ

Để đánh giá chất lợng của một hệ thống truyền động điện thờng căn cứ vào một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản, các chỉ tiêu này cũng đợc tính đến khi thiết kế hoặc chỉnh định các

ωi+1 là giá trị tốc độ ổn định đạt đợc ở cấp kế tiếp (i + 1)

Từ chỉ tiêu độ trơn của điều chỉnh tốc độ ta có thể phân loại:

* Hệ điều chỉnh vô cấp nếu γ =

i

i

ω

ω+1

→ 1, tức là hệ truyền động điện có thể làm việc ổn

định ở mọi giá trị trong suốt dải điều chỉnh

- Hệ điều chỉnh có cấp, khi nó chỉ có thể làm việc ổn định ở một số giá trị của tốc độ trong dải điều chỉnh

c Dải điều chỉnh tốc độ.

Dải điều chỉnh tốc độ hay phạm vi điều chỉnh là tỷ số giữa giá trị lớn nhất

và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mô men tải đã cho: